(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材に銅を用い、該芯材に金を中間層としてめっき被覆し、最外層をパラジウムでめっき被覆したバンプ形成用ワイヤであり、ワイヤ直径が10乃至30μｍで、中間層の金被覆の厚みが0.03乃至0.08μｍであり、最外層のパラジウム被覆の厚みが0.05乃至0.25μｍで被覆したバンプ形成用ワイヤ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の電極と外部電極とを接合するバンプ形成に用いるパラジウム被覆ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の電極パッドと外部端子などを接続する場合に、金線やその他の金合金線で配線するワイヤボンディング方法が一般的に知られている。
【０００３】
しかし、ワイヤボンディングの場合、ファインピッチ対応からワイヤの立ち上がり高さやボール径などの制約があり、半導体チップとして要求される小型化が十分にできないという欠点がある。
【０００４】
そこで、半導体素子の電極上や外部電極上にバンプと呼ばれる突起状の金属電極を形成し、半導体素子と外部電極を接合する。
【０００５】
このバンプ形成に使われる材料としては、従来使用されていた半田バンプには耐熱性、耐酸化性、接合強度及び耐腐食性に問題があったため、近年特開平１０−２８７９３６号や特開平１１−３４０２６４号公報に示されている金線や金合金線が出願されている。また、特開平７−１２２５６３号や特開平７−２０１８６７号公報に示されているパラジウム線やパラジウム合金線などもある。
【０００６】
金およびパラジウム線は貴金属に属するため，耐酸化性に強く、半田合金に比較して接合強度、バンプ形状などに優れている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２８７９３６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３４０２６４号公報
【特許文献３】
特開平７−１２２５６３号公報
【特許文献４】
特開平７−２０１８６７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、金線や金合金線は、バンプ形成後の経時変化によりバンプ内部に欠陥が生じてくるため、抵抗値が上昇するという欠点をもっているとともに、製造コストが高い。また、パラジウム線やパラジウム合金線はワイヤ自体が硬いため、ボンデイング時にウエハーにクラックを生じる危険性があることと、金線や金合金線と同様にコストが高い欠点を持つ。そこで、本発明では、これらの欠点を解消し、しかも、バンプ形成時におけるバンプ形状、耐酸化性、接合強度、耐熱性、低抵抗などに優れた特性を有する材料を開発する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、芯材に抵抗値が低く、コストや加工性に有利な銅線を芯線に用い、中間層に金被覆を施し、最外層にパラジウム被覆を施したバンプ形成用パラジウム被覆ワイヤを発明した。
【００１０】
本発明の特徴は下記にある。芯材の銅はバンプ形成時におけるバンプ形状、接合強度、低抵抗など特性を有し、コストや加工性がよい。また、耐熱性、耐酸化性が良好なバンプ形状特性を得るため、最外層にパラジウムを施すことがよいが、直接芯材の銅にパラジウムを被覆すると密着性がわるいため、中間層に金被覆を施したバンプ形成用パラジウム被覆ワイヤを発明した。
【００１１】
【作用】
ワイヤ直径（10乃至30μｍ）
バンプ形成用パラジウム被覆ワイヤの直径が10μｍ未満では伸線加工で断線が起こり易く、製造がむずかしい。また、バンプの特性から30μｍを超えると実用性がなくなる。従って、ワイヤ直径は10乃至30μmが好ましい。より好ましくは12.5乃至25μmである。
金被覆の厚み（0.03乃至0.08μｍ）
中間層の金被覆の厚みに関しては、0.03μｍ未満では金が芯材の銅に拡散して消失するため、パラジウムの密着性が悪くなる。また、0.08μｍを超えるとボール形状が悪くなるため、金被覆の厚みは0.03乃至0.08μmが好ましい。
パラジウム被覆の厚み（0.05乃至0.25μｍ）
最外層のパラジウム被覆の厚みに関しては、0.05μｍ未満では耐酸化性が悪くなり、0.25μｍを超えるとボール形状が悪くなるため、0.05乃至0.25μmが好ましい。
芯材の銅純度（99.98乃至99.9999重量％）
また、芯材の銅の純度を99.98重量％未満にすると接合性が悪くなり、99.9999重量％を超えると伸線加工性に問題がでるため、99.98重量％乃至99.9999重量％が好ましい。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を説明する。
実施例1
まず、本発明（無酸素銅ワイヤに金めっきさらにパラジウムめっきを施したワイヤ）、従来例（金合金ワイヤ）、比較例1（無酸素銅ワイヤにパラジウムめっきを施したワイヤ）及び比較例2（無酸素銅ワイヤに金めっきを施したワイヤ）の4種類について比較試験を行なった。図１は実施の形態におけるバンプ形成用パラジウムめっきワイヤの断面構造の概要を示したもので、１は銅製の芯材、２はこの芯材１の上に電解めっきにより形成された金めっき層、３は金めっき層２の上に同じく電解めっきにより形成されたパラジウムめっき層によって構成されている。
