JP5109881B2 - 銅ボンディングワイヤ - Google Patents

銅ボンディングワイヤ Download PDF

Info

Publication number
JP5109881B2
JP5109881B2 JP2008227625A JP2008227625A JP5109881B2 JP 5109881 B2 JP5109881 B2 JP 5109881B2 JP 2008227625 A JP2008227625 A JP 2008227625A JP 2008227625 A JP2008227625 A JP 2008227625A JP 5109881 B2 JP5109881 B2 JP 5109881B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
copper
wire
bonding
coating
ppm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008227625A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010062395A (ja
Inventor
亮 富樫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority to JP2008227625A priority Critical patent/JP5109881B2/ja
Publication of JP2010062395A publication Critical patent/JP2010062395A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5109881B2 publication Critical patent/JP5109881B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554External layer
    • H01L2224/0555Shape
    • H01L2224/05552Shape in top view
    • H01L2224/05554Shape in top view being square
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554External layer
    • H01L2224/05599Material
    • H01L2224/056Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05617Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/05624Aluminium [Al] as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43Manufacturing methods
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43Manufacturing methods
    • H01L2224/431Pre-treatment of the preform connector
    • H01L2224/4312Applying permanent coating, e.g. in-situ coating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43Manufacturing methods
    • H01L2224/432Mechanical processes
    • H01L2224/4321Pulling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43Manufacturing methods
    • H01L2224/438Post-treatment of the connector
    • H01L2224/43848Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/4501Shape
    • H01L2224/45012Cross-sectional shape
    • H01L2224/45015Cross-sectional shape being circular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147Copper (Cu) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554Coating
    • H01L2224/45565Single coating layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554Coating
    • H01L2224/4557Plural coating layers
    • H01L2224/45572Two-layer stack coating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554Coating
    • H01L2224/45599Material
    • H01L2224/456Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45663Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/45664Palladium (Pd) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554Coating
