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WO2020059856A1 - 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ - Google Patents

半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ Download PDF

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WO2020059856A1
WO2020059856A1 PCT/JP2019/037023 JP2019037023W WO2020059856A1 WO 2020059856 A1 WO2020059856 A1 WO 2020059856A1 JP 2019037023 W JP2019037023 W JP 2019037023W WO 2020059856 A1 WO2020059856 A1 WO 2020059856A1
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WO
WIPO (PCT)
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wire
crystal orientation
less
crystal
loop
Prior art date
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Ceased
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PCT/JP2019/037023
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English (en)
French (fr)
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WO2020059856A9 (ja
Inventor
哲哉 小山田
宇野　智裕
山田　隆
大造 小田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Micrometal Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Micrometal Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Priority to JP2019563915A priority patent/JP6651065B1/ja
Priority to KR1020207026714A priority patent/KR102208869B1/ko
Priority to EP19862668.1A priority patent/EP3745450B1/en
Priority to SG11202007956YA priority patent/SG11202007956YA/en
Priority to TW108134130A priority patent/TWI749372B/zh
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Publication of WO2020059856A9 publication Critical patent/WO2020059856A9/ja
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • H10W72/50—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/43—Manufacturing methods
    • H01L2224/438—Post-treatment of the connector
    • H01L2224/43848—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
    • H10W72/07541—
    • H10W72/552—
    • H10W72/5522—
    • H10W72/5525—
    • H10W72/59—
    • H10W72/952—

Definitions

  • the present invention relates to a Cu alloy bonding wire for a semiconductor device used for connecting an electrode on a semiconductor element to a circuit wiring board such as an external lead.
  • a thin wire having a diameter of about 15 to 50 ⁇ m is mainly used as a bonding wire for a semiconductor device (hereinafter referred to as a “bonding wire”) for bonding between an electrode on a semiconductor element and an external lead.
  • the bonding method of the bonding wire is generally a thermocompression bonding method using an ultrasonic wave, and a general-purpose bonding apparatus, a capillary jig for passing the bonding wire through the inside and connecting the bonding wire, and the like are used.
  • the tip of the wire is heated and melted by an arc heat input, and a ball (FAB: Free Air Ball) is formed by surface tension.
  • FAB Free Air Ball
  • This ball portion is pressure-bonded (hereinafter, ball-bonded), and then a loop is formed while the wire is drawn out from the capillary, and then the wire portion is pressure-bonded to the electrode on the external lead side (hereinafter, wedge-bonded) to complete. .
  • ⁇ Gold has mainly been used as the material of the bonding wire until now, but in recent years, replacement with copper (Cu) has been progressing.
  • Bonding wires using Cu are broadly classified into those having a coating layer of Pd, Au or the like on the surface of Cu (hereinafter, coated Cu wire) and those having no coating layer (hereinafter, bare Cu wire).
  • the coated Cu wire is characterized in that by providing a coating layer, the oxidation of Cu is suppressed, and the use performance such as bonding properties is improved, and is used mainly for high-density LSIs.
  • bare Cu wires are used mainly for power device applications with relatively low required performance, taking advantage of the advantage of being inexpensive. Recently, attempts have been made to apply the bare Cu wire to the latest high-density LSI by improving the characteristics of the bare Cu wire.
  • the output of ultrasonic waves tends to be high in order to obtain the joining strength of the wedge joint, but the loop may be curved under the influence of the ultrasonic waves.
  • an operation called a scrub that vibrates a stage at a low frequency is often used together while the wire is pressed by a capillary.
  • the scrub promotes the deformation of the wire and is effective for improving the joining strength of the wedge joint.
  • the vibration of the scrub may cause the loop to bend and the straightness to decrease.
  • the diameter of a bonding wire used in a high-density LSI is a thin wire diameter of 25 ⁇ m or less. However, as the wire diameter becomes smaller, the strength of the loop portion becomes lower. Had become more difficult.
  • Patent Document 1 discloses a bonding wire for a semiconductor device having a core material made of a conductive metal, and a skin layer having a metal different from the core material as a main component on the core material.
  • a bonding wire is disclosed in which the aspect ratio of the average size of crystal grains on the surface in the wire longitudinal direction / circumferential direction is 3 or more, and the straightness of the loop is good in a 3 mm span under normal conditions. It is stated that
  • Patent Document 2 discloses a bonding wire for a semiconductor device having a core material made of a conductive metal and a skin layer having a metal different from the core material as a main component on the core material, Regarding the relationship between the average size a of the skin layer crystal grains in the circumferential direction of the wire and the average size b of the core material grains in a vertical cross section that is a cross section perpendicular to the wire axis, a / b ⁇ 0.7.
  • a bonding wire for a semiconductor device characterized by the above feature is disclosed, and it is described that the wire fall (leanability) immediately above the ball can be improved.
  • FIG. 1 schematically shows a case where the loop straightness is high
  • FIGS. 2A and 2B schematically show a case where the loop straightness is low
  • the loop portion is observed from directly above.
  • the loop 1 having high loop straightness has no inclination or curve in the loop portion and has a straight line or a shape close to a straight line.
  • the loop straightness is low, for example, the entire loop is often inclined in one direction like a loop 2 or a part of the loop is curved right and left like a loop 3 in many cases.
  • Patent Documents 1 and 2 each disclose a technology relating to a bonding wire for a semiconductor device having a core material made of a conductive metal and a skin layer mainly composed of a metal different from the core material on the core material. It is. This technique is premised on a coating structure, and it is not clear whether this technique is effective for bare Cu wires. Then, the inventors investigated whether or not the loop straightness of the bare Cu wire can be improved by using these techniques for the bare Cu wire and the loop straightness required for a high-density LSI can be satisfied.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 even when applied to bare Cu wires, it is not possible to satisfy the loop straightness required for application to the latest high-density LSI. could not.
  • thermosetting resin such as an epoxy resin
  • transfer molding first, a thermosetting resin is charged into a mold heated to 160 to 190 ° C. to reduce the viscosity. Thereafter, the resin is poured into a mold to which the lead frame and the resin substrate are fixed, and is formed into a desired shape. Further, the resin is heated in a mold for several minutes to finally cure the resin, thereby completing the molding.
  • a problem in the resin sealing step in the high-density LSI is the deformation of the loop portion when the resin is poured into the mold.
  • the bent portion of the loop just above the ball is called the neck. Since the neck portion involves a large bending deformation as compared with the other loop portions, there is a problem that the neck portion cannot withstand the bending deformation and damage such as a crack occurs. In order to apply bare Cu wires to the most advanced high-density LSI, a technique for reducing damage to the neck has been required.
  • the latest high-density LSI is required to operate without failure even after long-term use. In response to these demands, there has been a demand for an improvement in the long-term service life of each bonding portion of the bonding wire.
  • As a method of evaluating the long-term service life a high-temperature standing test, a high-temperature and high-humidity test, a heat cycle test, and the like are generally performed.
  • performance requirements particularly required for a high-temperature storage test are severe, and it is required to satisfy a long-term service life of 500 hours or more in a high-temperature storage test at 200 ° C.
  • the size of the electrodes on the semiconductor element has been reduced.
  • a technique for controlling the ball deformation behavior when performing ball bonding is required.
