TWI758583B - 鈀被覆銅接合線、線接合構造、半導體裝置及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種鈀被覆銅接合線、其接合構造、半導體裝置及半導體裝置的製造方法，其在第一接合時不會產生縮孔，接合可靠度高，即使在高溫、高濕環境下亦可長期穩定地維持優良的接合可靠度。 本發明之線接合構造中，接合線係具有銅芯材與Pd層、且含有硫族元素的Pd被覆銅接合線；相對於銅、Pd與硫族元素的總和，Pd的濃度為1.0質量%~4.0質量%；硫族元素濃度共50質量ppm以下，S濃度為5質量ppm~2質量ppm，或是Se濃度為5質量ppm~20質量ppm，或是Te濃度為15質量ppm~50質量ppm以下；在半導體晶片上的包含Al之電極與球體接合部的接合面附近具有Pd濃化接合區域，其中該Pd濃化接合區域的Pd濃度相對於Al、銅與Pd的總和為2.0質量%以上。

Description

鈀被覆銅接合線、線接合構造、半導體裝置及半導體裝置的製造方法

本發明係關於一種適用於半導體元件之電極與外部電極的球焊的鈀被覆銅接合線、使用該線的線接合構造以及具有該線接合構造之半導體裝置、及半導體裝置的製造方法。

一般係藉由打線接合將半導體元件的電極與半導體用電路配線基板上的外部電極連接。該打線接合中，半導體元件的電極與接合線的一端係藉由稱為球體接合的方式進行接合（第一接合），而接合線的另一端與外部電極係藉由稱為楔形接合的方式進行接合（第二接合）。球體接合中，接合線的前端形成熔融球體，透過該熔融球體，使接合線連接於例如半導體元件上的鋁電極表面。

熔融球體的形成中，首先，使接合線的前端成為鉛直的方向，藉由放電結球(EFO)方式，在與放電炬之間形成電弧放電，藉由該放電電流對於線材前端輸入熱能。而接合線的前端因為該熱能的輸入而被加熱進而熔融。熔融金屬，藉由其表面張力傳導至線材並且向上熔融，而在線材前端形成正球狀的熔融球體，再藉由凝固而形成焊球(FAB)。接著，在一邊將半導體元件的電極加熱至140~300℃左右、一邊施加超音波的狀態下，將焊球壓接於電極上，藉此將接合線的一端接合至鋁電極上。

打線接合中，雖使用線徑10~30μm左右的金線，但因為金非常昂貴，因此在部分可替代之處使用銅線。然而，銅線具有容易氧化的問題，為了解決氧化的問題，而使用在表面被覆鈀的鈀被覆銅線。

然而，鈀被覆銅線中，例如具有球體表面的氧化同時影響鋁電極的接合穩定性與迴路穩定性的課題。對此，有人提出例如使銅芯材含硫的鈀被覆銅線（例如，參照專利文獻1）。

鈀被覆銅線，雖具有銅本身所具有的線材及焊球氧化的問題以及因被覆而經常有損其特性改良的問題，但因為比金更為低價，因此在個人電腦及其周邊設備、通信用設備等的民生設備等，於較為寬鬆之條件下的使用中快速普及。再者，近幾年鈀被覆銅線的改良持續進步，即使針對在車用裝置等，在嚴苛條件下使用的接合線，亦逐漸轉移至鈀被覆銅線。因此要求鈀被覆銅線可承受極嚴苛且變化激烈的條件，以適用於車用裝置。具體而言，要求其可承受從熱帶地方與沙漠等的高溫、高濕地區到寒冷地區、並且從山區到臨海地區的幅員廣大的自然環境及其變化，更要求其能夠承受因道路事件或交通事件所產生的衝擊及振動。再者，近年來不僅是汽車的引擎室內部，亦開始研究將其應用於飛機所搭載的半導體產品。因此，要求一種鈀被覆銅接合線，其接合可靠度可承受從民生用途之較為和緩的條件到嚴苛條件下的使用，而能夠滿足比以往更高等級的可靠度之要求。

在開發滿足這種高可靠度之要求的鈀被覆銅線的過程中，嘗試藉由在焊球表面形成鈀濃度高的合金層及濃化層，以提升接合壽命（例如，參照專利文獻2、3）。

又，以提高球體部的形成性及接合性等為目的，亦調整球體接合部附近的組成（例如，參照專利文獻4）。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2012-156307號公報 [專利文獻2]國際公開2016/189758號 [專利文獻3]日本特開2017-92078號公報 [專利文獻4]日本特開2011-146754號公報

[發明所欲解決之課題]

然而得知，藉由提高焊球表面的鈀濃度，相較於以往用於較寬鬆條件之用途的線材（未提高焊球表面的鈀濃度的線材）雖可提升接合壽命，但在以嚴苛條件下的使用為目標時，仍然偶爾會有接合壽命不夠長的情況。

本案發明人等，觀察到在這種接合壽命未延長的鈀被覆銅線中，在焊球的表面產生很大的縮孔，因此推定其為阻礙接合壽命延長的主要原因。亦即，吾人認為若在焊球具有縮孔的狀態下接合至鋁電極上，則在接合界面上產生間隙，以該間隙成為起點而開始進行腐蝕，結果導致接合壽命降低。

關於其原因，本案發明人詳細研究的結果，得到以下的結論：在第二接合後，在被拉斷的線材端部上，附著有鍍覆於外部電極表面的金或銀的一部分，該金或銀成為起點，而在焊球中產生了縮孔。

又，即使欲控制將鈀被覆銅線材接合於電極上時的球體接合部之組成，亦具有極為難以穩定地控制組成這樣的問題。

本發明係為了解決上述課題而完成，其目的在於提供一種鈀被覆銅接合線，其在球體形成時，不會在球體表面產生會成為問題的大縮孔，即使在高溫、高濕環境下亦可穩定地維持球焊的接合可靠度；及提供使用該線的線接合構造。 又，本發明之目的在於提供一種即使在高溫、高濕環境下亦可穩定地維持接合可靠度的半導體裝置以及其製造方法，該半導體裝置特別適用於方形扁平封裝（QFP，Quad Flat Packaging）、球柵陣列封裝（BGA，Ball Grid Array）、方形平面無引腳封裝（QFN，Quad For Non-Lead Packaging）的封裝，並且可用於車載用途。 [解決課題之手段]

本發明之線接合構造，係具有半導體晶片上的含鋁電極、接合線、以及該電極及該接合線之間的球體接合部的線接合構造；該接合線係具有以銅為主成分的芯材與該芯材上的鈀層、且含有硫族元素的鈀被覆銅接合線；相對於銅、鈀與硫族元素的總和，鈀的濃度為1.0質量%以上、4.0質量%以下；硫族元素濃度共50質量ppm以下，硫濃度為5質量ppm以上、12質量ppm以下，或是硒濃度為5質量ppm以上、20質量ppm以下，或是碲濃度為15質量ppm以上、50質量ppm以下；在該電極與該球體接合部的接合面附近具有鈀濃化接合區域，其中該鈀濃化接合區域的鈀濃度相對於鋁、銅與鈀之總和為2.0質量%以上。

在本發明之接合構造中，至少在與線材長邊方向平行之方向的線上具有該鈀濃化接合區域，該線通過從該球體接合之最大寬度的兩端距離8分之1的位置。

在本發明之線接合構造中，該鈀濃化接合區域在該接合面附近的占有率較佳為25%以上。

本發明之鈀被覆銅接合線，係具有以銅為主成分的芯材與該芯材上的鈀層、且含有硫族元素的鈀被覆銅接合線；相對於該鈀被覆銅接合線的銅、鈀與硫族元素的總和，鈀的濃度為1.0質量%以上、4.0質量%以下；硫族元素濃度共50質量ppm以下，硫(S)濃度為5質量ppm以上、12質量ppm以下，或是硒(Se)濃度為5質量ppm以上、20質量ppm以下，或是碲(Te)濃度為15質量ppm以上、50質量ppm以下；將該鈀被覆銅接合線在鋁電極上進行球體接合，以製作線接合構造；且在該鋁電極上的該球體接合的接合面附近形成鈀濃化接合區域，其中該鈀濃化接合區域的鈀濃度相對於鋁、鈀與銅的總和為2質量%以上。

在本發明之鈀被覆銅接合線中，該鈀濃化接合區域在該接合面附近的占有率較佳為25%以上。

使用上述構成的鈀被覆銅接合線，形成焊球並在半導體晶片上的含鋁電極上進行球體接合，藉此形成的本發明之線接合構造中，在球體接合的接合面附近形成有上述特定組成的鈀濃化接合區域，因此可明顯提升第一接合（球體接合）的接合可靠度。換言之，上述構成的鈀被覆銅線材，在進行藉由上述球體接合製作線接合構造之接合試驗的情況下，係在球體接合的接合面附近形成上述特定組成的鈀濃化接合區域，而可明顯提升第一接合（球體接合）的接合可靠度。

本發明之半導體裝置，係具有半導體晶片、設於半導體晶片上的含鋁之鋁電極、設於半導體晶片外部且具有金被覆或銀被覆的外部電極、及將該鋁電極與該外部電極表面連接之接合線的半導體裝置；該接合線係由鈀被覆銅線所構成，在該鋁電極與該接合線的接合面附近具有本發明之線接合構造。

本發明之半導體裝置，係具有半導體晶片、設於半導體晶片上的含鋁之鋁電極、設於半導體晶片外部且具有金被覆或銀被覆的外部電極、及將該鋁電極與該外部電極表面連接之接合線的半導體裝置；該接合線係由上述本發明之鈀被覆銅接合線所構成。

本發明之半導體裝置較佳為方形扁平封裝（QFP，Quad Flat Packaging）、球柵陣列封裝（BGA，Ball Grid Array）或方形平面無引腳封裝（QFN，Quad For Non-Lead Packaging）。又，本發明之半導體裝置較佳為車載用途。

本發明之半導體裝置的製造方法，係具有半導體晶片、設於半導體晶片上的含鋁之鋁電極、設於半導體晶片外部且具有金被覆或銀被覆的外部電極、及將該鋁電極與該外部電極表面連接之接合線的半導體裝置的製造方法；該接合線係具有以銅為主成分的芯材與該芯材上的鈀層、且含有硫族元素的鈀被覆銅接合線；相對於該鈀被覆銅接合線的銅、鈀與硫族元素的總和，鈀的濃度為1.0質量%以上、4.0質量%以下；硫族元素濃度共5質量ppm以上、50質量ppm以下；在該鈀被覆銅接合線前端形成焊球，透過該焊球將該鈀被覆銅接合線在該鋁電極上進行球體接合，藉此在該電極上的該球體接合的接合面附近形成具有鈀濃化接合區域的線接合構造，其中該鈀濃化接合區域的鈀濃度相對於鋁、銅與鈀之總和為2質量%以上，之後，將從該鈀被覆銅接合線的該焊球相隔該接合線長度之處在該外部電極表面上進行第二接合。

本發明之半導體裝置的製造方法中，該鈀濃化接合區域在該接合面附近的占有率較佳為25%以上。

本說明書中「~」的符號表示包含其左右之數值的數值範圍。硫族元素為硫(S)、硒(Se)及碲(Te)之中的至少1種以上。 [發明之效果]

根據本發明之鈀被覆銅接合線及線接合構造，在球體形成時，不會在球體表面產生成為問題的大縮孔，在用於球焊的情況中，即使在高溫、高濕環境下亦可長期穩定地維持優良的接合可靠度。 又，根據本發明之半導體裝置及其製造方法，即使在高溫、高濕環境下亦可長期穩定地維持優良的接合可靠度。

