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WO2012120982A1 - α線量が少ない銅又は銅合金及び銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤ - Google Patents

α線量が少ない銅又は銅合金及び銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤ Download PDF

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WO2012120982A1
WO2012120982A1 PCT/JP2012/053524 JP2012053524W WO2012120982A1 WO 2012120982 A1 WO2012120982 A1 WO 2012120982A1 JP 2012053524 W JP2012053524 W JP 2012053524W WO 2012120982 A1 WO2012120982 A1 WO 2012120982A1
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WO
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copper
copper alloy
alloy
dose
rays
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PCT/JP2012/053524
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English (en)
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Inventor
学 加納
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JX Nippon Mining and Metals Corp
Original Assignee
JX Nippon Mining and Metals Corp
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Publication date
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Priority to EP12754623.2A priority patent/EP2684970A4/en
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    • H10W72/5525—

Definitions

  • the present invention relates to copper or a copper alloy with a reduced ⁇ dose and a bonding wire using copper or a copper alloy as a raw material, which is used for manufacturing semiconductors.
  • copper is a material used in the manufacture of semiconductors, and is the main raw material for copper or copper alloy wiring, copper or copper alloy bonding wires, and solder materials.
  • copper or copper alloy wiring, copper or copper alloy bonding wires, and solder are used to bond or seal Si chips such as IC and LSI to lead frames and ceramic packages It is used for TAB (tape automated bonding), bump formation at the time of flip chip manufacturing, semiconductor wiring materials, and the like.
  • TAB tape automated bonding
  • the density is increased and the operating voltage and cell capacity are reduced, there is an increased risk of soft errors due to the influence of ⁇ rays from the material in the vicinity of the semiconductor chip. For these reasons, there is a demand for high purity of copper or copper alloy, and a material with less ⁇ -rays is required.
  • Patent Document 1 describes a method for producing low ⁇ -ray tin, in which tin and lead having an ⁇ dose of 10 cph / cm 2 or less are alloyed and then refining is performed to remove lead contained in tin. The purpose of this technique is to dilute 210 Pb in tin by adding high-purity Pb to reduce the ⁇ dose.
  • Patent Document 2 when a material selected from Na, Sr, K, Cr, Nb, Mn, V, Ta, Si, Zr, and Ba is added to Sn—Pb alloy solder at 10 to 5000 ppm, There is a description that the count number decreases to 0.5 cph / cm 2 or less. However, the number of radiation ⁇ particles can be reduced by the addition of such a material at a level of 0.015 cph / cm 2 , which does not reach a level that can be expected as a material for a semiconductor device today. A further problem is that elements that are undesirable when mixed in a semiconductor, such as alkali metal elements, transition metal elements, and heavy metal elements, are used as materials to be added. Therefore, it must be said that the material for assembling the semiconductor device is a material having a low level.
  • Patent Document 3 describes that the count of radiation ⁇ particles emitted from a solder fine wire is 0.5 cph / cm 2 or less and used for connection wiring of a semiconductor device or the like. However, this level of radiation ⁇ particle count level does not reach the level that can be expected for today's semiconductor device materials.
  • Patent Document 4 lead concentration is low by electrolysis using sulfuric acid and hydrochloric acid with high purity such as special grade sulfuric acid and special grade hydrochloric acid and using high purity tin as an anode. It is described that high-purity tin having an ⁇ -ray count number of 0.005 cph / cm 2 or less is obtained. It is natural that a high-purity material can be obtained by using raw materials (reagents) with a high purity without considering the cost, but it is still the lowest ⁇ of the precipitated tin shown in the example of Patent Document 4 The line count is 0.002 cph / cm 2 , and the expected level is not reached for the high cost.
  • Patent Document 5 nitric acid is added to a heated aqueous solution to which crude metal tin is added to precipitate metastannic acid, which is filtered and washed, and the washed metastannic acid is dissolved with hydrochloric acid or hydrofluoric acid.
  • a method for obtaining metal tin of 5N or more by electrowinning using this solution as an electrolyte is described.
  • Patent Document 6 discloses a technique in which the amount of Pb contained in Sn constituting the solder alloy is reduced and Bi or Sb, Ag, Zn is used as the alloy material. However, in this case, even if Pb is reduced as much as possible, a means for fundamentally solving the problem of the count number of radiation ⁇ particles caused by Pb inevitably mixed in is not shown.
  • Patent Document 7 listed below discloses tin produced by electrolysis using a special grade sulfuric acid reagent and having a quality of 99.99% or more and a radiation ⁇ particle count of 0.03 cph / cm 2 or less. Yes. In this case as well, it is natural that a high-purity material can be obtained if high-purity raw materials (reagents) are used without considering the cost. The lowest ⁇ -ray count number is 0.003 cph / cm 2 , and the expected level is not reached for the high cost.
  • Patent Document 8 listed below describes lead for a brazing material for semiconductor devices, having a grade of 4 nines or more, a radioisotope of less than 50 ppm, and a radiation ⁇ particle count of 0.5 cph / cm 2 or less.
  • Patent Document 9 below discloses a tin for a brazing material for a semiconductor device having a quality of 99.95% or more, a radioisotope of less than 30 ppm, and a radiation ⁇ particle count of 0.2 cph / cm 2 or less. Are listed. All of these have a problem that the allowable amount of the count number of the radiation ⁇ particles is moderate and has not reached a level that can be expected as a material for a semiconductor device today.
  • the present applicant has high-purity tin, that is, a purity of 5 N or more (except for gas components of O, C, N, H, S, and P).
  • the contents of each of the radioactive elements U and Th are 5 ppb or less
  • the contents of each of Pb and Bi that emit radiation ⁇ particles are 1 ppm or less to eliminate the influence of ⁇ rays on the semiconductor chip as much as possible.
  • the high-purity tin is finally manufactured by melting, casting, and rolling / cutting if necessary, and the ⁇ -ray count of the high-purity tin is 0.001 cph / cm 2 or less. It relates to the technology that realizes.