  • the problem with the bare Cu wire is that the ball crimping shape (hereinafter, ball crimping shape) is deformed into a petal shape during ball joining. When such a defect occurs, a part of the deformed ball protrudes out of the electrode, contacts an adjacent electrode, and causes a short circuit or the like. Therefore, in order to apply the bare Cu wire to the most advanced high-density LSI, a technique for controlling the ball compression shape to a shape close to a perfect circle when observed from directly above the electrode has been required.
  • the object of the present invention is to provide a Cu alloy bonding wire for a semiconductor device that can satisfy the required performance in high-density LSI applications.
  • a ⁇ 100> crystal orientation having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis;
  • the feature ratio of the ⁇ 110> crystal orientation and the ⁇ 111> crystal orientation is 3% or more and less than 27% in average area ratio, respectively.
  • the loop straightness can be improved, the performance required for high-density LSI applications can be satisfied.
  • FIG. 2A is a schematic view of a loop portion in a case where the loop straightness is low, as viewed from directly above
  • FIG. 2A is a state of being bent in one direction
  • FIG. 2B is a diagram of a state of being bent left and right.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining a measurement region.
  • the bonding wire of the present embodiment is a Cu alloy bonding wire for a semiconductor device, and has an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis among crystal orientations of the wire surface.
  • the abundance ratio of the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation is each 3% or more and less than 27% in average area ratio.
  • the crystal orientation of the wire surface is defined as the crystal orientation of Cu and an alloy portion mainly composed of Cu existing on the wire surface.
  • an EBSD (Electron Backscattered Diffraction) method provided in the SEM can be used.
  • the EBSD method is a method of projecting a diffraction pattern of reflected electrons generated when a sample is irradiated with an electron beam onto a detector surface and analyzing the diffraction pattern to determine a crystal orientation at each measurement point. .
  • a bonding wire is fixed to a sample stage, and the wire surface is irradiated with an electron beam from one direction to acquire crystal orientation data.
  • the crystal orientation with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire central axis and the crystal orientation with respect to the wire central axis direction can be determined.
  • the existence ratio of the ⁇ 100> crystal orientation is the ratio of the area occupied by the ⁇ 100> crystal orientation determined by the above method to the area of the measurement region by the EBSD method.
  • the ⁇ 100> crystal orientation is, as shown in FIG. 3, an angle difference with respect to a direction y perpendicular to one plane P including the wire central axis x in the ⁇ 100> crystal orientation of the wire surface. Is defined as 15 degrees or less. This is because if the angle difference is 15 degrees or less, an advantageous effect for improving the characteristics of the bonding wire can be obtained.
  • the abundance ratio between the ⁇ 110> crystal orientation and the ⁇ 111> crystal orientation with respect to the wire central axis x direction can be calculated using the same method.
  • the average area ratio is used as the value of the existence ratio of a specific crystal orientation.
  • the average area ratio is defined as an arithmetic average of each value of the abundance ratio obtained by measuring at least 10 or more locations by the EBSD method.
  • the measurement location it is preferable to ensure the objectivity of the measurement data.
  • a measurement sample is obtained from the bonding wire to be measured at an interval of 3 to 5 m with respect to the direction of the wire center axis x of the bonding wire and is used for the measurement.
  • the length W in the circumferential direction on the SEM image is 25% or less of the diameter of the wire, and the length L in the wire center axis x direction is 40 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the existence ratio of the crystal orientation on the wire surface obtained by the EBSD method had a strong correlation with the effect of the present embodiment, that is, the effect of improving the loop straightness.
  • the wire surface is a curved surface, and a deviation from an orientation perpendicular to the wire surface occurs from the apex of the wire (the highest position in the circumferential direction of the wire fixed to the sample stage) toward the circumferential direction.
  • the measurement data obtained by the above method is consistent with the actual situation showing the effect of improving the loop straightness.
  • the length W of the measurement area A is at least 25% or less of the diameter of the wire, a deviation of the azimuth perpendicular to the circumferential direction with respect to the circumferential direction is allowed in the measurement area of the EBSD on the curved wire surface. This is because the effect of improving the straightness of the loop can be obtained.
  • the reason why the lower limit is set in the measurement area A with respect to the wire center axis x direction is that if the length L is 40 ⁇ m or more, it is determined that the measurement data sufficiently reflects the characteristics of the sample.
  • the reason why the upper limit is set in the measurement region A with respect to the direction of the wire center axis x is that if the length L is 100 ⁇ m or less, the analysis can be performed efficiently.
  • the surface of the bonding wire may contain a copper oxide film or an unintentionally attached impurity.
  • the impurities include organic substances, sulfur, nitrogen, and compounds thereof. Even when these are present, if the thickness is small or the amount is small, the crystal orientation on the bonding wire surface can be measured by optimizing the measurement conditions of the EBSD method. When the copper oxide film on the surface of the bonding wire is thick or the amount of impurities attached is large, the crystal orientation of Cu and the Cu alloy portion may not be measured. In this case, it is effective to treat the surface of the bonding wire by alkali degreasing, acid washing, ion sputtering, or the like before performing measurement using the EBSD method.
  • the EBSD method can be used for measuring the average crystal grain size.
  • the crystal grain size is defined as a circle-equivalent diameter calculated from the area of a region surrounded by crystal grain boundaries having an orientation difference of 15 degrees or more measured by the EBSD method.
  • As the average crystal grain size an arithmetic average value of crystal grain size values measured for five randomly selected bonding wires is used.
  • As a method of exposing a cross section perpendicular to the wire center axis a method of embedding a bonding wire in a resin and then mechanically polishing or a method of processing with an Ar ion beam can be used.
  • an ICP emission spectrometer For the analysis of the concentration of the element contained in the bonding wire, an ICP emission spectrometer or the like can be used. When the concentration of contaminants such as carbon and sulfur is high on the surface of the bonding wire, a concentration analysis may be performed after removing a region of 1 to 2 nm from the surface of the bonding wire by sputtering or the like before performing the analysis. . As another method, a method using acid cleaning is also effective.
  • the present inventors have investigated the governing factors of the loop rectilinearity and found that a correlation was found with the crystal orientation of the wire surface. Specifically, when a specific crystal orientation is strongly oriented on the wire surface, the entire loop is inclined in a specific direction or a part of the loop is curved. The reason may be that the plastic anisotropy of the surface of the wire is increased, and the wire is easily deformed in a specific direction when a load is applied to the loop portion. Based on the mechanism for reducing the estimated straightness of the loop, the inventors have intensively studied a method for improving the straightness of the loop.
  • the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis. It has been found that there is a strong correlation between the abundance ratio of the orientation and the loop rectilinearity, and that by controlling the abundance ratio of these crystal orientations to an appropriate range, an effect of improving the loop rectilinearity can be obtained. Specifically, bonding was performed 100 times using the bonding wire of the present embodiment, and as a result of observing the loop with an optical microscope, the position of the entire loop being inclined or a part of the loop being curved was significantly reduced. It was confirmed that high loop straightness was obtained.
  • the loop may be inclined in a specific direction.
  • the abundance ratio is less than 3% or 27% or more in average area ratio, the loop is inclined in a specific direction, and the effect of improving the straightness of the loop is insufficient, so that it is not suitable for practical use. This is considered to be due to the fact that one of the crystal orientations is strongly oriented, so that the plastic anisotropy of the wire surface in the loop portion is increased.
