[发明专利]用于半导体装置中的连接的铜-铂合金线

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过超声辅助热压接合将半导体元件上的盘电极与外部电极彼此连接的铜合金线，特别地，涉及一种铜-铂合金线，其中小量铂(Pt)固溶在富含纯度为99.995质量％以上的铜(Cu)的基体中。

背景技术

随着近来金价格的上涨，铜合金线作为至今已被使用的4N金合金线的替代品，正在再次吸引注意。

在对常规的铜合金线所采用的常规超声辅助热压接合中，通过在将铜合金接合线在非氧化气氛如氮气气氛和混合了氢的氮气气氛下保持在铝盘上的同时经过电弧加热输入将该线的端部加热熔融，通过表面张力形成球，随后用超硬工具将线的球部分压向在150℃至300℃的范围内被加热的半导体元件的电极，以借助加压负荷和来自超硬工具的超声波振动能量，获得铜合金线与铝盘的接合。

施加超声波的效果是，扩大用于促进铜合金线变形的接合面积，以及在通过破坏和除去在铜-铂合金线的表面上形成的约100nm的表面氧化物膜而将在较下方表面处的铜(Cu)等金属原子露出、并通过在铜-铂合金线表面与面对并接触该表面的接合盘之间的界面上产生塑性流动而逐渐增大彼此紧密接触的新形成的表面的同时，获得铜合金线和铝盘之间的原子间接合。

而且，在对常规铜合金线所采用的超声楔形接合中，将环形的接合线置于在引线框架上的导线上，随后借助在室温下、在下述状态下施加的超声振动将接合线楔形接合至引线框架的导体上：以使得将接合线压向引线框架上的导线的方式，将超硬工具从上方压向接合线。接着，将线夹住，并将接合线与超硬工具一起向上移动以被切断。

通过执行第一次接合和第二次接合，将半导体元件和引线框架彼此连接。

其中贵金属元素如铂(Pt)固溶在铜(Cu)中的富铜合金线的实例包括以下提及的那些，但是，因为难以控制铜(Cu)中的氧(O)，它们具有由于在铜合金线表面导致的氧化不规则性而不令人满意地执行二次接合的问题。

更具体地，因为形成了氧化物膜的厚度的不规则性，氧化物膜的厚的部分不通过施加超声振动而分解，而不适宜地产生了为了确保接合强度的目的而增加接合面积的必要性，并当线直径小于20μm时导致了不稳定的二次接合强度的问题。

上述铜合金线的一个实例是日本已审查专利申请公布号5-20493(在下文列为专利文献1)。该铜合金线“能够通过固定合金中的H、O、N和C来抑制H₂、O₂、N₂和CO气体的生成”，这是因为在铜(Cu)中含有0.01至2重量％的如镁(Mg)、铪(Hf)和铂(Pt)的24种元素(稀土元素计为一种元素)(在该公布的第2页的右上栏)。然而，完全没有公开控制富铜合金线的表面上的氧化物膜的技术。

另一个实例是日本未审查专利申请公布号2008-085320(在下文列为专利文献2)。该公布描述了用于半导体装置的铜合金接合线，其特征在于，高纯度铜含有：Mg和P中的至少一种，总量为10至700质量ppm；Ag、Pd、Pt和Au中的至少一种，总量为10至5000质量ppm；以及6至30质量ppm的氧(该公布的权利要求2)，这通过控制在线球表面上的氧化物膜上的氧，改善了球焊形状和接合强度。

该现有技术借助如在从前所述的现有技术中的添加元素来控制在富铜合金中所含的氧(O)，并且完全没有公开控制在铜合金线表面上的氧化物膜的技术。

由以上实例可见，常规的铜合金线通过合并预定的一种或多种形成合金的组分从铜(Cu)基体消除非金属组分氧(O)。

作为结果，通常通过普通的化学蚀刻或在还原气氛下的高温处理，除去了铜合金线表面上的氧化物膜。因此，因为当作为后处理对清洁的铜合金线表面进行热处理或置于大气中时形成各种氧化物膜，所以在铜合金线表面上的不稳定的氧化物膜的问题仍未被解决。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本已审查专利申请公布号5-20493

专利文献2：日本未审查专利申请公布号2008-085320

发明内容

技术问题

本发明的目的是，提供铜-铂合金接合线，其通过在铜-铂合金接合线的表面上形成具有均匀厚度的薄氧化物膜而在二次接合性方面和长期接合稳定性方面是出色的，以及防止由于球焊(ball bonding)时在一次接合性中所包括的芯片破裂和铝飞溅(aluminium splash)，并改善倾斜(leaning)性能。

解决问题的手段