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JP2768021B2 - 半導体装置用ボンディングワイヤおよびその製造方法 - Google Patents

半導体装置用ボンディングワイヤおよびその製造方法

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JP2768021B2
JP2768021B2 JP3023609A JP2360991A JP2768021B2 JP 2768021 B2 JP2768021 B2 JP 2768021B2 JP 3023609 A JP3023609 A JP 3023609A JP 2360991 A JP2360991 A JP 2360991A JP 2768021 B2 JP2768021 B2 JP 2768021B2
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JP
Japan
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bonding
surfactant
wire
semiconductor device
bonding wire
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JPH0521499A (ja
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正樹 森川
潔 古川
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43Manufacturing methods
    • H10W72/07168
    • H10W72/075
    • H10W72/07502
    • H10W72/50
    • H10W72/522
    • H10W72/5522
    • H10W72/553
    • H10W72/555

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  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子のチップ電
極と外部リードとを接続するために使用される半導体装
置用ボンディングワイヤおよびその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】周知のように、ICチップ(半導体素
子)が組み込まれた半導体装置の組立において、半導体
素子と外部リードとを接続する金属細線(ボンディング
ワイヤ)としては、金線、アルミニウム線、または一部
には銅線が用いられている。これらのボンディングワイ
ヤの中でも金線は最も古くから使用されており、耐食性
が優れている点で、金または金合金よりなる半導体装置
用ボンディングワイヤの使用量は他に比べて圧倒的に多
い。
【0003】図2に示すように、従来、このようなボン
ディングワイヤ1は糸巻き状のボンディングスプール2
の胴部に一重に巻回された状態で支持され、その端部よ
り巻きほどかれて前記半導体素子と外部リードとの接合
部に供給される。
【0004】ところが、このような従来から使用されて
きた一層巻のボンディングワイヤでは、巻取量は一般に
100〜200m が限度であることから、最近では図3
に示すようなクロス巻された多層巻のボンディングワイ
ヤが用いられるようになり、巻取量も1000〜200
0m へと長尺化してきている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにクロス巻された多層巻のボンディングワイヤでは、
細線が巻きほどかれる際に内側の細線に擦られてしまう
ため、この摩擦によってワイヤが損亡したりボンディン
グ時に不要な張力が生じたりしてループ異常や断線の原
因となっていた。
【0006】このような問題を解消するために、巻き方
法の調整等がなされてきたが、金や金合金製のボンディ
ングワイヤのように細線表面に酸化皮膜が形成されない
場合には多層巻された細線の間で金属結合が進行し易
く、巻き方法を調整しただけでは前記問題を解消するこ
とは困難であった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するためになされたもので、請求項1の半導体装置用
ボンディングワイヤは、金または金合金よりなる細線の
表面に有機カーボンを含む界面活性剤を平均膜厚10〜
5000Åで被覆して200〜700℃、より好ましく
は300〜650℃で焼鈍することにより、平均膜厚5
