[发明专利]半导体装置用接合线

说明书

提供一种半导体装置用的Pd被覆Cu接合线，其在半导体装置封装中使用的模塑树脂中的硫含量增大的情况下，也能在175℃以上的高温环境下充分地得到球接合部的接合可靠性。在具有Cu合金芯材和形成于所述Cu合金芯材的表面的Pd被覆层的半导体装置用接合线中，接合线中包含总计为0.03～2质量％的Ni、Rh、Ir、Pd中的1种以上，还包含总计为0.002～3质量％的Li、Sb、Fe、Cr、Co、Zn、Ca、Mg、Pt、Sc、Y中的1种以上。通过使用上述接合线，在半导体装置封装中使用的模塑树脂中的硫含量增大的情况下，也能在175℃以上的高温环境下充分地得到球接合部的接合可靠性。

技术领域

本发明涉及用于将半导体元件上的电极与外部引线等电路布线基板的布线连接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程度的细线。接合线的接合方法一般是并用超声波的热压接方式，可使用通用接合装置、将接合线穿过其内部而用于连接的劈刀夹具等。接合线的接合工序中，在利用电弧热能将线尖端加热熔融并利用表面张力形成球(FAB：Free Air Ball自由空气球)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”)，接着在形成线弧后，将线部压接接合于外部引线侧的电极上(以下，称为“楔接合”)，从而接合线的接合工序完成。接合线的接合对象即半导体元件上的电极使用在Si基板上成膜有以Al为主体的合金的电极构造，外部引线侧的电极使用实施了镀Ag或镀Pd的电极构造等。

至今为止，接合线的材料以Au为主流，但以LSI用途为中心而向Cu的替代正在推进。另一方面，以近年来的电动汽车、混合动力汽车的普及为背景，在车载用设备用途上也对从Au向Cu的替代的需求升高。

对于Cu接合线，提出了使用高纯度Cu(纯度：99.99质量％以上)的方案(例如，专利文献1)。Cu与Au相比具有易氧化的缺点，存在接合可靠性、球形成性、楔接合性等差的问题。作为防止Cu接合线的表面氧化的方法，提出了将Cu芯材的表面以Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Co、Cr、Ti等金属被覆的构造(专利文献2)。另外，提出了在Cu芯材的表面被覆Pd，并将其表面以Au、Ag、Cu或它们的合金被覆的构造(专利文献3)。

车载用设备与一般的电子仪器相比，要求在严酷的高温高湿环境下的接合可靠性。特别是将线的球部与电极接合的球接合部的接合寿命是最大的问题。提出了几个对高温高湿环境下的接合可靠性进行评价的方法，作为代表性的评价方法有HAST(HighlyAccelerated Temperature and Humidity Stress Test)(高温高湿环境暴露试验)。在通过HAST对球接合部的接合可靠性进行评价的情况下，将评价用的球接合部暴露在温度为130℃、相对湿度为85％的高温高湿环境中，通过测定接合部的电阻值的经时变化、或者测定球接合部的剪切强度的经时变化，来评价球接合部的接合寿命。最近，在这样的条件下的HAST中要求100小时以上的接合寿命。在作为半导体装置的封装的模塑树脂(环氧树脂)中，分子骨架包含氯(Cl)。在HAST评价条件下，分子骨架中的Cl水解并作为氯化物离子(Cl-)溶出。即使是具有Pd被覆层的Cu接合线，在通过球焊与Al电极接合的情况下，若Cu/Al接合界面被置于130℃以上的高温下，则形成作为金属间化合物的Cu₉Al₄，从模塑树脂溶出的Cl导致腐蚀进展，导致接合可靠性的降低。

在专利文献4～8中，公开了通过使Pd被覆Cu线中含有从由Ni、Pd、Pt、In、As、Te、Sn、Sb、Bi、Se、Ga、Ge组成的群中选择的1种以上的元素，而使腐蚀反应延迟从而提高在高温高湿环境下的接合可靠性的发明。