以下詳細說明本發明之實施形態。 第一圖係顯示本實施形態的線接合構造10之一例的剖面示意圖。第一圖所示之線接合構造10，係在矽(Si)基板51上的含鋁電極52表面將鈀被覆銅接合線進行球體接合所形成。第一圖係表示將該線接合構造10在通過鈀被覆銅接合線在線材長邊方向的中心線L且與中心線L平行的面上切斷而成的剖面。線接合構造10具有球體接合部20、接合面21、及由上述鈀被覆銅接合線所構成的線材部22。線材部22的線徑φ與鈀被覆銅接合線的線徑相等。

球體接合部20係由其上側的第1球體壓縮部20a與其下側的第2球體壓縮部20b所構成。在球體接合時，將形成於鈀被覆銅接合線前端的焊球壓接於電極52上時，第1球體壓縮部20a係相對維持球體接合前之焊球形狀的部位，第2球體壓縮部20b係將焊球壓扁而變形所形成的部位。又，表面23係第2球體壓縮部20b的表面。圖中的X₀ 係第2球體壓縮部20b在與接合面21平行之方向（與線材中心線L垂直的方向）上的最大寬度，Y係第2球體壓縮部20b相對於接合面21的最大高度。P₁ 、P₂ 為線型分析部，其係與接合面21垂直的方向（與線材中心線L平行的方向），該方向在將第2球體壓縮部20b在與接合面21平行之方向上的最大寬度X₀ 進行8等分的點之中，通過外側的點（靠近各端的點）。另外，在難以確定接合面21的情況中，即使以第2球體壓縮部20b在與線材中心線L垂直之方向上的最大寬度進行測量，X₀ 亦為同等的值，因而無妨。亦可由以焊球與電極52的接觸點為基準的最大高度算出Y。另外，球體接合部20中各部分的大小及方向等，當然允許測量等的誤差範圍。

本實施形態的線接合構造10中，在電極52上的接合面21附近具有鈀濃化接合區域，其中該鈀濃化接合區域的鈀濃度相對於鋁、銅與鈀之總和為2質量%以上，較佳為5質量%。

在本實施形態的線接合構造10中，構成線材部22的鈀(Pd)被覆銅接合線具有以銅為主成分的芯材與該芯材上的鈀層。接著，鈀被覆銅接合線包含硫族元素，鈀的濃度相對於銅、鈀與硫族元素之總和為1.0~4.0質量%，包含2種以上硫族元素的情況下，其濃度總和為50質量ppm以下。本案發明人等根據以下見解完成本發明：將線材所含有之鈀濃度調整成上述濃度，並且使鈀被覆銅接合線以既定濃度含有硫族元素，藉此穩定地形成上述組成的鈀濃化接合區域，藉由具有該鈀濃化接合區域，可長期維持球體接合的接合可靠度。

在本實施形態的線接合構造10中，在構成線材部22之鈀被覆銅接合線中，相對於線材整體的銅、鈀與硫族元素的總和，源自銅芯材的鈀濃度較佳為1.5質量%以下。若含有1.5質量%以下的源自銅芯材之鈀，則不會使電阻值上升，而更容易得到第一接合的高可靠度。鈀被覆銅接合線在鈀層上不具有其他層的情況而銅芯材包含鈀的情況中，線材整體的鈀濃度為源自鈀層之鈀濃度與源自銅芯材之鈀濃度的總和。鈀層上不具有其他層的情況中，相對於線材整體的銅、鈀與硫族元素的總和，源自鈀層的鈀濃度較佳為1.0~2.5質量%。本實施形態的鈀被覆銅接合線在鈀層上具有其他層的情況下，因從鈀層擴散等而滲入其他層內的鈀，亦作為源自鈀層的鈀來求出鈀濃度。

在本實施形態的線接合構造10中，構成線材部22之鈀(Pd)被覆銅接合線的鈀濃度為1.0質量%以上，且以既定量包含硫族元素的各元素，藉此可提高球體接合的可靠度，因此即使在高溫、高濕下亦可長期維持優良的球體接合性。藉由使鈀的濃度為4.0質量%以下，尤其使源自鈀層的鈀濃度為2.5質量%以下，可抑制焊球(FAB)產生縮孔。如此，鈀的濃度為1.0~4.0質量%、且以既定量包含硫族元素的各元素，藉此可兼顧球體接合的高可靠度與在形成焊球時抑制縮孔的產生。

從得到球體接合之高可靠度的觀點來看，源自鈀層的鈀濃度較佳為1.3質量%以上。從抑制縮孔產生的觀點來看，源自鈀層的鈀濃度較佳為2.3質量%以下。

分別測量線材整體的鈀濃度與銅芯材中的鈀濃度，使用該等濃度可算出源自鈀層的鈀濃度。具體而言，可藉由二次離子質譜分析(SIMS)，以下述方式進行分析。首先，將測量對象的線材加壓以使其平坦化。使用SIMS分析裝置（例如，CAMECA製IMS-7f二次離子質譜分析裝置），對其測量銅(Cu)芯材中的鈀濃度。在上述分析裝置內，藉由濺鍍去除上述經平坦化之線材表面的鈀層，使銅露出。為了使銅(Cu)露出，例如，在線徑10μm~30μm的線材中，在鈀(Pd)換算下，從表面開始濺鍍至少0.5μm以上，去除鈀層後開始進行SIMS分析，在深度方向上分析至2.0μm。從分析開始的點到分析結束的點（深度2.0μm），測量例如100點以上，算出該100點的平均濃度。分析條件，例如，係以一次離子種Cs⁺ 、一次離子加速電壓15.0keV、1次離子照射區域約30μm×30μm、分析區域約12μm×12μm，作為SIMS裝置的設定條件。SIMS分析，係藉由質量分析儀檢測使用Cs+等的一次離子進行濺鍍所放出的二次離子，以進行元素分析，但鈀濃度可使用測量到的鈀(Pd)的二次離子強度，並以鈀(Pd)濃度已知的銅(Cu)線材作為標準樣品，再進行濃度換算而求得。

硫族元素主要係含有於鈀層內。然而，因為硫族元素極微量，特別在鈀層為極薄的構成中，目前藉由各種分析方法皆無法正確測量硫族元素的存在處與其濃度。因此，硫族元素的量係作為相對於鈀被覆銅接合線整體的量而為上述範圍。

在焊球與電極接觸而接合的接合面附近、亦即鋁與鈀共存的區域中，可將相對於鈀、銅及鋁的總和，鈀的質量比例為2.0質量%以上，較佳為5.0質量%以上的既定範圍，評價作為鈀濃化接合區域。具體而言，可將下述既定範圍評價作為鈀濃化接合區域：藉由場發射型掃描式電子顯微鏡/能量色散型X射線光譜分析(FE-SEM/EDX)，在與線材中心線平行的方向上，從球體接合部20側往接合面21對上述球體接合部20之剖面的既定處進行線型分析時，鋁超過0.5質量%且為95.0質量%以下之範圍內的各測量點中，相對於鈀、銅及鋁的總和，鈀的質量比例為2.0質量%以上，較佳為5.0質量%以上。此處，在鋁濃度超過0.5質量%且為95.0質量%以下的範圍進行測量的理由，是因為分析中的雜訊等的影響，不存在鋁之處的分析值不會為0質量%，及僅有鋁之處的分析值亦不會為100質量%。

藉由具有這種組成的鈀濃化接合區域，可抑制球體接合部的腐蝕，防止斷裂及剝離，而可提升接合可靠度。電極，例如，係在矽(Si)母材表面被覆Al、AlSiCu（例如，Al-Cu（0.2~0.9質量%）-Si（0.5~1.5質量%））、AlCu（例如，Al-Cu（0.2~0.9質量%））等的電極材料而形成。又，球體接合時的電極溫度例如為140~200℃。

鈀濃化接合區域中的鈀濃度較高為佳，例如在FE-SEM/EDX的線型分析的各測量點中為50.0質量%以下，通常為30.0質量%以下，或是20質量%以下。

此處，例如，在上述線型分析中，線徑為10~30μm的線材中，例如，在FE-SEM/EDX分析的濃度數據圖表中，將鋁、鈀及銅的總和作為100質量%的情況下，鈀濃度為2.0質量%以上的範圍只要在50nm以上，即可評價為鈀濃化接合區域存在。

接合面21內的鈀濃化接合區域的占有率，可作為切剖面中的鈀濃化接合區域在接合面21方向上的寬度，相對於球體接合部之最大寬度（第一圖所示的X₀ ）的比例，來以下述方式算出。以與上述相同的方法形成如第一圖所示的切剖面後，藉由電子微探儀(EPMA)的面分析（例如，加速電壓15kV，照射電流290nA）觀察該切剖面。在該觀察圖像內，將檢測出鈀(Pd)的強度高於鈀濃度相對於鋁、銅與鈀之總和為2.0質量%以上之處的部分視為反映鈀濃化接合區域，測量該強度變強部分之寬度的總和X₁ 。該寬度X₁ 係測量與線材中心線L垂直之方向的寬度。測量切剖面中的第2球體壓縮部20b的最大寬度X₀ 與檢測出鈀濃化接合區域之範圍的寬度的總和（總寬度X₁ ），以(X₁ /X₀ )×100(%)算出占有率。另外，在第2球體壓縮部20b的電極側（第一圖的下側）中未直接與電極接合的曲線部，可藉由測量使曲線部投影於最大寬度X₀ 的寬度，而算出鈀濃化接合區域的占有率。

藉由形成實施形態的鈀濃化接合區域，來抑制球體接合部的腐蝕，並且防止因長期使用而導致球體接合部的斷裂及剝離，而可提升接合可靠度。再者，藉由使鈀被覆銅接合線以上述既定濃度含有各硫族元素，在後述球體接合條件的範圍內即使採用任何條件的情況下，皆可穩定地形成鈀濃化接合區域。因此，例如，相較於可在球體接合部上實現上述鈀濃度的以往技術，只要操作球體形成條件，接合可靠度提升效果顯著。

又，在線接合構造中的電極與焊球的接合面21附近，上述組成的鈀濃化接合區域的占有率較佳為25%以上。藉此，可維持優良的高可靠度。鈀濃化接合區域在接合面內的占有率更佳為50%以上，再佳為75%以上。

以採用純鋁電極作為接合對象的情況為例，詳細說明鈀濃化接合區域的分析方法。使用包含鋁與鋁以外之元素的電極的情況亦為相同。使用鈀被覆銅接合線形成焊球，在鋁電極上進行球焊。將球體接合部切斷，使與線材長邊方向之中心線L平行的面露出。藉此，可得到如第一圖所示的切剖面。從線材側的既定處，在與接合面21略為垂直的方向（深度方向）上，對於該切剖面進行線型分析。作為線型分析，較佳為上述FE-SEM/EDX。另外，該分析的切剖面，如第一圖所示，較佳係以包含線材長邊方向的中心線L、或盡量靠近中心線L的方式來形成。

球體接合部的切剖面可以下述方式作成。例如使用PBGA32PIN框架作為引線框架，將略正方形的半導體晶片接合於該框架中央部。藉由鈀被覆銅接合線將半導體晶片上的鋁電極與框架上的外部電極進行打線接合，以作成測量樣本。在該位於半導體晶片上的鋁電極上將鈀被覆銅接合線線材進行球體接合（第一接合），並在引線框架上進行楔形接合（第二接合）。通常，在晶片上，大量電極排列設置成複數列，因此例如在其中一列（8個）的電極上將接合線以等間隔進行接合，其他3列（3邊）亦相同地進行接合。在共32個鋁電極上進行球體接合。包含在引線框架上的楔形接合則為共32組的打線接合。

