(57)【要約】【課題】半導体装置におけるボンディングパッド部と金合金細線のボール部との接合部の高温信頼性を向上させる。【解決手段】銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）等がめっきされた配線基板上に接続する外部リードと純アルミニウム（Ａｌ）または純度９９％以上のアルミニウム合金からなる半導体チップの電極パッドとを電気的に接続する金合金細線がパラジウム（Ｐｄ）を０．５〜０．７質量％、白金（Ｐｔ）を０．１〜０．３質量％および残部金（Ａｕ）で構成することにより、高温動作環境下においてもパッド電極と金合金ボール部との接合界面において、マイクロボイド(微小空孔)の発生やアルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3）層の成長粗大化を防止し、長期間安定した金ボンディングワイヤの接合強度が得られる。また、高温大気中(樹脂封止なし)や高温のハロゲンフリー樹脂の封止にも対応できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラジウム（Ｐｄ）を０．５〜０．７質量％、白金（Ｐｔ）を０．1〜０．３質量％及び残部金（Ａｕ）からなる、アルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
【請求項２】
パラジウム（Ｐｄ）を０．５〜０．７質量％、白金（Ｐｔ）を０．1〜０．３質量％、銅（Ｃｕ）を０．０５〜０．１質量％および残部金（Ａｕ）からなる、アルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
【請求項３】
さらに、微量元素として５〜５０質量ｐｐｍのカルシウム（Ｃａ）と５〜５０質量ｐｐｍのマグネシウム（Ｍｇ）と５〜５０質量ｐｐｍのランタン（Ｌａ）とからなることを特徴とする請求項１または２記載の、アルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
【請求項４】
さらに、微量元素として１〜２０質量ｐｐｍのベリリウム（Ｂｅ）を含有することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の、アルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
【請求項５】
さらに、微量元素として１〜３０質量ｐｐｍのセリウム（Ｃｅ）と１〜３０質量ｐｐｍのイットリウム（Ｙ）と１〜３０質量ｐｐｍのユーロピウム（Ｅｕ）のうち少なくとも１種以上含有することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の、アルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
【請求項６】
上記微量元素が総計１００質量ｐｐｍ以内であることを特徴とする請求項３ないし５記載のアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金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、半導体チップと外部リードとを電気的に接続するための高温半導体装置用金合金ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用などの高温で長期の信頼性を必要とする半導体装置でも、従来のシリコン（Ｓｉ）などのＩＣチップ（半導体チップ）が使用され、このＩＣチップと配線基板等との外部接続用端子とを金合金細線で電気的に接続し、その後、ＩＣチップや金合金細線を樹脂で封止するという従来の実装方法が使用されている。
すなわち、ワイヤ先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力により溶融ボールを形成させた後に、１５０〜３００℃の範囲内で加熱した半導体素子の電極上にボール部を圧着接合せしめる。その後の第二ボンドでは、直接ボンディングワイヤを外部リード側にウエッジ接合させる。トランジスタやＩＣ等の半導体装置として使用するためには、前記のボンディングワイヤによるボンディングの後に、ボンディング箇所がエポキシ樹脂で封止され、半導体素子、ボンディングワイヤ、および外部リード等がエポキシ樹脂で保護される。これまで長期信頼性の要求温度と時間は、一般的に室温環境で使用される通常の家電等の民生品向けのデバイスで１２０〜１５０℃で１０００時間程度、エンジンルーム内やその近傍で使用される車載用でも１５０〜１７０℃で１０００時間程度であった。ところが、最近車載用についてこれらの温度と時間に対する耐久性の要求がより高度なものとなってきており、１７５℃で２０００〜４０００時間、さらに２００℃で４０００時間、さらには近い将来、要求温度が２５０℃になるともいわれてきている。
