(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミまたはアルミ合金の電極膜、ＣｕまたはＣｕ合金の電極膜、Ａｌ層またはＡｕ層を上層とするＣｕまたはＣｕ合金の電極膜の上に金合金ボンディングワイヤがウェッジ接合され、その接合部においてワイヤ圧着厚さの最小値Ｄと電極膜厚ｔの関係が、４ｔ＋２≦Ｄ（μｍ）であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
さらにワイヤのビッカース硬度Ｈｗと電極膜のビッカース硬度Ｈｐの関係がＨｐ＋５≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋２０であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金ボンディングワイヤを用いて、半導体素子上の電極と外部端子とを電気的に接続する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在半導体素子上の電極と外部リードとの間を接合するボンディングワイヤとしては、線径２０−５０μｍ程度の金ボンディングワイヤが主として使用されている。金合金細線の接合技術としては超音波併用熱圧着方式が一般的である。金細線先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力により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このボール部を圧着接合せしめた後に、さらに外部リード側との接続を超音波圧着する方法である。トランジスタやＩＣなどの半導体素子として使用するためには、前記の金合金細線によるボンディングの後に、Ｓｉチップ、ボンディングワイヤ、およびＳｉチップが取り付けられた部分のリードフレームを、これらを保護する目的で熱樹脂封止する。
【０００３】
半導体素子上の電極膜に用いられる材質は、現在、ＡｌまたはＡｌ合金が主流である。最近、半導体素子の高集積化が進むに従い、ＣｕまたはＣｕ合金の電極膜が使用されて始めており、またＣｕの酸化防止などを目的として、表面にＡｌ層またはＡｕ層が形成されたＣｕまたはＣｕ合金の電極膜も実用化されている。
【０００４】
半導体素子の高集積化、高密度化の傾向により、金ボンディングワイヤの狭ピッチ接合が必要となっており、近年、金ボンディングワイヤの高強度細線化、狭ピッチ接合技術などが進歩してきている。しかし、狭ピッチ化が進むに従い、隣接するボール接合部の接触、あるいはキャピラリ冶具の先端形状の加工限界などの制約が問題となる。
【０００５】
従来のボール接合よりも狭ピッチに好適な接合として、ボール部を介さないで直接ワイヤを電極に接合するウェッジ接合がある。この接合では、ボールを形成しないため熱影響部がなくループ曲がりが低く抑えられるなど、狭ピッチ接合の点で有利となる。しかし、ウェッジ接合法では超音波印加の方向性の制約などにより、生産性が低下することなどの問題があり、金ワイヤによるウェッジ接合はほとんど実用化されておらず、現在でも金ワイヤではボール接合が主流である。
【０００６】
アルミ合金細線によるウェッジ接合は、セラッミックスパッケージされる半導体素子に利用されている。アルミ合金細線では、半導体素子上のアルミ電極との接合部において同種金属の接合により、高信頼性が得られる利点がある。しかし、アルミ合金細線を樹脂封止する半導体素子に使用すると、外部から侵入した水分などによりアルミ合金細線が腐食することが問題となるので、アルミ合金細線は樹脂封止パッケージへの適用は困難である。従って、アルミ合金細線の用途は限定され、しかも線径は１００−５００μｍ程度の太径で使用される場合がほとんどである。
【０００７】
従来のウェッジ接合は、ボール接合に比して生産性が低いことが問題とされてきたが、ボンディング装置の性能向上などにより、ウェッジ接合でもボール接合に匹敵する生産性が期待される。