  • the bonding wire of the present embodiment further has a ⁇ 100> crystal orientation and a ⁇ 110> crystal in which the angle difference with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire center axis is 15 degrees or less among the crystal orientations of the wire surface. It is preferable that the total of the orientation ratio and the existence ratio of the ⁇ 111> crystal orientation is 15% or more and less than 50%. Thereby, the effect of maintaining high loop straightness even after the resin sealing step is obtained. Specifically, after bonding the bonding wires, they were sealed with resin by transfer molding, and the loop was observed using a soft X-ray apparatus. As a result, it was confirmed that high loop straightness was maintained.
  • the plastic anisotropy of the loop portion is controlled by controlling the sum of the ratios of the crystal orientations to an appropriate range. This is considered to be because the effect of reducing the amount of noise can be synergistically increased, and the effect of maintaining high loop straightness even after resin sealing has been enhanced.
  • the bonding wire according to the present embodiment further includes, among the crystal orientations of the wire surface, the presence ratio of the ⁇ 100> crystal orientation having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the central axis of the wire, X X + Y> Z, where Y is the existence ratio of the ⁇ 110> crystal orientation and Z is the existence ratio of the ⁇ 111> crystal orientation. This further enhances the effect of maintaining high loop straightness even after resin sealing.
  • the angle difference with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis is 15 degrees or less, ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111>.
  • the X and Y in addition to the presence ratio of the crystal orientations being 3% or more and less than 27% in average area ratio, and the sum of the existence ratios of these crystal orientations being 15% or more and less than 50%.
  • Z satisfy the relationship of X + Y> Z, it is estimated that the plastic anisotropy of the loop portion can be further reduced and the effect of improving the straightness of the loop is synergistically enhanced.
  • the total existence ratio of the ⁇ 110> crystal orientation and the ⁇ 110> crystal orientation reduces the anisotropy of the loop portion as compared with the existence ratio of the ⁇ 111> crystal orientation. This is considered to be because the effect of causing this is high.
  • the bonding wire of the present embodiment further has a ⁇ 121> crystal orientation and a ⁇ 123> crystal in which the angle difference with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire center axis is 15 degrees or less among the crystal orientations on the wire surface. It is preferable that the existence ratios of the orientations are each less than 15% in average area ratio. As a result, the effect of maintaining a high loop straightness even after resin sealing is further enhanced.
  • the angle difference with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis is 15 degrees or less, ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111>.
  • the existence ratios of the crystal orientations are each 3% or more and less than 27% in average area ratio, the sum of the existence ratios of these crystal orientations is 15% or more and less than 50%, and the X, Y, and Z are In addition to satisfying the relationship of X + Y> Z, the plastic anisotropy of the loop portion is further reduced by making the existence ratio of the ⁇ 121> crystal orientation and the ⁇ 123> crystal orientation less than 15%, respectively. It is estimated that the effect of maintaining the loop straightness even after resin sealing was synergistically enhanced.
  • the bonding wire of the present embodiment preferably further has an average crystal grain size of 0.4 ⁇ m or more and 2.1 ⁇ m or less in a cross section perpendicular to the central axis of the wire.
  • the neck portion corresponds to a portion affected by arc heat input during ball formation (hereinafter, a heat-affected portion).
  • a heat-affected portion a portion affected by arc heat input during ball formation
  • the average crystal grain size is less than 0.4 ⁇ m or larger than 2.1 ⁇ m, the effect of reducing neck damage is not sufficient.
  • the average crystal grain size was less than 0.4 ⁇ m, cracks were observed at the bent portion of the neck. This is considered to be because the average crystal grain size of the neck portion became finer and the deformation resistance against bending deformation became too high.
  • the average crystal grain size was larger than 2.1 ⁇ m, damage such as breakage of the wire due to excessive deformation of the neck portion was observed. This is considered to be because the average crystal grain size of the neck portion was coarsened and the deformation resistance against bending deformation was insufficient.
  • the bonding wire of the present embodiment further has a ⁇ 111> crystal orientation and a ⁇ 100> crystal orientation in which the angle difference with respect to the wire central axis direction is 15 degrees or less among the crystal orientations in a section parallel to the wire central axis. Is preferably 25% or more and less than 60% in average area ratio.
  • the effect of suppressing neck damage during low loop is sufficient. is not.
  • the total content was less than 25%, damage such as excessive bending of the neck and bending of the wire was observed. This is considered to be due to, for example, insufficient deformation resistance against bending deformation.
  • the sum of the abundance ratios was 60% or more, cracks were observed at the bent portion of the neck portion. This is considered to be because the deformation resistance to bending deformation has become too high.
  • the bonding wire of the present embodiment further contains at least one of Ni, Pd, Pt, and Au in a total amount of 0.01% by mass to 1.5% by mass, with the balance being Cu and unavoidable impurities.
  • the life of the ball joint in the high-temperature storage test at 200 ° C. can be improved to 500 hours or more. It is considered that the reason for this is that Ni, Pd, Pt, and Au reduce the growth rate of the Cu—Al-based intermetallic compound that causes separation at the interface between the ball and the Al electrode.
  • the concentration of the element is less than 0.01% by mass, the effect of improving the life of the ball joint in a high-temperature storage test at 200 ° C. is not sufficient. If the concentration of the element exceeds 1.5% by mass, the hardness of the ball increases, and the formation of the intermetallic compound becomes non-uniform. Not enough.
  • the bonding wire of the present embodiment preferably further contains at least one of P, In, Ga, Ge, and Ag in a total of 0.001 to 0.75 mass%, with the balance being Cu and unavoidable impurities. .
  • P, In, Ga, Ge, and Ag in a total of 0.001 to 0.75 mass%, with the balance being Cu and unavoidable impurities.
  • Method of manufacturing bonding wire A method for manufacturing a bonding wire for a semiconductor device according to the present embodiment will be described.
  • a high-purity copper having a purity of 4N to 6N Cu concentration: 99.99% by mass or more and 99.9999% by mass or less
  • Ingot is produced.
  • a method of directly melting copper and a high-purity additive component to form an alloy, or a master alloy containing about 3 to 5% by mass of an additive element in copper is prepared in advance, and the copper and the master alloy are mixed. A method of melting and alloying can be used.
  • the method using a mother alloy is effective when the element distribution is made uniform at a low concentration.
  • an arc melting furnace, a high-frequency melting furnace, or the like can be used.
  • the dissolution is preferably performed in a vacuum atmosphere or an inert atmosphere such as Ar or N 2 in order to prevent gas such as O 2 and H 2 from being mixed in the atmosphere.
  • the surface of the ingot is preferably subjected to acid cleaning and alcohol cleaning to remove oxides and dirt, and then dried.
  • the manufactured copper alloy ingot is first processed into a linear shape by rolling or forging. Next, it is preferable that the wire is thinned to a final wire diameter by drawing.
  • a continuous wire drawing apparatus capable of setting a plurality of diamond-coated dies can be used.
  • a lubricating liquid for the purpose of reducing abrasion of a die and surface flaws of a wire.
  • heat treatment is performed for the purpose of strain relief or the like in the middle of the drawing process. In this specification, a heat treatment performed at an intermediate wire diameter is referred to as an intermediate heat treatment.
  • the wire after the intermediate heat treatment is drawn to the final wire diameter used as a product.