【０００３】
車載用半導体素子が使用される環境条件は通常の使用環境よりも高温度となる。自動車のエンジンルーム内やその近傍で使用されるためで、以前から通常の家電等の民生品向けに比べ高い信頼性が要求されてきた。最近はこれまで以上に多種の車載ＩＣが使われるようになってきており、エンジンルーム内どころかエンジンそのもののかなり近くで使用されるケースも増えてきている。
このような用途の金合金ボンディングワイヤは、１７５℃の高温でも長時間の使用に耐える必要がある。このような実装環境下では、金合金ボンディングワイヤとパッド電極部との接合強度の長期間の確保が重要となる。従来は通常の民生品向けであれば、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、希土類元素（イットリウム（Ｙ），ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ），ユーロピウム（Ｅｕ），ガドリニウム（Ｇｄ）、ネオジム（Ｎｄ）、およびサマリウム（Ｓｍ）、シリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），スズ（Ｓｎ），インジウム（Ｉｎ），ビスマス（Ｂｉ），またはホウ素（Ｂ）などの微量の添加元素を適宜調整した純度９９．９９質量％以上の金合金（「４ＮＡｕ合金」という。）のボンディングワイヤを樹脂封止して使用したり、車載用等の高信頼性向けであれば、同様の微量の添加元素を適宜調整した金（Ａｕ）−１質量％パラジウム（Ｐｄ）合金（「２ＮＡｕ合金」という。）のボンディングワイヤを使用したりして半導体ＩＣとして既に実用化していた。そのため、２ＮＡｕ合金や４ＮＡｕ合金の溶融ボールがボールボンディングされてアルミニウム（Ａｌ）のパッド電極と接合されると、ボンディングワイヤとパッド電極との界面に金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）の複合金属間化合物からなる中間層が形成され、２ＮＡｕ合金の場合には、ボンディングワイヤのボール側界面にパラジウム（Ｐｄ）の濃化層が形成される。
【０００４】
他方、パッド電極側には、一般に純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（Ａｌ）が用いられたり、シリコン（Ｓｉ）や銅（Ｃｕ）を含む純度９９％以上のアルミニウム（Ａｌ）合金が用いられたりする。パッド電極は、純アルミニウム（Ａｌ）または純度９９％以上のアルミニウム（Ａｌ）合金から形成されているので、アルミニウム（Ａｌ）は大気中の酸素と直ちに反応してアルミナ（Ａｌ2Ｏ３）の薄い表面酸化膜を形成する。この酸化膜は強固であり、２ＮＡｕ合金や４ＮＡｕ合金の溶融ボールがボールボンディングされ、パッド電極と接合された場合にも、金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）の複雑な金属間化合物の中間層中や界面にもアルミナ（Ａｌ2Ｏ３）粒子が島状に散在すると考えられる。また、金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｕ）の接合界面には拡散速度の差によりいわゆるカーケンダイルボイドと呼ばれる空孔、空隙が生成し、いずれも界面劣化の起点になると考えられる。
【０００５】
半導体装置に使用される封止樹脂は、これまで難燃剤として臭素（Ｂｒ）等のハロゲンを常時含有しており、その場合、通常使用環境やこれまでの車載用環境では２ＮＡｕ合金の４ＮＡｕ合金に対する信頼性の優位性は著しかった。しかし、最近の耐環境性が重視されるに伴い、ハロゲンやアンチモンを用いない難燃剤が開発されている。ハロゲン成分を用いない難燃剤は、４ＮＡｕ合金のボンディングワイヤとＡｌ合金電極との接合界面に生成される特定の金属間化合物の腐食が抑制される。この難燃剤を含有するエポキシ樹脂等は封止温度が比較的高くなるので、半導体素子上のパッド電極とボンディングワイヤとの接合部を封止樹脂で覆う補強構造とすることによりボンディングワイヤ接合部の接合信頼性を確保する技術が特許文献１の特許請求の範囲に記載されているように開発された。しかし、この半導体装置が使用される環境温度は１５０℃と１７５℃で１０００時間の加熱試験で確認されているに過ぎず(段落００６０、段落００６１)、さらに過酷な１７５℃以上の高温で２０００時間以上の長時間の動作環境にさらされると、パッド電極とボンディングワイヤとの接合部は容易に劣化していくものと思われる。