(57)【要約】【課題】ワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料としてAg−Au合金の特性向上及び該合金バンプと接合性を向上したAlパッド電極との接合構造。  【解決手段】９９．９９％以上の高純度Auを１０〜６０質量％含有し、残部９９．９９％以上のAg合金を基本マトリックスとして、さらに微量添加元素として、Li及びBを５〜１００質量ｐｐｍ、さらにCa５〜１００質量ｐｐｍ、Be１〜２０質量ｐｐｍ及び希土類元素Y、La、Ce、Eu、及び／又はNdを５〜１００質量ｐｐｍ、あるいは更に、Ge、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、Sn及びSbのうち少なくとも1種が合計で１０〜５００質量ｐｐｍを選択含有して、ワイヤバンプ形成時のボール真球性を向上し、テール発生を抑制、耐半田喰われ性及び接合性を向上する。【選択図】なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜２５質量％含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項２】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにLi及び／又はBを５〜１００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項３】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにCaが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍ又は希土類元素が５〜１００質量ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項４】
上記希土類元素がY、La、Ce、Euおよび／またはNdであることを特徴とする請求項３に記載のワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項５】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにGe、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、Sn及びSbのうち少なくとも１種を合計で１０〜５００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項６】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうち少なくとも１種を含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項７】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうち少なくとも１種と、Li及び／又はBが５〜１００質量ｐｐｍとを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項８】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうち少なくとも１種と、Caが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍまたは希土類元素が５〜１００質量ｐｐｍのうちの少なくとも１種以上とを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項９】
上記希土類元素がY、La、Ce、Eu及び／又はNdであることを特徴とする請求項８に記載のワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項１０】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうち少なくとも１種と、Ge、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、Sn、Sbのうち少なくとも１種が合計で１０〜５００質量ｐｐｍとを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
【請求項１１】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜２５質量％含有し、残部が純度