〜1000Åの前記界面活性剤の残存被膜を被覆したこ
とを特徴とするものである。
【0008】また請求項2の半導体装置用ボンディング
ワイヤの製造方法は、金または金合金よりなる細線の表
面に有機カーボンを含む界面活性剤を平均膜厚10〜5
000Åで被覆し、この細線を200〜700℃、より
好ましくは300〜650℃で焼鈍して、平均膜厚5〜
1000Åの前記界面活性剤の残存被覆を形成すること
を特徴とする。
【0009】さらに請求項3の半導体装置用ボンディン
グワイヤは、前記請求項1の半導体装置用ボンディング
ワイヤにおいて、前記残存被膜が形成された細線の表面
に有機カーボンを含む第2の界面活性剤を被覆して、こ
の第2の界面活性剤と前記残存被膜とからなる平均膜厚
10〜5000Åの被膜を形成したことを特徴とするも
のである。
【0010】さらにまた、請求項4の半導体装置用ボン
ディングワイヤの製造方法は、前記請求項1の半導体装
置用ボンディングワイヤの製造方法において、前記残存
被膜が形成された細線の表面に有機カーボンを含む第2
の界面活性剤を被覆して、この第2の界面活性剤と前記
残存被膜とからなる平均膜厚10〜5000Åの被膜を
形成することを特徴とする。
【0011】そして請求項5の半導体装置用ボンディン
グワイヤおよびその製造方法は、前記界面活性剤を脂肪
酸エステル、ポリエチレングリコール、およびアルキル
アミンの少なくとも一種より構成することを特徴とす
る。
【0012】
【作用】本発明の発明者らは、前記の課題を解決するた
めに金および金合金の表面性状に関して鋭意研究を重ね
た結果、次のような知見を得た。
【0013】すなわち、金または金合金よりなる細線の
表面に有機カーボンを含む界面活性剤を被覆し、管状熱
処理炉に通して焼鈍すると、一般に処理温度が700℃
以下では焼鈍後でも前記界面活性剤が微量に残存し、細
線表面に強く固着して残存被膜を形成する。この残存被
膜は、半導体装置のボンディング加工工程におけるボン
ディングワイヤの接触等によっても剥離することなく、
ボンディングワイヤ同志の金属間結合が抑制されるとと
もに細線自身の保護、強化も図られる。
【0014】そして、この熱処理前の界面活性剤の膜厚
を厚くするか、あるいは2種以上の界面活性剤の混合物
を用いることにより、残存被膜の膜厚が大きくなるとと
もに、細線表面への固着もより一層強くなる。
【0015】また前記金または金合金よりなる細線に、
このような熱処理された残存皮膜を介して第2の界面活
性剤を被覆すると、この第2の界面活性剤の成分が前記
残存被膜に結合することによってこれら第2の界面活性
剤と残存被膜とからなる被膜が形成され、結果的にこの
第2の界面活性剤が金または金合金の細線表面に強固に
固着する。
【0016】従って請求項3および4の半導体装置用ボ
ンディングワイヤおよびその製造方法のように、熱処理
前に有機カーボンを含有する界面活性剤を被覆してお
き、熱処理後、有機カーボンを含有する第2の界面活性
剤を被覆すると、細線表面に形成される残存被膜が下地
処理効果を奏して非常に強い有機カーボンの被膜が形成
される。これにより、ワイヤの金属間結合はより一層効
果的に抑えられ、また細線自体も巻きほどき時のボンデ
ィングワイヤ同志の摩擦からより強く保護される。
【0017】ここで請求項1および2の半導体装置用ボ
ンディングワイヤおよびその製造方法において、熱処理
前の界面活性剤の平均膜厚が10Å未満であると、熱処
理後の残存被膜の平均膜厚が5Åより薄くなるおそれが
あり、ワイヤの金属間結合やボンディング時の摩擦が抑
えられなくなる危険性がある。また、熱処理前の界面活
性剤の平均膜厚が5000Åを超えると、残存被膜の平
均膜厚が1000Åを超えてしまってボンディング時に
ステッチボンド不良等が発生するおそれがある。
【0018】さらに、請求項3および4の半導体装置用
ボンディングワイヤおよびその製造方法において、第2
の界面活性剤と残存被膜とからなる被膜の平均膜厚を1
0〜5000Åとしたのは、熱処理によって既に平均膜
厚5〜1000Åの残存被膜の下地が形成されているか
らであり、前記被膜の平均膜厚が10Åを下回ると金属
間結合の抑制効果が著しく弱くなり、逆に平均膜厚が5
000Åを超えるとステッチボンド不良等のボンディン
グトラブルを起こす原因となる。
【0019】なお、本発明では界面活性剤を被覆した,
後の熱処理温度(焼鈍温度)を200〜700℃に設定し
たが、前記残存被膜をより効果的に細線表面に固着させ
るには、熱処理温度を300〜650℃とすることが望
ましい。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0021】線径25μmの金よりなる細線に、有機カ
ーボンを含む界面活性剤である脂肪酸エステルを平均膜
