(57)【要約】【課題】半導体装置のＡｌ電極に対する低電気抵抗で接合信頼性を向上したＡｕ合金ボンディングワイヤ及び該ワイヤによりＡｌ電極パッドに接合した半導体装置。【解決手段】Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＧｅまたはＳｉの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍおよび／またはＡｌまたはＣｕの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部がＡｕからなることを特徴とする金合金ボンディングワイヤ。  さらに、上記金合金ボンディングワイヤにより、ＡｌまたはＡｌ合金電極パッドと接続した半導体装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＧｅまたはＳｉの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部がＡｕからなることを特徴とする金合金ボンディングワイヤ。
【請求項２】
Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＡｌまたはＣｕの少なくとも１種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部がＡｕからなることを特徴とする金合金ボンディングワイヤ。
【請求項３】
Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＧｅまたはＳｉの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍおよびＡｌまたはＣｕの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部がＡｕからなることを特徴とする金合金ボンディングワイヤ。
【請求項４】
Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＧｅまたはＳｉの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部がＡｕからなる金合金ボンディングワイヤをＡｌまたはＡｌ合金パッドと接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＡｌまたはＣｕの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部がＡｕからなる金合金ボンディングワイヤをＡｌまたはＡｌ合金パッドと接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＧｅまたはＳｉの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ  およびＡｌまたはＣｕの少なくとも1種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部がＡｕからなる金合金ボンディングワイヤをＡｌまたはＡｌ合金パッドと接続したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に用いられるＩＣチップ電極と外部リード等の基板の接続に好適な金合金ボンディングワイヤ、このボンディングワイヤを用いた半導体装置およびこのボンディングワイヤとＡｌまたはＡｌ合金との接合構造に関する。特に、車載用や高速デバイス用の高温となる環境下で使用される金合金ボンディングワイヤ、このボンディングワイヤを用いた半導体装置およびこのボンディングワイヤとＡｌまたはＡｌ合金との接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から半導体装置のＩＣチップ電極と外部リードを接続する金線としては、高純度金に他の金属元素を微量含有させた純度９９．９９質量％以上の金線が信頼性に優れているとして多用されている。このような純金線は、一端が超音波併用熱圧着ボンディング法によってＩＣチップ電極上の純ＡｌパッドやＡｌ合金パッドと接続され、他端が基板上の外部リード等に接続され、その後、樹脂封止して半導体装置とされる。このようなＡｌ合金パッドは、通常は真空蒸着などによって形成される。
【０００３】
