[發明專利]用于半導體裝置的銅合金導線

無效

• 申請號: 201210500479.6
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103849795A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 陳銀發;林光隆;賴逸少;唐和明
• 申請（專利權）人: 日月光半導體制造股份有限公司
• 主分類號: C22C9/05
• 分類號: C22C9/05;C22C9/04
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明是有關于一種用于半導體裝置的銅合金導線，特別是有關于一種含有特定重量比例的錳及/或鋅元素的銅合金導線。

背景技術

現有半導體集成電路(integrated?circuit，IC)芯片封裝制造過程中，大多是以金線(gold?wire)連接芯片與載板，但相較于金線，銅導線(copper?wire)具有降低材料成本的優勢且具有較佳的導電性、導熱性及機械強度，故銅導線的線徑可設計得更細且可提供較佳的散熱效率，因而目前有一研發趨勢是以銅導線來逐漸取代傳統金線，并將其應用于半導體芯片的打線(wire?bonding)工藝中。

然而，在進行打線工藝期間，銅導線的材料本身卻也存在下述技術問題，例如：在高溫環境下線材表面容易氧化、因線材硬度偏高而較難獲得理想的塑性變形特性、銅與鋁之間形成介金屬(intermetallic?compound，IMC)層的速度過慢等，因此純銅的材料特性將負面影響銅導線打線后的結合強度，并大幅限制銅打線工藝的應用價值。再者，為了在打線期間避免高溫造成銅導線的氧化，也必需使用保護氣體(N₂/H₂)于焊針周圍，但當使用氫氣做為還原性保護氣體時，也會衍生出意外爆炸等工安問題。

為了解決上述技術問題，某些其他金屬元素于是被加入銅導線中，例如加入錫(Sn)、鈀(Pd)、鋯(Zr)、銀(Ag)、鉻(Cr)、鐵(Fe)或銦(In)等，以通過各種不同的合金特性來提供更適合用于打線工藝的銅基線材，這些銅合金導線通常有利于降低線材熔點、改善線材的抗氧化性及抗腐蝕性，同時也使得線材在150℃時有更高的受熱軟化程度，而且也更容易塑性變形以方便結球端結合在鋁墊上，并可以有效降低因線材過硬而毀損鋁墊的風險。但是，在150℃時有較佳受熱軟化程度的銅合金導線(例如銅/鈀合金)，其摻質(鈀)的材料成本卻常較銅材高出許多，因此目前的銅合金導線皆無法兼具提升物化性質及降低材料成本的雙重優勢。

故，有必要提供一種用于半導體裝置的銅合金導線，以解決現有技術所存在的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種用于半導體裝置的銅合金導線，以解決現有技術所存在的兼顧物化性質提升及材料成本降低的技術問題。

本發明的主要目的在于提供一種用于半導體裝置的銅合金導線，其通過在銅(Cu)基材中加入特定重量比例且材料成本較低的錳(Mn)及/或鋅(Zn)，以改善銅導線與打線工藝相關的物化性質，以便兼具提升物化性質及降低材料成本的雙重優勢。

為達成本發明的前述目的，本發明一實施例提供一種用于半導體裝置的銅合金導線，所述銅合金導線包含20重量％至40重量％的錳，及其余重量部分為銅。

再者，本發明另一實施例提供另一種用于半導體裝置的銅合金導線，所述銅合金導線包含20重量％至30重量％的鋅，及其余重量部分為銅。

另外，本發明又一實施例提供又一種用于半導體裝置的銅合金導線，所述銅合金導線包含鋅、錳以及銅，其中鋅及錳之總含量為20重量％至30重量％，以及其余重量部分為銅，其中錳(或鋅)的含量介于1重量％至5重量％之間。

此外，本發明再一實施例提供一種半導體裝置，所述半導體裝置包含：一載板、一半導體芯片及一銅合金導線。所述半導體芯片設于所述載板。所述銅合金導線電性連接所述半導體芯片及所述載板，其中所述銅合金導線包含20重量％至40重量％的錳，及其余重量部分為銅。

另外，本發明再一實施例提供另一種半導體裝置，所述半導體裝置包含：一載板、一半導體芯片及一銅合金導線。所述半導體芯片設于所述載板。所述銅合金導線電性連接所述半導體芯片及所述載板，其中所述銅合金導線包含20重量％至30重量％的鋅，及其余重量部分為銅。

相較于現有用于半導體裝置的純銅合金導線，本發明的用于半導體裝置銅合金導線通過在銅(Cu)基材中加入特定重量比例的錳(Mn)及/或鋅(Zn)，可以改善銅導線與打線工藝相關的物化性質，以降低線材熔點、改善線材的抗氧化性及抗腐蝕性，并使得線材在工作溫度時具有更高的受熱軟化程度，以便結球端能更容易的塑性變形結合在芯片的鋁墊上，以及有效降低因線材過硬而毀損鋁墊的風險，因此確實可以兼具提升物化性質及降低材料成本的雙重優勢。同時，由于銅合金導線的抗氧化性能的提升，故亦可在打線期間省略使用還原性保護氣體(H₂)，可以僅使用氮氣(N₂)，以有效避免發生意外爆炸等工安問題。