  • the step of performing the drawing from the wire diameter at which the intermediate heat treatment is performed to the final wire diameter is referred to as final drawing.
  • heat treatment is performed to recrystallize the bonding wire and adjust mechanical properties.
  • the heat treatment performed at the final wire diameter is referred to as a final heat treatment.
  • a method of performing a heat treatment while continuously sweeping a wire can be used.
  • the heat treatment is preferably performed in an inert atmosphere in which Ar gas or N 2 gas is refluxed. Further, it is also effective to include H 2 as a reducing gas component in an inert atmosphere at a few percent.
  • Crystal orientations of the wire surface there are ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis.
  • An example of a method for controlling the ratio to be 3% or more and less than 27% in average area ratio will be described.
  • the ratio of the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation it is effective to control, for example, intermediate heat treatment conditions, final drawing conditions, and final heat treatment conditions. .
  • the reason is considered as follows.
  • the final heat treatment after the final drawing causes recrystallization and grain growth on the wire surface.
  • what kind of crystal orientation crystal grains are generated by recrystallization, and how much crystal grains with which crystal orientation grow depends on the amount of processing strain, temperature and time of final heat treatment, etc. to be influenced.
  • there is a method in which a recrystallization nucleus having a specific crystal orientation is generated by drawing, and the nucleus is preferentially grown by heat treatment under specific conditions.
  • the processing strain introduced in the manufacturing process of the bonding wire can be introduced by rolling or forging, but in order to stably control the amount of processing strain, only the final drawing process is required rather than combining multiple processing processes. It is preferable to control with. For that purpose, it is effective to perform an intermediate heat treatment.
  • the amount of processing strain can be sufficiently reduced by performing the intermediate heat treatment at a temperature higher than the temperature at which recovery or recrystallization occurs, for a certain time or longer. Therefore, by performing the intermediate heat treatment with an appropriate wire diameter, the amount of processing strain accumulated at the stage of performing the final heat treatment only needs to consider the amount of processing strain introduced into the material by the final drawing, and the crystal orientation is stabilized. It becomes possible to control it.
  • the intermediate heat treatment is performed at a temperature of 630 ° C. or more and less than 750 ° C. and 0.05 seconds or more and less than 1.5 seconds. If the temperature of the intermediate heat treatment is less than 630 ° C. or the heat treatment time is less than 0.05 seconds, the effect of reducing the amount of processing strain cannot be sufficiently obtained, and the ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and 111> The existing ratio of the crystal orientation cannot be stably controlled. When the temperature of the intermediate heat treatment is 750 ° C. or more or the heat treatment time is 1.5 seconds or more, the crystal grains become coarse and the wire becomes too soft, and the frequency of disconnection increases in the subsequent final drawing. Not suitable for practical use.
  • the processing rate of the final drawing is 57% or more and less than 87%. If the processing rate of the final drawing is less than 57%, the ratio of any one of the ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation will be less than 3%. It is considered that this is because the amount of processing strain in the final drawing was insufficient, and the generation of recrystallization nuclei necessary for growing the crystal orientation was insufficient. When the processing rate of the final drawing is 87% or more, the ⁇ 110> crystal orientation becomes 27% or more. This is considered to be because the amount of processing strain in the final drawing was excessive and many recrystallization nuclei having the ⁇ 100> crystal orientation were generated.
  • the final heat treatment is performed at 660 ° C. or more and less than 750 ° C., and 0.05 seconds or more and less than 1.5 seconds. If the temperature of the final heat treatment is less than 680 ° C. or if the heat treatment time is less than 0.05 seconds, the existence ratio of the ⁇ 110> crystal orientation becomes 27% or more. When the temperature of the final heat treatment is 750 ° C. or more, or when the heat treatment time is 1.5 seconds or more, the wire is excessively softened and sufficient wire bondability cannot be obtained.
  • the first final pre-heat treatment is performed under specific conditions between the final drawing and the final heat treatment. It is effective. That is, it is effective that the wire manufacturing process is performed in the order of the intermediate heat treatment, the final drawing, the first final pre-heat treatment, and the final heat treatment.
  • the first final pre-heat treatment is performed at 550 ° C. or more and less than 680 ° C., and for 0.05 second or more and less than 0.5 second. This is because by performing the first final pre-heat treatment in an appropriate condition range, the existence ratio of crystal orientations formed in the final heat treatment can be controlled.
  • the temperature of the first final pre-heat treatment is less than 550 ° C. or when the heat treatment time is less than 0.05 seconds
  • the total of the ratios of the ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation is It becomes 50% or more.
  • the temperature of the first heat treatment is 680 ° C. or more or the heat treatment time is 0.5 seconds or more
  • the total of the ratios of the ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation is 15%. Less than.
  • the abundance ratio of ⁇ 100> crystal orientations having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis is X, and ⁇ 110> crystal orientations
  • An example of a method of controlling X, Y, and Z so as to satisfy the relationship of X + Y> Z, where Y is the abundance ratio of Z and Z is the abundance ratio of the ⁇ 111> crystal orientation, will be described.
  • the second final pre-heat treatment is performed at 450 ° C. or more and less than 550 ° C., for 0.05 second or more and less than 0.5 second. This is because by performing the second final pre-heat treatment in an appropriate condition range, the final heat treatment increases the ⁇ 100> crystal orientation and the ⁇ 110> crystal orientation, and as a result, the value of X + Y increases. If the temperature of the second final pre-heat treatment is less than 450 ° C. or if the heat treatment time is less than 0.05 seconds, X, Y, and Z cannot satisfy X + Y> Z. This is considered to be because the effect of increasing the value of X + Y cannot be obtained.
  • the abundance ratio of ⁇ 121> crystal orientation and ⁇ 123> crystal orientation having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire central axis An example of a method of controlling each of the average area ratios to less than 15% will be described.
  • the wire is fed in a reflux furnace in which Ar gas is refluxed in the final heat treatment step. Annealing is effective.
  • the average crystal grain size will be larger than 2.1 ⁇ m. This is considered to be because the amount of processing strain accumulated inside the material was small. If the wire feed speed at the time of final drawing is higher than 1200 m / min, the average crystal grain size will be less than 0.4 ⁇ m.
  • the processing rate per die at the time of the final drawing is set to 18%. % To less than 21% is effective.
  • the processing rate per die refers to the percentage of the area of the wire in the direction reduced by the processing with respect to the cross-sectional area in the direction perpendicular to the wire center axis of the wire before processing, as a percentage. Things. If the processing rate per die is less than 18%, the total of the ratios of the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation is less than 25%. When the processing rate per die is 21% or more, the sum of the ratios of the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation becomes 60% or more.
  • a method for manufacturing a bonding wire will be described.
  • Cu used as a raw material had a purity of 99.99% by mass or more and the balance was made of unavoidable impurities.
  • the bonding wire contained Ni, Pd, Pt, Au, P, In, Ga, Ge, and Ag as additional elements, Cu and these elements were melted and alloyed by a high frequency melting furnace.
  • the total target concentration of the additional elements other than the unavoidable impurity elements was less than 0.5% by mass
  • a Cu alloy containing the additive element at a high concentration was used to produce an alloy having a desired concentration.
  • the atmosphere during the dissolution was an Ar atmosphere in order to prevent impurities such as oxygen from being mixed.
