(57)【要約】  本発明は、金９９質量％、特に９９．９質量％及びカルシウム１〜１０００ｐｐｍ、特に１０〜１００ｐｐｍ及びイッテルビウム又はユーロピウム又はイッテルビウムとユーロピウムとからの混合物１〜１０００ｐｐｍ、特に１０〜１００ｐｐｍを含有する金合金、及び、ユーロピウム及び／又はイッテルビウムを含有する均質な金合金の製造法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金９９質量％、特に９９．９質量％及びカルシウム１〜１０００ｐｐｍ、特に１０〜１００ｐｐｍ及びイッテルビウム又はユーロピウム又はイッテルビウムとユーロピウムとからの混合物１〜１０００ｐｐｍ、特に１０〜１００ｐｐｍを含有する金合金において、金合金が均質な混晶として形成されていることを特徴とする金合金。
【請求項２】
ユーロピウム及び／又はイッテルビウムを含有する均質な単相金合金の製造法において、ユーロピウム又はイッテルビウム又はユーロピウム及びイッテルビウムを、専らドーピング元素のみからなる均質な母合金として、金中に溶解させることを特徴とする方法。
【請求項３】
均質な母合金がカルシウム母合金である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
金９９．９質量％及びカルシウム１〜１０００ｐｐｍ、特に１０〜１００ｐｐｍ及びイッテルビウム又はユーロピウム又はイッテルビウムとユーロピウムとからの混合物１〜１０００ｐｐｍ、特に１０〜１００ｐｐｍを含有するカルシウムドープされたボンディングワイヤにおいて、金合金が均質な混晶として形成されていることを特徴とする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、金ボンディングワイヤ及び高い強度を有する該ボンディングワイヤに好適な金合金に関する。
【０００２】
半導体素子の永続的な微細化及びそれに付随する金−ボンディングワイヤ直径の低下に向けた尽力が展開される中で、ワイヤの強度及びワイヤ結合体（ループ）の確実性への要求がますます高まっている。特に、C. W. Conti, Gold Bulletin, 1999, 32(2) 39又はYuantao Ning, Gold Bulletin, 2001, 34(3) 77に記載されているように、元素周期律表の第二主族の元素（アルカリ土類金属）、例えばベリリウム及びカルシウムでのドーピングが公知である。ランタノイド、例えばユーロピウム及びイッテルビウムもドーピング元素として添加される。ランタノイドの問題点は、金マトリックス中でのその溶解性である。金マトリックス中でのランタノイドの劣悪な溶解性は不均質性を招き、かつ望ましくない場合、特にユーロピウム及びイッテルビウムの場合には、金属ストランド中での粗い析出物を招く。従って、強度が向上するどころか、ドーピングが脆性作用を有するかもしくはワイヤ製造可能性を阻害することによって、逆の結果になり得る。第二主族の元素、例えばカルシウムの場合、ドーピング濃度の増加に伴って強度の向上が達成され得る。それに付随して、ループ形成の際に好ましくないボール形成特性、いわゆるディンプル（Dimple）形成が生じる。
【０００３】
本発明の課題は、金のその他の有利な特性、特に優れた特性及び高い伝導率は本質的に保持される、更に改善された強度を有する金合金を提供することである。
【０００４】
前記課題の解決のために、同時にループ製造の際の望ましくないボール形成特性（ディンプル形成）を甘受する必要なく、金と、ｐｐｍ範囲の、少なくとも１種のランタノイド、イッテルビウム又はユーロピウムとが合金にされる。このため、金合金は均質な混晶として形成され、即ち、特にユーロピウム又はイッテルビウムに基づく付加的な相が回避される。
【０００５】
特にカルシウムと一緒に金不含の母合金を用いて金中にユーロピウム又はイッテルビウムを導入することによって、前記ランタノイドを含有する均質な金合金が可能となる。それによってまたしても、９９質量％を上回る、特に９９．９質量％を上回る金を含有し、その物理的及び機械的特性がボンディングワイヤへの適用に特に好適である金合金を製造することが可能となる。
【０００６】
この場合、従来不可能であったドーピング元素としてのユーロピウム又はイッテルビウムの金中への均質な分配が、ドーピング元素、特にカルシウム及びユーロピウムないしイッテルビウムからの均質な母合金により達成されることは重要である。H. Okomoto and T. B. Massalski, Binary Alloys Phase Diagrams, Metal Park, Ohio, 44073, 1987に記載されているように、他の全てのランタノイドとは対照的に、ユーロピウム及びイッテルビウムはカルシウム中で完全な溶解性を示す。カルシウム及びユーロピウムから、並びにカルシウム及びイッテルビウムからの二元母合金が有効であることが実証された。
