TWI876023B - 半導體裝置用Ag合金接合線及半導體裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種半導體裝置用Ag合金接合線，其即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時，於高溫環境下亦能呈現良好之接合可靠性，並且能夠抑制球型接合時之晶片損傷。該Ag合金接合線含有選自由Pd及Pt所組成之群中之1種以上之元素(以下，稱為「第1元素」)以及選自由P、Cr、Zr及Mo所組成之群中之1種以上之元素(以下，稱為「第2元素」)，若將第1元素之總濃度記為x1[at.%]，將第2元素之總濃度記為x2[at.ppm]，則滿足 0.05≦x1≦3.0 15≦x2≦700， 剩餘部分包含Ag。

Description

半導體裝置用Ag合金接合線及半導體裝置

本發明係關於一種半導體裝置用Ag合金接合線。進而關於一種包含該Ag合金接合線之半導體裝置。

半導體裝置中，藉由接合線將半導體元件上所形成之電極與引線框架或基板上之電極連接。接合線之材料過去以金(Au)為主流，但近年來，於Au價格飛漲之背景下，使用相對便宜之材料代替Au之接合線之開發正蓬勃發展。作為代替Au之低成本導線素材，例如，對銅(Cu)進行研究，提出有關於Cu導線、或為了抑制氧化等而於其表面設有鈀(Pd)被覆之Cu導線之報告。

Cu導線或被覆有Pd之Cu導線與Au導線相比質地較硬，與電極等連接時容易產生問題，因此需要硬度更低之材料。銀(Ag)因具有與Au同等以上之導電性且具有比Cu更低之硬度，故期待用作導線素材。

關於Ag導線，業者發現與Au導線相比，Ag導線之接合可靠性有時較差，作為用於提昇接合可靠性之技術，提出有向Ag導線添加Pd、Pt、Au等特定元素並使其合金化之技術。例如，專利文獻1中提出有一種Ag合金接合線，其包含合計0.1～10重量%之Pd、Pt、Cu、Ru、Os、Rh、Ir中之1種或2種以上，Pd為10重量%以下，Pt為10重量%以下，Cu為5重量%以下，Ru為1重量%以下，Os為1重量%以下，Rh為1重量%以下，Ir為1重量%以下。又，專利文獻2中提出有一種半導體元件用Ag-Au-Pd三元合金系接合線，其係包含純度99.99質量%以上之Ag、純度99.999質量%以上之Au、及純度99.99質量%以上之Pd的三元合金系接合線，其特徵在於：包含4～10質量%之Au、2～5質量%之Pd、15～70質量ppm之氧化性非貴金屬添加元素，剩餘部分為Ag，該接合線於模具(dies)連續拉線前進行退火熱處理，於模具連續拉線後進行調質熱處理，於氮氣氛圍中進行球型接合。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平11-288962號公報 [專利文獻2]日本專利特開2012-169374號公報

[發明所欲解決之問題]

對於車輛用半導體裝置，要求接合可靠性之進一步提昇，例如，要求即使於175℃以上之高溫環境下亦具有良好之接合可靠性。此處，作為半導體裝置之封裝之塑模樹脂(環氧樹脂)中包含矽烷偶合劑，為了使要求更高溫下之可靠性之車輛用半導體裝置等具有較高之密接性，於其中添加硫(S)含量較高之矽烷偶合劑。

塑模樹脂中之S含量近年來呈現增加趨勢。先前，使用包含含S矽烷偶合劑之市售之環氧樹脂。與之相對，以進而提昇塑模樹脂對引線框架、半導體晶片之密接性為目的，近來之環氧樹脂中S含量比起先前有所增加。嘗試將Ag導線應用於使用該S含量較高之塑模樹脂之半導體裝置，發現即使是專利文獻1、2中所記載之含有特定元素之Ag合金導線，其於高溫環境下仍然存在與電極之連接部、尤其是球型接合部之接合可靠性下降之情形。且發現，藉由進而提高特定元素之添加量，高溫環境下之接合可靠性多少會有所改善，然而，於此情形時，球型接合時會產生半導體晶片之損傷(以下，亦稱為「晶片損傷」)。