  • the shape of the ingot produced by melting was a cylindrical shape having a diameter of about 5 mm.
  • the wire diameter of the wire having the intermediate wire diameter was calculated backward from the final wire diameter, and the wire diameter was such that the working ratio of the final drawing was 57% or more and less than 87%.
  • an intermediate heat treatment was performed on the wire having the intermediate wire diameter at a temperature of 630 ° C. or more and less than 750 ° C. for 0.05 seconds or more and less than 1.5 seconds.
  • the final drawing was performed under the condition that the drawing rate was 57% or more and less than 87%, and a wire having a wire diameter of ⁇ 20 ⁇ m was manufactured.
  • a final heat treatment was performed at 660 ° C.
  • a first final pre-heat treatment and a second final pre-heat treatment were performed before the final heat treatment.
  • the conditions of the first final pre-heat treatment were 550 ° C. or more and less than 680 ° C., and 0.05 seconds or more and less than 0.5 seconds.
  • the conditions for the second final pre-heat treatment were 450 ° C. or more and less than 550 ° C., and 0.05 seconds or more and less than 0.5 seconds.
  • the atmosphere during the final heat treatment was an Ar atmosphere or an N 2 atmosphere.
  • the wire feed speed at the time of final drawing was changed in the range of 600 m / min to 1300 m / min.
  • the processing rate per die at the time of final drawing was changed in the range of 16% or more and 23% or less.
  • the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, in which the angle difference with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis is 15 degrees or less The existence ratios of the ⁇ 111> crystal orientation, the ⁇ 121> crystal orientation, and the ⁇ 123> crystal orientation were calculated from data measured by the EBSD method.
  • the abundance ratio was an average value of values obtained by measuring five wires at intervals of about 3 m.
  • the measurement region was a region surrounded by a straight line of 5 ⁇ m (25% of the wire diameter) in the circumferential direction and 40 ⁇ m in the center direction of the wire. Further, the measurement area is an area including the highest position in the circumferential direction of the sample fixed to the sample stage.
  • the average crystal grain size in the cross section perpendicular to the wire center axis of the bonding wire of the present embodiment was calculated from data measured by the EBSD method after exposing the wire cross section with an Ar ion beam. Five wires were obtained at intervals of about 3 m, and the average value of the measured values of each wire was used. The measurement region was a region including all cross sections perpendicular to the central axis of the wire.
  • the total of the abundance ratios of the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation in which the angle difference with respect to the wire central axis direction of the bonding wire in the section parallel to the wire central axis is 15 degrees or less is: After processing the wire cross section with an Ar ion beam and exposing it, it was calculated from data measured by the EBSD method.
  • the total of the abundance ratios was an average of the measured values of ten wires obtained at intervals of about 3 m.
  • the measurement region was a rectangular region having a wire central axis direction of 80 ⁇ m and a diameter direction of 20 ⁇ m. Further, the measurement area was an area including both ends of the wire in the diameter direction.
  • the loop rectilinearity was evaluated based on the frequency of occurrence of a loop having a low rectilinearity when bonding a bonding wire.
  • An optical microscope was used to observe the loop portion.
  • the loop length was 7.0 mm, and the loop height was 0.2 mm.
  • the loop portion was observed from directly above the loop, and it was determined that the straightness of the loop was low if the distance from the position where the ball joint and the wire joint were connected by a straight line to the loop portion was 10 ⁇ m or more where the distance was the longest. .
  • Observing loops of 200 bonding wires if five or more loops having low straightness are judged to be defective, -1 point.
  • the loop rectilinearity after resin sealing was evaluated based on the frequency of occurrence of a loop having low linearity when the bonding wire was bonded and then sealed with a general-purpose mold resin.
  • a soft X-ray apparatus was used for observation of the loop portion.
  • the loop length was 7.0 mm, and the loop height was 0.2 mm.
  • the loop portion was observed from directly above the loop, and it was determined that the straightness was low if the distance from the position where the ball joint and the wire joint were connected by a straight line to the loop was 15 ⁇ m or more. Observing loops of 200 bonding wires, if there are 6 or more loops having low straightness, it is judged to be defective.
  • the neck portion damage was evaluated by observing the neck portion after bonding the bonding wire and determining the number of locations where the damage occurred.
  • the loop length was 7.0 mm
  • the loop height was 0.2 mm
  • the loop shape was trapezoidal.
  • the neck portion of the 200 bonded bonding wires was observed with a scanning electron microscope, and if two or more damages occurred, it was determined to be defective and indicated as 0 point. If there is only one damaged part, it is judged that there is no problem in practical use. One point is judged, and if no defect occurs, it is judged that it is excellent and two points are indicated.
  • the evaluation results are shown in the column of “Neck damage” in Table 2. A score of 0 is unacceptable, otherwise it is acceptable.
  • the life of the ball joint in the high temperature storage test is as follows: after bonding the bonding wire, sealing it with a general-purpose resin, and leaving it in a constant temperature oven set at 200 ° C, the bonding strength of the ball joint is 50% or less of that before the test. The evaluation was based on the time required until the temperature was lowered to As the value of the joining strength used for the judgment of the life of the ball joint, an average value of values obtained by measuring the strength of ten randomly selected ball joints using a micro shear tester was used. When measuring the bonding strength, the resin was removed by acid treatment in order to expose the ball bonded portion. The diameter of the ball was in the range of 1.5 to 1.7 times the diameter of the wire.
  • N 2 + 5% by volume H 2 gas was blown at a flow rate of 0.4 to 0.6 L / min to prevent oxidation.
  • life of the ball joint is less than 500 hours, it is judged that there is a practical problem. 0 point, and if it is 500 hours or more and less than 700 hours, it is judged that there is no practical problem, and 1 point, 700 hours. If it was above, it was judged to be excellent, and it was described as 2 points.
  • the evaluation results are shown in the column of "Life of ball joint in high-temperature storage test" in Table 2. A score of 0 is unacceptable, otherwise it is acceptable.
  • the ball pressure bonding shape was evaluated by performing the ball bonding to the Al electrode on the Si substrate 100 times and determining the number of defective pressure bonding shapes.
  • the ball crimping shape was determined by observing the ball from directly above the ball joint, and the ball crimping shape was determined to be good if it was close to a circle, and poor if it was petal. An optical microscope was used to observe the ball compression shape. Observing 100 ball joints, it is judged that there is a practical problem when 9 or more defects are found, and 0 point, and it is judged that there is no practical problem when 8 or less defects are 6 or more, 1 point. If the number of defects was 5 or less and 3 or more, it was judged to be excellent, and was described as 2 points. The evaluation results are shown in Table 2 in the column of “Ball compression shape”. Only 0 points are rejected, others are passed.
  • Example No. Numerals 1 to 87 denote Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, wherein the crystal orientation of the wire surface has an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the center axis of the wire ⁇ 100>. Since the ratios of the crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation were 3% or more and less than 27% in average area ratio, the loop straightness was within the allowable range. Example No. In Nos. 1 to 75, the abundance ratio was 5% or more and less than 25% in average area ratio.
  • Example No. Reference numerals 4 and 5 denote Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, wherein the crystal orientation of the wire surface has an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the central axis of the wire ⁇ 100>.
