(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を主成分とする芯材と、該芯材の周囲を被覆したパラジウムを主成分とする被覆層とを有するボンディングワイヤであって、
深さ方向での定量分析結果においてパラジウムが７０ａｔ％以上となる前記被覆層の厚さをｂとし、パラジウムが１０ａｔ％以上となる前記被覆層の厚さをｃとするときに、
ｂ／（ｃ−ｂ）が１．１０以上であり、
前記定量分析結果においてパラジウムが９０ａｔ％以上となる前記被覆層の厚さは、２５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることを特徴とするボンディングワイヤ。
【請求項２】
前記定量分析結果は、オージェ電子分光分析による分析結果であることを特徴とする請求項１に記載のボンディングワイヤ。
【請求項３】
前記被覆層は、めっきにより形成されためっき層であり、
めっき時の線径からの面積加工率が９６．１０％以上９８．１４％以下とされたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボンディングワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディングワイヤ及びその製造方法に関し、特に、銅を主成分とする芯材と、該芯材の周囲を被覆したパラジウムを主成分とする被覆層とを有するボンディングワイヤ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、銅を主成分とする芯材の周囲に、パラジウムを主成分とする被覆層を形成したパラジウム銅ボンディングワイヤが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
市場で使用されているパラジウム被覆銅ボンディングワイヤは、専ら窒素ガス雰囲気中でプラズマアークによって加熱され、溶融凝固して形成されるボールを半導体素子上のアルミニウムパッドへ超音波熱圧着して接合される。窒素ガス雰囲気中でボールを形成する場合には、銅芯材に脱酸剤となるリンを添加し、ボール形成時に銅が露出した場合の酸化を防止して、ボール表面の表面張力を維持して溶融ボールを凝固まで真球に維持しなければならなかった。
【０００４】
一方、最近になって、パラジウム被覆銅ボンディングワイヤの適用パッケージが多岐に亘るようになり、高信頼性が要求されるようなパッケージにも使用されるケースが増えてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６４０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、ＱＦＮ（Quad Flat No-lead）やＢＧＡ（Plastic Ball Grid Array）といったパッケージでは、樹脂封止が基板上の片側のみであるため、耐湿性に弱く、プレッシャークッカーテスト（Pressure Cooker Test、以下「ＰＣＴ」と記す。）や超加速高温高湿試験（Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test、以下「ＨＡＳＴ」と記す。）等の、湿度と圧力を高めて行うパッケージ内へ水分が浸入しやすい条件下での信頼性試験では、寿命がベア銅線よりも短くなるといった現象が観察されるようになった。調査の結果、ボール接合部で銅が露出している場合に、アルミニウムパッドのボール接合界面の腐食が著しく、アルミニウムが酸化して導通不良となることが判明した。ベア銅線の場合には、ボール形成時におけるガス雰囲気は、窒素雰囲気よりも水素を４〜５ｖｏｌ％含有する窒素ガス雰囲気の方が、ボール表面の酸化が回避されるため、ＰＣＴやＨＡＳＴ信頼性といった水分や酸素の影響を受けやすい評価での信頼性は高くなることがわかっていたが、パラジウム被覆銅線においては逆に信頼性は低下することが判明した。
【０００７】
さらに調査したところ、水素を４〜５ｖｏｌ％含有する窒素中で、線径が１８μｍ以下のパラジウム被覆銅線を用いて、アークプラズマ放電によって１．６倍程度の直径を有する小ボールを形成すると、ボール表面に銅が露出したり、先端がうまく溶融せずに所定のサイズのボール径が得られない小ボール不良や、ボール表面に果実の桃の様な窪みが観察されたりと、ボールの外観異常が観察されることが判明した。
【０００８】