また、難燃剤として意図的にハロゲン成分を使用しなくても、封止樹脂はその製造過程で塩素系のハロゲン成分を使うため、不可避的不純物としてハロゲン成分が残存してしまう。残存するとはいえ、微量であることから１７５℃、１０００時間程度はそれほど腐食の発生率は見られない。しかし、より過酷な環境ではその影響が顕著になるため、４ＮＡｕ合金とＡｌ合金の接合界面を腐食する。さらに通常使用環境ではハロゲンの環境を受けにくい２ＮＡｕ合金も過酷な環境では接合界面に微小なカーケンダイルボイド（マイクロボイド）が発生し、全体的な接合強度を下げることもわかった。
【０００６】
なお、特許文献１の実施例２２には、金（Ａｕ）−０．５％パラジウム（Ｐｄ）−０．２％白金（Ｐｔ）−０．２％亜鉛（Ｚｎ）−０．００１％カルシウム（Ｃａ）−０．００１％ジスプロシウム（Dy）−０．００１％ガドリニウム（Gd)−０．００１％テルビウム−０．００１％マグネシウム（Ｍｇ）合金が記載されている。この亜鉛（Ｚｎ）は、特開昭６０−２３６２５２号公報の第２頁左上欄に記載されているように、ボンディングワイヤの表面に偏析して表層の亜鉛（Ｚｎ）分が優先的に酸化するため封止樹脂との化学結合の触媒作用を有し、かつ、アルミニウム（Ａｌ）パッド電極の金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）の金属間化合物の形成に対しては抑止効果があるので、ボンディングワイヤと封止樹脂との接着力を高度に上げることができると推考される。
【０００７】
他方、特許文献２の実施例１４には、金（Ａｕ）−０．２５％パラジウム）Ｐｄ)−０．２５％白金（Ｐｔ）合金が記載され、段落００１６等には２００℃で１００時間保持した後のプル試験を実施し、ボンディング接合信頼性も良好であったことが記載されている。
また、特許文献３の実施例２８には、金（Ａｕ）−０．５％パラジウム（Ｐｄ）−０．５％白金（Ｐｔ）−０．００７％マンガン（Ｍｎ）−０．０５銅（Ｃｕ）−０．００１％スカンジウム（Sc）−０．００１％シリコン（Si）−０．００１％アルミニウム（Ａｌ）合金が記載され、段落００２８には、金合金細線をアルミニウム電極にウエッジ接合し、さらにエポキシ樹脂で封止した後に、窒素ガス中において２００℃で３００時間加熱処理した半導体素子を用いて、金とアルミニウムの金属間化合物の腐食が抑制されていることを確認している。しかし、窒素ガス中で２００℃で３００時間の加熱処理というのは実行程上現実的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１３３３６２号公報
【特許文献２】特開平０９−３２１０７５号公報
【特許文献３】特開平０９−２７５１１９号公報
【特許文献４】特開昭６０−２３６２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、１７５℃〜２５０℃の高温で長時間動作する高温半導体装置の場合、高温保持した後のボンディングワイヤの溶融ボールとパッド電極との接合界面における破断モードは、以前パープルプレークといわれていた金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）の脆弱な金属間化合物の発達によるものではなく、接合界面でのカーケンダイルボイドと呼ばれる空孔・空隙や金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）の金属間化合物のうち、特定のＡｕ-Ａｌ比率の化合物のＡｌ成分のみ酸化することにより生成したアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）によるものであることがわかった。１７５℃、１０００時間程度の高温環境下では純アルミニウム（Ａｌ）または純度９９％以上のアルミニウム（Ａｌ）合金から形成されているパッド電極とボンディングワイヤとの接合界面においては、２ＮＡｕ合金の場合、金（Ａｕ）がアルミニウム（Ａｌ）パッド中へ拡散するのはパラジウム（Ｐｄ）によって制御できる。また、２ＮＡｕ合金のボンディングワイヤは、４ＮＡｕ合金のボンディングワイヤと同様にアルミニウム（Ａｌ）のパッド電極へボールボンディングした直後の初期接合強度は比較的安定している。しかし、その後に１７５℃〜２５０℃の高温で長時間放置したときの引っ張り試験した結果は、２ＮＡｕ合金のボンディングワイヤと４ＮＡｕ合金のボンディングワイヤとではあまり差が見られない。