[发明专利]半导体装置接合用铜稀薄镍合金线的构造

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置接合用铜稀薄镍合金线的构造，特别涉及一种以无空气焊球(FAB：freeairball)接合对半导体组件上的焊垫电极进行第一接合之后，通过跳焊接合(stitchbonding)对引线框架上的外部电极进行第二接合的球状接合用铜稀薄镍合金线的构造。

背景技术

近年来，通过无空气焊球对半导体组件上的焊垫电极进行第一接合的方法如以下所述。

将从卷线器抽出的铜合金细线导入作为接合工具的毛细管，接着，一边对于仅从该工具之出口侧导出一定长度的铜合金细线的前端喷附混入氢的氮气等的惰性气体，一边通过铜合金细线前端与放电棒之间的微小放电而使铜合金细线的前端熔融，从而形成初始球体，之后一边进行超声波震动，一边通过超硬工具将该熔融球体压附于在150℃～300℃的范围内进行加热的IC芯片等的半导体组件的铝(Al)或铝(Al)合金的焊垫电极上，以进行热压附(并用超声波的热压附接合)。

此处，施加超声波的效果是使得用以助长铜合金细线的变形的接合面积扩大，以及通过破坏并去除形成于铜合金细线上的数纳米(nm)左右的表面氧化膜，使铜(Cu)等的新的金属原子在底面露出，以在相对接合的接合焊垫的界面发生塑性流动，一方面增加互相密合的新生面，一方面使两者产生原子间键结。

之后，采用下述方法：使该毛细管在XYZ方向(前后、左右、上下方向)上移动，使接合于IC芯片的电极上的铜合金细线形成既定形状的回路，在以跳焊的方式接合于外部配线的引线框架上之后，切断该铜合金细线以进行线接合。该跳焊接合被认为是以超声波将接合线接合的楔形接合的一种。

该接合线若仅为高纯度的铜合金则太过柔软，故一般加入微量的添加元素。例如，日本特开2012-89685号公报(后述的专利文献1)。这是因为，使用包含钛(Ti)等的9种添加元素的软质稀薄铜合金材料制造具有“加工前的结晶组织从该表面向内部50μm的深度的平均晶粒尺寸在20μm以下”的表层的铜接合线，在导电率(指在国际退火铜标准(InternationalAnnealedCopperStandard)上，将电阻率1.7241×10^-8Ωm作为100％之情况下的导电率；以下相同)维持于98％IACS以上的较高值的状态下，可提升接合线在机械性质方面的软质特性以及接合后的疲劳特性。

另外，日本特开昭61-20693号公报(后述的专利文献2)中揭示一种材料，其并非以无空气焊球(FAB)方式，而是在完全的还原氛围下，形成较大的熔融球体以进行接合的铜合金细线的材料。

其还揭示了一种接合线，目的是在将接合线的导电性维持于较高的状态下使第一接合的接合强度良好，其中含有镁(Mg)、稀土元素、碲(Te)等的24元素(为了方便，将稀土元素记为1元素)0.001～2质量％，而剩余部分实际上为铜。

若对于目前为止的高纯度的铜合金细线进行质量分析，则除了原先包含的数质量ppm至数十质量ppm的氧以外，还包含了数十至数百质量ppm、一般为100质量ppm的经由表层与晶界入侵的氧。亦即，除了铜合金细线中形成之铜氧化物的表面氧化膜以外，氧还存在于铜合金内部。

在高纯度的铜合金中，若无易氧化的微量添加元素，则该微量的氧与高纯度铜母材(Matrix)中的铜形成金属不足型铜氧化物(简称为“Cu_2-XO”)，从而形成Cu_2-xO母材。该Cu_2-xO母材在环境温度下并不会消失，从表层引入大气中的氧，而且将氧供给至铜母材。在该表层侧的Cu_2-XO母材中，若Cu_2-XO放出氧原子，则在形成新的铜原子的同时，自由的氧原子还与新的铜母材再次成为金属不足型铜氧化物(Cu_2-XO)，Cu_2-XO经由这样的过程而侵入铜母材内部。另一方面，因为新的铜原子可在金属不足型铜氧化物母材中自由移动，故该一部分与大气中的氧结合，从而形成表层氧化物(为了方便，简称为“Cu₂O”)。