【０００８】
今後、半導体実装の主流である樹脂封止パッケージにおいて、狭ピッチ化に適した、金合金細線をウェッジ接合する半導体装置が所望されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
金ワイヤのウェッジ接合法は、接続材料が金とアルミである点に関しては金ワイヤのボール接合法と類似しており、また、ワイヤを電極上に直接接合する点では、アルミ合金細線のウェッジ接合法と類似する。しかしながら、従来のボール接合技術およびアルミ合金細線の接合技術を用いただけでは、金ワイヤのウェッジ接合において接合性および信頼性を確保することは困難であり、具体的な問題について下述する。
【００１０】
ウェッジ接合ではワイヤを直接接合するため、ワイヤ径の１．４〜２．５倍のボール部を接合するボール接合法と比べて接合面積が減少することなどの理由から、ボール接合の場合のような良好な金属接合を得ることが難しい。金合金細線のウェッジ接合でも、荷重を高めれば接合強度を増加することはできるものの、ワイヤも過剰に変形させてしまうため、ワイヤ断面積の減少および過大な加工に伴ないワイヤ強度を著しく低下させることが問題となる。特に、接合部近傍の最弱部では、ループ形成時あるいは使用時にワイヤ破断に至る不良が発生してしまう。一方、アルミ合金細線によるウェッジ接合では、こうした接合部近傍での破断はほとんど問題とならない。その理由として、アルミ／アルミの同種金属接合のため接合強度が得やすいこと、また現行のアルミ合金細線は金ワイヤの数十倍の太径であるため金ワイヤと比較して変形挙動が異なることなどが挙げられる。つまり、太径のアルミ合金細線では、ワイヤ断面積の減少も非常に少ないため、接合部近傍でのワイヤ強度も十分確保することができる。
【００１１】
しかしながら、金ワイヤのウェッジ接合では狭ピッチ接合への対応が求められており、荷重、超音波振動などの接合条件だけの改善では、高速ボンディング時の量産性を高め、接合強度を確保することが困難である。一方、金ワイヤの変形量を減らすと、接合強度の低下をもたらす。これは、従来のボール接合に比べてウェッジ接合では、接合面積を高めるのが困難であり、破断を起こさないための変形許容量に制限があるなどの要因が関連している。先述したように、こうした問題はアルミ合金細線では問題とならず、金ワイヤのウェッジ接合に特有の問題と考えられる。金ワイヤのウェッジ接合では、ワイヤ破断を起こさないで、しかも接合強度を確保することが課題となる。
【００１２】
また、半導体装置の高周波化により動作時の発熱量が増大し、また半導体の使用環境は自動車のエンジン周辺などのように高温に曝されることなどから、接合部の長期信頼性に関する要求が高まっている。金ボール部と電極膜の接合部では、長期信頼性は良好であった。しかしながら、金ワイヤと電極膜とのウェッジ接合部では、長時間加熱されると接合強度が低下することが問題となる。この高温加熱における接合強度の低下は、接合不良の原因であり、金ワイヤのウェッジ接合の実用化を制約する一因となっていた。
【００１３】
こうしたＡｕワイヤのウェッジ接合に関する問題は、アルミ電極膜に限られたことでなく、電極材質がＣｕまたはＣｕ合金、またＡｌ層またはＡｕ層を上層とするＣｕまたはＣｕ合金の電極膜の場合にも、Ａｕワイヤをウェッジ接合した場合に接合性および長期信頼性が低下する問題が懸念されている。
【００１４】
本発明は、金ワイヤと電極膜とのウェッジ接合部において、接合性および長期信頼性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前述した観点から、金ワイヤと電極膜とのウェッジ接合部における接合性および長期信頼性の支配要因について調査した結果、各接合部位の形態、厚さ、寸法、硬さなどが接合性および長期信頼性に密接に関係していることを見出した。
【００１６】
すなわち、本発明は以下の構成を要旨とする。