ところが、樹脂封止された半導体装置が高温の過酷な使用環境で高度の信頼性が要求される車載用ＩＣや、動作温度が高くなる高周波用ＩＣなどで使用されるようになると、カーケンダルボイドと呼ばれる空隙やクラック、あるいは、封止樹脂中に含まれるハロゲン成分による腐食などが発生し、ＡｌパッドやＡｌ合金パッドと純金線との接合界面における抵抗値の上昇や接合強度の低下を招く。Ａｌ合金パッドとしては、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−ＳｉＩＣｕ合金等が一般的である。このため、これまでよりも高い接合信頼性（ある環境下でのボールボンディングによる接合界面における抵抗値と接合強度の持続性）を確保することが求められ、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金のボンディングワイヤが使用されている。
このＡｕ−Ｐｄ合金のワイヤは、高温環境下でのＡｌ合金パッドと純金線との接合界面においてＡｕがＡｌパッド中へ拡散するのをＰｄによって抑制できるため、接合界面のハロゲン成分による腐食を受けやすいといわれる金属間化合物Ａｕ4Ａｌの形成が比較的妨げられ、ＡｌパッドやＡｌ合金パッドと金合金線との接合部の劣化を抑えることができ、接合強度の低下を招くことがないという利点を有する。このＡｕ−１質量％Ｐｄ合金ワイヤは、純度９９．９９質量％以上の純金線に比べて機械的特性が優れているものの、電気的特性であるボンディングワイヤの比抵抗値が高い。例えば、純度９９．９９質量％の純金線の比抵抗値が２．３μΩ・ｃｍであるのに対し、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金は３．０μΩ・ｃｍである。このため高密度実装を行なおうとすると、ワイヤの発熱によって素子が誤動作をしたり、断線をしたりするほか、信号の応答速度も遅延するおそれが生じる。ボンディングワイヤの径を２５μｍから１５μｍへと細くしてゆくと、ますますこの傾向が強まる。しかも、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金の場合、詳細なメカニズムは不明であるが、Ｐｄが存在すると、接合界面で予想外にＡｌの酸化を促進させることがある。例えば、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金からなるボンディングワイヤを樹脂封止せずに大気中で高温放置試験をすると、微量添加元素を含有した純度９９．９９質量％以上のＡｕボンディングワイヤよりもＡｌの酸化物Ａｌ2Ｏ3が多く生成し、弱くなってしまうことがある。この欠陥は、半導体装置にとって致命的な欠陥であり、接合信頼性を欠くためＡｕ−１質量％Ｐｄ合金ワイヤの実用化の障害となっていた。
【０００４】
他方、Ａｕと全率固溶するＡｇを合金化してボンディングワイヤとして使用するという着想は、特開昭５２−５１８６７号公報で古くから知られている。そこで、純度９９．９９質量％以上のＡｕに対して機械的強度を増強する微量添加元素として知られているＣａやＬａを、Ａｇを微量添加したＡｕ合金に応用することが考えられて試された。これは、純度９９．９９質量％程度の純金線の比抵抗値とほぼ同等の比抵抗値を得る目的で、Ａｕに全率固溶するＡｇを０．０５〜０．９５質量％添加しつつ、Ｃａ、Ｙおよび希土類元素の内の１種以上を０．０００１〜０．００５質量％微量添加する半導体装置用ボンディングワイヤである（後述する「特許文献１」）。このボンディングワイヤは、Ａｇを０．０５〜０．９５質量％、並びにＣａ、Ｙおよび希土類元素の内の１種以上を０．０００１〜０．００５質量％含み、残部がＡｕおよび不可避不純物とするＡｕ合金である。このボンディングワイヤは、高強度であり、過度な比抵抗の上昇が抑えられ、かつループ変形が起きない半導体装置用金合金ワイヤを提供することを目的とする（同公報００１０段落）。
【特許文献１】特開２００３−７７５７号公報
【０００５】
しかしながら、このボンディングワイヤはＡｇの添加量が少ないため、高温の過酷な使用環境で、Ａｕ−Ａｇ合金のボンディングワイヤとＡｌまたはＡｌ合金のパッドとの接合界面が弱くなるというこれまでの欠点を克服することができなかった。この理由は、このＡｕ−Ａｇ合金のボンディングワイヤが一般的なパッド材料であるＡｌパッドと接合された場合、接合界面にＡｕ4Ａｌが形成され、半導体装置として使用したときに抵抗の上昇を招くからである。
一方、これに対してＡｇの添加量を多くしても、Ａｕ-Ａｌ金属間化合物の生成を抑制するが、添加量に比例してワイヤの比抵抗もまた上昇するため、解決策とはならない。