これは、パッド電極との接合界面において生成するアルミナ（Ａｌ2O3）層そのものの成長は４ＮＡｕ合金のほうがやや早いものの、２ＮＡｕ合金の方は接合界面に微小なカーケンダイルボイド(マイクロボイド)が発生し、全体的な接合強度を下げ、それを起点に４ＮＡｕ合金と同様に金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａｌ）の金属間化合物からなるパッド電極の中間層界面にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の酸化物層が拡がり、空隙やクラックに発展して、最後にはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の酸化物層が接合界面全体に拡がって行くため、結果的に差が小さくなるものと考えられる。
【００１０】
また、ハロゲンフリーのエポキシ樹脂等は、ボンディングワイヤを補強するというこれまでの封止樹脂の利点およびボンディングワイヤがハロゲンによって腐食されないという新たな利点があるものの、より過酷な環境では封止樹脂の製造工程上不可避に含まれるハロゲンそのものの影響とカーケンダイルボイドの影響とが顕著となるためボンディングワイヤの接合界面においてはやはり酸化物層が変わらず成長する。
ハロゲンフリーのエポキシ樹脂等を用いた場合、２ＮＡｕ合金と４ＮＡｕ合金のボンディングワイヤではより過酷な加速試験では抵抗上昇率に大差がなく、いずれも接合界面における酸化物層の拡がりを防止することはできなかった。
【００１１】
なお、特許文献１の実施例２２の金（Ａｕ）−０．５％パラジウム（Ｐｄ）−０．２％白金（Ｐｔ）−０．２％亜鉛（Ｚｎ）−０．００１カルシウム（Ｃａ）−０．００１％ジスプロシウム（Ｄｙ）−０．００１％ガドリニウム（Ｇｄ）−０．００１％テルビウム−０．００１マグネシウム（Ｍｇ）合金を２００〜４００℃の高温で動作される高温半導体装置に用いた場合には、特許文献４（特開昭６０−２３６２５２号公報）第３頁左上欄に記載されているように、金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）合金のボンディングワイヤでは亜鉛（Ｚｎ）分が優先的に酸化するため、ボンディングワイヤとパッド電極との接合界面におけるアルミナ（Ａｌ2O3）等の酸化物層の拡がりがさらに加速されることになると考えられる。
【００１２】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、１７５℃〜２５０℃の高温で長時間動作される環境で半導体装置に用いた場合でも、ボンディングワイヤとアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッド電極との接合界面における微小なカーケンダイルボイド（マイクロボイド）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の酸化物層の拡がりを防止することができる金（Ａｕ）合金ボンディングワイヤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定の金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ)−白金（Ｐｔ）合金がボンディングワイヤとアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッド電極との接合界面におけるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の酸化物層の拡がりを遅延させることができる効果があることを発見し、本発明を完成するに到った。すなわち、本発明によれば、１７５℃〜２５０℃の高温で長期間動作される高温半導体装置において、以下に示す金（Ａｕ）合金ボンディングワイヤが提供される。
（１）パラジウム（Ｐｄ）を０．５〜０．７質量％、白金（Ｐｔ）を０．１〜０．３質量％、及び残部金（Ａｕ）からなるアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
（２）パラジウム（Ｐｄ）を０．５〜０．７質量％、白金（Ｐｔ）を０．１〜０．３質量％、銅（Ｃｕ）を０．０５〜０．１質量％及び残部金（Ａｕ）からなるアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
（３）さらに、微量元素として５〜５０質量ｐｐｍのカルシウム（Ｃａ)と５〜５０質量ｐｐｍのマグネシウム（Ｍｇ）と５〜５０質量ｐｐｍのランタン（Ｌａ)を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載のアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
