[发明专利]半导体装置用接合线

说明书

本发明提供能够满足在高密度安装中要求的接合可靠性、弹回性能、芯片损伤性能的接合线。一种接合线，其特征在于，由总计为0.05～5原子％的In、Ga、Cd中的1种以上、以及其余量构成，所述其余量为Ag和不可避免的杂质。

本申请是申请日为2015年5月20日、申请号为201580001736.3、名称为“半导体装置用接合线”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及为了连接半导体元件上的电极与外部引线等电路布线基板的布线而被利用的半导体装置用接合线。

背景技术

现在，作为将半导体元件上的电极与外部引线之间接合的半导体装置用接合线(以下称为接合线)，主要使用线径15～50μm左右的细线。接合线的接合方法一般为并用超声波的热压接方式，可使用通用接合装置、使接合线通到其内部而连接的毛细管夹具等。接合线的接合工艺通过下述过程来完成：通过电弧热输入将线尖端加热熔融，在通过表面张力形成球部之后，使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(以下称为球接合)，接着，形成环路之后，将线部压接接合到外部引线侧的电极(以下称为楔接合)。作为接合线的接合对象的半导体元件上的电极，大多使用在Si基板上形成了以Al为主体的合金膜的电极结构、外部引线侧的电极，大多使用在Si基板上施加了镀银层、镀钯层等的电极结构。

对接合线要求具有优异的球形成性、球接合性、楔接合性、环路形成性等。作为综合性地满足这些要求性能的接合线的材料，逐渐主要使用Au。近年来，以Au价格的高涨为背景，使用比较便宜的材料作为Au的替代材料的接合线的开发正在盛行。作为开发例，可举出具有在Cu的表面被覆了Pd的结构的接合线。该接合线的特征主要是通过抑制Cu的氧化而综合性地改善了接合线的性能这点，在最尖端的LSI(Large Scale Integration，大规模集成)领域被使用。

在今后的接合线开发中，强烈要求对应于与半导体器件的进一步高性能化、小型化相伴的高密度安装。在高密度安装中，为了抑制LSI层间的信号延迟，有时会使用脆弱的低介电常数材料作为层间的绝缘材料，经常存在对半导体元件的损伤的问题。相邻的电极的间隔狭窄，需要使接合线的线径变细，因此要求接合线具有高的楔接合性。为了在细的线径中确保导电性，期望用于接合线的材料的电阻率低。作为这样的高密度领域中的接合线的材料，大多使用软质且可获得高楔接合性、电阻率较低的Au。

为了解决上述那样的高密度安装中的课题，提供比Au便宜的接合线，曾进行了作为接合线的材料使用Ag的尝试。Ag的杨氏模量(约83×10⁹N/m²)与Au的杨氏模量(约80×10⁹N/m²)大致相等，且低于Cu的杨氏模量(约130×10⁹N/m²)，因此期待在针对脆弱的半导体元件的球接合中损伤少、且能够获得良好的楔接合性。室温附近的Ag的电阻率(1.6μΩ·cm)比Cu的电阻率(1.7μΩ·cm)、Au的电阻率(2.2μΩ·cm)低，因此从电特性的观点出发，也可以认为其适合作为高密度安装中的接合线的材料。

然而，使用了Ag的接合线(以下称为Ag接合线)在高密度安装中存在接合可靠性、环路的稳定性低这样的问题。接合可靠性评价是以评价实际的半导体器件的使用环境中的接合部寿命为目的而进行的。一般接合可靠性评价使用高温放置试验、高温高湿试验。与使用了Au的接合线(以下称为Au接合线)相比，Ag接合线在高温高湿试验中的球接合部的寿命差是个问题。由于在高密度安装中进行小球接合，因此贡献给接合的面积变小，因此确保寿命变得更加困难。

对于环路的稳定性，被称为弹回(spring)不良的不良成为问题。弹回不良成为在接合线的接合工序中由于环路弯曲的现象，接合线彼此接触而引起短路的原因。在高密度安装中，相邻的接合线的间隔变得狭窄，因此强烈要求抑制弹回不良。线的强度越低，弹回不良越容易发生，因此在线径变细的高密度安装中成为问题的情况较多。