DE3631119C2

DE3631119C2 -

Info

Publication number: DE3631119C2
Application number: DE3631119A
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Kitamoto Saitama Jp Akutsu; Takuro Iwamura; Masao Omiya Saitama Jp Kobayashi
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1986-09-12
Publication date: 1993-07-15
Also published as: GB2219473A; GB8621958D0; GB2219473B; GB8907058D0; US4872048A; US4749548A; DE3631119A1; GB2181742A; GB2181742B

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitermaterial auf Basis einer Kupferlegierung sowie die Verwendung eines Leitermaterials bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, wie IC- und LSI-Halbleitervorrichtungen.

Von Leitermaterialien auf Basis einer Kupferlegierung, die zur Anwendung für Halbleitermaterialien bestimmt sind, werden die folgenden Eigenschaften gefordert:

(i) gute Bearbeitbarkeit durch Stanzen;
(ii) ausreichend hohe Wärmebeständigkeit, um die thermische Verformung und das Erweichen beim Thermobonden oder bei der Thermodiffusions-Kompression einer Halbleitervorrichtung zu vermeiden;
(iii) rasche Wärmeableitung und gute elektrische Leitfähigkeit und
(iv) ausreichend große Festigkeit und Dehnung, so daß das Verbiegen oder der Bruch aufgrund wiederholter Biegevorgänge vermieden wird, die während des Transports einer Halbleitervorrichtung oder bei deren Einbau in eine elektrische Maschine auftreten können.

In charakteristischer Weise wird gefordert, daß aus Kupferlegierungen bestehende Leitermaterialien, die für bestimmte Anwendungszwecke vorgesehen sind, die folgenden Werte besitzen:

Eine Zugfestigkeit von 332 N/mm² oder mehr als Index für die Festigkeit;
eine Dehnung von 4% oder mehr als ein weiterer Index für die Festigkeit;
eine elektrische Leitfähigkeit entsprechend 50% IACS oder mehr als Index für die Wärmeableitung und die Leitfähigkeit und
einen Erweichungspunkt von 400°C oder darüber als Index für die Wärmebeständigkeit.

Zahlreiche Produkte wurden bereits als Kupferlegierungen für Leitermaterialien angegeben, welche diese Erfordernisse erfüllen. Diese Produkte befinden sich im Handel und werden technisch angewendet.

Mit der ständig steigenden Forderung nach höherer Packungsdichte in modernen Halbleitervorrichtungen ist es jedoch erforderlich geworden, daß Kupferlegierungen für Leitermaterialien noch höhere Festigkeitsgrade und Dehnungsgrade zeigen, zusätzlich zu ihrer guten Wärmebeständigkeit und der guten Wärmeableitung und elektrischen Leitfähigkeit. Es besteht daher ein starkes Bedürfnis für die Entwicklung von Leitermaterialien auf Basis einer Kupferlegierung, welche diesen erhöhten Anforderungen genügen.