本発明は、図１に示すように芯材を銅とし、原線は200μｍの無酸素銅ワイヤ９９．９９重量％銅を用い、これに金めっき２を0.5μｍ施し、その上にパラジウムめっき3を1.0μｍ施した後、伸線工程及び焼鈍加工を繰返し行ない、外径25μｍ、金めっき0.05μｍ、パラジウムめっき0.10μｍの表1に示す実施例のワイヤとする。
【００１３】
次に、このワイヤの性能評価をおこなうために、ワイヤボンディング装置により、電極パッド上にボールを形成させ、ボール形状、耐酸化性、接合強度及び接合部抵抗値上昇率を観察した。
【００１４】
測定方法として、ボール形状は、ボール形成時の外観を顕微鏡で観察した。ボール形状が球状のものを〇印とし、ラグビーボール状のものを×印として表1に表示した。
【００１５】
耐酸化性は、４０℃、湿度９５％の恒温恒湿槽の中に240時間放置した時の変色度合に基づくもので、変色の無かったものを良好とし○印、若干変色したものを△印、変色したものを不良とし×印を表中に表示した。接合強度は、１０個の試料を測定し、その平均値を接合強度とした。接合部抵抗値上昇率は、初期の接合抵抗値から、２００℃に設定した恒温槽の中に100時間放置した時の抵抗値上昇の割合を抵抗値上昇率とした。
【００１６】
（比較例１）
図２に示す純度９９．９９５重量％、２００μmの無酸素銅ワイヤワイヤ１の上に電解めっきによって、０．８μmのパラジウムめっき３の被覆金属層を形成したワイヤを製作し、このワイヤを伸線工程及び焼鈍工程を繰返し行うことにより、被覆金属層を含む外径を２５μm、パラジウムめっき膜厚０．１μmのバンプ形成用パラジウムめっきワイヤを製作し、このパラジウムめっきワイヤをワイヤボンディング装置により、電極パット上にボールを形成してボールの形状、耐酸化性、接合強度及び接合部抵抗値上昇率を観察した。
【００１７】
（比較例２）図３に示す純度９９．９９５重量％、２００μmの無酸素銅ワイヤ１の上に電解メッキによって、０．８μmの金メッキ２の被覆金属層を形成したワイヤを製作し、このワイヤを伸線工程及び焼鈍工程を繰返し行うことにより、被覆金属層を含む外径を２５μm、金メッキ膜厚０．１μmのバンプ形成用金めっきワイヤを製作し、この金メッキワイヤをワイヤボンディング装置により、電極パット上にボールを形成し、その際のボールの形状、耐酸化性、接合強度及び接合部抵抗値上昇率を観察した。
【００１８】
（従来例）
純度９９．９８重量％、２５μmの金合金ワイヤを使用し、この金合金ワイヤをワイヤボンディング装置により、電極パット上にボールを形成し、その際のボールの形状、耐酸化性、接合強度及び接合部抵抗値上昇率を観察した。
【００１９】
（試験結果）
ボール外観は比較例1及び2ではボール外観が不良であり、比較例1では耐酸
化性も悪かった。また、接合部抵抗値上昇率においては、金合金ワイヤが２０．１％と上昇したのに対して、本発明のパラジウムめっきワイヤは0．４％減少した。これは、接合部における電気特性の劣化がない裏付けになり接合部安定性確保に対して、良好な結果が得られた。なお、上記試験には被覆手段としてめっきを採用したが、本発明はそれに限定されず銅芯材に筒状の金とパラジウムを被せそれを銅の筒に入れて熱間押出し、線材を作り、これを伸線して、外表面の銅を溶解して作成するワイヤによっても同様な効果が得られることを確認している。
【表１】
0003716391.tif 000002
【００２０】
実施例2
バンプ形成用パラジウムめっきワイヤは２００μｍ径の無酸素銅ワイヤ９９．９９重量％銅に金めっき及びパラジウムめっきを施した後、伸線工程及び焼鈍工程を繰り返して所定のワイヤサイズにする。
金めっきの条件は、めっき浴の組成
ＫＡｕ（ＣＮ）2  ：  １２ｇ/ｌ
クエン酸         ：  ９０ｇ/ｌ
ＰＨ：4.0
の浴を用い、浴中に銅ワイヤを浸漬し、４０℃、０．１乃至０．６Ａ／ｄｍ２で金めっき処理を行なう。次に、金めっきされた銅ワイヤにパラジウムめっきする。
パラジウムめっき浴は
ＰｄＣｌ4  ：５０ｇ/ｌ
HCｌ      ：６０ｇ/ｌ
ＮＨ4Ｃｌ  ：３０ｇ/ｌ
を用い、金めっきされた銅ワイヤを浸漬し、６０℃、０．５乃至６．０Ａ／ｄｍ２でパラジウムめっき処理を行なう。このワイヤを伸線工程及び焼鈍工程を繰返し行ないバンプ用ワイヤのサイズまで伸線加工されて製品となる。これらのワイヤを用いて実験を行なった結果を表２に示す。
表2に示すように、金めっき膜厚が厚過ぎるとボール形状が悪くなる上にコストも高くなる。従って、金めっき層２の膜厚は、０．０３乃至０．０８μmが好ましい。また、パラジウムの厚さは表2に示すように０．０５乃至０．２５μｍが適正である。
【表２】
0003716391.tif 000003
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバンプ用ワイヤは、芯材の無酸素銅ワイヤ上に異種金属層である金めっき層を形成し、その上に被覆金属層であるパラジウムめっき層を形成し、伸線工程及び焼鈍工程を繰返すことによって製作した。本バンプ形成用ワイヤは、ボール形状、耐酸化性、接合強度に優れ、且つ、接合部抵抗の経時変化が少ない。又、波及効果として、マイグレーションも無くなった。よって、簡単、低コストで製作でき、且つ長期使用における信頼性に優れた半導体分野への提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパラジウムめっきワイヤ。
【図２】比較例１のめっきワイヤの説明。
【図３】比較例２のめっきワイヤの説明。
【符号の説明】
1 銅芯材
2 金
3 パラジウム
【図１】
0003716391.tif 000004
【図２】
0003716391.tif 000005
【図３】
0003716391.tif 000006