  • Po has a very high sublimation property, and Po sublimes when heated in a manufacturing process such as a melting / casting process. If the polonium isotope 210 Po is removed at the initial stage of production, it is natural that the polonium isotope 210 Po is not transformed into the lead isotope 206 Pb, and ⁇ rays are not generated. This is because the generation of ⁇ -rays in the manufacturing process was considered to be the time of disintegration from 210 Po to the lead isotope 206 Pb. However, in fact, it was thought that Po was almost lost at the time of manufacture, but generation of ⁇ rays was continuously observed. Therefore, simply reducing the ⁇ -ray count of high-purity tin at the initial stage of manufacture cannot be said to be a fundamental solution.
  • Patent Document 12 there is a description of a method for producing high-purity copper for bonding wires of a semiconductor device.
  • the total content of inevitable impurities is 5 ppm or less, and the contents of S, Se, and Te components in the inevitable impurities, It is described that S: 0.5 ppm or less, Se: 0.2 ppm or less, Te: 0.2 ppm or less, Vickers hardness, elongation, and breaking strength are improved.
  • Patent Document 13 describes that as a method for producing a copper material for bonding wires, purification by electrolytic refining ⁇ vacuum melting ⁇ zone melting method.
  • Patent Document 14 describes Fe, P, and In, and at least one bonding wire of Sn, Pb, and Sb.
  • Patent Document 15 describes a method for manufacturing a bonding wire material with a solidification rate adjusted as a method for manufacturing a bonding wire material for a semiconductor element.
  • Patent Document 16 describes a conductor bending or cable body bending high-strength, high-conductivity copper alloy, containing Fe and P, and containing two kinds selected from In, Sn, Pb, and Sb and Zr. Is described.
  • Patent Document 17 describes a heat-resistant, high-strength, high-conductivity copper alloy, and describes that it contains two types selected from Fe, P-containing, In, Sn, Pb, and Sb and Zr.
  • Patent Document 18 discloses that an anode and a cathode are separated by a diaphragm, and a Cu ion-containing electrolytic solution eluted from the anode is extracted and immediately opened in a cathode box with an opening of about 0.1 ⁇ m.
  • Patent Document 19 is based on the premise of high purity by electrolytic collection or electrolytic purification, impurities are removed from the anolyte of the copper-containing solution by acid and activated carbon treatment, and the removed high purity copper liquid is catholyte.
  • Patent Document 20 uses a diaphragm electrolytic cell in which an anode (anode) chamber and a cathode (cathode) chamber are separated by a diaphragm, and supplies the cathode chamber using a chalcopyrite leachate in a chlorine bath as an electrolyte.
  • a technique is described in which electrolytic copper is collected by electrolytic reduction at the cathode surface.
  • electrolytic copper is collected by electrolytic reduction at the cathode surface.
  • the present invention elucidates the phenomenon of ⁇ -ray generation of copper or a copper alloy, and uses copper or a copper alloy with a reduced ⁇ dose that can be applied to a required material, and copper or a copper alloy as a raw material. It is an object to obtain a bonding wire to be used.
  • Copper or copper alloy wherein the ⁇ dose of the sample after melting and casting is 0.001 cph / cm 2 or less. 2) Characteristically, each ⁇ dose is 0.001 cph / cm 2 or less after 1 week, 3 weeks, 1 month, 2 months, 6 months and 30 months after melting and casting. Copper or copper alloy. 3) The copper or copper alloy according to 1) or 2) above, wherein the purity is 4N (99.99%) or more. In the case of this copper alloy, the purity includes Cu as a base (base) and additive elements. 4) The copper or copper alloy according to any one of 1) to 3) above, wherein the Pb content is 0.1 ppm or less. 5) A bonding wire using the copper or copper alloy according to any one of 1 to 4 as a raw material.
  • oxygen-free copper of 4N to 5N is usually used, lead is contained in an amount of 0.1 wtppm or more, and the amount of ⁇ rays generated is 0.001 cph / cm 2. Is over.
  • lead since it was conventionally thought that there was no need for low ⁇ rays, it can be said that there was no motivation to reduce.
  • Po has very high sublimability, and Po is sublimated when heated in the manufacturing process, for example, the melting / casting process. If the polonium isotope 210 Po is removed in the production process, it is considered that the polonium isotope 210 Po does not change into the lead isotope 206 Pb, and ⁇ rays are not generated (see “U” in FIG. 1). See Collapse chain). However, in the state isotope 210 Po little of polonium, caused the collapse of 210 Pb ⁇ 210 Bi ⁇ 210 Po ⁇ 206 Pb. And it turned out that it takes about 27 months (a little over 2 years) for this broken chain to be in an equilibrium state (refer FIG. 2).
  • FIG. 3 shows the relationship between the Pb content in Cu and the ⁇ dose.
  • the straight line shown in FIG. 3 is shifted up and down depending on the ratio of the lead isotopes 214 Pb, 210 Pb, 209 Pb, 208 Pb, 207 Pb, 206 Pb, and 204 Pb, and the ratio of the lead isotope 210 Pb is large. It turns out that it shifts up.
  • the lead isotope 210 Pb in copper, and by reducing Pb to 0.1 ppm or less, the lead isotope 210 Pb can also be reduced as a result. Therefore, the ⁇ dose does not increase with time. Further, the low abundance ratio of the lead isotope 206 Pb means that the ratio of the U-decay chain shown in FIG. 1 is relatively small, and the lead isotope 210 Pb belonging to this series also decreases. It is done.
  • the ⁇ dose of the melted and cast copper can be 0.001 cph / cm 2 or less. It is the basis of the present invention that the ⁇ dose is at this level, and it can be said that there has been no disclosure or suggestion in the prior art that the above is achieved with such recognition.
  • the polonium isotope 210 Po that generates alpha rays due to the decay of lead to the isotope 206 Pb after 1 week, 3 weeks, 1 month, 2 months, 6 months after melting and casting.