焊球的形成條件，例如，鈀被覆銅接合線的線徑為10~30μm的情況下，設定電弧放電條件使放電電流值為30~90mA、焊球徑成為線徑之1.5~2.3倍。接合機裝置，例如，可使用K&S公司製的接合機裝置（全自動Cu線接合機；IConn ProCu PLUS）等的市售品。使用該接合機裝置的情況，作為裝置的設定，較佳使放電時間為50~1000μs，EFO-Gap為25~45mil（約635~1143μm），尾端長度為6~12mil（約152~305μm）。使用該接合機裝置以外的其他接合機裝置的情況，可藉由與上述相同的條件，例如焊球徑為與上述相同之大小的條件即可。又，為了使線材前端部為氮與氫的混合氣體環境或氮氣氣體環境，以氣體流量0.2~0.8L/分鐘，較佳為0.3~0.6L/分鐘吹附上述氣體。焊球形成時的氣體，較佳為氮95.0體積%與氫5.0體積%的混合氣體，焊球徑的目標值只要在上述範圍內即可。

又，球體接合條件（第一接合的條件），可用接合機裝置對例如形成有線徑φ為18μm且球徑為33μm之焊球者進行調節，使第2球體壓縮部20b的高度Y約為10μm，第2球體壓縮部20b在與接合面21略平行之方向上的最大寬度X₀ 約為40μm。具體而言，接合機裝置的設定為：球體壓接力7.5gf、施加超音波輸出70mA、球體壓接時間15ms、壓接溫度150℃等。又，第二接合的條件，例如在洗滌(scrub)模式下，使壓接力為70gf、壓接時間為20ms，壓接溫度為150℃，頻率為200kHz，振幅3.0μm，循環2次。另外，可在從第一接合部至第二接合部的迴路長度為2.0mm下進行接合。

接著，藉由密封樹脂以製模機將包含上述所形成的共32組接合部的半導體晶片進行成型。將模型硬化而成型的部分從框架裁切，再者，將位於模型部分之中的球體接合部之一列（一邊）的附近切斷。將切斷之模型以可研磨球體接合部之剖面（第一圖所示的剖面）的方向放置於圓筒狀模型（模具）上，使嵌入式樹脂流入並添加硬化劑以使其硬化。之後，以研磨器將裝有該半導體晶片的已硬化之圓筒狀樹脂進行粗研磨，盡量使球體接合部的中心附近露出。研磨至大致靠近球體接合部之中心剖面後，進行最終研磨精加工，以及以使包含球體中心部之面（通過線材部的中心線L且與中心線L平行的面）剛好露出而成為分析面之位置，以離子研磨裝置進行微調。線材部剖面的線材寬度變成線材直徑的長度，則切剖面成為包含球體中心部的面，此為大致基準。分析切剖面的面，藉由場發射型掃描式電子顯微鏡/能量色散型X射線光譜分析(FE-SEM/EDX)，從球體側往電極側對該期望處進行線型分析。線型分析條件例如為：加速電壓6keV，測量區域φ0.18μm，測量間隔0.02μm。

例如，EPMA測量（面分析）中，通常對測量對象之元素的存在率進行測量，以作為對測量對象照射電子束時從該元素所發出的X射線強度，一般以EPMA圖像上反映成色彩的色彩映射（Color mapping）來表示其強度。亦即，不存在測量對象之元素的點顯示全黑，按照元素存在機率高的順序，作為其一例，以「白、紅、黃、綠、藍、黑」等的階度表示。在這種EPMA圖像的接合面21附近，只要在鈀強度最小的點、亦即EPMA圖像上非全黑但觀察到鈀所產生之強度的地方之中的最暗處（接近黑色的藍色處）中鈀濃度為2.0質量%以上，則可將顯示色彩強度強於上述地方以外所顯示的區域確定為鈀濃化接合區域。又，將線型分析與EPMA圖像（面分析）的結果重疊，設定成可識別線型分析中觀測到鈀濃度為2.0質量%或其以上、強度與EPMA上的測量點相同或其以上之處作為強度差（圖像上的色彩），或是以目視進行判定。藉此，可算出有無鈀濃化接合區域及其占有率。另外，在計算鈀濃化接合區域之占有率的情況中，係使用EPMA的色彩映射圖像，但有時圖像越放大鈀濃化接合區域看起來越為「稀疏」的狀態，因此較佳係以在1張圖像至少包含球體的第2球體壓縮部這種程度的倍率來算出占有率。

又，接合面21內具有鈀濃化接合區域的效果，可藉由上述線型分析部（P₁ 、P₂ ）中的濃度分析進行評價。亦即，如上所述，在第一圖中，將第2球體壓縮部20b的與接合面略平行之方向的最大寬度X₀ 進行8等分的點之中，將通過外側的點（靠近端部的各點）、且與接合面21垂直之方向的直線作為2處線型分析部P₁ 、P₂ ，分別與上述相同地，藉由FE-SEM/EDX從球體側往電極側進行線型分析。此時，在各線型分析部P₁ 、P₂ 中，只要檢測出鈀濃度相對於鋁、銅與鈀之總和為2質量%以上的鈀濃化接合區域，則可視為接合面21附近存在鈀濃化接合區域，藉此，可評價為長期維持接合可靠度。來自密封樹脂等的鹵素元素及水分從球體接合面附近的兩端、亦即球體與電極之接合部的邊緣附近的細微間隙等侵入的可能性很高，因此在兩端附近具有耐腐蝕性高的鈀濃化接合區域，在阻止鹵素等侵入的意義上發揮非常重要的作用。

鈀被覆銅接合線，在使用其所形成之焊球的前端部分（與線材頸縮部相反側之焊球的大約前端部分）的表面開始，於深度方向5.0nm以上、100.0nm以下的範圍內，可觀測到相對於銅與鈀的總和，包含平均6.5~30.0原子%的鈀之鈀濃化區域。

若具有這樣的鈀濃化區域，則可推定在球體表面附近整體或包含前端部分的部分範圍中，形成有層狀的鈀濃化區域，其為富含鈀的狀態。鈀濃化區域所含有的鈀，可源自芯材，亦可源自鈀層，亦可為兩者。若形成這樣的鈀濃化區域，則可得到提升球體接合的接合可靠度且抑制焊球產生縮孔這樣的優良效果。具體而言，根據本實施形態的鈀被覆銅接合線，即使在高溫、高濕環境下亦可長期維持優良的接合可靠度。鈀濃化區域的鈀濃度較佳為7.0~25.0原子%，若在此範圍內，可進一步抑制晶片損傷，並且提升半導體裝置的良率。鈀濃化區域，如下所述，可藉由歐傑(FE-AES)分析觀測。

本實施形態的鈀被覆銅接合線，典型而言，係在鈀層中以上述特定量含有硫族元素，藉此可形成鈀濃化區域。

若使用本實施形態的鈀被覆銅接合線形成焊球，則在球體熔融時，大部分的鈀不會擴散至球體內部被吸收，而是留在表面附近。殘留於該表面附近的鈀，在凝固後的球體表面上形成鈀濃化區域。因此，鈀濃化區域，作為殘留於凝固前之焊球表面附近的鈀的痕跡而具有上述組成。在與鋁電極接合時，因為在焊球與電極的接合處具有鈀濃化區域，因此可提高球體接合（第一接合）的接合可靠度。

如上所述，鈀被覆銅接合線，在實施態樣中形成既定組成之鈀濃化區域以作為殘留於焊球表面的鈀的痕跡，藉由這樣的構成，可防止焊球形成時的縮孔。又，通過具有如上述鈀濃化區域之焊球在鋁等的電極上進行球體接合，藉此可極度提高球體接合的可靠度。

如上所述，焊球例如係以下述條件形成。鈀被覆接合線的線徑為10~30μm，較佳為15~25μm，更佳為18~20μm的情況中，設定電弧放電條件使放電電流值為30~90mA、焊球徑成為線徑的1.5~2.3倍。接合機裝置例如可使用K&S公司製的接合機裝置(IConn ProCu PLUS）等的市售品。使用該接合機裝置的情況，作為裝置的設定，較佳使放電時間為50~1000μs、EFO-Gap為25~45mil（約635~1143μm）、尾端長度為6~12mil（約152~305μm）。使用該接合機裝置以外的其他接合裝置的情況，只要因應目標球徑調整裝置的設定條件來得到與上述相同的球徑即可。又，為了使線材前端部成為氮與氫之混合氣體環境或氮氣氣體環境，而以氣體流量例如0.2~0.8L/分鐘，較佳為0.3~0.6L/分鐘，更佳為0.5L/分鐘吹附上述氣體。焊球形成時的氣體，較佳為氮95.0體積%與氫5.0體積%的混合氣體，而作為焊球徑的目標值，可使其在上述的範圍內。

因此，在針對既定線材觀測是否形成鈀濃化區域時，在上述範圍之中作為代表，亦可使放電電流值為65mA、球徑成為線徑的1.8±0.3倍、並於氮與氫的混合氣體的存在下形成焊球，藉此測量上述濃化區域。球徑為目標值或實測值，但較佳為實測值。

以FE-AES分析測量鈀濃化區域的情況，其代表性的測量條件，係在線徑10~30μm，較佳為15~25μm，更佳為18~20μm的線材中，以FE-AES電子能譜裝置從焊球前端部的表面開始在深度方向上分析至100.0nm。此時的測量條件，例如，作為FE-AES電子能譜裝置的設定，係一次電子束的加速電壓10kV，電流50nA以下（較佳為50nA），氬離子濺鍍的加速電壓1kV，濺鍍速度2.5nm/分（SiO₂ 換算）。從設定值算出的測量區域之面積為15μm² 以上、20μm² 以下，使其為例如略圓形或略正方形。具體而言，測量區域可使用直徑5μm的略圓形，或是4μm×4μm的略正方形。另外，設定值的分析區域，較佳係在上述面積中周長較小的區域，例如正方形或圓形較佳。更具體而言，進行調整而使從至少由分析區域之外周線所形成之平面圖形的重心到外周線的最大距離在3μm以下，可得到更正確的分析。為了提升分析精度，在深度方向上均等間隔的9個以上的點進行歐傑分析，並算出其平均值。又，測量區域，可不考量樣品的傾斜而假設光束垂直照射既定平面的區域，藉此進行評價。

鈀濃化區域，可作為在從該表面開始5.0~100.0nm之深度的FE-AES數據圖表中測量到的相對於銅與鈀的總和鈀平均為6.5~30.0原子%的區域。此時，根據測量處，鈀為6.5~30.0原子%的區域有時不會連續，而這樣的情況中，可將完整包含鈀為6.5~30.0原子%的區域之範圍指定為鈀濃化區域。另外，FE-AES數據圖表中，因為含有附著物等所造成的雜訊，因此係從表面開始深度5nm處往中心進行測量。

若使用本實施態樣的鈀被覆銅接合線，則通常焊球的鈀濃化區域的鈀濃度從表面開始在深度方向上大致為定值，或形成鈀濃度逐漸減少的態樣。因此，鈀濃化區域較佳在5nm以上、300nm以下的範圍，更佳為400nm以下的範圍。亦即，較佳係從表面開始到該較佳厚度的範圍內，可觀察到鈀平均濃度為上述特定濃度的鈀濃化區域。鈀濃化區域較厚者，容易得到接合可靠度提升的效果。另一方面，因為鈀相對於線材整體的濃度為上述特定的濃度，因此在線徑為10~30μm時，可視為將鈀濃化區域的厚度抑制在約1.5μm以下，較佳為1.0μm以下。因為鈀濃化區域抑制在上述的厚度，因此不易對半導體晶片造成損傷。

接著說明本實施態樣的鈀被覆銅接合線的構成。 本實施態樣的鈀被覆銅接合線中的芯材，係以銅為主成分所構成的銅或銅合金。此處的主成分，係指其在含量或特性上為主要成分，若是含量則至少為50.0質量%。作為主成分的特性，係其構成所要求的特性，例如，銅芯材的情況，則為線材的破斷力及伸率等的機械性質。主成分，例如，係指主要影響這種特性的成分。

