[发明专利]半导体装置用Cu合金接合线

说明书

提供一种能够抑制劈刀磨损的半导体装置用接合线。一种半导体装置用Cu合金接合线，其特征在于，线表面的结晶方位中，相对于垂直于包含线中心轴的一个平面的方向、角度差为15度以下的＜110＞结晶方位和＜111＞结晶方位的存在比率的合计以平均面积率表示为40％以上90％以下。

技术领域

本发明涉及用于对半导体元件上的电极和外部导线等电路布线基板的布线进行连接的半导体装置用Cu合金接合线。

背景技术

当前，作为对半导体元件上的电极与外部导线之间进行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是超声波并用热压接方式，使用通用接合装置、以及使接合线通过其内部以用于连接的劈刀(capillary)夹具等。接合线的接合工艺如下：利用电弧热量输入来加热熔融线尖端，并利用表面张力形成球(FAB：Free Air Ball：自由空气球)后，在加热到150～300℃的范围内的半导体元件的电极上压着接合该球部(以下，称为“球接合”)，接着，在形成了线弧后，将线部压着接合(以下，称为“楔接合”)到外部导线侧的电极上，从而完成。

接合线的材料迄今为止金(Au)是主流，但最近开始使用铜(Cu)。使用Cu的接合线电导率高、廉价，因此被用作各种半导体封装。使用Cu的接合线可以大致划分为在Cu的表面具有Pd或Au等的涂层的接合线(下面，多层Cu线)和没有涂层的接合线(下面，单相Cu线)。多层Cu线由于抑制单相Cu线的技术问题即线表面的铜氧化等，在使用性能方面优点很多。因此，多层Cu线被较多采用在特别是线径细、性能要求严格的高密度LSI用途中。另一方面，单相Cu线由于比多层Cu线便宜，因此主要被采用于线径粗、性能要求相对低的功率装置用途。

另一方面，发挥单相Cu线的成本优势，已尝试将单相Cu线应用扩大至更细的线径。但是，技术问题在于单相Cu线随着线径变细，劈刀磨损增加，其应用前景受到限制。在本说明书中，将劈刀磨损定义为由于接合线和劈刀内部的接触界面摩擦，劈刀内部磨损的现象。发生劈刀磨损时，引起环形状打乱、球接合部或线接合部的接合强度降低等的不良。特别是劈刀前端的孔附近，由于与接合线接触的机会多而容易磨损。通常，使用前的劈刀前端的孔形状为圆形，但随着劈刀磨损增加而成为椭圆形。针对这样的减少劈刀磨损的方法，主要研究了提高劈刀的耐磨损性的方法，以及在线表面涂覆不同种类金属的方法。

专利文献1中公开了以下技术：关于接合劈刀，由以氧化铝结晶为主相的第一多晶陶瓷形成，由于所述氧化铝的结晶粒子的平均粒径为0.38μm以下，实现适用于使用铜等形成的硬金属细线(接合线)的情况的耐磨损性的提高。

专利文献2中公开了：关于以Ag为主体的接合线，通过在涂层的最表面具有包含15～50at.％以上的Au的Au含有区域，减小接合线的表面与劈刀的界面产生的摩擦，能够改善劈刀的使用寿命。专利文献3中公开了：在球接合用贵金属覆铜线中，作为在线表面形成金(Au)极薄延展层的情况的效果，改善线表面对劈刀的滑动。

但是，即使使用这些技术也存在后述的技术问题，并不能满足所要求的劈刀磨损性能。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2014－146622号公报

专利文献2：日本特开2016－115875号公报

专利文献3：日本特开2017－92078号公报

发明内容

[发明要解决的技术问题]

上述劈刀磨损主要在环(loop)形成工序中产生。在环形成工序中，一边从劈刀持续放出接合线一边移动劈刀，在球接合部和楔形接合部之间形成环。在该过程中，劈刀前端的孔内侧与接合线经常持续接触，劈刀前端的孔附近磨损。在线为细线径的情况下，应力容易集中在接合线和劈刀的接触界面，劈刀磨损倾向于增加。