  • Pb cannot be removed by the diaphragm electrolysis method of the present invention because Pb does not precipitate in the hydrochloric acid bath used in the electrolytic purification of low ⁇ (reduced ⁇ dose) such as tin.
  • a nitric acid bath is also used.
  • Pb does not precipitate, and therefore Pb cannot be removed by the diaphragm electrolysis method of the present case.
  • Pb is removed by a diaphragm electrolysis method to achieve a low ⁇ (a reduction in ⁇ dose).
  • BG background ⁇ ray measuring apparatus
  • ⁇ dose is a substantial ⁇ dose obtained by removing ⁇ rays emitted from the ⁇ ray measuring apparatus.
  • the “ ⁇ dose” described in the present specification is used in this sense.
  • the ⁇ dose generated from copper or a copper alloy has been described.
  • an alloy containing copper or a copper alloy is also strongly influenced by the ⁇ dose.
  • the effects of ⁇ dose may be mitigated by components other than copper that have little or little ⁇ dose, but at least in the case of a copper alloy containing 40% or more of copper in the alloy component, the ⁇ dose is It can be said that it is desirable to use less copper of the present invention.
  • the electrolytic solution is a copper sulfate solution, and a diaphragm is provided between the anode and the cathode, and after removing deposits, particularly lead sulfate, extracted from the anode side, the electrolyte solution is supplied to the cathode side.
  • the diaphragm electrolysis method of the present invention is characterized by using a copper sulfate solution (for example, Cu concentration of 30 to 200 g / L) and using an anion exchange membrane so that Pb 2+ ions do not pass through the diaphragm.
  • lead can be removed to a level of 0.1 ppm by a diaphragm electrolysis method using a copper sulfate solution as an electrolytic solution and using an anion exchange membrane.
  • the copper or copper alloy of the present invention thus obtained has an excellent effect that the occurrence of soft errors due to the influence of ⁇ rays of the semiconductor device can be remarkably reduced.
  • a diaphragm electrolysis method using a copper sulfate solution as an electrolytic solution and an anion exchange membrane is an effective method, but it is a production method capable of reducing the ⁇ dose to 0.001 cph / cm 2 or less. If so, it will be easily understood that the present invention is not limited to this method.
  • Example 1 Crude copper (purity of about 99%) after being purified in the converter in the copper refining process was used as a raw material anode, and electrolytic purification was performed with a copper sulfate solution. Since lead contained in the crude copper precipitates as lead sulfate, diaphragm electrolysis using an anion exchange membrane was used to prevent the precipitate from being involved in electrodeposition. Crude copper was electrodissolved at the anode, the liquid having a predetermined copper concentration was extracted with a pump, and after filtration, a liquid without precipitates was sent to the cathode to obtain electrodeposition. As a result, a 4N copper electrodeposit having a low lead concentration was obtained. The contents of Pb, U, and Th were ⁇ 0.01 wtppm, ⁇ 5 wtppb, and ⁇ 5 wtppb, respectively.
  • the recovered electrodeposited copper was washed and dried, melted and cast at a temperature of 1200 ° C., and the change with time in the ⁇ dose was examined immediately after melting and casting.
  • the sample for ⁇ -ray measurement was obtained by rolling a melted and cast plate to a thickness of about 1.5 mm and cutting it into a 310 mm ⁇ 310 mm plate. This surface area is 961 cm 2 . This was used as an ⁇ -ray measurement sample.
  • Gas Flow Proportional Counter model 8600A-LB manufactured by Ordella was used as the ⁇ -ray measuring apparatus.
  • the gas used is 90% argon-10% methane
  • the measurement time is 104 hours for both the background and the sample
  • the first 4 hours are from 5 hours to 104 hours after the measurement chamber purge.
  • the ⁇ dose was used for data from 5 to 104 hours after 1 week, 3 weeks, 1 month, 2 months, and 6 months after melting and casting. .
  • the polonium isotope 210 Po which generates ⁇ -rays due to the decay of lead into the isotope 206 Pb after 1 week, 3 weeks, 1 month, 2 months, 6 months, and lead isotope 206 Pb
  • the ⁇ dose is at most 0.001 cph / cm 2 . Yes, the conditions of the present invention were satisfied.
  • the alloy elements to be added are usually Al, Ag, B, Ba, Be, Bi, Ca, Ce, Co, Cr, Dy, Eu, Gd, Ge, In, Ir, La Add several tens to several hundred wtppm of one or more selected from Mg, Mo, Nd, Ni, P, Pd, Pt, Rh, Ru, Sb, Si, Sn, Sr, Y, Ti, Yb, Zn, Zr To be done.
  • Example 1 Commercially available oxygen-free copper was melt-cast and an ⁇ -ray sample was produced in the same manner as in Example 1.
  • the Pb, U, and Th contents were 1 wtppm, ⁇ 5 wtppb, and ⁇ 5 wtppb, respectively.
  • the ⁇ dose was 0.001 cph / cm 2 or less immediately after the melt casting, but gradually increased. This is because the ⁇ dose temporarily decreased because Po evaporated in the melting / casting process, but because the Pb content was 1 wtppm, it was considered that the collapse chain was built again and the ⁇ dose increased. As a result, the object of the present invention could not be achieved.
  • Example 2 The copper ingot produced by the method of Example 1 was made into a wire having a diameter of 25 ⁇ m by drawing.
  • the ⁇ ray was spread on the sample tray of the ⁇ ray measuring apparatus and the ⁇ ray was measured by the same method as in Example 1.
  • the ⁇ dose did not increase and was stably 0.001 cph / cm 2 or less. From the above, this processed copper wire can be effectively used as a copper bonding wire.
  • Comparative Example 3 The copper ingot produced by the method of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was drawn into a wire having a diameter of 25 ⁇ m. As a result of laying measurement on the sample tray of the ⁇ ray measuring apparatus, the ⁇ dose was about 0.001 cph / cm 2 immediately after the drawing process, but this gradually increased. From the above, this processed copper wire is not an effective material as a copper bonding wire.