銅芯材中，除了銅(Cu)以外，亦可包含不可避雜質及添加元素等的微量元素。添加元素，一般係以提升鈀被覆銅接合線的抗氧化性、強韌性等特性為目的而微量添加的元素。這樣的微量元素為例如P、Au、Pd、Pt、Ni、Ag、Rh、In、Ga、Fe等。銅芯材中的微量元素的比例較佳為3.0質量%以下，更佳為1.5質量%以下。銅芯材中的微量元素濃度若超過3.0質量%，則具有線材的伸線加工性變差、比電阻上升、或是在球體接合時產生晶片損傷等的疑慮。

銅中的微量元素及線材所含有之元素的含有比例，一般係由感應偶合電漿(ICP)發光光譜分析等的化學分析測量，但不限於此。例如，在銅芯材中含有與被覆層相同種類之金屬元素的情況，該金屬元素的含有比例，與上述銅芯材中的鈀相同，可藉由SIMS分析測量。

可將從線材的表面於深度方向上所進行的歐傑(FE-AES)分析數據圖表中，鈀相對於銅與鈀之總和的比例為50.0原子%之處至鈀層表面的區域分析為鈀層。鈀的比例為50.0原子%之處為銅芯材與鈀層的邊界。若鈀層太薄而難以藉由FE-AES分析來明確測量鈀層的厚度及特定之處的鈀存在比例的情況中，除了FE-AES分析，亦可進一步適當併用穿透式電子顯微鏡/能量色散型X射線光譜分析(TEM/EDX)進行分析，或是球面像差補償穿透式電子顯微鏡/能量色散型X射線光譜分析(STEM/EDX)進行分析、原子序對比影像(HAADF像)等。

鈀層的厚度雖與鈀被覆銅接合線的線徑相關，但在線徑10μm~30μm的情況中較佳為0.020μm以上、0.150μm以下，更佳為0.030μm以上、0.130μm以下。這是因為鈀層的厚度在上述範圍內越均勻，在將接合線進行接合時，越能提升耐傾倒性及迴路高度的穩定性等迴路特性的品質。作為鈀層厚度的測量手法，可使用上述FE-AES分析，與上述相同，為了提升測量精度，亦可適當併用以TEM/EDX所進行的分析、以STEM/EDX所進行的分析、HAADF像等。

本實施態樣的鈀被覆銅接合線包含硫族元素（硫、硒及碲的1種以上），在包含2種以上硫族元素的情況，硫族元素占線材整體的濃度共50質量ppm以下。較佳為硫族元素占線材整體的濃度共5質量ppm以上，藉此容易得到球體接合的可靠度。從球體接合的可靠度之觀點來看，硫族元素占線材整體濃度的濃度，較佳為共6質量ppm以上。又，硫族元素濃度若超過50質量ppm，則鈀層變脆，伸線加工中的鈀層會產生破裂，該破裂會成為起點而導致線材斷線，使得伸線加工性變差。為了提升伸線加工性，硫族元素濃度較佳為45質量ppm以下，更佳為41質量ppm以下。

本實施態樣的鈀被覆銅接合線，在上述硫族元素之中，硫(S)濃度為線材整體的5質量ppm以上，較佳為6質量ppm以上。藉由使硫(S)濃度為5質量ppm以上，可提高球體接合的可靠度。另一方面，硫(S)濃度在線材整體的12質量ppm以下，若超過此值，則鈀層變脆而在鈀層中產生破裂，並以該破裂為起點而導致線材斷線，使得伸線加工性變差。硫(S)濃度較佳為線材整體的10質量ppm以下。

又，硒(Se)濃度為線材整體的5質量ppm以上，較佳為6質量ppm以上，更佳為8質量ppm以上。藉由使硒(Se)濃度為5質量ppm以上，可提高球體接合的可靠度。另一方面，硒(Se)濃度為線材整體的20質量ppm以下，若超過此值，則鈀層變脆，而在鈀層中產生破裂，該破裂成為起點而導致線材斷線，使得伸線加工性變差。硒(Se)濃度較佳為線材整體的15質量ppm以下。

又，碲(Te)濃度為線材整體的15質量ppm以上，更佳為16質量ppm以上。藉由使碲(Te)濃度為15質量ppm以上，可提高球體接合的可靠度。另一方面，碲(Te)濃度較佳為線材整體的50質量ppm以下，若超過此值，則鈀層變脆而在鈀層中產生破裂，該破裂成為起點而導致線材斷線，使得伸線加工性變差。碲(Te)濃度較佳為線材整體的45質量ppm以下，更佳為41質量ppm以下。

本實施形態所使用的鈀被覆銅接合線中，在硫族元素濃度共50質量ppm以下的範圍內，硫、硒、碲任一種若滿足上述濃度範圍，則可僅包含1種硫族元素，亦可包含2種以上。如此，鈀被覆銅接合線以上述濃度含有各硫族元素，藉此容易在球體接合部穩定地形成上述鈀濃化接合區域，而不受球體形成條件所影響，進而可明顯提升接合可靠度。

本實施態樣的鈀被覆銅接合線中，在鈀層上亦可具有由鈀以外的金屬所構成的第二層。第二層的金屬可為純金屬，亦可為2種以上的金屬混合的合金。鈀被覆銅接合線在鈀層上具有第二層的情況，鈀層與第二層的交界，可作為第二層的主成分金屬濃度相對於最大濃度為50.0%的部分來進行測量。第二層表面上具有第三層、第四層的情況中，亦可依照上述方法進行分析。

本實施態樣的鈀被覆銅接合線，作為鈀層以外的層，較佳係最外層具有金層。本實施態樣的鈀被覆銅線，藉由具有金層，可提升第二接合的接合性，並且可降低伸線加工時的模具損耗。金層係以金為主成分而形成的層。金層只要形成於鈀層的整個表面上，則其一部分亦可間斷，金層中含有鈀亦無妨。金層中含有鈀的情況，鈀濃度可在厚度方向上均勻，亦可具有朝向表面減少的濃度梯度。又，以2種以上之金屬混合的合金構成金層的情況，只要不損及本發明的效果，則在金層中，除了鈀與金以外亦可含銀、銅等。此情況的金層中，鈀以外之金屬元素的量，例如，小於50.0質量%。

本實施態樣的鈀被覆銅接合線具有金層的情況，源自該金層的金濃度較佳係占線材整體0.01質量%以上，更佳為0.05質量%以上。若源自金層的金濃度為0.01質量%以上，則第二接合性良好，容易降低伸線加工時的模具損耗。源自金層的金濃度較佳係占線材整體0.20質量%以下，更佳為0.15質量%以下。源自金層的金濃度若為0.20質量%以下，則不易對於線材性能有不良的影響，且不易損及焊球的正球性。另外，銅芯材含金的情況中，線材整體的金濃度，係上述源自金層之金濃度與銅芯材中的金濃度的總和。因此，測量源自金層的金濃度的情況中，可分別測量線材整體的金濃度與銅芯材中的金濃度，再使用該等濃度算出源自金層的金濃度。源自金層的金濃度，具體而言，與上述源自鈀層的鈀濃度相同，可藉由SIMS分析測量。

金層的厚度雖亦與鈀被覆銅接合線的線徑有關，但較佳為8nm以下，更佳為5nm以下。金層的厚度若在8nm以下，則即使在具有金層的情況中，亦不會損及焊球的正球性，容易維持球體接合的高可靠度。金層厚度的下限並未特別限定，但後述濃度換算的平均膜厚若為1nm以上即為充分。作為金層厚度的測量手法，與鈀層相同，可使用FE-AES分析。

另外，若金占線材整體的濃度為上述較佳的範圍，則金層的厚度明顯變薄。像這樣金層厚度明顯變薄的情況，目前難以用一般的測量手法正確測量金層的厚度。因此，金層的厚度明顯變薄的情況中，可藉由使用金占線材整體之濃度與線材的線徑所算出的濃度來換算平均膜厚以評價金層的厚度。該濃度換算平均膜厚，係從金濃度與金的比重算出每單元長度的金的質量，其中具有假設線材剖面為正圓，金均勻存在於最表面而求得其膜厚的方法，以及使用鍍覆線徑中的金被覆之厚度（亦可為設計值）與最終線徑以進行比例計算的方法。

此處，藉由上述實施態樣的構成可兼具球體接合的可靠度與抑制縮孔產生的理由，作為一例，推測如下。球體接合中，從放電炬在線材前端形成電弧放電，藉由電弧電流的熱使球體前端熔融而形成焊球。此時，在此之前球體接合部的鈀濃度並未變高的鈀被覆銅線，在藉由電弧導入熱能而熔融的線材之金屬及添加元素形成焊球的過程中，線材外側的鈀被吸收而擴散至熔融球體內部。若將這種以往的線材在含鋁的電極上進行球體接合，則接合面附近並未成為富含鈀的狀態，而在含鋁的電極與球體接合部的接合界面的銅與鋁的金屬間化合物，例如Cu₉ Al₄ 等容易被腐蝕。

半導體產品中，通常係以樹脂等將打線接合整體密封。源自該密封樹脂的氯、溴等的鹵素元素及源自環境中的水分及硫等侵入球體接合界面，而腐蝕球體接合界面的銅與鋁的金屬間化合物，成為了問題。接著，半導體元件的環境變得越高溫高濕，則具有腐蝕擴大的傾向。若球體接合界面的腐蝕進一步發展，則球體接合界面發生剝離或破斷，導致電阻上升而產生通電不良的問題。

相對於此，本實施態樣的特定組成及構成的線材，在焊球的形成過程中，抑制鈀往熔融球體內擴散而被吸收，因而可認為未被吸收的鈀在球體表面附近濃縮分布並覆蓋球體表面。若在該未被吸收的鈀覆蓋焊球表面的狀態下，在含鋁電極上進行球體接合，則成為在接合界面富含耐腐蝕性強的鈀的狀態。因此推測，可抑制銅與鋁的金屬間化合物的形成，並且可抑制從外部侵入的鹵素（特別是氯）、硫、水等所造成的腐蝕。結果，球體接合的可靠度提升，特別是可明顯提升在高溫高濕條件下的可靠度。從這樣的觀點來看，在使球體接合的可靠度提升的範圍內，決定線材中的鈀濃度的下限。

特別是在形成鈀被覆銅接合線的鈀層時，若使鈀被覆材料含有成為既定濃度的硫族元素，則可極穩定地形成焊球表面的鈀濃化區域。又，藉由存在既定量的硫族元素，認為可在焊球表面穩定地維持鈀濃化區域直到與鋁電極接合時，而容易形成實施形態的鈀濃化接合區域。因此，根據使用線材部如上述般含有硫族元素之鈀被覆銅接合線的線接合構造，可明顯提升高溫高濕下的接合可靠度。

另一方面，如上所述，即使焊球表面為富含鈀的構成，在目標為於嚴苛條件下使用的情況下，有時仍無法提升接合可靠度。其理由被認為是打線接合的第二接合對象物，其表面大多鍍金或鍍銀，而源自該鍍覆的金或銀，在打線接合的第二接合後切斷線材時，附著於線材的端部（被截斷之線材的端部），而成為縮孔的原因。

「縮孔」係在凝固後的焊球表面觀察到的皺褶狀的溝。在凝固後的焊球表面具有縮孔的情況，在半導體晶片上之電極中的球體接合接合面上，與上述溝對應的地方產生空隙。因此認為，根據空隙的尺寸，以該空隙為起點，球體接合面的接合強度隨著時間變弱，而容易發生腐蝕，導致接合可靠度降低。

