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JP2005268771A - Gold bonding wire for semiconductor device and connection method thereof - Google Patents

Gold bonding wire for semiconductor device and connection method thereof Download PDF

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JP2005268771A
JP2005268771A JP2005040903A JP2005040903A JP2005268771A JP 2005268771 A JP2005268771 A JP 2005268771A JP 2005040903 A JP2005040903 A JP 2005040903A JP 2005040903 A JP2005040903 A JP 2005040903A JP 2005268771 A JP2005268771 A JP 2005268771A
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orientation
cross
wire
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JP2005040903A
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Tomohiro Uno
智裕 宇野
Keiichi Kimura
圭一 木村
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】 高密度実装、低温接続等を実現するため、ボール接合部での良好な真円性を高めたり、接合強度を上昇したりできる、半導体素子用ボンディングワイヤを提供する。
【解決手段】 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、ワイヤ長手方向に垂直な該ボール部の断面の結晶粒組織、あるいは、基板表面と水平方向のボール接合部断面の結晶粒組織において、 [111]方位、[100]方位等の結晶方位を制御した半導体装置用金ボンディングワイヤ。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bonding wire for a semiconductor element capable of improving a good roundness at a ball bonded portion or increasing a bonding strength in order to realize high-density mounting, low-temperature connection, and the like.
A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end portion is bonded to a substrate electrode portion, and a crystal grain structure of a cross section of the ball portion perpendicular to the longitudinal direction of the wire, or a ball in a direction horizontal to the substrate surface. A gold bonding wire for a semiconductor device in which crystal orientations such as a [111] orientation and a [100] orientation are controlled in a crystal grain structure of a junction cross section.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体素子上の電極と外部リードを接続するために利用される半導体装置用金ボンディングワイヤ及びその金ボンディングワイヤの接続方法に関するものである。   The present invention relates to a gold bonding wire for a semiconductor device used for connecting an electrode on a semiconductor element and an external lead, and a method for connecting the gold bonding wire.

現在、半導体素子上の電極と外部端子との間を接続する金ボンディングワイヤとして、線径20〜50μm程度で、材質は高純度4N系(純度>99.99質量%)の金である金ボンディングワイヤが主として使用されている。金ボンディングワイヤの接続技術は、超音波併用熱圧着方式が一般的であり、汎用ボンディング装置や、ワイヤをその内部に通して接続に用いるキャピラリ冶具などが必要である。ワイヤ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ボール部を圧着接合せしめ、その後で、直接ワイヤを外部リード側に超音波圧着によりウェッジ接合させる。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、前記の金ボンディングワイヤによるボンディングの後に、Siチップ、金ボンディングワイヤ、及びSiチップが取り付けられた部分のリードフレーム等を保護する目的で、エポキシ樹脂で封止する。これらの部材は、単独の特性を高めることも必要であるが、周辺の部材との関係及び使用法等の総合的な性能、信頼性を改善することがますます重要となっている。   Currently, gold bonding wires for connecting between electrodes on semiconductor elements and external terminals are gold bonding having a wire diameter of about 20 to 50 μm and a high purity 4N-based (purity> 99.99 mass%) gold. Wire is mainly used. The bonding technique for gold bonding wires is generally an ultrasonic thermocompression bonding method, and requires a general-purpose bonding apparatus, a capillary jig for connecting wires through the inside thereof, and the like. After the wire tip is heated and melted by arc heat input and a ball is formed by surface tension, the ball part is crimped and bonded onto the electrode of the semiconductor element heated within the range of 150 to 300 ° C., and then the wire is directly connected. The wedge is joined to the external lead side by ultrasonic pressure bonding. For use as a semiconductor device such as a transistor or an IC, an epoxy is used for the purpose of protecting the Si chip, the gold bonding wire, and the lead frame where the Si chip is attached after bonding with the gold bonding wire. Seal with resin. Although it is necessary to improve the individual characteristics of these members, it is increasingly important to improve the overall performance and reliability, such as the relationship with the surrounding members and usage.

半導体素子の高集積化、薄型化の傾向により、金ボンディングワイヤが満足すべき特性も多様化しており、例えば、高密度配線及び狭ピッチに対応するため金ボンディングワイヤの長尺化、細線化あるいは高ループ化、さらに半導体素子の薄型化を可能にすべく低ループ化等が要求されている。   Due to the trend toward high integration and thinning of semiconductor elements, the characteristics that gold bonding wires must satisfy are diversified. For example, the gold bonding wires can be made longer, thinner or thinner to accommodate high-density wiring and narrow pitch. There is a demand for lower loops and the like to enable higher loops and thinner semiconductor elements.

例えば、高粘性の熱硬化エポキシ樹脂が高速注入される樹脂封止工程では、ワイヤが変形して隣接ワイヤと接触することが問題となり、しかも、狭ピッチ化、長ワイヤ化、細線化も進む中で、樹脂封止時のワイヤ変形(以下、ワイヤ流れと呼ぶ)を少しでも抑えることが求められている。中でも、狭ピッチ化のニーズは加速しており、現行量産レベルは60μmピッチであるが、50μmピッチの開発も進行しており、さらには、数年前まではボール接合の限界とされていた極狭ピッチ45μmまで、2〜3年後の実用化が期待されている。さらに、実装技術に関するロードマップでは、将来的には極々狭ピッチ20μmを実現する技術が期待され始めている。   For example, in a resin sealing process in which high-viscosity thermosetting epoxy resin is injected at a high speed, there is a problem that the wire is deformed and comes into contact with an adjacent wire, and further, narrow pitch, long wire, and thinning are progressing. Therefore, it is required to suppress even a little wire deformation (hereinafter referred to as wire flow) during resin sealing. Above all, the need for narrow pitch is accelerating, and the current mass production level is 60 μm pitch, but the development of 50 μm pitch is also progressing, and furthermore, the pole that was considered the limit of ball bonding until several years ago Practical application after 2 to 3 years is expected up to a narrow pitch of 45 μm. Furthermore, in the roadmap regarding the mounting technology, a technology for realizing an extremely narrow pitch of 20 μm is beginning to be expected in the future.

こうした要求を満足するワイヤの基本特性として、ボンディング工程におけるループ形状を高精度に制御できること、しかも、電極部、リード部への接合性も向上していること、ボンディング以降の実装工程におけるワイヤ変形を抑制できること等、総合的な特性を満足することが望まれる。   The basic characteristics of a wire that satisfies these requirements are that the loop shape in the bonding process can be controlled with high precision, and that the bondability to the electrode and lead parts has been improved, as well as wire deformation in the mounting process after bonding. It is desirable to satisfy comprehensive characteristics such as being able to be suppressed.

これまで、金ボンディングワイヤを高強度化する手段として、複数の合金元素を添加することが主流であった。現在主流の高純度系金ボンディングワイヤでは、ボール部の酸化や電気抵抗の上昇等を防ぐために、合金元素の添加は数ppm〜数十ppmに制限されており、ループ制御性、接合性等は優れているものの、ワイヤ変形の抑制、ボール形成時の熱影響部(ネック部)の強度等は十分ではなかった。最近、添加量を増やして総計で1%程度まで添加した高濃度合金ワイヤが、一部のICで使用され始めているが、樹脂封止時のワイヤ変形を改善する効果は十分ではなく、リード側への接合性が低下する等の問題が懸念されている。   Until now, the addition of a plurality of alloy elements has been the mainstream as means for increasing the strength of gold bonding wires. In current high-purity gold bonding wires, the addition of alloying elements is limited to several ppm to several tens of ppm in order to prevent oxidation of the ball part and increase in electrical resistance. Although excellent, suppression of wire deformation and the strength of the heat-affected zone (neck portion) during ball formation were not sufficient. Recently, high-concentration alloy wires that have been added up to a total of about 1% have begun to be used in some ICs, but the effect of improving wire deformation at the time of resin sealing is not sufficient. There are concerns about problems such as a decrease in bondability.

高強度化を達成する一つの手法として、芯部と外周部が異なる金属からなる複層ワイヤが提案されており、例えば、特許文献1では、Ag芯をAu被覆したワイヤについて、特許文献2では、芯部を導電性金属とし表面をAuメッキしたワイヤ等が、開示されている。これらは、芯部と外周部で異なる金属を組み合わせることにより、全ての汎用製品がその範疇に入る単一部材で構成されているワイヤよりも、高強度化と高接合性を満足させることが期待されている。しかしながら、実際の半導体において、複層ワイヤを使用した実例は、ほとんど報告されていないのが実状である。   As one method for achieving high strength, a multi-layer wire made of a metal having a different core part and outer peripheral part has been proposed. For example, in Patent Document 1, a wire in which an Ag core is covered with Au is disclosed in Patent Document 2. A wire or the like whose core is a conductive metal and whose surface is Au-plated is disclosed. By combining different metals in the core and outer periphery, these are expected to satisfy higher strength and higher bondability than wires made up of a single member in which all general-purpose products fall into the category. Has been. However, in actual semiconductors, there are almost no reports of examples using multilayer wires.

したがって、今後の高密度実装のニーズに適応するためにも、ワイヤは個別の要求特性のみを満足するのではなく、総合的に特性を向上する材料開発が求められる。   Therefore, in order to adapt to future needs for high-density mounting, the wire does not satisfy only the individual required characteristics, but development of a material that comprehensively improves the characteristics is required.

特開昭56−21254号公報JP-A-56-21254 特開昭59−155161号公報JP 59-155161 A

半導体素子のチップサイズ、パッド開口部のダウンサイジング等の要求により、接合面積を縮小しても接合強度を確保する厳しい要求を満足することが求められている。例えば、40μm以下の狭ピッチ接続では、従来の70μmピッチよりも、接合面積が1/2以下等に縮小される場合があり、これが接続関連の不良を誘発する原因の一つとなる。   Due to demands such as the chip size of the semiconductor element and downsizing of the pad opening, it is required to satisfy strict requirements for ensuring the bonding strength even if the bonding area is reduced. For example, in a narrow pitch connection of 40 μm or less, the junction area may be reduced to ½ or less than the conventional 70 μm pitch, which is one of the causes of connection-related defects.

金ボンディングワイヤの接合相手となる材質も多様化しており、シリコン基板上の配線、電極材料では、従来のAl−Si合金から、Al−Si−Cu合金に変わり、さらにAl−Cu合金へ移行している。また、Al合金に加えて、より高集積化に適したCu、Cu合金が使用され始めている。こうしたAl合金、Cu、Cu合金等の電極部材においても、狭ピッチ化に対応する小ボール接合が求められており、接合強度、ボール変形、高温接合信頼性等を確保することがより重要となる。また、狭ピッチ接続は、BGA等の樹脂基板、テープ基板を用いる半導体装置で実用化されており、これら樹脂、テープは、従来の金属のリードフレームに比べて耐熱性が劣ることから、ワイヤ接続を低温で行う必要がある。低温接合により、接合強度が低下し、連続ボンディング時の量産性が低下する問題が発生する。   The materials used for bonding gold bonding wires are also diversified. For wiring and electrode materials on silicon substrates, the conventional Al-Si alloy is changed to an Al-Si-Cu alloy, and then further transferred to an Al-Cu alloy. ing. In addition to Al alloys, Cu and Cu alloys suitable for higher integration have begun to be used. In such electrode members such as Al alloy, Cu, and Cu alloy, small ball bonding corresponding to narrow pitch is required, and it is more important to ensure bonding strength, ball deformation, high temperature bonding reliability, and the like. . In addition, narrow pitch connection has been put to practical use in semiconductor devices using resin substrates such as BGA and tape substrates, and these resins and tapes are inferior in heat resistance compared to conventional metal lead frames. Must be performed at low temperatures. Due to the low-temperature bonding, there is a problem that the bonding strength is reduced and the mass productivity at the time of continuous bonding is reduced.

従来、ボール部を半導体素子の電極部へ接続するプロセスでは、接合強度等を確保することは比較的容易であり、量産上の問題は少なかった。したがって、金ボンディングワイヤの要求特性の内、高強度細線化、ループ形状の制御等への対応が中心となり、ワイヤ中の固溶硬化、析出硬化、化合物形成の硬化等を利用する成分設計が行われてきた。しかしながら、ワイヤの高強度化等を主眼にした合金化元素の固溶、析出、化合物形成等の利用に頼った、これまでの添加元素の種類及び濃度を選定する手法では、接合性を向上することは困難である。成分添加により接合強度が改善されることも期待されているが、量産時に変形や接合強度のバラツキを低減することが困難であり、再現性も十分でないこと等が問題であり、成分だけによる効果的な手法は明らかにされていなかった。   Conventionally, in the process of connecting the ball portion to the electrode portion of the semiconductor element, it is relatively easy to ensure the bonding strength and the like, and there are few problems in mass production. Therefore, among the required characteristics of gold bonding wires, the core design is to deal with high-strength thinning, control of loop shape, etc., and component design utilizing solid solution hardening in the wire, precipitation hardening, hardening of compound formation, etc. I have been. However, the conventional method of selecting the type and concentration of the additive element that relies on the use of solid solution, precipitation, compound formation, etc. of the alloying element with the aim of increasing the strength of the wire improves the bondability. It is difficult. The addition of ingredients is also expected to improve joint strength, but it is difficult to reduce deformation and variation in joint strength during mass production, and the reproducibility is not sufficient. The specific method was not revealed.

ボール変形はボンディング装置の性能に依存するところも多いため、ボール接合における荷重、超音波振動等を高めることも一助であるが、荷重、超音波振動を高めただけでは、ボール接合部が過剰に大きくなり、狭ピッチ接続が困難となったり、あるいは電極直下にクラック等の損傷を与える別の問題が浮上する。   Since ball deformation often depends on the performance of the bonding equipment, it is also helpful to increase the load, ultrasonic vibration, etc. in ball bonding, but the ball joint is excessively increased only by increasing the load, ultrasonic vibration. Another problem arises that it becomes larger and makes it difficult to make a narrow pitch connection or damages such as cracks directly under the electrode.

さらに、ボール接合部の形状は、従来あまり厳しく管理する必要はなかったが、狭ピッチ接続では、ボール接合部の形状が真円からずれる現象が起こり易くなり、結果として、電極開口部からボール接合部の一部がはみ出したり、また、従来のボール接合部の平均値だけのサイズ管理では不良を抑制することが困難となる等の問題が生じる。   Furthermore, the shape of the ball joint has not conventionally been required to be controlled very strictly, but with a narrow pitch connection, the ball joint tends to deviate from a perfect circle, resulting in ball joining from the electrode opening. There arises a problem that a part of the portion protrudes, and it becomes difficult to suppress defects by the size management of only the average value of the conventional ball joint portion.

したがって、ボール接合部の異方性を低減して、真円性を平均的に改善することが重要となる。ボール接合部のサイズの平均値を管理できても、その異方性の発生率やサイズのバラツキを低減できなくては、厳しい不良発生率の低減が要求される半導体の量産プロセスへの適応性は十分とはいえない。例えば、半導体素子の端子数が500ピンを超えるような多ピン系のICが増えており、1ピンだけでボール接合の異常が発生しても、高価な半導体素子が不良品となる。接合部の形状、サイズについては、単純に平均的な改善よりも、その形状、サイズを量産プロセスで、如何に安定化させるかが重要となる。   Therefore, it is important to reduce the anisotropy of the ball joint portion and improve the roundness on average. Even if the average value of the ball joint size can be managed, if the anisotropy rate and size variation cannot be reduced, it can be applied to semiconductor mass production processes that require a severe reduction in the defect rate. Is not enough. For example, multi-pin ICs in which the number of terminals of a semiconductor element exceeds 500 pins are increasing, and even if an abnormality occurs in ball bonding with only one pin, an expensive semiconductor element becomes a defective product. Regarding the shape and size of the joint, it is more important to stabilize the shape and size in the mass production process than to simply improve the average.

ボール接合部への要求では、生産性を左右する実装工程のボンディング性だけでなく、ワイヤ接続された半導体装置が高温環境に曝されたり、動作時の発熱においても、接合部の長期信頼性を確保することが求められる。金ボンディングワイヤの接合部における不良原因として、カーケンダルボイドの生成、又は接合部に形成された金属間化合物が腐食されること等が報告されている。接合部の長期信頼性を改善するため、ワイヤ、封止樹脂等の材料、接続方法等が検討されている。しかし、狭ピッチ等の厳しい接合条件では、通常の比較的広いピッチ接続と比べて、必ずしも十分な接合信頼性が確保されていないのが実状である。こうした接合信頼性を向上するにも、ワイヤの成分を調整するだけでは不十分であり、前述したボール接合部の形状、サイズ等を安定化させることが必要となる。   The requirements for ball joints include not only the bonding performance of the mounting process that affects productivity, but also the long-term reliability of the joint even when wire-connected semiconductor devices are exposed to high-temperature environments or generate heat during operation. It is required to secure. It has been reported that the cause of a defect in the bonding portion of the gold bonding wire is the generation of Kirkendall void or the corrosion of the intermetallic compound formed in the bonding portion. In order to improve the long-term reliability of the joint, materials such as wires and sealing resins, connection methods, and the like have been studied. However, under severe bonding conditions such as a narrow pitch, the actual situation is that sufficient bonding reliability is not always ensured as compared with a normal relatively wide pitch connection. In order to improve such bonding reliability, it is not sufficient to adjust the wire components, and it is necessary to stabilize the shape, size, and the like of the above-described ball bonding portion.

本発明は、狭ピッチ化、低温接合におけるボール接合部の形状、接合強度等を向上すること、接合部の高温信頼性を改善すること、さらに、強度等の機械的特性、ループ制御性等も高めることで、工業的に量産性にも優れた、半導体素子用金ボンディングワイヤ及びその接続方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a narrow pitch, improves the shape of the ball joint in low-temperature joining, joining strength, etc., improves the high-temperature reliability of the joining part, and also provides mechanical properties such as strength, loop controllability, etc. An object of the present invention is to provide a gold bonding wire for a semiconductor element and a connection method thereof, which are industrially excellent in mass productivity.

本発明者等は、前述した観点から、狭ピッチ接続を実現するためのボール接合部の形状、サイズの安定化、長期信頼性等を向上させ、さらに、ワイヤ流れ抑制等を総合的に改善すること等を目的に研究開発に取組んだ結果、端部に形成されたボール部及びボール接合部の組織制御、及び、そうしたボール部の形成を促進するためのワイヤの集合組織等が重要且つ有効であることを初めて見出した。   From the above-mentioned viewpoint, the present inventors improve the shape and size of the ball joint for realizing narrow pitch connection, improve the long-term reliability, etc., and further improve the wire flow suppression and the like comprehensively. As a result of research and development for this purpose, it is important and effective to control the structure of the ball and ball joint formed at the end, and the texture of the wire to promote the formation of the ball. I found it for the first time.