  • the present invention has an excellent effect of providing a bonding wire made of copper or a copper alloy and a copper or copper alloy as a raw material, which can be applied to a material having a small amount of ⁇ -rays. It can be eliminated as much as possible. Therefore, it is possible to significantly reduce the occurrence of soft errors due to the influence of ⁇ -rays on semiconductor devices, and it is useful as a material for locations where copper or copper alloys such as copper or copper alloy wiring, copper or copper alloy bonding wires, solder materials are used. .

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Abstract

　α線量が０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であることを特徴とする銅又は銅合金。最近の半導体装置は、高密度化及び高容量化されているので、半導体チップ近傍の材料からのα線の影響により、ソフトエラーが発生する危険が多くなっている。特に、半導体装置に近接して使用される、銅又は銅合金配線、銅又は銅合金ボンディングワイヤ、はんだ材料などの銅又は銅合金に対する高純度化の要求が強く、またα線の少ない材料が求められているので、本発明は、銅又は銅合金のα線発生現象を解明すると共に、要求される材料に適応できるα線量を低減させた銅又は銅合金、及び銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤを得ることを課題とする。

Description

α線量が少ない銅又は銅合金及び銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤ
　この発明は、半導体の製造等に使用する、α線量を低減させた銅又は銅合金及び銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤに関する。
　一般に、銅は、半導体の製造に使用される材料で、特に銅又は銅合金配線、銅又は銅合金ボンディングワイヤ、はんだ材料の主たる原料である。半導体装置を製造する際に、銅又は銅合金配線、銅又は銅合金ボンディングワイヤ、はんだ（Ｃｕ－Ａｇ－Ｓｎ）は、ＩＣやＬＳＩ等のＳｉチップをリードフレームやセラミックスパッケージにボンディングし又は封止する時、ＴＡＢ（テープ・オートメイテッド・ボンディング）やフリップチップ製造時のバンプ形成、半導体用配線材等に使用されている。
　最近の半導体装置は、高密度化及び動作電圧やセルの容量が低下しているので、半導体チップ近傍の材料からのα線の影響により、ソフトエラーが発生する危険が多くなってきた。このようなことから、銅又は銅合金の高純度化の要求があり、またα線の少ない材料が求められている。
　本願発明とは異なる材料であるが、α線を減少させるという開示、すなわち錫からα線を減少させるという目的の技術に関するいくつかの開示がある。それを以下に紹介する。
　下記特許文献１には、錫とα線量が１０ｃｐｈ／ｃｍ２以下の鉛を合金化した後、錫に含まれる鉛を除去する精錬を行う低α線錫の製造方法が記載されている。この技術の目的は高純度Ｐｂの添加により錫中の２１０Ｐｂを希釈してα線量を低減しようとするものである。
　しかし、この場合、錫に添加した後で、Ｐｂをさらに除去しなければならないという煩雑な工程が必要であり、また錫を精錬した３年後にはα線量が大きく低下した数値を示しているが、３年を経ないとこのα線量が低下した錫を使用できないというようにも理解されるので、産業的には効率が良い方法とは言えない。
　下記特許文献２には、Ｓｎ－Ｐｂ合金はんだに、Ｎａ、Ｓｒ、Ｋ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｂａから選んだ材料を１０～５０００ｐｐｍ添加すると、放射線α粒子のカウント数が０．５ｃｐｈ／ｃｍ２以下に低下するという記載がある。
　しかし、このような材料の添加によっても放射線α粒子のカウント数を減少できたのは０．０１５ｃｐｈ／ｃｍ２レベルであり、今日の半導体装置用材料としては期待できるレベルには達していない。
　さらに問題となるのは、添加する材料としてアルカリ金属元素、遷移金属元素、重金属元素など、半導体に混入しては好ましくない元素が用いられていることである。したがって、半導体装置組立て用材料としてはレベルが低い材料と言わざるを得ない。
　下記特許文献３には、はんだ極細線から放出される放射線α粒子のカウント数を０．５ｃｐｈ／ｃｍ２以下にして、半導体装置等の接続配線用として使用することが記載されている。しかし、この程度の放射線α粒子のカウント数レベルでは、今日の半導体装置用材料としては期待できるレベルには達していない。
　下記特許文献４には、特級硫酸、特級塩酸などの精製度の高い硫酸と塩酸を使用して電解液とし、かつ高純度の錫を陽極に用いて電解することにより鉛濃度が低く、鉛のα線カウント数が０．００５ｃｐｈ／ｃｍ２以下の高純度錫を得ることが記載されている。コストを度外視して、高純度の原材料（試薬）を使用すれば、高純度の材料が得られることは当然ではあるが、それでも特許文献４の実施例に示されている析出錫の最も低いα線カウント数が０．００２ｃｐｈ／ｃｍ２であり、コスト高の割には、期待できるレベルには達していない。