窒素に４〜５容積％の水素を含む混合ガス雰囲気中で、ワイヤ先端をプラズマアークで加熱する場合、水素を含まない１００％窒素ガスに比較してプラズマ温度が高温になる。よって、小ボールを安定して形成する程度の放電条件による温度制御が難しくなり、パラジウム膜中に銅が拡散し過ぎてしまい、合金化によって融点が低下すると、パラジウム膜が熔解して銅ボール内部へ溶け込んでしまったり、一部のパラジウム膜が熔解してしまったりして、ボール表面に銅が露出したりするという問題があった。また、パラジウム膜が厚すぎると、ボール表面にパラジウム膜の破片による段差が生じたりするといった、ボールの外観不良が発生するという問題があった。これらの問題に対し、接合性が悪化したり、露出した銅のガルバニック腐食によってＨＡＳＴ信頼性が低下したりするといった原因が推察された。
【０００９】
そこで、本発明は、パラジウム被覆銅ボンディングワイヤで形成されるボールの形状の真球度が高く、水素を４〜５ｖｏｌ％含有する窒素中の放電において形成されるボール表面の銅露出が抑制され、湿度が影響するＨＡＳＴ信頼性に良好なボンディングワイヤ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るボンディングワイヤは、銅を主成分とする芯材と、該芯材の周囲を被覆したパラジウムを主成分とする被覆層とを有するボンディングワイヤであって、
深さ方向での定量分析結果においてパラジウムが７０ａｔ％以上となる前記被覆層の厚さをｂとし、パラジウムが１０ａｔ％以上となる前記被覆層の厚さをｃとするときに、
ｂ／（ｃ−ｂ）が１．１０以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記定量分析結果においてパラジウムが９０ａｔ％以上となる前記被覆層の厚さは、２５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
ここで、前記定量分析結果は、オージェ電子分光分析による分析結果であってもよい。
【００１３】
また、前記被覆層は、めっきにより形成されためっき層であり、
めっき時の線径からの面積加工率が９６．００％以上９９．７０％以下とされてもよい。
【００１４】
本発明の他の態様に係るボンディングワイヤの製造方法は、銅を主成分とする芯材と、該芯材の周囲を被覆したパラジウムを主成分とする被覆層とを有するボンディングワイヤの製造方法であって、
前記芯材の周囲に、前記被覆層をめっきにより形成して被覆済みワイヤを取得するめっき工程と、
該被覆済みワイヤを、面積加工率９６．００％以上９９．７０％以下で伸線加工する芯線工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記伸線工程で所望の線径を有するボンディングワイヤが得られるように、前記めっき工程よりも前に前記芯材を伸線加工するめっき前伸線工程を更に有することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、パラジウムと銅との界面での相互の拡散が抑制され、ボール表面の銅露出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの一例を示した断面構成図である。
【図２】本実施形態に係るボンディングワイヤ３０の被覆層２０の部分を拡大して示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法のめっき前伸線工程の一例を示した図である。
【図４】本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法のめっき工程の一例を示した図である。
【図５】本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法のめっき後の伸線工程の一例を示した図である。