すなわち、前述した目的を達成するための本発明の要旨は、次のとおりである。
(1) 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が1.1以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(2) 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(3) 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの1/2までの部位を芯部としたとき、芯部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が3以下であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(4) 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの2/3から外側の部位を外周部としたとき、外周部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が0.9以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(5) 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心からボール半径Dの4/5から外側の部位である最外周領域、または該最外周領域に含まれる最も外側の結晶粒の少なくとも一方において、[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が50%以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(6) 前記ボール接合部断面で、最外周領域、または該最外周領域に含まれる最も外側の結晶粒のどちらにも属さない領域を胴体領域とし、該胴体領域において[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が40%以下であることを特徴とする、(5)に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(7) 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[112]、[113]、[114]、[115]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が3〜40%の範囲であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(8) 前記ボール接合部断面の重心を通る線分の長さをdとしたとき、該断面の任意の3箇所以上で長さdを測定した場合の平均値Mと標準偏差SDとの関係が、SD/M≦0.3を満足する上記(1)〜(5)のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(9) 前記端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤのボール部と基板電極部の接合界面において、ボンディングワイヤの主要構成成分と該電極部の主要構成成分とからなる金属間化合物の形成割合が接合界面全体の65%以上である上記(1)〜(6)のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(10) 端部にボール部を形成する金ボンディングワイヤであって、該ボール部のワイヤ長手方向に垂直な断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が1.1以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(11) 端部にボール部を形成する金ボンディングワイヤであって、該ボール部のワイヤ長手方向に垂直な断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[111]方位を有する結晶粒の面積比率が35%以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(12) 端部にボール部を形成する金ボンディングワイヤであって、該ボール部のワイヤ長手方向に垂直な断面の結晶粒組織において、ボール部の中心からボール半径Rの1/2までの部位を中心域としたとき、中心域におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合Rdと、ボール断面全体での[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合Raとが、|1− Rd/Ra|≦3であることを特徴とする、請求項8又は9に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(13) 金ボンディングワイヤの熱影響部を除くワイヤ部の長手方向断面の結晶粒組織において、該ワイヤの中心からワイヤ半径Lの1/3毎に3分割して、中心部(c)、内層部(g)、外層部(s)におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合をそれぞれLc、Lg、Lsとして、Lc≦3、Lg≧0.8、Ls≧0.5の関係のうち少なくとも二つを満足することを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(14) 前記 [111]方位及び[100]方位の結晶粒が、ボンディングワイヤの長手方向に対して10°以内の傾きである上記(1)〜(5)、(8)、(9)、(11)のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(15) 前記断面における結晶粒において、隣接する結晶粒の方位の角度差が30°以下である結晶粒界が、全結晶粒の粒界に占める割合が50%以上である上記(1)〜(5)、(8)、(9)、(11)のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(16) 前記ボール部またはボール接合部の断面組織における結晶粒数が、0.005〜0.1個/μm2である上記(1)〜(7)、(10)、(11)、(13)に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(17) 前記ボール部またはボール接合部の断面組織における結晶粒径の標準偏差が1.5μm以下である上記(1)〜(7)、(10)、(11)、(13)のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(18) Auを主成分とし、添加成分として、Be:0.0001〜0.0008質量%、Ca:0.001〜0.005質量%、Eu:0.0005〜0.004質量%、Nd:0.0005〜0.004質量%、Yb:0.0005〜0.005質量%、Cu:0.001〜0.4質量%、Pd:0.001〜0.6質量%、Ag、Mn、Ptの内1種以上を0.0005〜0.2質量含有することを特徴とする、請求項1〜17のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。
(19) 上記(1)〜(18)のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤを用いて、半導体チップ及び基板に形成された電極部へボール接合とウェッジ接合とを繰り返して行い、電極部とボンディングワイヤとを接続する金ボンディングワイヤの接続方法であって、ボンディングワイヤの端部にアーク放電によりボール部を形成し、該ボール部を半導体チップ上の電極部に接合するに際し、元のワイヤ直径を2Lとしたとき、ウェッジ接合後の直径が元の直径より1割以上細くなっている変形端部の長さが0.8L〜4Lであるワイヤ端部に対して、ワイヤ長手方向との角度が0〜45°となる方向からアーク放電を施して、1.2L〜2.0Lの半径を有するボール部を形成してからボール接合することを特徴とする金ボンディングワイヤの接続方法。
(20) 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が1.1以上であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。
(21) 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。
(22) 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの1/2までの部位を芯部としたとき、芯部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が3以下であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。
(23) 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの2/3から外側の部位を外周部としたとき、外周部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が0.9以上であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。
(24) 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[112]、[113]、[114]、[115]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が3〜40%の範囲であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。
That is, the gist of the present invention for achieving the above-described object is as follows.
(1) A gold bonding wire in which a ball part formed at an end part is joined to a substrate electrode part, and the [100] orientation is selected from crystal orientations in the direction perpendicular to the cross section of the ball joint part in the horizontal direction with respect to the substrate surface. The ratio of the area of the crystal grain which has a [111] direction with respect to the area of the crystal grain which it has is 1.1 or more, The gold bonding wire for semiconductor devices characterized by the above-mentioned.
(2) A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end portion is bonded to a substrate electrode portion, and a crystal orientation in a direction perpendicular to the cross section in the cross section of the ball bonding portion in the horizontal direction with respect to the substrate surface is [ A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the area ratio of crystal grains having a [111] orientation and a [100] orientation is in the range of 30 to 95%.
(3) A gold bonding wire in which a ball part formed at an end part is joined to a substrate electrode part, and the substrate surface and the horizontal direction in the crystal orientation in the vertical direction of the cross section of the ball joint part in the horizontal direction of the substrate surface. The area of the crystal grain having the [111] orientation relative to the area of the crystal grain having the [100] orientation in the core when the portion from the center of the cross section of the ball joint to the half of the joint ball radius D is used as the core The gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the ratio is 3 or less.
(4) A gold bonding wire in which a ball part formed at an end part is joined to a substrate electrode part, and the substrate surface and a horizontal direction in the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint part in the horizontal direction. Crystal grains having a [111] orientation relative to the area of the crystal grains having a [100] orientation in the outer peripheral portion when a portion outside 2/3 of the joint ball radius D from the center of the cross section of the ball connecting portion is taken as the outer peripheral portion. A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the area ratio is 0.9 or more.
(5) A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end is bonded to a substrate electrode portion, and of the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball bonding portion in the horizontal direction with respect to the substrate surface. A crystal having a [111] orientation in at least one of the outermost peripheral region which is a portion outside 4/5 of the ball radius D from the center of the cross section of the ball joint portion and the outermost crystal grain included in the outermost peripheral region A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the total area ratio of grains is 50% or more.
(6) A crystal having a [111] orientation in the body region, wherein a region that does not belong to either the outermost peripheral region or the outermost crystal grain included in the outermost peripheral region in the ball joint cross section The gold bonding wire for a semiconductor device according to (5), wherein the total area ratio of the grains is 40% or less.
(7) A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end portion is bonded to a substrate electrode portion, and the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball bonding portion in the horizontal direction with respect to the substrate surface is [ 112], [113], [114], a gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the total area ratio of crystal grains having the [115] orientation is in the range of 3 to 40%.
(8) When the length of the line segment passing through the center of gravity of the cross section of the ball joint is d, the relationship between the average value M and the standard deviation SD when the length d is measured at any three or more locations of the cross section Is a gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of the above (1) to (5), wherein SD / M ≦ 0.3 is satisfied.
(9) It consists of a main component of the bonding wire and a main component of the electrode part at the bonding interface between the ball part of the gold bonding wire and the substrate electrode part in which the ball part formed at the end is bonded to the substrate electrode part. The gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of (1) to (6), wherein the formation ratio of the intermetallic compound is 65% or more of the entire bonding interface.
(10) A gold bonding wire that forms a ball portion at an end portion, and has a [100] orientation among crystal orientations in the wire longitudinal direction in a crystal grain structure of a cross section perpendicular to the wire longitudinal direction of the ball portion A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the ratio of the area of crystal grains having [111] orientation to the area of crystal grains is 1.1 or more.
(11) A gold bonding wire for forming a ball part at an end, and in a crystal grain structure of a cross section perpendicular to the wire longitudinal direction of the ball part, [111 A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the area ratio of crystal grains having an orientation is 35% or more.
(12) A gold bonding wire that forms a ball portion at an end, and a portion from the center of the ball portion to 1/2 of the ball radius R in a crystal grain structure of a cross section perpendicular to the wire longitudinal direction of the ball portion Is the ratio Rd of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the [100] orientation out of the crystal orientation in the longitudinal direction of the wire in the central area, The ratio Ra of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the [100] orientation is | 1-Rd / Ra | ≦ 3. The gold bonding wire for semiconductor devices as described.
(13) In the crystal grain structure in the longitudinal cross section of the wire portion excluding the heat affected zone of the gold bonding wire, the crystal structure is divided into 3 for every 1/3 of the wire radius L from the center of the wire, and the center portion (c), inner layer Of the crystal orientations in the wire longitudinal direction in the part (g) and the outer layer part (s), the ratio of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the [100] orientation is Lc, Lg, Ls, respectively. As described above, a gold bonding wire for a semiconductor device satisfying at least two of the relationships of Lc ≦ 3, Lg ≧ 0.8, and Ls ≧ 0.5.
(14) The above (1) to (5), (8), (9), wherein the [111] orientation and [100] orientation crystal grains have an inclination of 10 ° or less with respect to the longitudinal direction of the bonding wire. (11) A gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of (11).
(15) In the crystal grains in the cross section, the ratio of the crystal grain boundaries in which the angle difference between the orientations of adjacent crystal grains is 30 ° or less occupies 50% or more of the grain boundaries of all crystal grains. (5), (8), (9), The gold bonding wire for semiconductor devices in any one of (11).
(16) The above (1) to (7), (10), (11), (11), wherein the number of crystal grains in the cross-sectional structure of the ball part or ball joint part is 0.005 to 0.1 / μm 2. The gold bonding wire for semiconductor devices as described in 13).
(17) Any of (1) to (7), (10), (11), and (13) above, wherein the standard deviation of the crystal grain size in the cross-sectional structure of the ball portion or ball joint portion is 1.5 μm or less. Gold bonding wires for semiconductor devices as described in 1.
(18) Au as a main component and additive components: Be: 0.0001 to 0.0008 mass%, Ca: 0.001 to 0.005 mass%, Eu: 0.0005 to 0.004 mass%, Nd : 0.0005-0.004 mass%, Yb: 0.0005-0.005 mass%, Cu: 0.001-0.4 mass%, Pd: 0.001-0.6 mass%, Ag, Mn The gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 17, wherein 0.0005 to 0.2 mass of one or more of Pt is contained.
(19) Using the gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of (1) to (18), ball bonding and wedge bonding are repeatedly performed on an electrode portion formed on a semiconductor chip and a substrate, A bonding method of a gold bonding wire for connecting a bonding portion and a bonding wire, wherein a ball portion is formed by arc discharge at an end portion of the bonding wire, and when the ball portion is bonded to an electrode portion on a semiconductor chip, When the wire diameter is 2L, the length of the deformed end whose wedge-bonded diameter is 10% or more thinner than the original diameter is 0.8L-4L. The gold bonder is characterized in that arc discharge is performed from the direction in which the angle of 0 to 45 ° is applied to form a ball portion having a radius of 1.2 L to 2.0 L, and then the ball bonding is performed. Connection method of Nguwaiya.
(20) A semiconductor device in which an electrode portion on a semiconductor substrate and an external terminal are connected by a bonding wire, and a [100] orientation is selected from crystal orientations in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint portion in the horizontal direction with the substrate surface. A semiconductor device including a ball bonding portion in which a ratio of an area of a crystal grain having a [111] orientation to a crystal grain area is 1.1 or more.
(21) A semiconductor device in which an electrode part on a semiconductor substrate and an external terminal are connected by a bonding wire, and the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint in the horizontal direction with respect to the substrate surface is [ A semiconductor device comprising a ball bonding portion in which an area ratio of crystal grains having a [111] orientation and a [100] orientation is in a range of 30 to 95%.
(22) A semiconductor device in which an electrode portion on a semiconductor substrate and an external terminal are connected by a bonding wire, and the substrate surface and the horizontal direction in the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint portion in the horizontal direction The area of the crystal grain having the [111] orientation relative to the area of the crystal grain having the [100] orientation in the core when the portion from the center of the cross section of the ball joint to the half of the joint ball radius D is used as the core A semiconductor device having a ball joint portion with a ratio of 3 or less.
(23) A semiconductor device in which an electrode portion on a semiconductor substrate and an external terminal are connected by a bonding wire, and the substrate surface and a horizontal direction in the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint portion in the horizontal direction Crystal grains having a [111] orientation with respect to the area of the crystal grains having a [100] orientation in the outer peripheral portion when a portion outside 2/3 of the bonding ball radius D from the center of the cross section of the ball connecting portion is taken as the outer peripheral portion. A semiconductor device comprising a ball bonding portion having an area ratio of 0.9 or more.
(24) A semiconductor device in which an electrode part on a semiconductor substrate and an external terminal are connected by a bonding wire, and a crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint portion in the horizontal direction with respect to the substrate surface is [ 112], [113], [114], a semiconductor device characterized by having a ball bonding portion in which the total area ratio of crystal grains having the [115] orientation is in the range of 3 to 40%.

本発明のボンディングワイヤ及び接続方法を用いると、形状、寸法等が安定したボール部をワイヤ端に形成し、該ボール部を基板電極部に接合した際に、真円性が良好な安定したボール接合部を得たり、接合強度を高めることができる。したがって、本発明のボンディングワイヤを用いれば、狭ピッチ化による高密度実装、低温接合性を向上することで基板への接合性も高めることができ、さらにボール接合部の高温信頼性を改善すること、さらに、強度等の機械的特性、ループ制御性等も高めるが可能となる。   When the bonding wire and the connection method of the present invention are used, a ball portion having a stable shape, dimensions, etc. is formed at the end of the wire, and when the ball portion is joined to the substrate electrode portion, a stable ball having good roundness A joint part can be obtained and joint strength can be raised. Therefore, by using the bonding wire of the present invention, it is possible to improve the high-temperature mounting and the low-temperature bonding property by narrowing the pitch, thereby improving the bonding property to the substrate, and further improving the high-temperature reliability of the ball bonding portion. Furthermore, mechanical properties such as strength, loop controllability, etc. can be improved.

アーク放電により溶融して形成した金ボンディングワイヤ端部のボール部では、ワイヤ方向の熱伝導の影響を受け易く、ワイヤの組織とは大きく異なる凝固組織が形成される。このボール部の凝固組織について、ボール部をエッチングして外観検査あるいは、断面研磨したボール内部の組織観察等が行われてはいたものの、ボール部の結晶方位等については殆ど明らかにされていなかった。ボール部及びボール接合部の組織と、狭ピッチワイヤでのボール変形、接合強度、信頼性の関係等も知られておらず、結晶方位を制御する取組みも行われていなかった。   In the ball portion at the end of the gold bonding wire formed by melting by arc discharge, it is easily affected by heat conduction in the wire direction, and a solidified structure different from the wire structure is formed. As for the solidified structure of the ball part, the ball part was etched to make an appearance inspection or the structure inside the ball was polished, but the crystal orientation of the ball part was hardly clarified. . The relationship between the structure of the ball part and the ball joint part, ball deformation with a narrow pitch wire, joint strength, reliability, and the like are not known, and no effort has been made to control the crystal orientation.

ボール部及びボール接合部の組織とこれら接合特性との関係に注目し、ボール部及びボール接合部の結晶方位を制御することにより、ボール接合部の形状、サイズ管理、接合強度等を向上できること、さらに、これらのボール部及びボール接合部の組織を改善するには、金ボンディングワイヤの組織制御、接合条件等が有効であることを初めて見出した。こうしたボール組織の制御は、ワイヤ成分による改質だけに頼っていた従来のワイヤ開発とは、大きく異なる材料設計である。ワイヤの集合組織、ボール部の凝固組織及びボール接合部の変形組織等を制御することは、接合性、接合信頼性の向上に加えて、さらに高強度、ループ制御性、ワイヤ流れ抑制等も含めて総合的な使用性能の改善にも有効である。   Pay attention to the relationship between the structure of the ball part and the ball joint part and these joining characteristics, and by controlling the crystal orientation of the ball part and the ball joint part, the shape, size management, joint strength, etc. of the ball joint part can be improved. Furthermore, it has been found for the first time that the structure control of gold bonding wires, bonding conditions, and the like are effective in improving the structure of these ball portions and ball bonding portions. Such control of the ball structure is a material design that differs greatly from conventional wire development that relies solely on modification by wire components. Controlling the texture of the wire, the solidified structure of the ball and the deformed structure of the ball joint includes, in addition to improved bondability and joint reliability, higher strength, loop controllability, wire flow suppression, etc. It is also effective in improving overall usage performance.

以下に、本発明に係わる半導体装置用金ボンディングワイヤ及びそのワイヤによるボール接合部、接続法等について説明する。   Hereinafter, a gold bonding wire for a semiconductor device according to the present invention, a ball bonding portion using the wire, a connection method, and the like will be described.

汎用金ワイヤを用いてボール部の組織を調べたところ、結晶粒が大きく成長した凝固組織であり、ワイヤ長手方向の結晶方位を測定すると、Au等fcc金属で一般的に観察される[111]、[100]、[110]方位やさらなる高次の方位等多くの結晶方位が観察され、これら結晶方位の分布は定まっておらず、また、多数のボール部及びボール接合部で観察された凝固組織を比較すると、結晶方位の割合等も一定でなく、大きく変動している場合が多いことを確認した。そのボール部を電極部に接続する際、荷重、超音波振動の印加等により、ボール部は相当の塑性変形を受けるため、ボール接合部の変形加工組織は、ボール部の凝固組織と異なる様相を呈することが確認された。例えば、汎用金ワイヤの先端に従来条件で形成したボール部を接合したボール接合部の変形加工組織では、[111]、[100]方位等の揃った方位は比較的少なく、種々の結晶方位が回転した中間的な方位等も多く観察されること、さらに結晶方位の割合や分布等はボール部の個体差が大きいこと等が確認された。   When the structure of the ball portion was examined using a general-purpose gold wire, it was a solidified structure in which crystal grains grew greatly. When the crystal orientation in the longitudinal direction of the wire was measured, it is generally observed in fcc metals such as Au [111] , [100], [110] orientations, and higher crystal orientations are observed, the distribution of these crystal orientations is not fixed, and solidification observed in many ball parts and ball joints When the structures were compared, it was confirmed that the crystal orientation ratio was not constant and often fluctuated greatly. When the ball part is connected to the electrode part, the ball part undergoes considerable plastic deformation due to the application of load, ultrasonic vibration, etc., so the deformed processed structure of the ball joint part has a different aspect from the solidified structure of the ball part. It was confirmed to be present. For example, in a deformed structure of a ball joint portion in which a ball portion formed under conventional conditions is joined to the tip of a general-purpose gold wire, there are relatively few orientations such as [111] and [100] orientations, and there are various crystal orientations. It was confirmed that a lot of rotated intermediate orientations were observed, and that the ratio and distribution of crystal orientations had a large individual difference in the ball part.