　下記特許文献５には、粗金属錫を加えた加熱水溶液に硝酸を添加してメタ錫酸を沈降させ、ろ過し、これを洗浄し、洗浄後のメタ錫酸を塩酸又は弗酸で溶解し、この溶解液を電解液として電解採取により５Ｎ以上の金属錫を得る方法が記載されている。この技術には漠然とした半導体装置用としての適用ができると述べているが、放射性元素及び放射線α粒子のカウント数の制限については、特に言及されておらず、これらについては関心が低いレベルのものと言える。
　下記特許文献６には、はんだ合金を構成するＳｎ中に含まれるＰｂの量を減少させ、合金材としてＢｉ又はＳｂ、Ａｇ、Ｚｎを用いるとする技術が示されている。しかし、この場合たとえＰｂをできるだけ低減したとしても、必然的に混入してくるＰｂに起因する放射線α粒子のカウント数の問題を根本的に解決する手段は、特に示されていない。
　下記特許文献７には、特級硫酸試薬を用いて電解して製造した、品位が９９．９９％以上であり、放射線α粒子のカウント数が０．０３ｃｐｈ／ｃｍ２以下である錫が開示されている。この場合も、コストを度外視して、高純度の原材料（試薬）を使用すれば、高純度の材料が得られることは当然ではあるが、それでも特許文献７の実施例に示されている析出錫の最も低いα線カウント数が０．００３ｃｐｈ／ｃｍ２であり、コスト高の割には、期待できるレベルには達していない。
　下記特許文献８には、４ナイン以上の品位を有し、放射性同位元素が５０ｐｐｍ未満、放射線α粒子のカウント数が０．５ｃｐｈ／ｃｍ２以下である、半導体装置用ろう材用鉛が記載されている。また、下記特許文献９には、９９．９５％以上の品位で、放射性同位元素が３０ｐｐｍ未満、放射線α粒子のカウント数が０．２ｃｐｈ／ｃｍ２以下である、半導体装置用ろう材用錫が記載されている。
　これらはいずれも、放射線α粒子のカウント数の許容量が緩やかで、今日の半導体装置用材料としては期待できるレベルには達していない問題がある。
　このようなことから、本出願人は下記特許文献１０に示すように、高純度錫、すなわち純度が５Ｎ以上（但し、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、Ｐのガス成分を除く）であり、その中でも放射性元素であるＵ、Ｔｈのそれぞれの含有量が５ｐｐｂ以下、放射線α粒子を放出するＰｂ、Ｂｉのそれぞれの含有量が１ｐｐｍ以下とし、半導体チップへのα線の影響を極力排除する提案を行った。この場合、高純度錫は最終的には、溶解・鋳造及び、必要により圧延・切断して製造されるもので、その高純度錫のα線カウント数が０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であることを実現する技術に関するものである。
　Ｓｎの精製の際に、Ｐｏは非常に昇華性が高く、製造工程、例えば溶解・鋳造工程で加熱されるとＰｏが昇華する。製造の初期の段階でポロニウムの同位体２１０Ｐｏが除去されていれば、当然ながらポロニウムの同位体２１０Ｐｏから鉛の同位体２０６Ｐｂへの壊変も起こらず、α線も発生しないと考えられる。
　製造工程でのα線の発生は、この２１０Ｐｏから鉛の同位体２０６Ｐｂへの壊変時と考えられたからである。しかし、実際には、製造時にＰｏが殆ど消失したと考えられていたのに、引き続きα線の発生が見られた。したがって、単に製造初期の段階で、高純度錫のα線カウント数を低減させるだけでは、根本的な問題の解決とは言えなかった。
　上記は専ら、錫に関するα線に関するものであるが、銅又は銅合金は半導体用としてＬＳＩの配線材料やチップとリードフレームを接続するボンディングワイヤに使われているのであるが、ボンディングワイヤはソフトエラーを起こすメモリー部分と距離が離れているためにワイヤから発生するα線量はあまり考慮されず、０．５ｃｐｈ・ｃｍ２以下程度で充分と考えられていた（下記特許文献１１の段落０００４参照）。
　この他、銅又は銅合金ボンディングワイヤに関する特許文献があるが、α線量に関する開示は見当たらない。以下に、銅又は銅合金ボンディングワイヤに関する特許文献を列挙し、簡単に説明する。
　特許文献１２には、半導体装置のボンディングワイヤ用高純度銅の製造方法の記載があり、不可避不純物の全含有量を５ｐｐｍ以下、不可避不純物中のＳ、Ｓｅ、及びＴｅ成分の含有量を、それぞれＳ：０．５ｐｐｍ以下、Ｓｅ：０．２ｐｐｍ以下、Ｔｅ：０．２ｐｐｍ以下、ビッカース硬さ、伸び、破断強度を向上させることが記載されている。
　特許文献１３には、ボンディングワイヤ用銅素材の製造方法として、電解精錬→真空溶解→帯域融解法により精製することが記載されている。
　特許文献１４には、Ｆｅ、Ｐ、Ｉｎを含有し、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂのうち少なくとも1種以上のボンディングワイヤが記載されている。
　特許文献１５には、半導体素子用ボンディング線素材の製造方法として、凝固速度を調整したボンディング線素材の製造方法が記載されている。
　特許文献１６には、導線用またはケーブル用体屈曲高力高導電性銅合金が記載され、Ｆｅ、Ｐを含有し、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂから選択される２種とＺｒを含有することが記載されている。
　特許文献１７には、耐熱高力高導電性銅合金が記載され、Ｆｅ、Ｐ含有、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂから選択される２種とＺｒを含有することが記載されている。
　この他、銅の精製方法として、特許文献１８に、アノードとカソードとを隔膜で分離させ、アノードから溶出したＣｕイオン含有電解液を抜き出し、カソードボックスに入れる直前に０．１μｍ程度の目開きの活性炭フィルターを通す技術、特許文献１９に、電解採取又は電解精製により高純度化することを前提とし、銅含有溶液のアノライトから酸と活性炭処理により不純物を除去し、除去した高純度銅液をカソライトとして使用する技術、特許文献２０に、陽極（アノード）室および陰極（カソード）室を隔膜で分離した隔膜電解槽を使用し、電解液として塩素浴での黄銅鉱浸出液を用いてカソード室に給液して、カソード表面で電解還元により電気銅を採取する技術が記載されている。