此處，本案發明人詳細研究結果，上述縮孔之中，分成會成為問題的大縮孔與不會成為問題的小縮孔。亦即，凝固後的焊球表面具有既定尺寸以上之縮孔的情況，電極與球體接合部的界面的空隙容易變大，明顯因此導致接合可靠度降低。相對於此，若為小於上述尺寸的縮孔，因為空隙小而對於接合可靠度的影響不會成為問題。作為這種不會成為問題的縮孔尺寸，在縮孔的SEM觀察影像中，只要縮孔的最大長度為線材直徑的3分之2以下的長度即可。例如線材直徑為18μm的情況，則可明確地將縮孔的最大長度超過12μm的縮孔判定為會成為問題的大縮孔。該尺寸以下的縮孔，則可推定為幾乎不影響接合可靠度。

接著發現，產生會成為問題之大縮孔的原因，與覆蓋焊球表面的鈀濃化區域（實際為鈀與銅混合的區域）之鈀濃度相依。亦即，焊球表面的鈀濃化區域的鈀濃度若超過既定濃度，在鈀濃化區域凝固時，球體內部尚為軟化狀態，因此，因為在焊球表面附近的金附著處與金未附著之區域的組成差異等的主要原因，導致凝固速度差擴大，金的附著部成為最終凝固部分。接著推論，在熔融球體成為固體時，收縮集中的金附著部分收縮至球體內側，而成為問題的大縮孔。這在銀附著於端部的情況中亦相同。

相反地，鈀濃化區域的鈀濃度若夠低，則可認為鈀濃化區域與球體內部銅凝固的時間差變小。結果，即使金附著，亦不會收縮至球體內側，因此不會產生成為問題的大縮孔。從這樣的觀點決定焊球表面的鈀濃度的上限。焊球產生大縮孔的狀態下，若在含鋁的電極上進行球體接合，則在電極與球體接合部的界面產生空隙。結果，球體接合界面的接合強度變弱，而具有容易腐蝕的問題。

鈀被覆銅接合線中的硫族元素，對於形成上述焊球表面附近的鈀分布區域有所貢獻。硫族元素因為與銅的反應性高，而被認為主要在線材之金屬熔融初期的段階，集中於銅與鈀接觸的區域。該集中於銅與鈀之接觸區域的硫族元素與銅的反應產物阻擋了鈀溶入熔融銅之中。從這樣的觀點來決定硫族元素量。

為了得到上述效果，鈀被覆銅接合線整體所含有之硫族元素的50.0%以上，較佳係含有於從「鈀被覆銅接合線的表面」到「相對於鈀與銅的總和而鈀成為50.0原子%的部位」之間。藉此認為可輕易在焊球表面附近形成鈀分布區域，而可進一步提升球體接合的接合可靠度。

接著說明本實施態樣的鈀被覆銅接合線的製造方法。 本實施態樣的鈀被覆銅接合線，係使鈀被覆於成為芯材的以銅為主成分的銅線材表面，再進行伸線加工及因應需求的熱處理而得之。鈀被覆後亦可被覆金，又，被覆鈀或金後，亦可實施階段性伸線及熱處理。

使用銅作為芯材的情況，使既定純度的銅熔解，而使用銅合金的情況，使既定純度的銅與添加元素一起熔解，藉此可得到銅芯材的材料或銅合金芯材的材料。可使用電弧加熱爐、高頻加熱爐、電阻加熱爐、連續鑄造爐等的加熱爐進行熔解。以防止源自大氣中的氧或氫混入為目的，加熱爐中，銅熔解時的環境較佳為保持真空或氬、氮等的惰性氣體環境。已溶解之芯材的材料，從加熱爐鑄造凝固以成為既定線徑，或在鑄造模具中對熔融芯材的材料進行鑄造以製作鑄錠，反覆對該鑄錠實施輥壓延，並伸線至既定線徑，而得到銅線材。

作為在銅線材的表面被覆鈀或金的方法，具有鍍覆法（濕式法）與蒸鍍法（乾式法）。鍍覆法可為電鍍法與無電鍍覆法的任一方法。衝擊電鍍或閃鍍等的電鍍，其鍍覆速度快，若用於鈀鍍覆，則鈀層對於芯材的密合性良好，因而較佳。作為以鍍覆法使鈀層內含有硫族元素的手法，具有在上述電鍍中使用含有硫、硒或碲之鍍覆添加劑的鍍覆液作為鈀鍍覆液，而調整鍍覆添加劑的種類及量的手法。藉此，可調整線材中的硫族元素的濃度。

作為蒸鍍法，可利用濺鍍法、離子鍍法、真空蒸鍍等的物理吸附以及電漿CVD等的化學吸附。根據該等的方法，在形成鈀被覆及金被覆之後不需要進行洗淨，而不會有洗淨時表面汙染等的疑慮。作為以蒸鍍法使鈀層內含硫族元素的手法，有使用含硫族元素的鈀靶材，藉由磁控濺鍍等形成鈀層的手法。

如此，將經實施鈀被覆與金被覆的銅線材伸線至最終線徑，並進行熱處理。該伸線加工與熱處理亦可階段性進行。又，上述雖說明將施予鈀被覆與金被覆的銅線材伸線至最終線徑的方法，但亦可將已被覆鈀的銅線材伸線至既定線徑後再施予金被覆，之後再伸線至最終線徑。

伸線加工的加工率，可因應欲製造之鈀被覆銅接合線所要求的破斷力及伸率等的機械特性決定。加工率，一般而言係作為將鈀被覆與因應需求實施金被覆的銅線材加工至最終線徑時的加工率（從最終鍍覆之後的線徑至最終線徑時的加工率），其較佳為90.0%以上。該加工率，可作為線材剖面積的減少率而算出。較佳係使用複數的鑽石拉絲模以階段性進行伸線加工。此情況中，每一個鑽石拉絲模的面積減少率（加工率）較佳為5.0~15.0%。

最終熱處理，係在最終線徑時執行去除應變的熱處理，以將殘留於線材內部之金屬組織的應變去除。去除應變熱處理條件，可考量所需之線材特性來決定溫度及時間。

此外，可在製造線材的任意段階，因應目的實施熱處理。作為這樣的熱處理，有擴散熱處理，其在鈀被覆或金被覆後，使相鄰的金屬彼此擴散而提升接合強度。藉由進行擴散熱處理，可提升不同種金屬之間的接合強度。關於擴散熱處理條件，可考量所需之線材特性來決定溫度及時間。

熱處理的方法中，使線材通過加熱至既定溫度的加熱用容器環境之中而進行熱處理的移動式熱處理，因為容易調節熱處理條件而較佳。移動式熱處理的情況，熱處理時間，可藉由線材的通過速度與線材在加熱用容器內的通過距離而算出。作為加熱用容器，係使用管狀電爐等。

根據以上說明的本實施態樣之鈀被覆銅接合線，可抑制球體形成時的縮孔，並且在高溫高濕下球體接合可靠度亦為優良。因此，因為可形成長期可靠度高的線接合結構，而適用於方形扁平封裝（QFP，Quad Flat Packaging）、球柵陣列封裝（BGA，Ball Grid Array）、方形平面無引腳封裝（QFN，Quad For Non-Lead Packaging）。又，因為可形成可靠度高的線接合結構，而適用於車用裝置等的高溫、高濕環境。 (半導體裝置及其製造方法)

接著，說明使用上述實施態樣之鈀被覆銅接合線的半導體裝置。如第七圖所示，本實施態樣的半導體裝置1具有：半導體晶片2；含鋁之鋁電極3，設於半導體晶片2上；外部電極4，設於半導體晶片2的外部，具有金被覆；及接合線5，將鋁電極3與外部電極4表面連接。另外，第七圖中雖舉例說明在外部電極上具有金被覆的情況，但與金被覆同時具有銀被覆或是以銀被覆取代金被覆的情況亦相同。

半導體裝置1中，接合線5係由上述實施態樣的鈀被覆銅接合線所構成。又，鋁電極3與接合線5的接合面，具有鈀濃化接合區域，其中相對於鋁電極3之表面的構成元素、銅與鈀的總和，鈀濃度為2.0質量%以上。

半導體晶片2係具備矽(Si)半導體或化合物半導體等所構成的積體電路(IC)而成。鋁電極，例如，係在矽(Si)母材的表面被覆Al、AlSiCu、AlCu等的電極材料而形成。外部電極4，係用以對半導體晶片2從外部供給電力的電極。源自外部電極4的電力，透過接合線5供給至半導體晶片2。

本實施態樣的半導體裝置1的製造中，以接合線5將鋁電極3與外部電極4連接，例如係以下述方式進行。使用接合裝置或使接合線通入其內部而用於連接的焊管工具等，例如藉由電弧放電對於焊管所載持的線材前端輸入熱能，而將線材前端加熱熔融。藉此，在線材前端形成焊球。之後，例如，在140~200℃的範圍內將半導體晶片2加熱的狀態下，於鋁電極3上，將該焊球進行壓接，而形成球體接合（第一接合）。之後，藉由超音波壓接，將與接合線5之第一接合以既定間隔分開之相反側的一端直接與外部電極4進行楔形接合（第二接合）。

本實施態樣的半導體裝置的製造方法中，焊球的形成條件，係與上述相同的條件。具體而言，例如，使用接合裝置，在接合線5的線徑為10~30μm，較佳為15~25μm，更佳為18~20μm的情況中，係以使放電電流值為30~90mA、使焊球徑成為線徑之1.5~2.3倍的方式設定電弧放電條件。接合裝置，例如，可使用K&S公司製的接合裝置（全自動Cu線接合機；IConn ProCu 16PLUS）等的市售品。使用該接合裝置的情況，作為裝置的設定，較佳使放電時間為50~1000μs，EFO-Gap為25~45mil（約635~1143μm），尾端長度為6~12mil（約152~305μm）。使用該接合裝置以外的其他接合裝置的情況，可藉由與上述相同的條件，例如焊球徑成為與上述相同之大小的條件即可。又，為了使線材前端部為氮與氫的混合氣體環境或氮氣環境，以氣體流量0.2~0.8L/分鐘，較佳為0.3~0.6L/分鐘吹附上述氣體。焊球形成時的氣體，較佳為氮95.0體積%與氫5.0體積%的混合氣體，焊球徑的目標值只要在上述範圍內即可。

又，球體接合及楔形接合的條件，可根據半導體裝置的構造及用途而適當調節，例如，針對形成有線徑φ為18μm且球徑為33μm的焊球者，接合機裝置的設定為：球體壓接力7.5gf，施加超音波輸出70mA，球體壓接時間15ms、壓接溫度150℃，藉此，可以第2球體壓縮部20b的高度Y約為10μm、第2球體壓縮部20b在與接合面21略平行之方向上的最大寬度X₀ 約為40μm來形成球體接合。楔形接合可在洗滌模式下，以壓接力70gf、壓接時間20ms、壓接溫度150℃、頻率200kHz、振幅3.0μm、循環2次的條件，使迴路長度為2mm而進行楔形接合。

實施形態的半導體裝置的製造方法，係具有半導體晶片、設於半導體晶片上的含鋁之鋁電極、設於半導體晶片外部且具有金被覆或銀被覆的外部電極、及將該鋁電極與該外部電極表面連接之接合線的半導體裝置的製造方法，其中，該接合線係具有以銅為主成分的芯材與該芯材上的鈀層、且含有硫族元素的鈀被覆銅接合線，其中相對於該鈀被覆銅接合線的銅、鈀與硫族元素的總和，鈀的濃度為1.0質量%以上、4.0質量%以下；硫族元素濃度共5.0質量%以上、50質量ppm以下。接著，該鈀被覆銅接合線前端形成焊球，該焊球具有鈀濃化區域，其中在球體前端部表面開始5.0nm以上、100.0nm以下的範圍內，相對於銅與鈀的總和，鈀的濃度為平均6.5原子%以上、30.0原子%以下；透過該焊球將該鈀被覆銅接合線接合至該鋁電極，將從該鈀被覆銅接合線的該焊球相隔該接合線之長度之處在該外部電極表面進行第二接合。

