金（Au）合金鍵合線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了在直徑20μm以下的極細(xì)線的可進(jìn)行幾十萬(wàn)次連續(xù)鍵合的球鍵合線。在5N以上的高純度金中含有合計(jì)5～2質(zhì)量%的3N以上的高純度Pd、Pt、Cu的一種以上而形成的金合金母體中分別含有5～50質(zhì)量ppm的Ca、Mg、La、或進(jìn)一步含有Be：1～20ppm和/或合計(jì)1～30質(zhì)量ppm的Ce、Y以及Eu的一種以上作為微量添加元素，進(jìn)一步的，含有合計(jì)為100ppm以下這些微量添加元素，由此抑制了熔融球表面的添加元素的表面偏析，且抑制了這些析出物或氧化物在鍵合時(shí)堆積在毛細(xì)管前端部導(dǎo)致形成回路時(shí)的線的滑動(dòng)阻力的增加。通過維持這些毛細(xì)管的前端部的表面形狀的光滑狀態(tài)，抑制了線鍵合中的頸部損害和不接觸等接合不良，使長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)鍵合成為可能。
【專利說明】金(Au)合金鍵合線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及為了將半導(dǎo)體集成電路元件上的電極(焊盤)和電路配線基板連接的電極(外部導(dǎo)線)連接而使用的半導(dǎo)體元件的線鍵合用金(Au)合金鍵合線；更具體的，涉及抑制了微量元素的表面偏析的、直徑為20 μ m以下的、經(jīng)伸線加工的金(Au)合金鍵合線。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為半導(dǎo)體裝置中使用的半導(dǎo)體芯片上的焊盤和外部導(dǎo)線連接的、線直徑為25-35 μ m左右的線，多使用純度為99.99質(zhì)量％以上的高純度金構(gòu)成的金(Au)合金鍵合線。
[0003]通常，在連接金(Au)合金鍵合線的方法中，在第一鍵合中主要使用超聲波聯(lián)用熱壓的鍵合法。
[0004]在該方法中，通過對(duì)自毛細(xì)管前端露出的線的前端進(jìn)行微小放電而加熱熔融，并通過表面張力而形成球形物后，將球形物部分壓接接合(球體鍵合)在150-300°C的范圍內(nèi)加熱的半導(dǎo)體元件的電極上，隨后的第二鍵合為通過超聲波壓接將鍵合線直接接合(楔形結(jié)合)于外部導(dǎo)線側(cè)。
[0005]為了作為晶體管或IC等半導(dǎo)體來使用，在經(jīng)上述鍵合線鍵合后，以保護(hù)為目的，用環(huán)氧樹脂密封半導(dǎo)體芯片、鍵合線以及安裝了半導(dǎo)體芯片的部分的導(dǎo)線架等。
[0006]最近，在提高半導(dǎo)體的小型化、薄型化、高功能化和高可靠性化的要求中，作為金鍵合線必要的特性也多樣化，為了應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體芯片的多針腳化以及伴隨著與之對(duì)應(yīng)的窄間距化，即使金鍵合線的更細(xì)線化，仍要求提升所需的強(qiáng)度或第一鍵合中壓接球的真圓度或第二鍵合中的接合可靠性等，甚至要求提升接合的長(zhǎng)期可靠度。
[0007]特別的，伴隨著半導(dǎo)體裝置的越發(fā)小型化、薄型化以及高功能化，半導(dǎo)體的尺寸變小。與之伴隨的，每單位面積的輸入輸出端子的數(shù)量增大，焊盤間距(焊盤中心間距離)的大小也從100 μ m變小至80 μ m、60 μ m。因此，鍵合線的線直徑也從25 μ m開始變細(xì)為20 μ m以下，一部分也可嘗試為15 μ m以下的線直徑。