　しかし、これらの銅の精製方法においてα線を減少させるという技術開示はない。
特許第３５２８５３２号公報 特許第３２２７８５１号公報 特許第２９１３９０８号公報 特許第２７５４０３０号公報 特開平１１－３４３５９０号公報 特開平９－２６０４２７号公報 特開平１－２８３３９８号公報 特公昭６２－４７９５５号公報 特公昭６２－１４７８号公報 ＷＯ２００７－００４３９４号公報 特開２００５－１７５０８９号公報 特公平７－３６４３１号公報 特公平８－２３０５０号公報 特公昭６２－５６２１８号公報 特開昭６３－３４９３４号公報 特開昭６２－２１４１４５号公報 特開６１－７６６３６号公報 特許４６２０１８５号公報 特許４５１９７７５号公報 特開２００５－１０５３５１号公報
　最近の半導体装置は、高密度化及び動作電圧やセルの容量が低下しているので、半導体チップ近傍の材料からのα線の影響により、ソフトエラーが発生する危険が多くなってきている。特に、半導体装置に近接して使用される、銅又は銅合金配線、銅又は銅合金ボンディングワイヤ、はんだ材料などの銅又は銅合金に対する高純度化の要求が強く、またα線の少ない材料が求められているので、本発明は、銅又は銅合金のα線発生の現象を解明すると共に、要求される材料に適応できるα線量を低減させた銅又は銅合金、及び銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤを得ることを課題とする。
　上記の課題を解決するために、以下の発明を提供するものである。
　１）溶解・鋳造した後の試料のα線量が０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であることを特徴とする銅又は銅合金。
　２）溶解・鋳造から１週間後、３週間後、１ヵ月後、２ヵ月後、６ヵ月後及び３０ヵ月後の、それぞれのα線量が０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であることを特徴とする銅又は銅合金。
　３）純度が４Ｎ（９９．９９％）以上であることを特徴とする上記１）又は２）記載の銅又は銅合金。
　この銅合金の場合、ベース（基）となるＣｕと添加元素を含めた純度である。
　４）Ｐｂ含有量が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１）～３）のいずれか一項に記載の銅又は銅合金。
　５）上記１～４のいずれか一項に記載の銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤ。
　本発明は、最近の半導体装置は、高密度化及び動作電圧やセルの容量が低下しており、半導体チップ近傍の材料からのα線の影響により、ソフトエラーが発生する危険が多くなってきているが、α線の少ない材料に適応できる銅又は銅合金及び銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤを提供できるという優れた効果を有する。これにより、半導体装置のα線の影響によるソフトエラーの発生を著しく減少できる。
ウラン（Ｕ）が崩壊し、２０６Ｐｂに至るまでの崩壊チェーン（ウラン・ラジウム崩壊系列）を示す図である。 ポロニウムの同位体２１０Ｐｏが殆どない状態から、２１０Ｐｂ→２１０Ｂｉ→２１０Ｐｏ→２０６Ｐｂの崩壊チェーンが再構築されて放射されるα線量を示す図である。 Ｃｕ中のＰｂ含有量とα線量との関係を示す図である。 隔膜電解法による鉛除去工程の概略を示す図である
　α線を発生する放射性元素は数多く存在するが、多くは半減期が非常に長いか非常に短いために実際には問題にならず、問題になるのはＵ崩壊チェーン（図１参照）における、ポロニウムの同位体２１０Ｐｏから鉛の同位体２０６Ｐｂに壊変する時に発生するα線である。
　半導体装置に近接して使用される、銅又は銅合金配線、銅又は銅合金ボンディングワイヤ、はんだ材料には、銅又は銅合金を原料とする材料が開発されており、低α線の銅又は銅合金材料が求められている。
　例えば、銅又は銅合金ボンディングワイヤの原料としては、通常４Ｎ～５Ｎの無酸素銅が使用されており、鉛が０．１ｗｔｐｐｍ以上含有されており、α線の発生量も０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２を超えている。また、従来は、低α線の必要もないと考えられていたために、低減する動機もなかったと言える。
　前述の通り、Ｐｏは非常に昇華性が高く、製造工程、例えば溶解・鋳造工程で加熱されるとＰｏが昇華する。製造工程でポロニウムの同位体２１０Ｐｏが除去されていれば、ポロニウムの同位体 ２１０Ｐｏから鉛の同位体２０６Ｐｂへの壊変も起こらず、α線も発生しないと考えられる（図１の「Ｕ崩壊チェーン」参照）。
　しかし、ポロニウムの同位体２１０Ｐｏが殆どない状態において、２１０Ｐｂ→２１０Ｂｉ→２１０Ｐｏ→２０６Ｐｂの崩壊が起こる。そして、この崩壊チェーンが平衡状態になるには約２７ヶ月（２年強）を要することが分かった（図２参照）。
　すなわち、銅材料中に鉛の同位体２１０Ｐｂ（半減期２２年）が含有されていると、時間の経過とともに２１０Ｐｂ→２１０Ｂｉ（半減期５日）→２１０Ｐｏ（半減期１３８日）の壊変（図１）が進み、崩壊チェーンが再構築されて２１０Ｐｏが生じるために、ポロニウムの同位体２１０Ｐｏから鉛の同位体２０６Ｐｂへの壊変によるα線が発生するのである。
　従って、製品製造直後はα線量が低くても問題は解決せず、時間の経過とともに徐々にα線量が高くなり、ソフトエラーが起こる危険性が高まるという問題が生ずるのである。前記約２７ヶ月（２年強）は、決して短い期間ではない。
　製品製造直後は、α線量が低くても時間の経過とともに徐々にα線量が高くなるという問題は、材料中に図１に示すＵ崩壊チェーンの鉛の同位体２１０Ｐｂが含有されているからであり、鉛の同位体２１０Ｐｂの含有量を極力少なくしなければ、上記の問題を解決することはできないと言える。
　図３にＣｕ中のＰｂ含有量とα線量との関係を示す。この図３に示す直線は、鉛の同位体２１４Ｐｂ、２１０Ｐｂ、２０９Ｐｂ、２０８Ｐｂ、２０７Ｐｂ、２０６Ｐｂ、２０４Ｐｂの割合によって上下にシフトし、鉛の同位体２１０Ｐｂの割合が大きいほど上にシフトすることが分かった。