  • the crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the existence ratio of the ⁇ 111> crystal orientation each have an average area ratio of 3% or more and less than 27%, and one of the crystal orientations on the wire surface including the wire central axis.
  • the sum of the ratios of ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation having an angle difference of 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to the plane is 15% or more and less than 50% in average area ratio. Therefore, an excellent evaluation result was obtained for the straightness of the loop after resin sealing.
  • Examples 1, 6, 7, 15, and 16 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, in which the crystal orientation of the wire surface has an angle difference with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis.
  • the abundance ratio of the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation of 15 degrees or less is 3% or more and less than 27% in average area ratio, respectively.
  • the total area of the ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis is an average area.
  • Example No. Reference numerals 8 to 14, 17 to 27, and 29 to 75 denote Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, wherein the crystal orientation of the wire surface has an angle difference with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis.
  • the abundance ratio of the ⁇ 100> crystal orientation, the ⁇ 110> crystal orientation, and the ⁇ 111> crystal orientation of 15 degrees or less is 3% or more and less than 27% in average area ratio, respectively.
  • the total area of the ⁇ 100> crystal orientation, ⁇ 110> crystal orientation, and ⁇ 111> crystal orientation having an angle difference of 15 degrees or less with respect to a direction perpendicular to one plane including the wire center axis is an average area.
  • ⁇ 100> crystal orientation in which the angle difference is 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to one plane including the wire center axis among the crystal orientations of the wire surface.
  • Existence ratio X + Y> Z where Y is the abundance ratio of the ⁇ 110> crystal orientation and Z is the abundance ratio of the ⁇ 111> crystal orientation, and one plane including the wire center axis among the crystal orientations on the wire surface. Since the abundance ratio of the ⁇ 121> crystal orientation and the ⁇ 123> crystal orientation having an angle difference of 15 degrees or less with respect to the direction perpendicular to the direction is less than 15% in the average area ratio, the loop goes straight after the resin sealing. With respect to the properties, particularly excellent evaluation results were obtained.
  • Example No. Reference numerals 2 to 8, 10, and 12 to 87 denote Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, which have an average crystal grain size of 0.4 ⁇ m or more and 2.1 ⁇ m or less in a cross section perpendicular to the central axis of the wire. Excellent evaluation results were obtained for the part damage.
  • Example No. Numerals 5 to 12, 14, 16 to 75 denote Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, in which the crystal orientation in a cross section parallel to the wire center axis has an angle difference of 15 degrees or less with respect to the wire center axis. Since the sum of the abundance ratios of the ⁇ 111> crystal orientation and the ⁇ 100> crystal orientation is 25% or more and less than 60% in average area ratio, excellent evaluation results were obtained with respect to neck damage during low loop. .
  • Example No. 24 to 30, 38 to 46, 48, 49, 51 to 55, 57 to 63, and 71 to 74 are Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, each of which includes at least one of Ni, Pd, Pt, and Au. Since it contained 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less and the balance was Cu and unavoidable impurities, excellent evaluation results were obtained with respect to the life of the ball joint in the high-temperature storage test.
  • Example No. Reference numerals 50 to 54, 60 to 70, and 72 to 74 denote Cu alloy bonding wires for semiconductor devices, each containing at least one of P, In, Ga, Ge, and Ag in a total amount of 0.001% by mass to 0.75% by mass. % Or less, excellent evaluation results were obtained for the ball compression shape.

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Abstract

