JPH07138678A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07138678A
JPH07138678A JP6117381A JP11738194A JPH07138678A JP H07138678 A JPH07138678 A JP H07138678A JP 6117381 A JP6117381 A JP 6117381A JP 11738194 A JP11738194 A JP 11738194A JP H07138678 A JPH07138678 A JP H07138678A
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wire
bonding wire
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ball
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茂美 山根
Koichiro Atsumi
幸一郎 渥美
Tetsuo Ando
鉄男 安藤
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 第１の半導体装置は、Ｚｎ及びＦｅの１種ま
たは２種の元素を 0.001重量％以上， 0.1重量％未満含
有し、残部が銅、第２の半導体装置は、Ｚｎ及びＦｅの
１種または２種の元素を含有し、さらにＢｅ，Ｓｎ，Ｚ
ｒ，Ａｇ及びＣｒの１種または２種以上の元素を含有
し、それらの含有量の合計が 0.001重量％以上， 0.1重
量％未満であり、残部が銅、第３の半導体装置は、Ｂ
ｅ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ａｇ及びＣｒの１種または２種以上の
元素を 0.001重量％以上， 0.1重量％未満含有し、残部
が銅であり、かつ導電率７２IACS％，初期ボール硬度
（ビッカース硬度）９０以下，ワイヤー強度１８kg／mm
2 越え，ワイヤー伸び４％越え及びボール接合強度６５
gf以上の特性を有し、ボール形成性が良好である、ボン
ディングワイヤーを用いたことを特徴とする。 【効果】 ボール接合強度が良好でかつ導電性が良好な
銅系ボンディングワイヤーを用い、高い信頼性を有する
半導体装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボンディングワイヤー
を用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置
は、例えば図１に示すように、樹脂モールド４の内部に
おいて、半導体チップ１および半導体装置の外部へ電気
的結線を行うためのリードフィンガ２が設けられてお
り、これらを線径１０〜１００μｍ程度のボンディング
ワイヤー３で結ぶ構造となっている。
【０００３】このボンディングワイヤー３の接続方法の
一例としては、まずボンディングワイヤーの先端をボー
ル状に加熱溶融させ、次にこのボール状の先端を半導体
チップ１に圧接し、さらに弧を描くようにボンディング
ワイヤー３を延ばし、３００〜３５０℃に加熱されたリ
ードフィンガ２にボンディングワイヤー３の一部を再度
圧接し、切断することにより、半導体チップ１とリード
フィンガ２とを結線するものである。
【０００４】この種のボンディングワイヤーとしては、
導電性，ワイヤー伸び，ワイヤー強度，半導体チップと
の接合強度（以下「ボール接合強度」という）およびボ
ール形成性が要求されている。
【０００５】従来においては、上記ボンディングワイヤ
ーには金線が使用されている。
【０００６】しかし、近年、低価格化および導電性向上
の点から、上記ボンディングワイヤーとして金線に代え
て銅線を用いる試みがなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、銅線を用いて
熱圧接を行うと、ボール接合強度が低下する場合があ
り、一方ボール接合強度を改善しようとすると導電性が
低下してしまい、双方の特性を満足する銅ボンディング
ワイヤーは得られていなかった。
【０００８】このため、従来のボンディングワイヤーを
用いて半導体装置の電気的結線を行った半導体装置とし
ての信頼性の低下などの各種の問題を有していた。
【０００９】本発明は、上記問題点を解決し、ボール接
合強度が良好でかつ導電性が良好な銅系ボンディングワ