また、この半導体装置を樹脂でモールドした場合には、封入樹脂中のハロゲンイオンがＡｕ4Ａｌと反応して接合界面の強度を低下させることが新たにわかった。しかも、このワイヤは機械的強度が高いものの、全率固溶したＡｇの存在によってＡｌパッドとの接合信頼性は、かえって純度９９．９９質量％程度の純金線より悪いものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、Ａｇの添加量を少なくしてボンディングワイヤの比抵抗をＡｕワイヤと同程度に維持しながら、接合界面にＡｕ4Ａｌ金属間化合物が形成されにくく、あるいは、接合部に形成された金属間化合物Ａｕ4Ａｌが腐食されにくいことによって接合信頼性が高く、しかも、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金と同等の機械的強度を有するボンディングワイヤを提供することを目的とする。また、本発明は、このボンディングワイヤを用いてＡｌまたはＡｌ合金パッド、特にＡｌパッドと接続した半導体装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このボンディングワイヤを用いてＡｌまたはＡｌ合金パッド、特にＡｌパッドと接続した接合構造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】
【０００７】
本発明者らは、Ａｇの添加量を少なくしたＡｕ合金に種々の微量添加元素を添加し、細線化してボンディングワイヤを製作し、これらのワイヤをＡｌパッドに接続し、高温雰囲気に曝露したときの接合界面における金属間化合物の発生量を調べた。その結果、純度９９．９９質量％以上のＡｕに対して機械的強度を増強することで知られるＢｅやＣａやＹの微量添加元素は、Ａｇの添加量を少なくしたＡｕ合金に対してＡｕ4Ａｌなどの金属間化合物の成長を抑止する効果がないことを確認した。本発明者らはさまざまな微量添加元素について検討した結果、Ａｇと共に添加した場合、最終的にＳｉ、ＧｅおよびＭｇの第一グループとＡｌとＣｕの第二グループの元素にＡｕ4Ａｌなどの金属間化合物の成長を抑制する効果が見られた。ＡｌパッドをＡｌ合金パッドに置き換えた場合も同様であった。しかし、Ｍｇは比抵抗を高くするので、単独の微量添加元素として採用することができない。例えば、１２０質量ｐｐｍ程度添加すると、ボンディングワイヤの接合信頼性は向上する。しかし、比抵抗は、０．１〜０．２μΩ・ｃｍ程度上昇するため、車載用や高速デバイス用のボンディングワイヤには利用することができないことがわかった。そこで、Ｍｇは、Ａｕ−Ａｇ合金の比抵抗を阻害しない範囲、すなわち、純度９９．９９質量％以上の純金と同程度の比抵抗を確保できる範囲内であれば、ＳｉまたはＧｅの代替材料として利用することが可能である。ここで、純度９９．９９質量％以上の純金と同程度の比抵抗というのは、発生する熱量を考慮して純金に対して１０％増大する範囲内とした。
【０００８】
（Ａｇ）
Ａｇは、周知のように、少量の場合でもＡｕの中に完全に固溶してＡｕ-Ａｇ合金を形成する。Ａｇ原子はＡｕの格子中にまんべんなく散在し、Ａｕ-Ａｇ合金を形成しているものと考えられる。このため、ＡｕとＡｌとの接合界面においてＡｕ4ＡｌなどのＡｕ・Ａｌの金属間化合物が形成する。ところが、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕの少なくとも１種の元素との共存下において、このＡｇ原子がＡｕ・Ａｌの金属間化合物の形成を抑制するものと考えられる。
Ａｇを添加していくと比抵抗が上昇する。このため、ボンディングワイヤの発熱によって半導体装置が誤動作をしたりするほか、信号の応答速度も遅延するなどの悪影響がでる。そこで、純度９９．９９質量％以上の純金同程度の比抵抗を確保するため、Ａｇの上限を０．３質量％とした。上限のＡｕ−０．３質量％Ａｇ合金は、微量添加元素を含有しない場合、ボンディングワイヤにしたときの比抵抗が２．５μΩ・ｃｍ以下である。この値は、純金の２．３μΩ・ｃｍと比較して比抵抗の増加を少ない範囲にとどめることができる。このため、このＡｕ−Ａｇ合金に微量添加元素を含有した場合でも、比較的発熱を抑えることができる。また、このＡｕ−Ａｇ合金に微量添加元素を含有した合金は、信号の応答速度も遅延することがない。Ａｕ−Ａｇ合金線の比抵抗はできるだけ低いことが好ましく、Ａｕ−Ａｇ合金に微量添加元素を含有した場合においても２．５μΩ・ｃｍ以下が好ましい。純度９９．９９質量％以上の純金と同程度の発熱に抑えることができるからである。発熱が半導体装置へ悪影響を与えることを考えれば比抵抗は更に低いことが好ましく、２．４μΩ・ｃｍ以下であることがより好ましい。
一方、Ａｇの添加量が少なくなってゆくと、Ａｕ−Ａｇ合金の形成効果が得られず、Ａｕに対して微量添加元素の効果だけが発揮されてしまい、Ａｕ・Ａｌ金属間化合物の形成を抑制することができなくなってしまう。よって、Ａｇの下限値を０．０２質量％とした。
【０００９】
（ＳｉまたはＧｅ）
ＳｉまたはＧｅは、Ａｕ4ＡｌなどＡｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制し、ボンディングワイヤの接合信頼性を確保することがわかった。ＳｉまたはＧｅは、Ａｕ−Ａｇ合金の結晶粒界に析出してＡｕの拡散を抑制し、Ａｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制するものと考えられる。また、Ｓｉは、Ａｌ合金パッド中でＡｌに合金化する元素の一つであるため、Ａｕ−Ａｇ合金のボンディングワイヤをボールボンドしたとき、接合界面における熱拡散によるＡｌの濃度勾配を緩やかにし、Ａｕ−Ａｇ合金中へのＡｌの拡散速度を遅くするものと考えられる。このような作用効果は後述する内容と同様である。