【図６】本発明の実施例及び比較例に係るボンディングワイヤのワイヤーボンディング時におけるボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の評価方法を説明する図である。図６（Ａ）は、良品に係るボンディングワイヤを用いたボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の一例を示した図である。図６（Ｂ）は、良品に係るボンディングワイヤを用いたボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の他の一例を示した図である。図６（Ｃ）は、不良品に係るボンディングワイヤを用いたボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の一例を示した図である。図６（Ｄ）は、不良品に係るボンディングワイヤを用いたボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の他の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの一例を示した断面構成図である。図１において、本実施形態に係るボンディングワイヤ３０は、芯材１０と、被覆層２０とを有する。芯材１０は、銅を主成分とし、純度９９．９９％以上の銅から構成される。銅以外には、例えば微量のリンが含まれたりしてもよい。また、芯材１０には、その他の不可避的な不純物等が含まれる。被覆層２０は、芯材１０の周囲を被覆し、芯材１０の銅が表面に露出しないように覆っている。被覆層２０は、パラジウムを主成分とする被覆材から構成されてよく、被覆材は、やはり９９％以上のパラジウム純度を有する。
【００２０】
銅は、安価で高い導電性を有する優れた配線材料であるが、酸化し易い、硬度が高い、拡散し易い等の問題がある。かかる酸化、高硬度、拡散性等の問題点を解消すべく、銅からなる芯材１０の周囲には、パラジウムからなる被覆層２０が形成される。これにより、芯材１０が直接空気に触れたり、ワイヤーボンディングの際に端子のアルミニウムを損傷させたり、アルミニウムや更にその下層にまで銅が拡散することを防止することができる。
【００２１】
しかしながら、ボンディングワイヤ３０は、上述の銅が拡散する性質と、また、製造される過程において、アニールされたり、伸線加工されたりするため、芯材１０の銅と被覆層２０のパラジウムは互いに拡散して混ざり合う。この、銅とパラジウムが拡散して混ざり合った領域を拡散領域と呼ぶが、拡散領域は少ない方が好ましい。被覆層２０であるパラジウム層は、芯材１０の銅と比べると非常に僅かな厚さしか有しておらず、被覆層２０が脱落すると、芯材１０の銅が露出してしまうが、拡散領域が多いということは、被覆層２０が薄くなった部分が多いということに他ならないからである。つまり、拡散領域が多く発生するということは、被覆層２０による被覆が不十分な部分が多く発生しているということになる。
【００２２】
図２は、本実施形態に係るボンディングワイヤ３０の被覆層２０の部分を拡大して示した図である。図２において、ボンディングワイヤ３０は、芯材１０の周囲を被覆層２０が被覆している点は図１と同様であるが、被覆層２０が径方向に最外層２１、外層２２、中間層２３及び内層２４を有する点で、図１に係るボンディングワイヤ３０よりも詳細に被覆層２０が示されている。
【００２３】
最外層２１は、パラジウム濃度が９０ａｔ％以上１００ａｔ％以下の領域であり、外層２２はパラジウム濃度が７０ａｔ％以上９０ａｔ％以下の領域である。中間層２３は、パラジウム濃度が１０ａｔ％以上７０ａｔ％以下の領域である。また、内層２４は、パラジウム濃度が０ａｔ％以上１０ａｔ％以下の領域である。一方、芯材１０は、パラジウム濃度が０ａｔ％の領域であると考えられる。このように、本実施形態においては、パラジウム濃度２３が０ａｔ％より大きい範囲を被覆層２０の領域として説明する。
【００２４】
なお、パラジウム濃度は、種々の測定方法により測定されてよいが、例えば、オージェ電子分光分析による定量分析により測定されてもよい。本実施形態においては、オージェ電子分光分析による深さ方向での定量分析値の結果に基づいて説明を行う。
【００２５】
図２において、オージェ電子分光分析による深さ方向での定量分析値の結果が、パラジウムが９０ａｔ％以上となるパラジウム層の厚さをａとし、パラジウムが７０ａｔ％以上となるパラジウム層の厚さをｂとし、パラジウムが１０％以上となるパラジウム層の厚さをｃとする。つまり、図２で示した最外層２１が、パラジウム濃度が９０ａｔ％以上であるので、その厚さをａとする。また、外層２２と最外層２１を合わせた領域が、パラジウム濃度が７０ａｔ％以上となる領域であるので、この厚さをｂとする。更に、中間層２３と外層２２と最外層２３とを合わせた領域が、パラジウム濃度が１０ａｔ％以上となる領域であるので、この厚さをｃとする。
【００２６】