【０００７】
従って本発明によれば、金合金は均質な混晶として形成される。従来不可避であったユーロピウム又はイッテルビウムをベースとする少なくとももう１つの相の包有物は、本発明により回避される。ドーピング元素は１〜１０００ｐｐｍ、有利に２〜５００ｐｐｍ、特に１０〜１００ｐｐｍで完全に金中に溶解される。
【０００８】
それによってまたしても、ドーピングされた金ストランド、及び、該ストランドから引抜かれた、相応する参照ワイヤの強度値を明らかに上回る強度値を有する金ボンディングワイヤを製造することが可能となる。
【０００９】
有利な実施態様において、金ボンディングワイヤは他のドーピング添加物としてＣｅないしＣｅｒ−混合金属１〜１００ｐｐｍを含有する。ベリリウム１〜１０ｐｐｍの使用は更に有利である。
【００１０】
C. W. Conti, Gold Bulletin, 1999, 32(2) 39によれば、前記元素によって、ループ−及びボール形成に関する有利なボンディング条件が保持ないし改善されてボンディングワイヤの付加的な強度向上が可能となる。
【００１１】
新規のワイヤ品質は、４％の比較破断点伸び値において約２９０Ｎ／ｍｍ2の引張強さ値及び約２０ｃＮのボンディングされたワイヤループの引張り試験値を有する（直径３０μｍで）。
【００１２】
全ての場合において、ボンディングプロセスの際にディンプル不含の燃焼されたボール（FAB - Free Air Ball）が観察される。（ディンプルはボールと基体との間の接合特性にマイナスの影響を与え得る。）
【００１３】
実施例
カルシウム−、イッテルビウム−、Ｃｅ−混合金属及びＢｅ−ドーピングを伴うＡｕベースの母合金の製造
カルシウム及びイッテルビウムから、まず真空下に、それぞれ５０質量％分を有する均質な二元母合金を溶融させる。前記母合金（Ｉ）を引き続き希釈して、主成分の金とそれぞれ０．５質量％のカルシウムとイッテルビウムとを有するもう１種の母合金（ＩＩ）とする。Ｂｅ−及びＣｅ−混合金属添加物を有するもう１種の金母合金と一緒に、前記母合金ＩＩを金溶融物中に導入する。
【００１４】
この方法で製造されたボンディングワイヤ出発材料は、カルシウム２５ｐｐｍ、イッテルビウム２５ｐｐｍ、Ｃｅ−混合金属（Ｃｅ−Ｍ）４０ｐｐｍ及びＢｅ５ｐｐｍのドーピング濃度を有する。
【００１５】
強度特性
上記の出発材料から３０μｍに延伸させたワイヤ（１）を４５０℃〜５２５℃の温度範囲内で連続的に赤熱させた後、引張強さ試験を行い、変化されたドーピング濃度を有する相応して製造されたワイヤＡｕ−Ｃａ−Ｙｂ−Ｃｅ（Ｍ）−Ｂｅ５（２）及びＡｕ−Ｃａ−Ｙｂ−Ｃｅ（Ｍ）（３）と、更には、慣用の通りに製造された標準参照ワイヤＡｕ−Ｃａ−Ｃｅ（Ｍ）（４）と比較する。
【００１６】
図１は、新規の方法により製造されたボンディングワイヤ（１）〜（３）の、４％の破断点伸びにおける、参照ワイヤ（４）に対して明らかに高められた引張強さを示す。
【００１７】
第一の場合、引張強さは約２９０Ｎ／ｍｍ2であり、後者の場合には２６０Ｎ／ｍｍ2である。
【００１８】
ボンディング特性
４％赤熱されたワイヤをＡＳＴＭ、100 Barr, Harbor Drive, West Conshohocken, Pennsylvania 19428-2959及びG.G. Harman "Wire Bonding in Microelectronics" McGraw-Hill 1997, 第67頁以下によるボール−ウェッジ−ボンディングプロセスにかける。ボンディング特性ないしループの安定性を、MIL STD 883F, 集積回路試験方法2011.7によるいわゆる引張りないし引掛け試験（Pull- bzw. Hakentest）に関して試験する。図２は新規の方法により製造されたワイヤ（１）〜（３）の、参照ワイヤ（４）に対する明らかに高められた引張力を示す。
【００１９】
第一の場合、引張力は、参照ワイヤ（４）の場合に１６ｃＮであるのに対して、１７〜２２ｃＮ（例えばボンディングワイヤ（１）の場合には２２ｃＮ）である。更に、新規のワイヤは、不利な、ボンディング結合体の確実性を著しく制限するヒールクラック係数（Heel-Break-Modus）の明らかに低下された割合を示す。該係数は実施例のワイヤ（１）の場合には約３２％であり、（４）による参照ワイヤの場合には９７％である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による及び本発明によらない金ボンディングワイヤの引張強さ及び破断点伸びを示す図。
【図２】本発明による及び本発明によらない金ボンディングワイヤの引張力を示す図。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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