本發明提供一種Ag合金接合線，其即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時，於高溫環境下亦能呈現良好之接合可靠性，並且能夠抑制球型接合時之晶片損傷。 [解決問題之技術手段]

本發明者等對上述問題進行潛心研究，結果發現藉由具有下述構成之接合線能夠解決上述問題，由此完成了本發明。 即，本發明包含以下內容。 [1]一種半導體裝置用Ag合金接合線，其含有選自由Pd及Pt所組成之群中之1種以上之元素(以下，稱為「第1元素」)以及選自由P、Cr、Zr及Mo所組成之群中之1種以上之元素(以下，稱為「第2元素」)，若將第1元素之總濃度記為x1[at.%]，將第2元素之總濃度記為x2[at.ppm]，則滿足 0.05≦x1≦3.0 15≦x2≦700， 剩餘部分包含Ag。 [2]如[1]所記載之Ag合金接合線，其中In、Ga、Cd及Sn之總濃度未達0.05 at.%。 [3]如[1]或[2]所記載之Ag合金接合線，其中若將第1元素之總濃度記為x₁ [at.%]，將第2元素之總濃度記為x₂ [at.%]，將Ag之濃度記為x_Ag [at.%]，則由下述式(1)所求出之其他元素之總濃度未達0.05 at.%， 式(1)：100－(x₁ ＋x₂ ＋x_Ag )[at.%]。 [4]如[1]至[3]中任一項所記載之Ag合金接合線，其剩餘部分包含Ag及不可避雜質。 [5]如[1]至[4]中任一項所記載之Ag合金接合線，其中各元素之濃度係藉由ICP發光分光分析或ICP質量分析所測定之濃度。 [6]如[1]至[5]中任一項所記載之Ag合金接合線，其不具有將Ag以外之金屬作為主成分之被覆。 [7]一種半導體裝置，其包含[1]至[6]中任一項所記載之Ag合金接合線。 [發明之效果]

根據本發明，能夠提供一種Ag合金接合線，其即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時，於高溫環境下亦能呈現良好之接合可靠性，並且能夠抑制球型接合時之晶片損傷。

以下，對本發明就其適宜之實施方式進行詳細說明。

[半導體裝置用Ag合金接合線] 本發明之半導體裝置用Ag合金接合線(以下，亦簡稱為「本發明之導線」、「導線」)之特徵在於：含有選自由Pd及Pt所組成之群中之1種以上之元素(以下，稱為「第1元素」)以及選自由P、Cr、Zr及Mo所組成之群中之1種以上之元素(以下，稱為「第2元素」)，若將第1元素之總濃度記為x1[at.%]，將第2元素之總濃度記為x2[at.ppm]，則滿足0.05≦x1≦3.0及15≦x2≦700，剩餘部分包含Ag。

提出有藉由向Ag導線添加Pd及Pt之類的第1元素而提昇Ag導線之接合可靠性的技術。然而，如前所述，本發明者等發現，於使用S含量較高之塑模樹脂之半導體裝置中，即使於使用含有該第1元素之Ag導線之情形時，於175℃以上之高溫環境下仍然存在與電極之連接部、尤其是球型接合部之接合可靠性下降之情形。塑模樹脂所包含之S於175℃以上之高溫環境下存在游離之趨勢，推測若游離之S與Ag導線接觸則會令Ag導線腐蝕，導致接合可靠性下降。因與電極之連接部、尤其是球型接合部之接合可靠性下降，故推測由於Ag導線與電極材料(例如Al)之擴散接合而於接合界面產生之金屬間化合物(例如Ag₃ Al)容易被游離之S腐蝕。

藉由提高Pd及Pt之類的第1元素之添加量，於高溫環境下之接合可靠性多少能夠有所改善，然而，於此情形時，會發生導線硬質化而產生晶片損傷、比電阻上升之類的問題，無法享有Ag原有之優異特性。此外，確認了於塑模樹脂中之S濃度較高之情形時，即使對第1元素之添加量進行調整，亦很難避免高溫環境下接合可靠性之下降。