    • H01L2224/45599Material
    • H01L2224/4569Material with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/48463Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48465Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/485Material
    • H01L2224/48505Material at the bonding interface
    • H01L2224/4851Morphology of the connecting portion, e.g. grain size distribution
    • H01L2224/48511Heat affected zone [HAZ]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/485Material
    • H01L2224/48505Material at the bonding interface
    • H01L2224/48599Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au)
    • H01L2224/486Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/48617Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950 °C
    • H01L2224/48624Aluminium (Al) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/485Material
    • H01L2224/48505Material at the bonding interface
    • H01L2224/48599Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au)
    • H01L2224/486Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/48638Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/48639Silver (Ag) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/485Material
    • H01L2224/48505Material at the bonding interface
    • H01L2224/48799Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Copper (Cu)
    • H01L2224/488Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Copper (Cu) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/48838Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Copper (Cu) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/48839Silver (Ag) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/4917Crossed wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/8538Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/85399Material
    • H01L2224/854Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/85438Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/85439Silver (Ag) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00011Not relevant to the scope of the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01004Beryllium [Be]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01005Boron [B]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01007Nitrogen [N]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01013Aluminum [Al]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01014Silicon [Si]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01015Phosphorus [P]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01019Potassium [K]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01022Titanium [Ti]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01025Manganese [Mn]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01028Nickel [Ni]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01029Copper [Cu]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01033Arsenic [As]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01046Palladium [Pd]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01047Silver [Ag]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01078Platinum [Pt]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01079Gold [Au]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01082Lead [Pb]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/10251Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253Silicon [Si]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/20Parameters
    • H01L2924/207Diameter ranges
    • H01L2924/20752Diameter ranges larger or equal to 20 microns less than 30 microns

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

本発明は、半導体素子上の電極と外部電極とを接続するために用いる銅ボンディングワイヤに関するものである。
一般に半導体素子上の電極と外部電極との結線に用いられるボンディングワイヤの直径は15〜75μmと非常に細く、また、化学的な安定性や大気中での取り扱いやすさから、従来は金線が用いられていた。
しかし、Au線の組成は、99mass%から99.99mass%がAuであるため非常に高価であることから、金線使用量のIOピン数が非常に多いプラスチックボールグリッドアレイパッケージ(Plastic Ball Grid Alley Package、以下PBGAと記す。)や製品価格が安いメモリパッケージでは、細い線径の金線を用いることで、Auの使用量を減らし、そのコストを下げたいとの要望があった。
一方、Auの電気比抵抗は約2.3μΩcmであるが、線径を細くすることで、その電気抵抗も上昇するため、電流値を変化させたくない半導体パッケージでは細線化には限界があり、更にパッケージの高密度化における発熱の低減などの観点から、電気比抵抗が約1.7μΩcmとAuより低く、安価なCuに代替したいとの要望があった。
このような状況から銅ボンディングワイヤが開発、製品化されてきている。
しかしながら、銅ボンディングワイヤを最新の高集積度半導体パッケージに適用するためには、シリコンチップ上の脆弱なアルミ電極パッドへのダメージを回避する初期銅ボールの軟らかさと、銅ボールとアルミニウム電極との接合界面の腐食を阻止するための銅組成、更には銅ボールとアルミニウム電極との接合界面に生成するアルミニウム銅合金層の酸化を阻止するための初期銅ボールの無酸素化、高集積化により狭まった隣接ワイヤループが樹脂封止時の樹脂流れによって起こる電気的短絡などを解消しなければならなかった。
ボールボンディングにおける接合界面の信頼性に最も強く影響する不純物元素は塩素であることが知られているが、特許文献1には、グロー放電質量分析法によって検出される塩素量が1質量ppm以下の無酸素銅を使用することで銅ボールとアルミニウム電極との接合界面の腐食を阻止できることが開示されており、こうした銅ボンディングワイヤを使用することでPBGAの組立も金線から銅線への置き換えも可能となっている。
一方、銅ボンディングワイヤは表面が酸化しやすいため、酸化によってステッチボンディングの接合性が低下するという問題があり、特許文献2には、高純度銅極細線の表面にPd被膜を形成して銅表面の酸化を防止する方法が開示されている。
更に、特許文献3には、Pd被覆銅ボンディングワイヤ表面のPd被覆層と銅芯材との界面での剥離を防止するための方法が開示されており、被膜形成後に熱処理を施して銅パラジウム界面に濃度勾配を設けることが示されている。
又、最終線径まで伸線した後に銅芯材表面へパラジウム被膜を形成し、最終熱処理で拡散層を形成して界面の接合強度を高める方法も提案されている。
樹脂流れ性の向上については、銅ボール硬度の低減やステッチボンディング性向上のためにPBGAやメモリパッケージ向けの銅ボンディングワイヤは軟化処理によって弾性率は52〜70GPa程度と一般的な高強度金線の80〜90GPaよりも低く、樹脂封止時のループへの流動応力に耐えずループが撓み、隣接するループと接触して電気的短絡を起こすことが問題となっていた。
このような樹脂封止時のループの接触による電気的短絡防止アイデアとしては、特許文献4及び特許文献5に、ワイヤ表面を電気絶縁性の物質で覆い、仮にループが接触してもワイヤ表面の絶縁性被膜が電気的短絡を回避するいわゆる絶縁ボンディングワイヤが提案されている。