結晶方位[hkl]では、h、k、lの順番と正負の異なる場合も同類の方位で表記が異なるだけであるため、本発明の表記ではh、k、lの順番と正負が異なる場合も含めて、[hkl]で代表例として用いる。例えば、[111]、[−111]、[−1−11]、[1−11]等は全て[111]で代表し、[100]、[010]、[00−1]等は全て[100]で代表して、表記することとする。   In the crystal orientation [hkl], even if the order of h, k, and l is different from the order of positive and negative, only the notation is different in the same direction, so the order of h, k, and l may differ from the order of h, k, and l. Including [hkl] is used as a representative example. For example, [111], [−111], [−1-11], [1-11], etc. are all represented by [111], and [100], [010], [00-1], etc. are all represented by [ 100] as a representative.

こうした従来のボール部及びボール接合部の組織を用いて、狭ピッチ接続や低温接続等の最新のパッケージ技術に適用すると、ボール変形時に楕円状等の変形異方性の発生、狭ピッチの低温接合時に接合界面での剥離不良、接合強度のバラツキが大きくなる等、多くの問題の原因となっていた。   When applied to the latest packaging technologies such as narrow pitch connection and low temperature connection using the conventional structure of the ball and ball joints, deformation anisotropy such as an elliptical shape occurs when the ball is deformed, and low pitch bonding at a narrow pitch. Occasionally, it caused many problems such as poor peeling at the bonding interface and large variations in bonding strength.

それに対し、端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合(以下では、[111]/[100]の面積割合と略記)を1.1以上とすることで、そのボール部を電極上に接続したボール接合部の楕円状変形を抑え、真円性の良好なボール接合部が得られることを見出した。   On the other hand, it is a gold bonding wire in which the ball part formed at the end part is joined to the substrate electrode part, and the [100] orientation is selected from the crystal orientations in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint part in the horizontal direction with the substrate surface. The ratio of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains (hereinafter abbreviated as [111] / [100] area ratio) is 1.1 or more, so that the ball portion It was found that a ball joint with good roundness can be obtained by suppressing the elliptical deformation of the ball joint connected on the electrode.

ボール接合部内の[111]/[100]の面積割合が1.1以上の範囲とした理由は、1.1未満では楕円状変形の発生頻度が増加するためである。好ましくは、この[111]/[100]の面積割合が1.3以上であることがより望ましい。これは、面積比が1.3以上であれば、超音波振動の出力を高めても楕円状の変形を抑える効果が強く、ボール接合部の真円性を高めることができるためである。さらにより好ましくは、[111]/[100]の面積割合を1.7以上とすることで、ボール変形の促進効果をより一層高めることができ、ワイヤの線径Lに対する接合前のボール部の直径Dの比率D/Lが1.3〜1.8程度の小ボール接合における生産性を向上できる。また、[111]/[100]の面積割合の上限について、特に制限はないが、40未満であれば、安定製造が比較的容易である。   The reason why the area ratio of [111] / [100] in the ball joint is set to 1.1 or more is that if it is less than 1.1, the frequency of occurrence of elliptical deformation increases. Preferably, the [111] / [100] area ratio is 1.3 or more. This is because if the area ratio is 1.3 or more, the effect of suppressing elliptical deformation is strong even if the output of the ultrasonic vibration is increased, and the roundness of the ball joint can be increased. Even more preferably, by setting the area ratio of [111] / [100] to 1.7 or more, the effect of promoting the deformation of the ball can be further enhanced, and the ball portion before joining to the wire diameter L of the wire can be improved. It is possible to improve productivity in small ball joining in which the ratio D / L of the diameter D is about 1.3 to 1.8. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the upper limit of the area ratio of [111] / [100], but if it is less than 40, stable manufacture is comparatively easy.

基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[111]方位及び[100] 方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲であるボール接合部とすることにより、真円性を向上できる。中でも、ボール接合部の中心がその直上ワイヤの中心からずれることによる偏芯を抑制する効果が高く、真円性を向上して、ボール接合部の位置精度を高めることができる。ボール接合部の形態について、ボール接合部の中心とワイヤの中心がほぼ一致する良好な場合を図1(a)、ボール接合部の中心がずれる偏芯を図1(b)に示す。   Of the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint in the horizontal direction with the substrate surface, the area ratio of crystal grains having [111] orientation and [100] orientation to all crystal grains is in the range of 30 to 95%. Roundness can be improved by using a ball joint. Especially, the effect which suppresses eccentricity by the center of a ball | bowl joint part having shifted | deviated from the center of the wire immediately above is high, roundness can be improved, and the positional accuracy of a ball | bowl joint part can be improved. As for the form of the ball joint portion, FIG. 1A shows an excellent case where the center of the ball joint portion and the center of the wire substantially coincide with each other, and FIG.

ボール接合部内の[111]方位と[100]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が30%未満であれば、偏芯を抑制する効果が十分でなく、また、汎用で使用される接合装置や接合冶具(キャピラリ)等のバラツキ等を考慮すると、95%超を量産で安定して実現することが難しいためである。また、好ましくは、[111]方位と[100] 方位の面積比率の合計が40〜80%の範囲であれば、ボール接合部のサイズを安定化させることが容易となる。   If the sum of the area ratios of crystal grains having the [111] orientation and the [100] orientation in the ball joint is less than 30%, the effect of suppressing the eccentricity is not sufficient, and the joining device used for general purposes This is because it is difficult to stably achieve more than 95% in mass production in consideration of variations such as the bonding jig (capillary). Preferably, if the total area ratio of the [111] orientation and the [100] orientation is in the range of 40 to 80%, the size of the ball joint portion can be easily stabilized.

ボール接合部内の平均的な方位制御に加えて、ボール接合部内の結晶粒の方位分布、あるいは、局所部での組織制御等が、ボール接合部の真円変形を促進するのに有効である。以下に、具体例を説明する。   In addition to the average orientation control in the ball joint, the crystal grain orientation distribution in the ball joint or the structure control in the local portion is effective for promoting the perfect circle deformation of the ball joint. A specific example will be described below.

基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心からボール半径Dの1/2までの部位を芯部としたとき、芯部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が3以下であることで、接合部の位置ずれを低減することができ、狭ピッチ接続等に有利である。これは、芯部における[111]/[100]の面積割合が3超であれば、ボール部が電極に接触して初期の変形を起こす際に、ボール部の変形がある方向に優先的に進行して、ボール接合部の位置ずれが発生するためである。好ましくは、芯部における[111]/[100]の面積割合が0.05〜2の範囲とすることで、ボール接合界面の中央近傍で酸化膜の破壊を促進したり、化合物の成長を助長すること等により、接合強度をさらに高めることができる。また、芯部における[111]/[100]の面積割合が3以下であり、且つ、[111]/[100]の面積割合が1.1以上であるか、あるいは[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲であることで、接合強度を高める効果も増進することができ、低温接続等に有利である。   Of the crystal orientation in the direction perpendicular to the cross section in the cross section of the ball joint in the horizontal direction with the surface of the substrate, when the portion from the center of the cross section of the ball joint in the horizontal direction in the horizontal direction to the half of the ball radius D is used as the core Since the ratio of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the [100] orientation in the core is 3 or less, the positional deviation of the joint can be reduced, and the narrow pitch connection Etc. are advantageous. If the area ratio of [111] / [100] in the core part is more than 3, when the ball part comes into contact with the electrode and causes initial deformation, the ball part is preferentially deformed. This is because the position shift of the ball joint occurs due to the progress. Preferably, by setting the area ratio of [111] / [100] in the core to be in the range of 0.05 to 2, the destruction of the oxide film is promoted near the center of the ball bonding interface or the growth of the compound is promoted. By doing so, the bonding strength can be further increased. Also, the area ratio of [111] / [100] in the core is 3 or less and the area ratio of [111] / [100] is 1.1 or more, or [111] orientation and [100 ] When the area ratio of crystal grains having an orientation is in the range of 30 to 95%, the effect of increasing the bonding strength can be enhanced, which is advantageous for low-temperature connection or the like.

また、組織の分布に関し、ボール接合部の中心から接合ボール半径Dの2/3の位置から外側の部位を外周部としたとき、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、外周部での[111]/[100]の面積割合を0.9以上とすることで、ボール接合部の外側に花弁状の凹凸が形成される不良を抑制し、真円性をより高めることができる。ボール接合部の外側の凹凸の模式図を図1(c)に示す。   In addition, regarding the distribution of the structure, when the outer portion from the position of 2/3 of the bonding ball radius D from the center of the ball bonding portion is defined as the outer peripheral portion, the cross section in the direction perpendicular to the cross section of the ball bonding portion in the horizontal direction with respect to the substrate surface is used. By setting the area ratio of [111] / [100] at the outer peripheral portion in the crystal orientation to be 0.9 or more, a defect in which petal-like irregularities are formed outside the ball joint portion is suppressed, and a perfect circle The sex can be increased. A schematic diagram of the irregularities on the outside of the ball joint is shown in FIG.

ボール接合部の花弁状変形が顕著になると、接合強度を確保することが難しくなったり、製造工程で一般的に行われているボール接合サイズの平均値の管理では、量産性を安定化させることが困難となる場合がある。これに対し、外周部での[111]/[100]の面積割合を0.9以上にすれば、外周部の結晶粒がほぼ均一に変形する効果を高められる。好ましくは、1.1〜20の範囲とすることで、花弁状変形を抑制する効果をより高めることができる。   When the petal-like deformation of the ball joint becomes prominent, it becomes difficult to secure the joint strength, or the management of the average value of the ball joint size generally performed in the manufacturing process stabilizes the mass productivity. May be difficult. On the other hand, if the area ratio of [111] / [100] at the outer peripheral portion is set to 0.9 or more, the effect that the crystal grains of the outer peripheral portion deform almost uniformly can be enhanced. Preferably, the effect which suppresses a petal-like deformation can be heightened more by setting it as the range of 1.1-20.

基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心からボール半径Dの4/5から外側の部位である最外周領域、又は、該最外周領域に含まれる最も外側の結晶粒の少なくとも一方において、[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が50%以上であることで、接合性が比較的難しいパッド電極部における接合性を向上することができる。電極表面の酸化膜、汚染層等の微視的変形、破壊を促進するには、ボールの最も外側の結晶粒の結晶方位を制御することが有効である。ここで、ボール接合部断面の中でも、ボール表面の結晶粒の方位制御が最も有効であるが、この結晶粒が大き過ぎたり、隣接する結晶粒との方位差が小さく、粒界の判断が難しい場合等には、ボール半径Dの4/5から外側の部位である最外周領域の結晶粒の方位でも同様の効果が得られることを見出した。ここで、[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が50%以上であれば、接合強度を増加させる効果が高められ、好ましくは、65%以上であれば、剥離等の不良率を低減する高い効果が得られる。接合性が難しいパッド電極の表面構造としては、アルミ酸化膜が比較的厚い場合、有機膜、フッ化膜等の汚染層が存在する場合である。好ましくは65%以上であれば、有機膜、フッ化膜等の汚染層の場合にも、不着率を低減する高い効果が得られる。また、65%以上であれば、パッド電極の材質が銅の場合にも有効であり、上記の銅の酸化膜を破壊して良好な金属接合を得るにも、ボール表面の結晶粒の方位制御が有効である。   Of the crystal orientation in the direction perpendicular to the cross-section in the cross section of the ball joint in the horizontal direction with the substrate surface, the outermost peripheral region that is a portion outside the radius 4/5 from the center of the cross section of the ball joint in the horizontal direction with the substrate surface Alternatively, in at least one of the outermost crystal grains included in the outermost peripheral region, the total of the area ratio of the crystal grains having the [111] orientation is 50% or more, so that the pad electrode is relatively difficult to bond. Bondability at the part can be improved. It is effective to control the crystal orientation of the outermost crystal grains of the ball in order to promote microscopic deformation and destruction of the oxide film and the contamination layer on the electrode surface. Here, the orientation control of crystal grains on the ball surface is the most effective in the cross section of the ball joint, but this crystal grain is too large, or the orientation difference between adjacent crystal grains is small, making it difficult to determine the grain boundary. In some cases, it has been found that the same effect can be obtained even in the orientation of crystal grains in the outermost peripheral region, which is an outer portion from 4/5 of the ball radius D. Here, if the total area ratio of the grains having the [111] orientation is 50% or more, the effect of increasing the bonding strength is enhanced. Preferably, if it is 65% or more, the defect rate such as peeling is reduced. A high effect of reducing can be obtained. The surface structure of the pad electrode that is difficult to bond is when the aluminum oxide film is relatively thick or when there is a contaminated layer such as an organic film or a fluoride film. If it is preferably 65% or more, even in the case of a contaminated layer such as an organic film or a fluoride film, a high effect of reducing the non-sticking rate can be obtained. Further, if it is 65% or more, it is effective even when the material of the pad electrode is copper. In order to obtain a good metal bond by destroying the copper oxide film, the orientation control of crystal grains on the ball surface is possible. Is effective.

また、最外周領域又は該最外周領域に含まれる最も外側の結晶粒における結晶方位が上記範囲内であり、さらに、それ以外の領域である、該最外周領域に含まれる最も外側の結晶粒のどちらにも含まれない領域を胴体領域とし、該胴体領域において[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が40%以下であることにより、キャピラリの使用回数(寿命)を改善して生産性を高めたり、電極下のチップへの損傷を抑制する高い効果が得られる。キャピラリ先端部において、ボンディング時の磨耗を低減したり、付着汚れを軽減することで、キャピラリ寿命を延長することが望まれているが、胴体領域の[111]方位を減少することで、寿命を延ばす効果が高まる。また、最外周領域の結晶粒における[111]方位を高めることで、接合強度を高める反面、ダメージを受け易いパッド電極の構造の場合に損傷を与える原因ともなる。それに対し、胴体領域の[111]方位を40%以下にすることで、パッド電極への損傷を低減することができる。   Further, the crystal orientation in the outermost peripheral region or the outermost crystal grains included in the outermost peripheral region is within the above range, and the outermost crystal grains included in the outermost peripheral region, which are other regions. A region not included in either is defined as a body region, and the total area ratio of crystal grains having [111] orientation in the body region is 40% or less, thereby improving the number of times the capillary is used (life). A high effect of improving the property and suppressing damage to the chip under the electrode can be obtained. At the tip of the capillary, it is desirable to extend the life of the capillary by reducing wear during bonding or reducing adhesion dirt, but by reducing the [111] orientation of the body region, the life can be reduced. Prolongs the effect. In addition, increasing the [111] orientation in the crystal grains in the outermost peripheral region increases the bonding strength, but also causes damage in the case of a pad electrode structure that is susceptible to damage. On the other hand, the damage to the pad electrode can be reduced by setting the [111] orientation of the body region to 40% or less.

基板表面と水平方向のボール接合部断面の結晶粒組織において、全結晶粒に対する[112]、[113]、[114]、[115]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が3〜40%の範囲であるボール接合部とすることにより、ボール部の直下のチップ又は電極内部への損傷を低減できる。小ボール接合、Cu配線と低誘電膜とが交互に形成された電極構造等の場合に、チップ又は電極内部に損傷を与えることが問題である。その改善には、ボール接合部断面の[111]方位及び[100]方位の管理だけでは困難であり、[112]、[113]、[114]、[115]方位等の制御が有効であることを見出した。これら3種の方位を有する結晶粒の面積比率の合計が3%未満であれば、損傷を抑制する効果が十分でなく、また、汎用で使用される接合装置や接合冶具(キャピラリ)等の性能バラツキ等を考慮すると、40%超を量産で安定して実現することが難しいためである。   In the crystal grain structure of the cross section of the ball joint in the horizontal direction with the substrate surface, the total area ratio of crystal grains having [112], [113], [114] and [115] orientations with respect to all crystal grains is 3 to 40%. By using the ball joint portion in the range, it is possible to reduce damage to the chip or the electrode directly under the ball portion. In the case of an electrode structure or the like in which small ball joints, Cu wirings and low dielectric films are alternately formed, it is a problem to damage the chip or the inside of the electrode. In order to improve this, it is difficult to manage only the [111] and [100] orientations of the ball joint cross section, and the control of [112], [113], [114], [115] orientations, etc. is effective. I found out. If the total area ratio of the crystal grains having these three orientations is less than 3%, the effect of suppressing damage is not sufficient, and the performance of a general-purpose joining device or joining jig (capillary) is used. This is because it is difficult to stably realize more than 40% in mass production in consideration of variations and the like.

また、好ましくは、ボール接合部断面において、[112]、[113]、[114]、[115]方位の面積比率の合計が3〜40%の範囲であり、且つ、[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積率が上述した関係を満足することで、ボール部の形状を真円状に保ちつつ、チップ等への損傷も低減できる。例えば、[111]/[100]の面積割合が1.1以上、あるいは[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲、芯部の[111]/[100]の面積割合を1.5以下等の結晶方位条件と併用することで、これらの効果との相乗作用を利用することができる。   Preferably, in the ball joint cross section, the sum of the area ratios of the [112], [113], [114], and [115] orientations is in the range of 3 to 40%, and the [111] orientation and [ When the area ratio of the crystal grains having the [100] orientation satisfies the above-described relationship, damage to the chip or the like can be reduced while keeping the shape of the ball portion in a perfect circle. For example, the area ratio of [111] / [100] is 1.1 or more, or the area ratio of crystal grains having [111] orientation and [100] orientation is 30 to 95%, [111] / [ By using the area ratio of [100] together with the crystal orientation condition such as 1.5 or less, a synergistic effect with these effects can be utilized.