與此相對，不僅含有上述第1元素而且含有P、Cr、Zr及Mo之類的第2元素之本發明之導線即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時，亦能於高溫環境下實現良好之接合可靠性。於使用不僅含有第1元素而且含有第2元素之本發明之導線形成FAB(Free Air Ball，無空氣焊球)時，使用SEM(Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡)對FAB進行觀察，確認了該FAB表面產生直徑為數十奈米左右之析出物。又，藉由能量分散型X射線分析(EDS；Energy Dispersive X-ray spectroscopy)對所產生之析出物進行分析，確認了第2元素濃化。雖然詳細機制不明，但FAB上所觀察到的該析出物存在於導線與電極於球型接合部之接合界面，因此推測：例如，游離之S在作用於接合界面之金屬間化合物前會被該析出物捕獲(化合物化)等，從而高溫環境下之球型接合部之接合可靠性會提昇。因此，於適宜之一實施方式中，本發明之導線之特徵在於：於形成有FAB時，該FAB表面產生第2元素濃化之析出物。

進而，組合含有第1元素及第2元素之本發明之導線無需過度提高第1元素之添加量便能提昇高溫環境下之接合可靠性，因此亦能抑制晶片損傷之產生。如此一來，本發明提供一種Ag合金接合線，該Ag合金接合線即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時，亦抑制晶片損傷之產生並且於高溫環境下呈現良好之接合可靠性，本發明顯著地有助於車輛用半導體裝置中之Ag導線之實用化。無需過度提高第1元素之添加量便能提昇高溫環境下之接合可靠性之本發明之導線因亦能抑制比電阻上升之問題故而有益。

-第1元素- 本發明之導線中含有0.05～3.0 at.%之範圍內之選自由Pd及Pt所組成之群中之1種以上之元素作為第1元素。即，若將導線中之第1元素之總濃度記為x1[at.%]，則滿足0.05≦x1≦3.0。

與後述之第2元素之組合中，從即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時亦實現高溫環境下之良好之接合可靠性的方面而言，導線中之第1元素之總濃度即x1為0.05 at.%以上，較佳為0.1 at.%以上、0.2 at.%以上、0.3 at.%以上、0.4 at.%以上、0.5 at.%以上、0.6 at.%以上、0.8 at.%以上或1.0 at.%以上。尤其是，若x1超過1.0 at.%，則即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時亦能於高溫環境下實現特別良好之接合可靠性，故而適宜。進而，若x1超過1.0 at.%，則亦起到易於將球型接合部之壓接形狀(球之壓扁形狀)控制成近似真圓之形狀之類的優異效果。x1更佳為1.1 at.%以上、1.2 at.%以上、1.3 at.%以上、1.4 at.%以上或1.5 at.%以上。

從抑制導線之硬質化並抑制晶片損傷之方面而言，導線中之第1元素之總濃度x1之上限為3.0 at.%以下，較佳為2.9 at.%以下、2.8 at.%以下、2.7 at.%以下、2.6 at.%以下或2.5 at.%以下。如前所述，組合含有第1元素與第2元素之本發明之導線無需過度提高第1元素之添加量便能提昇高溫環境下之接合可靠性。

-第2元素- 本發明之導線中含有15～700 at.ppm之範圍內之選自由P、Cr、Zr及Mo所組成之群中之1種以上之元素作為第2元素。即，若將導線中之第2元素之總濃度記為x2[at.ppm]，則滿足15≦x2≦700。

