[發明專利]半導體裝置用銅合金接合線

在審

• 申請號: 202110066731.6
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN112820708A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 小田大造;山田隆;江藤基稀;榛原照男;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: H01L23/49
• 分類號: H01L23/49;C22C9/00;C22C9/04;C22C9/06
• 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

在半導體裝置用的銅合金接合線中，實現高溫高濕環境下的球部接合壽命的提高。一種半導體裝置用銅合金接合線，其特征在于，總計含有0.03質量％以上3質量％以下的選自Ni、Zn、Ga、Ge、Rh、In、Ir、Pt的至少1種以上的元素(第1元素)，其余部分由Cu和不可避免雜質構成。通過含有預定量的第1元素，從而在線接合界面中抑制在高溫高濕環境下容易腐蝕的金屬間化合物的生成，提高球部接合壽命。

本申請是申請日為2018年12月17日、申請號為201780037612.X、發明名稱為“半導體裝置用銅合金接合線”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發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銅合金接合線。

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。接合線向半導體裝置的電極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尖端，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著接合該球部(以下，稱為“球接合”)，接著，在形成了線弧后，將線部壓著接合(以下，稱為“楔接合”)到外部導線側的電極上，從而完成。對于作為接合線的接合對象的半導體元件上的電極，使用在Si基板上成膜有以Al為主體的合金的電極結構，對于外部導線側的電極，使用施加有鍍Ag或鍍Pd的電極結構等。

迄今為止，接合線的材料以金(Au)為主流，但是，以LSI用途為中心而向銅(Cu)的替代正在進展。另一方面，以近年來的電動汽車或混合動力汽車的普及為背景，在車載用設備用途中，對從Au向Cu的替代的需求也正在提高。

關于銅接合線，提出了使用高純度Cu(純度：99.99質量％以上)的銅接合線(例如專利文獻1)。在使用銅接合線的情況下，也在高密度安裝中要求接合可靠性、線弧的穩定性較高。接合可靠性評價是出于對實際的半導體器件的使用環境中的接合部壽命進行評價的目的而進行的。一般而言，對于接合可靠性評價，使用高溫放置試驗、高溫高濕試驗。高溫高濕試驗一般使用在溫度為121℃、相對濕度為100％的條件下進行的被稱為PCT(PressureCooker Test：壓力鍋試驗)的試驗。

在專利文獻2中，記載了由含有0.13～1.15質量％的濃度范圍的Pd的銅合金構成的半導體用銅合金接合線。通過在上述濃度范圍中添加Pd，從而能夠提高PCT試驗所得到的高濕加熱可靠性。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭61－48543號公報

專利文獻2：國際公開第2010/150814號

發明內容

發明要解決的課題

車載用設備與一般的電子設備相比，要求嚴苛的高溫高濕環境下的接合可靠性。尤其是，將線的球部接合在電極上的球接合部的接合壽命成為最大的問題。提出了幾種對高溫高濕環境下的接合可靠性進行評價的方法，作為近年代表性的評價方法，使用HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)(高溫高濕環境暴露試驗)。HAST具有向評價封裝的吸濕均勻、且評價結果的再現性較高這樣的特征。在利用HAST來評價球接合部的接合可靠性的情況下，通過將評價用的球接合部暴露在溫度為130℃、相對濕度為85％的高溫高濕環境中，測定接合部的電阻值的經時變化、或者測定球接合部的剪切強度的經時變化，從而評價球接合部的接合壽命。此外，通過施加偏置電壓，從而能夠進行比PCT更嚴格的評價。最近，變成了在這樣的條件下的HAST中要求100小時以上的接合壽命。