[發(fā)明專利]半導體裝置用Cu合金接合線

有效

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• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN110998814B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 小山田哲哉;宇野智裕;山田隆;小田大造
• 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
• 代理公司: 北京天達共和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11586
• 代理人: 張嵩;薛侖

提供一種半導體裝置用Cu合金接合線，其能夠滿足高密度LSI用途的要求。半導體裝置用Cu合金接合線的特征在于，在線表面的結晶方位中，相對于與包含線中心軸的一個平面垂直的方向的角度差為15度以下的＜110＞結晶方位的存在比率以平均面積率表示為25％以上70％以下。

技術領域

本發(fā)明涉及用于對半導體元件上的電極和外部導線等電路布線基板的布線進行連接的半導體裝置用Cu合金接合線。

背景技術

當前，作為對半導體元件上的電極與外部導線之間進行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是超聲波并用熱壓接方式，使用通用接合裝置、以及使接合線通過其內部以用于連接的劈刀(capillary)夾具等。接合線的接合工藝如下：利用電弧熱量輸入來加熱熔融線前端，并利用表面張力形成球(FAB：Free Air Ball：自由空氣球)后，在加熱到150～300℃的范圍內的半導體元件的電極上壓接接合該球部(以下，稱為“球接合”)，接著，在形成了線弧后，將線部壓接接合(以下，稱為“楔接合”)到外部導線側的電極上，從而完成。

接合線的材料迄今為止金(Au)是主流，但最近開始使用銅(Cu)。使用Cu的接合線電導率高、廉價，因此被用于各種半導體封裝。使用Cu的接合線可以大致劃分為在Cu的表面具有Pd或Au等的涂層的接合線(下面，多層Cu線)和沒有涂層的接合線(下面，單相Cu線)。多層Cu線由于抑制單相Cu線的技術問題即線表面的銅氧化等，在使用性能方面優(yōu)點很多。因此，多層Cu線被較多采用在特別是線徑細、性能要求嚴格的高密度LSI用途中。另一方面，單相Cu線由于比多層Cu線便宜，發(fā)揮其成本優(yōu)勢，主要以線徑粗、性能要求相對低的功率裝置用途為中心被采用。

近年來，對接合線的低成本化要求提高，即使在最先進的高密度LSI中，也在研究單相Cu線的使用。最先進的高密度LSI安裝接合線的數量多，通過替換為便宜的單相Cu線從而能夠享受低成本化的優(yōu)點。由于接合裝置的高精度化或高功能化，作為高密度LSI的要求性能的球形成性或環(huán)的直進性等性能得到改善，應用單相Cu線的可能性正在擴大。但是，為了將單相Cu線應用于高密度LSI，仍然存在要克服的技術問題，特別是楔接合工序中的技術問題。

專利文獻1中公開了一種技術，熔融銅鉑合金在高純度銅(Cu)中含有鉑(Pt)0.1～2.0質量％，作為非金屬元素含有硫黃(S)1～10質量ppm，氧(O)10～150質量ppm，磷(P)1～5質量ppm，用熔融銅鉑合金通過連續(xù)鑄造形成線料的過程中，通過偏析形成不含鉑的銅極薄層，在大氣環(huán)境中被氧化，在拉絲加工后的線表層形成6～2nm的氧化膜。

專利文獻2中公開了一種銅接合線，其特征在于，Cl的含量為2質量ppm以下，包含2質量％以上7.5質量％以下的Au，剩余部分由Cu和不可避免的雜質構成。由此，公開了銅線表面也不易氧化從而得到十分良好的楔接合性。這樣，公開了一種技術，其通過添加元素的種類或濃度的合理化，或氧化膜厚度的控制，改善單相Cu線的楔接合部的接合強度。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2014－70252號公報

專利文獻2：日本特開2011－3745號公報

發(fā)明內容

[發(fā)明要解決的技術問題]

如圖1的A所示，通過在電極102楔接合線部100所形成的楔接合部104一般具有扇形的變形部105。相對于此，如圖1的B所示的楔接合部106那樣，有時會產生具有剝落的變形部107。剝落是在楔接合工序中，施加超聲波和荷重，使接合線呈扇形變形，接合于電極的區(qū)域的一部分在掀起接合線時剝離不良。剝落雖然在Au線或多層Cu線中也確認到其發(fā)生，但是通過超聲波或荷重等接合條件的合理化，能夠將其的發(fā)生頻率降低到實際應用上沒有問題的水準。