從即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時亦實現高溫環境下之良好之接合可靠性的方面而言，導線中之第2元素之總濃度即x2為15 at.ppm以上，較佳為30 at.ppm以上、40 at.ppm以上、50 at.ppm以上、60 at.ppm以上、80 at.ppm以上、100 at.ppm以上、150 at.ppm以上、200 at.ppm以上、250 at.ppm以上或300 at.ppm以上。此外，若x2處於上述範圍內，則亦起到易於將球型接合部之壓接形狀(球之壓扁形狀)控制成近似真圓之形狀之類的優異效果。再者，確認了若第1元素之濃度x1超過2 at.%(例如，2.03 at.%以上、2.05 at.%以上、2.1 at.%以上)，則即使第2元素之總濃度x2未達35 at.ppm(例如，34.5 at.ppm以下、34.3 at.ppm以下、34 at.ppm以下)即處於15 at.ppm以上且未達35 at.ppm之類的極低量域，亦獲得下述效果，即，即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時，於高溫環境下亦能顯著地呈現優異之接合可靠性，並且球型接合部之壓接形狀亦特別良好。確認了：例如，若第1元素之濃度x1超過2 at.%(2.03 at.%以上、2.05 at.%以上、2.1 at.%以上等)，則於單獨使用P這一種元素，單獨使用Cr這一種元素，單獨使用Zr這一種元素，單獨使用Mo這一種元素，或組合使用P、Cr、Zr及Mo中之2種以上作為第2元素時，即使其濃度x2未達35 at.ppm(例如，34.5 at.ppm以下、34.3 at.ppm以下、34 at.ppm以下)即處於15 at.ppm以上且未達35 at.ppm之類的極低量域，亦獲得上述之顯著效果。

從實現球型接合部之良好之初期接合強度、乃至於高溫環境下實現良好之接合可靠性之方面而言，導線中之第2元素之總濃度x2之上限為700 at.ppm以下，較佳為650 at.ppm以下、600 at.ppm以下、550 at.ppm以下或500 at.ppm以下。尤其是，若x2為500 at.ppm以下，則球型接合部之初期接合強度明顯較高，乃至能夠於高溫環境下實現特別良好之接合可靠性，故而適宜。此外，若x2處於上述範圍內，則亦起到易於抑制導線之硬質化及抑制晶片損傷之類的優異效果。

本發明之導線中組合包含上述第1元素及第2元素，剩餘部分包含Ag。本發明之導線中，從能夠於上述第1元素與第2元素之組合中進而享有本發明之效果之方面而言，Ag相對於整個導線之濃度較佳為95 at.%以上，更佳為96 at.%以上、96.5 at.%以上、96.6 at.%以上、96.7 at.%或96.8 at.%以上。

於不對本發明之效果造成阻礙之範圍內，本發明之導線可進而含有第1元素及第2元素以外之摻雜劑元素。導線中之該摻雜劑元素之總濃度於不對本發明之效果造成阻礙之範圍內並無特別限定。該摻雜劑元素之總濃度例如可為未達0.05 at.%(未達500 at.ppm)。因此，若將第1元素之總濃度記為x₁ [at.%]，將第2元素之總濃度記為x₂ [at.%]，將Ag之濃度記為x_Ag [at.%]，則由下述式(1)所求出之其他元素之總濃度可為未達0.05 at.%。 式(1)：100－(x₁ ＋x₂ ＋x_Ag )[at.%]

第1元素及第2元素以外之摻雜劑元素，即上述「其他元素」之總濃度可更低，例如可為：0.045 at.%以下、0.04 at.%以下、0.035 at.%以下、0.03 at.%以下、0.025 at.%以下、0.02 at.%以下、0.015 at.%以下、未達0.011 at.%、0.01 at.%以下、0.005 at.%以下、0.003 at.%以下、0.001 at.%以下、0.0008 at.%以下、0.0006 at.%以下或0.0005 at.%以下。該摻雜劑元素之種類於不對本發明之效果造成阻礙之範圍內並無特別限定，例如可列舉：In、Ga、Cd、Sn、Cu、Zn、Fe、Ti、Mn、Mo、Ni、Au等。因此，例如於使用In、Ga、Cd及Sn作為該摻雜劑元素之情形時，In、Ga、Cd及Sn之總濃度可為未達0.05 at.%。該摻雜劑元素之總濃度之下限並無特別限定，可為0 at.%。

於適宜之一實施方式中，本發明之導線中組合包含第1元素及第2元素，剩餘部分包含Ag及不可避雜質。

可利用ICP發光分光分析裝置、ICP質量分析裝置對藉由強酸使本發明之導線溶解所獲得之液體進行分析，檢測出該導線所包含之第1元素、第2元素及其他摻雜劑元素之類的元素的濃度作為整個導線所包含之元素之濃度。本發明中所示之各元素之濃度係基於藉由ICP發光分光分析或ICP質量分析所測定之濃度。