イヤーを用い、高い信頼性を有する半導体装置を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは、ま
ずボンディングワイヤーについて鋭意研究した結果、従
来のボンディングワイヤーのボール接合強度の低下は、
主に形成されたボール中のガスにより生じることを見出
した。
【００１１】すなわち、半導体チップ上にこのボールが
圧接された際、ガスによる空洞が接合部に発生，位置し
てしまい、ボール接合強度を低下させること、およびこ
の現象は特に銅線で発生しやすいことを見出した。
【００１２】本発明は、これらの知見をもとに完成され
たものである。
【００１３】本発明の第１の発明の半導体装置は、電気
的結線に、ＺｎおよびＦｅの１種または２種の元素を
０．００１重量％以上，０．１重量％未満含有し、残部
が実質的に銅であるボンディングワイヤーを用いたこと
を特徴とする。
【００１４】また、本発明の第２の発明の半導体装置
は、電気的結線に、ＺｎおよびＦｅの１種または２種の
元素を含有し、さらにＢｅ，Ｓｎ，Ｚｒ，ＡｇおよびＣ
ｒの１種または２種以上の元素を含有し、それらの含有
量の合計が０．００１重量％以上，０．１重量％未満で
あり、残部が実質的に銅であるボンディングワイヤーを
用いたことを特徴とする。
【００１５】また、本発明の第３の発明の半導体装置
は、電気的結線に、Ｂｅ，Ｓｎ，Ｚｒ，ＡｇおよびＣｒ
の１種または２種以上の元素を０．００１重量％以上，
０．１重量％未満含有し、残部が実質的に銅であり、か
つ導電率７２ＩＡＣＳ％，初期ボール硬度（ビッカース
硬度）９０以下，ワイヤー強度１８kg／mm2 越え，ワイ
ヤー伸び４％越えおよびボール接合強度６５gf以上の特
性を有し、ボール形成性が良好であるボンディングワイ
ヤーを用いたことを特徴とする。
【００１６】以下に、本発明の組成に関し説明する。
【００１７】上記本発明の半導体装置に用いられるボン
ディングワイヤーに含有される、ＺｎおよびＦｅの１種
または２種の元素、さらにはＢｅ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ａｇお
よびＣｒの１種または２種以上の元素は、合金中のＨ，
Ｏ，Ｎ，Ｃを固定し、Ｈ2 ，Ｏ2 ，Ｎ2 ，ＣＯガスの発
生を抑制するためのものである。
【００１８】しかし、これらの含有量が多すぎると導電
性を低下させ、一方少なすぎると効果が生じにくい。こ
のため、上記含有元素の含有量０．００１重量％以上，
０．１重量％未満とした。さらに好ましくは０．０１〜
０．０５重量％である。
【００１９】上記本発明の半導体装置に使用されるボン
ディングワイヤーの含有元素は、その１種の含有におい
ても従来に比較し特性を向上することができるが、本発
明においてはそれらの元素を２種以上含有することによ
りボンディングワイヤーとして要求される全ての特性に
おいてより優れた特性を得ることが可能となると共に、
それを用いた半導体装置として優れた信頼性を得ること
ができる。
【００２０】なお、本発明の半導体装置に使用されるボ
ンディングワイヤーは、被覆されて使用されても良い。
【００２１】次に、本発明の半導体装置の製造方法の一
例に関し説明する。
【００２２】まず、本発明の半導体装置に使用されるボ
ンディングワイヤーは、成分元素を添加して溶解鋳造し
てインゴットを得る。次いで、このインゴットを７００
〜８００℃で熱間加工し、その後９００〜９６０℃で熱
処理し、急冷後、６０％以上の冷間加工を施し、４００
〜６００℃で熱処理を施す。それにより、本発明の半導
体装置に使用されるボンディングワイヤー、さらには本
発明の第３の発明で規定する特性を有するボンディング
ワイヤーが得られる。
【００２３】そして、上記ボンディングワイヤーを用い
て、常法により半導体装置を製造する。例えば、この半
導体装置としては、少なくとも半導体チップとリードフ
ィンガを有すると共に、前記半導体チップとリードフィ
ンガとの結線に、上記ボンディングワイヤーを用いたも
のであれば良い。
【００２４】
【実施例】下記表１に示す成分のボンディングワイヤー
を製造し、その特性として導電性（IACS％），初期ボー
ル硬度（ビッカース硬度），ワイヤー強度（kg／m
m2 ），ワイヤー伸び（％），ボール接合強度（gr），
およびボール形成性を測定した。
【００２５】初期ボール硬度は、ボール圧接時の硬度を
いい、硬度が低いほど圧接性は良好となる。