Ｓｉ またはＧｅの少なくとも一種が合計で２００質量ｐｐｍを越えて添加されると、初期ボールに引け巣ができ、接合強度が低下する。よって、ＳｉまたはＧｅの少なくとも一種の合計量の上限を２００質量ｐｐｍとした。
一方、ＳｉまたはＧｅの少なくとも一種が合計で１０質量ｐｐｍ未満になると、上記のＡｕ−Ａｇ合金の結晶粒界に析出する量が少なくなり、Ａｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制することができなくなる。そこで、ＳｉまたはＧｅの少なくとも一種の合計量の下限を１０質量ｐｐｍとした。
【００１０】
（ＡｌまたはＣｕ）
ＡｌまたはＣｕも、ＳｉまたはBeと同様に、Ａｕ4ＡｌなどのＡｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制することがわかった。ただし、Ａｌは接合されるパッドの主成分元素である。このＡｌを接合するＡｕ-Ａｌ合金ボンディングワイヤ中に微量添加しておくと、ボールボンドした時、ＡｌパッドとＡｕ-Ａｇ合金ワイヤとの狭い範囲の熱拡散による濃度勾配が緩やかになるため、Ａｕ-Ａｇ合金中へのＡｌの拡散速度が遅くなる。そのため、Ａｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制する作用を有することがわかった。濃度勾配が緩やかになるのは、Ａｕ中にＡｌがもともと存在しているため、この均一微細に散在しているＡｌによってＡｌパッドからＡｌが侵入してくるのが妨げられ、熱拡散が遅くなる結果、濃度勾配が緩やかになるものと考えられる。このようなＡｌの微量添加の効果は、Ｃｕとの共添加だけではなく、ＳｉまたはＧｅとの共添加でも観察された。また、ＣｕもＡｌ合金パッド中に合金化される元素であるため、ボールボンドしたときの熱拡散によるＡｌの濃度勾配を緩やかにし、Ａｕ−Ａｇ合金中へのＡｌ拡散速度を遅くし、Ａｌの微量添加と同様な作用、効果を有することがわかった。
ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種が合計で２００質量ｐｐｍを越えて添加されると、純度９９．９９質量％以上の純金と程度の比抵抗を確保することが困難となり、信号遅延などの懸念が増大する。よって、ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種の合計量の上限を２００質量ｐｐｍとした。
一方、ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種が合計で１０質量ｐｐｍ未満になると、Ａｌパッドと接合されるＡｕ−Ａｇ合金ワイヤとの界面近傍においてＡｌまたはＣｕの熱拡散による濃度勾配がきつくなり、Ａｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制することができなくなる。そこで、ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種の合計量の下限を１０質量ｐｐｍとした。
【００１１】
（ＳｉまたはＧｅ）および（ＡｌまたはＣｕ）の共添加
ＳｉまたはＧｅおよびＡｌまたはＣｕを共添加するのは、Ａｕ−Ａｇ合金ボンディングワイヤとＡｌパッドとの接合界面における熱拡散による濃度勾配を緩やかにするためである。この共添加によって接合界面におけるＡｌの拡散速度を遅くし、かつ、Ｓｉ、ＧｅがＡｕ結晶粒界に析出することによってＡｕの拡散を遅らせることができるからである。
【００１２】
以上から、この発明に係る金合金ボンディングワイヤは、Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＧｅまたはＳｉの少なくとも一種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部が金からなることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係る金合金ボンディングワイヤは、Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ、残部を金からなることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係る金合金ボンディングワイヤは、Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＧｅまたはＳｉの少なくとも一種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍおよびＡｌまたはＣｕの少なくとも一種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部が金からなることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係る半導体装置は、Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＧｅまたはＳｉの少なくとも一種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部が金からなる金合金ボンディングワイヤをＡｌまたはＡｌ合金パッドと接続したことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係る半導体装置は、Ａｇを０．０２〜０．３質量％、ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ、残部が金からなる金合金ボンディングワイヤをＡｌまたはＡｌ合金パッドと接続したことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明に係る半導体装置は、ＧｅまたはＳｉの少なくとも一種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍおよびＡｌまたはＣｕの少なくとも一種を合計で１０〜２００質量ｐｐｍ含有し、残部が金からなる金合金ボンディングワイヤをＡｌまたはＡｌ合金パッドと接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上述のように、この発明のボンディングワイヤ用金合金線は、Ａｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制するので、高温環境下でのボンディングワイヤの接合信頼性を確保することができた。また、このＡｕ−Ａｇ合金線を使用してＡｌパッドまたはＡｌ合金パッドへボンディングを行なうと、常温環境下でのボンディングワイヤの接合信頼性も確保することができるので、高温や常温といった使用環境を問わず、半導体装置に利用することができる。また、このＡｕ−Ａｇ合金とＡｌパッドまたはＡｌ合金パッドとの接合構造は、高温環境下でも安定しており、半導体装置に対する接合信頼性を確保することができた。この発明のボンディングワイヤ用金合金線は、このように産業上優れた効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の最良の形態は、Ａｕ-Ａｇ合金がＧｅおよびＳｉ、並びにＡｌおよびＣｕの微量添加元素をすべて含有し、かつ、Ａｇの含有量が微量添加元素の総含有量よりも多いときに達成される、特に、高温環境下ではＡｇの含有量が微量添加元素の総含有量に対して５〜１０倍の範囲にあると、Ａｕ・Ａｌの安定した金属間化合物が得られる結果、高温環境下でも安定した接合信頼性が得られる。
【００２０】
表１に示される成分組成を有するＡｕ-Ａｇ合金を溶解鋳造し、伸線加工することにより２５μｍの線径を有するボンディングワイヤ用Ａｕ−Ａｇ合金線（以下、本発明ワイヤという。）１〜２４と比較ボンディングワイヤ用Ａｕ−Ａｇ合金線（以下、比較ワイヤという。）２５〜３１を製造した。これらワイヤの比抵抗を測定し、その結果を表1右欄に示す。これの各測定に際してサンプル数は5本とし、その平均値を求めた。前記ワイヤの比抵抗は、室温、標点間距離：１００ｍｍの条件で抵抗（Ω）をディジタルマルチメーターで4端子法により測定し、比抵抗（μΩ・ｃｍ）＝抵抗（Ω）×ボンディング用金合金線の断面積（ｃｍ2）／１０（ｃｍ）×１０6で求めた。
次いで、本発明ワイヤ１〜２４と比較ワイヤ２５〜３１をＫｕｌＩＣｋｅ＆Ｓｏｆｆａ（キューリック・アンド・ソファ）製のワイヤボンダー（商品名：ＭａＸμｍ    plus）にセットし、半導体ＩＣチップが搭載されたＡｌ−０．５質量％Ｃｕ合金からなる６０μｍ角Ａｌ合金パッドに、加熱温度：２００℃、ループ長さ：５ｍｍ、ループ高さ：２２０μｍ、圧着ボール径：５４μｍ、圧着ボール高さ：８μｍ、の条件でボンディングを行なって、常温および高温の接合信頼性評価についての評価を行なった。
【００２１】
（常温の接合信頼性評価試験）
ボンディングしたサンプル（各試料番号のワイヤにつき１００個）を、圧着ポール直上のループの曲がり（キンク）にツールを引っ掛けてプル試験を行なった。プル試験での破断は、ネック部で破断するか、圧着ボールとＡｌ合金パッドの接合界面で破断、すなわちボールリフトする形態のいずれかで生じる。したがって、ネック部で破断した場合は、ボンディング時の圧着ボールとＡｌ合金パッドの接合界面での接合は良好であると判断し、圧着ボールを観察して、全てネック部での破断の場合は○、1個でもボールリフトがある場合は×として評価した。