前述した花弁状のボール変形は、従来の比較的大きいボールでは発生頻度が低いため問題となるケースは少なかったが、今後の小ボール接合、電極膜の変化、高速接続等のニーズに伴い、不安定なボール変形、接合強度の低下等、生産性に影響を及ぼすことが懸念される。従来のボール変形の評価法であった、超音波印加方位と平行なY方向とそれに垂直なX方向での圧着径の平均値及び偏差等の測定では、真円からのずれを正確に評価することは困難である。例えば、ボール周辺が凹凸となる花弁状の変形が顕著でも、X方向とY方向の見かけ上の変形長さが同等になる場合が多かった。ボール変形の管理規準を明確にすることで、花弁状の変形を低減し、また、それを実現できる、本発明に関する組織で構成されるボール接合部及びボール部を形成できるボンディングワイヤの性能を積極活用するためにも、ボール変形の評価法も重要となる。   The above-mentioned petal-shaped ball deformation is less likely to be a problem due to the low occurrence frequency of conventional relatively large balls. However, the petal-shaped ball deformation is not suitable for future needs such as small ball bonding, electrode film change, and high-speed connection. There is a concern that productivity may be affected, such as stable ball deformation and reduction in bonding strength. In the conventional ball deformation evaluation method, such as the average value and deviation of the crimp diameter in the Y direction parallel to the ultrasonic application direction and the X direction perpendicular thereto, the deviation from the perfect circle is accurately evaluated. It is difficult. For example, even if the petal-like deformation in which the periphery of the ball is uneven is remarkable, the apparent deformation length in the X direction and the Y direction is often the same. By clarifying the ball deformation management criteria, the petal-like deformation can be reduced, and the performance of the bonding wire composed of the structure according to the present invention and the bonding wire capable of forming the ball portion can be realized. An evaluation method for ball deformation is also important for use.

具体的には、ボール接合部断面の重心を通る線分の長さをdとしたとき、該断面の任意の3箇所以上で長さdを測定した場合の平均値Mと標準偏差SDとの関係が、SD/M≦0.3を満足できるボンディングワイヤであれば、パッド開口部からのボール部のはみ出しを抑制し、接合強度を安定化させること等により、生産性を向上することができる。ここで、重心を通る線分を3本以上測定することで、花弁状のボール変形の程度を把握することができ、さらに、SD/M≦0.2の関係を満足させることで十分な真円性が得られ、良好なボール接合性を確保することができるためである。好ましくは、SD/M≦0.15であれば、真円性がさらに高く、ピッチが50μm以下での小ボール接合でも良好な結果が得られる。   Specifically, when the length of the line segment passing through the center of gravity of the cross section of the ball joint portion is d, the average value M and the standard deviation SD when the length d is measured at three or more arbitrary locations in the cross section. If the relationship is a bonding wire that satisfies SD / M ≦ 0.3, productivity can be improved by suppressing the protrusion of the ball from the pad opening and stabilizing the bonding strength. . Here, by measuring three or more line segments passing through the center of gravity, it is possible to grasp the degree of petal-like ball deformation, and it is sufficient to satisfy the relationship SD / M ≦ 0.2. This is because circularity is obtained and good ball bondability can be secured. Preferably, if SD / M ≦ 0.15, the roundness is even higher, and good results can be obtained even with small ball bonding with a pitch of 50 μm or less.

ボール部と電極部との接合部における接合強度の値は、接合面積、及び、接合界面の金属間化合物相の成長に左右される。ここでの金属間化合物は、ボンディングワイヤの主要構成成分と該電極部の主要構成成分が相互拡散することで生成する化合物である。これまでAuワイヤとAl電極との接合界面には、Au−Al化合物相が形成することは知られており、その相成長を促進するための荷重、超音波振動、加熱等が行われている。しかし、化合物成長とワイヤ材料との関係は知られておらず、4N系の高純度Auでは微量添加元素による化合物成長の差異は小さく、ボール部の硬さ等が検討されているに過ぎなかった。本発明のボール接合部及びボール部の組織、結晶方位等を形成できるボンディングワイヤを用いることで、接合界面の金属間化合物相の成長を促進し、接合強度を安定して高められることが確認された。   The value of the bonding strength at the bonding portion between the ball portion and the electrode portion depends on the bonding area and the growth of the intermetallic compound phase at the bonding interface. The intermetallic compound here is a compound produced by the mutual diffusion of the main constituent components of the bonding wire and the main constituent components of the electrode section. Up to now, it has been known that an Au—Al compound phase is formed at the bonding interface between the Au wire and the Al electrode, and loads, ultrasonic vibrations, heating, etc. are performed to promote the phase growth. . However, the relationship between compound growth and wire material is not known, and in 4N high-purity Au, the difference in compound growth due to a small amount of added elements is small, and only the hardness of the ball part has been studied. . It was confirmed that by using the bonding wire capable of forming the ball bonding portion and the structure of the ball portion, the crystal orientation, etc. of the present invention, the growth of the intermetallic compound phase at the bonding interface is promoted, and the bonding strength can be stably increased. It was.

すなわち、ボール部と基板電極部の接合界面において、ボンディングワイヤの主要構成成分と該電極部の主要構成成分とからなる金属間化合物の形成割合が接合界面全体の65%以上である金ボンディングワイヤであれば、接合強度を増加して量産生産性を高めたり、半導体が使用されるときの接合部の長期信頼性を向上することができる。ここで、化合物の形成割合が接合界面全体の65%以上であれば、今後の高速ボンディング、小ボール接合等に十分対応することができるためである。好ましくは、化合物の形成割合が75%以上であれば、基板への低温接合の歩留まりを向上させられる。より好ましくは、化合物の形成割合が85%以上であれば、高温の使用環境又は高周波ICの高温動作等でもボイド、クラック等を抑えて、接合部の長期信頼性を向上することができる。   That is, at the bonding interface between the ball portion and the substrate electrode portion, a gold bonding wire in which the formation ratio of the intermetallic compound composed of the main constituent component of the bonding wire and the main constituent component of the electrode portion is 65% or more of the entire bonding interface. If there is, it is possible to increase the bonding strength and increase the mass production productivity, or to improve the long-term reliability of the bonded portion when the semiconductor is used. Here, if the compound formation ratio is 65% or more of the entire bonding interface, it can sufficiently cope with future high-speed bonding, small ball bonding, and the like. Preferably, when the compound formation ratio is 75% or more, the yield of low-temperature bonding to the substrate can be improved. More preferably, if the formation ratio of the compound is 85% or more, the long-term reliability of the joint can be improved by suppressing voids, cracks and the like even in a high temperature use environment or high temperature operation of a high frequency IC.

例えば、ボール部断面の[111]/[100]の面積割合が1.1以上するボンディングワイヤ、又は、[111]方位の面積比率が35%以上であるボンディングワイヤ、あるいはボール接合部の断面の[111]/[100]の面積割合を1.1以上とするボンディングワイヤであれば、前述された金属間化合物の形成割合を接合界面全体の65%以上に高めることも比較的容易となる。   For example, a bonding wire having a [111] / [100] area ratio of 1.1 or more in the ball section, a bonding wire having a [111] orientation area ratio of 35% or more, or a cross section of the ball bonding section. If the bonding wire has an area ratio of [111] / [100] of 1.1 or more, it is relatively easy to increase the formation ratio of the intermetallic compound described above to 65% or more of the entire bonding interface.

化合物形成に関して、上記の接合界面全体での平均的管理に加え、分布を制御することも有効である。基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの1/2までの部位を中央部、その周囲を外周部とすると、中央部での化合物の形成割合が75%以上となるボンディングワイヤであれば、45μm以下の狭ピッチ接続での生産歩留まりを高めることができる。また、該外周部での化合物の形成割合が70%以上となるボンディングワイヤであれば、基板、テープ等の使用に適した160℃以下の低温接続で、量産性を低下させる主因である接合界面の剥離不良を低減することに有利である。   Regarding compound formation, it is also effective to control the distribution in addition to the above average control over the entire bonding interface. When the portion from the center of the cross section of the ball joint in the horizontal direction to the substrate surface to 1/2 of the joint ball radius D is the central portion and the periphery is the outer peripheral portion, the compound formation ratio at the central portion is 75% or more. If it is a bonding wire, the production yield in the narrow pitch connection of 45 micrometers or less can be raised. In addition, if the bonding wire has a compound formation ratio of 70% or more at the outer peripheral portion, the bonding interface is the main cause of lowering the mass productivity at a low temperature connection of 160 ° C. or lower suitable for the use of substrates, tapes, etc. It is advantageous to reduce the peeling failure.

前述した結晶方位のボール接合部を形成できるボンディングワイヤを用いて、半導体基板上の電極部と外部端子とを接続する半導体装置であって、前述したボール接合部の組織を特徴とする狭ピッチ接合、高密度実装等に十分対応できる。すなわち、この場合のボール接合部の組織の特徴には5種類あり、具体的には、(a)基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が1.1以上であること、(b)全結晶粒に対する[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲であること、(c)ボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの1/2までの部位を芯部としたとき、芯部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が3以下であること、(d)ボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの2/3から外側の部位を外周部としたとき、外周部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が0.9以上であること、(e)全結晶粒に対する[112]、[113]、[114]、[115]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が3〜40%の範囲であること、を特徴とする。   A semiconductor device for connecting an electrode part on a semiconductor substrate and an external terminal by using a bonding wire capable of forming a ball joint part of the crystal orientation described above, and having a narrow pitch joint characterized by the structure of the ball joint part described above It can cope with high-density mounting. That is, there are five types of features of the structure of the ball joint in this case. Specifically, (a) Of the crystal orientations in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint in the horizontal direction with the substrate surface, [100] The ratio of the area of crystal grains having [111] orientation to the area of crystal grains having orientation is 1.1 or more, (b) crystal grains having [111] orientation and [100] orientation with respect to all crystal grains (C) When the portion from the center of the ball joint section to 1/2 of the joint ball radius D is the core, the [100] orientation in the core is The ratio of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having is 3 or less, (d) a portion outside 2/3 of the bonding ball radius D from the center of the ball bonding section cross section When the outer periphery The ratio of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the [100] orientation is 0.9 or more, (e) [112], [113], [ 114] and [115], the total area ratio of the crystal grains having the [115] orientation is in the range of 3 to 40%.

ここで、本発明の半導体装置に使用される電極部及び外部端子の材料は、アルミ合金(Al−Si、Al−Si−Cu、Al−Cu等)、銅及び銅合金、金、パラジウム等が望ましい。ワイヤボンディングの接続形態は、ループを形成する接続形式、ボール接合部の近傍でワイヤを切断するスタッドバンプ形式等に適用される。また、2個の半導体基板を接続する場合等、外部端子が半導体基板上の電極部に置き換えることも可能である。   Here, the material of the electrode part and the external terminal used in the semiconductor device of the present invention is aluminum alloy (Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Cu, etc.), copper and copper alloy, gold, palladium, etc. desirable. The connection form of wire bonding is applied to a connection form for forming a loop, a stud bump form for cutting a wire in the vicinity of a ball joint portion, and the like. In addition, when connecting two semiconductor substrates, the external terminals can be replaced with electrode portions on the semiconductor substrate.

前述したボール接合部又はボール部の組織を形成させる手段は幾つか考えられるが、具体的には、ボール形成前のワイヤ自身の組織、ボール形成方法、ボール接合方法等が有効であることを確認した。   There are several means for forming the ball joint or the structure of the ball described above. Specifically, it is confirmed that the structure of the wire itself before ball formation, the ball forming method, the ball bonding method, etc. are effective. did.

これらのボール接合部の組織をコントロールする手段の一つに、ワイヤ先端に放電により形成されたボール部の凝固組織を制御することが有効であることを見出した。   As one of the means for controlling the structure of these ball joints, it has been found that it is effective to control the solidified structure of the ball part formed by electric discharge at the wire tip.

ボール部のワイヤ長手方向断面の結晶粒組織において、[111]/[100]の面積割合を1.1以上とすることで、そのボール部を電極上に接続したボール接合部において、楕円状の変形を抑えることができ、真円性の良好なボール接合部を得られる。ボール部内の[111]/[100]の面積割合を1.1以上の範囲とした理由は、1.1未満のボール部に荷重、超音波振動が印加されたとき、楕円状の変形が発生し易いためである。好ましくは、この[111]/[100]の面積割合が1.4以上であることがより望ましい。この面積比が1.4以上であれば、ウエハ製造工程に起因する電極表面での有機膜等の汚染、厚い酸化膜等の場合でも、通常よりも超音波振動を高めても、楕円状の変形不良を抑え、ボール接合部の真円性を維持することができる。さらに、より好ましくは、[111]/[100]の面積割合を1.8以上とすることで、ボール変形の促進効果をより一層高めることができ、ワイヤ線径Wに対する接合前のボール部の直径Dの比率D/Wが1.3〜1.8程度の小ボール接合における生産性向上にもつながる。また、[111]/[100]の面積割合の上限について、特に制限はないが、40未満であれば、安定製造が比較的容易である。   In the crystal grain structure of the wire longitudinal cross section of the ball portion, the area ratio of [111] / [100] is 1.1 or more, so that the ball joint portion connecting the ball portion on the electrode has an elliptical shape. Deformation can be suppressed, and a ball joint with good roundness can be obtained. The reason why the area ratio of [111] / [100] in the ball part is in the range of 1.1 or more is that when a load or ultrasonic vibration is applied to the ball part less than 1.1, elliptical deformation occurs. It is because it is easy to do. Preferably, the area ratio of [111] / [100] is more preferably 1.4 or more. If this area ratio is 1.4 or more, contamination of the organic film on the electrode surface due to the wafer manufacturing process, even in the case of a thick oxide film, etc. Deformation defects can be suppressed and the roundness of the ball joint can be maintained. More preferably, by setting the area ratio of [111] / [100] to 1.8 or more, the effect of promoting the deformation of the ball can be further enhanced, and the ball portion before joining to the wire diameter W can be improved. This also leads to an improvement in productivity in joining small balls having a diameter D ratio D / W of about 1.3 to 1.8. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the upper limit of the area ratio of [111] / [100], but if it is less than 40, stable manufacture is comparatively easy.

また、該ボール部のワイヤ長手方向断面の結晶粒組織において、全結晶粒に対する[111]方位を有する結晶粒の面積比率が35%以上であることにより、ワイヤ中心からずれてボール部が形成される等の芯ずれによる不良を抑制し、そのボール部を電極上に接続したボール接合部における、真円性を高めることができる。ここで、[111]方位を有する結晶粒の面積比率が35%以上の範囲とした理由は、芯ずれタイプの不良が増えるためである。好ましくは、この[111]方位の面積比率が50%以上であることが望ましい。これは、[111]方位の面積比率が50%以上であれば、ボンディング速度を速めても芯ずれの不良発生率を低下させられるため、高速ボンディングにより生産性を向上することができるためである。さらに好ましくは、70%以上であればワイヤ線径Lに対する接合前のボール部の直径Dの比率D/Lが1.3〜1.8程度の小ボールを形成する際にも、芯ずれ不良を低減することができる。   Further, in the crystal grain structure of the wire section in the longitudinal direction of the wire, when the area ratio of the crystal grains having the [111] orientation with respect to all crystal grains is 35% or more, the ball part is formed deviated from the center of the wire. It is possible to suppress a defect due to misalignment such as, and to improve the roundness in the ball joint portion in which the ball portion is connected to the electrode. Here, the reason why the area ratio of the crystal grains having the [111] orientation is in the range of 35% or more is that the misalignment type defects increase. Preferably, the area ratio of the [111] orientation is 50% or more. This is because if the area ratio of the [111] orientation is 50% or more, the defect occurrence rate of misalignment can be reduced even if the bonding speed is increased, and thus productivity can be improved by high-speed bonding. . More preferably, when the ratio is 70% or more, a misalignment failure occurs when forming a small ball having a ratio D / L of the diameter D of the ball part before joining to the wire diameter L of about 1.3 to 1.8. Can be reduced.

該ボール部のワイヤ長手方向断面の結晶粒組織において、上記条件に加えて、ボール部の中心からボール半径Rの1/2までの中心域としたとき、中心域におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、[111]/[100]の面積割合Rdと、ボール断面全体での[111]/[100]の面積割合Raとが、|1−Rd/Ra|≦3であることで、上述したボール接合部が花弁状又は凹凸状に変形される不良を低減することができる。ここで、上記値が3超であれば、ボールが電極部に高速で接地、変形されるときの不均一な応力分布により、ボール周辺部に花弁状の凹凸現象が顕著になる恐れがある。好ましくは、|1−Rd/Ra|≦1.5であれば、衝撃荷重や超音波振動が大きい場合でも花弁状の変形を抑制する効果が増進される。   In the crystal grain structure of the wire longitudinal section of the ball portion, in addition to the above conditions, when the central region is from the center of the ball portion to 1/2 of the ball radius R, the crystal orientation of the wire longitudinal direction in the central region is Among them, the area ratio Rd of [111] / [100] and the area ratio Ra of [111] / [100] in the entire ball cross-section are | 1-Rd / Ra | ≦ 3. It is possible to reduce defects in which the ball joint is deformed into petals or irregularities. Here, if the value is more than 3, the petal-like unevenness phenomenon may be prominent on the periphery of the ball due to uneven stress distribution when the ball is grounded and deformed at high speed on the electrode. Preferably, if | 1-Rd / Ra | ≦ 1.5, the effect of suppressing petal-like deformation is enhanced even when the impact load or ultrasonic vibration is large.

ボール部の断面組織とボール接合部の断面組織について、区別して望ましい結晶方位等を上述したが、それらを相互に両立させることで、ボール接合時の異常変形、剥離、強度低下等の不良を抑制する効果をより高めて、歩留まりを高めたり、製造マージンを広げることで、総合的な生産性を向上させることができる。ボール部に衝撃荷重、超音波を加える変形時に結晶方位の回転等が生じるため、ボール接合部の組織は、変形前のボール部の凝固組織からは変化している。したがって、ボール部とボール接合部の両方の断面組織を制御することで、相乗作用が得られる場合が多い。   Regarding the cross-sectional structure of the ball part and the cross-sectional structure of the ball joint part, the above-mentioned desirable crystal orientations and the like have been described. However, by making them compatible with each other, defects such as abnormal deformation, peeling, and strength reduction during ball joining are suppressed. The overall productivity can be improved by increasing the effect of increasing the yield and increasing the manufacturing margin. Since the ball portion is subjected to impact load, rotation of the crystal orientation, etc. during deformation applying ultrasonic waves, the structure of the ball joint is changed from the solidified structure of the ball before deformation. Therefore, a synergistic effect is often obtained by controlling the cross-sectional structures of both the ball portion and the ball joint portion.

