[發明專利]半導體裝置用接合線

有效

• 申請號: 201580068575.X
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN107004613B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 小山田哲哉;宇野智裕;小田大造;山田隆
• 申請（專利權）人: 日鐵化學材料株式會社;日鐵新材料股份有限公司
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;C22C5/06;C22F1/00;C22F1/14
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 劉航;段承恩

提供一種能夠同時地滿足對存儲器用接合線所要求的要求的球接合可靠性和楔接合性的接合線，該接合線的特征在于，具備芯材和形成于所述芯材的表面的被覆層，所述芯材含有總計為0.1～3.0原子％的Ga、In和Sn中的1種以上，余量包含Ag和不可避免的雜質，所述被覆層含有Pd和Pt中的1種以上、或者Pd和Pt中的1種以上和Ag，余量包含不可避免的雜質，所述被覆層的厚度為0.005～0.070μm。

技術領域

本發明涉及為了將半導體元件上的電極和外部引線等的電路布線板的布線連接而被利用的半導體裝置用接合線。

背景技術

現在，作為將半導體元件上的電極與外部引線之間接合的半導體裝置用接合線(以下稱為接合線)，主要使用線徑15～50μm左右的細線。接合線的接合方法一般為并用超聲波的熱壓接方式，可使用通用接合裝置、將接合線通到其內部而用于連接的毛細管工具等。接合線的接合工藝通過下述過程來完成：通過電弧熱輸入將線尖端加熱熔融，利用表面張力形成球部后，將該球部壓接接合(以下稱為“球接合”)于在150℃～300℃的范圍內加熱了的半導體元件的電極上，接著，形成環(線弧：loop)之后，將線部壓接接合(以下稱為“楔接合”)于外部引線側的電極上。作為接合線的接合對象的半導體元件上的電極，大多使用在Si基板上形成了以Al為主體的合金膜的電極結構，作為外部引線側的電極，大多使用施加了鍍Ag層、鍍Pd層等的電極結構。

對于接合線，要求良好的球形成性、球接合性、楔接合性、環形成性等性能。作為綜合性地滿足這些所要求的性能的接合線的材料，主要使用了Au。另一方面，由于近年來的Au價格的高漲，使用了比Au廉價的材料的接合線的開發被活躍地進行著。最近，在使用Au的接合線(以下稱為Au接合線)為主流的存儲器領域中，正在進行著以由廉價材料替代Au為目標的開發。

在存儲器領域中使用Au接合線是因為電阻低，能得到優異的楔接合性的緣故。電阻越低，在每1根接合線中能夠流通的電流越大。由此，能夠減少接合線的總數，能夠將存儲器小型化，能夠得到高的生產率。另外，Au為軟質的，并且，對表面氧化等的表面劣化現象的抗性高。因此，Au接合線，在低能量條件下的接合中也能夠得到優異的楔接合性，因此能夠降低在推進著薄型化的存儲器用的半導體元件中成為問題的楔接合時的半導體元件的損傷。

作為滿足上述的存儲器用接合線的要求性能，相對于Au實現低成本化的材料，Ag受到注目。Ag的電阻率為1.6μΩ·cm，比Au的電阻率2.2μΩ·cm低，從低電阻率化的觀點出發，Ag比Au有利。另外，Ag的楊氏模量(約83×10⁹N/m²)與Au的楊氏模量(約80×10⁹N/m²)大致相等。Ag對表面劣化現象的抗性也高。因此，使用了Ag的接合線(以下稱為Ag接合線)被期待著能得到與Au接合線同等的優異的楔接合性。

但是，Ag接合線，與Au接合線相比，球接合部的接合可靠性(以下簡稱為球接合可靠性。)差，因此作為存儲器用接合線的實用化變得困難。作為球接合可靠性評價，可使用高溫放置試驗、高溫高濕試驗等的加速評價半導體壽命的試驗。Ag接合線，由于在高溫高濕試驗中與Au接合線相比在短時間內發生球接合部的剝離，因此作為存儲器用接合線在以實用化為目標方面成為問題。這是由于，若發生球接合部的剝離，則在球接合部，電連接會受到損害，成為半導體裝置的故障原因。

在專利文獻1中，作為解決球接合可靠性的課題的方法，公開了一種向Ag添加Au和/或Pd來進行合金化的技術。Ag-Au合金是含有0.01～30.00wt％的Au和剩余量的Ag的合金，Ag-Pd合金是含有0.01～10.00wt％的Pd和剩余量的Ag的合金，Ag-Au-Pd合金是含有0.01～30.00wt％的Au、0.01～10.00wt％的Pd和剩余量的Ag的合金。在專利文獻2中，作為解決球接合可靠性的課題的方法，公開了一種在Ag合金的外周設置了Pd或Pt的被覆層的結構。

在先技術文獻

專利文獻