ところで、絶縁ボンディングワイヤの芯材が金線である場合には、Auは化学的に安定な金属であるため、例えば熱可塑性であるナイロンやアクリルといった樹脂を直接塗布する方法を用いることが可能であるが、芯材が銅線の場合には、延性がAuよりも低いCuではステッチボンディングでの銅ボールとアルミニウム電極との接合面積が小さくなり、ワイヤとリード電極との接合界面に延びた絶縁性被膜が残留し、金属接合を阻害するためにステッチボンディングが不十分となり、連続ボンディング性の低下による生産性の低下やボンドプル強度の低下の原因となっている。
又、絶縁性被膜として熱可塑性のナイロンやアクリル系の樹脂、あるいは熱硬化性のポリウレタンは、ボール形成時の熱影響部での樹脂の溶け上がり量が多く、ボール直上部のワイヤがむき出しになってしまうため、チップを多数積層させた最新のスタックドパッケージで要求される低ループでのクロス配線における電気的短絡回避を解決できないでいる。
更に、絶縁性確保のためには、所定の厚みの絶縁性被膜を設ける必要があるが、絶縁性被膜が厚くなるとステッチボンディング性が低下するというトレードオフの関係があるなか、高密度化を実現するためにワイヤの線径を細くしていくと、ステッチボンディングの接合面積は減少していくが、接合面積が小さくなっても高い接合強度を得るためには被膜樹脂が接合界面に残留しにくいことが重要であり、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂がこのような効果を示すことが知られている。
特願2006−314805号 特開昭62−97360号公報 特開2006−216929号公報 特許2705978号公報 特開2000−195892号公報
しかしながら、Pdの被膜形成速度は蒸着法にしてもメッキ法にしても遅く、又拡散層の形成に要する加熱工程も必要になるため、生産性の点からPd被膜の形成は、ある程度の太線で行い、加熱無しに最終線径までの伸線を行うことでPd被膜の形成を行ないたいが、無酸素銅、より高純度の銅にPd被膜を設けて加熱せずに伸線を行うと、Pd被膜が剥がれ易くなって、芯材の銅線が剥き出しになりやすい問題がある。
又、絶縁性被膜に用いる熱硬化性樹脂は、ステッチボンディング性が良好となることは知られていたが、例えば絶縁性被膜として厚さ50nmと極めて薄いポリイミド被膜を用いた場合であっても、この極薄のポリイミド被膜中に存在する、ポリイミドなどの熱硬化性樹脂の溶媒として極めて一般的に用いられるN−メチルピロリジノンとCuとが直接反応して銅線表面を黒く変色し、変色層が異物となってプラズマ放電によって得られるワイヤ先端のボール形状が真球になりにくい、或いはステッチボンディング強度が低いといった問題が生じていた。
即ち、本発明は係る課題に対して、銅表面にPd被膜を安定して形成し、被膜形成後に加熱せずに最終線径まで伸線でき、ステッチ接合性の高い安価な銅ボンディングワイヤ、並びに樹脂封止時のワイヤ同士の接触による電気的短絡を防止する銅ボンディングワイヤの提供を目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明による銅ボンディングワイヤは、Clを1ppm以下、Pを10ppm以上、200ppm以下含み、残部Cuと不可避不純物とからなる無酸素銅の銅極細線を芯材とし、前記芯材の表面にPd被膜が形成されていることを特徴とするものである。
更に、Clを1ppm以下、Pを10ppm以上、200ppm以下含み、残部Cuと残部不可避不純物とからなる無酸素銅の銅極細線を芯材とし、前記芯材の表面にPd被膜を設け、前記Pd被膜の表面に熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂被膜が形成されていることを特徴とする銅ボンディングワイヤである。
本発明に係る銅ボンディングワイヤによれば、芯材がClを1ppm以下、Pを10ppm以上、200ppm以下の範囲で含み、残部Cu及び不可避不純物からなる無酸素銅の銅極細線であるため、アルミニウム電極とのボール接合界面での腐食が発生しにくく、Pd被膜とCuとの界面の接合強度も良好で、加熱を行わなくとも伸線によってボンディングに十分な強度が得られるために剥離の発生が無く、無酸素銅であるために、高温評価時に、Pdが吸収する水素と銅中に存在する酸素とが反応して水蒸気を形成し、この水蒸気に起因するボール粒界での割れも発生しない。
更に、この銅極細線の表面にPd被膜が設けられることで、絶縁性樹脂被膜の形成が銅と反応しやすいN−メチルピロリジノンなどの有機溶媒を使用した可溶性ポリイミドインクを用いた場合でも、この有機溶媒は、銅線とは直接には接触しないことから、可溶性ポリイミドインクをPd被膜表面に塗布した後に、加熱によってポリイミド被膜となって接合信頼性が高く、絶縁性を有する銅ボンディングワイヤを容易に形成することが可能となる。
本発明の芯材となる銅極細線が、Clを1ppm以下、Pを10ppm以上200ppm以下含み、残部Cuと不可避不純物とからなる無酸素銅であることで、形成される銅ボールの初期硬さをより柔らかくする効果を示すと共に、Pd被膜が吸収する水素との反応によるボール粒界での割れの発生を大きく抑制するものである。
尚、この不可避不純物は、純度99.99%の銅の不可避不純物レベル以下であることが望ましい。又、この銅極細線の製造においては、純度99.99%以上の銅原料を用いて、所定成分組成に溶解鋳造することが好ましく、特には酸素濃度は10ppm以下であると良い。
Cl含有量が1ppm以下であると、銅ボールとアルミニウム電極との接合界面の腐食が防止されるもので、一方Pは、芯材の銅極細線とPd被膜との接合強度を保ち、銅ボール形成時の銅ボールの酸化を防ぎ、又脱酸作用により銅ボールの表面硬さを硬くしないためにパッドダメージを発生させない働きを示すもので、そのP含有量が10ppm以上200ppm以下の範囲において良好な効果を有する。