（１）  アルミまたはアルミ合金の電極膜、ＣｕまたはＣｕ合金の電極膜、Ａｌ層またはＡｕ層を上層とするＣｕまたはＣｕ合金の電極膜の上に金合金ボンディングワイヤがウェッジ接合され、その接合部においてワイヤ圧着厚さの最小値Ｄと電極膜厚ｔの関係が、４ｔ＋２≦Ｄ（μｍ）であることを特徴とする半導体装置。
（２）  さらにワイヤのビッカース硬度Ｈｗと電極膜のビッカース硬度Ｈｐの関係がＨｐ＋５≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋２０であることを特徴とする上記（１）に記載の半導体装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる半導体装置およびワイヤなどの構成についてさらに説明する。
【００１８】
本発明者らは、金ワイヤを電極上に接合するという点ではボール接合法とウェッジ接合法は類似しているものの、接合プロセス、キャピラリ冶具、接合部形態、寸法などの相違により、両者は接合性、長期信頼性が異なることを明らかにした。先述したように、金ワイヤのウェッジ接合法では、ボール接合に比べて長期信頼性および接合性が低下することが問題であり、本発明者らは鋭意研究した結果、長期信頼性および接合性を向上させるためのワイヤ、電極膜など各部位の構造（形態、厚さ、寸法、硬さ）について初めて見出した。具体的な接合構造と長期信頼性および接合性との関係について下述する。
【００１９】
金ワイヤとアルミ電極膜との接合部が高温に曝されると、接合界面ではＡｕ−Ａｌ化合物相が成長し、この化合物相の成長が接合性および長期信頼性と関連しており、従来のＡｕワイヤのボール接合では、良好な接合性および長期信頼性を比較的容易に確保できることが知られていた。本発明者らはウェッジ接合部の拡散挙動を詳細に調査した結果、ボール接合とウェッジ接合では、Ａｕの厚みなどの供給量の差異により、化合物相の成長挙動が異なることを見出した。
【００２０】
金ボールを用いた接合部では、金ボール部の厚さはアルミ電極膜厚よりも十分厚いため、拡散が進行して接合部直下のアルミ電極膜中におけるＡｌ層が消失する。その後も、金ボール部にはＡｕが十分に存在しているのでＡｕ原子の供給が継続されるため、化合物相はよりＡｕ−ｒｉｃｈな相（主にＡｕ4Ａｌ相）へと変化する。
【００２１】
それに比して、ウェッジ接合では、ワイヤの圧着厚さがボール接合と比して小さいため、原子の拡散が十分進行すると、接合部でのアルミ電極のＡｌと金ワイヤ部のＡｕともに拡散に消費されてしまう。その後はＡｕ原子が供給されなくなるため、ウェッジ接合部で成長する化合物相は、ボール接合の場合と比べてＡｌ−ｒｉｃｈな相（例えばＡｕ2Ａｌ、ＡｕＡｌ2相）となる。こうしたボール接合とは異なる化合物相が成長することが、ウェッジ接合において長期信頼性を低下させている原因であることを明らかにした。
【００２２】
こうした機構を踏まえて、ウェッジ接合での長期信頼性および接合性を向上する方策を検討したところ、電極膜に対する金ワイヤ圧着部の相対的な厚さを制御することが有効であることを見出した。ここで図１にウェッジ接合部位を水平方向からみた図を示す。図１では、線径Ｗの金ワイヤ１が、厚さｔの電極膜上にウェッジ接合され、その接合部においてワイヤ圧着厚さの最小値がＤであることを示している。
【００２３】
金ワイヤのウェッジ接合では、図１に示すように、ワイヤ圧着厚さの最小値Ｄと電極膜厚ｔの関係が、４ｔ＋２≦Ｄ（μｍ）であれば、接合直下のアルミ膜中のＡｌ層が消失するまでＡｕの拡散が進行しても、金ワイヤ部位が拡散供給源として機能することにより、加熱後の接合強度の低下が抑えられ、高い信頼性を確保できる。
【００２４】