實施形態的半導體裝置適用於例如用於印刷線路板等的方形扁平封裝（QFP，Quad Flat Packaging）、球柵陣列封裝（BGA，Ball Grid Array） 、方形平面無引腳封裝（QFN，Quad For Non-Lead Packaging）。

根據以上說明的本實施形態之半導體裝置，可在打線接合中，於球體接合時抑制球體的縮孔，即使在高溫高濕下下，球體接合可靠度亦優良。因此，可形成長期可靠度高的接合構造，而適合在車用裝置等的高溫、高濕環境下使用。又，根據本實施形態之半導體裝置的製造方法，可形成長期可靠度高的接合構造，因此可得到適合在車用裝置等在高溫、高濕環境下使用的半導體裝置。 [實施例]

接著說明實施例。本發明不限於以下的實施例。例1~19及例33~35為實施例，例20~32為比較例。 (例1~18)

芯材係使用純度99.99質量%以上的銅(Cu)，將其進行連續鑄造，一邊進行前熱處理一邊進行壓延，之後進行一次伸線，得到銅線材（直徑0.5mm）。

鈀被覆層係以下述方式形成。在市售的鈀電鍍浴中添加含硫、硒、碲的添加劑，控制鍍覆浴中的硫、硒、碲的濃度，而使相對於線材整體（銅、鈀及硫族元素的總和）之濃度成為下表記載的濃度，分別製作鍍覆浴。在將銅線材浸漬於該鍍覆浴中的狀態下，以電流密度0.75A/dm² 對於銅線材通入電流，以形成含硫、硒或碲的鈀被覆。形成含硫、硒及碲之中2種以上的鈀被覆的情況中，係使用添加上述2種以上之添加劑的鍍覆浴。

之後，不進行烘烤處理，以濕式藉由鑽石拉絲模連續進行二次伸線，進行480℃×1秒的調質熱處理，得到最終線徑18μm或25μm的鈀被覆銅接合線。

另外，以從被覆後的線材到最終線徑為止的伸線前後之線材剖面積，算出各例的平均加工率，最終線徑18μm與25μm的平均加工率皆為99.0%以上，伸線加工中的線速為100~1000m/分鐘。

鈀被覆銅接合線中的鈀濃度係以下述方式測量。以王水溶解製造之線材1000m左右，以高頻感應偶合電漿發光光譜分析法（島津製作所股份有限公司的ICPS-8100）求得該溶液中的鈀(Pd)濃度。

鈀被覆銅接合線中的硫族元素的濃度係以下述方式測量。以王水溶解製造之線材100m左右，以感應偶合電漿質量分析計（Agilent Technologies股份有限公司製Agilent8800）求得其溶液中的硫(S)、硒(Se)或碲(Te)濃度。所得之鈀被覆銅接合線的組成顯示於表1、2。 (線材表面破裂的觀察)

針對鈀鍍覆後的銅線材進行捻轉試驗，以光學實體顯微鏡（OLYMPUS公司製，產品名稱：SZX16）觀察捻轉試驗後的線材表面的外觀，評價鈀的龜裂是否到達芯材的銅。將龜裂未到達銅者評價為線材表面無破裂(○)，龜裂到達銅者評價為線材表面有破裂(×)。捻轉試驗，係使用前川試驗機製作所製作的裝置名稱TO-202，將約20cm的樣品線材兩端固定，使其順時針旋轉180度、逆時針旋轉180度，進行7組之後觀察外觀。結果顯示於表1、2。另外，針對龜裂到達銅的線材，並不實施後續的縮孔及HAST評價等，因此表中顯示為未實施。 (焊球的分析)

使用K&S公司製的裝置（全自動Cu線接合機；IConn ProCu PLUS）型超音波裝置，使電弧放電電流值（放電結球(EFO)電流值）為65mA，在50~1000μs的範圍內調節放電時間，而使例1中所得之線徑18μm的鈀被覆銅接合線形成球徑約33μm（線徑的約1.8倍）的焊球。焊球形成環境係以氮氣95.0體積%與氫氣5.0體積%的混合氣體，以氣體流量5.0L/分鐘吹附線材前端。以掃描式歐傑電子能譜儀（日本電子公司製的JAMP-9500F(裝置名)）對於形成之焊球的前端側（與線材頸部的相反側）的約略中心進行深度方向分析。歐傑電子能譜儀的設定條件為一次電子束的加速電壓10kV、電流50nA、電子束徑5μm、氬離子濺鍍的加速電壓1kV、濺鍍速度2.5nm/分鐘（SiO₂ 換算）。從焊球前端部表面至深度方向上5.0~100.0nm為止，以等間隔分析9個點以上，求得鈀相對於銅與鈀之總和的平均濃度。分析處具體而言係從表面至約略0~30.0nm為止，每1.0nm一處、共31處，從31.0至60.0nm為止，每6nm一處、共5處，從61.0至480.0nm為止，每12.0nm一處、共35處。

例2~32中，使用與上述相同的全自動Cu線接合機，如表中所記載，分別在30~90mA的範圍內使放電結球(EFO)電流為既定的值，並在50~1000μs的範圍內將放電時間調節為既定的值，其他則以與例1相同的條件，使上述所得之鈀被覆銅接合線形成焊球，而使球徑成為線徑之1.5~2.3倍的範圍的既定大小。針對例10及例31，使用相對於芯材整體包含1.3質量ppm之鈀的銅芯材。針對所得之各例的焊球，與例1相同，求得從球體前端部表面至深度方向上5.0~100.0nm的鈀的平均濃度。結果與線材的組成、焊球形成條件一併顯示於表1、2。又，第四圖中顯示例14之焊球中，從前端部開始在深度方向上的歐傑分析數據圖表。另外，例2~31中，雖求得從球體前端部表面至深度方向上5.0~100.0nm的鈀的平均濃度，但即使在5.0~400.0nm的範圍內，鈀的平均濃度亦成為與下表的值大約相同的濃度。例20~23在芯線形成過程中發生線材表面破裂，因此未進行後續的評價。 (縮孔評價)

又，針對以與上述相同條件作成的30個焊球，以SEM觀察球體表面有無大縮孔。在SEM觀察影像中，縮孔的最大長度超過12μm者評價為成為問題的縮孔，在12μm以下者則評價為不會成為問題的縮孔。另外，第二圖顯示具有不會成為問題之小縮孔的焊球，第三圖顯示具有成為問題之大縮孔的焊球，在影像中以虛線將縮孔圈出。成為問題的大縮孔，如第三圖所示，係形成於焊球表面的如同大皺褶的溝。無縮孔及產生不會成為問題之程度的小縮孔者評價為無縮孔(○)，只要具有1個成為問題的縮孔即評價為具有縮孔(×)。 (HAST及HTS用的試片製作)

針對各例中所得之鈀被覆銅接合線，以與上述相同的全自動Cu線接合裝置，在球柵陣列封裝（BGA，Ball Grid Array）基板上的厚度400μm的Si晶片上的厚度2μm的Al-1.0質量%Si-0.5質量%Cu合金電極上，分別以與上述焊球、球體接合及第二接合相同的條件進行打線接合。亦即，焊球的形成，係使用與上述相同的全自動Cu線接合機，分別在30~90mA的範圍內使放電結球(EFO)電流為既定的值，並在50~1000μs的範圍內將放電時間調節為既定的值，而使球徑成為線徑之1.5~2.3倍的範圍的既定大小，並在EFO-Gap為25~45mil（約635~1143μm）、尾端長度為6~12mil（約152~305μm）下進行。又，以氣體流量為0.3~0.6L/分鐘將氮95.0體積%與氫5.0體積%的混合氣體吹附至線材前端部。第一接合的條件，例如，針對線徑φ為18μm的實施例1，形成球徑為33μm的焊球，以使第2球體壓縮部20b的高度Y為10μm、第2球體壓縮部20b在與接合面21平行之方向上的最大寬度X₀ 為40μm的方式，使用上述全自動Cu線接合機裝置，調節成球體壓接力7.5gf、施加超音波輸出70mA、球體壓接時間15ms、壓接溫度150℃，在電極上進行球體接合。又，第二接合係在洗滌模式下，在壓接力70gf、壓接時間20ms、壓接溫度150℃、頻率200kHz、振幅3.0μm、循環2次的條件下進行楔形接合，以迴路長度2mm製作1,000條打線接合。此時，晶片上的Al-1.0質量%Si-0.5質量%Cu合金電極，僅與相鄰接合部電性連接，相鄰2條線材彼此電性地形成1個電路，而形成共500電路。之後，使用市售的轉印模具裝置（第一精工製股份有限公司、GPGP-PRO-LAB80）對該BGA基板上的Si晶片進行樹脂密封，得到試片。另外，密封樹脂係使用市售的非無鹵素樹脂。又，針對實施例1以外的試片，以使第2球體壓縮部20b的高度Y為7~13μm、第2球體壓縮部20b在與接合面21平行之方向上的最大寬度X₀ 為所形成之焊球的1.2倍的方式進行球體接合。 >HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)（高溫高濕環境暴露試驗）>

針對該試片使用HAST裝置（平山製作所股份有限公司，PCR8D），以130℃×85.0%RH（相對濕度）保持400小時及600小時。在各別的時間中，於保持前後測量上述500個電路的電阻值，只要有一個電路在保持後的電阻值超過保持前電阻值的1.1倍，即評價為不良(×)，500個電路中電阻值皆小於1.1倍的情況則評價為優良(◎)。保持400小時後，所有的樣本中，電阻值皆小於1.1倍。 >HTS(High Temperature Storage Test)（高溫放置試驗）>

又，針對試片使用HTS裝置（ADVANTEC公司製，DRS420DA），於220℃下保持2000小時。保持前後，與上述相同地測量500個電路的電阻值，只要有一個電路在保持後的電阻值超過保持前電阻值的1.1倍，即評價為不良(×)，500個電路中電阻值皆小於1.1倍的情況則評價為優良(◎)。將HAST試驗及HTS試驗的評價結果顯示於表1、2。表2中的「不良數」，係保持後的電阻值超過保持前電阻值1.1倍之電路的數量。

[表1]

例	Pd被覆Cu接合線	評價
線徑 (μm)	線材整體的Pd濃度(源自Pd層) (質量%)	線材整體的硫族元素濃度 (質量ppm)	焊球	線材表面破裂	縮孔評價	HAST	HTS
S	Se	Te	電弧放電電流值 (mA)	焊球徑 (μm)	表面Pd濃度 (原子%)	400hrs	600hrs
實施例	1	18	1.2	7	-	-	65	33	6.7	○	○	◎	◎	◎
2	18	1.2	7	-	-	30	30	6.8	○	○	◎	◎	◎
3	18	1.2	7	-	-	90	36	6.6	○	○	◎	◎	◎
4	18	1.5	-	8	-	65	27	7.2	○	○	◎	◎	◎
5	25	1.5	-	8	-	90	40	6.8	○	○	◎	◎	◎
6	25	1.5	-	8	-	65	45	7.0	○	○	◎	◎	◎
7	18	2.0	-	-	18	65	38	12.0	○	○	◎	◎	◎
8	25	2.0	-	-	19	30	50	9.7	○	○	◎	◎	◎
9	18	2.3	11	-	-	65	34	20.0	○	○	◎	◎	◎
10	25	(※)3.6 (2.3)	11	-	-	30	45	15.3	○	○	◎	◎	◎
11	18	1.3	-	18	-	65	37	11.0	○	○	◎	◎	◎
12	18	1.3	-	18	-	30	30	13.4	○	○	◎	◎	◎
13	18	1.6	-	-	48	65	28	13.0	○	○	◎	◎	◎
14	18	1.6	-	-	48	90	25	14.0	○	○	◎	◎	◎
15	18	2.1	7	6	-	65	32	16.0	○	○	◎	◎	◎
16	18	2.1	7	6	-	90	34	16.5	○	○	◎	◎	◎
17	18	2.2	-	13	24	65	36	23.0	○	○	◎	◎	◎
18	25	2.2	-	13	24	30	42	26.5	○	○	◎	◎	◎
19	18	2.4	6	7	15	65	29	28.0	○	○	◎	◎	◎
※使用銅芯材中包含1.3質量%之Pd的銅線。