例えば、ボール部断面の[111]/[100]の面積割合を1.1以上、ボール接合部の断面の[111]/[100]の面積割合を1.1以上とするボンディングワイヤであれば、真円状の良好な変形を得るために、ワイヤ径、ボール径、ボール接合部のサイズ等の適用範囲が広がり、現行の汎用構造から狭ピッチ接続等多種のパッケージ形態に対応できる。こうした相乗作用は、上述したボール部の断面組織及びボール接合部の断面組織のそれぞれの組み合わせで確認することができる。また、ボール部断面の[111]/[100]の面積割合を1.1以上、ボール接合部の断面の[111]の[100]の面積割合の合計が30〜95%の範囲とするボンディングワイヤであれば、ワイヤ径は15〜30μmの幅広い範囲で、真円性の良好なボール変形を得ることができる。   For example, in the case of a bonding wire, the [111] / [100] area ratio of the ball section is 1.1 or more and the [111] / [100] area ratio of the ball joint section is 1.1 or more. In order to obtain a good perfect circular shape, the range of application such as wire diameter, ball diameter, ball joint size, etc. is expanded, and it can be applied to various package forms such as narrow pitch connection from the current general-purpose structure. Such a synergistic effect can be confirmed by each combination of the cross-sectional structure of the ball portion and the cross-sectional structure of the ball joint portion described above. Further, the bonding is performed such that the area ratio of [111] / [100] of the ball section is 1.1 or more and the total of [111] and [100] area ratio of the cross section of the ball joint is in the range of 30 to 95%. In the case of a wire, it is possible to obtain ball deformation with good roundness in a wide range of wire diameters of 15 to 30 μm.

金ボンディングワイヤの組織に関して、影響部を除くワイヤ部の長手方向断面で、該ワイヤの中心からワイヤ半径Lの1/3毎に3分割された中心部(c)、内層部(g)、外層部(s)におけるワイヤ長手方向の結晶方位に関する[111]/[100]の面積割合をそれぞれLc、Lg、Lsとしたとき、Lc≦3、Lg≧0.8、Ls≧0.5の関係の内、少なくとも二つを満足する金ボンディングワイヤであれば、前述したボール部の断面組織とボール接合部の断面組織を制御することが容易であり、さらに、ループ制御性等も向上することができる。ワイヤのウェッジ接合、ボール溶融形成、ワイヤ長手方向への熱伝導によるボール部の凝固、ボール直上部の直立性、ループ形状の制御、直線性等を満足させるには、ワイヤ内部を中心部、内層部、外層部に分割して、それぞれの部位における組織との関連性に着目することが有効であることを確認した。ここで、Lc、Lg、Lsを上述した範囲とした理由は、例えば、中心部での[111]/[100]の面積割合Lc≦3にすることは、ボール部の凝固時の組織制御が容易となり、また、内層部での[111]/[100]の面積割合Lg≧0.8にすることで、上述したボール接合部断面で上述した結晶方位の関係等を満足することに有効であり、また、外層部の[111]/[100]の面積割合Ls≧0.5にすることで、ボール部、ボール接合部には悪影響を及ぼすことなく、ループ形状の安定制御が可能となる等の効果が得られるためである。好ましくは、これらLc、Lg、Lsの3種類の面積割合が上記の範囲を同時に満足することで、前述したボール部及びボール接合部の組織を制御するより高い効果が得られる。   Regarding the structure of the gold bonding wire, in the longitudinal section of the wire part excluding the affected part, the center part (c), the inner layer part (g), and the outer layer that are divided from the center of the wire into 1/3 of the wire radius L When the area ratio of [111] / [100] related to the crystal orientation in the wire longitudinal direction in the part (s) is Lc, Lg, and Ls, respectively, the relationship of Lc ≦ 3, Lg ≧ 0.8, and Ls ≧ 0.5 If the gold bonding wire satisfies at least two of the above, it is easy to control the cross-sectional structure of the ball part and the cross-sectional structure of the ball joint part, and the loop controllability can be improved. it can. To satisfy wire wedge bonding, ball melt formation, solidification of the ball by heat conduction in the longitudinal direction of the wire, straight upright of the ball, control of the loop shape, linearity, etc. It was confirmed that it was effective to divide into the outer part and the outer layer part and pay attention to the relationship with the tissue in each part. Here, the reason why Lc, Lg, and Ls are set in the above-described range is, for example, that the area ratio Lc ≦ 3 of [111] / [100] in the center is that the structure control during solidification of the ball is In addition, by setting the area ratio Lg ≧ 0.8 of [111] / [100] in the inner layer portion, it is effective to satisfy the above-described crystal orientation relationship and the like in the above-described ball joint cross section. In addition, by setting the area ratio Ls ≧ 0.5 of [111] / [100] of the outer layer part, it becomes possible to stably control the loop shape without adversely affecting the ball part and the ball joint part. This is because effects such as the above can be obtained. Preferably, the three types of area ratios of Lc, Lg, and Ls satisfy the above range at the same time, so that a higher effect of controlling the structure of the ball portion and the ball joint portion described above can be obtained.

本発明における結晶方位は、ボール部及びボール接合部のそれぞれにおいて、ワイヤ長手方向に対する結晶方位の角度差を10°以内とする。これは、この範囲であれば、それぞれの結晶方位の特性を有しており、ボンディングワイヤの諸特性に及ぼす影響度も有効に活用できるためであり、結晶方位の角度差が10°を超えると、ワイヤ特性への影響に差異が生じることが懸念されるためである。   The crystal orientation in the present invention is such that the angle difference of the crystal orientation with respect to the longitudinal direction of the wire is within 10 ° in each of the ball portion and the ball joint portion. This is because, within this range, it has the characteristics of each crystal orientation, and the degree of influence on the various characteristics of the bonding wire can be effectively utilized. When the angle difference of crystal orientation exceeds 10 °, This is because there is a concern that a difference occurs in the influence on the wire characteristics.

前記断面における結晶粒において、隣接する結晶粒の方位の角度差が30°以下である結晶粒界が、全結晶粒の粒界に占める割合が50%以上であるボンディングワイヤであれば、接合相手の電極材の表面性状の影響を少なくし、ボール接合部の等方変形を向上し、接合強度を高めることもできる。これは、ボールの変形時に、電極材の表面が滑り易いとボール変形の異方性が増える原因となったり、また、プローブの圧痕が大きかったり、圧痕数が多いことで接合強度が低下する場合が懸念される。これに対し、隣接する結晶粒の方位の角度差が30°以下である結晶粒は、ほぼ同一方向に変形する効果を高められることが判明し、その粒界が全結晶粒の粒界に占める割合を50%以上とすることで、上記の滑り易い電極や、プローブ圧痕が大きい場合でも、ボール接合部の真円性を向上し、Al表面の酸化膜の破壊を促進して、ボール接合部の強度を高める効果が一層高められる。好ましくは、隣接する結晶粒の方位の角度差が30°以下である結晶粒界の割合が70%以上であれば、電極材の表面性状への対応性をより高めることができる。   In the crystal grains in the cross section, if the crystal grain boundary in which the angle difference between the orientations of adjacent crystal grains is 30 ° or less is a bonding wire in which the ratio of the total crystal grains to the grain boundary is 50% or more, the bonding partner The influence of the surface property of the electrode material can be reduced, the isotropic deformation of the ball joint can be improved, and the joint strength can be increased. This is because when the ball is deformed, if the surface of the electrode material is slippery, the ball deformation anisotropy will increase, or if the indentation of the probe is large or the joint strength decreases due to the large number of indentations Is concerned. On the other hand, it has been found that a crystal grain in which the angle difference between the orientations of adjacent crystal grains is 30 ° or less can enhance the effect of deformation in almost the same direction, and the grain boundary occupies the grain boundary of all crystal grains. By setting the ratio to 50% or more, even when the above-mentioned slippery electrode or probe indentation is large, the roundness of the ball joint is improved, and the destruction of the oxide film on the Al surface is promoted. The effect of increasing the strength is further enhanced. Preferably, if the ratio of the crystal grain boundaries where the angle difference between the orientations of adjacent crystal grains is 30 ° or less is 70% or more, the correspondence to the surface properties of the electrode material can be further improved.

ボール接合部の形状、ボール変形等のバラツキを低減するには、上述した[111]方位あるいは[100]方位等の結晶方位の制御に加えて、単位面積当りの結晶粒数も大きく関与していることを見出した。すなわち、ボール部又はボール接合部の断面の結晶粒数が、0.005〜0.1個/μm2であることが望ましい。ここで、上記の結晶粒数の範囲の理由は、結晶粒数が0.005個/μm2未満では、ボール部の粗大な結晶粒が変形異方性を誘発して、真円性からのずれが大きくなるためであり、また、0.1個/μm2超の超微細な結晶粒を、通常のボンディングワイヤ製造工程でワイヤ全体に均一して実現することが困難なためである。さらに、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、 [111]/[100]の面積比が1.1以上であり、結晶粒数を上記範囲とすることで、接合強度を高める効果もより高められる。 In addition to controlling the crystal orientation such as the [111] orientation or the [100] orientation described above, the number of crystal grains per unit area is greatly involved in reducing variations in the ball joint shape, ball deformation, and the like. I found out. That is, it is desirable that the number of crystal grains in the cross section of the ball portion or the ball joint portion is 0.005 to 0.1 / μm 2 . Here, the reason for the above range of the number of crystal grains is that when the number of crystal grains is less than 0.005 / μm 2 , the coarse crystal grains of the ball part induce deformation anisotropy, and This is because the deviation becomes large, and it is difficult to realize ultrafine crystal grains of more than 0.1 / μm 2 uniformly over the entire wire in a normal bonding wire manufacturing process. Furthermore, among the crystal orientations in the wire longitudinal direction, the area ratio of [111] / [100] is 1.1 or more, and by making the number of crystal grains in the above range, the effect of increasing the bonding strength can be further enhanced.

ボール接合部の形状、ボール変形等のバラツキを低減するには、ボール部又はボール接合部において、ワイヤ長手方向断面の結晶粒径の標準偏差が1.5μm以下であることが望ましい。ここで、上記の結晶粒径の範囲の理由は、1.5μm超では、ボール接合部の形状は安定化するが、チップへの損傷を与えることが懸念されるためである。   In order to reduce variations in the shape of the ball joint, ball deformation, and the like, it is desirable that the standard deviation of the crystal grain size in the wire longitudinal cross section is 1.5 μm or less in the ball or ball joint. Here, the reason for the range of the crystal grain size is that if it exceeds 1.5 μm, the shape of the ball joint portion is stabilized, but there is a concern that the chip may be damaged.

金ボンディングワイヤの集合組織に関して、これまで知られておらず、報告例も見られなかった。種々の金属における集合組織は、圧延材、引抜細線等で知られているものの、金属の加工法、成分と集合組織の関係や、集合組織と部材使用性能との関係に関しては、統一的な見解は得られていない。集合組織を測定する従来法では、X線回折、TEMによる電子線回折等が用いられていたが、金ボンディングワイヤの先端に形成されたボール部、それを電極上に接続されたボール接合部のように、直径が数十μm程度の微細領域における集合組織の測定は困難であった。   The texture of gold bonding wires has not been known so far and no reports have been found. Although the textures of various metals are known for rolled materials, drawn fine wires, etc., there is a unified view on the metal processing method, the relationship between components and texture, and the relationship between texture and member performance. Is not obtained. In the conventional method for measuring the texture, X-ray diffraction, electron beam diffraction by TEM, and the like are used. However, a ball portion formed at the tip of a gold bonding wire and a ball joint portion connected to the electrode are used. As described above, it is difficult to measure the texture in a fine region having a diameter of about several tens of μm.

解析技術の進歩は目覚ましく、測定エリアを微小に絞ることができる微小領域X線、最近開発された後方電子散乱図形(Electron Back scattering Pattern、以降EBSP)法等は、微細試料の集合組織の測定に非常に有効な測定手段である。中でも、EBSP測定により、金ボンディングワイヤの先端に形成されたボール部の研磨断面の集合組織を精度良く、しかも、比較的簡便に測定する技術を確立した。   Advances in analysis technology are remarkable, and micro-area X-rays that can narrow down the measurement area and the recently developed Electron Back Scattering Pattern (EBSP) method are used to measure the texture of fine samples. It is a very effective measuring means. In particular, a technique for measuring the texture of the polished cross section of the ball portion formed at the tip of the gold bonding wire with high accuracy and relatively easily by EBSP measurement has been established.

また、ボール接合部の集合組織の解析にも、EBSP法は有効であり、図2及び図3にボール接合部のEBSP測定の結果の一例を示す。例えば、図2に、線径23μmの金ボンディングワイヤの先端に形成したボール部のEBSP測定として、基板表面と水平方向のボール接合部断面の結晶粒の一例を示す。図3には、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位に関する逆極点図を示す。図3の(a)は[111]の比率が多い場合、(b)は[100]が多い場合、(c)は[211]等の方位が多い場合の結果に相当する。ボール接合部では、測定試料の準備がさらに困難であり、歪みの少ない断面研磨、チャージアップを抑えるための導通の確保等が必要となる。これまでボール接合部の組織、結晶方位等は報告されておらず、こうした試料作製技術が確立して初めて組織解析が可能となる。   The EBSP method is also effective for analyzing the texture of the ball joint, and FIGS. 2 and 3 show examples of the results of EBSP measurement of the ball joint. For example, FIG. 2 shows an example of crystal grains in a cross section of the ball joint portion in the horizontal direction with respect to the substrate surface as EBSP measurement of the ball portion formed at the tip of a gold bonding wire having a wire diameter of 23 μm. FIG. 3 shows an inverted pole figure regarding the crystal orientation in the direction perpendicular to the cross section of the ball surface in the horizontal direction with respect to the substrate surface. 3A corresponds to the result when the ratio of [111] is large, FIG. 3B corresponds to the result when there are many [100], and FIG. 3C corresponds to the result when there are many orientations such as [211]. At the ball joint, it is more difficult to prepare a measurement sample, and it is necessary to ensure cross-sectional polishing with less distortion, ensuring conduction to suppress charge-up, and the like. Until now, the structure and crystal orientation of the ball joint have not been reported, and the structure analysis becomes possible only after such a sample preparation technique is established.

また、図4には、最外周領域の結晶粒が層状につながっている場合として、ボール接合部のEBSP測定の結果の一例を示す。ワイヤ径は23μmの金ボンディングワイヤ、初期ボール径は48μmである。図は、それぞれ、(a) 結晶粒界、(b)最外周領域の逆極点図、(c) ボール接合部全体の逆極点図を示す。(b)と(c)を比較すると、最外周では[111]が多いのに対し、ボール全体で平均化すると、むしろ[100]の方位が多いことを現す。   FIG. 4 shows an example of the result of the EBSP measurement of the ball joint, assuming that the crystal grains in the outermost peripheral region are connected in layers. The wire diameter is 23 μm gold bonding wire, and the initial ball diameter is 48 μm. The figure shows (a) a grain boundary, (b) an inverted pole figure of the outermost peripheral region, and (c) an inverted pole figure of the entire ball joint. When (b) and (c) are compared, there are many [111] at the outermost periphery, but when averaged over the entire ball, it is rather shown that there are many [100] orientations.

このような最新の解析技術を利用することで、初めて、金ボンディングワイヤのボール部又はボール接合部の微細組織に関して、一つ一つの微細結晶粒の結晶方位、断面全体での結晶方位の分布等を、高精度に再現良く測定できる。試料作製、装置操作等多くの実験条件を適正化することで、初めて精度の高い方位解析が可能となることを留意しておく必要がある。   For the first time by utilizing such latest analysis technology, the crystal orientation of each fine crystal grain, the distribution of crystal orientation in the entire cross section, etc., regarding the microstructure of the ball part or ball joint part of the gold bonding wire Can be measured with high accuracy and good reproducibility. It should be noted that a highly accurate orientation analysis can be performed for the first time by optimizing many experimental conditions such as sample preparation and device operation.

ボール部及びボール接合部の結晶方位を制御するワイヤの製造法では、組織を安定化させる必要があり、そのためには、ワイヤの長手方向、円周方向で均一な組織、成分分布を実現することがポイントである。本発明に関するボール部又はボール接合部の結晶方位を部分的に得ることであれば、通常のワイヤでも可能な場合がある。しかし、量産レベルで、所要の結晶方位を安定して制御し、それを簡便に再現よく達成するためには、圧延加工、伸線加工、最終線径での熱処理等の製造工程の適正化が有効であることを見出した。   In the manufacturing method of the wire that controls the crystal orientation of the ball part and the ball joint part, it is necessary to stabilize the structure. For that purpose, a uniform structure and component distribution must be realized in the longitudinal direction and the circumferential direction of the wire. Is the point. If the crystal orientation of the ball portion or ball joint portion according to the present invention is partially obtained, a normal wire may be possible. However, in order to stably control the required crystal orientation at mass production level and achieve it easily and reproducibly, it is necessary to optimize the manufacturing process such as rolling, wire drawing, and heat treatment at the final wire diameter. I found it effective.

赤外加熱、抵抗加熱等の横型加熱炉を用いて、連続的にワイヤを掃引しながら熱処理する工程において、温度はワイヤの再結晶温度の0.5〜1.7倍の温度範囲であり、ワイヤ長手方向で温度差50℃以内の範囲である均熱領域が15cm以上で、加熱管の内径がワイヤ線径の200倍以上であることが有効である。この加熱により、ワイヤの長手方向、径方向での温度バラツキを軽減することを促進する。   In the step of performing heat treatment while sweeping the wire continuously using a horizontal heating furnace such as infrared heating or resistance heating, the temperature is in the temperature range of 0.5 to 1.7 times the recrystallization temperature of the wire, It is effective that the soaking area that is within a temperature difference of 50 ° C. in the longitudinal direction of the wire is 15 cm or more and the inner diameter of the heating tube is 200 times or more of the wire diameter. This heating promotes the reduction of temperature variations in the longitudinal and radial directions of the wire.

比較的線径の太いワイヤ(線径20〜1mm)を圧延加工及び伸線加工を複数回繰り返す際に、その加工回数の1/2以上で、ワイヤを10°以上回転させて加工することで、ワイヤ表面の加工歪み、転位等を線断面の同心円状に均一又はランダムに加えることにより、ワイヤの円周方向での組織の均一化を促進することに有効である。   When a wire having a relatively large wire diameter (wire diameter: 20 to 1 mm) is repeatedly rolled and drawn a plurality of times, it is processed by rotating the wire by 10 ° or more at half or more of the number of times of processing. It is effective to promote uniforming of the structure in the circumferential direction of the wire by adding processing distortion, dislocation, etc. on the wire surface uniformly or randomly in a concentric shape of the line cross section.

比較的線径が細い範囲の伸線(線径2〜0.01mm)では、伸線ダイスの穴に20°以内の角度でワイヤが入出され、その前後でのワイヤが直線になっている領域が15cm以上であることにより、ワイヤの円周方向での加工歪みを均一に有する効果が高まる。   For wire drawing with a relatively small wire diameter (wire diameter of 2 to 0.01 mm), the wire enters and exits into the hole of the wire drawing die at an angle of 20 ° or less, and the wire before and after the wire is straight. When is 15 cm or more, the effect of uniformly processing distortion in the circumferential direction of the wire is enhanced.