このとき、本実施形態に係るボンディングワイヤ３０は、ｂ／（ｃ−ｂ）が１．１０以上となる。ここで、（ｃ−ｂ）は、パラジウム濃度が１０ａｔ％以上となる領域の厚さｃからパラジウム濃度が７０ａｔ％となる領域の厚さｂを差し引いた値であるから、（ｃ−ｂ）が小さい程、パラジウム濃度が７０ａｔ％から１０ａｔ％に変化している領域、つまり拡散領域が少なくなることを意味する。また、ｂの値は、パラジウム濃度が７０ａｔ％以上の領域であるから、パラジウム被覆層２０としての効果をある程度有している領域であると考えられる。よって、ｂ／（ｃ−ｂ）の値が大きいということは、拡散領域が小さく、パラジウム被覆層２０としての機能を有する領域が大きいということを意味しているので、ｂ／（ｃ−ｂ）の値が大きい程、ボンディングワイヤ３０として好ましい性質を有していることになる。
【００２７】
より詳細には、本実施形態に係るボンディングワイヤ３０のｂ／（ｃ−ｂ）を１．１０以上とするのは、ｂ／（ｃ−ｂ）を１．１０未満とすると、窒素に４〜５ｖｏｌ％の水素を含む混合ガス雰囲気中でボール形成する場合に、Ｐｄがボール内部に巻き込まれたり、ボール内全体に溶け込んだりして、ボールボンディング時のボールの塑性変形による加工硬化を促進してパッドダメージの原因となるためであり、１．１０以上とすると、そのような現象の発生を低減できるためである。
【００２８】
また、パラジウムが９０ａｔ％以上となるパラジウム被覆層２０の最外層２１の厚さａを２５ｎｍ未満とすると、窒素に４〜５ｖｏｌ％の水素を含む混合ガス雰囲気中でボール形成されたボール内でのパラジウムの分布がボール内全体となり、ボール接合の信頼性は維持されるものの、ボール内に固溶するパラジウム濃度が高くなるため、ボール圧縮変形時の加工硬化が大きくなってしまう。一方、最外層２１の厚さａが４５ｎｍを超えると、窒素に４〜５ｖｏｌ％の水素を含む混合ガス雰囲気中で形成されたボールであっても、パラジウム膜がボール表面へ残留しやすく、硬くて厚いパラジウム膜がボールボンディング時にパッドへ押し付けられる。この場合には、パッドダメージが発生し易く、またパラジウム膜の厚さにばらつきが生じ易く、更にボールの外観が果実の桃のような凹凸が生じ易くなり、ボールボンディング時のパッドダメージの原因となるため、好ましくない。
【００２９】
このように、本実施形態に係るボンディングワイヤ３０は、オージェ電子分光分析による深さ方向での定量分析値の結果が、パラジウムが９０ａｔ％以上となるパラジウム層の厚さをａ、パラジウムが７０ａｔ％以上となるパラジウム層の厚さをｂ、パラジウムが１０％以上となるパラジウム層の厚さをｃとしたときに、ｂ／（ｃ−ｂ）の値が１．１０以上である。また、最外層２１の厚さａの値が２５ｎｍ以上４５ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法について説明する。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法のめっき前伸線工程の一例を示した図である。図３において、伸線工程に用いる伸線装置が示されているが、伸線装置は、キャプスタン５０と、ダイス６０とを備える。キャプスタン５０は、平行に又は左のダイス６０への入射側が約３度傾斜して２つ設けられている。また、ダイス６０は、２つのキャプスタン５０が平行に設けられた場合には、芯材１０がキャプスタン５０と垂直よりも小さい角度で入射するように設けられ、左のダイス６０への入射側が約３度傾斜した場合には、キャプスタン５０と垂直に、２つのキャプスタン５０の間に複数個設けられる。図３においては、ダイス６０は５個設けられている。また、芯材１０は、スプール４０に巻回された状態で供給される。スプール４０も、巻き出し側（供給側）と巻き取り側（収容側）とで、２つ設けられている。
【００３２】
スプール４０に巻回された芯材１０は、平行又は左のダイス６０への入射側が約３度傾斜して設けられた２つのキャプスタン５０に、垂直よりも小さい角度で又は垂直に、２つのキャプスタン５０を跨ぐようにして巻き回されて供給される。そして、２つのキャプスタン５０の間に設けられたダイス６０を、芯材１０が通過する。ダイス６０は、入口の径が大きく、出口の径が入口の径よりも小さく形成され、ダイス６０を通過する度に、芯材１０が細くなるように構成されている。また、キャプスタン５０は、芯材１０を引き伸ばすようにして回転しながら芯材１０を先に送る。各々のダイス６０は、徐々に径が小さくなるように配置されており、もう一方のスプール４０に芯材１０が巻き取られるときには、供給時よりも伸線され、細くなった線径の芯材１０に加工されている。このように、めっき前伸線工程においては、銅の芯材１０が伸線され、線径が細径化される。