銅極細線の表面にPd被膜を設けることは、絶縁性被膜を形成するときの絶縁性被膜成分による銅極細線の表面汚染や変色を防止する効果や銅ボール形成時のボールの真球度を悪化させない予防効果が得られるものである。
そのPd被膜の厚みは、5nmから100nmが望ましく、この範囲内では、銅線表面の変色を抑え、ワイヤ先端に溶融形成される銅ボール表面に濃縮するPd層の厚みも薄くなり、チップダメージの損傷を抑えたボールボンディングが可能である。5nm未満では効果がなく、100nmを超える厚みのPd被膜では、銅ボールを形成したときの真球度が低下するためで、望ましくは、10nmから30nmが良く、更に望ましくは10nmから15nmである。
本発明において、熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂を絶縁性被膜に用いるのは、塗布回数による被膜の厚み調整が容易で、又溶剤中にポリシランを混合してガラス転位温度や延性の調整も可能となるため、絶縁性が高くかつボンダビリティの高い絶縁性被膜を容易に形成するためである。
更に、熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂に対して、10mass%以下の範囲でポリシロキサンを添加しても良く、この添加された絶縁性被膜は、より高い絶縁性を示すが、10mass%を超えての含有は、ステッチボンディング強度を弱め、銅ボール形成時の真球度が悪化する。
その絶縁性被膜の厚みが、50nmから200nmであれば、連続ボンディング性を維持しつつ、良好な絶縁性も得られる。50nm未満では、必要とする絶縁性が得られず、200nmを超える厚みでは、ステッチボンディング強度が必要とする強度より低下してしまう。より望ましくは、50nmから100nmにすると更に諸特性が良好となる。
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
表1に示す芯材成分組成、Pd被膜、絶縁性被膜の組み合わせで被覆した実施例1〜14、比較例1〜25の銅ボンディングワイヤを以下の製造法で作製した。
実施例1〜7及び比較例1〜10は、Pd被膜を有する銅ボンディングワイヤで、純度99.9999%の電気銅(以下6N銅と記す)又は純度99.99%の電気銅(以下4N銅と記す)を使用して表1に示すCl含有量、P含有量になるように溶解鋳造し、ダイスによる冷間伸線により線径1mmまで縮径した後、アルカリ脱脂、水洗、電解脱脂、水洗、酸活性、水洗を行い、0.1μm厚のPdストライクメッキを行い、さらに水洗し、所定厚みでPdメッキを行い、引き続き水洗、湯洗を行い、エアブロウして水分を除去した後、ダイスによる冷間伸線によって直径25μmまで縮径した。次いで、5%H−95%N雰囲気の400℃以上600℃以下の温度に保たれた長さ50cmの炉中を線速50m/分以上の速度で連続的に焼鈍して加工歪みを除去した。
図1(a)にその断面形状を示す。10aはPd被膜付きの銅ボンディングワイヤ、1は銅極細線、2はPd被膜である。
実施例8〜14及び比較例11〜25は、Pd被膜上に絶縁性被膜を施した銅ボンディングワイヤで、6N銅又は4N銅を使用してCl含有量、P含有量になるように溶解鋳造し、ダイスによる冷間伸線により線径1mmまで縮径した後、アルカリ脱脂、水洗、電解脱脂、水洗、酸活性、水洗を行い、0.1μm厚のPdストライクメッキを行い、更に水洗し、所定厚みでPdメッキを行い、その後水洗、湯洗を行い、ダイスによる冷間伸線を経て直径25μmまで縮径した。次いで、5%H−95%N雰囲気の400℃以上600℃以下の温度に保たれた長さ50cmの炉中を線速50m/分以上の速度で連続的に焼鈍して加工歪みを除去した後、ワイヤ表面に可溶性ポリイミドインクを塗布し、直後に300℃以上400℃以下の温度に加熱し、硬化させてポリイミド樹脂被膜を形成する工程を、複数回行い、表1に示す所定の厚みのポリイミド樹脂被膜を形成した。
その断面形状を図1(b)に示す。10bはポリイミド樹脂被覆の銅ボンディングワイヤ、1は銅極細線、2はPd被膜、3は熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂被膜である。
Pd被膜を形成するPdメッキは、市販の高純度パラジウムメッキ液を用いて電気メッキ法で行った。
ポリイミド樹脂被膜の形成は、熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂被膜では、テトラカルボン酸ジ無水物とジアミンとを環化反応させたブロック共重合型ポリイミドを、N−メチルピロリジノンを主とする溶媒に溶解した可溶性ポリイミドインクを用いて行い、熱硬化性変性型ポリイミド樹脂被膜では、ポリイミド分子中にフッ素を含有させて耐熱性を共重合型よりも向上させたポリイミドを、N−メチルピロリジノンを主とする溶媒に溶解した可溶性ポリイミドインクを用いて形成し、熱硬化性共縮合型ポリイミド樹脂被膜では、テトラカルボン酸ジ無水物とジアミンとを脱水縮合反応させて得るポリアミック酸を加熱し形成したポリイミドを、N−メチルピロリジノンを主とする溶媒に溶解した可溶性ポリイミドインクを用いて形成した。
Figure 0005109881
この作製した銅ボンディングワイヤを用いて、各界面の接続強度、銅ボール形成能、ステッチ接合性、絶縁性の各特性を以下に示す方法で評価し、その結果を表2に示す。
Pd被膜と芯材の銅極細線との界面の接合強度については、ダイス伸線後のワイヤを2インチスプールへクロス巻で200m巻き取り、表面を実体顕微鏡観察して、銅表面が露出している場合を界面の接合強度が弱いと判断して「×」とし、露出が見られない場合を強いと判断して「○」とした。