Kupferliegierungen, speziell Hartlegierungen, zur Herstellung von Schweißelektroden unterschiedlicher Zusammensetzung waren bereits bekannt. So betrifft die GB-PS 5 12 142 eine derartige harte Kupferlegierung, die neben Kupfer 0,1 bis 5% Zirkonium, 0,1 bis 30% eines oder mehr der Metalle Eisen, Kobalt, Nickel und Mangan sowie gegebenenfalls mit 1% Silicium, bis 2% Chrom, bis 1% Phosphor, bis 3% Magnesium und/oder bis 15% Zink und/oder bis 10% Zinn sowie gegebenenfalls bis 2% Silber, bis 1% Calcium, bis 1% Lithium enthalten kann. Für die bekannte Legierung ist es wesentlich, daß sie hohe Härte aufweist, was durch eine Alterungsbehandlung erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt demgegenübber die Aufgabe zugrunde, ein Leitermaterial auf Basis einer Kupferlegierung zur Verfügung zu stellen, welches sich speziell zur Anwendung in Halbleitervorrichtungen eignet und daher nicht nur große Festigkeit und Dehnung, sondern auch gute Bearbeitbarkeit durch Stanzen, ausreichend hohe Wärmebeständigkeit sowie rasche Wärmeableitung und gute elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst mit Hilfe eines Leitermaterials mit hoher Festigkeit und Dehnung zur Verwendung für Halbleitervorrichtungen aus einer Kupferlegierung, die aus 0,05 bis 1% Chrom und/oder 0,005 bis 0,3% Zirkonium, 0,0005 bis 0,0060% Kohlenstoff, einem oder mehreren der Bestandteile der drei Guppen: 0 bis 2% Nickel, Zinn, Eisen, Kobalt und/oder Beryllium, 0 bis 1% Magnesium, Silicium, Aluminium, Zink, Mangan, Bor, Phosphor, Lithium, Yttrium und/oder einem Element der Seltenen Erden und 0 bis 2% Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Hafnium, Molybdän und/oder Wolfram und aus Kupfer als Rest mit zufälligen Verunreinigungen besteht, die nicht mehr als 0,0035% Sauerstoff enthält, wobei im Gefüge der Kupferlegierung die mittlere Korngröße von vorliegenden eutektischen Kristallen nicht mehr als 10 µm beträgt, die mittlere Korngröße einer vorliegenden Abscheidung nicht mehr als 0,1 µm beträgt und die mittlere Größe der vorhandenen Kristallkörner nicht mehr als 50 µm beträgt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung dieses Leitermaterials zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch Verwendung eines Leitermaterials, das aus einer Kupferlegierung besteht, die angegeben in Gew.-%, 0,05 bis 1% Cr, 0,005 bis 0,3% Zr, 0,001 bis 0,05% Li, 0 bis 1% Ni, 0 bis 1% Sn, 0 bis 1% Ti und 0,001 bis 0,3% mindestens eines Elements aus der Gruppe: P, Mg, Si, Al, Zn und Mn und zum restlichen Anteil Cu und nicht mehr als 0,1% zufälliger Verunreinigungen umfaßt, zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung eines Leitermaterials mit hoher Festigkeit und Dehnung, welches aus einer Kupferlegierung besteht, die angegeben in Gew.-% entweder 0,05 bis 1% Chrom oder 0,005 bis 0,3% Zirkonium oder beide Bestandteile enthält und die außerdem eine oder mehrere der Bestandteile aus der Gruppe 0 bis 2% eines Metalls, ausgewählt unter Nickel, Zinn, Eisen, Kobalt und Beryllium, 0 bis 1% eines Metalls, ausgewählt unter Magnesium, Silicium, Aluminium, Zink, Mangan, Bor, Phosphor, Lithium, Yttrium und einem Seltenen Erdelement und 0 bis 2% eines Metalls, ausgewählt unter Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Hafnium, Molybdän und Wolfram sowie zum restlichen Anteil Kupfer und zufällige Verunreinigungen umfaßt und in deren Gefüge die mittlere Korngröße von vorliegenden eutektischen Kristallen nicht mehr als 10 µm beträgt, die mittlere Korngröße einer vorliegenden Abscheidung nicht mehr als 0,1 µm beträgt und die mittlere Größe von vorhandenen Kristallkörnern nicht mehr als 50 µm beträgt, zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen.

Alle vorstehend beschriebenen Leitermaterialien auf Basis von Kupferlegierungen haben Eigenschaften, die gestatten, daß sie in hervorragender Weise als Leitermaterialien für Halbleitervorrichtungen mit hoher Packungsdichte angewendet werden können.

Die kritische Bedeutung des Mengenbereiches jedes der Elemente in der Zusammensetzung der als Leitermaterial geeigneten Kupferlegierungen wird nachstehend erläutert.