表１の結果によれば、上記の本発明範囲の合金組成においては、ワイヤの比抵抗はすべて２．３１〜２．６２μΩ・ｃｍの範囲にあり、また、比較ワイヤにおいてもＡｇ含有量の低いＡｕ-Ａｇ系合金に対してＧｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕを微量添加する場合には、比抵抗は本発明と同様に比較的低い値となる。なお、前述のＰｄを添加したＡｕ−１Pd合金の例を比較ワイヤ３１に示す。
また、常温の接合性についても試料番号２６、２９および３０のようにＡｇあるいは微量添加元素の範囲が本発明範囲を外れるものは信頼性の低下が見られる。
（高温放置後の接合信頼性評価）
さらに、金属間化合物の成長が進むと、ＡｕとＡｌの拡散速度の差によるカーケンダイルボイドが生成したり、Ａｕと金属間化合物の界面にクラックが生成する。これらのボイドやクラックが生成すると、接合強度が低下する。接合強度が低下しても導通部があれば、電気は流れるが、接合が不安定になるのは否定できない。ボイドやクラックの生成度を評価するために、１７５℃の空気中で200時間保管した後にプル強度を測定した。ボイドやクラックの生成が多くなると、ボールとＡｌパッドの接合強度が低下し、破断モードはボールリフトの割合が多くなる。破断モードにおけるボールリフトの割合が０〜１０％未満を◎、１０％以上〜２０％未満を○、２０％以上〜５０％未満を△、５０％以上を×とした。
また、電気抵抗の上昇率について次のようにして評価した。
リードフレームにダイボンドしたTEG（Test  Element  Group）チップにワイヤをボンディングし、回路を形成した試料を樹脂封止した。この試料を１７５℃の空気中で１，０００時間放置した後に電気抵抗を測定し、あらかじめ測定したモールド直後の電気抵抗と比較し、その上昇率を計算した。抵抗上昇率が２０％未満を◎、２０〜５０％を○、５０％以上を×とした。
それぞれの評価結果を表１右欄に合わせて示す。
これらの高温の接合信頼性について、表1の結果はいずれも試料番号２５、２８、２９は不良、２７は不可である。
【００２２】
さらに、本発明ワイヤ１〜２４と比較ワイヤ２５〜３１について、耐樹脂流れ性についての評価を行なった。
（耐樹脂流れ性）
ループ長さ：３．５ｍｍ、ループ高さ：２２０μｍの条件でボンディングした半導体ＩＣチップが搭載された基板を、モールディング装置を用いてエポキシ樹脂で封止した後、軟Ｘ線非破壊検査装置を用いて樹脂封止した半導体チップ内部をＸ線投影し、ワイヤ流れが最大の部分の流れ量を測定し、その値をループ長さで除算した値（％）を樹脂流れと定義し、この樹脂流れ性を評価した。  表１右欄中、耐樹脂流れ性は、◎は３％未満、○は３％以上５％未満、×は５％以上を、それぞれ示す。
それぞれの評価結果を表１右欄に合わせて示す。
【表−１】
2008270371.tif 000002
【００２３】
耐樹脂流れ性について表1の結果を見ると、試料番号２７、および２８は不可となっており、これらの結果から、Ａｇの含有量が本発明範囲であっても微量添加元素含有量が範囲外であると充分な強度が得られないことがわかる。
【００２４】
以上のとおり、表１右欄に示される結果から、本発明ワイヤは比抵抗の上昇が比較的小さい範囲にとどまりながらも、常温と高温時における接合信頼性および耐樹脂流れ性が良好であるのに対し、比較ワイヤ２５〜３１はこれらの特性の少なくともいずれか一つは不良となることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上のとおり、本発明の金合金ボンディングワイヤは、９９．９９質量％の純金ボンディングワイヤに近い低電気抵抗を有し、Ａｌ及びＡｌ合金電極パッドに対する常温及び高温環境下における接合信頼性に優れ、耐樹脂流れに対しても充分な強度、剛性を備えるため、車載用を始め高温環境下において使用される半導体装置や高速動作を達成する半導体装置に適用され、またファインピッチ化と共に進められるボンディングワイヤに対する細線化の要求に応え、これら半導体装置における産業分野において、広く利用されることが想定される。
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月17日(2008.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