Pd被膜と絶縁性被膜との界面の接合強度については、絶縁性被膜を形成後に、ワイヤを2インチスプールへクロス巻で200m巻き取り、表面を実体顕微鏡観察して、チョコレート色に変色している場合を「×」、変色が見られない場合を「○」と判断した。
ボール形成能は、新川社製ワイヤボンダUTC1000を用いて、5%H−95%N雰囲気下で直径50μmの初期銅ボールを50個作成して評価した。
ボールの変形については、ボールの真球度(真円度と偏芯性)が目視観察で明らかに劣るものが1つでも発生した場合を「×」と判断し、発生しない場合を「○」として変形性を記した。
ボールの酸化については、SEM観察によってボール表面に細かい凹凸が形成された場合は「×」と判断し、平滑な表面である場合には「○」と評価した。
パッドダメージについては、シリコンチップの酸化シリコン上に酸化チタン薄膜を形成し、さらに0.8μm厚のアルミニウム薄膜を形成したテストチップを用い、100個のボールボンディングを100回行い、試料を作製した。水酸化カリウム水溶液でテストチップの表層のアルミニウム薄膜を除去した後、実体顕微鏡でパッドを観察し、酸化チタンに割れ欠けといった損傷が確認された場合を「×」と判定し、損傷のない場合を「○」とした。
ステッチ接合性は、プラスチック基板上のAuメッキ面と、プラスチック基板にダイボンディンされたアルミニウム蒸着チップとの間でボールボンディングを行った後、ボンドプル強度を測定し、センタープル強度で39mN未満となるワイヤが観察された場合を「×」と判定し、39mN以上の場合を「○」とした。
絶縁性については、図2及び図3に示す、プラスチック基板20上にダイボンディングされたアルミニウムパッド7を有するテストチップ6と、基板上のAuメッキリード8との間でワイヤボンディングを行なう際に、2本毎に外側ループワイヤ5を内側ループワイヤ4上で接触するように交差するクロスボンディングを行い一対とし、2本のリード間での電気抵抗を抵抗測定器9を用いて導通の有無を測定する絶縁性試験装置を用い、その導通が観察された場合を「×」とし、絶縁状態の場合を「○」判定した。
含まれるClによる信頼性評価に関しては、Fe−42%NiリードフレームのAgメッキ面上にダイボンディングされた0.8μm厚のアルミニウム電極と、Agメッキリード電極間をワイヤボンディングによって接続し、その後温度85℃湿度85%の環境で216時間放置してシア強度測定を行い、ボールが剥がれた後のパッド面に塩素による腐食変色が確認された場合をNGと判断した。
Figure 0005109881
表2から明らかなように、本発明に係る実施例1から14は、各界面の接合強度、銅ボール形成能、ステッチ接合性、絶縁性共に優れている。
実施例1〜7は、Clを1ppm以下、Pを10ppm以上200ppm以下含み、残部Cuと不可避不純物の成分組成からなる銅極細線の表面にPd被膜が形成されるために、銅極細線とPd被膜との接合強度が強く、伸線前に焼鈍によってPdとCuとの界面で拡散接合を行わなくとも伸線後にPdが剥離して銅表面が露出することはない。
又、Pd被膜が剥離せずに芯材の銅極細線を覆っているために、銅ボール形成後の銅ボールの変形や芯ずれも発生せず、その酸化もなく、含まれるPにより銅ボールの表面硬さが硬くならないためにパッドダメージも発生せず、ステッチ接合性も良好で、Cl含有量が1ppm以下であるため湿度を含む信頼性評価においても、銅ボール接合界面の塩素濃化による銅ボール剥がれの発生が無いことがわかる。
実施例8〜14は、銅極細線とPd被膜との接合強度が強いために伸線前に焼鈍によってPdとCuとの界面で拡散接合を行わなくとも伸線後にPdが剥離して銅表面が露出することがないので、銅の変色を起こすことなくN−メチルピロリジノンを溶媒とした熱硬化性共重合型ポリイミドインク溶液を均一にPd被膜上へ塗布し、加熱硬化させることでポリイミド被膜が容易に形成されている。
このPd被膜上にポリイミド樹脂が被覆された銅ボンディングワイヤは、Pd被膜が剥離せずに芯材の銅極細線を覆っているために、銅ボール形成後の銅ボールの変形や芯ずれも発生せず、その酸化もなく、含まれるPにより銅ボールの表面硬さが硬くならないためにパッドダメージも発生せず、ステッチ接合性も良好で、Cl含有量が1質量ppm以下であるため湿度を含む信頼性評価においても、銅ボール接合界面の塩素濃化による銅ボール剥がれの発生が無いと共に、絶縁性を付与する被膜が熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂であるためステッチボンディング中に樹脂が微細に粉砕されて剥離するためにステッチ接合性も良好であり、熱硬化性樹脂であるため高温のクロスボンディングにおいてもワイヤが被膜樹脂にめり込んで芯材同士が接触する、電気的な短絡現象を起こすこともない。
一方、本発明の範囲を逸脱した比較例1〜25では、何らかの特性が劣っていることがわかる。
Pの含有量が10ppm未満である比較例1、3、6、8、11、12、13、18、19、20及び24は、いずれの場合もPd被膜形成後の伸線工程でPdが剥離して芯材の地肌が露出してしまい、ボールの芯ズレも多発し、ステッチボンディング性も低下している。
一方、Pを200ppmを超えて含有する比較例2、5、7、10、16及び23では、いずれの場合もパッドダメージが観察されている。
Clが1ppmを超えて含有する比較例3、4、5、8、9、10、17、24及び25では、いずれの場合にも湿度を含む信頼性評価にて銅ボール接合界面での塩素濃化による腐食によって生じるボール剥離が観察されている。
又、絶縁被膜に熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂とは異なる熱硬化性縮合型ポリイミド樹脂や熱硬化性変性型ポリイミド樹脂を使用した比較例12、13、14、15、
19、20、21及び22では、ステッチボンディング性が大きく低下したり、ワイヤボンディングを完全に行ったクロスワイヤー対を用いた絶縁性の評価において、ボンディングワイヤが樹脂被膜にめり込んで発生する絶縁不良が観察されたりしている。