【００３３】
かかるめっき前の伸線工程は、基本的には、めっき工程を行うのに適した線径に芯材を加工するために行われる。しかしながら、本実施形態に係るボンデシィングワイヤの製造方法においては、めっき後の伸線工程において、面積加工率の制限がある。よって、本実施形態に係るめっき前伸線工程においては、めっき後の伸線工程において、制限範囲内の伸線加工で最終製品の線径が得られるように、十分な伸線加工を行い、所定の線径を有する芯材１０を得ることができるように加工する。例えば、めっき前伸線工程においては、２００μｍ以上５００μｍ以下に伸線を行うのが一般的であるが、本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法においては、最終線径に応じて、１２０μｍ以上５００μｍ以下、１５０μｍ以上４００μｍ以下程度の線径まで伸線加工を行うようにしてもよい。なお、面積加工率等の詳細については、後述する。
【００３４】
図４は、本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法のめっき工程の一例を示した図である。図４に示すように、めっき工程においては、めっき前処理槽７０、めっき槽７１に、スプール４０に巻回された芯材１０が巻き出されて供給され、芯材１０の周囲にめっきにより被覆層２０が形成される。また、めっき後のボンデシィングワイヤ３０は、出口側に設置されたスプール４０に巻き取られる。
【００３５】
なお、めっき前処理工程は、複数の処理工程があり、めっき前処理槽７０は必ずしも１つでは無いが、図４においては、紙面の都合上、模式的に１つのめっき前処理槽７０を示している。
【００３６】
めっき前処理工程は、芯材１０の油脂を除去する脱脂工程と、芯材１０の表面の酸化膜を除去する塩酸洗浄工程と、芯材１０の表面を薄く溶かして研磨する化学研磨工程と、芯材１０を硫酸で洗浄する硫酸洗浄工程を有する。かかる前処理工程を経て、芯材１０の周囲の不純物等が除去されて芯材１０の表面が洗浄され、めっき工程が容易に行われる状態となる。
【００３７】
めっき工程は、銅の芯材１０の周囲にパラジウムめっきを施してパラジウムの被覆層２０を形成する工程である。めっき工程は、芯材１０の周囲に被覆層２０を形成できれば、種々のめっき処理が行われてよいが、例えば、ストライクめっき工程とめっき工程の２つの工程を含んでもよい。ストライクめっき工程及びめっき工程は、電気めっきであり、めっき槽７１内にアノードが設けられ、芯材１０は給電ローラー（図示せず）等によりカソードに通電される。そして、パラジウムイオンＰｄ２＋を含むパラジウムめっき液にカソードに通電された芯材１０が浸漬され、陽イオンのパラジウムイオンＰｄ２＋が芯材１０に電着し、めっきが施される。
【００３８】
ストライクめっき工程では、短時間で高い電流密度で通電が行われ、例えば、１０Ａ／ｄｍ２以上の電流密度で通電がなされる。一方、めっき工程では、ストライクめっきよりは電流密度を低下させ、例えば、３〜５Ａ／ｄｍ２程度で、ストライクめっきよりも長時間めっきが行われる。このようにして、銅の芯材１０にパラジウムめっきが行われ、芯材１０の周囲にパラジウムの被覆層２０が形成される。また、めっきが終了したボンディングワイヤ３０は、スプール４０に巻き取られる。
【００３９】
図５は、本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法のめっき後の伸線工程の一例を示した図である。めっき後の伸線工程においては、パラジウムめっきが施されたボンディングワイヤ３０の伸線加工が行われ、所定の線径に細径化される。なお、めっき後の伸線工程においては、最終製品と同じ線径にまで伸線加工が行われる。
【００４０】
図５に示すように、めっき後の伸線工程も、２つのキャプスタン５１に巻き回すように、スプール４０に巻回されたボンディングワイヤ３０が供給され、２つのキャプスタン５１の間で、ダイス６１をボンディングワイヤ３０が通過することにより、伸線加工が行われる。図５において、ダイス６１は８個設けられている。一般に、めっき後の伸線加工は、ボンディングワイヤ３０を最終製品径まで伸線する最終伸線工程であるので、めっき前の伸線工程よりも多くのダイス６１が設けられる。これにより、めっき前よりも大きい伸線加工減面率で細径化を行うことができる。
【００４１】