高密度ＬＳＩ用途における要求性能を満たすことができる半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤを提供することを目的とする。本発明に係る半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤは、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であることを特徴とする。

Description

半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ
　本発明は、半導体素子上の電極と外部リード等の回路配線基板を接続するために利用される半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤに関する。
　現在、半導体素子上の電極と外部リードとの間を接合する半導体装置用ボンディングワイヤ（以下、ボンディングワイヤ）として、直径が１５～５０μｍ程度の細線が主に使用されている。ボンディングワイヤの接合方法は、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、ボンディング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等が用いられる。ボンディングワイヤの接合プロセスは、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（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ　Ａｉｒ　Ｂａｌｌ）を形成した後に、１５０～３００℃の範囲内で加熱した半導体素子の電極上にこのボール部を圧着接合（以下、ボール接合）し、次にキャピラリからワイヤを繰り出しながらループを形成した後、外部リード側の電極にワイヤ部を圧着接合（以下、ウェッジ接合）することで完了する。
　ボンディングワイヤの材料は、これまで金（Ａｕ）が主流であったが、近年では銅（Ｃｕ）への代替が進んでいる。Ｃｕを用いたボンディングワイヤは、Ｃｕの表面にＰｄやＡｕ等の被覆層を有するもの（以下、被覆Ｃｕワイヤ）と被覆層を有さないもの（以下、ベアＣｕワイヤ）に大別される。被覆Ｃｕワイヤは、被覆層を設けることでＣｕの酸化を抑制し、接合性などの使用性能を向上させた点が特徴であり、高密度ＬＳＩを中心に使用されている。一方、ベアＣｕワイヤは、安価である利点を活かして、比較的要求性能の低いパワーデバイス用途を中心に使用されている。最近では、ベアＣｕワイヤの特性を向上させることにより、最先端の高密度ＬＳＩにもベアＣｕワイヤを適用しようとする試みがなされている。
　しかしながら、ベアＣｕワイヤを最先端の高密度ＬＳＩに適用するためには改善すべき課題があった。その課題がループ直進性である。高密度ＬＳＩでは、実装の高密度化にともなう電極の小型化、狭ピッチ化が進んでいる。こうした実装の高密度化に対応するため、ボンディングワイヤを短い間隔で配線する技術が求められている。このとき、ループ部分が傾いたり、湾曲してしまうと隣接するワイヤ同士が接触して、短絡等の不良が発生してしまう。したがって、高密度ＬＳＩに用いるボンディングワイヤには、高いループ直進性が要求されている。ベアＣｕワイヤの場合、ウェッジ接合部の接合強度を得るために、超音波の出力を高くする傾向にあるが、超音波の影響を受けてループが湾曲してしまうことがあった。ベアＣｕワイヤのウェッジ接合では、キャピラリでワイヤを押し付けている間、スクラブと呼ばれるステージを低周波で振動させる動作を併用することが多い。スクラブはワイヤの変形を促進し、ウェッジ接合部の接合強度の改善に対して有効であるが、スクラブの振動によってループが湾曲して直進性が低下してしまうことがあった。また、高密度ＬＳＩで使用されるボンディングワイヤの直径は２５μｍ以下の細い線径が主流であるが、線径が細くなるにしたがって、ループ部分の強度は低くなるため、ループ直進性を確保することがより困難となっていた。
　特許文献１には、導電性金属からなる芯材と、前記芯材の上に該芯材とは異なる金属を主成分とする表皮層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤであって、表皮層の表面における結晶粒の平均サイズの、ワイヤ長手方向／円周方向のアスペクト比が３以上であることを特徴とするボンディングワイヤが開示されており、通常条件の３ｍｍスパンにおいて、ループの直進性が良好であることが述べられている。
　特許文献２には、導電性金属からなる芯材と、前記芯材の上に芯材とは異なる金属を主成分とする表皮層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面における前記表皮層結晶粒のワイヤ円周方向の平均サイズａと、ワイヤ軸に垂直方向の断面である垂直断面における前記芯材結晶粒の平均サイズｂとの関係について、ａ／ｂ≦０．７であることを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤが開示されており、ボ－ル直上部のワイヤ倒れ（リーニング性）を改善できることが述べられている。
特開２０１１－９１４０４号公報 国際公開第２００９／０９３５５４号
　図１はループ直進性が高い場合、図２Ａ，Ｂはループ直進性が低い場合を模式的に示した図である。この模式図はループ部分を真上から観察したものである。ループ直進性が高いループ１は、ループ部分に傾きや湾曲がなく、直線もしくは直線に近い形状となる。一方、ループ直進性が低い場合、例えばループ２のようにループ全体が一方向に傾いたり、ループ３のようにループの一部が左右に湾曲した形状となることが多い。
　特許文献１、特許文献２は、いずれも導電性金属からなる芯材と、前記芯材の上に該芯材とは異なる金属を主成分とする表皮層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤに関する技術である。この技術は、被覆構造を前提としており、ベアＣｕワイヤに対して、この技術が有効であるかは明らかではなかった。そこで、発明者らは、ベアＣｕワイヤにこれらの技術を用いてベアＣｕワイヤのループ直進性が改善し、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足できるか否かを調べた。
　特許文献１を参考にして、ベアＣｕワイヤの表面における結晶粒の平均サイズのワイヤ長手方向／円周方向のアスペクト比が３以上とすることでループ直進性が改善できるか否かを検証した。ワイヤの表面における結晶粒の平均サイズのワイヤ長手方向／円周方向のアスペクト比が３以上であるベアＣｕワイヤを試作し、ループ直進性を評価した結果、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足することができなかった。この結果から、特許文献１に開示されている技術を参考にして、ベアＣｕワイヤの表面における結晶粒径の平均サイズを制御しても、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足することができないことが明らかとなった。
　特許文献２を参考にして、ベアＣｕワイヤの表面における結晶粒のワイヤ円周方向の平均サイズａと、ワイヤ軸に垂直方向の断面である垂直断面における結晶粒の平均サイズｂとの関係が、ａ／ｂ≦０．７とすることでループ直進性が改善できるか否かを検証した。ワイヤの表面における結晶粒のワイヤ円周方向の平均サイズａと、ワイヤ軸に垂直方向の断面である垂直断面における結晶粒の平均サイズｂとの関係が、ａ／ｂ≦０．７であるベアＣｕワイヤを試作し、ループ直進性を評価した結果、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足することができなかった。この結果から、特許文献２に開示されている技術を参考にして、ベアＣｕワイヤの表面における結晶粒の平均サイズを制御しても、高密度ＬＳＩに求められるループ直進性を満足することができないことが明らかとなった。
　このように、特許文献１、特許文献２に開示された技術を参考にし、ベアＣｕワイヤに適用しても、最先端の高密度ＬＳＩに適用するために必要なループ直進性を満足することはできなかった。
　半導体素子と配線基板をボンディングワイヤで接続した後は、衝撃や温度、湿度等から保護するため周囲を樹脂で封止する。樹脂封止の方法は、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いたトランスファー成形が主流となっている。トランスファー成形では、まず熱硬化性樹脂を１６０～１９０℃に加熱された金型内に装填し低粘度化させる。その後、リードフレームや樹脂基板を固定した金型内に樹脂を流し込み、目的とする形状に成形する。さらに金型内で数分間加熱し、最終的に樹脂を硬化させて成形が完了する。高密度ＬＳＩにおいて樹脂封止工程で問題となるのが、樹脂を金型内に流し込む際のループ部分の変形である。トランスファー成形では、基板の表面に沿って樹脂が流れていくため、樹脂がループ部分と接触し、ループ部分が変形するためループ直進性が失われ易い。このように、ベアＣｕワイヤを最先端の高密度ＬＳＩに適用するためには、樹脂封止工程において、ループ部分の変形をできる限り抑制し、高いループ直進性を維持する技術が求められていた。
　ループ部分のうちボール直上の曲折部をネック部と称す。ネック部は、その他のループ部に比べて大きな曲げ変形を伴うため、曲げ変形に耐えられずにき裂などの損傷が発生する課題があった。最先端の高密度ＬＳＩにベアＣｕワイヤを適用するためには、ネック部の損傷を低減する技術が求められていた。
　最先端の高密度ＬＳＩでは、半導体製品の薄型化にともなって、ループ高さを低くすること（低ループ化）が要求されている。低ループ化のためには、ネック部を従来よりも大きく屈曲させる必要がある。このとき、ネック部には通常のループ高さの場合に比べて大きな負荷が掛かるため、ネック部の損傷がより起こり易い課題があった。したがって、最先端の高密度ＬＳＩにベアＣｕワイヤを適用するためには、低ループ化してもネック部の損傷を低減する技術が求められていた。