本發明之導線較佳為不具有將Ag以外之金屬作為主成分之被覆。因此，於適宜之一實施方式中，本發明之導線不具有將Ag以外之金屬作為主成分之被覆。此處，所謂「將Ag以外之金屬作為主成分之被覆」，係指Ag以外之金屬之含量為50 at.%以上之被覆。

本發明之導線之直徑並無特別限定，可根據具體目的酌情決定，但較佳可設為15 μm以上、18 μm以上或20 μm以上等。該直徑之上限並無特別限定，例如可設為100 μm以下、90 μm以下或80 μm以下等。

＜導線之製造方法＞ 對本發明之半導體裝置用Ag合金接合線之製造方法之一例進行說明。

準備純度為3N～5N(99.9～99.999質量%)之原料Ag。繼而，以第1元素、第2元素及其他摻雜劑元素(若含有)之濃度處於上述特定範圍內之方式稱量原料Ag以及第1元素、第2元素及其他摻雜劑元素之原料作為起始原料，而後，將其熔融混合，藉此獲得Ag合金。或者，作為第1元素、第2元素、其他摻雜劑元素之原料，可使用包含該等元素之母合金。藉由連續鑄造而將該Ag合金加工成更大直徑，繼而，藉由拉線加工而將其細線化成最終線徑。

拉線加工可使用能設置複數個經金剛石塗佈之模具之連續拉線裝置而實施。視需要可於拉線加工之中途階段實施熱處理。

拉線加工後，進行最終熱處理。關於最終熱處理之溫度條件，例如以如下方式決定熱處理溫度即可，即，確認導線之破斷伸長率，使該破斷伸長率處於規定範圍內，上述導線係維持送線速度一定、僅改變爐內溫度進行熱處理後所獲得。熱處理溫度例如可設為200～600℃之範圍。熱處理時間例如設定為10秒以下(較佳為5秒以下、4秒以下或3秒以下)較為適宜。作為熱處理之氣體氛圍，可使用氮氣、氬氣等惰性氣體，或組成氣體(5%H₂ -N₂ )等含氫惰性氣體。

本發明之導線於半導體裝置之製造中可用於連接半導體元件上之第1電極與引線框架或電路基板上之第2電極。與半導體元件上之第1電極之第1連接(1st接合)可採用球型接合，與引線框架或電路基板上之電極之第2連接(2nd接合)可採用楔型接合。球型接合中，利用電弧加熱對導線前端進行加熱熔融，藉由表面張力形成球(FAB：Free Air Ball)後，將該球部壓接接合於經過加熱之半導體元件之電極上。楔型接合中，不形成球，藉由施加熱、超音波、壓力將導線部壓接接合於電極上。本發明之導線即使於在1st接合及2nd接合後之密封步驟中使用S含量較高之塑模樹脂之情形時，亦能於高溫環境下實現良好之接合可靠性，上述本發明之導線不僅含有Pd及Pt之類的第1元素而且含有P、Cr、Zr及Mo之類的第2元素。因此，本發明之導線可適宜用於半導體裝置，可適宜用於使用S含量較高之塑模樹脂而進行密封(封裝化)之半導體裝置。

[半導體裝置之製造方法] 藉由使用本發明之半導體裝置用Ag合金接合線連接半導體元件上之電極與引線框架或電路基板上之電極，能夠製造半導體裝置。

於一實施方式中，本發明之半導體裝置之製造方法(以下，亦簡稱為「本發明之方法」)包含藉由本發明之導線將半導體元件上之第1電極與引線框架或電路基板上之第2電極連接之步驟。第1電極與本發明之導線之第1連接可藉由球型接合而實施，又，第2電極與本發明之導線之第2連接可藉由楔型接合而實施。