[0008]然而，如果鍵合線的線直徑變細(xì)，線本身的絕對(duì)剛性降低，同時(shí)熔融球的直徑也變小，因此產(chǎn)生在25 μ m的線直徑下不會(huì)成為問題的、諸如傾斜或壓接球的接合強(qiáng)度不足、接合的長(zhǎng)期可靠性不足等的不適宜的情形。在此處，“傾斜”為張掛在第一鍵合和第二鍵合之間的線朝左右傾倒的現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)生鄰接的線彼此的間隔狹窄、接觸的不適宜的情形。
[0009]因此,如專利文獻(xiàn)I所示,為了應(yīng)對(duì)高密度化的50 μ m的窄間距,使用了 20 μ m的鍵合線來提升利用含有 P化合物、氫氧化物的環(huán)境調(diào)和密封樹脂密封的鍵合線的接合可靠性，并公開了由在Cu、Pd、Pt、Zn、Ag (第一元素群)中選擇至少一種以上的元素且總計(jì)濃度(Cl)為0.005-1.5質(zhì)量％的范圍、在Ca、Ce、Eu、Dy、Y (第二元素群)中選擇至少一種以上的元素且總計(jì)濃度(C2)為0.001-0.06質(zhì)量％的范圍、在La、Mg、Gd、Tb、Ni (第3元素群)中選擇至少一種以上的元素且總計(jì)濃度(C3)為0.001-0.05質(zhì)量％、余量為金和不可避免的不純物構(gòu)成的金合金鍵合線(專利文獻(xiàn)I的段落026)。[0010]因此，在金(Au)合金線中添加微量元素時(shí)，比較于金合金線，微量元素越高濃度的金合金線的絕對(duì)剛性越高，但與提升各種性能相反，也會(huì)有不期望的性能同時(shí)出現(xiàn)。
[0011]金合金母體中添加了具有提高回路形成性的傾向的微量元素時(shí)，則金(Au)球的形成性變差、楔形接合性變差。進(jìn)一步的，金(Au)合金母體中含有的添加元素在熔融球和線的表面上析出并氧化，或在球的前端發(fā)生在日本稱為“縮孔”的凹陷。在半導(dǎo)體上的焊盤的球鍵合(金(Au)和鋁(Al)的接合)時(shí)或在外部導(dǎo)線上楔形鍵合(金(Au)和銀(Ag)的結(jié)合等)時(shí)，如果添加元素在線表面析出、氧化，則會(huì)成為引起不能金屬性接合的接合不良的原因。另外，一旦熔融球上產(chǎn)生縮孔，如果在半導(dǎo)體裝置上的焊盤的進(jìn)行鍵合，則產(chǎn)生在日本稱為“中間遺漏”的、在壓接部的中央形成不能金屬性接合的領(lǐng)域，引起整體的接合強(qiáng)度下降的現(xiàn)象。
[0012]另外，由于壓接球的形狀會(huì)變形，以致會(huì)出現(xiàn)狹小間距間隔的球鍵合變困難等的問題，以及出現(xiàn)由于球的硬度上升而芯片破裂、或焊盤損傷(焊盤自底部剝離，以及由于Al被驅(qū)逐至焊盤外側(cè)引起膜厚減少而被稱為Al濺射等的不適宜的情形)的發(fā)生概率上升的問題，而不能夠多量的添加微量元素。
[0013]例如，單獨(dú)地添加鈣(Ca)以確保強(qiáng)度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)鈣(Ca)在極細(xì)線的表面上部分地析出，結(jié)果在該表面析出的鈣被氧化形成表面氧化膜，由于第一鍵合的球形狀或接合性不穩(wěn)定，因此出現(xiàn)壓接球的真圓度變差、第二鍵合的楔形接合性變差的情形。
[0014]另外，如果添加的元素為多種而變得復(fù)雜，則在金(Au)合金中，由于這些元素以復(fù)雜的方式發(fā)揮功能并在熔融球的表面析出，因而不能得到良好的初期接合，并因此強(qiáng)化了不能得到高可靠性第一鍵合和第二鍵合的接合性的傾向。因此，如專利文獻(xiàn)2記載，開發(fā)了調(diào)整合金元素的種類和添加量從而即使在大氣中進(jìn)行球鍵合也不會(huì)在熔融球或極細(xì)線的表面形成氧化膜且接合性良好的、即使隨著時(shí)間推移金屬間化合物生成的傾向也很低下的鍵合線。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)1:特開2003-133362公報(bào)