（４）さらに、微量元素として１〜２０質量ｐｐｍのベリリウム（Ｂｅ）を含有することを特徴とする（１）または（２）または（３）に記載のアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
（５）さらに、微量元素として１〜３０質量ｐｐｍのセリウム（Ｃｅ）と１〜３０質量ｐｐｍのイットリウム（It）と１〜３０質量ｐｐｍのユーロピウム（Ｅｕ）のうち少なくとも１種以上を含有していることを特徴とする（１）または（２）または（３）または（４）に記載のアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
（６）さらに、これらの微量元素の総計が１００ｐｐｍ以内である、（３）ないし（５）のアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッドを備えた高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）合金によれば、１７５〜２５０℃の高温で長期間動作される半導体装置においてアルミニウム（Ａｌ）の金属または合金パッド電極上のボンディングワイヤとの接合界面に点在したアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の金属酸化物粒子群が成長するのを抑制することができる。
また、本発明の金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）合金は、市販の金（純度９９．９９質量％以上のＡｕ）、パラジウム（純度９９．９質量％以上のＰｄ）および白金（純度９９．９質量％以上のＰｔ）素材を利用することができるので、ワイヤの原材料費が大幅に削減できる。また、高純度素材（純度９９．９９９質量％以上のＡｕ、純度９９．９９質量％以上のＰｄ及び純度９９．９９質量％以上のＰｔ）を用いた場合には、これまでと同様の微量添加元素を用いてボンディングワイヤの諸特性をこれまでと同様に発揮させることができる。
【００１５】
特に、所定量のカルシウム（Ｃａ）とマグネシウム（Ｍｇ）とランタン（Ｌａ）を併せて微量添加した場合は、さらにワイヤ強度、耐リーニング性、第二ボンド接合性、ネック強度、耐ワイヤ流れ性、連続ボンディング性をいずれも向上させる効果を有する。
また、所定量のベリリウム（Ｂｅ）を微量添加した場合には、さらにワイヤ強度、圧着ボールの真円度、耐リーニング性を向上させる効果を有する。
また、所定量のセリウム（Ｃｅ）とイットリウム（Ｙ）とユーロピウム（Ｅｕ）のうち少なくとも１種以上を微量添加した場合は、さらにワイヤ強度、耐ワイヤ流れ性、耐リーニング性を向上させる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施例１及び比較例１〜３、及び従来例の未封止プル荷重試験結果を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤは、パラジウム（Ｐｄ）を０．５〜０．７質量％、白金（Ｐｔ）を０．１〜０．４質量％、および残部金（Ａｕ）からなる。すなわち、金（Ａｕ）中に０．６質量％±０．１質量％のパラジウム（Ｐｄ）と０．２質量％±０．１質量％白金（Ｐｔ）との比がほぼ３：１の割合にあると、特定のＡｕ−Ａｌ比率の金属間化合物の腐食の抑制と微小なカーケンダイルボイド（マイクロボイド）の発生が抑制できることがわかった。好ましくは、金（Ａｕ）中に０．６質量％±０．１質量％の（Ｐｄ）と０．２質量％±０．０５質量％白金（Ｐｔ）との比がほぼ３：１の割合にあることが好ましい。
また、本発明の高温半導体装置用金合金ボンディングワイヤは、パラジウム（Ｐｄ）を０．５〜０．７質量％、白金（Ｐｔ）を０．１〜０．３質量％、銅（Ｃｕ）を０．０５〜０．２質量％および残部金（Ａｕ）からなる。銅（Ｃｕ）が少量含まれていても、０．６質量％±０．１質量％のパラジウム（Ｐｄ）と０．２質量％±０．１質量％の白金との比がほぼ３：１の割合にあるので、金属酸化物粒子群の成長を抑制できる効果に変わりはなかった。この場合も、金（Ａｕ）中に０．６質量％±０．１質量％のパラジウム（Ｐｄ）と０．２質量％±０．０５質量％白金（Ｐｔ）との比がほぼ３：１の割合にあることが好ましい。
【００１８】