厚200Åおよび4500Åで被覆し、450℃に保持
した管状の熱処理炉に35m/minの速度で挿通して焼鈍
し、平均膜厚50Åおよび900Åの残存被膜を形成し
た。これらを、それぞれ実施例1および実施例2とす
る。
【0022】また、実施例1および実施例2の半導体装
置用ボンディングワイヤを前記焼鈍後、有機カーボンを
含む第2の界面活性剤であるアルキルアミンで被覆し、
この第2の界面活性剤と前記残存被膜とからなる平均膜
厚200Åおよび1000Åの被膜が形成された半導体
装置用ボンディングワイヤを製造した。これらをそれぞ
れ実施例3および実施例4とする。
【0023】さらに、前記線径25μmの金よりなる細
線表面を前記界面活性剤脂肪酸エステルで被覆して平均
膜厚100Åの被膜を形成し、450℃に保持された管
状熱処理炉に35m/minで挿通して焼鈍し、平均膜厚3
0Åの残存被膜が形成された半導体装置用ボンディング
ワイヤを製造した。そして、これを前記第2の界面活性
剤アルキルアミンで被覆し、第2の界面活性剤と前記残
存被膜とからなる平均膜厚150Åの被膜を形成した。
これを実施例5とする。
【0024】一方、比較のため、界面活性剤による被覆
を全く行なわなかった線径25μmの半導体装置用ボン
ディングワイヤ、および前記界面活性剤脂肪酸エステル
により平均膜厚12000Åの被膜を形成して焼鈍した
後、前記第2の界面活性剤アルキルアミンで被覆して残
存被覆と第2の界面活性剤とからなる平均膜厚7000
Åの被膜が形成された半導体装置用ボンディングワイヤ
を製造した。これらをそれぞれ比較例1および比較例2
とする。
【0025】ここでワイヤの巻きほどき性について、こ
れらの実施例および比較例をボンディングスプールに巻
回して80℃で10時間保持した後、保存の加速試験と
して図1に示すように巻きほどき試験を行ない、異常の
有無を調査した。但し、図1において符号1はボンディ
ングワイヤ、符号2はボンディングスプール胴部の断面
である。
【0026】また、これらの実施例および比較例によっ
て実際に半導体装置のボンディングを行なった上でボン
ディングテストを行ない、ステッチボンド不良等の有無
を調査した。
【0027】これら巻きほどき試験およびボンディング
テストの結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】巻きほどき性については、巻きほどきが正
常に行なわれている場合には、ボンディングワイヤ1は
図1に実線で示すようにボンディングスプール2の鉛直
下向きの接線に沿って巻きほどかれる。しかし、内側の
ボンディングワイヤとの結合や摩擦によって巻きほどき
に異常が生じた場合は、図1に破線で示すように前記接
線には沿わずに巻きほどかれ、ボンディングワイヤの供
給に支障を来すことがある。
【0030】そして表1より判るように、実施例1〜5
および比較例2の半導体装置用ボンディングワイヤで
は、このような巻きほどきの異常は認められなかった
が、比較例1のボンディングワイヤでは巻きほどき異常
が発生した。またボンディングテストについては、実施
例1〜5では異常が認められなかったのに対し、比較例
1および2では異常の発生が確認された。
【0031】また、細線に金合金を用いて前記実施例と
同じ様に本発明のボンディングワイヤを製造して巻きほ
どき試験およびボンディングテストを行なったが、前記
実施例同様、良好な結果を得ることができた。
【0032】このように本発明の半導体装置用ボンディ
ングワイヤでは、残存被膜、もしくは残存被膜と第2の
界面活性剤とからなる被膜によってワイヤ同志の金属間
結合が抑えられるので、ワイヤのボンディングスプール
からの巻きほどきを安定的に行なうことができ、これに
伴ってボンディングワイヤの安定供給を図ることができ
る。また、これらの被膜により金もしくは金合金よりな
る細線自体が保護、強化されるので、巻きほどき時の摩
擦による張力によってボンディングワイヤが断線するよ
うな事態を未然に防ぐことが可能であり、さらにステッ
チボンド不良等のボンディングトラブルの発生も抑える
ことが可能となる。
【0033】さらにまた、本実施例のうち実施例3およ
び実施例4では、第2の界面活性剤としてアルキルアミ
ンを用いたが、ここでアルキルアミンは親油性であって
通常の金または金合金の表面には固着し難いことが知ら
れている。しかしながら本発明では、このような親油性
の界面活性剤であっても、金または金合金よりなる細線
との間に残存被膜を介在させることによってこれらの細
線表面に強固に固着することが可能である。そして、こ
れにより前述した効果をより一層向上せしめることが可
能である。
【0034】なお、このように前記実施例3および実施