しかしながら、本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法においては、めっき後の伸線工程においては、伸線加工減面率が９６．００〜９９．７０％の範囲となるように伸線加工を行う。つまり、めっきを施した線径から最終線径までの伸線加工減面率が、９６．００〜９９．７０％となるように、最終線径に合わせてめっきを施す線径を調整する。例えば、最終線径が１５μｍの場合にはめっきを施す線径は７６〜１１０μｍとし、たとえば最終線径が２３μｍの場合にはめっきを施す線径は１１９〜４０７μｍとする。
【００４２】
ここで、伸線加工減面率とは、縮径時の減少断面積Ａの原断面積Ｂに対する割合パーセントのことをいい、（１）式で表される。
【００４３】
Ａ／Ｂ×１００＝（Ｂ−縮径後断面積）／Ｂ×１００      （１）
ここで、伸線加工減面率は、面積加工率と呼んでもよく、両者は同義である。
【００４４】
伸線加工減面率を９６．００〜９９．７０％の範囲に制限したのは、伸線加工減面率を９９．７０％よりも大きくすると、伸線による加工が大きくなるため、薄皮状態のパラジウム被覆層２０が限界を超えて薄く伸ばされてしまい、芯材１０である銅が露出する可能性が高くなってしまうからである。めっき後の伸線加工は、芯材１０のみならず、被覆層２０も同時に伸線加工することになるので、被覆層２０を適切に残しつつ伸線加工を行う必要がある。伸線加工減面率を９９．７０％以下とすれば、被覆層２０が表面に適切に残った状態を保つことができる。一方、伸線加工減面率が９６．００未満の場合には、めっき膜厚自体が薄く、必要な膜厚でめっきが行われない場合があるので、そのような場合を考慮して設定している。
【００４５】
また、めっき後伸線工程において、より好ましくは、例えば、最終線径が１５μｍの場合にはめっきを施す線径を７６〜１１０μｍとし、例えば、最終線径が２３μｍの場合にはめっきを施す線径を１１９〜２６３μｍとする。そして、４〜５ｖｏｌ％の水素を含む混合ガス雰囲気中でボンディングワイヤ３０の先端を電流値５０ｍＡ以上のプラズマアークで加熱し、ワイヤ先端に形成された溶融ボールの断面を、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）にてパラジウム分布をマッピング観察するときに、ボール内部へ濃縮した状態でパラジウムを溶け込ませずに、ボール表面のほぼ全域にわたってパラジウムを分布させるようにする。
【００４６】
めっき後の伸線工程では、このような伸線加工の制限があるため、めっき前の伸線工程においては、めっき後の伸線工程で最終製品に要求される伸線を、伸線加工減面率９６．００〜９９．７０％の範囲で実現できるように、必要な伸線加工を行うようにしておく。
【００４７】
本実施形態に係るボンディングワイヤ及びその製造方法によれば、めっき後の伸線によってパラジウムと銅との界面での相互の拡散が抑制され、パラジウム膜中の銅濃度が高い範囲が狭くなり、パラジウム膜の高融点の領域が確保される。よって、窒素に４〜５ｖｏｌ％の水素を含む混合ガス雰囲気でボール形成する場合に、プラズマ放電による高温度下でも、パラジウムが熔解してボール内部へ拡散せず、ボール表面にパラジウムが分布し易くなり、ボール表面の銅露出が抑制される。これにより、ボールボンディング時にアルミニウムパッドと銅とが直接接触することが回避されるため、ガルバニック腐食が抑制される。また、銅とアルミニウムの金属間化合物の成長が極めて遅くなるため、ハロゲン元素による金属間化合物の腐食が起こるまでに時間が延び、パッケージの信頼性が向上する。
【００４８】
更に、パラジウムが９０ａｔ％以上となるパラジウム層の最外層２１の厚さａを２５ｎｍ以上４５ｎｍ以下とすると、窒素に４〜５ｖｏｌ％の水素を含む混合ガス雰囲気中で形成されたボールの断面をＥＰＭＡにてパラジウム分布をマッピング観察するとき、ボール内部よりもボール表面近傍のほぼ全域にわたって濃縮する。パラジウムがボール内へ巻き込まれずにボール表面に高濃度で効果的に残留するため、ボール内部へパラジウムが固溶せず、ボールの圧縮変形時における加工硬化が抑制される。これにより、ボールボンディング時のパッドダメージの発生が抑制され、またボールボンディング時にアルミニウムパッドと銅とが直接接触することが回避されるため、ガルバニック腐食や銅とアルミニウムの化合物のハロゲン元素による腐食が抑制され、パッケージの信頼性が向上する。
【００４９】
