[發明專利]半導體裝置用接合線

有效

• 申請號: 201680070327.3
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN108292612B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 小田大造;大壁巧;榛原照男;山田隆;小山田哲哉;宇野智裕
• 申請（專利權）人: 日鐵新材料股份有限公司;日鐵化學材料株式會社
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 劉航;段承恩

本發明的課題是提供實現球接合部的充分且穩定的接合強度，即使在低環時也不會發生頸損傷，傾斜特性良好，FAB形狀良好的以Ag為主成分的半導體裝置用接合線。為了解決所述課題，本發明涉及的半導體裝置用接合線，其特征在于，含有總計為0.031原子％～0.180原子％的Be、B、P、Ca、Y、La、Ce中的一種以上，還含有總計為0.05原子％～5.00原子％的In、Ga、Cd中的一種以上，余量包含Ag和不可避免的雜質。由此，能夠成為能充分地形成球部接合界面的金屬間化合物層來確保球接合部的接合強度，并且即使在低環時也不會發生頸損傷，傾斜特性良好，FAB形狀良好的半導體裝置用接合線。

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(lead)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(以下有時稱為接合線、或僅稱為線。)，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來進行連接的毛細管工具等。接合線的接合工藝如下。首先，通過電弧熱輸入將線尖端加熱熔融，利用表面張力形成球后，將該球部壓接接合于在150℃～300℃的范圍內加熱了的半導體元件的電極上(以下稱為球接合)。接著，形成環(環路：loop)之后，將線部壓接接合于外部引線側的電極(以下稱為楔接合)。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層的電極結構等。

對于接合線，要求優異的球形成性、球接合性、楔接合性、環形成性等。作為綜合地滿足這些要求性能的接合線的材料，主要使用了Au。但是，由于Au價格高，因此希望是材料費便宜的其它種類的金屬。作為代替Au的低成本的線原材料，正在研究Cu(銅)。由于Cu與Au相比容易氧化，所以在專利文獻1中，作為芯材和被覆層(外周部)的兩層接合線，示出了將Cu用于芯材、且將Pd(鈀)用于被覆層的例子。

Cu線或者Pd被覆Cu線，由于接合后的硬度高，所以需要硬度更低的材料。作為具有與Au同等以上的電導性、且硬度比Cu低、而且具有耐氧化性的元素，可列舉出Ag(銀)。

但是，使用了Ag的接合線(以下稱為Ag接合線)，存在在高密度安裝中接合可靠性、環的穩定性低的課題。接合可靠性評價是出于評價在實際的半導體器件的使用環境下的接合部壽命的目的而進行的。一般地，對于接合可靠性評價，采用高溫放置試驗、高溫高濕試驗。Ag接合線存在與使用了Au的接合線(以下稱為Au接合線)相比高溫高濕試驗中的球接合部的壽命差的課題。在高密度安裝中，由于進行小球接合，所以有助于接合的面積變小，因此確保接合部的壽命變得更加困難。

在專利文獻2中公開了以Ag為主體的Ag－Au－Pd三元合金系接合線。該接合線在連續模拉絲前進行退火熱處理，在連續模拉絲后進行調質熱處理，在氮氣氛中進行球接合。由此，即使在高溫、高濕以及高壓下的嚴苛的使用環境下使用，也能夠維持與鋁焊盤的連接可靠性。

高溫高濕試驗，一般采用在溫度為121℃、相對濕度為100％的條件下進行的被稱為PCT(Pressure Cooker Test：壓力鍋蒸煮試驗)的試驗。近年來，作為更嚴格的評價方法，大多采用在溫度為130℃、相對濕度為85％的條件下進行的被稱為HAST(HighlyAccelerated temperature and humidity Stress Test：高溫高濕環境暴露試驗)的試驗。高密度安裝用的半導體器件，需要在設想了工作環境的情況下的HAST中經過300小時以上后也正常地工作。Ag接合線在HAST中球接合部的壽命成為問題。Ag接合線，通過被暴露于高溫高濕環境中，在球接合部發生剝離，喪失電連接而成為半導體器件的故障的原因。

在專利文獻3中公開了一種半導體裝置用接合線，其含有總計為0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的一種以上，余量由Ag和不可避免的雜質構成。由此，能夠改善高密度安裝所要求的接合可靠性。