[發(fā)明專(zhuān)利]半導(dǎo)體裝置用Cu合金接合線(xiàn)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980020738.5
• 申請(qǐng)日: 2019-09-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111886685B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小山田哲哉;宇野智裕;山田隆;小田大造
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 日鐵化學(xué)材料株式會(huì)社;日鐵新材料股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/60
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/60;C22C9/00;C22C9/06
• 代理公司: 北京天達(dá)共和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11586
• 代理人: 張嵩;薛侖

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠滿(mǎn)足高密度LSI用途下的要求性能的半導(dǎo)體裝置用Cu合金接合線(xiàn)。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置用Cu合金接合線(xiàn)的特征在于，線(xiàn)表面的晶體取向中的、相對(duì)于與包含線(xiàn)中心軸的1個(gè)平面垂直的方向角度差為15度以下的＜100＞晶體取向、＜110＞晶體取向、＜111＞晶體取向的存在比率以平均面積率計(jì)分別為3％以上且小于27％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及為了將半導(dǎo)體元件上的電極與外部引線(xiàn)等電路布線(xiàn)基板連接而利用的半導(dǎo)體裝置用Cu合金接合線(xiàn)。

背景技術(shù)

現(xiàn)在，作為將半導(dǎo)體元件上的電極與外部引線(xiàn)之間接合的半導(dǎo)體裝置用接合線(xiàn)(以下，稱(chēng)為接合線(xiàn))，主要使用直徑為15～50μm左右的細(xì)線(xiàn)。接合線(xiàn)的接合方法通常為超聲波并用熱壓焊方式，使通用接合裝置、劈刀夾具等，該劈刀夾具等將接合線(xiàn)穿過(guò)其內(nèi)部而用于連接。接合線(xiàn)的接合過(guò)程通過(guò)以下方式完成：以電弧加熱對(duì)線(xiàn)前端進(jìn)行加熱熔融，在因表面張力而形成球(FAB：Free Air Ball：無(wú)空氣球)后，將該球部壓接接合(以下，稱(chēng)為球接合)于在150～300℃的范圍內(nèi)加熱后的半導(dǎo)體元件的電極上，接著，在一邊從劈刀放出線(xiàn)一邊形成了線(xiàn)弧之后，將線(xiàn)部壓接接合(以下，稱(chēng)為楔接合)于外部引線(xiàn)側(cè)的電極，完成。

關(guān)于接合線(xiàn)的材料，迄今為止，金(Au)為主流，但近年來(lái)，正在不斷被銅(Cu)代替。使用了Cu的接合線(xiàn)被大致分為在Cu的表面具有Pd或Au等的被覆層的接合線(xiàn)(以下，被覆Cu線(xiàn))、以及不具有被覆層的接合線(xiàn)(以下，裸Cu線(xiàn))。被覆Cu線(xiàn)的特征點(diǎn)是通過(guò)設(shè)置被覆層來(lái)抑制Cu的氧化，使接合性等使用性能提高，該被覆Cu線(xiàn)被以高密度LSI為中心而使用。另一方面，裸Cu線(xiàn)可發(fā)揮廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，從而被以要求性能較低的功率器件用途為中心而使用。最近，進(jìn)行了想要通過(guò)提高裸Cu線(xiàn)的特性，從而將裸Cu線(xiàn)也適用于最先進(jìn)的高密度LSI的嘗試。

然而，為了將裸Cu線(xiàn)應(yīng)用于最先進(jìn)的高密度LSI，存在應(yīng)當(dāng)改善的問(wèn)題。這一問(wèn)題就是線(xiàn)弧直進(jìn)性。在高密度LSI中，伴隨安裝的高密度化而產(chǎn)生的電極的小型化、窄節(jié)距化正在發(fā)展。為了與這樣的安裝的高密度化對(duì)應(yīng)，需要以較短的間隔對(duì)接合線(xiàn)進(jìn)行布線(xiàn)的技術(shù)。此時(shí)，當(dāng)線(xiàn)弧部分傾斜或彎曲時(shí)，相鄰的線(xiàn)會(huì)相互接觸，從而發(fā)生短路等不良。因此，對(duì)于用于高密度LSI的接合線(xiàn)，需要較高的線(xiàn)弧直進(jìn)性。在為裸Cu線(xiàn)的情況下，會(huì)存在為了得到楔接合部的接合強(qiáng)度而使超聲波的輸出變高的傾向，但有時(shí)線(xiàn)弧會(huì)受到超聲波的影響而彎曲。在裸Cu線(xiàn)的楔接合中，在以劈刀對(duì)線(xiàn)進(jìn)行按壓的期間，多在被稱(chēng)為摩擦(scrub)的階段并用以低頻使其振動(dòng)的動(dòng)作。摩擦?xí)龠M(jìn)線(xiàn)的變形，對(duì)楔接合部的接合強(qiáng)度的改善是有效的，但有時(shí)線(xiàn)弧會(huì)因摩擦的振動(dòng)而彎曲，直進(jìn)性會(huì)降低。此外，高密度LSI中使用的接合線(xiàn)的直徑中25μm以下的細(xì)線(xiàn)徑為主流，但隨著線(xiàn)徑變細(xì)，線(xiàn)弧部分的強(qiáng)度會(huì)變低，因此更加難以確保線(xiàn)弧直進(jìn)性。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了一種半導(dǎo)體裝置用接合線(xiàn)，其特征在于，具有由導(dǎo)電性金屬構(gòu)成的芯材、以及在上述芯材上以與該芯材不同的金屬為主成分的表皮層，且表皮層的表面中的晶粒的平均尺寸的、線(xiàn)長(zhǎng)度方向/圓周方向的長(zhǎng)寬比為3以上，在該專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，記述了：在通常條件的3mm跨度內(nèi)，線(xiàn)弧的直進(jìn)性良好。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了一種半導(dǎo)體裝置用接合線(xiàn)，其特征在于，具有由導(dǎo)電性金屬構(gòu)成的芯材、以及在上述芯材上以與芯材不同的金屬為主成分的表皮層，且線(xiàn)表面中的上述表皮層晶粒的線(xiàn)圓周方向的平均尺寸a與垂直于線(xiàn)軸的方向的截面即垂直截面中的上述芯材晶粒的平均尺寸b的關(guān)系為a/b≤0.7，在該專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，記述了：能夠改善球正上部的線(xiàn)倒伏(傾斜性)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2011-91404號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：國(guó)際公開(kāi)第2009/093554號(hào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題