９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【請求項１２】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにLi及び／又はBを５〜１００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【請求項１３】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにCaが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍ又は希土類元素が５〜１００質量ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【請求項１４】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにGe、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、SnおよびSbのうち少なくとも１種を合計で１０〜５００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【請求項１５】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが0.05〜1質量％のうち少なくとも１種を含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【請求項１６】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜1質量％のうち少なくとも１種と、Li及び／又はBが５〜１００質量ｐｐｍとを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【請求項１７】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうち少なくとも１種と、Caが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍまたは希土類元素が５〜１００質量ｐｐｍのうちの少なくとも一種とを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【請求項１８】
純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうち少なくとも1種と、Ge、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、Sn、Sbのうち少なくとも１種を合計で１０〜５００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【請求項１９】
接合界面にPb−Au合金層及びPb−Aｇ合金層、あるいは、Sn−Au合金層及びSn−Aｇ合金層が形成されていることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれかに記載の接合構造。
【請求項２０】
バンプが金属Al又はAl合金のパッドと非酸化性雰囲気中で接合されたものであることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれかに記載の接合構造。
【請求項２１】
融点が１７０〜２６０℃のSn系無鉛半田とフリップチップ接合されたものであることを特徴とする請求項１１〜２０のいずれかに記載の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤボンディング技術を利用し、又はボールバンプ法により金属突起を形成するのに適したバンプ形成用材料、及びこれらのバンプ形成用材料を使用した接合構造に関し、特に半導体集積回路の素子上の電極と回路配線基板をフリップチップ接合構造で接続するためのワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料、およびこれらのバンプ材料を使用した接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＩＣやトランジスタなどの電子回路素子のAl電極や回路基板を接続するには、ワイヤボンディング法とワイヤレスボンディング法とが知られている。ワイヤレスボンディング法においては、特開昭４８-７６７８号公報によって初めてバンプによる接合方法が開示されている。このワイヤバンプ方法は、ＩＣチップやＬＳＩチップの電極パッドと外部端子とをバンプを介して直接接続しており、ワイヤボンディング法で接続する場合に比べて接合部分の高さを低くすることができる。このため高密度パッケージや薄型パッケージを製造するのに優れているという利点がある。
その適用対象として、例えば、ＩＣチップの電極部にバンプを形成し、このバンプを対向する回路基板の導体回路上の溶融半田と接合させるフリップチップ法や、半田めっきしたCuテープと溶融接合させたフィルムキャリア法などによる実装法がある。例えば、フリップチップ方式ではＬＳＩチップをフェースダウンで回路基板へバンプ接続する。バンプを形成するには、ボンディングワイヤ法を転用したスタッドバンプ法が利用される。このスタッドバンプ法は、極細線の先端に溶融ボール部を形成し、この溶融ボール部をAl電極パッドへ単純に押圧したり、超音波を印加しながら押圧したりして電極パッドと接合したのち、バンプワイヤを上方へ引き上げることによってワイヤのもっとも弱い箇所から引きちぎる方法である。
【０００３】