上記のようなウェッジ接合を行うためには、従来のアルミ合金細線のウェッジ接合における接合技術および冶具などをそのまま適用して、金ワイヤを電極膜上に接合するだけでは、上記のワイヤ圧着厚さと電極膜厚の関係を満足させることはできない。上記のワイヤ圧着厚さを得るためには、例えば、金ワイヤへの合金化元素の添加あるいは、製造における伸線、熱処理などの組合せにより金ワイヤを硬化させたり、また、アルミ膜の合金化、スパッタ製法の適正化により、接合時におけるアルミ電極膜の変形を抑えることなどが有効である。その他、接合時の荷重、超音波振動を調整したり、ワイヤに接するキャピラリ先端の寸法、曲率などの選定により、ワイヤ圧着厚さを適正化することが可能である。
【００２５】
さらに、ワイヤと電極膜の硬さがウェッジ接合での接合性と密接に関係することを見出した。つまり、ウェッジ接合での接合性を高めるためには、ワイヤおよび電極膜それぞれのビッカース硬さＨｗ、Ｈｐの関係がＨｐ＋５≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋２０であると好ましい。これは、金ワイヤの硬さがこの範囲であれば、ウェッジ接合時に荷重、超音波を印加してワイヤをある程度変形させることにより、アルミ電極表面の酸化膜を破壊して良好な金属接合が得られ、さらに加熱後の信頼性も高められるためである。ここでの接合性として、ワイヤ破断強度の低下を抑えつつ接合強度を確保する必要があり、それを判定する基準として、ワイヤ自身の破断強度に対するウェッジ接合部近傍での破断強度の割合Ｒが１／４以上であることが望ましいことを見出した。ワイヤ硬さＨｗと電極膜の硬さＨｐの関係が上記範囲内であれば、この割合Ｒを１／４以上にできるため、良好な接合性が得られるが、Ｈｗ＜Ｈｐ＋５となると金ワイヤがアルミ電極と比して軟らかいため主にワイヤが変形し、Ａｌ酸化膜の破壊が十分進まず接合強度を高めるのが困難であり、またＨｗ＞２Ｈｐ＋２０となると、金ワイヤがアルミ電極と比して過剰に硬くなり接合時に電極下のチップに損傷を与えてしまう。
【００２６】
材料の硬さを調整して上記の関係を満足する手法は幾つかあるが、例えば、後述するウェッジ接合に好適なワイヤを使用したり、またアルミ電極膜の成膜法、合金化、アニール処理などが有効である。一例として、２０〜３０μｍに伸線した金合金ワイヤを用い、アルミ合金（Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）膜上にその金合金ワイヤをウェッジ接合することにより、ワイヤ硬さと電極膜の硬さの関係を本発明の範囲内にすることができる。さらに、硬さの関係はＨｐ＋１０≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋５であることがより好ましい。これは、この範囲であれば、低温でも接合強度をより高めることができ、また接合時の衝撃荷重を特に制御することなくチップ損傷も軽減できるためである。
【００２７】
また、上述した、本発明のワイヤ圧着厚さと電極膜厚さの関係および、ワイヤと電極膜のビッカース硬さの関係は、Ａｕワイヤとアルミ電極膜とのウェッジ接合の場合に特に有効であるが、これは電極材質がアルミまたはアルミ合金に限られたことでなく、ＣｕまたはＣｕ合金の電極膜、またＡｌ層またはＡｕ層を上層とするＣｕまたはＣｕ合金の電極膜の場合にも、接合性および長期信頼性を向上する効果が得られることを見出した。つまり、ＡｕワイヤとＣｕ電極との接合では、アルミ電極膜の場合と比較して、接合界面に成長する化合物相の種類、成長速度などに相違が生じるものの、Ｃｕ電極とのウェッジ接合部において接合性および長期信頼性が低下することでは、アルミ電極膜の場合と共通している。Ｃｕ電極へのウェッジ接合における接合性および長期信頼性を向上するために、前述したワイヤと電極膜との厚さの関係（４ｔ＋２≦Ｄ（μｍ））、ビッカース硬さの関係（Ｈｐ＋５≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋２０）を満足することが有効である。
【００３７】