【００２６】また、ワイヤー伸びは、ボンディングワイ
ヤーが破断するまでの伸びをいい、伸びが大きいほど破
線率が低い。
【００２７】また、ボール接合強度は、熱圧着されてい
るボンディングワイヤーの接合部に、つり針状のカギを
かけ、真横に引っ張って、接合部をせん断破壊させるま
での加重を測定することにより得られる。
【００２８】また、ボール形成性は、ボンディングワイ
ヤーの先端がボール状に溶融した際、酸化するかどう
か、空洞ができるかどうか、ボール径のバラツキが大き
いか小さいかということを評価することにより判断され
る。
【００２９】
【表１】 上記表１より、まず導電性に関しては、実施例１〜１２
および比較例１がＡｕ線より高い導電率を示し、非常に
有効である。
【００３０】また、初期ボール硬度に関しては、実施例
１〜１２および比較例１，５がビッカース硬度９０以下
を示し、実用的である。
【００３１】また、ワイヤー強度に関しては、実施例１
〜１２および比較例１〜４がＡｕ線と同等あるいはそれ
より大きい強度を示し、有用である。
【００３２】また、ワイヤー伸びに関しては、実施例１
〜１２および比較例１，３がＡｕ線より大きい伸びを示
し、有用である。
【００３３】また、ボール接合強度に関しては、実施例
１〜１２および比較例２，３，５がボール接合強度６５
gr以上であり、実用的である。
【００３４】また、ボール形成性に関しては、比較例４
以外は全て良好である。
【００３５】以上の各特性を総合的に考慮すると、本発
明の実施例１〜１２は比較例１〜５に比べて優れてい
る。
【００３６】そして、半導体チップとリードフィンガを
有する半導体装置の半導体チップとリードフィンガとの
結線に、上記優れた特性を有するボンディングワイヤー
を用いたところ、信頼性の高い半導体装置を得ることが
できた。
【００３７】
【発明の効果】本発明は、ボール接合強度が良好でかつ
導電性が良好な銅系ボンディングワイヤーを用い、高い
信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の一部切り欠き斜視図。
【符号の説明】
１…半導体チップ ２…リードフィンガー ３…ボンディングワイヤー ４…樹脂モールド

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気的結線に、ＺｎおよびＦｅの１種ま
    たは２種の元素を０．００１重量％以上，０．１重量％
    未満含有し、残部が実質的に銅であるボンディングワイ
    ヤーを用いたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 電気的結線に、ＺｎおよびＦｅの１種ま
    たは２種の元素を含有し、さらにＢｅ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ａ
    ｇおよびＣｒの１種または２種以上の元素を含有し、そ
    れらの含有量の合計が０．００１重量％以上，０．１重
    量％未満であり、残部が実質的に銅であるボンディング
    ワイヤーを用いたことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 電気的結線に、Ｂｅ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ａｇ
    およびＣｒの１種または２種以上の元素を０．００１重
    量％以上，０．１重量％未満含有し、残部が実質的に銅
    であり、かつ導電率７２ＩＡＣＳ％，初期ボール硬度
    （ビッカース硬度）９０以下，ワイヤー強度１８kg／mm
    2 越え，ワイヤー伸び４％越えおよびボール接合強度６
    ５gf以上の特性を有し、ボール形成性が良好であるボン
    ディングワイヤーを用いたことを特徴とする半導体装
    置。
  4. 【請求項４】 半導体装置は、少なくとも半導体チップ
    とリードフィンガを有すると共に、前記半導体チップと
    リードフィンガとの結線に、ボンディングワイヤーを用
    いたものである請求項１乃至請求項３記載の半導体装
    置。
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Cited By (3)

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