(a) Cr und Zr

Diese Elemente haben die Fähigkeit, der Legierung verbesserte Festigkeit und Wärmebeständigkeit zu verleihen. Diese Wirkung wird jedoch nicht erreicht, wenn Cr in einer Menge von weniger als 0,05% oder wenn Zr in einer Menge von weniger als 0,005% vorhanden ist. Wenn die Anteile an Cr und Zr 1% bzw. 0,3% überschreiten, steigt die Möglichkeit der Bildung von nichtmetallischen Einschlüssen an, wodurch die Plattierbarkeit und elektrische Leitfähigkeit der Legierung verschlechtert werden. Um daher die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, liegen die Anteile an Cr und Zr speziell innerhalb der Bereiche von 0,05 bis 1% Cr bzw. 0,005 bis 0,3% Zr.

(b) Li

Li dient nicht nur als Desoxidationsmittel, sondern auch als Mittel zur Kornverfeinerung zum Erzielen eines höheren Festigkeitsgrads und Dehnungsgrads, was zu einer besseren Verarbeitbarkeit durch Stanzen führt. Diese Wirkungen lassen sich nicht erzielen, wenn Li in einer Menge von weniger als 0,001% vorhanden ist. Wenn der Li-Gehalt jedoch 0,05% überschreitet, tritt ein Abfall der elektrischen Leitfähigkeit auf. Um daher die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, ist der Li-Gehalt auf einen Bereich von 0,001 bis 0,05% festgelegt.

(c) P, Mg, Si, Al, Zn und Mn

Diese Elemente dienen nicht nur als Desoxidationsmittel, sondern verleihen auch bessere Plattierbarkeit (Metallisierbarkeit), Lötbarkeit und elektrische Leitfähigkeit. Diese Wirkungen werden nicht erreicht, wenn diese Elemente in Mengen von weniger als 0,001% vorliegen. Wenn ihr Gehalt dagegen 0,3% überschreitet, besteht die Neigung zu einer Verminderung ihrer Wirksamkeit. Um daher die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, ist der Gehalt an einem oder mehrerer dieser Elemente so festgelegt, daß er im Bereich von 0,001 bis 0,3% liegt.

Wenn zufällige Verunreinigungen in Mengen von mehr als 0,1% vorhanden sind, wird mindestens eine der Eigenschaften, die für das erfindungsgemäße Leitermaterial sowie für die übrigen Kupferlegierungen gefordert werden, beeinträchtigt. Um daher die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, soll der Gehalt an zufälligen Verunreinigungen 0,1% nicht überschreiten.

(d) Ni und Sn

Diese Elemente sind nicht nur wirksam zur Verleihung einer verbesserten Festigkeit, sondern verhindern auch das Auftreten von Deformationen oder Gratbildung beim Stanzen. Diese Elemente sind Wahlkomponenten für die Zwecke der Erfindung, wenn sie jedoch eingesetzt werden, sind sie nur dann wirksam, wenn mindestens eines von ihnen in einer Menge von nicht weniger als 0,05% vorhanden ist. Wenn andererseits der Gehalt jedes dieser Elemente 1% überschreitet, tritt ein Abfall der elektrischen Leitfähigkeit auf. Wenn daher Ni und Sn eingesetzt werden, muß der Gehalt jedes dieser Elemente im Bereich von 0,05 bis 1% liegen.

(e) Ti

Titan ist wirksam zum Verleihen einer verbesserten Wärmebeständigkeit, Plattierbarkeit (Lötbarkeit) und elektrischen Leitfähigkeit. Es ist für die Zwecke der Erfindung nicht wesentlich, wenn es jedoch eingesetzt wird, werden die vorstehend angegebenen Wirkungen nicht erreicht, wenn der Ti- Gehalt weniger als 0,05% beträgt. Wenn der Ti-Gehalt 1% überschreitet, tritt übermäßige Abscheidung auf, wodurch ein Abfall der elektrischen Leitfähigkeit verursacht wird. Wenn daher Ti eingesetzt wird, soll sein Gehalt im Bereich von 0,05 bis 1% liegen.