本発明で用いる金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅（Ｃｕ））合金において、その金（Ａｕ）は純度９９．９９質量％以上の市販の金（Ａｕ）を使用できる。また、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）および銅（Ｃｕ）も市販の素材を使用できる。ただし、特定の微量元素を金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅（Ｃｕ））合金に添加する場合には、その金（Ａｕ）および銅（Ｃｕ）は好ましくは純度９９．９９９質量％以上である。また、そのパラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）の純度は、好ましくは９９．９９質量％以上である。
【００１９】
本発明で用いる金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅（Ｃｕ））合金において、所定量のパラジウム（Ｐｄ）は、第一ボンドにおける長期間の接合の信頼性を向上するという効果を発揮する。パラジウム（Ｐｄ）が０．５質量％以下では、特定のＡｕ−Ａｌ比率の金属間化合物の腐食の抑制ができず、高温環境下で早期に第一ボンドにおけるパッド電極との界面の劣化が発生し、電気的特性が悪化する。  パラジウム（Ｐｄ）が０．７質量％を超えると、白金（Ｐｔ）と３：１の割合にあるパラジウム（Ｐｄ）以外のパラジウムが増えて第一ボンドにおけるパッド電極との界面に微量がカーケンダイルボイド（マイクロボイド）が多数発生し、接合強度のバラツキが大きくなる。
【００２０】
本発明で用いる金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅（Ｃｕ））合金において、所定量の白金（Ｐｔ）は、第一ボンドにおけるパッド電極との界面の微量なカーケンダイルボイド（マイクロボイド）の発生を抑制するという効果を発揮する。白金（Ｐｔ）はパラジウム（Ｐｄ）とできるだけ１：３の割合にあることが好ましい。
この割合以外の白金（Ｐｔ）が増えると、特定のＡｕ−Ａｌ比率の金属間化合物の腐食を抑制することができなくなる。具体的には、白金（Ｐｔ）は０．１〜０．３質量％の範囲にあり、０．１５〜０．２５質量％の範囲にあることがより好ましい。
【００２１】
本発明で用いる金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅（Ｃｕ））合金において、所定量の銅（Ｃｕ）は、３：１の割合にあるパラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との比に悪影響を与えない。また、パッド電極に純度９９．９９９質量％以上の銅（Ｃｕ）が用いられたり、銅（Ｃｕ）合金が用いられたりした場合には、パッド電極上に点在する金属酸化物粒子群の成長を抑制するという効果を発揮する。具体的には、銅（Ｃｕ）含有量は０．０５〜０．１質量％の範囲である。
【００２２】
本発明で用いる高純度の金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅（Ｃｕ））合金においては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、希土類元素（イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ネオジム、サマリウム（Ｓｍ）など）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、ホウ素（Ｂ）などの微量元素を添加することができる。
これらの微量元素のうち、５〜５０質量ｐｐｍのカルシウム（Ｃａ）と５〜５０質量ｐｐｍのマグネシウム（Ｍｇ）と５〜５０質量ｐｐｍのランタン（Ｌａ）とを同時に含有していることが好ましい。これらの元素が所定量含まれると、ワイヤ強度、耐リーニング性、第二ボンド接合性、ネック強度、耐ワイヤ流れ性、連続ボンディング性をいずれも向上させる効果を持つ。
これらの元素がそれぞれ５０質量ｐｐｍを超えると溶融ボール表面に酸化物が生成しやすくなり、溶融ボールが硬くなりすぎて第一ボンドにおける接合性が悪くなる。さらに、これら３元素、もしくは他の微量元素も含めた合計の濃度が１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの元素が５質量ｐｐｍ以下であると微量元素の添加効果がなく、敢えて添加する意味がなくなる。
また、１〜２０質量ｐｐｍのベリリウム（Ｂｅ）を含有していることが好ましい。ベリリウム（Ｂｅ）が所定量含まれると、ワイヤ強度、圧着ボールの真円度、耐リーニング性を向上させる特徴を持ち、ワイヤの線径を２０μｍ以下にしてもループ形成性を維持できるからである。