上述した、加工、伸線、熱処理等を個別に行うことである程度の効果は得られるが、さらに、それらを組み合わせることで、ワイヤの長手方向、円周方向の組織、成分分布を均一化して、所要のボール部及びボール接合部の結晶方位を制御する効果をより高められる。   A certain degree of effect can be obtained by individually performing the above-described processing, wire drawing, heat treatment, etc., and further, by combining them, the longitudinal direction of the wire, the structure in the circumferential direction, the component distribution is made uniform, The effect of controlling the crystal orientation of the required ball portion and ball joint portion can be further enhanced.

ボール部及びボール接合部の組織制御には、ワイヤ中の元素添加も有効に作用する。ワイヤ製造時の溶解、伸線加工、熱処理等の製造技術との兼ね合いで、元素の添加効果も変化するが、前述した組織制御が比較的容易となる成分系を後述する。   The addition of elements in the wire also works effectively to control the structure of the ball part and the ball joint part. A component system that makes the above-described structure control relatively easy will be described later, although the effect of addition of elements also changes in consideration of manufacturing techniques such as melting, wire drawing, and heat treatment during wire manufacturing.

Auを主成分とし、添加成分として、Be:0.0001〜0.0006質量%、Ca:0.002〜0.005質量%、Eu:0.001〜0.004質量%、Nd:0.001〜0.004質量%、Yb:0.0001〜0.001質量%、Cu:0.001〜0.4質量%、Pd:0.002〜0.6質量%、Ag、Mn、Ptの1種以上を0.001〜0.2質量%含有する金合金ボンディングワイヤとすることで、前述したように、ボール接合部内における全体的な[111]と[100]の割合の制御、芯部あるいは外周部での[111]/[100]の面積割合等、又は、ワイヤ先端に形成されたボール部内の[111]と[100]の割合の制御等を安定して行うことにより、使用時のボール接合部の真円性、接合強度等の向上が図られる。ここで、Be、Ca、Eu、Nd、Yb、Cu、Pd、Ag、Mn又はPt等の元素をそれぞれ上記の濃度範囲で添加することにより、各元素が有効に相乗作用を発揮して、ボール部及びボール接合部での組織制御が可能となる。各元素が上記の最低濃度を下回るとその作用効果は少なく、最高濃度を超えるとボール形成時の酸化や引け巣の発生等により接合性が損なわれたり、ループの制御性が低下したりする等の問題が発生するため、上記濃度を選定した。   The main component is Au, and the additive components are: Be: 0.0001 to 0.0006% by mass, Ca: 0.002 to 0.005% by mass, Eu: 0.001 to 0.004% by mass, Nd: 0.0. 001-0.004 mass%, Yb: 0.0001-0.001 mass%, Cu: 0.001-0.4 mass%, Pd: 0.002-0.6 mass%, Ag, Mn, Pt By using a gold alloy bonding wire containing 0.001 to 0.2% by mass of one or more kinds, as described above, the overall ratio of [111] and [100] in the ball bonding portion is controlled, and the core portion. Alternatively, by controlling the area ratio of [111] / [100] at the outer peripheral part or the ratio of [111] and [100] in the ball part formed at the wire tip, etc. Such as the roundness and bonding strength of ball joints Above it is achieved. Here, by adding elements such as Be, Ca, Eu, Nd, Yb, Cu, Pd, Ag, Mn, or Pt in the above concentration ranges, each element effectively exhibits a synergistic effect, and the ball It becomes possible to control the structure at the joint and the ball joint. If each element is below the above-mentioned minimum concentration, its effect is small, and if it exceeds the maximum concentration, bondability is impaired due to oxidation or shrinkage formation at the time of ball formation, loop controllability etc. Therefore, the above concentration was selected.

前述された本発明に係わる金ボンディングワイヤを用いて、半導体チップ及び基板に形成された電極部へボール接合とウェッジ接合とを繰り返して行い、電極部とボンディングワイヤとを接続する金ボンディングワイヤの接続方法であって、基板の電極部にウェッジ接合した後のボンディングワイヤの端部にアーク放電によりボール部を形成し、該ボール部を半導体チップ上の電極部に接合するに際し、元のワイヤ直径を2Lとしたとき、ウェッジ接合後のワイヤ直径が元の直径より1割以上細くなっている変形端部の長さが0.8L〜4Lであるワイヤ端部に対して、ワイヤ長手方向との角度が0〜45°となる方向からアーク放電を施して、1.2L〜2.0Lの半径を有するボール部を形成することを特徴とする金ボンディングワイヤの接続方法が好ましい。   Using the gold bonding wire according to the present invention described above, ball bonding and wedge bonding are repeatedly performed on the electrode portion formed on the semiconductor chip and the substrate, and the gold bonding wire is connected to connect the electrode portion and the bonding wire. In this method, a ball portion is formed by arc discharge at the end of the bonding wire after being wedge-bonded to the electrode portion of the substrate, and when the ball portion is bonded to the electrode portion on the semiconductor chip, the original wire diameter is set. When it is 2L, the angle with respect to the wire longitudinal direction with respect to the wire end having a length of 0.8L to 4L of the deformed end where the wire diameter after wedge bonding is 10% or more thinner than the original diameter A gold bonding wire characterized by forming a ball portion having a radius of 1.2 L to 2.0 L by performing arc discharge from a direction in which the angle is 0 to 45 ° The connection method is preferable.

ウェッジ接合後のワイヤ端部は、破断時の衝撃等で曲折されており、この曲折部が長くなるとボール部の形成時に芯ずれ、異形等が発生し易いことが確認された。曲折部を上記範囲とした理由は、ウェッジ接合後のワイヤ直径が元の直径より1割以上細くなっている部位を変形端部とし、その変形端部の長さを0.8L未満に抑えることはキャピラリ形状との兼ね合いで困難であり、4Lを超えるとボール部の芯ずれ、真球からのずれ等が顕著となるためである。また、ワイヤ長手方向とアーク放電との角度が、0〜45°であれば、ボール部がワイヤ中心に位置する良好なボールを形成することが容易となるためであり、そのボール径が1.2L未満では、変形端部の影響でボール部の偏芯等が発生する不良を抑制することが困難であり、また、ボール径が2.0L超であれば、接合時のボール変形量が少なくなることで、狭ピッチ対応のための小ボール接合が困難となるためである。   It was confirmed that the wire end portion after the wedge bonding was bent by an impact or the like at the time of breakage, and that when the bent portion became long, misalignment, irregular shape, and the like were likely to occur when the ball portion was formed. The reason why the bent portion is in the above range is that a portion where the wire diameter after wedge bonding is 10% or more smaller than the original diameter is a deformed end portion, and the length of the deformed end portion is suppressed to less than 0.8L. This is because it is difficult to balance with the capillary shape, and if it exceeds 4L, the center of the ball part, the deviation from the true sphere, and the like become remarkable. Further, if the angle between the wire longitudinal direction and the arc discharge is 0 to 45 °, it is easy to form a good ball in which the ball portion is located at the center of the wire. If it is less than 2L, it is difficult to suppress the defect that the eccentricity of the ball part is generated due to the deformation end, and if the ball diameter is more than 2.0L, the amount of deformation of the ball at the time of joining is small. This is because it becomes difficult to join small balls for narrow pitch.

以下、実施例について説明する。   Examples will be described below.

金純度が約99.95質量%以上の電解金を用いて、各添加元素群を含有する母合金を個別に高周波真空溶解炉で溶解鋳造して、母合金を溶製した。こうして得られた各添加元素の母合金の所定量と金純度が約99.995質量%以上の電解金を高周波真空溶解炉で溶解鋳造し、その鋳塊を圧延した後に常温で伸線加工を行い、必要に応じて、金ボンディングワイヤの中間焼鈍工程を加え、さらに伸線加工を行い、最終線径が23μmの金ボンディングワイヤとした後に、大気中で連続焼鈍して、伸び値が約4%になるように調整した。   By using electrolytic gold having a gold purity of about 99.95% by mass or more, a mother alloy containing each additive element group was individually melted and cast in a high-frequency vacuum melting furnace to melt the mother alloy. A predetermined amount of the master alloy of each additive element thus obtained and electrolytic gold having a gold purity of about 99.995% by mass or more are melt-cast in a high-frequency vacuum melting furnace, the ingot is rolled, and then drawn at room temperature. If necessary, an intermediate annealing step of the gold bonding wire is added, and further wire drawing is performed to obtain a gold bonding wire having a final wire diameter of 23 μm, followed by continuous annealing in the atmosphere, and an elongation value of about 4 % Was adjusted.

金ボンディングワイヤの接続には、汎用の自動ワイヤボンダー装置を使用して、ボール/ウェッジ接合を行った。ボール接合では、ワイヤ先端にアーク放電によりボール部を形成し、そのボール部を電極膜に超音波併用の熱圧着により接合した。また、リードフレーム又はBGA基板上のリード部に、ワイヤ他端部をウェッジ接合した。今後のニーズである狭ピッチ接続への適用性を調べるため、電極間隔が50μm又は40μmの狭ピッチ接続を行った。   For connection of the gold bonding wire, a general-purpose automatic wire bonder apparatus was used to perform ball / wedge bonding. In ball bonding, a ball portion was formed at the wire tip by arc discharge, and the ball portion was bonded to an electrode film by thermocompression bonding using ultrasonic waves. Further, the other end of the wire was wedge-bonded to the lead portion on the lead frame or the BGA substrate. In order to investigate the applicability to the narrow pitch connection which is a future need, a narrow pitch connection with an electrode interval of 50 μm or 40 μm was performed.

接合相手は、シリコン基板上の電極膜の材料である、厚さ約0.8μmのAl合金膜(Al−1%Si、Al−0.5%Cu、Al−1%Si−0.5%Cu)を使用した。一方の、ウェッジ接合の相手には、表面にAgメッキ(厚さ:1〜4μm)が施されたリードフレーム、又は、表面にAuメッキ/Niメッキ/Cu配線が形成されている樹脂基板を使用した。   The bonding partner is an Al alloy film (Al-1% Si, Al-0.5% Cu, Al-1% Si-0.5%) having a thickness of about 0.8 μm, which is a material of an electrode film on a silicon substrate. Cu) was used. On the other hand, a lead frame with Ag plating (thickness: 1 to 4 μm) on the surface or a resin substrate with Au plating / Ni plating / Cu wiring formed on the surface is used as a partner for wedge bonding. did.

ボール接合部の形状を評価するため、ボール部をシリコン基板上の電極膜にステージ温度180℃で接合を行った。100本のボール接合部で、超音波印加と平行方向の圧着径を、光学顕微鏡により測定し、平均値と標準偏差を求めた。   In order to evaluate the shape of the ball bonding portion, the ball portion was bonded to an electrode film on a silicon substrate at a stage temperature of 180 ° C. With 100 ball joints, ultrasonic application and the crimping diameter in the parallel direction were measured with an optical microscope, and an average value and a standard deviation were obtained.

ボール変形の異方性評価では、100本のボール接合部について、電極に対して垂直方向からボール接合部を観察し、ワイヤ中心部を通り外周部と接する点を結ぶ直線で、その長さが最大及び最小のものをそれぞれ長辺長さ(DL)、短辺長さ(DS)を測定した。異方性パラメータとして、比率(DL/DS−1)を計算し、その平均値を求めた。この異方性パラメータの値が0に近いほど、真円性が良好であり、その値が大きくなるほど、扁平性、異方性等が顕著であると判断できる。 In the anisotropy evaluation of the ball deformation, for the 100 ball joints, the ball joints are observed from the direction perpendicular to the electrodes, and are straight lines connecting points that pass through the center of the wire and contact the outer peripheral part. The longest side length (D L ) and the short side length (D S ) were measured for the maximum and the minimum. The ratio (D L / D S −1) was calculated as an anisotropy parameter, and the average value was obtained. It can be determined that the closer the value of this anisotropy parameter is to 0, the better the roundness, and the greater the value, the more remarkable the flatness, anisotropy, and the like.

ボール部の形状を調べるため、23μm径のワイヤで直径42μmのボールを形成し、10個のボール部を光顕又はSEMで観察した。ボール部がワイヤ中心から傾いて形成される芯ずれについて、明らかな芯ずれ発生が1個以上認められる場合には不良と判断して×印、ボール部の軽微な曲がりの発生が1個以下の場合には問題ないと判断して○印、芯ずれが認められない場合は良好であるため◎印で示した。   In order to examine the shape of the ball portion, a ball having a diameter of 42 μm was formed with a wire having a diameter of 23 μm, and 10 ball portions were observed with a light microscope or SEM. When one or more obvious misalignments are observed with respect to the misalignment formed by inclining the ball part from the center of the wire, it is determined that the ball part is defective when the occurrence of one or more obvious misalignment is observed. In this case, it was judged that there was no problem, and a mark “◯” was given, and a case where no misalignment was observed was good, so that it was good.

ボール接合部の異常な形状の発生を調べるため、23μm径のワイヤで接合ボール径の平均が約55μmのボール接合部を形成し、ボール接合部を光顕で観察した。中でも、楕円状、花弁状の凹凸、偏芯等に着眼して評価した。   In order to investigate the occurrence of an abnormal shape of the ball joint, a ball joint having an average of the joint ball diameter of about 55 μm was formed with a 23 μm diameter wire, and the ball joint was observed with a light microscope. Above all, the evaluation was made by paying attention to elliptical, petal-like irregularities, eccentricity and the like.

1000個のボール接合部を光顕で観察し、楕円状のボール接合部が3個以上であるものを不良と判断し、楕円発生の評価を×印で示し、軽微の楕円変形が1〜2個の発生する場合を○印、発生しない場合は◎印で、表中の楕円変形の欄に示した。また、花弁状の凹凸について、4個以上のボール接合部で顕著な花弁状変形が認められるものを不良と判断して×印、軽微の花弁状変形が1〜3個の発生する場合を○印、発生しない場合は◎印で、表中の花弁変形の欄に示した。   Observe 1000 ball joints with a light microscope, determine that there are 3 or more elliptical ball joints as defective, evaluate the occurrence of ellipses with x marks, and 1 to 2 minor elliptic deformations In the table, the symbol “◯” indicates the occurrence of the occurrence, and the symbol “◎” indicates the absence of the occurrence. In addition, regarding the petal-like irregularities, a case where remarkable petal-like deformation is recognized at four or more ball joints is judged as bad, and a case where 1 to 3 small petal-like deformations occur If it does not occur, it is marked with ◎ and shown in the column of petal deformation in the table.

偏芯不良に関して、2000個のボール接合部を光顕で観察し、ボール接合部の中心がその直上ワイヤの中心からのずれが10μm以上であるものを偏芯とみなす、比較的厳しい判定条件により、その偏芯発生が3個以上である場合に×印、1〜2個の偏芯発生では○印、発生しない場合は◎印で示した。   With respect to the eccentricity failure, 2,000 ball joints are observed with an optical microscope, and the center of the ball joint is regarded as eccentric when the deviation from the center of the wire immediately above is 10 μm or more. When the occurrence of eccentricity is 3 or more, it is indicated by x, when it is 1 to 2 occurrences of eccentricity, it is indicated by ◯, and when it is not generated, it is indicated by ◎.

また、500個のボール接合部を光顕で観察し、ボール接合部の変形にともなう位置ずれを判定するため、ボール接合部の中心が目標点からのずれた距離が10μm以上であるものを位置ずれと判定し、その不良発生が3個以上である場合に×印、1〜2個の場合に○印、発生しない場合は◎印で示した。   In addition, when observing 500 ball joints with a light microscope and determining the displacement due to deformation of the ball joints, the displacement of the center of the ball joint from the target point is 10 μm or more. When the number of defects is 3 or more, it is indicated by x, when it is 1-2, it is indicated by ○, and when it does not occur, it is indicated by ◎.

ボール接合部断面の重心を通る線分の長さdとし、該断面の任意の3箇所以上で長さdを測定した場合の平均値Mと標準偏差SDを求め、SD/Mの数値を計算した。   The length d of the line passing through the center of gravity of the cross section of the ball joint is taken as d, and the average value M and standard deviation SD when the length d is measured at any three or more locations of the cross section are obtained, and the numerical value of SD / M is calculated. did.

チップへの損傷の評価では、ボール部を電極膜上に接合した後、電極膜を溶解して、絶縁膜又はシリコンチップへの損傷をSEMで観察した。電極数は1000箇所を観察した。損傷が認められない場合は◎印、1μm以下のクラックが2個以下の場合は問題ないレベルと判断して○印、1μm以上5μm未満のクラックが1個以上の場合は懸念されるレベルと判断して△印、5μm以上のクラック又はクレータ破壊等が1個以上の場合は懸念されるレベルと判断して×印で記載する。   In the evaluation of damage to the chip, the ball part was bonded onto the electrode film, the electrode film was dissolved, and the damage to the insulating film or the silicon chip was observed by SEM. The number of electrodes was observed at 1000 locations. If no damage is found, ◎ mark, if there are 2 or less cracks of 1 μm or less, it is judged that there is no problem, ○ mark, if 1 crack or more of 1 μm or more and less than 5 μm is 1 or more, it is judged as a level of concern If there are 1 or more cracks or crater breakage of 5 μm or more, it is judged that the level is a concern and is indicated by an X mark.

ボール接合部の初期のシェア強度測定を100本行い、その平均値を求め、また、ボール接合部の面積を求め、単位面積当りの接合強度を計算した。この単位面積当りの接合強度が、10kg/mm2以上であれば◎印、8〜10kg/mm2の範囲であれば問題ないレベルと判断して○印、8kg/mm2未満であれば接合強度が十分でないと判断して×印で表示した。 100 initial shear strength measurements of the ball joint were performed, the average value was obtained, the area of the ball joint was obtained, and the joint strength per unit area was calculated. Bonding strength per unit area is equal to or 10 kg / mm 2 or more ◎ indicia, 8~10kg / mm be in the range of 2 no problem level determined to ○ marks, bonding is less than 8 kg / mm 2 Judging from the fact that the strength was insufficient, it was indicated by a cross.

また、プローブ圧痕を3箇所以上形成したパッド電極を用い、そのボール接合部の初期のシェア強度測定を50本行い、平均値を求め、また、ボール接合部の面積を求め、単位面積当りの接合強度を計算した。この単位面積当りの接合強度が、9kg/mm2以上であれば◎印、7〜9kg/mm2の範囲であれば問題ないレベルと判断して○印、7kg/mm2未満であれば接合強度が十分でないと判断して×印で表示した。 In addition, using a pad electrode having three or more probe indentations, 50 initial shear strength measurements of the ball joint are performed, an average value is obtained, and an area of the ball joint is obtained to obtain a bond per unit area. Intensity was calculated. Bonding strength per unit area is equal to or 9 kg / mm 2 or more ◎ indicia, 7~9kg / mm be in the range of 2 no problem level determined to ○ marks, bonding is less than 7 kg / mm 2 Judging from the fact that the strength was insufficient, it was indicated by a cross.