ウェッジ接合における接合性、接合信頼性を向上するために、ワイヤ、電極材の厚さ、硬度、寸法などについて、本発明に係わる関係を実現する手段として、特に、ワイヤの機械的特性、表面性状を調整することが有効であることを見出した。電極材などの材質を変更すると、配線工程、電気的性能なども影響を受けるため、それらを評価し、適正化することまで検討しなくてはならない場合が多いのに対して、ワイヤの材質の変更は比較的容易であり、しかも接合性、接合信頼性を向上する効果も大きい。
【００３８】
すなわち、引張破断強度Ｆ（ＭＰａ）が８０〜４００ＭＰａで、破断伸びＣ（％）が１〜９％であり、さらに強度Ｆと伸びＣの関係が１５０≦Ｆ・Ｃ≦２５００の範囲であり、純度が９９質量％の金である金合金ワイヤを用いると、良好なウェッジ接合が得られる。
【００３９】
ワイヤの引張破断強度Ｆ（ＭＰａ）と破断伸びＣ（％）との積が一定の関係を満足することにより、ウェッジ接合における接合性、接合信頼性を高めることができ、その強度Ｆと伸びＣの関係としては、１５０≦Ｆ・Ｃ≦２５００の範囲であることが望ましいことを見出した。これは、Ｆ・Ｃ＜１５０であれば、ウェッジ接合時にワイヤが過剰に変形して、接合信頼性が低下することが問題であり、Ｆ・Ｃ＞２５００であれば、ワイヤが接合強度を高めることが困難なためである。
【００４０】
さらに、ウェッジ接合性だけでなく、ワイヤのループ形成、樹脂封止時のワイヤ変形などの要求特性を十分満足するためには、Ｆ・Ｃの積を上記の範囲とすることに加えて、引張破断強度Ｆが８０〜４００ＭＰａであり、破断伸びＣが１〜９％の範囲であることが必要である。これは、強度Ｆが８０ＭＰａ未満であれば、ループが下方に垂れる問題が発生し、Ｆが４００ＭＰａを超えるとウェッジ接合時にチップに損傷を与えたり、ループ形状を制御することが困難となり、ループ高さのバラツキが大きくなることが問題となるためである。また、破断伸びＣが１％未満であれば、ウェッジ接合部での強度を確保すること困難であり、Ｃが９％を超えると、ループ形成されたワイヤの直線性が低下することが問題である。
【００４１】
ワイヤの素材は純度９９％以上を有する金合金ワイヤである。つまり、本発明での金合金ワイヤとは、純度１％以下の添加元素を含有するワイヤおよび、純度が９９．９９％以上であり、残りを不可避不純物とする高純度金ワイヤも含まれる。例えば、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄなどから１種類以上の元素を総計で０．０００１−１％の範囲で含有し、残部がＡｕであり、それをダイス伸線により２０〜３０μｍに伸線した金合金ワイヤを用いれば、良好なウェッジ接合特性が得られる。
【００４２】
また、ワイヤを電極に直接接続するウェッジ接合では、上述した、ワイヤの機械的特性に加えて、ワイヤの表面性状も重要であり、ワイヤ表面から１０ｎｍの深さまでの平均酸素濃度が１０ａｔ％以下であることが、ウェッジ接合性の向上には有効であることを見出した。これは、１０ｎｍの深さまでの平均酸素濃度が１０ａｔ％を超えると、接合時に接合強度を低下させる原因となり、また、その酸素濃度が高い表層部を破壊させて良好な接合を得るには、超音波振動を高める必要があり、これに伴い、チップへの損傷、ワイヤの直線性の低下などの問題が発生するためである。ワイヤ表面の平均酸素濃度は、例えばオージェ分光法にて測定できる。
【００４３】
以上のことから、ワイヤの引張破断強度Ｆ（ＭＰａ）が８０〜４００ＭＰａで、破断伸びＣ（％）が１〜９％であり、さらに強度Ｆと伸びＣの関係が１５０≦Ｆ・Ｃ≦２５００の範囲であり、ワイヤ表面から１０ｎｍの深さまでの平均酸素濃度が１０ａｔ％以下とすることにより、ウェッジ接合部の接合性、接合信頼性を向上することができ、さらに良好なループ形状が得られ、樹脂封止時のワイヤ変形も抑制することができ、狭ピッチ接合に適応できることを確認した。こうした性能を有する金ワイヤを得るためには、金中の元素添加、あるいはワイヤ伸線加工技術および熱処理条件の適正化などが有効であることを確認した。
【００４４】