ベリリウム（Ｂｅ）が２０質量ｐｐｍを超えると、溶融ボール表面に酸化物が生成しやすくなり、溶融ボールが硬くなりすぎて第一ボンドにおける接合性が悪くなる。
一方、ベリリウム（Ｂｅ）が５質量ｐｐｍ以下であると、微量元素の添加効果がなく、敢えて高純度の金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅（Ｃｕ））合金を使用する必要性はなくなる。
また、１〜３０質量ｐｐｍのセリウム（Ｃｅ）と１〜３０質量ｐｐｍのイットリウム（Ｙ）、と１〜３０質量ｐｐｍのユーロピウム（Ｅｕ）のうち少なくとも１種以上を含有していることが好ましい。これらの元素が所定量含まれていると、さらにワイヤ強度、耐ワイヤ流れ性、耐リーニング性を向上する特徴を持つ。これらの元素含有量が３０質量ｐｐｍを超えると、ボンディングワイヤのループ形成性が悪くなり、ボンディングワイヤのリーニングを防止することができない。また、ワイヤ表面や溶融ボール表面の析出物やその酸化物がキャピラリーに堆積するので連続ボンディング性が悪くなる。また、これらの元素含有量が５質量ｐｐｍ以下であると、微量元素の添加効果がなく、敢えて高純度の金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅（Ｃｕ））合金を使用する意味はなくなる。
【実施例】
【００２３】
以下に本発明を実施例により詳述する。
〔実施例：１〜２０〕
表１に各実施例の合金の組成を示す。純度９９．９９９質量％の高純度金（Ａｕ）と純度９９．９９質量％の高純度パラジウム（Ｐｄ）と純度９９．９９質量％の高純度白金（Ｐｔ）との合金、および純度９９．９９９質量％の高純度金（Ａｕ）と純度９９．９９質量％の高純度パラジウム（Ｐｄ）と純度９９．９９質量％の高純度白金（Ｐｔ）と純度９９．９９９質量％の高純度銅（Ｃｕ）との合金を表１に記載の数値（質量％）になるように作製し、併せて、微量元素が表１に記載の数値（質量ｐｐｍ）になるように配合し、真空溶解炉で溶解鋳造した。これを伸線加工して、線径が２０μｍのところで最終熱処理し、伸び率を４％に調整した。
なお、各ボンディングワイヤの伸びと引っ張り強さは、１０ｃｍ長に切り出したワイヤを各１０本引っ張り試験し、その平均値を求めることで評価した。
この極細線を半導体チップ上（ヒートステージ温度２００℃）の５０μｍ角のＡｌ−０．５％Ｃｕパッド（膜厚約１μｍ）に大気中で溶融ボールを超音波併用熱圧着方式によって第一次ボンディングをし、その後、Ａｇめっきされた２００ピンのＱＦＰパッケージ用のリードフレームにウエッジ・ボンディング法によって第二次ボンディングをして結線した。
その際、ループ・スパンは３ｍｍ、ループ高さは１５０μｍとし、本数は２００本とした。
第一本ボンドではすべてのボールが５０μｍ角のパッド内に形成されていた。また、第二ボンドではすべてリード上に強固に接合されていた。なお、本評価に使用した半導体チップは隣り合うパッドが短絡したＴＥＧと呼ばれる評価専用のＩＣチップである。
このサンプルを高温放置後未封止プル荷重試験用のサンプルとした。また、高温放置後電気特性測定試験用のサンプルについては、さらに次のように樹脂で封止した。
上記サンプルを成型金型の上下金型間にセットし、金型間のキャビティーに１８０℃の溶融樹脂を注入し（トランスファーモールディング法）、樹脂はそのまま180℃に維持して硬化させて、高温放置後電気特性測定試験用サンプルとした。
これらの未封止プル荷重試験用のサンプルと電気的特性（電特）測定試験用のサンプルは、２５０℃の温風炉中に放置した。
これらの結果を表2に示す。
【００２４】
〔比較例１〜３と従来例〕
表１に、上記実施例と成分組成が外れる各試料の合金組成（比較例１，２）、揮発性元素の亜鉛（Ｚｎ）（質量ｐｐｍ）を含む試料の合金組成（比較例３）、および従来の金（Ａｕ）−１質量％パラジウム（Ｐｄ）合金の組成を示す。これらの比較例および従来例の（Ａｕ）合金極細線は、実施例と同様にして線径２０μｍのところで最終熱処理をして伸び率を４％に調整し、実施例と同様にして評価した。これらの結果を表２に併せて示す。
【表１】
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【表２】
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【００２５】
実施例および比較例の各ボンディングワイヤの特性は、以下のようにして評価した。
〔プル荷重試験〕
実施例および比較例の各ボンディングワイヤは、前記のとおり作製した高温放置後未封止プル荷重試験用サンプルのプルテスト特性は、以下のようにして評価した。