[0018]專利文獻(xiàn)2:W02006-35803 公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明要解決的問題
[0020]然而，如果變?yōu)榫€直徑為20 μ m的細(xì)線，則需要比線直徑為23 μ m的細(xì)線的線機(jī)械強(qiáng)度提高30%以上，但是一般情況下如果機(jī)械強(qiáng)度提高則線的彎曲性降低。因此，即使不會(huì)在大氣中的熔融球或極細(xì)線的表面形成氧化膜，且具有使用高機(jī)械強(qiáng)度的線從第一鍵合描繪制第二鍵合的情形時(shí)，第一鍵合的壓接球的根部也容易發(fā)生龜裂，從而發(fā)生成為所謂頸部損害或頸部斷裂的原因的問題。
[0021]這是如專利文獻(xiàn)I的段落0033-0034中記載，在含有鈀(Pd)等的第一元素群的金合金中添加了預(yù)定量的Ca等的第二元素、La等的第三元素的鍵合線中，即使改善了接合性或提高了球形狀的球度，但仍然無(wú)法解決該問題。
[0022]如果微量添加鈣(Ca)或鈹(Be )或稀土元素，與鋅(Zn )等相比，為在熔融球表面不太析出的元素。
[0023]但是，如果在大氣中連續(xù)的進(jìn)行數(shù)10萬(wàn)次的球鍵合，由于在毛細(xì)管表面或前端部上積蓄了析出物或其氧化物，使第一鍵合或第二鍵合的壓接形狀變差而引起接合強(qiáng)度不足或不接觸等不適宜的情形；另外，由于毛細(xì)管表面或前端部的光滑性變差，在第一鍵合后的回路形成時(shí)，壓接球的根部受到應(yīng)力，因此容易發(fā)生龜裂。進(jìn)一步的，如果毛細(xì)管的光滑性變差，除了傾斜以外，還會(huì)發(fā)生回路高度異常或以S形曲線彎曲等的回路形成性的惡化，結(jié)果其成為當(dāng)以環(huán)氧樹脂密封時(shí)的線流動(dòng)的原因。隨著最近半導(dǎo)體裝置的小型化、高密度化，這些發(fā)展成為比之前更多的鄰接的線彼此之間的間隔變狹窄或彼此接觸的不適宜情形的原因。另外，隨著鍵合機(jī)器的性能的提升，鍵合速度(每單位時(shí)間的鍵合數(shù)量)也增加了，如果鍵合速度增加，毛細(xì)管表面的光滑性的惡化(增加滑動(dòng)阻力)也增加，如果鍵合速度增加，則更為顯著的出現(xiàn)由于毛細(xì)管的表面或前端部的光滑性的惡化(增加滑動(dòng)阻力)而產(chǎn)生的影響。
[0024]本發(fā)明的課題為提供一種鍵合線，即使為線直徑20 μ m以下的細(xì)線，在金(Au)-鈀(Pd)等的金(Au)合金母體中，微量元素也不會(huì)發(fā)生偏析而是均勻地分布，另外，即使有微量的析出物，由于保持毛細(xì)管的表面或前端部的光滑性而不會(huì)增加滑動(dòng)阻力，因此不會(huì)產(chǎn)生頸部損害或形成環(huán)路時(shí)的不適宜的情形等。
[0025]這些課題也適用于在全部微量元素的添加量為IOOppm以下的情形。
[0026]解決問題的手段
[0027]本發(fā)明人，為了解決上述課題而進(jìn)行反復(fù)深入地研究，結(jié)果終于完成本發(fā)明。
[0028]即，根據(jù)本發(fā)明，提供了如下所述的金(Au)合金鍵合線。
[0029]( I) 一種 金(Au)合金鍵合線，其特征在于，將在金(Au)合金母體含有微量元素而形成的合金經(jīng)伸線加工成20 μ m以下的鍵合用極細(xì)線,所述金(Au)合金母體通過在99.999質(zhì)量％以上的高純度金(Au)中含有以合計(jì)為0.05-2質(zhì)量％的純度為99.9質(zhì)量％以上的高純度鈀(Pd)、鉬(Pt)和銅(Cu)中的至少一種而構(gòu)成；該微量元素為由5~50質(zhì)量ppm的鈣(Ca)和5~50質(zhì)量ppm的鎂(Mg)以及5~50質(zhì)量ppm的鑭(La)構(gòu)成。