使用組合包含第1元素及第2元素之本發明之導線，藉此，於密封步驟中，即使於使用S含量較高之塑模樹脂之情形時，亦能於高溫環境下實現良好之接合可靠性。因此，於適宜之一實施方式中，本發明之方法進而包含於接合後使用S含量較高(例如，S濃度為5質量ppm以上、10質量ppm以上或15質量ppm以上)之塑模樹脂進行密封之步驟。藉由使用本發明之導線，無論以S濃度為主之塑模樹脂之規格如何，均有利於實現高溫環境下之良好之接合可靠性。

[半導體裝置] 藉由使用本發明之半導體裝置用Ag合金接合線連接半導體元件上之電極與引線框架或電路基板上之電極，能夠製造半導體裝置。

於一實施方式中，本發明之半導體裝置之特徵在於：包含電路基板、半導體元件、以及用於導通電路基板與半導體元件之接合線，該接合線為本發明之導線。

本發明之半導體裝置中，電路基板及半導體元件並無特別限定，可使用能夠用於構成半導體裝置之公知之電路基板及半導體元件。或者，又，亦可使用引線框架代替電路基板。例如，可採用如日本專利特開2002-246542號公報中所記載之半導體裝置的包含引線框架、及安裝於該引線框架之半導體元件之半導體裝置之構成。

作為半導體裝置，可列舉用於電器(例如，電腦、行動電話、數位相機、電視、空調、太陽光發電系統等)以及交通工具(例如，機車、汽車、電車、船舶及航空器等)等各種半導體裝置，其中，要求即使於高溫環境下亦具有良好之接合可靠性之車輛用半導體裝置亦適宜。 [實施例]

以下，示出實施例對本發明進行具體說明。但，本發明並不限定於如下所示之實施例。

(樣本) 使用作為原材料之Ag純度為99.9 at.%以上且剩餘部分包含不可避雜質者。使用第1元素(Pd及Pt)、第2元素(P、Cr、Zr及Mo)、其他摻雜劑元素(In、Cu及Ga)純度為99.9 at.%以上且剩餘部分包含不可避雜質者。

關於用於接合線之Ag合金，於加工成圓柱型之碳坩堝中裝填原料，使用高頻爐於真空中或者於N₂ 、Ar氣體等惰性氣體氛圍中加熱至1080～1600℃使其熔解後，藉由連續鑄造製造ϕ4～6 mm之導線。

使用模具對所獲得之Ag合金進行拉線加工等，藉此製作ϕ300～600 μm之導線。其後，反覆進行200～700℃之中間熱處理及拉線加工，藉此加工成最終線徑ϕ20 μm。拉線期間使用市售之潤滑液，將拉線時之導線進給速度設為20～600 m/分鐘。中間熱處理係在連續地掃掠導線之同時於Ar氣體氛圍中進行。將中間熱處理時之導線進給速度設為20～100 m/分鐘。

實施最終熱處理以使拉線加工後之導線之破斷伸長率最終成為約9～25%。最終熱處理係藉由與中間熱處理相同之方法而進行。將最終熱處理時之導線進給速度與中間熱處理時相同地設為20～100 m/分鐘。將最終熱處理溫度設為200～700℃，將熱處理時間設為0.2～1.0秒。

利用ICP發光分光分析裝置、ICP質量分析裝置對藉由強酸使接合線溶解所獲得之液體進行分析，檢測接合線中之第1元素、第2元素、其他摻雜劑元素之濃度作為整個接合線所包含之元素之濃度。

(試驗、評價方法) 以下，對試驗、評價方法進行說明。

[高溫環境下之接合可靠性之評價] 接合可靠性評價用樣本係以如下方式製作，即，使用市售之焊線機對一般金屬框架上之Si基板上形成有厚度為1.0 μm之Al膜之電極進行球型接合，並藉由含S塑模樹脂進行密封。此處，使用S濃度不同之2種環氧樹脂作為含S塑模樹脂。使用S濃度為2質量ppm者作為含低濃度S樹脂，使用S濃度為16質量ppm者作為含高濃度S樹脂。關於環氧樹脂中之S濃度，將樹脂粉碎，在氮氣氣流中於200℃下加熱10小時，利用過氧化氫溶液捕獲來自載子氮氣所包含之樹脂之釋氣，藉由離子層析法進行S濃度之評價。再者，球係於使N₂ ＋5%H₂ 氣體以流量0.4～0.6 L/min流動之同時形成，將球徑設為導線線徑之1.5～1.6倍之範圍。

於高溫環境下之接合可靠性係藉由高溫放置試驗(HTSL：High Temperature Storage Life Test)進行評價。詳細而言，藉由使用高溫恆溫機使球型接合部暴露於溫度為175℃之環境下時球型接合部之接合壽命而進行判定。球型接合部之接合壽命係採用每250小時實施一次球型接合部之剪切試驗，當剪切強度之值為初期所得之剪切強度之1/2時的時間。高溫放置試驗後之剪切試驗係於藉由酸處理去除樹脂使球型接合部露出後進行。

HTSL評價之剪切試驗機使用DAGE公司製之試驗機。剪切強度之值使用隨機選擇之球型接合部之10處之測定值之平均值。繼而，根據以下基準進行評價。

評價基準： ◎◎：接合壽命3000小時以上 ◎：接合壽命2000小時以上且未達3000小時 ○：接合壽命1000小時以上且未達2000小時 ×：接合壽命未達1000小時

[晶片損傷] 晶片損傷之評價係藉由以下方式進行，即，使用市售之焊線機對在Si基板上形成厚度為1.0 μm之Al膜而成之電極進行球型接合，利用藥液使導線及Al電極溶解而使Si基板露出，利用光學顯微鏡對球型接合部正下方之Si基板進行觀察(評價數N＝100)。若於Si基板上觀察到損傷，則判定為不良。繼而，根據以下基準進行評價。

評價基準： ◎：不良0處 ○：不良1處(實用方面不存在問題) ×：不良2處以上

[壓接形狀] 球型接合部之壓接形狀(球之壓扁形狀)之評價係以如下方式進行，即，使用市售之焊線機對在Si基板上形成厚度為1.0 μm之Al膜而成之電極進行球型接合，利用光學顯微鏡從正上方進行觀察(評價數N＝100)。關於球之壓扁形狀之判定，若壓扁形狀近似圓形，則判定為良好；若壓扁形狀為橢圓形或花瓣狀之形狀，則判定為不良。繼而，根據以下基準進行評價。

評價基準： ◎：無不良 ○：不良1～4處(實用方面不存在問題) ×：不良5處以上

[初期接合強度] 球型接合部之初期接合強度係以如下方式進行評價，即，使用市售之焊線機對在Si基板上形成厚度為1.0 μm之Al膜而成之電極進行球型接合，實施球型接合部之剪切試驗。剪切試驗機使用DAGE公司製之試驗機。剪切強度之值使用隨機選擇之球型接合部之20處之測定值之平均值，根據以下基準進行評價。

評價基準： ◎：平均值16 gf以上 ○：平均值10 gf以上且未達16 gf ×：平均值未達10 gf

將實施例及比較例之評價結果示於表1及表2。

[表1]

(表1)
實施例	第1元素(at.%)	第2元素(at.ppm)	其他元素(at.ppm)	HTSL(175℃)	壓接形狀	晶片損傷	初期接合強度
No.	Pd	Pt	總計	P	Cr	Zr	Mo	總計	含低濃度S樹脂	含高濃度S樹脂
1	0.07		0.07	300				300		◎	○	○	◎	◎
2	0.05		0.05	680				680		◎	○	○	◎	○
3	1		1	30				30		◎	○	○	◎	◎
4		1	1			31		31		◎	○	○	◎	◎
5	1		1				32	32		◎	○	○	◎	◎
6	0.5	0.5	1		30			30		◎	○	○	◎	◎
7	0.8	0.2	1			15	16	31		◎	○	○	◎	◎
8	1.7		1.7	300				300		◎◎	◎	◎	◎	◎
9	2.8		2.8	200				200		◎◎	◎	◎	◎	◎
10		2.9	2.9	80			20	100		◎◎	◎	◎	◎	◎
11	1.4	1.4	2.8		32			32		◎◎	◎	◎	◎	◎
12		1.5	1.5			600		600		◎◎	○	◎	◎	○
13	1.6		1.6	300				300	In 495	◎◎	◎	◎	◎	◎
14	1.8		1.8	300				300	Cu 490	◎◎	◎	◎	◎	◎
15		2.8	2.8	80				80	Ga 495	◎◎	◎	◎	◎	◎
16	1		1	15				15		◎	○	○	◎	◎
17		1	1				18	18		◎	○	○	◎	◎
18	0.7	0.3	1			7	8	15		◎	○	○	◎	◎
19	2.1		2.1	31				31		◎◎	◎	◎	◎	◎