ＤＡＧＥ社製の製品名「万能ボンドテスター（ＢＴ）（型式４０００）」を用い、第一ボンドの直上付近のループ部分にフックを掛け、上方に持ち上げて破断したときの荷重値を測定した。評価結果を表2に示す。
プルテストは、高温放置前、および４８、９６、１９２時間後の各時間の間放置したサンプルについて行なった。なお、破断荷重値は、２０本のサンプルについての破断荷重の平均値である。
〔電特測定試験〕
実施例および比較例の各ボンディングワイヤについて、前記のとおり作製した高温放置後電特測定用サンプルの電気抵抗の値は、以下のように行なった。
電気抵抗は、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製の製品名「ソースメーター（型式２００４）」を用い。専用のＩＣソケットおよび専用に構築した自動測定システムで行なった。測定方法は、いわゆる直流四端子法で測定した。測定用プローブから隣接する外部リード間（ＩＣチップ上のパッドが短絡した対を選択）に一定の電流を流し、プローブ間の電圧が測定される。
電気抵抗値は、外部リード１００対（２００ピン）について、高温放置前と高温放置時間が４８時間に達するごとに測定した。高温放置前と比較して電気抵抗が２０％以上になった対が発生した場合、故障発生時間とした。
【００２６】
〔未封止プル荷重試験結果〕
表２の結果から、０．６質量％±０．１質量％のパラジウム（Ｐｄ）と０．２質量％±０．１質量％の白金との比がほぼ３：１の割合にある基本組成の合金である実施例１〜１２について、未封止プル荷重試験結果は、０時間から１９２時間後までほとんど低下しておらず、１９２時間後最大でも８．３％（実施例２）、１０．９％（実施例１１）の低下にとどまっている。また、これらの基本組成に加えて微量元素を本発明範囲添加した実施例１３〜２０についてもこれらの結果は変わらず、接合強度の低下は見られない。
これに対して、比較例１〜３、従来例は、ボンディング直後の接合強度は実施例と変わらないが、１９２時間後には比較例で最大４２％（比較例２）、３７．５％（従来例）に達しており、これらの高温環境下での接合特性の低下が著しい。
なお、比較例３については、比較的数値の低下が小さい（１５％）が後述するように基本組成が本発明範囲に近いためと考えられる。
〔電気的特性試験結果〕
実施例１〜２０はいずれも抵抗上昇率２０％発生時間が３３６時間に達しており、一定であることから極めて安定した接合であることがわかる。これに対して比較例１，２、従来例はいずれも９６時間であって、１／３以下であり、比較例３は１４４時間に達してかなりの向上を見せているが、これは表１に示すようにパラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）の含有量とその比率が本発明範囲に近く（Ｐｄ：０．５質量％、Ｐｔ：０．２０質量％、比率、３：１．２）、図１のグラフと合わせて、その効果が若干表れたものと考えられる。
表２の結果について、未封止プル荷重試験の結果を、実施例１と対比して比較例１〜３および従来例を図１に示す。
図から明らかなように、比較例１，２および従来例は、接合当初は本発明の実施例とほとんど変わらないが、時間経過と共に下降し始め、１９２時間後には著しく低下することがわかる。比較例３については、亜鉛（Ｚｎ）添加の効果と共に上記したようにその基本成分組成は本発明範囲から大きく外れていないことが影響したものと考えられる。
【００２７】
上記の表の結果から明らかなように、本発明の金（Ａｕ）−パラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）（−銅）Ｃｕ））合金のボンディングワイヤは、狭い範囲ながら規定数値範囲内であれば、高温動作条件下で満足の行くボンディング効果が得られることがわかる。これに対し、比較例および従来例の金（Ａｕ）合金ボンディングワイヤの場合は、第一ボンド直後の未封止プル荷重試験（０時間後）では満足の行くボンディング結果が得られているものの、その後の高温放置状態あるいは樹脂封止後の高温放置条件下では満足の行くボンディング効果が得られていないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の金（Ａｕ）合金は、高温環境下で用いられる半導体デバイス、特に自動車搭載用の半導体デバイス、高温になりやすい環境下で使用される半導体に用いられるボンディングワイヤに適しており、これらの環境下で使用される半導体分野で利用されて、その応用域を拡大、普及を図ることができる。
【図１】
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