　以上から、この銅中の鉛の同位体２１０Ｐｂの割合を低減することが重要であり、またＰｂを０．１ｐｐｍ以下にまで低減することにより、結果として、鉛の同位体２１０Ｐｂも低減できるため、時間の経過とともにα線量が高くならない。
　また、鉛の同位体２０６Ｐｂの存在比が少ないということは、図１に示すＵ崩壊チェーンの比率が相対的に小さいということであり、この系列に属する鉛の同位体２１０Ｐｂも少なくなると考えられる。
　これにより、溶解・鋳造した銅のα線量が０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下を達成することが可能となる。このレベルのα線量にすることが、本願発明の基本であり、従来技術においては、このような認識を持って、上記を達成することを開示又は示唆する記載はなかったと言える。
　具体的には、溶解・鋳造から１週間後、３週間後、１ヵ月後、２ヵ月後、６ヵ月後及び鉛の同位体２０６Ｐｂへの壊変によるα線を発生させるポロニウムの同位体２１０Ｐｏがない状態において、２１０Ｐｂ→２１０Ｂｉ→２１０Ｐｏ→２０６Ｐｂの崩壊チェーンが平衡状態になる２７ヶ月を過ぎた３０ヵ月後の、それぞれのα線量が０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下である銅又は銅合金を提供する。
　なお、錫などの低α化（α線量の低減化）の電解精製で用いられる塩酸浴では、Ｐｂが析出しないため、本件の隔膜電解法によってはＰｂを除去できない。又、Ｃｕの電解精製では、硝酸浴も使用されるが、この場合Ｐｂが析出しないため、本件の隔膜電解法によってはＰｂを除去できない。本件では、Ｐｂを析出させることで、隔膜電解法によってＰｂを除去し、低α化（α線量の低減化）を図るものである。
　さらに、α線量を測定する場合に注意を要することがある。それはα線測定装置（機器）からα線（以下、必要に応じて「バックグラウンド（ＢＧ）α線」という用語を使用する。）が出ることである。本願発明で上記のα線量は、α線測定装置から出るα線を除去した実質のα線量である。本願明細書で記載する「α線量」は、この意味で使用する。
　以上については、銅又は銅合金から発生するα線量について述べたが、銅又は銅合金を含有する合金においても、同様にα線量の影響を強く受ける。α線量が少ないか又は殆ど発生しない銅以外の成分によりα線量の影響が緩和されることもあるが、少なくとも合金成分中に、銅が４０％以上含有する銅合金の場合については、α線量が少ない本発明の銅を用いることが望ましいと言える。
　銅の精製は、以下に示す隔膜電解法により行う。
　電解液は硫酸銅溶液とし、陽極と陰極の間に隔膜を設け、陽極側から抜き出した電解液中の析出物、特に硫酸鉛を除去した後に陰極側に電解液を供給する。
　本発明の隔膜電解法は、硫酸銅溶液（例えばＣｕ濃度３０～２００ｇ／Ｌ）を用いること、隔膜はＰｂ２＋イオンが通過しないように陰イオン交換膜を用いることに特徴がある。隔膜電解を行っても、陽イオン交換膜を用いた場合には、Ｐｂ２＋イオンが通過してしまい、カソード側の電析銅に鉛が混入してしまうので、上記の通り、陰イオン交換膜を用いる必要がある。また、電解液中から析出物の硫酸鉛の除去は、フィルターを用いた濾過により行う。
　上記の通り、本願発明は、硫酸銅溶液を電解液として用い、陰イオン交換膜を用いた隔膜電解法により、鉛を０．１ｐｐｍレベルまで除去することが可能となった。このようにして得た本願発明の銅又は銅合金は、半導体装置のα線の影響によるソフトエラーの発生を著しく減少できるという優れた効果を有する。
　なお、上記の通り、硫酸銅溶液を電解液として用い、陰イオン交換膜を用いた隔膜電解法は有効な方法であるが、α線量を０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下とすることができる製法であれば、この方法に限定されないことは容易に理解できるであろう。
　次に、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内で、実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
（実施例１）
　銅精錬工程における転炉で精製された後の粗銅（純度約９９％）を原料アノードとし、硫酸銅溶液で電解精製を行った。粗銅中に含有されている鉛は硫酸鉛として析出するので、析出物が電析に巻き込まれるのを防止するために陰イオン交換膜を用いた隔膜電解とした。
　陽極で粗銅を電気溶解し、所定の銅濃度になった液をポンプで抜き取り、ろ過後、析出物のない液を陰極に送り、電析を得た。これにより、鉛濃度の低い純度４Ｎの銅電析物を得た。Ｐｂ, Ｕ, Ｔｈの含有量は それぞれ＜０．０１ｗｔｐｐｍ, ＜５ｗｔｐｐｂ, ＜５ｗｔｐｐｂだった。
　回収した電析銅を洗浄・乾燥し、１２００°Ｃの温度で溶解・鋳造し、溶解・鋳造直後からα線量の経時変化を調べた。α線測定用試料は溶解・鋳造した板を圧延して約１．５ｍｍの厚さにし、３１０ｍｍ×３１０ｍｍのプレートに切り出した。この表面積は９６１ｃｍ２である。これをα線測定試料とした。
α線測定装置はＯｒｄｅｌａ社製のＧａｓ Ｆｌｏｗ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｃｏｕｎｔｅｒモデル８６００Ａ－ＬＢを用いた。使用ガスは９０％アルゴン－１０％メタン、測定時間はバックグラウンド及び試料とも１０４時間で、最初の４時間は測定室パージに必要な時間として５時間後から１０４時間後までである。つまり、α線量算出に用いたのは、溶解・鋳造から１週間後、３週間後、１ヵ月後、２ヵ月後、６ヵ月後の、それぞれにおける５時間後から１０４時間後までのデータである。
　上記試料について、溶解・鋳造から１週間後、３週間後、１ヵ月後、２ヵ月後、６ヵ月後及び鉛の同位体２０６Ｐｂへの壊変によるα線を発生させるポロニウムの同位体２１０Ｐｏがない状態において、２１０Ｐｂ→２１０Ｂｉ→２１０Ｐｏ→２０６Ｐｂの崩壊チェーンが平衡状態になる２７ヶ月を過ぎた３０ヵ月後にα線量を測定した結果、α線量は最大でも０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２であり、本願発明の条件を満たしていた。
　また、銅合金インゴットとする場合において、添加する合金元素として、通常Ａｌ, Ａｇ, Ｂ, Ｂａ, Ｂｅ, Ｂｉ, Ｃａ, Ｃｅ, Ｃｏ, Ｃｒ, Ｄｙ, Ｅｕ, Ｇｄ, Ｇｅ, Ｉｎ, Ｉｒ, Ｌａ, Ｍｇ, Ｍｏ, Ｎｄ, Ｎｉ, Ｐ, Ｐｄ, Ｐｔ, Ｒｈ, Ｒｕ, Ｓｂ, Ｓｉ, Ｓｎ, Ｓｒ, Ｙ, Ｔｉ, Ｙｂ, Ｚｎ, Ｚｒから選択される１種以上を数１０～数１００ｗｔｐｐｍ添加することが行われる。
　この銅合金の製造の場合において、溶解・鋳造の際に、ベース（基）となるＣｕを含め、銅合金に含まれるＰｂ, Ｕ, Ｔｈの含有量を、それぞれ＜０．０１ｗｔｐｐｍ, ＜５ｗｔｐｐｂ, ＜５ｗｔｐｐｂとすることが重要であり、本実施例では、これらの銅合金の製造においても、同様に、α線量を測定した結果、α線量を最大でも０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２を達成することができた。
（比較例１）
　市販無酸素銅を溶解鋳造し、実施例１と同様の方法でα線試料を作製した。Ｐｂ, Ｕ, Ｔｈ含有量はそれぞれ１ｗｔｐｐｍ, ＜５ｗｔｐｐｂ, ＜５ｗｔｐｐｂであった。
　溶解鋳造直後からα線量の経時変化を調べた結果、α線量は、溶解鋳造直後は０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であったが徐々に増加した。これは溶解・鋳造工程でＰｏが蒸発したために一時的にα線量が低くなったが、Ｐｂが１ｗｔｐｐｍ含有されているために、再び崩壊チェーンが構築されてα線量が増加したと考えられる。この結果、本願発明の目的を達成することはできなかった。
（比較例２）
　銅精錬工程における転炉で精製された後の粗銅（純度約９９％）を原料アノードとし、硫酸銅溶液で隔膜を用いずに電解精製を行った。その結果Ｐｂ, Ｕ, Ｔｈの含有量が それぞれ０．２ｗｔｐｐｍ, ＜５ｗｔｐｐｂ, ＜ｗｔ５ｐｐｂであった。
　溶解鋳造直後からα線量の経時変化を調べた結果、α線量は、溶解鋳造直後は０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であったが徐々に増加した。これは溶解・鋳造工程でＰｏが蒸発したために一時的にα線量が低くなったが、Ｐｂが０．２ｗｔｐｐｍ含有されているために再び崩壊チェーンが構築されてα線量が増加したと考えられる。この結果、本願発明の目的を達成することはできなかった。
（実施例２）
　実施例１の方法で作製した銅インゴットを、線引き加工により直径２５μｍのワイヤとした。α線測定装置の試料トレイに敷き詰め、実施例１と同様の方法でα線を測定した結果、α線量は増加せず、安定して０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であった。以上から、この加工した銅ワイヤは、銅ボンディングワイヤとして、有効に利用できる。
　また、前記実施例１において製造したＡｌ, Ａｇ, Ｂ, Ｂａ, Ｂｅ, Ｂｉ, Ｃａ, Ｃｅ, Ｃｏ, Ｃｒ, Ｄｙ, Ｅｕ, Ｇｄ, Ｇｅ, Ｉｎ, Ｉｒ, Ｌａ, Ｍｇ, Ｍｏ, Ｎｄ, Ｎｉ, Ｐ, Ｐｄ, Ｐｔ, Ｒｈ, Ｒｕ, Ｓｂ, Ｓｉ, Ｓｎ, Ｓｒ, Ｙ, Ｔｉ, Ｙｂ, Ｚｎ, Ｚｒから選択される１種以上を数１０～数１００ｗｔｐｐｍ添加した銅合金インゴットを用いて、線引き加工を行い、α線を測定した結果、α線量は増加せず、安定して０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２が得られた。これは、銅合金の製造段階における慎重な成分調整が重要であり、ベース（基）となるＣｕを含め、銅合金に含まれるＰｂ, Ｕ, Ｔｈの含有量を、それぞれ＜０．０１ｗｔｐｐｍ, ＜５ｗｔｐｐｂ, ＜５ｗｔｐｐｂとすることにより達成できたものである。
（比較例３）
　比較例１及び比較例２の方法で作製した銅インゴットを線引き加工により直径２５μｍのワイヤとした。α線測定装置の試料トレイに敷き詰め測定した結果、α線量は、線引き加工直後は０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２程度であったが、これが徐々に増加した。以上から、この加工した銅ワイヤは、銅ボンディングワイヤとして、有効な材料とは言えない。
　上記の通り、本発明はα線の少ない材料に適応できる銅又は銅合金及び銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤを提供できるという優れた効果を有するので、半導体チップへのα線の影響を極力排除することができる。したがって、半導体装置のα線の影響によるソフトエラーの発生を著しく減少でき、銅又は銅合金配線、銅又は銅合金ボンディングワイヤ、はんだ材料などの銅又は銅合金を使用する箇所の材料として有用である。

Claims (5)

  1. 　溶解・鋳造した後の試料のα線量が０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であることを特徴とする銅又は銅合金。
  2. 　溶解・鋳造から１週間後、３週間後、１ヵ月後、２ヵ月後、６ヵ月後及び３０ヵ月後の試料の、それぞれのα線量が０．００１ｃｐｈ／ｃｍ２以下であることを特徴とする銅又は銅合金。
  3. 　純度が４Ｎ（９９．９９％）以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の銅又は銅合金。
  4. 　Ｐｂ含有量が０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の銅又は銅合金。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の銅又は銅合金を原料とするボンディングワイヤ。
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