例4では第2の界面活性剤として親油性のアルキルアミ
ンを用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、他の親油性の界面活性剤や、ポリエチレングリコー
ル等の親水性の界面活性剤を用いても構わない。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
または金合金よりなる細線を有機カーボンを含有する界
面活性剤で被覆して比較的低温度で焼鈍することによ
り、細線表面にこの界面活性剤の残存被膜が固着する。
そして、この残存被膜によってボンディングワイヤ同志
の金属間結合が抑制されるので巻きほどき性の向上が図
られ、安定した供給を行なうことが可能となる。また細
線自体が残存被膜により保護されて強化されるので、巻
きほどきの際のボンディングワイヤ同志の摩擦によって
細線が損亡したり、この摩擦による張力によってボンデ
ィングワイヤが断線したりするような事態を未然に防止
することが可能となる。
【0036】また、このような半導体装置用ボンディン
グワイヤを、さらに有機カーボンを含む第2の界面活性
剤で被覆した場合には、細線表面に強く固着した残存被
膜を、さらに第2の界面活性剤が強く被覆する。そし
て、この第2の界面活性剤と前記残存被覆とからなる被
膜により、ボンディングワイヤ同志の金属間結合はより
一層効果的に抑制されるので、ボンディングスプールか
らの巻きほどき性が向上し、安定供給をなすことができ
る。さらに、細線自体は前記被膜によってより強く保護
されるので、巻きほどき時の摩擦や張力によるボンディ
ングワイヤの損亡や断線、ステッチボンド不良等のボン
ディングトラブルをより効果的に防止することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例および比較例による巻きほどき
試験の状態を示すずである。
【図2】ボンディングスプールに一層巻されたボンディ
ングワイヤを示す図である。
【図3】ボンディングスプールにクロス巻きで多層巻さ
れたボンディングワイヤを示す図である。
【符号の説明】
1 ボンディングワイヤ 2 ボンディングスプール
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−363036(JP,A) 特開 昭59−167044(JP,A) 特開 昭64−11336(JP,A) 特開 昭62−139217(JP,A) 特開 平2−94534(JP,A) 特開 平1−200514(JP,A) 特開 平3−165044(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/60 301

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金または金合金よりなる細線の表面に、
    有機カーボンを含む界面活性剤を平均膜厚10〜500
    0Åで被覆して200〜700℃で焼鈍することにより
    形成される平均膜厚5〜1000Åの前記界面活性剤の
    残存被膜が被覆されていることを特徴とする半導体装置
    用ボンディングワイヤ。
  2. 【請求項2】 金または金合金よりなる細線の表面に、
    有機カーボンを含む界面活性剤を平均膜厚10〜500
    0Åで被覆し、 この細線を200〜700℃で焼鈍して、平均膜厚5〜
    1000Åの前記界面活性剤の残存被覆を形成すること
    を特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記残存被膜が形成された細線の表面に
    有機カーボンを含む第2の界面活性剤が被覆されて、こ
    の第2の界面活性剤と前記残存被膜とからなる平均膜厚
    10〜5000Åの被膜が形成されていることを特徴と
    する請求項1の半導体装置用ボンディングワイヤ。
  4. 【請求項4】 前記残存被膜が形成された細線の表面に
    有機カーボンを含む第2の界面活性剤を被覆して、この
    第2の界面活性剤と前記残存被膜とからなる平均膜厚1
    0〜5000Åの被膜を形成することを特徴とする請求
    項2の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記界面活性剤が、脂肪酸エステル、ポ
    リエチレングリコール、およびアルキルアミンの少なく
    とも一種より成ることを特徴とする請求項1,3の半導
    体装置用ボンディングワイヤおよび請求項2,4の半導
    体装置用ボンディングワイヤの製造方法。
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