[0030](2) 一種金(Au)合金鍵合線，其特征在于，將在金(Au)合金母體含有微量元素而形成的合金經(jīng)伸線加工成20 μ m以下的鍵合用極細(xì)線,所述金(Au)合金母體通過在99.999質(zhì)量％以上的高純度金(Au)中含有以合計(jì)為0.05-2質(zhì)量％的純度為99.9質(zhì)量％以上的鈕(Pd)、鉬(Pt)和銅(Cu)中的至少一種而構(gòu)成；；該微量元素為由5~50質(zhì)量ppm的鈣(Ca)和5~50質(zhì)量ppm的鎂(Mg)以及5~50質(zhì)量ppm的鑭(La)和I~20質(zhì)量ppm的鈹(Be)構(gòu)成。
[0031](3)—種金(Au)合金鍵合線，其特征在于，將在金(Au)合金母體含有微量元素而形成的合金經(jīng)伸線加工成20 μ m以下的鍵合用極細(xì)線,所述金(Au)合金母體通過在99.999質(zhì)量％以上的高純度金(Au)中含有以合計(jì)為0.05-2質(zhì)量％的純度為99.9質(zhì)量％以上的鈀(Pd)、鉬(Pt)和銅(Cu)中的至少一種而構(gòu)成；該微量元素為由5~50質(zhì)量ppm的鈣(Ca)和5~50質(zhì)量ppm的鎂(Mg)以及5~50質(zhì)量ppm的鑭(La)、以及合計(jì)為I~30質(zhì)量ppm的鋪(Ce)、乾(Y)以及銪(Eu)中的至少一種而構(gòu)成。
[0032](4) 一種金(Au)合金鍵合線，其特征在于，將在金(Au)合金母體含有微量元素而形成的合金經(jīng)伸線加工成20 μ m以下的鍵合用極細(xì)線,所述金(Au)合金母體通過在99.999質(zhì)量％以上的高純度金(Au)中含有以合計(jì)為0.05-2質(zhì)量％的純度為99.9質(zhì)量％以上的鈀(Pd) JS(Pt)和銅(Cu)中的至少一種而構(gòu)成；該微量元素為由5~50質(zhì)量ppm的鈣(Ca)和5~50質(zhì)量ppm的鎂(Mg)以及5~50質(zhì)量ppm的鑭(La)、以及合計(jì)為1~20質(zhì)量ppm的鈹(Be)、以及合計(jì)1~30質(zhì)量ppm的鋪(Ce)、乾(Y)以及銪(Eu)中的至少一種而構(gòu)成。
[0033](5)根據(jù)請(qǐng)求項(xiàng)I~4中任一項(xiàng)所述的金(Au)合金鍵合線，其中，全部微量元素的合計(jì)為100質(zhì)量ppm以下。
[0034]發(fā)明的效果
[0035]根據(jù)本發(fā)明的金(Au)合金的成分組成，即使鍵合線的線直徑為20 μ m以下的細(xì)的線直徑，也具有能夠防止作為毛細(xì)管的表面性惡化的原因的壓接球的頸部損害的效果。
[0036]另外，由于本發(fā)明的金(Au)合金的成分組成比之前的更多地提升了機(jī)械強(qiáng)度，與超過23 μ m的線直徑相同都具有抑制傾斜的效果，并且具有抑制線流動(dòng)的效果。
[0037]而且，根據(jù)本發(fā)明的金(Au)合金的成分組成，同時(shí)具有熔融球?yàn)檎鎴A球的效果，并且同時(shí)具有與之前同樣的壓接球?yàn)檎鎴A的效果。
[0038]另外，在本發(fā)明中，由于將微量元素和不純物極力的減少，并通過進(jìn)一步的抑制毛細(xì)管的表面性惡化，因此第一鍵合和第二鍵合中不會(huì)發(fā)生壓接形狀的惡化或不接觸，在大氣中可更確實(shí)地連續(xù)進(jìn)行數(shù)10萬(wàn)次的鍵合。
【具體實(shí)施方式】
[0039]本發(fā)明的金(Au)合金鍵合線為:以(i)99.999質(zhì)量％以上的高純度金(Au)和(ii)以合計(jì)為0.05-2%質(zhì)量％而含有的99.9質(zhì)量％以上的高純度鈀(Pd)、鉬(Pt)和銅(Cu)中的至少一種，作為母體合金，通過調(diào)整、選定在該母體合金中含有的微量元素，可得到具有所期望的性能的物質(zhì)。