このワイヤバンプ材料は、これまでワイヤボンディング技術を利用してきたため純度９９．９９質量％以上のAu合金という制約から高純度のAuマトリックスが実用化されてきた。ところが、この高純度のAuを使用したワイヤバンプ材料では、極細線に溶融ボールを形成してＩＣチップに圧着した後、ワイヤ部分をクランパで把持してワイヤを引きちぎると、ＩＣチップ上に残されたボールつまりバンプ側に接続不良の主たる原因となるテールが長く残ってしまうという問題があった。そこで、AuマトリックスとしてAu−０．５〜１０重量％Pd合金（特許第２７３７９５３号公報）やAu−０．００３〜５重量％Pd合金（特開平９−３２１０７６号公報）やPt、Pd又はRuを０．００１〜５重量％及び残部Au合金（特開平１０−２８７９３６号公報）などが開発され、テールの長さを短くする研究が行われてきた。しかしながら、Pdなどの白金族金属は高価であり、しかも、９９．９９質量％以上の高純度にするのに特別の設備を用いなければならない。そのため、９９．９質量％以上の純度で使用されるのが一般的であるが、残りの０．１質量％中に高純度のAuマトリックスを阻害する不純物を多く含むため、テールの長さにばらつきが生じる原因となっていた。
また、白金族元素の含有量が多くなると、キャピラリ−の内部が汚れ、この汚れがバンプワイヤに付着して真球でないボールを形成したり、ボールが硬くなってバンプ形成時にAlパッド直下のSiチップが割れたりするという問題を生じていた。そのため実用的にはPd含有量を抑制してAu−１質量％Pd合金を使用するのが一般的であった。また、テールの長さのばらつきを避けるためボールバンプ材料を使用することも考えられたが、高価であるためその利用範囲は限られたものであった。
しかも、ワイヤまたはボールで形成したAuバンプを半田でフリップチップ接合させようとすると、半田溶融時にPbやSn半田中にAuバンプが急速に溶け込んで消滅してしまう、いわゆる半田食われの現象が生じてしまっていた。
【０００４】
一方、先行技術文献では純銀バンプ電極が特開平２−１８３５３８号公報に開示されている。ここでの「純銀バンプ電極」は実質的に純銀バンプワイヤ材料の意味である。また、特許第３５２７３５６号公報には、銅または銅合金の回路配線の実装部へ接続するための「Pt、Pd、Cuの少なくとも１種を０．００５〜７重量％の範囲で含有し、残部を銀及び銀の不可避的不純物からなる銀合金細線」が開示されている。
【０００５】
しかし、純銀バンプはAuバンプと異なり，半田溶融時に半田食われの現象が生じないという利点があるものの、純アルミニウムまたはAl合金からなるAlパッドへ接合することが困難であり、接合の信頼性が得られなかった。また、テール長さを短くすることができなかった。さらに、フリップチップ接合時に半田溶融させると、Agと半田界面でボイドが発生しやすかった。このような欠点は、 Pt、Pd、Cuを０．００５〜７重量％含有したAg合金からなるバンプワイヤでも同様に発生していた。そのため銀バンプワイヤの利用範囲は限られたものとなっていた。
【特許文献１】特開平２−１８３５３８号公報
【特許文献２】特許第３５２７３５６号公報
【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り、実用的なAg合金ワイヤバンプ材料を提供することを目的とし、以下の課題を解決する。
（１）Ag合金ワイヤバンプの溶融ボールの形状をできるだけ真球に近づけ安定させること。
（２）AlパッドとAg合金ボールとの接合の信頼性を向上させること。
（３）Ag合金バンプのテール長さを短くすること。
（４）Ag合金バンプの耐半田食われ性を劣化させることなく、Agと半田界面でのボイドが生じないようにすること。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための、ワイヤバンプ又はボールバンプによるAgバンプ形成用材料、およびこれらのバンプ材料を用いた接合構造は、以下の通りである。
(a) 純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜２５質量％含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(b)   純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにLi及び／又はBが５〜１００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(c)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにCaが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍ又は希土類元素が５〜１００質量ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(d)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにGe、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、Sn及びSbのうち少なくとも１種を合計で１０〜５００質量ｐｐｍ含有し，残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(e)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、更に純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうちの少なくとも１種を含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(f)   