また、パラジウム被覆の方法がめっきであり、めっき時の芯材線径から最終線径までの面積加工率を９６．０％以上９９．７０％以下とすることにより、伸線加工による銅とパラジウム界面での相互拡散が抑制される。これにより、パラジウム膜中の銅濃度の高い、融点が低い層の形成が抑制され、パラジウム膜の高融点が維持される。よって、窒素に４〜５ｖｏｌ％の水素を含む混合ガス雰囲気中で形成するボール内部にパラジウムが固溶せず、ボールの圧縮変形時の加工硬化が抑制され、ボールボンディング時のパッドダメージの発生が回避される。
【実施例】
【００５０】
次に、本実施形態に係るボンディングワイヤ及びその製造方法を実施した実施例について、比較例とともに説明する。なお、本実施例において、今までの説明に対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
表１は、本発明の実施例に係るボンディングワイヤ及びその製造方法の実施結果を示した表である。試料１〜２７が、本実施例に係るボンディングワイヤに該当する。
【００５２】
【表１】
0005534565.tif 000002
表２は、比較例に係るボンディングワイヤ及びその製造方法の実施結果を示した表である。試料２８〜５０が、比較例に係るボンディングワイヤに該当する。
【００５３】
【表２】
0005534565.tif 000003
実施例及び比較例とも、芯材１０となる銅原料としては、市販の４Ｎ純度の無酸素銅または９９．９９％以上の電気銅（４Ｎと呼ぶ）をさらに電解精製した９９．９９９５％以上の純度の電気銅（５Ｎ５と呼ぶ）を用いた。リンは市販の１５％リン銅地金を用いた。各試料は組成に合わせて重量調整した後、真空溶解連続鋳造炉において純度９９．９９％以上の高純度カーボンルツボ内に、銅と添加する金属のショット粒を入れ、溶解チャンバー内を真空度１×１０−４Ｐａ以下に保持して高周波溶解を行い、溶湯温度１２００℃、保持時間１０分以上で十分に脱ガスした後、窒素ガスで溶解チャンバー内を大気圧に戻し、連続鋳造によって８ｍｍφに鋳造し銅鋳造線材とし、めっき線径まで縮径した。
【００５４】
なお、試料２２、２５、４５、４６については、めっき処理を行う前に、窒素雰囲気中で再結晶開始温度以上の通称半軟化温度で６０分間の軟化処理をおこなった。その他の試料については線径約１ｍｍで同様に窒素雰囲気中で、再結晶開始温度以上の通称半軟化温度で６０分の軟化処理を行った。めっきの前処理は、アルカリ脱脂、化学研摩、パラジウムのストライクめっき、パラジウムの本めっきを行い、さらに最終線径まで縮径し、窒素ガス雰囲気中で伸び率をボンディングワイヤ用途が主となる７．５〜１０．５％と、バンプワイヤが主となる４〜４．５％となるように焼鈍し、供試料とした。
【００５５】
表１と表２とを比較すると、表１に示された試料１〜２７においては、総て面積加工率が９６．００〜９９．７０％の範囲内にある。その場合において、ｂ／（ｃ−ｂ）の値は、総て１．１０以上の値を示している。
【００５６】
一方、表２に示された試料２８〜４６おいては、面積加工率は総て９９．８４以上、つまり９９．７０を超えている。また、試料４７〜５０では、面積か効率は総て９６．００未満となっている。これらの場合において、ｂ／（ｃ−ｂ）の値は、総て１．０２未満、つまり１．１０未満となっている。
【００５７】
このように、本実施例に係るボンディングワイヤ及びその製造方法においては、めっき後の面積加工率を９６．００〜９９．７０％の範囲内とすることにより、銅とパラジウムとの拡散領域の小さいボンディングワイヤ３０を実現できていることが分かる。
【００５８】
図６は、本発明の実施例及び比較例に係るボンディングワイヤのワイヤーボンディング時におけるボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の評価方法を説明するための図である。図６（Ａ）は、良品に係るボンディングワイヤを用いたボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の一例を示した図であり、図６（Ｂ）は、良品に係るボンディングワイヤを用いたボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の他の一例を示した図である。図６（Ｃ）は、不良品に係るボンディングワイヤを用いたボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の一例を示した図であり、図６（Ｄ）は、不良品に係るボンディングワイヤを用いたボール断面のパラジウム濃度マッピング結果の他の一例を示した図である。