[表2]

例	Pd被覆Cu接合線	評價
線徑 (μm)	線材整體的Pd濃度(源自Pd層) (質量%)	線材整體的硫族元素濃度 (質量ppm)	焊球	線材表面破裂	縮孔評價	HAST (不良數)	HTS (不良數)	綜合評價
S	Se	Te	電弧放電電流值 (mA)	焊球徑 (μm)	表面Pd濃度 (原子%)	400hrs	600hrs
比較例	20	－	1.9	-	-	55	-	-	-	×	-	-	-	-	×
21	-	2.2	-	28	-	-	-	-	×	-	-	-	-	×
22	-	2.2	-	28	-	-	-	-	×	-	-	-	-	×
23	-	2.0	15	-	-	-	-	-	×	-	-	-	-	×
24	18	1.3	-	-	12	65	28	5.5	○	○	◎	×(4)	×(6)	×
25	18	1.3	-	-	12	90	34	5.3	○	○	◎	×(6)	×(6)	×
26	18	1.6	-	-	10	65	37	5.2	○	○	◎	×(3)	×(5)	×
27	25	1.6	-	-	10	65	47	5.0	○	○	◎	×(5)	×(8)	×
28	18	1.6	2	3	3	65	29	4.5	○	○	◎	×(8)	×(10)	×
29	18	0.8	6	18	-	65	35	3.0	○	○	◎	×(7)	×(12)	×
30	18	2.8	-	10	26	65	30	32.0	○	×	◎	×(18)	×(22)	×
31	18	(※)4.1 (2.8)	-	10	26	65	32	38.6	○	×	◎	×(16)	×(21)	×
32	18	3.5	10	-	-	65	33	36.0	○	×	◎	×(24)	×(30)	×
※使用銅芯材中包含1.3質量%之Pd的銅線。

從表1、2可得知，鈀占線材整體的濃度為1.0~4.0質量%、分別以既定範圍的濃度包含硫、硒、碲、且在凝固後的焊球表面上具有平均含有6.5~30.0原子%以下之鈀的鈀濃化區域的鈀被覆銅接合線，相較於不具有鈀濃化區域的比較例之鈀被覆銅接合線，一方面可抑制縮孔的產生，一方面可提升在HAST及HTS中的可靠度。

例如，上述車用裝置中，特別是將焊球與電極接合的球體接合部（第一接合）的接合壽命成為最大的問題。要求車用裝置適合下述條件：將與鋁電極進行球體接合並進行樹脂密封的半導體裝置於HAST下長時間暴露後的電阻值，必須將其增加抑制在暴露前的1.1倍以下。在球體接合後所實施的密封樹脂中所含的氯等的鹵素元素及水分，對於接合壽命、即電阻值的上升有不良影響。因為該等的氯及水分腐蝕在球體接合部產生的金屬間化合物，導致接合部的電阻值上升。電阻值的上升阻礙通電不良及電子信號的傳導，若作為車用，則具有導致汽車事故的疑慮，而成為嚴重的問題。上述實施例的鈀被覆銅接合線，進行HAST試驗的結果，即使暴露600小時後亦為良好，因此接合可靠度高，可得知用於車用裝置的情況，亦不會發生上述嚴重的問題。

在比較例的試片中，雖然焊球表面及球體接合面附近的濃度低於實施例，但認為具有鈀濃度較濃的區域，因此認為在HAST試驗中，在400小時之前可抑制電阻值的上升。 (例33~35)

接著確認在鈀層上具有金層的鈀被覆銅接合線的特性。在例1、4、7的鈀被覆銅接合線的製造過程中被覆鈀後，更使用市售的金鍍覆浴實施鍍金，除此之外，與例1、4、7相同地製作具有金層的鈀被覆銅接合線（例33~35）。另外，關於表3的各元素的濃度，係在線材整體中不含金層的金濃度的情況下所算出。

針對該等具有金層的鈀被覆銅接合線與不具有金層的例1、4、7的鈀被覆銅接合線進行模具磨耗試驗，結果顯示於表3的「模具損耗」欄位。模具損耗試驗，係從將各樣本的線材鍍金完成後的線徑開始，使其通過複數的模具以進行連續伸線，而伸線至最終線徑18μm、50,000m。關於伸線前後的模具損耗，將最終過程的18μm的模具內徑相較於加工前的尺寸增加小於0.1μm者評價為非常良好(◎)，將尺寸增加0.1μm以上、小於0.2μm者評價為良好(○)。

又，具有金層的鈀被覆銅接合線與不具有金層的鈀被覆銅線，為了比較第二接合的接合強度，而測量拉伸強度。第二接合的拉伸強度接合性試驗，係使用與上述相同的K&S公司製的接合裝置，使迴路長度為2mm、迴路高度為200μm以進行打線接合，評價以既定的拉伸鈎對於從第二接合點開始打線接合長度20.0%的第一接合側位置進行拉伸試驗時的破斷強度。結果顯示於表3的「2nd拉伸強度」的欄位，破斷強度4.0gf以上評價為優良(◎)，3.5gf以上、小於4.0gf評價為佳(○)。又，表3中金層的厚度，係從金濃度與金的比重算出每單位長度的金的質量，而針對單位長度的線材，係假設線材剖面為正圓，金均勻存在於最表面而求得的值。

又，針對各例，與例1相同地進行縮孔、HAST、HTS的評價。如表3所示，具有金層的鈀被覆銅接合線中，縮孔、HAST、HTS的評價與不具有金層的鈀被覆銅接合線相同，皆為良好。這被認為是因為相較於在第二接合時附著的金，源自金層之金的量非常微量，而且金覆蓋線材整體而無局部凝集，因此未產生縮孔。

[表3]

例	金層 (厚度)	相對於Cu、Pd與硫族元素之總和的濃度	FAB表面 Pd濃度 (原子%)	評價
Pd(質量%)	S(質量ppm)	Se(質量ppm)	Te(質量ppm)	模具損耗	2nd拉伸強度	縮孔	HAST	HTS
實施例	33	2nm	1.2	7	-	-	6.7	◎	◎	○	◎	◎
34	4nm	1.5	-	8	-	7.2	◎	◎	○	◎	◎
35	6nm	2.0	-	-	18	12.0	◎	◎	○	◎	◎
1	無	1.2	7	-	-	6.7	○	○	○	◎	◎
4	無	1.5	-	8	-	7.2	○	○	○	◎	◎
7	無	2.0	-	-	18	12.0	○	○	○	◎	◎

(線接合構造的分析)

例1中，與上述HAST及HTS用的試片製作條件相同地形成焊球，以使第2球體壓縮部20b的高度Y為10μm、第2球體壓縮部20b在與接合面21平行之方向上的最大寬度X₀ 為40μm，使用接合機裝置調節球焊的條件（球體壓接力7.5gf、施加超音波輸出70mA、球體壓接時間15ms、壓接溫度150℃），在晶片的鋁電極上形成球焊。以上述方法使所得到之球體接合部成型，使與線材長邊方向之中心線平行的面露出，來使用離子研磨裝置（Hitachi High-Technologies公司製 IM4000）進行切斷。藉由場發射型掃描式電子顯微鏡/能量色散型X射線光譜分析(FE-SEM/EDX)，將切剖面從線材側的既定處在與接合面垂直的方向上進行線型分析。分析條件係以加速電壓6keV、測量區域φ0.18μm、測量間隔0.02μm作為FE-SEM/EDX的設定條件。該線型分析處與第一圖所示的P₁ 、P₂ 相同。亦即，以通過相對於第2球體壓縮部在與接合面平行之方向上的最大寬度位於從兩端距離8分之1的點的方式進行線型分析。所得到之FE-SEM/EDX數據圖表顯示於第五圖及第六圖。從第五、六圖可知，在鋁超過0.5質量%、95.0質量%以下的接合面附近，存在鈀相對於鋁、銅及鈀之總和的比例為2.0質量%以上的鈀濃化接合區域。又，鈀濃化接合區域的寬度（深度），2點的平均約為220nm。

與上述相同地，針對例2~19、例33~35，對上述相同的2處線型分析部進行線型分析。將2處皆觀測到鈀濃度相對於鋁、銅與鈀之總和為2.0質量%以上的鈀濃化接合區域的情況作為「○」，2處皆未觀測到的情況作為「×」。另外，無僅觀測到一處的例子。該等結果顯示於表4。源自密封樹脂等的鹵素元素及水分從球體接合面附近兩端的細微間隙等侵入的可能性很高，因此在分析處的兩端附近存在耐腐蝕性高的鈀濃化接合區域，在防止鹵素等侵入的意義上可發揮非常重要的作用。另外，觀測到表4所示之鈀濃化接合區域的線型分析部的深度（深度方向的寬度）皆為50nm以上。

又，以上述方法求出鈀濃化接合區域的占有率。亦即，藉由電子微探儀(EPMA)的面分析（加速電壓15kV、電流值290nA）觀察切剖面，以鈀元素的強度差確定鈀濃化接合區域，將其作為所檢測之範圍的總寬度X₁ 。使用接合面中第2球體壓縮部20b的最大寬度X₀ 與上述總和寬度X₁ ，算出占有率（(X₁ /X₀ )×100(%)）。又，在EPMA的面分析中，以FE-SEM/EDX對接合面21附近的鈀強度最低的點（圖像上顏色最淺的部分）進行線型分析，結果確認鈀濃度相對於鋁、銅及鈀的總和為2.0質量%以上。亦即，可知算出作為占有率之處皆為鈀濃化接合區域。

相同地，亦針對例24~29之比較例的組成的鈀被覆銅線材，與上述相同地評價接合構造。結果顯示於表5。另外，例30、31、32在焊球的縮孔評價中觀察到大縮孔，故為不良品，未進行其後續的評價。例24~29中，線型分析部中，相對於鋁、銅與鈀之總和，鈀濃度皆小於2.0質量%。又，表4、5中一併顯示了表1、2所示之各例的焊球形成條件、HAST及HTS可靠度評價的結果。第八圖中顯示例19之接合構造的EPMA圖像，第九圖中顯示接合面附近不存在鈀之接合構造的EPMA圖像。另外，EPMA圖像實際上可取得彩色影像。

[表4]