[0040]鈀(Pd)、鉬(Pt)和銅(Cu)的元素與金(Au)完全地固溶，形成稀薄的二元合金時(shí)，這些元素相對(duì)于金(Au)成為容易偏析的元素。因此，由于這些元素的含量最大為2質(zhì)量％，所以純度為99.9質(zhì)量％以上。純度高的物質(zhì)為最理想，為了避免不純物的影響，優(yōu)選99.99質(zhì)量％以上。特別的，優(yōu)選銅的純度為99.999質(zhì)量％以上。在這些元素中，由于鈀(Pd)和鉬(Pt)在大氣中不被氧化，在熔融球形成時(shí)即使蒸發(fā)也不會(huì)污染毛細(xì)管，因此比銅(Cu)更為適用。
[0041]另外，由于鈀(Pd)比鉬(Pt)更容易氧化，在構(gòu)成毛細(xì)管的陶瓷上的析出物或氧化物的堆積的防止效果為鈀(Pd)比鉬(Pt)更高，因此鈀(Pd)最為適合。當(dāng)在母體合金中共同添加鈀(Pd)和鉬(Pt)和銅(Cu)中的任選2種以上時(shí)，它們的添加比例沒有特別的限定。鈀(Pd)或鉬(Pt)相對(duì)于金(Au)都可發(fā)揮同等的母體效果。
[0042]在本發(fā)明中，將合計(jì)不足0.05質(zhì)量％的鈀(Pd)、鉬(Pt)和銅(Cu)中的至少一種加入純度99.99質(zhì)量％以上的純金線中制成直徑20 μ m以下的極細(xì)線時(shí)，接合線的機(jī)械強(qiáng)度不夠充分，會(huì)發(fā)生傾斜。為了發(fā)揮穩(wěn)定的效果，其合計(jì)的下限為0.05質(zhì)量％以上，更優(yōu)選
0.08質(zhì)量％以上。另外，如果這些稀薄的合金化元素的合計(jì)超過2質(zhì)量％，在進(jìn)行球鍵合時(shí)，與以往相同，熔融球變得過硬而容易引起芯片的破裂，由于壓接球的接合強(qiáng)度不夠充分，因此該合計(jì)的上限為2質(zhì)量％以下。為了發(fā)揮穩(wěn)定的效果，優(yōu)選1.5質(zhì)量％以下。
[0043]本發(fā)明的金(Au)合金鍵合線為，作為微量元素以(i)鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)的共同添加為必須，(ii)以鈹(Be)作為任選的第一添加元素，(iii)以鈰(Ce)、釔(Y)和銪(Eu)的至少一種作為第二群的任選添加元素的金(Au)合金鍵合線。
[0044]通過以鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)的共同添加為必須成分，不僅抑制了鍵合線的熔融球的表面偏析，毛細(xì)管的表面性也不會(huì)惡化。即使追加第一群和第二群的任選添加元素也可維持毛細(xì)管表面性惡化的防止效果。
[0045]通過防止該毛細(xì)管的表面性惡化，抑制了在毛細(xì)管內(nèi)通過的鍵合線的滑動(dòng)阻力的上升。結(jié)果，即使進(jìn)行數(shù)10萬(wàn)次的鍵合后，也可防止鍵合線的頸部損害。
[0046]在本發(fā)明中，以(i)鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)的共同添加作為必須成分，其理由如下。
[0047]鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)都具有提升第二鍵合的楔形鍵合性的效果。在20μπι以下的細(xì)線化時(shí)，由于第二鍵合的接合性有容易變低的趨勢(shì)，因此需要共同添加。特別是鎂(Mg)，通過添加鎂(Mg)第二鍵合的接合性的提升效果顯著。鎂(Mg)的下限為5質(zhì)量ppm，不足于此，則沒有第二鍵合的接合性的提升效果。而且，鎂的純度優(yōu)選為99.9質(zhì)量％以上，更優(yōu)選99.99質(zhì)量％以上。即使共同添加這些元素，金(Au)和鈀(Pd)、鉬(Pt)以及銅(Cu)的稀薄的二元合金中也不會(huì)有表面偏析。