純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％または純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうちの少なくとも1種と、Li及び／又はBが５〜１００質量ｐｐｍを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(g)   純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうちの少なくとも１種と、Caが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍまたは希土類元素が５〜１００質量ｐｐｍのうちの少なくとも１種以上とを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(h)   純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうちの少なくとも1種と、Ge、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、Sn、Sbのうちの少なくとも１種が合計で１０〜５００質量ｐｐｍを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなることを特徴とするワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(i)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜２５質量％含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
(j)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにLi及び／又はBを５〜１００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
(k)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにCaが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍ又は希土類元素が５〜１００質量ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
(l)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらにGe、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、SnおよびSbのうちの少なくとも１種を合計で１０〜５００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
(m)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうちの少なくとも１種を含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
(n)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうちの少なくとも１種と、Li及び／又はBが５〜１００質量ｐｐｍとを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAｇからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
(o)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％または純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうちの少なくとも１種と、Caが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍまたは希土類元素が５〜１００質量ｐｐｍとを含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
(p)  純度９９．９９質量％以上のAuを１０〜６０質量％含有し、さらに純度９９．９％以上のPd若しくはPtが０．２〜２％又は純度９９．９９質量％以上のCuが０．０５〜１質量％のうち少なくとも１種と、Ge、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、Sn、Sbのうち少なくとも１種を合計で１０〜５００質量ｐｐｍ含有し、残部が純度９９．９９質量％以上のAgからなるバンプをPb系半田又はSn系半田を介してチップ上の電極に接合したことを特徴とする接合構造。