(f) Si

Silicium dient nicht nur als Desoxidationsmittel, sondern führt auch zu einer verbesserten Wärmebeständigkeit. Diese Wirkungen werden nicht erzielt, wenn Si in einer Menge von weniger als 0,001% vorhanden ist. Wenn der Si-Gehalt 0,1% überschreitet, vermindert sich die Dehnungsrate. Um daher die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, wird der Si-Gehalt so festgelegt, daß er im Bereich von 0,001 bis 0,1% liegt.

(g) Metalle der ersten Gruppe (Ni, Sn, Fe, Co,Be)

Die Metalle der ersten Gruppe haben die Wirkung, nicht nur zu einer verbesserten Festigkeit zu führen, sondern auch das Auftreten von Deformationen und die Gratbildung während des Stanzens zu verhindern. Diese Wirkungen werden nicht erreicht, wenn der Gehalt eines der Metalle der ersten Gruppe weniger als 0,005% beträgt. Wenn eines dieser Metalle in einem Menge von mehr als 2% vorhanden ist, tritt ein Abfall des elektrischen Leitfähigkeit auf. Wenn daher Metalle der ersten Gruppe eingesetzt werden, muß ihr Gehalt im Bereich von 0,005 bis 2% liegen.

(h) Metalle der zweiten Gruppe (Mg, Si, Al, Zn, Mn, B, P, Li, Y, SE)

Jedes der Metalle der zweiten Gruppe dient nicht nur als Desoxidationsmittel, sondern ist auch wirksam zum Verleihen verbesserter elektrischer Leitfähigkeit, Plattierbarkeit und Lötbarkeit. Diese Wirkungen werden nicht erreicht, wenn der Gehalt eines der Metalle der zweiten Gruppe weniger als 0,001% beträgt. Wenn der Gehalt eines der Metalle der zweiten Gruppe 1% überschreitet, besteht die Tendenz, daß die vorstehenden Eigenschaften beeinträchtigt werden. Wenn daher ein Metall der zweiten Gruppe eingesetzt wird, liegt dessen Gehalt vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 1%.

(i) Metalle der dritten Gruppe (Ti, Nb, V, Ta, Hf, Mo, W)

Die Metalle der dritten Gruppe haben die Wirkung, verbesserte Festigkeit und Wärmebeständigkeit zu verleihen. Diese Wirkungen werden nicht erreicht, wenn der Gehalt eines der Metalle der dritten Gruppe weniger als 0,005% beträgt. Wenn der Gehalts eines Metalls der dritten Gruppe 2% überschreitet, tritt ein Abfall der elektrischen Leitfähigkeit auf. Wenn daher ein Metall der dritten Gruppe eingesetzt wird, liegt dessen Gehalt vorzugsweise im Bereich von 0,005 bis 2%.

(j) Gefüge der Legierung

Wie bereits erwähnt, ist es für bekannte Kupferlegierungen, aus denen bereits Leitermaterialien zur Anwendung in Halbleitervorrichtungen hergestellt worden sind, charakteristisch, daß die durchschnittliche Korngröße der eutektischen Kristalle im Bereich von 20 bis 100 µm liegt, daß die durchschnittliche Korngröße der Ausscheidungen im Bereich von 0,5 bis 3 µm liegt und daß die durchschnittliche Korngröße der Kristallkörner im Bereich von 60 bis 200 µm liegt. Mit einem derart groben Kristallgefüge können jedoch eine Zugfestigkeit von 490 N/mm² oder mehr und eine Dehnung von 6% oder mehr nicht ereicht werden. Um diese Werte zu erzielen, muß die durchschnittliche Korngröße von eutektischen Kristallen auf 10 µm oder weniger, die durchschnittliche Korngröße von Ausscheidungen auf 0,1 µm oder weniger und die durchschnittliche Größe von Kristallkörnern auf 50 µm oder weniger vermindert werden. Der Anstieg der Zugfestigkeit und Dehnung wirken zusammen, so daß eine ausgeprägte Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Kupferlegierung durch Stanzen erzielt wird. Die vorstehend angegebenen Werte für die Zugfestigkeit und Dehnung können daher nicht gewährleistet werden, wenn einer der Parameter für das Gefüge den oberen Grenzwert überschreitet.