[表2]

(表2)
比較例	第1元素(at.%)	第2元素(at.ppm)	其他元素(at.ppm)	HTSL(175℃)	壓接形狀	晶片損傷	初期接合強度
No.	Pd	Pt	總計	P	Cr	Zr	Mo	總計	含低濃度S樹脂	含高濃度S樹脂
1	0.04		0.04					0		×	×	×	◎	◎
2		1.5	1.5		10			10		◎	×	×	◎	◎
3	0.04		0.04	100				100		×	×	○	◎	◎
4	3.4		3 . 4				300	300		◎◎	◎	◎	×	◎
5	0.03		0.03	600				600		×	×	○	◎	○
6		3.5	3 . 5		550			550		◎◎	○	◎	×	○
7		0.04	0.04				720	720		×	×	○	◎	×
8		0.7	0.7			705		705		×	×	○	◎	×
9	2		2	800				800		×	×	◎	◎	×
10	3.1		3. 1			720		720		×	×	◎	×	×
11	0.3		0.3	13				13		○	×	×	◎	◎
12		3.1	3 . 1			12		12		◎◎	×	○	○	◎

實施例No.1至19中之任一者中，均確認了第1元素及第2元素之含量處於本發明範圍內，且即使於使用S含量較高之塑模樹脂(含高濃度S樹脂)之情形時，於高溫環境下亦能呈現良好之接合可靠性，並且能抑制球型接合時之晶片損傷。 此外，確認了第1元素之含量超過1 at.%之實施例No.8至15及No.19(尤其是第2元素之含量為500 at.ppm以下之實施例No.8至11、No.13至15、及No.19)即使於使用含高濃度S樹脂之情形時，於高溫環境下亦能顯著地呈現優異之接合可靠性，並且球型接合部之壓接形狀亦特別良好。又，確認了若第1元素之含量超過2 at.%，則即使第2元素之總濃度處於15 at.ppm以上且未達35 at.ppm之類的極低量域，亦獲得下述效果，即，即使於使用含高濃度S樹脂之情形時，於高溫環境下亦能顯著地呈現優異之接合可靠性，並且球型接合部之壓接形狀亦特別良好(實施例No.11、19)。 另一方面，比較例No.1至12中，確認了第1元素及第2元素中之至少一者之含量處於本發明範圍外，於使用含高濃度S樹脂之情形時，高溫環境下之接合可靠性不良，且球型接合時產生晶片損傷。

Claims (6)

1. 一種半導體裝置用Ag合金接合線，其含有選自由Pd及Pt所組成之群中之1種以上之元素(以下，稱為「第1元素」)以及選自由P、Cr、Zr及Mo所組成之群中之1種以上之元素(以下，稱為「第2元素」)，若將第1元素之總濃度記為x1[at.%]，將第2元素之總濃度記為x2[at.ppm]，則滿足0.05≦x1≦3.0；15≦x2≦700，In、Ga、Cd及Sn之總濃度未達0.05at.%，剩餘部分包含Ag。
2. 如請求項1之Ag合金接合線，其中非屬第1元素、第2元素及Ag中任一者之元素之總濃度未達0.05at.%。
3. 如請求項1之Ag合金接合線，其剩餘部分包含Ag及不可避雜質。
4. 如請求項1之Ag合金接合線，其中各元素之濃度係藉由ICP發光分光分析或ICP質量分析所測定之濃度。
5. 如請求項1之Ag合金接合線，其不具有將Ag以外之金屬作為主成分之被覆。
6. 一種半導體裝置，其包含請求項1至5中任一項之Ag合金接合線。