【０００８】
また、本発明の実施態様は、以下の通りである。
(q)  希土類元素がY、La、Ce、Eu及び／又はNdであることを特徴とする上記（ｃ）または（ｇ）に記載のワイヤバンプ又はボールバンプによるバンプ形成用材料。
(r)  接合界面にPb−Au合金層及びPb−Aｇ合金層、あるいは、Sn−Au合金層およびSn−Ag合金層が形成されていることを特徴とする上記（ｉ）〜（ｐ）のいずれかに記載の接合構造。
(s)  バンプが金属AlまたはAl合金のパッドと非酸化性雰囲気中で接合されたものであることを特徴とする上記（ｉ）〜（ｐ）または（ｒ）のいずれかに記載の接合構造。
(t)  融点が１７０〜２６０℃のSn系無鉛半田とフリップチップ接合されたものであることを特徴とする上記（ｉ）〜（ｐ）、（ｒ）又は（ｓ）のいずれかに記載の接合構造。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果についてAgの基本マトリックスを構成する元素群と微量元素群とに分けて説明する。
本発明において採用した９９．９９質量％の高純度Ag基本マトリックスは、９９．９質量％の基本マトリックスにおいて不純物含有量０．１質量％以下の範囲で存在していた微量不純物による影響を単に排除したというのみでなく、それらの有害不純物によってマスクされて発揮できなかった微量添加元素の効果を確認し、かつ安定して発現することができた。
本発明の組成範囲のAg−Au合金によればボール硬さを抑制できるため他の合金系に比べてAlパッドに対するチップダメージを抑止できる。これはAuとAgは全率固溶であり、原子半径がほぼ等しいことに起因する。特許文献２の第１７段落には「銀／アルミの接合部では金属間化合物の生成により接合強度がいちじるしく低下し、加熱したのみでシリコン基板との界面で剥離することも観察している。」との記載がある。このようにこれまでのAg基合金はAlパッドの接合の信頼性に欠けるが、本事実は界面に生成するボイドに起因するものであった。本発明のAg−Au合金は、Auの含有によってバンプ-パッド界面におけるボイドの凝集を低減させ、Alパッドへの接合の信頼性を向上することができる効果がある。
さらに、フリップチップ等による半田付け作業においても、これまでのAg基合金よりもAgと半田界面でのボイド発生を抑制できる効果がある。したがって、バンプを形成する場合、ワイヤ材料に限らずボール材料としても適用できる。
なお、本発明のAg−Au合金の耐半田食われ性については、Auの含有量が限られているため、Auの含有量が６０％よりも多いAu−Ag合金のような半田食われが起きることが無く、これまでの純銀バンプワイヤ等と同様に耐半田食われ性が良かった。特に、接合界面にPb−Au合金やSn−Au合金からなる散在層が形成されるだけでなく、Pb−Aｇ合金やSn−Aｇ合金からなる散在層が形成される場合は、これらのAg合金の散在層がAu合金の散在層に対するバリヤとなってAuの耐半田食われ性を向上させる。このように高濃度のAgが存在すると耐半田食われ性が向上するので、本発明は数十μｍ高さのバンプ構造だけでなく数μｍ以下の高さのめっきバンプ構造へも適用できる。ここで、「めっき」とは湿式または乾式のめっきをいう。湿式めっきは、無電解または電解めっきのいずれでもよい。乾式めっきは、真空蒸着やスパッタリングのいずれでもよい。めっきによって本発明のAg−Au合金を製造するには、合金めっきまたは積層めっきによることができるが、合金めっきが好ましい。合金めっきは、湿式めっきの場合は電子回路素子のAl電極や回路基板上に周知の合金浴で析出させることができる。乾式めっきの場合は、合金ターゲットをスパッタリングしても良く、あるいは、単一金属からなる複数のターゲットを交互にスパッタリングしても良い。湿式めっきによる場合は、あらかじめ熱処理を行ってデンドライトのめっき析出構造から金属組織へ変換しておくことが望ましい。めっきバンプ構造の場合は、単位面積あたりの密度をマスキング等によって任意に設定できるので、高密度実装のバンプ構造が可能になる効果がある。湿式めっきよりも乾式めっきのほうがより小さいめっきバンプ構造を得ることができる。
さらに樹脂モールドした場合、封止樹脂中のハロゲンによるAgバンプの腐蝕はAuを含有したことで防止することができる。
【００１０】
本発明のAg−Au合金は、また、ワイヤバンプとしてネック高さを低くすることができる効果がある。これは、本発明におけるAg−Au合金は、Ag基合金よりも再結晶組織が短いためテール長さのばらつきがAg基合金よりも小さくなるためと思われる。
【００１１】
本発明の微量元素群を便宜的に以下のように分けて説明する。
第Ａ群微量元素：LiまたはB
第Ｂ群微量元素：Ca、Beまたは希土類元素
第Ｃ群微量元素：Ge、Mg、Sr、Bi、Zn、Si、Ga、Sn又はSb
元素群  Ｄ    ：Cu、Pd、Pt
第Ａ〜Ｃ群微量元素は、すべて非酸化性雰囲気下におけるAlパッドへの接合の信頼性、大気性雰囲気または非酸化性雰囲気下における耐半田食われ性および半田界面でのボイド形成を抑制する効果にはほとんど影響を与えない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第Ａ群微量元素は、ネック高さのバラツキを小さくする効果がある。第Ａ群元素の添加は、材料の熱的安定性を低下させることが解った。従って、ボール形成時に熱影響を受けるネック部分の強度を著しく低下させ、ワイヤ部とネック部の強度差を大きくする。力学的に材料強度差が大きい部分が最も破断応力が集中しやすい。そして、強度差の最も大きいワイヤとネックのごく狭い領域での破断が実現できるため、バンプ形成時の切断領域の安定、すなわち安定したネック高さが実現されるものと考えられる。これは、Li、Bは原子半径が小さいため、粒界拡散が早いことに起因する。
【００１３】
第Ｂ群微量元素は、ネック高さを低く安定させる効果がある。本グループ元素は、転位の固着作用が大きく、熱的安定性と加工硬化に大きく寄与する。第Ａ群元素とは異なり、ワイヤ強度をより向上させることで、ネック部との強度差を生じさせる効果がある。熱的安定性は、ネック領域を短くさせ、結果的にネック高さのバラツキ低減へと繋がる。
更に、Ａ群元素とＢ群元素の添加量バランスを最適化することで、ネック高さバラツキを低減する効果を更に向上させることができることが解った。
【００１４】
第Ｃ群微量元素は、Ag−Au合金の圧着ボール形状を真球に近づけ安定させる効果がある。そのメカニズムについては不明であるが、低融点およびAuまたはAgと共晶反応を示す元素群には本性能を示すものが多いことが過去の知見から知られている。中でもＣ群に挙げた元素がこの効果が大きいことが明らかになった。更にＣ群中の元素とＢ群中の元素には相互作用があり、共存することでネック高さの安定性を向上させることがわかった。
【００１５】
第Ｄ群元素は、Ag−Au合金に添加するとはんだへの拡散速度を遅延させる効果がある。したがって、バンプ-パッド界面におけるボイドの生成を抑制する効果を生じる。
【００１６】
従って、第Ａ〜Ｃ群微量元素のいずれかを添加しておけば、パッド面積が小さくなってもAlパッドにチップダメージを与えないで、狙った位置へ確実に所定面積の真円でバンプ形成用のボールボンディングができる。
また、第Ａ〜Ｃ群微量元素の添加によってネック高さが短くなり、ネック高さのばらつきが小さくなればなるほど均質なバンプを製造することができるので、多数、且つ高密度のバンプを安定して形成することができる。
また第Ａ〜Ｃ群微量元素は、相互に干渉作用を生じないので共添加することができる。
また、Ｄ群元素の添加により、半田界面のボイド抑制効果を向上させることができる。
なお、Ag−Au合金の溶融ボールが異形になるリスクを最小限にするには非酸化性雰囲気で溶融ボールを形成すればよい。
【実施例】
【００１７】
本発明のAg−Au合金マトリックスにおけるAuの含有範囲は、１０〜６０質量％の範囲である。１０質量％未満ではAlパッドとの接合界面で金属間化合物が生成しやすくなり、６０質量％を超えると半田食われが生じやすくなるため、１０〜６０質量％の範囲がよい。
しかし、耐半田食われ性を向上させる観点からは、Auの範囲は１０〜４０質量％の範囲が好ましい。より好ましくは、第Ａ〜Ｃ群微量元素を添加する場合は１０〜２５質量％の範囲がよい。第Ａ〜Ｃ群微量元素を添加しないでAg−Au合金マトリックス単独で用いる場合には、１５〜２５質量％の範囲が特によい。
また、AuとAgの純度は、Au-Ag合金の特性が不純物により阻害されることなく、また、本願発明の微量添加元素の効果を発揮するために９９．９９質量％以上の純度とする必要があり、さらに、Ag−Au合金マトリックスの特性がより発揮されることから、好ましくは９９．９９９質量％以上の範囲がよい。
【００１８】
本発明の第Ａ群微量元素の含有量は、５〜１００質量ｐｐｍの範囲である。
第Ａ群微量元素の効果は前述のとおりであるが、その結果として５質量ｐｐｍ未満ではAlパッドへの接合時に真円が得られず、１００質量ｐｐｍを超えるとAlパッドへの接合の信頼性を悪くするからである。好ましくは真円性が向上するため１０〜６０質量ｐｐｍがよい。
【００１９】
本発明の第Ｂ群微量元素の中では、熱影響部を短くする効果が大きいので、好ましくはCa、Be、Y、La、Ce、Eu、Nd、GdまたはSmがよい。より好ましくは、La、Ce、EuまたはNdがよい。
本発明の第Ｂ群微量元素の含有量は、Caが５〜１００質量ｐｐｍ、Beが１〜２０質量ｐｐｍ、希土類元素が１０〜１００質量ｐｐｍの範囲である。１０質量ｐｐｍ未満ではテール長さを短くすることができず、１００質量ｐｐｍを超えると異形ボールを生成し、Alパッドへの接合の信頼性を悪くするからである。本発明の第Ｂ群微量元素の含有量は、好ましくはCaが５〜５０質量ｐｐｍ、Beが１〜１０質量ｐｐｍまたは希土類元素が１０〜５０質量ｐｐｍの範囲がよい。
【００２０】
本発明の第Ｃ群微量元素の中では、好ましくはMg、Sr、BiまたはSnがよい。より好ましくはMg、SrまたはBiがよい。
本発明の第Ｃ群微量元素の含有量は、１０〜５００質量ｐｐｍの範囲である。１０質量ｐｐｍ未満ではAlパッドへの接合時に真円が得られなかったり、ネック高さを短くすることができなかったりし、５００質量ｐｐｍを超えると溶融ボールがいびつになりやすく、Alパッドへの接合性および接合信頼性を悪くするからである。好ましくは、Mg、BiまたはSrにあっては１０〜１００質量ｐｐｍ、Sn、Ge、Zn、Si、Ga又はSbにあっては５０〜３００質量ｐｐｍがよい。
【００２１】
上記の第Ａ〜Ｃ群微量元素を２種類あるいは３種類共添加すると、各第Ａ、Ｂ、Ｃ群微量元素の効果がそれぞれ発揮され、しかも各第Ａ、Ｂ、Ｃ群微量元素の効果が否定されることがない。しかし、共添加すると手間および材料管理が大変になるので、実用上の便宜からは上記の第Ａ〜Ｃ群微量元素のいずれかを単独で用いるのが好ましい
本発明のAg−Au基合金バンプワイヤは、非酸化性雰囲気下で溶融ボールを形成し、Alパッドへ接合する。特に還元性雰囲気、例えば、Ｎ2＋５％Ｈ2、アンモニア分解ガスなどがより好ましい。
Ｄ群元素に付いては、Pd若しくはPtが０．２〜２質量％又はCuが０．０５〜１質量％としたのは、これらの下限値を下回るとボイドの抑制効果がなく、これらの上限値を超えると圧着ボールが硬くなりすぎてチップダメージを生じさせるからである。Pd、Pt、Cuは、上記範囲であれば共添加しても単独の場合と同等の効果を示す。
【００２２】
本発明においてAlパッドなどに用いるAl合金とは、Alが主成分の合金をいい、例えば、Al−０．５質量％Cu合金、Al−１質量％Si合金、Al−０．５質量％Cu−１質量％Si合金などをいう。
【００２３】
本発明において適用するフリップチップ用の半田材料としては、Pbを主成分とした合金（Pb−０．３質量％Sn合金、Pb−５質量％Sn合金）や無鉛半田合金（Sn−３．５質量％Ag合金、Sn−０．８質量％Cu合金、Sn−０．５質量％Ni合金、Sn−１．０質量％Zn合金、Sn−３．５質量％Ag−０．５質量％Cu合金、Sn−２０質量％In合金など）などの知られているものが挙げられる。本発明のAg−Au合金バンプはこれらの半田材料に対して純銀バンプと同様の耐半田食われ性を有する。しかも、一定量のAuを含有しているため純銀バンプのようにバンプと半田の界面でボイドが生じるようなことは無い。Sn−P−Cu合金のような無鉛半田合金を使用した高温半田でもボイドの発生がなかった。
【００２４】
純度９９．９９９質量％以上の高純度金へ純度９９．９９９質量％以上の高純度銀を所定量（単位は質量％）含有させ、さらに第Ｄ元素群及び第Ａ〜Ｃ微量元素群を所定量（単位は質量％）添加させて配合した本発明範囲の組成のものを試験番号（No.）１〜２６に、本発明範囲を外れた比較例を２７〜３１として、表１に示す。この配合品を真空溶解炉で溶解鋳造し、伸線加工して線径２０μｍのところで最終熱処理した。株式会社新川製のワイヤボンダ（ＵＴＣ−４００型）を使って、窒素ガス流中、０．５ミリ秒の放電時間にてこの極細線から溶融ボールを作成し、１００μｍ角の純Alパッド上へ汎用条件にてボンディング（ボール径２８μｍ、ボールのつぶれ径４０μｍ）したところ、すべてのボールが１００μｍ角のＡｌパッド内に形成されていた。その結果を表２に示す。
【００２５】
ここで，「ボール形成性」は、２０個のボールを作り、そのボールの外観および底部を４００倍の実態顕微鏡で観察した時の結果を示し、良好なもの(引け巣なし)を◎、底部の扁平はあるものの、ボールとして使用できるものを〇、引け巣またはボールがいびつで真球ボールが形成できないものを×で示した。
また、「圧着ボール径」は、オリンパス株式会社製測長顕微鏡（ＴＭ−ＭＪＳ型）を使ってAlパッド上のボールの大きさを１００個ずつ縦方向（Ｙ）と横縦方向（Ｘ）で測定したときの平均値である。そして、その時の平均値からのずれを最小２乗法で求めて「圧着ボール安定性Ｘ／Ｙ」で表した。この値が０．９６以上のものを◎、０．９０以上〜０．９６未満のものを〇、０．９０未満のものを×で判定した。また、バンプのネック高さを「ネック高さのばらつき（レンジ）」として測定し、平均値で示す。この「ネック高さのばらつき（レンジ）」が１０μｍ未満のものを◎、１０μｍ〜１５μｍのものを〇、１６μｍ以上のものを×で判定した。また、「チップダメージ」は、Alパッド上のボールの周囲に発生したクラックの外観を４００倍の実体顕微鏡で１００個ずつ観察したときの結果を個数で示し、クラックの発生の無いものを◎、１個から４個までのものを〇、５個以上のものを×で示した。
【００２６】
また、「加熱試験」は、１００個のAg−Au合金バンプをSn−３．５質量％Ag合金半田と対峙させ、フリップチップ構造で保持した後、２５０℃で６０秒間加熱してリフローを行った。そして、それぞれの試料を１０個ずつ取り出し、その断面を４００倍の実体顕微鏡で観察した。バンプの半田界面におけるボイドの判定は、走査型電子顕微鏡にて７００倍で観察したときにボイドが存在しないのものを◎、微小ボイドが僅かに(５個以下)存在するものを○、大きなボイド、および微小ボイドが複数(５個以上)存在するものを×で判定した。
【００２７】
表１の組成と表2の判定結果を対比すると、
前記〔００１８〕〜〔００２３〕で説明したほか、本発明のAg−Au合金マトリックスにおけるAu含有範囲においては、チップダメージが著しく抑制されていることがわかる。
そのほか、第Ａ〜Ｄ群添加元素についても、本発明範囲においてそれぞれの特性について効果を発揮することが示されている。
【００２８】
【表１】
2007142271.tif 000002
【００２９】
【表２】
2007142271.tif 000003