特別的，鈣(Ca)為在金(Au)單體金屬中有表面偏析的元素，但在本發(fā)明的稀薄的二元合金中沒有發(fā)現(xiàn)表面偏析。另外，在本發(fā)明的稀薄的二元合金中，也沒有發(fā)現(xiàn)影響表面偏析的鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)3元素的相互作用。因此，即使連續(xù)進(jìn)行數(shù)10萬(wàn)次的鍵合，也不會(huì)進(jìn)行毛細(xì)管的表面性惡化或在前端的線出口附近內(nèi)部的析出物或其氧化物的堆積，因此毛細(xì)管施加于線的滑動(dòng)阻力或施加于壓接球的壓接力，或自壓接球中奪得的熱能通常是一定的。因此如果適度地設(shè)定初期的鍵合條件，則即使數(shù)10萬(wàn)次鍵合后仍能維持初期的鍵合條件，在鍵合時(shí)也不會(huì)在壓接球上留下頸部損害。
[0048]另外，這些元素中，鈣(Ca)和鑭(La)可提高機(jī)械強(qiáng)度。即，在伸線加工時(shí)，由于通過這些元素的協(xié)同效果提高了極細(xì)線的表皮層的機(jī)械強(qiáng)度，因此線變得越細(xì)則越不會(huì)影響線中心部分的機(jī)械強(qiáng)度，表皮層的機(jī)械響度則直接變成線的整體的機(jī)械強(qiáng)度。鈣(Ca)和鑭(La)的下限分別為5質(zhì)量ppm，不足于此，則不能夠提高極細(xì)線的機(jī)械強(qiáng)度。而且，鑭(La)的純度為99.9質(zhì)量％以上，優(yōu)選99.99質(zhì)量％以上。鈣(Ca)的純度為99質(zhì)量％以上，優(yōu)選99.5質(zhì)量％以上。
[0049]另外，這些元素可形成真球狀的熔融球、形成真圓狀的壓接球。即，在金(Au)合金母體的熔融球中的這些元素，在壓接時(shí)不會(huì)惡化毛細(xì)管表面性，也不會(huì)在前端部堆積。另外，即使共同添加鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)，在金(Au)合金線的壓接時(shí)，發(fā)現(xiàn)其他的金屬元素同樣在毛細(xì)管表面有若干的堆積。然而，這些共同添加元素極少有表面性的惡化，即使進(jìn)行數(shù)10萬(wàn)次的鍵合也不會(huì)使毛細(xì)管的表面性惡化，不會(huì)在前端部堆積析出物或其氧化物。鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)的上限分別為50質(zhì)量ppm，超過該值，則進(jìn)行直徑20 μ m以下的極細(xì)線的鍵合時(shí)，得不到真球狀的熔融球，也得不到真圓狀的壓接球。要更加確實(shí)地得到真球狀的熔融球和真圓狀的壓接球，優(yōu)選鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)的上限分別為40質(zhì)量ppm,且優(yōu)選這些元素的合計(jì)為100質(zhì)量ppm以下,進(jìn)一步的,優(yōu)選全部微量元素的合計(jì)為100質(zhì)量ppm以下。如果所述金(Au)合金母體中的全部微量元素的總計(jì)超過100質(zhì)量ppm，氧化物在熔融球表面的生成變得容易，因此在第一鍵合中偶爾會(huì)發(fā)生接合性變差，也會(huì)有使毛細(xì)管的表面性惡化的可能性。[0050]進(jìn)一步的,在鎂(Mg)或鑭(La)的情形中，如果分別超過50質(zhì)量ppm,直徑20 μ m以下的極細(xì)線的第二鍵合的接合性降低。
[0051]在本發(fā)明中，將鈹(Be)作為任選的第一添加元素的理由如下。
