[發明專利]半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線的構造

在審

• 申請號: 201410419908.6
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN105390463A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 天野裕之;三上道孝;岡崎純一;濱本拓也;中島伸一郎;山下勉;三苫修一;小野甲介;劉斌;執行裕之
• 申請（專利權）人: 田中電子工業株式會社
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48;B32B15/02;B32B15/04;B32B9/04;C22C9/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 蔡石蒙;車文

技術領域

本發明涉及一種半導體裝置接合用銅稀薄鎳合金線的構造，特別涉及一種以無空氣焊球(FAB：freeairball)接合對半導體組件上的焊墊電極進行第一接合之后，通過跳焊接合(stitchbonding)對引線框架上的外部電極進行第二接合的球狀接合用銅稀薄鎳合金線的構造。

背景技術

近年來，通過無空氣焊球對半導體組件上的焊墊電極進行第一接合的方法如以下所述。

將從卷線器抽出的銅合金細線導入作為接合工具的毛細管，接著，一邊對于僅從該工具之出口側導出一定長度的銅合金細線的前端噴附混入氫的氮氣等的惰性氣體，一邊通過銅合金細線前端與放電棒之間的微小放電而使銅合金細線的前端熔融，從而形成初始球體，之后一邊進行超聲波震動，一邊通過超硬工具將該熔融球體壓附于在150℃～300℃的范圍內進行加熱的IC芯片等的半導體組件的鋁(Al)或鋁(Al)合金的焊墊電極上，以進行熱壓附(并用超聲波的熱壓附接合)。

此處，施加超聲波的效果是使得用以助長銅合金細線的變形的接合面積擴大，以及通過破壞并去除形成于銅合金細線上的數納米(nm)左右的表面氧化膜，使銅(Cu)等的新的金屬原子在底面露出，以在相對接合的接合焊墊的界面發生塑性流動，一方面增加互相密合的新生面，一方面使兩者產生原子間鍵結。

之后，采用下述方法：使該毛細管在XYZ方向(前后、左右、上下方向)上移動，使接合于IC芯片的電極上的銅合金細線形成既定形狀的回路，在以跳焊的方式接合于外部配線的引線框架上之后，切斷該銅合金細線以進行線接合。該跳焊接合被認為是以超聲波將接合線接合的楔形接合的一種。

該接合線若僅為高純度的銅合金則太過柔軟，故一般加入微量的添加元素。例如，日本特開2012-89685號公報(后述的專利文獻1)。這是因為，使用包含鈦(Ti)等的9種添加元素的軟質稀薄銅合金材料制造具有“加工前的結晶組織從該表面向內部50μm的深度的平均晶粒尺寸在20μm以下”的表層的銅接合線，在導電率(指在國際退火銅標準(InternationalAnnealedCopperStandard)上，將電阻率1.7241×10^-8Ωm作為100％之情況下的導電率；以下相同)維持于98％IACS以上的較高值的狀態下，可提升接合線在機械性質方面的軟質特性以及接合后的疲勞特性。

另外，日本特開昭61-20693號公報(后述的專利文獻2)中揭示一種材料，其并非以無空氣焊球(FAB)方式，而是在完全的還原氛圍下，形成較大的熔融球體以進行接合的銅合金細線的材料。

其還揭示了一種接合線，目的是在將接合線的導電性維持于較高的狀態下使第一接合的接合強度良好，其中含有鎂(Mg)、稀土元素、碲(Te)等的24元素(為了方便，將稀土元素記為1元素)0.001～2質量％，而剩余部分實際上為銅。

若對于目前為止的高純度的銅合金細線進行質量分析，則除了原先包含的數質量ppm至數十質量ppm的氧以外，還包含了數十至數百質量ppm、一般為100質量ppm的經由表層與晶界入侵的氧。亦即，除了銅合金細線中形成之銅氧化物的表面氧化膜以外，氧還存在于銅合金內部。

在高純度的銅合金中，若無易氧化的微量添加元素，則該微量的氧與高純度銅母材(Matrix)中的銅形成金屬不足型銅氧化物(簡稱為“Cu_2-XO”)，從而形成Cu_2-xO母材。該Cu_2-xO母材在環境溫度下并不會消失，從表層引入大氣中的氧，而且將氧供給至銅母材。在該表層側的Cu_2-XO母材中，若Cu_2-XO放出氧原子，則在形成新的銅原子的同時，自由的氧原子還與新的銅母材再次成為金屬不足型銅氧化物(Cu_2-XO)，Cu_2-XO經由這樣的過程而侵入銅母材內部。另一方面，因為新的銅原子可在金屬不足型銅氧化物母材中自由移動，故該一部分與大氣中的氧結合，從而形成表層氧化物(為了方便，簡稱為“Cu₂O”)。