(k) Kohlenstoff

Kohlenstoff bildet Carbide mit anderen Elementen und dient dazu, die Kristallkörner und Ausscheidungen zu verfeinern und somit zu einer verbesserten Festigkeit zu führen. Die gewünschte hohe Festigkeit wird nicht erreicht, wenn der Kohlenstoffgehalt weniger als 0,0005% beträgt. Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt 0,0060% überschreitet, wird die plastische Verformung der Legierung beeinträchtigt. Um daher die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, soll der Gehalt an Kohlenstoff, falls dieser vorliegt, im Bereich von 0,0005 bis 0,0060% eingestellt werden. Wenn jedoch der Gehalt an Sauerstoff als zufällige Verunreinigung 0,0035% überschreitet, sinkt der Kohlenstoffgehalt auf weniger als 0,0005% ab, was dem Zweck der Gewährleistung der gewünschten hohen Zugfestigkeit widerspricht. Der Gehalt an Sauerstoff als zufällige Verunreinigung muß daher bei 0,0035% oder darunter gehalten werden.

Die folgenden Beispiele sollen dazu dienen, die Vorteile der erfindungsgemäßen Kupferlegierung und die erfindungsgemäße Verwendung von Kupferlegierungen als Leitermaterial weiter zu verdeutlichen, ohne daß die Erfindung dadurch beschränkt werden soll.

Beispiel 1

Schmelzen von Kupferlegierungen mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung wurden in einem üblichen Channel- Niederfrequenzinduktionsofen hergestellt. Die Schmelzen wurden in wassergekühlte Formen gegossen, wobei Barren von 50 mm Querschnitt und 100 mm Höhe erhalten wurden, deren Oberfläche poliert wurde und deren Dicke durch Heizwalzen auf 11 mm vermindert wurde. Der Heißwalzvorgang wurde bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 800 bis 950°C gestartet. Nach dem Abkühlen mit Wasser wurden die obere und die untere Oberfläche jeder heißgewalzten Platte poliert, wobei unter Verminderung der Plattendicke um 0,5 mm auf jeder Oberfläche eine endgültige Dicke von 10 mm erreicht wurde. Anschließend wurden die Platten unter üblichen Bedingungen einem Kreislauf aus Kaltwalzen und Tempern unterworfen, wobei 0,3 mm dicke Streifen gebildet wurden. In der Endstufe wurden die Streifen zur Beseitigung von Restspannungen getempert, indem sie bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 550 bis 600°C gehalten wurden. Mit Hilfe dieser Verfahren wurden Proben 1 bis 18 des zur erfindungsgemäßen Verwendung geeigneten Kupferlegierungs-Leitermaterials hergestellt. Die Zugfestigkeit, Dehnung, elektrische Leitfähigkeit und der Erweichungspunkt jeder dieser Proben wurde gemessen. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Die in Tabelle 1 angegebenen Daten zeigen, daß jede der Proben 1 bis 18 des Kupferlegierungs-Leitermaterials eine Zugfestigkeit von 50,96 N/mm² oder mehr, eine Dehnung von 8,5% oder mehr, eine elektrische Leitfähigkeit entsprechend 80% IACS oder mehr und einen Erweichungspunkt von 460°C oder mehr zeigte. Diese Werte geben die Tatsache an, daß die Proben des zur erfindungsgemäßen Verwendung geeigneten Kupferlegierungs-Leitermaterials bisher unerreichte hohe Werte der Festigkeit und Dehnung zeigen und trotzdem die übrigen Erfordernisse im Hinblick auf die Eigenschaften erfüllen, die Leitermaterialien zur Verwendung in Halbleitervorrichtungen besitzen müssen.