[0052]在鈣(Ca)和鎂(Mg)以及鑭(La)的必須成分元素的共存下將金(Au)和鈀(Pd)、鉬(Pt)以及銅(Cu)的稀薄的二元合金的壓接時(shí)，鈹為具有不使毛細(xì)管表面性惡化的效果的元素。因此，即使將在鈹(Be)和必須成分元素的共存下的稀薄的二元合金進(jìn)行數(shù)10萬(wàn)次的鍵合，也不會(huì)使第一鍵合或第二鍵合的形狀惡化或發(fā)生不接觸，也不會(huì)在鍵合時(shí)的壓接球上引起頸部損害。
[0053]另外，鈹(Be)與本發(fā)明的必須成分元素共存下，特別與鑭(La)共存下，更加提高了壓接球的真圓度。而且，鈹(Be)的純度為99質(zhì)量％以上，優(yōu)選99.9質(zhì)量％以上。另外，鈹(Be)與本發(fā)明的必須成分元素共存下，特別與鈣(Ca)的共存下，更加提高了稀薄的二元合金的經(jīng)伸線加工的表皮層的機(jī)械強(qiáng)度，即使直徑20 μ m以下的極細(xì)線，也能更加防止鍵合時(shí)的線的傾斜。鈹(Be)的下限為I質(zhì)量ppm，不足于此，則不能看見通過鈹(Be)提升機(jī)械強(qiáng)度的效果。
[0054]另一方面，鈹將熔融球的硬度變硬。如果極細(xì)線變細(xì)則熔融球也變小，在球鍵合時(shí)給予焊盤的芯片損害變大。鈹(Be)的上限為20質(zhì)量ppm，如果超過此值，則將直徑20 μ m以下的極細(xì)線進(jìn)行球鍵合時(shí)，熔融球變得過硬而容易引起芯片破裂。另外，在毛細(xì)管的表面或前端部也會(huì)堆積析出物或其氧化物。為了發(fā)揮穩(wěn)定的效果，優(yōu)選15質(zhì)量ppm以下。
[0055]在本發(fā)明中，將鈰(Ce)、釔(Y)和銪(Eu)的任一種作為第二群的任選添加元素，理由如下。
[0056]在與必須成分元素的共存下，在本發(fā)明的稀薄的二元合金的壓接時(shí)，這些稀土類金屬為具有不會(huì)惡化毛細(xì)管的表面性的效果的元素。即，這些稀土類元素與鑭(La)同樣，不會(huì)使毛細(xì)管的表面性惡化，也不會(huì)進(jìn)行析出物或其氧化物的堆積。因此，由于即使連續(xù)的數(shù)10萬(wàn)次地鍵合，也不會(huì)產(chǎn)生第一鍵合或第二鍵合的形狀惡化或毛細(xì)管的表面性惡化等，因而不會(huì)在鍵合后在壓接球上留下頸部損害。鈰(Ce)和釔(Y)相較于銪(Eu)，毛細(xì)管的惡化等更少。而且，鈰(Ce)和釔(Y)和銪(Eu)的純度分別為99.9質(zhì)量％以上，優(yōu)選99.99質(zhì)量％以上。
[0057]另外，這些稀土類元素與必須成分元素共存下，特別與鑭(La)共存下，更加提高了本發(fā)明的二元合金的經(jīng)伸線加工的極細(xì)線的表皮層的機(jī)械強(qiáng)度，即使直徑20 μ m以下的極細(xì)線，也更加防止了鍵合時(shí)的線的傾斜。即，如之前公知的，這些稀土類元素為通過增加極細(xì)線本身的剛性來維持回路形成性，同時(shí)能夠維持第一鍵合中的壓接球的真圓度的元素。這些效果與鈹(Be)相同。這些稀土類元素的下限值為I質(zhì)量ppm，不足于此，則與鈹(Be)同樣，不會(huì)發(fā)現(xiàn)提高機(jī)械強(qiáng)度的效果。另外，這些稀土元素的上限值為20質(zhì)量ppm，與鈹(Be)同樣，如果超過該值，則將直徑20 μ m以下的極細(xì)線進(jìn)行鍵合時(shí)，熔融球變得過硬而容易引起芯片的破裂。
[0058]在本發(fā)明中，可將鈹(Be)作為任選的第一的添加元素，和將鈰(Ce)、釔(Y)和銪(Eu)的任一種作為第二群的任選添加元素一并添加。即使將鈹(Be)和第二群的任選的添加元素并用，在本發(fā)明的稀薄的二元合金中也不發(fā)生表面偏析。而且，第二群的任選的稀土類元素被認(rèn)為是與本發(fā)明的稀薄的二元合金中的鑭(La)發(fā)揮同樣的效果的元素。[0059]實(shí)施例
[0060]以下，通過實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0061][實(shí)施例1-44]
[0062]表1中表不了實(shí)施例(1-44號(hào))的各試樣的成分組成。
[0063]在純度99.999質(zhì)量％的高純度金(Au)、99.99質(zhì)量％的高純度鈀(Pd)、鉬(Pt)和純度99.999質(zhì)量％的高純度銅(Cu)的稀薄的二元金(Au)合金中，按照表1記載的數(shù)值(質(zhì)量ppm)調(diào)配微量元素，并用真空熔融爐熔融鑄造。
[0064]將上述鑄造合金連續(xù)進(jìn)行伸線加工，使線直徑為15 μ m和18 μ m,并經(jīng)最終熱處理將伸長(zhǎng)率調(diào)整至4%內(nèi)。
[0065]表1實(shí)施例的金合金線的成分組成
[0066]
【權(quán)利要求】
1.一種金合金鍵合線，其特征在于，將在金合金母體含有微量元素而形成的合金經(jīng)伸 線加工成20 μ m以下的鍵合用極細(xì)線，所述金合金母體通過在99. 999質(zhì)量％以上的高純度 金中含有以合計(jì)為0. 05-2質(zhì)量％的純度為99. 9質(zhì)量％以上的鈀、鉬和銅中的至少一種而 構(gòu)成；該微量元素為由5?50質(zhì)量ppm的鈣和5?50質(zhì)量ppm的鎂以及5?50質(zhì)量ppm 的鑭構(gòu)成。
2.一種金合金鍵合線，其特征在于，將在金合金母體含有微量元素而形成的合金經(jīng)伸 線加工成20 μ m以下的鍵合用極細(xì)線，所述金合金母體通過在99. 999質(zhì)量％以上的高純度 金中含有以合計(jì)為0. 05-2質(zhì)量％的純度為99. 9質(zhì)量％以上的鈀、鉬和銅中的至少一種而 構(gòu)成；該微量元素為由5?50質(zhì)量ppm的鈣和5?50質(zhì)量ppm的鎂以及5?50質(zhì)量ppm 的鑭和I?20質(zhì)量ppm的鈹構(gòu)成。
3.一種金合金鍵合線，其特征在于，將在金合金母體含有微量元素而形成的合金經(jīng)伸 線加工成20 μ m以下的鍵合用極細(xì)線，所述金合金母體通過在99. 999質(zhì)量％以上的高純度 金中含有以合計(jì)為0. 05-2質(zhì)量％的純度為99. 9質(zhì)量％以上的鈀、鉬和銅中的至少一種而 構(gòu)成；該微量元素為由5?50質(zhì)量ppm的鈣和5?50質(zhì)量ppm的鎂以及5?50質(zhì)量ppm 的鑭、以及合計(jì)為I?30質(zhì)量ppm的鋪、乾以及銪中的至少一種而構(gòu)成。
4.一種金合金鍵合線，其特征在于，將在金合金母體含有微量元素而形成的合金經(jīng)伸 線加工成20 μ m以下的鍵合用極細(xì)線，所述金合金母體通過在99. 999質(zhì)量％以上的高純度 金中含有以合計(jì)為0. 05-2質(zhì)量％的純度為99. 9質(zhì)量％以上的鈀、鉬和銅中的至少一種而 構(gòu)成；該微量元素為由5?50質(zhì)量ppm的鈣和5?50質(zhì)量ppm的鎂以及5?50質(zhì)量ppm 的鑭、以及合計(jì)為1?20質(zhì)量ppm的鈹、以及合計(jì)1?30質(zhì)量ppm的鋪、乾以及銪中的至 少一種而構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求項(xiàng)1~4 中任一項(xiàng)所述的金合金鍵合線，其中，全部微量元素的合計(jì)為100質(zhì)量ppm以下。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK103842529SQ201180056967
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月1日
【發(fā)明者】千葉淳, 天田富士夫, 高田滿生 申請(qǐng)人:田中電子工業(yè)株式會(huì)社