接合部の長期信頼性を評価するため、金ボンディングワイヤ先端のボール部を電極に接合し、金ボンディングワイヤを接合した後に、全体をエポキシ樹脂で封止して半導体装置を作製した。半導体装置を125℃で1000時間、あるいは、150℃で1000時間加熱処理した。その後、市販の開封装置を用いて、封止樹脂の一部を除去し、50本の接合部におけるシェア強度の平均値を求めた。熱処理後の接合強度が、熱処理前の初期の接合強度と比較して、低下しているかどうかで信頼性を判定した。150℃の1000時間まで強度低下していない場合には、信頼性が良好であるため◎印で示し、125℃の1000時間で接合強度が低下している場合には×印で示し、その中間の場合は○印で示した。   In order to evaluate the long-term reliability of the bonded portion, the ball portion at the tip of the gold bonding wire was bonded to the electrode, and after bonding the gold bonding wire, the whole was sealed with an epoxy resin to produce a semiconductor device. The semiconductor device was heat-treated at 125 ° C. for 1000 hours or 150 ° C. for 1000 hours. Thereafter, a part of the sealing resin was removed using a commercially available opening device, and the average value of the shear strength at 50 joints was obtained. Reliability was judged by whether or not the bonding strength after the heat treatment was lower than the initial bonding strength before the heat treatment. When the strength does not decrease up to 1000 hours at 150 ° C., the reliability is good, so it is indicated by ◎, and when the bonding strength is reduced after 1000 hours at 125 ° C., it is indicated by ×, In the case of, it is indicated by a circle.

パッド構造が異なる3種類のパッドA、B、Cを準備した。パッドA、Bとも材質はAl−0.5%Cuであり、パッドAは、表面に厚いアルミ酸化膜を形成した場合で、パッドBは、アルミ表面に有機膜、フッ化膜等の汚染層が比較的厚い場合である。パッドCは、材質がCuで、表面にCuが露出している場合である。パッドA、B、Cを用い、ステージ温度170℃でボンディングを20,000本行い、接合時に剥離した数(不着数)を測定し、不着数が1個以下であれば接合性が良好であるため◎印、不着数が1〜5個以下であれば接合条件の適正化で十分対応できると判断して○印、6個以上であれば接合性に問題があることから×印で表記した。また、チップ損傷は、パッドAを用い、前述した方法で観察した結果を示した。   Three types of pads A, B, and C having different pad structures were prepared. Both the pads A and B are made of Al-0.5% Cu. The pad A is a case where a thick aluminum oxide film is formed on the surface. The pad B is a contaminated layer such as an organic film or a fluoride film on the aluminum surface. Is relatively thick. The pad C is a case where the material is Cu and Cu is exposed on the surface. Using pads A, B, and C, 20,000 bondings were performed at a stage temperature of 170 ° C., and the number of peeling (non-sticking number) was measured at the time of bonding. Therefore, if the number of non-sticky is 1 to 5 or less, it is judged that it can be sufficiently handled by optimizing the joining conditions. . Moreover, the chip | tip damage showed the result observed by the method mentioned above using the pad A. FIG.

キャピラリ寿命測定では、連続ボンディングを10万本行い、使用したキャピラリの先端を光顕で観察して、汚れが顕著であったり、磨耗していた場合には、×印、連続ボンディングを20万本行っても、キャピラリの汚れ、磨耗が少ない場合には良好であるため◎印、その中間を○印で表記した。   Capillary life measurement is performed with 100,000 continuous bonds, and the tip of the capillary used is observed with a light microscope. However, since it is good when there is little dirt and wear on the capillary, it is marked with ◎, and the middle is marked with ○.

表1−1〜表1−3において、第1請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜12であり、第2請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜5、7、9〜12、14、15であり、第3請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜4、6〜8、10〜15、第4請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例2〜10、12〜14、第7請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜9、12、14、第8請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜10、12、第9請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜15、第10請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜11、13、14、第11請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜7、9〜12、14、15、第12請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜4、6〜8、10〜15、第15請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例2〜11、13〜15、第13請求項、第14請求項、第16請求項及び第17請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例1〜15に相当する。   In Table 1-1 to Table 1-3, the gold bonding wires according to the first claim are Examples 1 to 12, and the gold bonding wires according to the second claim are Examples 1 to 5, 7, and 9 to 12. The gold bonding wires according to the third claim are Examples 1-4, 6-8, 10-15, and the gold bonding wires according to the fourth claim are Examples 2-10, 12-14. The gold bonding wires according to the seventh claim are examples 1 to 9, 12, 14 and the gold bonding wires according to the eighth claim are the examples 1 to 10, 12, and the gold bonding wires according to the ninth claim. Examples 1 to 15, gold bonding wires according to the 10th claim are Examples 1 to 11, 13, and 14, gold bonding wires according to the 11th claim are Examples 1 to 7, 9 to 12, 14, 15, 12 claims The gold bonding wires according to the first to fourth, sixth to eighth, 10 to 15, and the fifteenth claim are the second to eleventh, thirteen to fifteenth, thirteenth, fourteenth and fourteenth embodiments. The gold bonding wires according to claims 16 and 17 correspond to the first to fifteenth embodiments.

表2、表3には、金ボンディングワイヤの組成及びボール形成条件をそれぞれ変更したときの、ボール部及びボール接合部の組織の結果について示す。   Tables 2 and 3 show the results of the structure of the ball part and the ball joint part when the composition of the gold bonding wire and the ball forming conditions are changed.

表2において、第18請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例16〜29であり、比較例4〜6は第18請求項を満足しない場合である。表3において、第19請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例30〜37であり、比較例7、8は第18請求項を満足するものの第19請求項を満足しない場合、比較例9〜11は第18請求項、第19請求項ともに満足しない場合に相当する。   In Table 2, the gold bonding wires according to the 18th claim are Examples 16 to 29, and Comparative Examples 4 to 6 are cases where the 18th claim is not satisfied. In Table 3, the gold bonding wires according to the 19th claim are Examples 30 to 37, and Comparative Examples 7 and 8 satisfy the 18th claim but do not satisfy the 19th claim. Corresponds to a case where both the 18th and 19th claims are not satisfied.

表4−1、表4−2において、第5請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例38〜46であり、第6請求項に係わる金ボンディングワイヤは実施例38〜43である。   In Tables 4-1 and 4-2, the gold bonding wires according to the fifth claim are Examples 38 to 46, and the gold bonding wires according to the sixth claim are Examples 38 to 43.

それぞれの請求項の代表例について、評価結果の一部を説明する。   A part of the evaluation results will be described for representative examples of each claim.

実施例1〜12のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ボール接合部内の[111]/[100]の面積割合が1.1以上であることにより、楕円状の変形を抑える効果が強く、ボール接合部の真円性が高いことが確認された。   The bonding wires of Examples 1 to 12 have a strong effect of suppressing elliptical deformation because the area ratio of [111] / [100] in the ball joint according to the present invention is 1.1 or more. It was confirmed that the roundness of the joint was high.

実施例1〜5、7、9〜12、14、15のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ボール接合部内の[111]方位及び[100] 方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲であることにより、ボール接合部の偏芯を抑える効果が十分であり、ボール接合部の真円性が向上されていた。   The bonding wires of Examples 1 to 5, 7, 9 to 12, 14, and 15 have an area ratio of crystal grains having [111] orientation and [100] orientation in the ball joint according to the present invention of 30 to 95%. By being in this range, the effect of suppressing the eccentricity of the ball joint portion was sufficient, and the roundness of the ball joint portion was improved.

実施例1〜4、6〜8、10〜15のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ボール接合部内のボール半径Dの1/2までの芯部において、[111]/[100]の面積割合が3以下であることにより、接合部の位置ずれを低減し、小パッド部への接続にも有利である。また、実施例1〜4、6〜8、10〜12、14、15等は、芯部における[111]/[100]の面積割合が3以下であり、且つ、[111]/[100]の面積割合が1.1以上であるか、あるいは、[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲のどちらかを満足することで、化合物の成長率が70%以上と高く、接合強度の確保に有利であることが確認された。   The bonding wires of Examples 1 to 4, 6 to 8, and 10 to 15 have an area ratio of [111] / [100] in the core portion up to ½ of the ball radius D in the ball joint portion according to the present invention. Is 3 or less, the positional deviation of the joint portion is reduced, which is advantageous for connection to a small pad portion. In Examples 1 to 4, 6 to 8, 10 to 12, 14, 15 and the like, the area ratio of [111] / [100] in the core is 3 or less, and [111] / [100]. Or the area ratio of the crystal grains having the [111] orientation and the [100] orientation satisfies the range of 30 to 95%, whereby the growth rate of the compound Was as high as 70% or more, which was confirmed to be advantageous for securing the bonding strength.

実施例2〜10、12〜14のボンディングワイヤは、本発明に係わる、接合ボール半径Dの2/3の位置から外側となる外周部において、[111]/[100]の面積割合が0.9以上であることにより、花弁状の変形を抑え、外周部の結晶粒がほぼ均一に変形する効果を高める効果が強いことが確認された。   In the bonding wires of Examples 2 to 10 and 12 to 14, the area ratio of [111] / [100] is 0. 0 in the outer peripheral portion on the outer side from the position 2/3 of the bonding ball radius D according to the present invention. It was confirmed that by being 9 or more, the effect of suppressing the petal-like deformation and enhancing the effect that the crystal grains of the outer peripheral portion deform almost uniformly is strong.

実施例1〜9、12、14のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ボール接合部内の[112]、[113]、[114]、[115]方位の面積比率の合計が3〜40%の範囲であることにより、ボール部の直下のチップ又は電極内部への損傷を低減できることが確認された。   The bonding wires of Examples 1 to 9, 12, and 14 have a total area ratio of [112], [113], [114], and [115] directions in the ball joint according to the present invention of 3 to 40%. It was confirmed that the damage to the chip or the electrode directly under the ball part can be reduced by being in the range.

実施例1〜10、12のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ボール接合部の形状から求めた異方性パラメータSD/Mが0.3以下であることにより、ボール接合部の偏芯、花弁状変形等の不良を抑える効果が高く、真円性の高いボール接合部が得られることが確認された。   The bonding wires of Examples 1 to 10 and 12 have an anisotropy parameter SD / M determined from the shape of the ball joint according to the present invention of 0.3 or less. It was confirmed that a ball joint having a high roundness and a high effect of suppressing defects such as deformation was obtained.

実施例1〜11のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ワイヤ先端に形成されたボール部内の[111]/[100]の面積割合を1.1以上とすることにより、楕円状の変形を抑える効果が強いことが確認された。   In the bonding wires of Examples 1 to 11, the elliptical deformation is suppressed by setting the area ratio of [111] / [100] in the ball portion formed at the wire tip according to the present invention to 1.1 or more. It was confirmed that the effect was strong.

実施例1〜7、9〜12、14、15のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ボール部内の[111]方位を有する結晶粒の面積比率を35%以上とすることにより、ワイヤ中心からずれてボール部が形成される芯ずれ現象を低減することにより、結果として、電極上に接続されたボール接合部の偏芯を低減すること等により、真円性を高める十分な効果が確認された。   The bonding wires of Examples 1 to 7, 9 to 12, 14, and 15 are displaced from the wire center by setting the area ratio of crystal grains having [111] orientation in the ball portion to 35% or more according to the present invention. As a result, it was confirmed that the roundness was sufficiently improved by reducing the eccentricity of the ball joint portion connected to the electrode by reducing the misalignment phenomenon in which the ball portion was formed. .

実施例1〜7、9〜12のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ボール部内の中心域での[111]/[100]の面積割合Rdと、ボール断面全体での[111]/[100]の面積割合Raとが、|1−Rd/Ra|≦3の関係を満足することにより、そのボール部を電極上に接続して形成されたボール接合部において、花弁状又は凹凸状に変形される不良を低減できることが確認された。   In the bonding wires of Examples 1 to 7 and 9 to 12, the area ratio Rd of [111] / [100] in the central area in the ball portion and [111] / [100 in the entire ball cross section according to the present invention. And the area ratio Ra of | 1-Rd / Ra | ≦ 3, the ball joint formed by connecting the ball portion on the electrode is deformed into a petal shape or an uneven shape. It has been confirmed that the number of defects can be reduced.

実施例1〜15のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ワイヤ部の長手方向断面をワイヤ半径Lの1/3毎に3分割した中心部、内層部、外層部における[111]/[100]の面積割合をそれぞれLc、Lg、Lsとしたとき、Lc≦3、Lg≧0.8、Ls≧0.5の関係の内、少なくとも二つ以上を満足することにより、ボール形成条件や接合条件等により影響は受けるものの、ボール部及びボール接合部の組織を安定して制御することが容易となり、結果として、ボール接合部の真円性を向上したり、ボール直上部の直立性、ループ形状の制御、直線性等を満足させる効果が高められる。   The bonding wires of Examples 1 to 15 are [111] / [100] in the center portion, the inner layer portion, and the outer layer portion obtained by dividing the longitudinal section of the wire portion into three for every 1/3 of the wire radius L according to the present invention. When the area ratios of Lc, Lg, and Ls are Lc ≦ 3, Lg ≧ 0.8, and Ls ≧ 0.5, satisfying at least two of the relationships, the ball forming conditions and the bonding conditions However, it is easy to stably control the structure of the ball part and the ball joint part. As a result, the roundness of the ball joint part is improved, the uprightness of the ball directly above, and the loop shape. The effect of satisfying control, linearity, etc. is enhanced.

実施例38〜46のボンディングワイヤは、本発明に係わる、ボール接合部内のボール半径Dの4/5から外側の部位である最外周領域、又は、該最外周領域に含まれる最も外側の結晶粒の少なくとも一方において、[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が50%以上であることにより、接合性に難のあるパッドA、B、Cで接合性が良好であり、また、60%以上では、パッドA、B、Cで接合性が向上していた。   The bonding wires of Examples 38 to 46 are the outermost peripheral region that is an outer portion from 4/5 of the ball radius D in the ball joint according to the present invention, or the outermost crystal grains included in the outermost peripheral region. In at least one of the above, when the total area ratio of the crystal grains having the [111] orientation is 50% or more, the pads A, B, and C, which are difficult to bond, have good bondability, and 60 In the case of% or more, the bonding property was improved in the pads A, B and C.

実施例38〜43のボンディングワイヤは、本発明に係わる、最外周領域の[111]方位の面積比率が50%以上であり、さらに、最外周領域以外の胴体領域において、[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が40%以下であることにより、キャッピラリ寿命が改善されていた。   In the bonding wires of Examples 38 to 43, the area ratio of the [111] orientation in the outermost peripheral region according to the present invention is 50% or more, and the [111] orientation is present in the body region other than the outermost peripheral region. When the total area ratio of the crystal grains is 40% or less, the capillary life is improved.

比較例1〜3では、本発明を満足しない場合であり、ボール変形の真円性、位置ずれ、シェア強度等、いずれの特性も十分ではなく、実用上の問題が確認された。   In Comparative Examples 1 to 3, the present invention was not satisfied, and all the characteristics such as the roundness of ball deformation, misalignment, and shear strength were not sufficient, and a practical problem was confirmed.

実施例2〜11、13〜15のボンディングワイヤは、本発明に係わる、隣接する結晶粒の方位の角度差が30°以下である結晶粒界が、全結晶粒の粒界に占める割合が50%以上であることにより、プローブ圧痕が多いパッド電極でも十分な真円性を確保し、結果として良好な接合強度を得ることが容易であることが確認された。   In the bonding wires of Examples 2 to 11 and 13 to 15, the proportion of the crystal grain boundaries in which the angle difference between the orientations of adjacent crystal grains is 30 ° or less according to the present invention is 50% of the grain boundaries of all crystal grains. % Or more, it was confirmed that sufficient roundness was ensured even with a pad electrode with many probe indentations, and as a result, it was easy to obtain good bonding strength.

実施例16〜29のボンディングワイヤは、第16請求項に係わる合金元素の添加を満足するものであり、ボール接合部又はボール部の結晶方位の関係について、本発明に係わる請求項1〜10の少なくとも一つが満足された。ここで、放電条件は、実施例30の条件を使用した。一方、比較例4〜6では、第16請求項を満足しておらず、ボール接合部又はボール部の結晶方位の関係で、本発明を満足しない項目が2項目以上に増えていた。   The bonding wires of Examples 16 to 29 satisfy the addition of the alloy element according to the sixteenth claim, and the relationship between the crystal orientation of the ball joint or the ball portion is as defined in claims 1 to 10 according to the present invention. At least one was satisfied. Here, the conditions of Example 30 were used for the discharge conditions. On the other hand, in Comparative Examples 4 to 6, the 16th claim was not satisfied, and the number of items that did not satisfy the present invention increased to two or more due to the crystal orientation of the ball joint or the ball.

実施例30〜37のボンディングワイヤでは、第17請求項に係わるボール形成方法を満足するものであり、ボール接合部又はボール部の結晶方位の関係について、本発明に係わる請求項1〜10の少なくとも一つが満足された。一方、比較例7、8では、第16請求項を満足しておらず、ボール接合部又はボール部の結晶方位の関係で、本発明を満足しない項目が2項目以上に増えていた。また、比較例9〜11では、ボンディングワイヤの組成及びボール形成方法共に、本発明の条件を満足できない場合には、望ましいボール接合部又はボール部の結晶方位の関係が得られなかった。   In the bonding wires of Examples 30 to 37, the ball forming method according to the seventeenth aspect is satisfied, and the relationship of the crystal orientation of the ball bonding portion or the ball portion is at least as defined in the first to tenth aspects according to the present invention. One was satisfied. On the other hand, in Comparative Examples 7 and 8, the 16th claim was not satisfied, and the number of items that did not satisfy the present invention increased to two or more due to the relationship of the crystal orientation of the ball joint or ball. In Comparative Examples 9 to 11, when the conditions of the present invention could not be satisfied for both the composition of the bonding wire and the ball forming method, the desired relationship of the ball joint or the crystal orientation of the ball portion could not be obtained.