金ワイヤを電極上にウェッジ接合する手法としては、これまで中心的に述べた、ボール部を形成しないで接続するウェッジ−ウェッジ接合法の他に、電極側にボール部を接合する通常のボール接合とは異なり、ワイヤを電極側にウェッジ接合する方法や、チップ同士の電極間をボール−ウェッジ接合する方法もある。こうした電極側にワイヤをウェッジ接合することは、接合面積を縮小できるため狭ピッチ接続には有利であり、また、複数のチップを接続する場合にも活用できる。前述した、ウェッジ接合における接合性および信頼性の低下は、電極側にワイヤをウェッジ接合する手法に共通する問題である。従って、本発明に係わる半導体装置および、それに用いられる金合金ワイヤは、電極側にワイヤをウェッジ接合する方法であれば、ウェッジ−ウェッジ接合、ボール−ウェッジ接合の両手法に適用されるものである。
【００４５】
【実施例】
以下、実施例について説明する。
ワイヤには、高純度金ワイヤ（純度＞９９．９９％）または、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄなどから１種類以上の元素を総計で０．０００１−１％の範囲で含有する金合金ワイヤを用い、その線径Ｗは１５〜３０μｍとした。ワイヤの強度または硬度を調整するために、ワイヤ製造工程において、伸線ダイス減面率（２〜１５％）、伸線速度（１０〜６００ｍ／ｍｉｎ）および、最終段階での熱処理温度（２００〜７００℃）などを選定した。シリコン基板上の電極材質には、純Ａｌ、Ａｌ合金（Ａｌ−１％Ｓｉ、Ａｌ−０．５％Ｃｕ）、純Ｃｕ、またＡｌ層またはＡｕ層を上層（０．１μｍ）とする純Ｃｕ膜などを使用し、電極膜の厚さｔは０．５〜４μｍとした。市販の自動ウェッジボンダーを使用して、電極上にワイヤを接合した。
【００４７】
ワイヤの引張破断強度および伸び率は、長さ１０ｃｍのワイヤ５本の引張試験を実施し、その平均値により求めた。ワイヤの硬度測定は、ビッカース硬度測定法に基づいて、２９ｍＮの荷重で測定し、５点の平均値を求めた。ワイヤ表面の酸素濃度の測定は、オージェ分光装置を用い、ワイヤ表面をスパッタしながら、１０ｎｍの深さの平均値を求めた。
【００４８】
ワイヤ接合部の強度評価としては、プル試験法を用いた。このプル試験法は、ボンディングワイヤ後にリードフレームと測定する半導体素子を固定した状態で、ボンディング後の金合金細線をフックで上方に引張り、そのときの破断強度を４０本測定し、プル強度の平均値および標準偏差を評価した。その際、電極との接合性を評価するために、フックを掛けて上方引張する箇所を、中央部よりも電極に近いところで試験した。
【００４９】
長期信頼性の評価として、金ワイヤを電極にウェッジ接合した半導体装置を樹脂封止しない状態で、窒素ガス中において１８５℃で３００時間加熱した後に、４０本のプル強度を測定した。金ワイヤのウェッジ接合した半導体装置が用いられる使用温度での寿命評価として、１８５℃３００時間の加熱試験は十分と考えられ、この加熱により強度が低下しない場合には、接合部の長期信頼性は良好であると判断できる。
【００５０】
金合金細線のループ形成時のワイヤ曲がりは、ワイヤ長さが約５ｍｍとなるようボンディングを行った後に、半導体素子とほぼ垂直上方向からワイヤを投影機を用いて観察し、ワイヤ中心部からワイヤの両端接合部を結ぶ直線と、ワイヤの曲がりが最大の部分との垂線の距離を５０本測定した平均値で示した。
【００５１】
接合時のチップ損傷を調べるため、ボンディングした素子を王水中に数分間つけて、金ワイヤおよび電極などを溶解した後に、２００個の接合箇所を光学顕微鏡およびＳＥＭで観察した。光顕観察でもクラックが観察された場合は損傷が大きいとして×印、光顕では損傷は観察されないが、２０００倍程度の倍率で微小な傷または穴が認められるものは○印、光顕およびＳＥＭ観察において損傷が認められない場合は◎印で示した。
【００５３】
【表１】
0003764629.tif 000002
【００５４】
【表２】
0003764629.tif 000003