【００５９】
図６に係る実施例において、具体的には、パラジウムのボール表面分布については、窒素ガス雰囲気あるいは４〜５Ｖｏｌ％の水素を含む窒素雰囲気中で線径の１．６倍の直径を有するボールを形成し、イオンポリッシャーにてボール断面を形成し、ＥＰＭＡ分析によってパラジウム濃度をマッピングして示した。
【００６０】
図６に示すように、ボールボンディング時に高濃度のパラジウム銅合金がボール全体でアルミニウム端子に接触するものをＯＫとし、銅がアルミニウム端子に接触する可能性があるものをＮＧとした。またボール外観については５０個のボール表面に銅露出、窪み、尖りといった不良が観察されない場合をＯＫ（良品）、１個でも観察された場合にはＮＧ（不良品）とした。なお、図６において、白又はグレーで示されている箇所が、パラジウムが分布している箇所である。
【００６１】
図６（Ａ）においては、パラジウム被覆層２０は、ボールの表面に分布しているので、銅は露出せず、アルミニウム端子には接触しない。よって、ＯＫである。このような場合を、ＯＫ１と表現することとする。
【００６２】
図６（Ｂ）においては、若干パラジウムがボールの内部に拡散しているが、ボール表面にもパラジウムが残っている。よって、ＯＫの範囲内にある。このような場合を、ＯＫ２と表現することとする。
【００６３】
図６（Ｃ）においては、ボールの根元部分にはパラジウムが存在するが、真ん中から先端部分については、パラジウムは殆ど存在していない。よって、銅が露出すると考えられ、ＮＧである。
【００６４】
図６（Ｄ）においては、パラジウムがボール内部に拡散してしまっている。また、ボール表面にはパラジウムは殆ど残っていない。よって、銅が露出すると考えられ、ＮＧである。
【００６５】
表３は、本実施例に係るボンディングワイヤを用いたボール表面パラジウム分布評価結果を示した表である。
【００６６】
【表３】
0005534565.tif 000004
表３において、試料１〜２７の本実施例に係るボンディングワイヤについて、１００％窒素ガスを用いた場合と、５％Ｈ２ガス及び９５％Ｎ２ガスのフォーミングガスを用いた場合のＥＰＭＡ分析と、フォーミングガスを用いたときのボール外観の評価結果が示されている。
【００６７】
表３に示す通り、試料１〜２８の本実施例に係るボンディングワイヤ３０においては、１００％Ｎ２ガス雰囲気下で総てＯＫ１、フォーミングガス雰囲気下でも殆どがＯＫ１、その他の試料もＯＫ２の評価結果であった。また、フォーミングガス雰囲気下でのボール外観も、良品という評価結果が得られた。
【００６８】
表４は、比較例に係るボンディングワイヤを用いたボール表面パラジウム分布評価結果を示した表である。
【００６９】
【表４】
0005534565.tif 000005
表４においても、試料２８〜５０の比較例に係るボンディングワイヤについて、１００％窒素ガスを用いた場合と、５％Ｈ２ガス及び９５％Ｎ２ガスのフォーミングガスを用いた場合のＥＰＭＡ分析と、フォーミングガスを用いたときのボール外観の評価結果が示されている。
【００７０】
表４において、ＥＰＭＡ分析については、フォーミングガス雰囲気下での評価結果は総てＮＧであり、１００Ｎ２雰囲気下においても、半分程度がＯＫ１となっているだけである。また、フォーミングガス雰囲気下のボール外観についても、総て不良品との評価結果であった。
【００７１】
このように、本実施例に係るボンディングワイヤ及びその製造方法によれば、ワイヤーボンディング時のボール表面に確実にパラジウムを残すことができ、銅の露出を防ぐことができ、ボール外観も良好であることが示された。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、半導体実装に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０    芯材
２０    被覆層
２１    最外層
２２    外層
２３    中間層
２４    内層
３０    ボンディングワイヤ
４０    スプール
５０、５１    キャプスタン
６０、６１    ダイス
７０    めっき前処理槽
７１    めっき槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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