ところが、樹脂封止された半導体装置が高温の過酷な使用環境で高度の信頼性が要求される車載用ＩＣや、動作温度が高くなる高周波用ＩＣなどで使用されるようになると、カーケンダルボイドと呼ばれる空隙やクラック、あるいは、封止樹脂中に含まれるハロゲン成分による腐食などが発生し、ＡｌパッドやＡｌ合金パッドと純金線との接合界面における抵抗値の上昇や接合強度の低下を招く。Ａｌ合金パッドとしては、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金等が一般的である。このため、これまでよりも高い接合信頼性（ある環境下でのボールボンディングによる接合界面における抵抗値と接合強度の持続性）を確保することが求められ、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金のボンディングワイヤが使用されている。
このＡｕ−Ｐｄ合金のワイヤは、高温環境下でのＡｌ合金パッドと純金線との接合界面においてＡｕがＡｌパッド中へ拡散するのをＰｄによって抑制できるため、接合界面のハロゲン成分による腐食を受けやすいといわれる金属間化合物Ａｕ4Ａｌの形成が比較的妨げられ、ＡｌパッドやＡｌ合金パッドと金合金線との接合部の劣化を抑えることができ、接合強度の低下を招くことがないという利点を有する。このＡｕ−１質量％Ｐｄ合金ワイヤは、純度９９．９９質量％以上の純金線に比べて機械的特性が優れているものの、電気的特性であるボンディングワイヤの比抵抗値が高い。例えば、純度９９．９９質量％の純金線の比抵抗値が２．３μΩ・ｃｍであるのに対し、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金は３．０μΩ・ｃｍである。このため高密度実装を行なおうとすると、ワイヤの発熱によって素子が誤動作をしたり、断線をしたりするほか、信号の応答速度も遅延するおそれが生じる。ボンディングワイヤの径を２５μｍから１５μｍへと細くしてゆくと、ますますこの傾向が強まる。しかも、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金の場合、詳細なメカニズムは不明であるが、Ｐｄが存在すると、接合界面で予想外にＡｌの酸化を促進させることがある。例えば、Ａｕ−１質量％Ｐｄ合金からなるボンディングワイヤを樹脂封止せずに大気中で高温放置試験をすると、微量添加元素を含有した純度９９．９９質量％以上のＡｕボンディングワイヤよりもＡｌの酸化物Ａｌ2Ｏ3が多く生成し、弱くなってしまうことがある。この欠陥は、半導体装置にとって致命的な欠陥であり、接合信頼性を欠くためＡｕ−１質量％Ｐｄ合金ワイヤの実用化の障害となっていた。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
（ＡｌまたはＣｕ）
ＡｌまたはＣｕも、ＳｉまたはＧｅと同様に、Ａｕ4ＡｌなどのＡｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制することがわかった。ただし、Ａｌは接合されるパッドの主成分元素である。このＡｌを接合するＡｕ-Ａｌ合金ボンディングワイヤ中に微量添加しておくと、ボールボンドした時、ＡｌパッドとＡｕ-Ａｇ合金ワイヤとの狭い範囲の熱拡散による濃度勾配が緩やかになるため、Ａｕ-Ａｇ合金中へのＡｌの拡散速度が遅くなる。そのため、Ａｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制する作用を有することがわかった。濃度勾配が緩やかになるのは、Ａｕ中にＡｌがもともと存在しているため、この均一微細に散在しているＡｌによってＡｌパッドからＡｌが侵入してくるのが妨げられ、熱拡散が遅くなる結果、濃度勾配が緩やかになるものと考えられる。このようなＡｌの微量添加の効果は、Ｃｕとの共添加だけではなく、ＳｉまたはＧｅとの共添加でも観察された。また、ＣｕもＡｌ合金パッド中に合金化される元素であるため、ボールボンドしたときの熱拡散によるＡｌの濃度勾配を緩やかにし、Ａｕ−Ａｇ合金中へのＡｌ拡散速度を遅くし、Ａｌの微量添加と同様な作用、効果を有することがわかった。
ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種が合計で２００質量ｐｐｍを越えて添加されると、純度９９．９９質量％以上の純金と程度の比抵抗を確保することが困難となり、信号遅延などの懸念が増大する。よって、ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種の合計量の上限を２００質量ｐｐｍとした。
一方、ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種が合計で１０質量ｐｐｍ未満になると、Ａｌパッドと接合されるＡｕ−Ａｇ合金ワイヤとの界面近傍においてＡｌまたはＣｕの熱拡散による濃度勾配がきつくなり、Ａｕ・Ａｌの金属間化合物の成長を抑制することができなくなる。そこで、ＡｌまたはＣｕの少なくとも一種の合計量の下限を１０質量ｐｐｍとした。