金ボンディングワイヤのボール接合部の模式図(a)正常、(b)偏芯、(c)花弁状Schematic diagram of ball bonding part of gold bonding wire (a) normal, (b) eccentricity, (c) petal shape 金ボンディングワイヤのボール接合部のEBSP測定による結晶粒界Grain boundaries by EBSP measurement of ball joints of gold bonding wires ボール接合部のEBSP測定の逆極点図Reverse pole figure of EBSP measurement of ball joint 金ボンディングワイヤのボール接合部のEBSP測定結果(a)結晶粒界、(b)最外周領域の逆極点図、(c)ボール接合部全体の逆極点図EBSP measurement result of ball bonding part of gold bonding wire (a) Grain boundary, (b) Reverse pole figure of outermost peripheral region, (c) Reverse pole figure of entire ball joint part

Claims (24)

端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が1.1以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end is bonded to a substrate electrode portion, and a crystal grain having a [100] orientation among crystal orientations in a direction perpendicular to the cross section of the ball joint portion in a horizontal direction with respect to the substrate surface The ratio of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of is 1.1 or more, and a gold bonding wire for a semiconductor device. 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end is bonded to a substrate electrode portion, and a [111] orientation with respect to all crystal grains among crystal orientations in a direction perpendicular to the cross section in a cross section of the ball joint portion in the horizontal direction with respect to the substrate surface And an area ratio of crystal grains having a [100] orientation is in the range of 30 to 95%. 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの1/2までの部位を芯部としたとき、芯部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が3以下であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end is bonded to a substrate electrode portion, and the ball surface is bonded to the substrate surface in the horizontal direction within the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball bonding portion in the horizontal direction with the substrate surface. When the portion from the center of the cross section to 1/2 of the joining ball radius D is the core, the ratio of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the [100] orientation in the core is A gold bonding wire for a semiconductor device, which is 3 or less. 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの2/3から外側の部位を外周部としたとき、外周部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が0.9以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end is bonded to a substrate electrode portion, and the ball surface is bonded to the substrate surface in the horizontal direction within the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball bonding portion in the horizontal direction with the substrate surface. The area of the crystal grain having the [111] orientation with respect to the area of the crystal grain having the [100] orientation in the outer peripheral portion when the outer portion from 2/3 of the joint ball radius D from the center of the cross section is the outer peripheral portion. A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the ratio is 0.9 or more. 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心からボール半径Dの4/5から外側の部位である最外周領域、または該最外周領域に含まれる最も外側の結晶粒の少なくとも一方において、[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が50%以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire in which a ball portion formed at an end is bonded to a substrate electrode portion, and the ball surface is bonded to the substrate surface in the horizontal direction within the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball bonding portion in the horizontal direction with the substrate surface. The area of a crystal grain having a [111] orientation in at least one of the outermost peripheral region that is a portion outside 4/5 of the ball radius D from the center of the section and the outermost crystal grain included in the outermost peripheral region A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the total ratio is 50% or more. 前記ボール接合部断面で、最外周領域、または該最外周領域に含まれる最も外側の結晶粒のどちらにも属さない領域を胴体領域とし、該胴体領域において[111]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が40%以下であることを特徴とする、請求項5に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。   An area of a crystal grain having a [111] orientation in the body region, wherein a region that does not belong to either the outermost peripheral region or the outermost crystal grain included in the outermost peripheral region in the ball joint cross section 6. The gold bonding wire for a semiconductor device according to claim 5, wherein the total ratio is 40% or less. 端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤであって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[112]、[113]、[114]、[115]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が3〜40%の範囲であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire in which a ball part formed at an end part is joined to a substrate electrode part, and [112] with respect to all crystal grains in a crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint part in the horizontal direction with the substrate surface. A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein the total area ratio of crystal grains having [113], [114], and [115] orientations is in the range of 3 to 40%. 前記ボール接合部断面の重心を通る線分の長さをdとしたとき、該断面の任意の3箇所以上で長さdを測定した場合の平均値Mと標準偏差SDとの関係が、SD/M≦0.3を満足する請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。   When the length of the line segment passing through the center of gravity of the ball joint cross section is d, the relationship between the average value M and the standard deviation SD when the length d is measured at any three or more locations in the cross section is expressed as SD. The gold bonding wire for a semiconductor device according to claim 1, wherein /M≦0.3 is satisfied. 前記端部に形成したボール部を基板電極部に接合した金ボンディングワイヤのボール部と基板電極部の接合界面において、ボンディングワイヤの主要構成成分と該電極部の主要構成成分とからなる金属間化合物の形成割合が接合界面全体の65%以上である請求項1〜8のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。   An intermetallic compound comprising a main component of a bonding wire and a main component of the electrode part at the bonding interface between the ball part of the gold bonding wire and the substrate electrode part obtained by bonding the ball part formed on the end part to the substrate electrode part The gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the formation ratio of is 65% or more of the entire bonding interface. 端部にボール部を形成する金ボンディングワイヤであって、該ボール部のワイヤ長手方向に垂直な断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が1.1以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire for forming a ball portion at an end, wherein a crystal grain structure having a [100] orientation in a crystal orientation in a wire longitudinal direction in a crystal grain structure of a cross section perpendicular to the wire longitudinal direction of the ball portion. A ratio of the area of crystal grains having [111] orientation to the area is 1.1 or more. 端部にボール部を形成する金ボンディングワイヤであって、該ボール部のワイヤ長手方向に垂直な断面の結晶粒組織において、ワイヤ長手方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[111]方位を有する結晶粒の面積比率が35%以上であることを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire that forms a ball portion at an end, and in a crystal grain structure of a cross section perpendicular to the wire longitudinal direction of the ball portion, among the crystal orientations in the wire longitudinal direction, [111] orientation with respect to all crystal grains A gold bonding wire for a semiconductor device, wherein an area ratio of crystal grains is 35% or more. 端部にボール部を形成する金ボンディングワイヤであって、該ボール部のワイヤ長手方向に垂直な断面の結晶粒組織において、ボール部の中心からボール半径Rの1/2までの部位を中心域としたとき、中心域におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合Rdと、ボール断面全体での[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合Raとが、|1− Rd/Ra|≦3であることを特徴とする、請求項10又は11に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。   A gold bonding wire that forms a ball portion at an end portion, and in a crystal grain structure of a cross section perpendicular to the wire longitudinal direction of the ball portion, a region from the center of the ball portion to 1/2 of the ball radius R is a central region , The ratio Rd of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the [100] orientation out of the crystal orientation in the longitudinal direction of the wire in the central region, and [100] in the entire ball cross section. 12. The semiconductor according to claim 10, wherein the ratio Ra of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the orientation is | 1−Rd / Ra | ≦ 3. Gold bonding wire for equipment. 金ボンディングワイヤの熱影響部を除くワイヤ部の長手方向断面の結晶粒組織において、該ワイヤの中心からワイヤ半径Lの1/3毎に3分割して、中心部(c)、内層部(g)、外層部(s)におけるワイヤ長手方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合をそれぞれLc、Lg、Lsとして、Lc≦3、Lg≧0.8、Ls≧0.5の関係のうち少なくとも二つを満足することを特徴とする半導体装置用金ボンディングワイヤ。   In the crystal grain structure of the cross section in the longitudinal direction of the wire part excluding the heat-affected part of the gold bonding wire, the center part (c) and the inner layer part (g ), The ratio of the area of the crystal grain having the [111] orientation to the area of the crystal grain having the [100] orientation out of the crystal orientation in the wire longitudinal direction in the outer layer portion (s) is Lc, Lg, and Ls, respectively. A gold bonding wire for a semiconductor device satisfying at least two of the relationships of ≦ 3, Lg ≧ 0.8, and Ls ≧ 0.5. 前記 [111]方位及び[100]方位の結晶粒が、ボンディングワイヤの長手方向に対して10°以内の傾きである請求項1〜7、10、11、13のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。   14. The semiconductor device according to claim 1, wherein the crystal grains having the [111] orientation and the [100] orientation have an inclination of 10 ° or less with respect to the longitudinal direction of the bonding wire. Gold bonding wire. 前記断面における結晶粒において、隣接する結晶粒の方位の角度差が30°以下である結晶粒界が、全結晶粒の粒界に占める割合が50%以上である請求項1〜7、10、11、13のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。   In the crystal grains in the cross section, the ratio of the crystal grain boundaries in which the angle difference between the orientations of adjacent crystal grains is 30 ° or less is 50% or more of the grain boundaries of all crystal grains, 1 to 7, 10, 11. A gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of 11 and 13. 前記ボール部またはボール接合部の断面組織における結晶粒数が、0.005〜0.1個/μm2である請求項1〜7、10、11、13に記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。 14. The gold bonding wire for a semiconductor device according to claim 1, wherein the number of crystal grains in a cross-sectional structure of the ball part or the ball joint part is 0.005 to 0.1 / μm 2 . 前記ボール部またはボール接合部の断面組織における結晶粒径の標準偏差が1.5μm以下である請求項1〜7、10、11、13のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。   14. The gold bonding wire for a semiconductor device according to claim 1, wherein a standard deviation of a crystal grain size in a cross-sectional structure of the ball portion or the ball joint portion is 1.5 μm or less. Auを主成分とし、添加成分として、Be:0.0001〜0.0008質量%、Ca:0.001〜0.005質量%、Eu:0.0005〜0.004質量%、Nd:0.0005〜0.004質量%、Yb:0.0005〜0.005質量%、Cu:0.001〜0.4質量%、Pd:0.001〜0.6質量%、Ag、Mn、Ptのうち1種以上を0.0005〜0.2質量含有することを特徴とする、請求項1〜17のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤ。   The main component is Au, and the additive components are: Be: 0.0001 to 0.0008 mass%, Ca: 0.001 to 0.005 mass%, Eu: 0.0005 to 0.004 mass%, Nd: 0.00. 0005 to 0.004 mass%, Yb: 0.0005 to 0.005 mass%, Cu: 0.001 to 0.4 mass%, Pd: 0.001 to 0.6 mass%, Ag, Mn, Pt The gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 17, wherein one or more of them are contained in an amount of 0.0005 to 0.2 mass. 請求項1〜18のいずれかに記載の半導体装置用金ボンディングワイヤを用いて、半導体チップ及び基板に形成された電極部へボール接合とウェッジ接合とを繰り返して行い、電極部とボンディングワイヤとを接続する金ボンディングワイヤの接続方法であって、ボンディングワイヤの端部にアーク放電によりボール部を形成し、該ボール部を半導体チップ上の電極部に接合するに際し、元のワイヤ直径を2Lとしたとき、ウェッジ接合後の直径が元の直径より1割以上細くなっている変形端部の長さが0.8L〜4Lであるワイヤ端部に対して、ワイヤ長手方向との角度が0〜45°となる方向からアーク放電を施して、1.2L〜2.0Lの半径を有するボール部を形成してからボール接合することを特徴とする金ボンディングワイヤの接続方法。   Using the gold bonding wire for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 18, ball bonding and wedge bonding are repeatedly performed on an electrode portion formed on a semiconductor chip and a substrate, and the electrode portion and the bonding wire are connected. A method of connecting gold bonding wires to be connected, wherein a ball portion is formed by arc discharge at an end portion of the bonding wire, and when the ball portion is bonded to an electrode portion on a semiconductor chip, the original wire diameter is set to 2L. When the wire end is 0.8L to 4L, the angle with respect to the longitudinal direction of the wire is 0 to 45 degrees with respect to the wire end having a length of 0.8L to 4L. A gold bonding wire characterized in that arc discharge is performed in the direction of ° to form a ball portion having a radius of 1.2 L to 2.0 L and then bonded to the ball. Connection method. 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が1.1以上であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device in which an electrode portion on a semiconductor substrate and an external terminal are connected by a bonding wire, and a crystal grain having a [100] orientation among crystal orientations in a vertical direction of the cross section in a ball joint cross section in the horizontal direction with the substrate surface A semiconductor device comprising a ball bonding portion in which a ratio of an area of crystal grains having a [111] orientation to an area of 1.1 is 1.1 or more. 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[111]方位及び[100]方位を有する結晶粒の面積比率が30〜95%の範囲であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device for connecting an electrode portion on a semiconductor substrate and an external terminal by a bonding wire, and [111] orientation with respect to all crystal grains in the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint portion in the horizontal direction with the substrate surface And a ball bonding portion in which the area ratio of crystal grains having a [100] orientation is in the range of 30 to 95%. 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの1/2までの部位を芯部としたとき、芯部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が3以下であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device in which an electrode portion on a semiconductor substrate and an external terminal are connected by a bonding wire, and the ball surface in a horizontal direction is bonded to the substrate surface in the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint portion in the horizontal direction with the substrate surface. When the portion from the center of the cross section to 1/2 of the joining ball radius D is the core, the ratio of the area of the crystal grains having the [111] orientation to the area of the crystal grains having the [100] orientation in the core is A semiconductor device having a ball joint portion of 3 or less. 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、基板表面と水平方向のボール接合部断面の中心から接合ボール半径Dの2/3から外側の部位を外周部としたとき、外周部における[100]方位を有する結晶粒の面積に対する、[111]方位を有する結晶粒の面積の割合が0.9以上であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device in which an electrode portion on a semiconductor substrate and an external terminal are connected by a bonding wire, and the ball surface in a horizontal direction is bonded to the substrate surface in the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint portion in the horizontal direction with the substrate surface. The area of the crystal grain having the [111] orientation with respect to the area of the crystal grain having the [100] orientation in the outer peripheral portion when the outer portion from 2/3 of the joint ball radius D from the center of the cross section is the outer peripheral portion. A semiconductor device including a ball joint portion having a ratio of 0.9 or more. 半導体基板上の電極部と外部端子をボンディングワイヤで接続する半導体装置であって、基板表面と水平方向のボール接合部断面における該断面垂直方向の結晶方位の内、全結晶粒に対する[112]、[113]、[114]、[115]方位を有する結晶粒の面積比率の合計が3〜40%の範囲であるボール接合部を有することを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device for connecting an electrode portion on a semiconductor substrate and an external terminal with a bonding wire, and [112] for all crystal grains in the crystal orientation in the vertical direction of the cross section in the cross section of the ball joint portion in the horizontal direction with the substrate surface, [113], [114], [115] A semiconductor device comprising a ball joint having a total area ratio of crystal grains having a [115] orientation of 3 to 40%.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007266339A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Mitsubishi Materials Corp Gold alloy wire for bonding wire with high initial bondability, high bond reliability and high roundness of crimped ball
JP2009527111A (en) * 2006-02-13 2009-07-23 ヴェー ツェー ヘレーウス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Bonding wire
WO2009093554A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Nippon Steel Materials Co., Ltd. Bonding wire for semiconductor device
US20100294532A1 (en) * 2007-12-03 2010-11-25 Nippon Steel Materials Co., Ltd. Bonding wire for semiconductor devices
WO2011013527A1 (en) * 2009-07-30 2011-02-03 新日鉄マテリアルズ株式会社 Bonding wire for semiconductor
JP2011035020A (en) * 2009-07-30 2011-02-17 Nippon Steel Materials Co Ltd Bonding wire for semiconductor
JP2011077254A (en) * 2009-09-30 2011-04-14 Nippon Steel Materials Co Ltd Bonding wire for semiconductor
JP2014053610A (en) * 2012-09-04 2014-03-20 Heraeus Materials Technology Gmbh & Co Kg Silver alloy wire for bonding application

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5948948A (en) * 1982-08-14 1984-03-21 デメトロン・ゲゼルシヤフト・フユ−ル・エレクトロニク−ヴエルクシユトツフエ・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング Gold or gold alloy wire for bonding semiconductor crystal insemiconductor structure element to connecting position
JPH04363038A (en) * 1991-01-31 1992-12-15 Mitsubishi Materials Corp Semiconductor device
JPH0582576A (en) * 1991-07-19 1993-04-02 Mitsubishi Materials Corp Bonding wire for semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH11288965A (en) * 1998-04-03 1999-10-19 Nec Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2000040710A (en) * 1998-07-24 2000-02-08 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Gold alloy fine wire for bonding
JP2004031469A (en) * 2002-06-24 2004-01-29 Nippon Steel Corp Gold bonding wire for semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004228541A (en) * 2002-04-05 2004-08-12 Nippon Steel Corp Gold bonding wire for semiconductor device and manufacturing method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5948948A (en) * 1982-08-14 1984-03-21 デメトロン・ゲゼルシヤフト・フユ−ル・エレクトロニク−ヴエルクシユトツフエ・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング Gold or gold alloy wire for bonding semiconductor crystal insemiconductor structure element to connecting position
JPH04363038A (en) * 1991-01-31 1992-12-15 Mitsubishi Materials Corp Semiconductor device
JPH0582576A (en) * 1991-07-19 1993-04-02 Mitsubishi Materials Corp Bonding wire for semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH11288965A (en) * 1998-04-03 1999-10-19 Nec Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2000040710A (en) * 1998-07-24 2000-02-08 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Gold alloy fine wire for bonding
JP2004228541A (en) * 2002-04-05 2004-08-12 Nippon Steel Corp Gold bonding wire for semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004031469A (en) * 2002-06-24 2004-01-29 Nippon Steel Corp Gold bonding wire for semiconductor device and manufacturing method thereof

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009527111A (en) * 2006-02-13 2009-07-23 ヴェー ツェー ヘレーウス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Bonding wire
JP2007266339A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Mitsubishi Materials Corp Gold alloy wire for bonding wire with high initial bondability, high bond reliability and high roundness of crimped ball
US8299356B2 (en) * 2007-12-03 2012-10-30 Nippon Steel Materials Co., Ltd. Bonding wire for semiconductor devices
US20100294532A1 (en) * 2007-12-03 2010-11-25 Nippon Steel Materials Co., Ltd. Bonding wire for semiconductor devices
CN101802994B (en) * 2008-01-25 2012-02-08 新日铁高新材料株式会社 Bonding wire for semiconductor device
JPWO2009093554A1 (en) * 2008-01-25 2011-05-26 新日鉄マテリアルズ株式会社 Bonding wires for semiconductor devices
US7952028B2 (en) 2008-01-25 2011-05-31 Nippon Steel Materials Co., Ltd. Bonding wire for semiconductor device
WO2009093554A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Nippon Steel Materials Co., Ltd. Bonding wire for semiconductor device
JP2011035020A (en) * 2009-07-30 2011-02-17 Nippon Steel Materials Co Ltd Bonding wire for semiconductor
WO2011013527A1 (en) * 2009-07-30 2011-02-03 新日鉄マテリアルズ株式会社 Bonding wire for semiconductor
US8742258B2 (en) 2009-07-30 2014-06-03 Nippon Steel & Sumikin Materials Co., Ltd. Bonding wire for semiconductor
JP2011077254A (en) * 2009-09-30 2011-04-14 Nippon Steel Materials Co Ltd Bonding wire for semiconductor
JP2014053610A (en) * 2012-09-04 2014-03-20 Heraeus Materials Technology Gmbh & Co Kg Silver alloy wire for bonding application

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