本発明に係る銅ボンディングワイヤの断面図で、(a)はPd被覆銅ボンディングワイヤ、(b)樹脂被覆の銅ボンディングワイヤである。 絶縁性試験装置の模式平面図である。 図2の絶縁性試験装置のボンディングループを表す側面図である。
符号の説明
1 銅極細線
2 Pd被膜
3 絶縁性被膜(熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂被膜)
4 内側ループワイヤ
5 外側ループワイヤ
6 テストチップ
7 アルミニウムパッド
8 Auメッキリード
9 抵抗測定器
10a 銅ボンディングワイヤ
10b 銅ボンディングワイヤ(絶縁性樹脂被覆)
20 プラスチック基板

Claims (2)

  1. Clを1ppm以下、Pを10ppm以上、200ppm以下含み、残部Cuと不可避不純物とからなる無酸素銅の銅極細線を芯材とし、前記芯材の表面にPd被膜が形成されていることを特徴とする銅ボンディングワイヤ。
  2. Clを1ppm以下、Pを10ppm以上、200ppm以下含み、残部Cuと残部不可避不純物とからなる無酸素銅の銅極細線を芯材とし、前記芯材の表面にPd被膜を設け、前記Pd被膜の表面に熱硬化性共重合型ポリイミド樹脂被膜が形成されていることを特徴とする銅ボンディングワイヤ。
JP2008227625A 2008-09-04 2008-09-04 銅ボンディングワイヤ Active JP5109881B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008227625A JP5109881B2 (ja) 2008-09-04 2008-09-04 銅ボンディングワイヤ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008227625A JP5109881B2 (ja) 2008-09-04 2008-09-04 銅ボンディングワイヤ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010062395A JP2010062395A (ja) 2010-03-18
JP5109881B2 true JP5109881B2 (ja) 2012-12-26

Family

ID=42188861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008227625A Active JP5109881B2 (ja) 2008-09-04 2008-09-04 銅ボンディングワイヤ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5109881B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101894821B (zh) * 2010-05-28 2012-07-04 日月光封装测试(上海)有限公司 半导体封装打线用的导线结构及其结合构造
JP5087795B2 (ja) * 2010-08-30 2012-12-05 住友金属鉱山株式会社 ボンディングワイヤ
JP5408147B2 (ja) * 2011-01-26 2014-02-05 日鉄住金マイクロメタル株式会社 ボンディングワイヤ
JP4860004B1 (ja) * 2011-02-28 2012-01-25 タツタ電線株式会社 ボンディングワイヤ及びその製造方法
JP5403702B2 (ja) * 2011-04-11 2014-01-29 タツタ電線株式会社 銅ボンディングワイヤ
KR101251011B1 (ko) * 2011-08-23 2013-04-05 엠케이전자 주식회사 구리계 본딩 와이어 및 이를 포함하는 반도체 패키지
JP5001455B1 (ja) * 2011-11-21 2012-08-15 タツタ電線株式会社 ボンディングワイヤ及びその製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6280241A (ja) * 1985-10-01 1987-04-13 Tanaka Denshi Kogyo Kk 半導体素子のボンデイング用銅線
JPS6297360A (ja) * 1985-10-24 1987-05-06 Mitsubishi Metal Corp 半導体装置のボンデイングワイヤ用表面被覆高純度銅極細線
JP2705978B2 (ja) * 1989-05-19 1998-01-28 株式会社日立製作所 半導体素子用被覆ボンディングワイヤ
JPH0766236A (ja) * 1993-08-31 1995-03-10 Tanaka Denshi Kogyo Kk 半導体素子用多層被覆ボンディングワイヤ及び半導体装置
JP2000195892A (ja) * 1998-12-25 2000-07-14 Sumitomo Electric Ind Ltd ボンディングワイヤ―
JP2003133364A (ja) * 2001-10-19 2003-05-09 Tanaka Electronics Ind Co Ltd 銅ボールの熱圧着方法
JP2004064033A (ja) * 2001-10-23 2004-02-26 Sumitomo Electric Wintec Inc ボンディングワイヤー
JP2004014884A (ja) * 2002-06-07 2004-01-15 Sumitomo Electric Wintec Inc ボンディングワイヤー
JP4519775B2 (ja) * 2004-01-29 2010-08-04 日鉱金属株式会社 超高純度銅及びその製造方法
JP4158928B2 (ja) * 2004-09-02 2008-10-01 古河電気工業株式会社 ボンディングワイヤー及びその製造方法
