[发明专利]半导体用铜合金接合线

说明书

技术领域

本发明涉及为连接半导体元件上的电极和电路布线基板的布线而利用的半导体用铜合金接合线。

背景技术

现在，作为将半导体元件上的电极与外部端子之间进行接合的接合线，主要使用线直径(线径)为20～50μm左右的细线(接合线)。接合线的接合一般是超声波并用热压接方式，可使用通用接合装置、使接合线通过其内部而用于连接的毛细管夹具等。在利用电弧热输入将线尖端加热熔融，通过表面张力使其形成球后，将该球部压接接合于在150～300℃的范围内加热了的半导体元件的电极上，其后，通过超声波压接使接合线直接在外部引线侧楔接合。

接合线的坯料迄今为止主要使用高纯度4N系(纯度＞99.99质量％)的金。但是，由于金价格高昂，而且在功率系IC等中要求粗线(线直径50～100μm左右)等，因此优选材料费便宜的其他种类金属的接合线。

在来自接合线技术的要求上，优选在球形成时形成圆球性良好的球，该球部与电极的接合部的形状尽可能接近正圆，进而要求得到充分的接合强度。另外，为了对应于接合温度的低温化、接合线的细线化等，在引线端子和布线基板上使接合线超声波压接的楔连接时，要求可以不发生剥离等地进行连接接合，并且可得到足够的接合强度等。

在如汽车用半导体等那样在高温下放置的用途中，金接合线和铝电极的接合部的长期可靠性成为问题的情况较多。根据高温加热试验等的加速评价，发生该接合部的接合强度的降低、电阻的上升等的不良。金/铝接合部(金接合线和铝电极的接合部)在高温加热下的不良成为制约半导体的高温使用的主要原因。

为了提高这样的在高温加热下的接合可靠性，一般已知以铜作为坯料的铜接合线是有希望的，例如，在非专利文献1等中曾有报告。作为原因之一，曾指出在铜/铝接合部(铜接合线和铝电极的接合部)的Cu-Al系金属间化合物的生长速度与在金/铝接合部的Au-Al系金属间化合物的生长速度相比为1/10以下、较慢等。

由于铜有材料费便宜、导电性比金高等的优点因而开发了铜接合线，在专利文献1～3等中被公开。但是，铜接合线，其球部的硬度比Au高，在焊盘电极上使球变形以接合时，对芯片给予裂纹等的损伤成为问题。对于铜接合线的楔接合，与Au相比制造余地(margin)窄，担心量产性降低。另外，如上述那样，对于利用Au成问题的高温加热下的接合可靠性，确认出铜为良好，但在除此以外的严酷使用环境下的可靠性等并不充分知道，要求面向实用化的综合的使用性能、可靠性的确认及改善。

现有技术文献

专利文献1：日本特开昭61-251062号公报

专利文献2：日本特开昭61-20693号公报

专利文献3：日本特开昭59-139663号公报

专利文献4：日本特开平7-70673号公报

专利文献5：日本特开平7-70675号公报

非专利文献1：”The emergence of high volume copper ball bonding”，M.Deley，L.Levine，IEEE/CPMT/SEMI 29th International Electronics Manufacturing Technology Symposium，(2004)，pp.186-190.

发明内容

关于面向实用化的综合可靠性的确保，对铜接合线的长期可靠性进行了较多的可靠性评价，确认出作为最多被利用的加热试验的干燥气氛下的高温保管评价中为正常，与此相对，在高湿加热评价中发生不良。作为一般的高湿加热评价，进行PCT试验(压力锅试验)。其中饱和类型的PCT试验作为比较严格的评价经常被使用，代表性的试验条件是在温度121℃、相对湿度100％RH(Relative Humidity；相对湿度)、2大气压下进行。关于PCT试验，在金接合线中出于线材料的原因几乎没有成为问题，金接合线(Au线)的PCT试验没有受到关注。在开发阶段的铜接合线中PCT试验的可靠性受到关注较少，迄今为止几乎不知道PCT试验的不良。

在本发明者们的实验中，如果将连接了铜接合线的半导体进行树脂封装后，进行饱和类型的PCT试验，则确认出发生接合强度的降低、电阻的增加等的不良。在上述加热条件下的不良发生时间为100小时～200小时，担心实用上的问题。铜接合线在PCT试验中导通不良的发生频率比金接合线高，因此为了在与金接合线同等的用途有效利用，要求在PCT试验中的寿命提高。