Beispiel 2

Durch Wiederholung der Verfahrensschritte gemäß Beispiel 1 wurden die Proben Nr. 19 bis 42 eines Kupferlegierungs- Leitermaterials zur erfindungsgemäßen Verwendung aus Kupferlegierungsschmelzen der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung hergestellt. Die Zugfestigkeit, Dehnung, elektrische Leitfähigkeit und der Erweichungspunkt jeder der Proben wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Wie die Daten der Tabelle 2 zeigen, hat jede Probe eine Zugfestigkeit von 637 N/mm² oder darüber, eine Dehnung von 6% oder mehr, eine elektrische Leitfähigkeit von 62% IACS oder mehr und einen Erweichungspunkt von 480°C oder darüber. Diese Werte zeigen die Tatsache, daß die Proben der Kupferlegierungs-Leitermaterialien zur erfindungsgemäßen Verwendung bisher unerreicht hohe Werte der Festigkeit und Dehnung haben, trotzdem jedoch die anderen Erfordernisse im Hinblick auf die Eigenschaften erfüllen, welche Leitermaterialien zur Anwendung für Halbleitervorrichtungen besitzen müssen.

Beispiel 3

Schmelzen von Kupferlegierungen mit den in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 verarbeitet, um heißgewalzte Platten einer Dicke von 11 mm herzustellen. Die Platten wurden dann durch Aufsprühen von Wasser abgeschreckt, so daß die Größe der eutektischen Kristalle und Kristallkörner vermindert wurde, ohne daß die Bildung einer Abscheidung verursacht wurde. Die obere und die untere Oberfläche jeder Platte wurde poliert, wobei die Plattendicke jeweils um 0,5 mm vermindert wurde und eine endgültige Dicke von 10 mm erreicht wurde. Anschließend wurden die Platten bis zum Erreichen einer Dicke von 2 mm kaltgewalzt und durch Alterung wurde die Bildung einer feinen Abscheidung verursacht. Zu diesem Zwecke wurden die Platten 60 Minuten lang bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 400 bis 550°C gehalten. Die gealterten Platten wurden dann kaltgewalzt, wobei eine weitere Dickenverminderung auf 0,7 mm erfolgte, und wurden danach 60 Minuten bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 400 bis 500°C getempert, um Restspannungen zu beseitigen. Die so behandelten Platten wurden einer endgültigen Kaltwalzstufe unterworfen, wobei Proben Nr. 43 bis 59 des zur erfindungsgemäßen Verwendung geeigneten Kupferlegierungs-Leitermaterials erhalten wurden, die jeweils eine Dicke von 0,3 mm hatten. Die durchschnittlichen Korngrößen der eutektischen Kristalle, Abscheidungen und Kristallkörner in diesen Proben wurden gemessen. Darüber hinaus wurden Messungen der Zugfestigkeit, Dehnung, elektrischen Leitfähigkeit und des Erweichungspunktes jeder Probe durchgeführt. Die dabei erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.

Die Daten in Tabelle 3 zeigen, daß jede der Proben 43 bis 59 für die erfindungsgemäße Verwendung als Kupferlegierungs-Leitermaterial eine Zugfestigkeit von 50 kp/mm² (490 N/mm²) oder mehr, eine Dehnung von 6% oder mehr, eine elektrische Leitfähigkeit von 52% IACS oder mehr und einen Erweichungspunkt von 400°C oder darüber zeigte. Diese Werte sind ein Anzeichen für die Tatsache, daß die Proben dieses Kupferlegierungs-Leitermaterials somit unerreicht hohe Werte für die Festigkeit und Dehnung besitzen, jedoch alle anderen Anforderungen im Hinblick auf die Eigenschaften erfüllen, welche Leitermaterialien zur Anwendung in Halbleitervorrichtungen besitzen müssen.