JP2006216929A (ja) * 2005-01-05 2006-08-17 Nippon Steel Corp 半導体装置用ボンディングワイヤ
KR20100087780A (ko) * 2005-06-15 2010-08-05 닛코 킨조쿠 가부시키가이샤 초고순도 구리 및 그 제조 방법 그리고 초고순도 구리로 이루어지는 본딩 와이어
JP4691533B2 (ja) * 2006-08-31 2011-06-01 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用銅合金ボンディングワイヤ
JP5152897B2 (ja) * 2006-11-21 2013-02-27 タツタ電線株式会社 銅ボンディングワイヤ
TWI427719B (zh) * 2007-01-15 2014-02-21 Nippon Steel & Sumikin Mat Co The joint structure of the joining wire and its forming method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010062395A (ja) 2010-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5109881B2 (ja) 銅ボンディングワイヤ
US10840208B2 (en) Bonding wire for semiconductor device
US20130233593A1 (en) Composite wire of silver-palladium alloy coated with metallic thin film and method thereof
US20080076251A1 (en) Copper Bonding or Superfine Wire with Improved Bonding and Corrosion Properties
TW201530673A (zh) 半導體裝置用接合線
JP5270467B2 (ja) Cuボンディングワイヤ
CN108122877B (zh) 薄金铜合金线及其制造方法
WO2013018238A1 (ja) ボールボンディングワイヤ
US20130233594A1 (en) Composite wire of silver-gold-palladium alloy coated with metal thin film and method thereof
US11251153B2 (en) Noble metal-coated silver wire for ball bonding, and semiconductor device using noble metal-coated silver wire for ball bonding
TWI762546B (zh) 導線架材料及其製造方法以及半導體封裝體
US9142495B2 (en) Lead frame and semiconductor package manufactured by using the same
WO2014137288A1 (en) Palladium coated copper wire for bonding applications
JP2013021280A (ja) 複合銀ワイヤ
KR101366688B1 (ko) 구리계 본딩 와이어 및 이를 포함하는 반도체 패키지
JP2010040944A (ja) 銅絶縁ボンディングワイヤ及びその製造方法
Breach et al. Effects of moisture on reliability of gold and copper ball bonds
JP2008153625A (ja) 銅ボンディングワイヤ
CN108598058A (zh) 一种铜合金键合丝及其制造方法
JP7032239B2 (ja) リードフレーム材およびその製造方法ならびに半導体パッケージ
CN108823463A (zh) 一种铜合金键合丝及其制造方法
US11456271B2 (en) Noble metal-coated silver wire for ball bonding and method for producing the same, and semiconductor device using noble metal-coated silver wire for ball bonding and method for producing the same
JP5465874B2 (ja) 銅ボンディングワイヤの製造方法および該製造方法を用いた銅ボンディングワイヤ
WO2013081306A1 (en) Lead frame and semiconductor package including the same
CN109390309A (zh) 一种表面有镀层的铜合金线及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101018

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110901

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120911

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120924

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5109881

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250