[发明专利]半导体装置用铜合金接合线

说明书

在半导体装置用的铜合金接合线中，实现高温高湿环境下的球部接合寿命的提高。一种半导体装置用铜合金接合线，其特征在于，总计含有0.03质量％以上3质量％以下的选自Ni、Zn、Ga、Ge、Rh、In、Ir、Pt的至少1种以上的元素(第1元素)，其余部分由Cu和不可避免杂质构成。通过含有预定量的第1元素，从而在线接合界面中抑制在高温高湿环境下容易腐蚀的金属间化合物的生成，提高球部接合寿命。

本申请是申请日为2018年12月17日、申请号为201780037612.X、发明名称为“半导体装置用铜合金接合线”的发明专利申请的分案申请。

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铜合金接合线。

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。接合线向半导体装置的电极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。对于作为接合线的接合对象的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结构，对于外部导线侧的电极，使用施加有镀Ag或镀Pd的电极结构等。

迄今为止，接合线的材料以金(Au)为主流，但是，以LSI用途为中心而向铜(Cu)的替代正在进展。另一方面，以近年来的电动汽车或混合动力汽车的普及为背景，在车载用设备用途中，对从Au向Cu的替代的需求也正在提高。

关于铜接合线，提出了使用高纯度Cu(纯度：99.99质量％以上)的铜接合线(例如专利文献1)。在使用铜接合线的情况下，也在高密度安装中要求接合可靠性、线弧的稳定性较高。接合可靠性评价是出于对实际的半导体器件的使用环境中的接合部寿命进行评价的目的而进行的。一般而言，对于接合可靠性评价，使用高温放置试验、高温高湿试验。高温高湿试验一般使用在温度为121℃、相对湿度为100％的条件下进行的被称为PCT(PressureCooker Test：压力锅试验)的试验。

在专利文献2中，记载了由含有0.13～1.15质量％的浓度范围的Pd的铜合金构成的半导体用铜合金接合线。通过在上述浓度范围中添加Pd，从而能够提高PCT试验所得到的高湿加热可靠性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61－48543号公报

专利文献2：国际公开第2010/150814号

发明内容

发明要解决的课题

车载用设备与一般的电子设备相比，要求严苛的高温高湿环境下的接合可靠性。尤其是，将线的球部接合在电极上的球接合部的接合寿命成为最大的问题。提出了几种对高温高湿环境下的接合可靠性进行评价的方法，作为近年代表性的评价方法，使用HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)(高温高湿环境暴露试验)。HAST具有向评价封装的吸湿均匀、且评价结果的再现性较高这样的特征。在利用HAST来评价球接合部的接合可靠性的情况下，通过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，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，从而评价球接合部的接合寿命。此外，通过施加偏置电压，从而能够进行比PCT更严格的评价。最近，变成了在这样的条件下的HAST中要求100小时以上的接合寿命。