Beispiel 4

Kupferlegierungsschmelzen der in Tabelle 4 gezeigten Zusammensetzung wurden unter Anwendung eines üblichen Niederfrequenz- Channel-Induktionsofens mit Hilfe der folgenden Verfahrensweise hergestellt: Eine von Graphitplatten umschlossene Kupferbeschickung wurde unter einer Argonatmosphäre geschmolzen. Nach dem Niederschmelzen und nachdem die Temperatur auf einen vorbestimmten Wert im Bereich zwischen 1220 und 1480°C angestiegen war, wurde ein Gasstrom in die Schmelze eingeblasen, um die Schmelze zu entgasen und zu rühren und die erforderlichen Legierungselemente wurden unter Rühren der Schmelze zugesetzt. Schließlich wurde gasförmiges Kohlenmonoxid so eingeblasen, daß der Gehalt von Sauerstoff als zufällige Verunreinigungen auf 35 ppm oder weniger vermindert wurde, während der Kohlenstoffgehalt auf einen vorbestimmten Wert im Bereich zwischen 5 und 60 ppm eingestellt wurde.

Die so hergestellten Schmelzen wurden anschließend in gleicher Weise wie in Beispiel 1 unter einer Argonatmosphäre aufbereitet, wobei die Proben Nr. 60 bis 67 und 69 bis 79 des erfindungsgemäßen Kupferlegierungs-Leitermaterials hergestellt wurden. Die Zugfestigkeit, Dehnung, elektrische Leitfähigkeit und der Erweichungspunkt jeder Probe wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß jede Probe eine Zugfestigkeit von 499,8 N/mm² oder darüber, eine Dehnung von 6,2% oder mehr, eine elektrische Leitfähigkeit von 52% IACS oder mehr und einen Erweichungspunkt von 410°C oder darüber hatte. Diese Werte zeigen die Tatsache an, daß die Proben des Kupferlegierungs-Leitermaterials gemäß der Erfindung bisher unerreicht hohe Werte der Festigkeit und Dehnung besitzen, trotzdem jedoch alle anderen Voraussetzungen für Leitermaterialien erfüllen, die für Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden sollen.

Beispiel 5

Schmelzen von Kupferlegierungen der in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzung wurden durch Wiederholung der Verfahrensweise gemäß Beispiel 4 hergestellt. Diese Proben wurden anschließend unter einer Argonatmosphäre in gleicher Weise wie in Beispiel 3 verarbeitet, wobei die Proben Nr. 80 bis 99 des erfindungsgemäßen Kupferlegierungs-Leitermaterials erhalten wurden. Die durchschnittlichen Korngrößen der eutektischen Kristalle, der Abscheidungen und der Kristallkörner in den Proben wurden gemessen. Außerdem wurde die Messung der Zugfestigkeit, Dehnung, elektrischen Leitfähigkeit und des Erweichungspunkts der Proben durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Wie aus den Daten der Tabelle 6 klar hervorgeht, hatte jede der Proben 80 bis 99 des erfindungsgemäßen Kupferlegierungs- Leitermaterials eine Zugfestigkeit von 509,6 N/mm² oder darüber, eine Dehnung von 6,2% oder mehr, eine elektrische Leitfähigkeit von 53% IACS oder mehr und einen Erweichungspunkt von 410°C oder darüber. Diese Werte zeigen die Tatsache an, daß die Proben des erfindungsgemäßen Kupferlegierungs-Leitermaterials bisher unerreicht hohe Werte für die Festigkeit und Dehnung besitzen, trotzdem jedoch alle anderen Erfordernisse für Leitermaterialien zur Anwendung für Halbleitervorrichtungen erfüllen.

Tabelle 5

Tabelle 6

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Kupferlegierungs-Leitermaterial und die zur erfindungsgemäßen Verwendung als Leitermaterial geeigneten Kupferlegierungen bisher unerreicht hohe Werte der Festigkeit und Dehnung besitzt, daß jedoch die Werte für die elektrische Leitfähigkeit und den Erweichungspunkt, die für übliche Halbleitervorrich tungen notwendig sind, beibehalten werden. Dieses Leiter material läßt sich daher nicht nur für übliche Halbleiter vorrichtungen, sondern auch für solche mit höherer Packungs dichte anwenden und zeigt in diesen überlegene Eigenschaf ten.