例	Pd被覆Cu接合線	評價	綜合評價
線徑 (μm)	金層厚 (μm)	線材整體的Pd濃度(源自Pd層) (質量%)	線材整體的硫族元素濃度 (質量ppm)	焊球	Pd濃化接合區域	HAST	HTS
S	Se	Te	電弧放電電流值 (mA)	球徑 (μm)	有○ 無×	占有率 (%)	400hrs	600hrs
實施例	1	18	－	1.2	7	－	－	65	33	○	30	◎	◎	◎	◎
2	18	－	1.2	7	－	－	30	30	○	40	◎	◎	◎	◎
3	18	－	1.2	7	－	－	90	36	○	35	◎	◎	◎	◎
4	18	－	1.5	－	8	－	65	27	○	40	◎	◎	◎	◎
5	25	－	1.5	－	8	－	90	40	○	35	◎	◎	◎	◎
6	25	－	1.5	－	8	－	65	45	○	65	◎	◎	◎	◎
7	18	－	2.0	－	－	18	65	38	○	70	◎	◎	◎	◎
8	25	－	2.0	－	－	19	30	50	○	75	◎	◎	◎	◎
9	18	－	2.3	11	－	－	65	34	○	80	◎	◎	◎	◎
10	25	－	(※)3.6 (2.3)	11	－	－	30	45	○	55	◎	◎	◎	◎
11	18	－	1.3	－	18	－	65	37	○	50	◎	◎	◎	◎
12	18	－	1.3	－	18	－	30	30	○	70	◎	◎	◎	◎
13	18	－	1.6	－	－	48	65	28	○	70	◎	◎	◎	◎
14	18	－	1.6	－	－	48	90	35	○	75	◎	◎	◎	◎
15	18	－	2.1	7	6	－	65	32	○	80	◎	◎	◎	◎
16	18	－	2.1	7	6	－	90	34	○	85	◎	◎	◎	◎
17	18	－	2.2	－	13	24	65	36	○	85	◎	◎	◎	◎
18	25	－	2.2	－	13	24	30	42	○	100	◎	◎	◎	◎
19	18	－	2.4	6	7	15	65	29	○	95	◎	◎	◎	◎
33	18	2	1.2	7	－	－	90	35	○	30	◎	◎	◎	◎
34	18	4	1.5	－	8	－	65	40	○	35	◎	◎	◎	◎
35	18	6	2.0	－	－	18	30	42	○	50	◎	◎	◎	◎

[表5]

例	Pd被覆Cu接合線	評價	綜合評價
線徑 (μm)	金層厚 (μm)	線材整體的Pd濃度(源自Pd層) (質量%)	線材整體的硫族元素濃度 (質量ppm)	焊球	Pd濃化接合區域	HAST	HTS
S	Se	Te	電弧放電電流值 (mA)	球徑 (μm)	有○ 無×	占有率 （%）	400hrs	600hrs
比較例	24	18	－	1.3	－	－	12	65	28	×	0	◎	×(4)	×(6)	×
25	18	－	1.3	－	－	12	90	34	×	0	◎	×(6)	×(6)	×
26	18	－	1.6	－	－	10	65	37	×	0	◎	×(3)	×(5)	×
27	25	－	1.6	－	－	10	65	47	×	0	◎	×(5)	×(8)	×
28	18	－	1.6	2	3	3	65	29	×	0	◎	×(8)	×(10)	×
29	18	－	0.8	6	18	－	65	35	×	0	◎	×(7)	×(12)	×

接著，針對既定的實施例的鈀被覆銅接合線，進行晶片損傷的評價，以及使設定溫度上升5℃而在135℃下、600小時的嚴苛規格下進行HAST試驗評價。晶片損傷性能評價係以下述方法進行：藉由各例中所得之鈀被覆銅接合線，以與上述相同的條件進行球體接合，並以光學顯微鏡觀察球體接合部正下方的基板。觀察球體接合部100處。例19因為具有1處使用上不會成為問題的小龜裂，因此特別表記為佳(○)。其他例中，因為完全未產生龜裂，因此表記為優良(◎)。嚴苛規格的HAST試驗中，與一般的HAST試驗相同，將試驗後的電阻值小於試驗前1.1倍的例子評價為◎，具有1.1倍以上、1.2倍以下者的例評價為○。另外，例1中，500個電路中，5個電路在試驗後的電阻值為試驗前的1.1倍以上、1.2倍以下，其他皆小於1.1倍。又，作為綜合評價，將晶片損傷的評價與嚴苛規格的HAST試驗的結果皆為◎的例子評價為◎，任一者為○、另一者為◎的例則評價為○。結果顯示於表6。

[表6]

例	Pd被覆Cu接合線	評價
線材整體的Pd濃度(質量%)	線材整體的硫族元素濃度 (質量ppm)	FAB表面Pd濃度 (原子%)	晶片損傷	HAST (嚴苛規格)	綜合評價
S	Se	Te
實施例	1	1.2	7	-	-	6.7	◎	○	○
4	1.5	-	8	-	7.2	◎	◎	◎
7	2.0	-	-	18	12.0	◎	◎	◎
9	2.3	11	-	-	20.0	◎	◎	◎
11	1.3	-	18	-	11.0	◎	◎	◎
13	1.6	-	-	48	13.0	◎	◎	◎
15	2.1	7	6	-	16.0	◎	◎	◎
17	2.2	-	13	24	23.0	◎	◎	◎
19	2.4	6	7	15	28.0	○	◎	○

從表6可得知，焊球的前端部表面（鈀濃化區域）的鈀濃度為7.0原子%以上的例1、4、7、9中，即便係在使HAST試驗溫度為135℃的比一般更為嚴苛的條件下，亦可承受試驗。焊球的前端部表面的鈀濃度為6.7原子%的例1，電阻值在試驗後成為1.1倍以上、1.2倍以下，可得知其略差於鈀濃化區域之鈀濃度為7.2原子%以上的例子。又，焊球前端部表面的鈀濃度為23.0原子%以下的例子，未產生晶片損傷，超過該比例的例19中，產生微量的不會成為問題的晶片損傷。從該等結果可得知，焊球表面的鈀濃度較佳為7.0原子%以上、25.0原子%以下。焊球表面的鈀濃度為7.0原子%以上、25.0原子%以下的鈀被覆銅接合線適用於車用裝置，並且亦可提升良率。

1:半導體裝置 2:半導體晶片 3:鋁電極 4:外部電極 5:接合線 10:線接合構造 20:球焊部 20a:第1球體壓縮部 20b:第2球體壓縮部 21:接合面 22:線材部 23:表面 51:矽(Si)基板 52:電極 L:線材中心線 P₁:線型分析部 P₂:線型分析部 φ:線徑 X₀:平行方向的最大寬度 Y:第2球體壓縮部20b相對於接合面21的最大高度

第一圖係用以說明鈀濃化接合區域之形成處的圖。 第二圖係在實施例中觀察到的焊球的影像，其具有不會成為問題的小縮孔。 第三圖在比較例中觀察到的焊球影像，其具有大縮孔。 第四圖係實施例之焊球前端部表面的歐傑(FE-AES)分析數據圖表。 第五圖係實施例之接合構造的場發射型掃描式電子顯微鏡/能量色散型X射線光譜分析(FE-SEM/EDX)數據圖表。 第六圖係實施例之接合構造的其他處的FE-SEM/EDX數據圖表。 第七圖係顯示實施形態之半導體裝置的示意圖。 第八圖係實施例之接合構造的電子微探儀(EPMA)圖像。 第九圖係接合面附近不存在鈀之接合構造的EPMA圖像。

10:線接合構造

20:球體接合部

20a:第1球體壓縮部

20b:第2球體壓縮部

21:接合面

22:線材部

23:表面

51:矽(Si)基板

52:電極

L:線材中心線

P₁:線型分析部

P₂:線型分析部

φ:線徑

X₀:平行方向的最大寬度

Y:第2球體壓縮部20b相對於接合面21的最大高度

Claims (13)

1. 一種線接合構造，其係具有半導體晶片上的含鋁電極、接合線、以及該電極及該接合線之間的球體接合部的線接合構造；該接合線係具有以銅為主成分的芯材與該芯材上的鈀層、且含有硫族元素的鈀被覆銅接合線；相對於銅、鈀與硫族元素的總和，鈀的濃度為1.0質量%以上、4.0質量%以下；硫族元素濃度共50質量ppm以下，硫濃度為5質量ppm以上、12質量ppm以下，或是硒濃度為5質量ppm以上、20質量ppm以下，或是碲濃度為15質量ppm以上、50質量ppm以下；在該電極與該球體接合部的接合面附近具有鈀濃化接合區域，其中該鈀濃化接合區域的鈀濃度相對於鋁、銅與鈀之總和為2.0質量%以上。
2. 如請求項1之線接合構造，其中，至少在與線材長邊方向平行之方向的線上具有該鈀濃化接合區域，該線通過從與球體接合之線材長邊方向垂直之方向上的最大寬度的兩端距離8分之1的位置。
3. 如請求項1或2之線接合構造，其中，該鈀濃化接合區域在該接合面附近的占有率為25%以上。
4. 一種鈀被覆銅接合線，其係具有以銅為主成分的芯材與該芯材上的鈀層、且含有硫族元素的鈀被覆銅接合線；相對於該鈀被覆銅接合線的銅、鈀與硫族元素的總和，鈀的濃度為1.0質量%以上、4.0質量%以下；硫族元素濃度共50質量ppm以下，硫濃度為5質量ppm以上、12質量ppm以下，或是硒濃度為5質量ppm以上、20質量ppm以下，或是碲濃度為15質量ppm以上、50質量ppm以下；將該鈀被覆銅接合線在鋁電極上進行球體接合，以製作線接合構造； 且在該鋁電極上的該球體接合的接合面附近形成鈀濃化接合區域，其中該鈀濃化接合區域的鈀濃度相對於鋁、鈀與銅之總和為2.0質量%以上。
5. 如請求項4之鈀被覆銅接合線，其中，該鈀濃化接合區域在該接合面附近的占有率為25%以上。
6. 一種半導體裝置，其係具有半導體晶片、設於半導體晶片上的含鋁之鋁電極、設於半導體晶片外部且具有金被覆或銀被覆的外部電極、及將該鋁電極與該外部電極表面連接之接合線的半導體裝置；該接合線係由鈀被覆銅線所構成，在該鋁電極與該接合線的接合面附近具有如請求項1至3中任一項之線接合構造。
7. 一種半導體裝置，其係具有半導體晶片、設於半導體晶片上的含鋁之鋁電極、設於半導體晶片外部且具有金被覆或銀被覆的外部電極、及將該鋁電極與該外部電極表面連接之接合線的半導體裝置；該接合線係由如請求項4或5之鈀被覆銅接合線所構成。
8. 如請求項6或7之半導體裝置，其為方形扁平封裝(QFP，Quad Flat Packaging)。
9. 如請求項6或7之半導體裝置，其為球柵陣列封裝(BGA，Ball Grid Array)。
10. 如請求項6或7之半導體裝置，其為方形平面無引腳封裝(QFN，Quad For Non-Lead Packaging)。
11. 如請求項6或7之半導體裝置，其用於車載。
12. 一種半導體裝置的製造方法，其係具有半導體晶片、設於半導體晶片上的含鋁之鋁電極、設於半導體晶片外部且具有金被覆或銀被覆的外部電極、及將該鋁電極與該外部電極面連接之接合線的半導體裝置的製造方法；該接合線係具有以銅為主成分的芯材與該芯材上的鈀層、且含有硫族元素的鈀被覆銅接合線；相對於該鈀被覆銅接合線的銅、鈀與硫族元素的總和，鈀的濃度為1.0質量%以上、4.0質量%以下；硫族元素濃度共5質量%ppm以上、50質量ppm以下；在該鈀被覆銅接合線前端形成焊球，透過該焊球將該鈀被覆銅接合線在該鋁電極上進行球體接合，藉此在該電極上的該球體接合的接合面附近形成具有鈀濃化接合區域的線接合構造，其中該鈀濃化接合區域的鈀濃度相對於鋁、銅與鈀之總和為2.0質量%以上，之後，將從該鈀被覆銅接合線的該焊球相隔該接合線之長度之處在該外部電極表面上進行第二接合。
13. 如請求項12之半導體裝置的製造方法，其中，相對於該球體接合部在平行方向的最大寬度，該鈀濃化接合區域在該接合面附近的占有率為25%以上。

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