【００５５】
表１において、ワイヤを電極膜上にウェッジ接合に関した実施例１〜１０は、ワイヤ圧着厚さと電極膜厚の関係を第１の発明である４ｔ＋２≦Ｄ（μｍ）の条件範囲とし、また実施例１〜８は、ワイヤと電極膜の硬度の関係を第２の発明であるＨｐ＋５≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋２０の条件範囲に調整したものである。
【００５６】
また表２の比較例１〜９は、ワイヤ圧着厚さと電極膜厚の関係が第１の発明に該当しない例であり、そのなかでも比較例６〜９は、ワイヤと電極膜の硬度の関係が第２の発明の範囲にも該当しない例について、それぞれ比較として示した。
【００５７】
本発明例１〜１０では、ワイヤ圧着厚さの最小値Ｄと電極膜厚ｔの関係が、４ｔ＋２≦Ｄ（μｍ）の関係を満足しており、加熱後でもプル強度は高い値を維持しているのに対し、４ｔ＋２＞Ｄ（μｍ）の関係となっている比較例１〜５では、加熱後のプル強度は明らかに低下していた。
【００５８】
本発明例１〜８では、ワイヤおよび電極膜のビッカース硬度であるＨｗ、Ｈｐの関係がＨｐ＋５≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋２０の範囲であるため、接合直後のワイヤ単位面積当りのプル強度が９８ｍＮ以上の十分高いことが確認された。それに対し、Ｈｐ＋５＞Ｈｗである比較例６、８では初期のプル強度が低くなり、またＨｗ＞２Ｈｐ＋２０である比較例７、９では接合時のチップ損傷が観察された。また、本発明例９，１０は、厚さの関係は４ｔ＋２≦Ｄ（μｍ）を満足するものの、硬度の関係では第２の発明の条件範囲を満足しない例であり、Ｈｐ＋５＞Ｈｗである本発明例９ではプル強度が若干低くなり、Ｈｗ＞２Ｈｐ＋２０である本発明例１０では、少数の電極部の下部にチップ損傷が観察された。さらに、本発明例１〜５は、Ｈｐ＋１０≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋５の関係を満足するため、接合性は特に優れており、チップ損傷も全くみとめられなかった。本発明例７では、Ｈｐ＋５≦Ｈｗ≦２Ｈｐ＋２０の範囲であるものの、Ｈｗ＜Ｈｐ＋１０となることから、チップ表面のＳＥＭ観察により微小な傷が確認されたが、問題のないレベルと判断される。
【００６４】
本発明例１〜１０では、ワイヤの特性をみれば第３の発明に係わる特性を有しており、具体的には、引張破断強度Ｆが８０〜４００ＭＰａで、破断伸びＣが１〜９％であり、さらに強度Ｆと伸びＣの関係が１５０≦Ｆ・Ｃ≦２５００の範囲であった。一方、比較例２、３、７、８、９では、強度Ｆ、伸びＣ、Ｆ・Ｃ、酸素濃度の少なくとも一つ以上の特性が、本発明の範囲を満足しない場合であり、例えば、比較例７ではＦ＞４００ＭＰａであり、また比較例９ではＦ・Ｃ＞２５００であるため、電極下にチップ損傷を与えたり、また比較例８では、平均酸素濃度が１０ａｔ％を超えており、接合強度が低いことが確認された。ワイヤ表面から１０ｎｍの深さまでの平均酸素濃度が１０ａｔ％を超える比較例８では、プル強度が大きく減少しており、ウェッジ接合部における接合性が低下していることが確認された。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、金ワイヤと電極膜とのウェッジ接合部において、ワイヤと電極膜の厚さの関係または、硬さの関係を適正化することにより、従来のボール接合よりも狭ピッチ接合に優れ、しかも高い長期信頼性を有する、半導体装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  金ワイヤの電極上へのウェッジ接合部を、水平方向から見た図を示す。
【符号の説明】
１：金合金ワイヤ
２：金属バンプ
３：電極膜
４：シリコン基板
Ｗ：ワイヤ径
Ｄ：ワイヤ圧着厚さの最小値
ｔ：電極の膜厚
【図１】
0003764629.tif 000004