Claims

1. Leitermaterial mit hoher Festigkeit und Dehnung zur Verwendung für Halbleitervorrichtungen aus einer Kupferlegierung, die aus 0,05 bis 1% Chrom und/oder 0,005 bis 0,3% Zirkonium, 0,0005 bis 0,0060% Kohlenstoff, einem oder mehreren der Bestandteile der drei Gruppen: 0 bis 2% Nickel, Zinn, Eisen, Kobalt und/oder Beryllium, 0 bis 1% Magnesium, Silicium, Aluminium, Zink, Mangan, Bor, Phosphor, Lithium, Yttrium und/oder einem Element der Seltenen Erden und 0 bis 2% Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Hafnium, Molybdän und/oder Wolfram und aus Kupfer als Rest mit zufälligen Verunreinigungen besteht, die nicht mehr als 0,0035% Sauerstoff enthält, wobei im Gefüge der Kupferlegierung die mittlere Korngröße von vorliegenden eutektischen Kristallen nicht mehr als 10 µm beträgt, die mittlere Korngröße einer vorliegenden Abscheidung nicht mehr als 0,1 µm beträgt und die mittlere Größe der vorhandenen Kristallkörner nicht mehr als 50 µm beträgt.

2. Leitermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere der Bestandteile der drei Gruppen: 0,005 bis 2% Nickel, Zinn, Eisen, Kobalt und/oder Beryllium, 0,001 bis 1% Magnesium, Silicium, Aluminium, Zink, Mangan, Bor, Phosphor, Lithium, Yttrium und/oder einem Element der Seltenen Erden und 0,005 bis 2% eines Metalls, ausgewählt unter Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Hafnium, Molybdän und/oder Wolfram, enthält.

3. Verwendung eines Leitermaterials mit hoher Festigkeit und Dehnung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen.

4. Verwendung eines Leitermaterials mit hoher Festigkeit und Dehnung aus einer Kupferlegierung, die aus 0,05 bis 1% Chrom und/oder 0,005 bis 0,3% Zirkonium, 0,001 bis 0,05% Lithium, 0 bis 1% Nickel, 0 bis 1% Zinn, 0 bis 1% Titan und 0,001 bis 0,3% mindestens eines Elements aus der Gruppe: Phosphor, Magnesium, Silicium, Aluminium, Zink und Mangan und aus Kupfer als Rest mit nicht mehr als 0,1% zufälliger Verunreinigungen besteht zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen.

5. Verwendung eines Leitermaterials nach Anspruch 4, mit 0,005 bis 0,1% Zirkonium, 0,05 bis 1% Nickel, 0,05 bis 1% Zinn, 0,05 bis 1% Titan, 0,001 bis 0,1% Silicium und 0,001 bis 0,3% mindestens eines Elements aus der Gruppe Phosphor, Magnesium, Aluminium, Zink und Mangan für den Zweck nach Anspruch 4.

6. Verwendung eines Leitermaterials mit hoher Festigkeit und Dehnung, aus einer Kupferlegierung, die aus 0,05 bis 1% Chrom und/oder 0,005 bis 0,3% Zirkonium, einem oder mehreren der Bestandteile der drei Gruppen: 0 bis 2% Nickel, Zinn, Eisen, Kobalt und/oder Beryllium, 0 bis 1% Magnesium, Silicium, Aluminium, Zink, Mangan, Bor, Phosphor, Lithium, Yttrium und/oder einem Element der Seltenen Erden und 0 bis 2% Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Hafnium, Molybdän und/oder Wolfram und aus Kupfer als Rest mit zufälligen Verunreinigungen besteht, und in deren Gefüge die mittlere Korngröße von vorliegenden eutektischen Kristallen nicht mehr als 10 µm beträgt, die mittlere Korngröße einer vorliegenden Abscheidung nicht mehr als 0,1 µm beträgt und die mittlere Größe von vor handenen Kristallkörnern nicht mehr als 50 µm beträgt, zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen.