[其他]半导体装置的导线材料

说明书

一种用于半导体装置的导线材料，组成的物质按重量计包括：Ｎｉ０．４至４．０％、Ｓｉ０．１至１．０％、Ｚｎ０．０５％至１．０％、Ｍｎ０．０１至１．０％、Ｍｇ０．００１至０．０１％以下、Ｃｒ０．００１至０．０１％以下、Ｓ最多高达０．００３％、余下的是Ｃｕ和不可避免的杂质。此外，这导线材料还可含有高达５ｐｐｍ的氧及高达５ｐｐｍ的氢。

本发明涉及半导体装置。更具体地说，是关于晶体管、集成电路和其他类似的半导体装置的导线材料。

这种工艺的一般做法是使用线膨胀系数接近元件和陶瓷物质的线膨胀系数的Fe-42%（重量）Ni作为半导体装置的导线材料。这种Fe-42%（重量）Ni合金含有大量的Ni成份，因此便比铜合金不合算。

在制造集成电路时，必须获得高经济效益。因此，便对廉价铜合金展开研究与发展以取代Fe-42%（重量）Ni。实际上，因为元件与导线材料的线膨胀系数有所不同，会产生热应力的问题，现在现有技术已可以解决此类问题了，例如可插入一张钨或钼的薄片作为软垫层，又可以使用焊料或导电性树脂粘胶。此外，虽然昂贵的陶瓷向来都是作粘胶及以玻璃密封的，但现在为了减低成本已经被廉价的树脂取替。树脂的优点是它们的线膨胀系数相当接近铜合金的系数，又对合金有良好的亲和力。

随着电路集成程度的增加。Fe-42%（重量）Ni的设计都得有散热装置，以便把元件内产生的焦耳热散发掉。但是使用铜合金的时候则须有这种散热装置。

由此可见，以铜合金取代传统的Fe-42%（重量）Ni，作为半导体装置的导线材料，会有各种极大好处。不过，要注意的是Fe-42%（重量）Ni优点，是它具有强度高与延伸率大的特点及有良好的耐热能力。

一般来说，半导体装置的导线材料需要有高的强度、良好的导线挠曲疲劳特性、高刚性、良好的导热率及导电率、抗腐蚀能力、抗应力腐蚀破裂能力、可焊性、对镀上的锡层和软焊层要有高抗剥落能力、对金和银的可镀性好、良好的冲压能力，价钱还要不贵。

在各种适合作半导体装置导线材料的铜合金之中、Cu-Ni-Si合金和Fe-42%（重量）的Ni的机械特性和耐热度差不多是一样的。不过，这些合金的热加工性比较差，另外一个缺点是如果温度维持在150℃，镀上的锡层或软焊层会在数天内剥落，而且不容易镀上金或银。

本发明的目的是为半导体装置提供铜合金导线材料，这些合金必须比Fe-42%（重量）Ni便宜，而其特性也应与现有的合金相当。

本发明的另一个目的是提供具有下列特性的铜合金导线材料，包括：良好的热加工性、锡层和焊层不易剥落、良好的可焊性、以及对金、银或类似物质的可镀性好。

要达到本发明的上述目的，半导体装置的导线材料的成份，便应该按重量计包括：Ni0.4至4.0%、Si0.1至1.0%、Zn0.05至1.0%、Mn0.01至1.0%、Mg0.001至0.01%以下、Cr0.001至0.01%以下、S最多可高达0.003%，其余的是Cu及不可避免的杂质。该材料内的硫最好是含镁的化合物，典型的是以MgS的形式存在;该材料还可以含有高达5ppm的氢，以及高达5ppm的氧。

以下是有关本发明的导线材料含有各种物质及其份量等的详细说明。

镍元素可以增强机械强度，不过，如果按重量计Ni的含量低于0.4%重量，既使Si的含量是在0.1至1.0%（重量）的范围内，机械强度亦不会有所提高。另一方面，若Ni的含量超过4.0%（重量），则加工便会变得很困难，同时机械强度的增强也不大。因此，Ni的含量最好是维持在0.4至4.0%（重量）之间。

Si元素的作用是改进机械强度。Si的量不适宜低于0.1%（重量），因为既使使用0.4至4.0%（重量）的Ni也不能增强机械强度。此外，也没法获得高的导电率。Si的含量超过1.0%（重量）时，随着可焊性的下降，可加工性与导电率也会下降。因此，Si的含量应该在0.1至1.0%（重量）之间。

要改进锡层和软焊层抗剥落性，便必须使用Zn元素。Zn低于0.05%（重量）时，效果并不显著。但是，如果Zn的含量高于1.0%（重量），可焊性就会下降。因此，Zn的含量应该在0.05至1.0%重量之间。