　最先端の高密度ＬＳＩでは、長時間使用しても、故障が発生せずに動作することが要求されている。こうした要求を受けて、ボンディングワイヤの各接合部における長期使用寿命の改善が求められていた。長期使用寿命を評価する方法として、一般に高温放置試験、高温高湿試験、熱サイクル試験などが行われる。最先端の高密度ＬＳＩでは、特に高温放置試験に求められる性能要件が厳しく、２００℃の高温放置試験において５００時間以上の長期使用寿命を満足することが求められている。ベアＣｕワイヤを用いた場合、ボール接合部において、ボールと接合相手のＡｌ電極で剥離が発生し、電気的な接続が失われる課題があった。こうした剥離は、５００時間未満で発生し、最先端の高密度ＬＳＩに要求される性能を満足することができなかった。したがって、最先端の高密度ＬＳＩにベアＣｕワイヤを適用するためには、高温放置試験におけるボール接合部の寿命(以下、ボール接合部寿命)を改善する技術が求められていた。
　最先端の高密度ＬＳＩでは、半導体素子上の電極の小型化が進んでいる。こうした電極の小型化に対応するため、ボール接合を行う際のボール変形挙動を制御する技術が求められている。ベアＣｕワイヤで課題となるのが、ボール接合時にボールの圧着形状(以下、ボール圧着形状)が花弁状に変形する不良である。こうした不良が発生すると、変形したボールの一部が電極外にはみ出し、隣接する電極に接触し短絡等を引き起こす原因となる。したがって、最先端の高密度ＬＳＩにベアＣｕワイヤを適用するためには、ボール圧着形状を電極の直上から観察した際に真円に近い形状に制御する技術が求められていた。
　本発明は、高密度ＬＳＩ用途における要求性能を満たすことができる半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤを提供することを目的とする。
　本発明に係る半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤは、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であることを特徴とする。
　本発明によれば、ループ直進性を改善できるので、高密度ＬＳＩ用途における要求性能を満たすことができる。
ループ直進性が高い場合のループ部分を真上からみた模式図である。 ループ直進性が低い場合のループ部分を真上からみた模式図であり、図２Ａは一方向に曲がった状態、図２Ｂは左右に曲がった状態の図である。 測定領域の説明に供する斜視図である。
　本実施形態のボンディングワイヤは、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であることを特徴とする。
　（ボンディングワイヤ表面の結晶方位の決定方法）
　本明細書におけるボンディングワイヤ表面の結晶方位の測定方法について説明する。本明細書において、ワイヤ表面の結晶方位とは、ワイヤ表面に存在するＣｕおよびＣｕを主体とする合金部分の結晶方位と定義する。ワイヤ表面の結晶方位の測定には、ＳＥＭに備え付けた、後方散乱電子線回折（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法を利用することができる。ＥＢＳＤ法は、試料に電子線を照射したときに発生する反射電子の回折パターンを検出器面上に投影し、その回折パターンを解析することによって、各測定点の結晶方位を決定する手法である。ＥＢＳＤ法によって得られたデータの解析には専用ソフト（ＴＳＬソリューションズ製　ＯＩＭ　ａｎａｌｙｓｉｓ等）を用いることができる。本実施形態では、ボンディングワイヤを試料台に固定し、一方向からワイヤ表面に電子線を照射させて、結晶方位のデータを取得する。この方法を用いることにより、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対する結晶方位と、ワイヤ中心軸方向に対する結晶方位を決定することができる。
　例として、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して＜１００＞結晶方位の存在比率を算出する方法について説明する。＜１００＞結晶方位の存在比率は、ＥＢＳＤ法による測定領域の面積に対して、前記方法により決定した＜１００＞結晶方位が占める面積の比率とする。
　本明細書において、＜１００＞結晶方位とは、図３に示すように、ワイヤ表面の＜１００＞結晶方位のうちワイヤ中心軸ｘを含む１つの平面Ｐに垂直な方向ｙに対して角度差が１５度以下のものと定義する。これは、前記角度差が１５度以下であれば、ボンディングワイヤの特性改善に有利な効果が得られるためである。ボンディングワイヤのワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸ｘ方向に対して＜１１０＞結晶方位と＜１１１＞結晶方位の存在比率についても、同様の方法を用いて算出することができる。
　本明細書において、特定の結晶方位の存在比率の値には平均面積率を用いる。平均面積率は、ＥＢＳＤ法によって少なくとも１０箇所以上を測定して得られた存在比率の各値の算術平均とする。測定箇所の選択にあたっては、測定データの客観性を確保することが好ましい。その方法として、測定対象のボンディングワイヤから、測定用の試料をボンディングワイヤのワイヤ中心軸ｘ方向に対して３～５ｍ間隔で取得し、測定に供することが好ましい。測定領域Ａは、ＳＥＭの画像上において、円周方向の長さＷがワイヤの直径の２５％以下、ワイヤ中心軸ｘ方向の長さＬが４０μｍ～１００μｍであることが好ましい。
　ＥＢＳＤ法により求めたワイヤ表面の結晶方位の存在比率は、本実施形態の作用効果であるループ直進性の改善効果と相関が強いことを確認した。ここで、ワイヤ表面は曲面であり、ワイヤの頂点（試料台に固定したワイヤの円周方向に対して最も高い位置）から円周方向に向かうにつれて、ワイヤ表面に垂直な方位からのずれが生じるが、上記方法による測定データが、ループ直進性の改善効果を示す実態と整合していると言える。これは、測定領域Ａの長さＷがワイヤの直径の少なくとも２５％以下であれば、曲面を有するワイヤ表面のＥＢＳＤの測定領域内において、円周方向に対するワイヤ表面に垂直な方位のずれを許容でき、ループ直進性の改善効果が得られるためである。ワイヤ中心軸ｘ方向に対して測定領域Ａに下限を設ける理由は、長さＬが４０μｍ以上であれば測定データが試料の特性を十分に反映していると判断したためである。ワイヤ中心軸ｘ方向に対して測定領域Ａに上限を設ける理由は、長さＬが１００μｍ以下であれば解析を効率的に行うことができるためである。
　ボンディングワイヤの表面には銅酸化膜や意図せず付着した不純物が存在する場合がある。不純物としては、有機物、硫黄、窒素やその化合物などが挙げられる。これらが存在する場合も、その厚さが薄い場合や存在量が少ない場合には、ＥＢＳＤ法の測定条件を適正化することにより、ボンディングワイヤ表面の結晶方位が測定可能である。ボンディングワイヤ表面の銅酸化膜が厚い場合や不純物の付着量が多い場合には、ＣｕおよびＣｕ合金部分の結晶方位が測定できないことがある。この場合には、ＥＢＳＤ法を用いて測定を行う前に、アルカリ脱脂や酸洗浄、イオンスパッタ等によって、ボンディングワイヤの表面を処理することが有効である。
　（ボンディングワイヤのワイヤ中心軸に対して垂直な断面の平均結晶粒径の測定方法）
　本明細書におけるボンディングワイヤのワイヤ中心軸に対して垂直な断面の平均結晶粒径の測定方法について説明する。平均結晶粒径の測定には、ＥＢＳＤ法を用いることができる。結晶粒径は、ＥＢＳＤ法によって測定した方位差が１５度以上の結晶粒界に囲まれた領域の面積から算出した円相当径と定義する。平均結晶粒径には、無作為に抽出したボンディングワイヤ５本について測定した結晶粒径の値の算術平均の値を用いる。ワイヤ中心軸に対して垂直な断面を露出させる方法としては、ボンディングワイヤを樹脂に埋め込んでから機械研磨する方法や、Ａｒイオンビームによって加工する方法を用いることができる。
　（ボンディングワイヤに含まれる元素の濃度分析方法）
　ボンディングワイヤに含まれる元素の濃度分析には、ＩＣＰ発光分光分析装置等を利用することができる。ボンディングワイヤの表面に炭素、硫黄などの汚染物の濃度が高い場合には、解析を行う前にボンディングワイヤの表面から１～２ｎｍの領域をスパッタ等で除去してから濃度分析を行っても良い。その他の方法として、酸洗浄を用いる方法も有効である。
　（ループ直進性の改善効果）
　発明者らは、ループ直進性の支配因子を調査した結果、ワイヤ表面の結晶方位と相関が認められることを見出した。具体的には、ワイヤ表面に特定の結晶方位が強く配向すると、特定の方向にループ全体が傾いたり、ループの一部が湾曲してしまっていた。この理由として、ワイヤ表面の塑性異方性が大きくなり、ループ部分に負荷がかかった際に、特定の方向に変形しやすいこと等が考えられる。このループ直進性の推定低下機構をもとに、発明者らはループ直進性の改善方法を鋭意検討した。その結果、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率とループ直進性の間に強い相関があり、これらの結晶方位の存在比率を適正な範囲に制御することにより、ループ直進性を改善する効果が得られることを見出した。具体的には、本実施形態のボンディングワイヤを用いて接合を１００回実施し、ループを光学顕微鏡によって観察した結果、ループ全体が傾いたり、ループの一部が湾曲している場所が著しく減少し、高いループ直進性が得られていることを確認した。
　前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率のうち、１つ以上の結晶方位の存在比率が平均面積率で５％未満、もしくは２５％以上の場合は、特定の方向にループが傾いてしまう場合がある。上記存在比率が平均面積率で３％未満、もしくは２７％以上の場合は、特定の方向にループが傾いてしまい、ループ直進性の改善効果が不十分であるため実用に適さない。これは、前記結晶方位のうち、ある結晶方位が強く配向することで、ループ部分のワイヤ表面の塑性異方性が大きくなったことが影響していると考えられる。
　（樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果の改善）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、１５％以上５０％未満であることが好ましい。これにより、樹脂封止工程を経た後も高いループ直進性を維持する効果が得られる。具体的には、ボンディングワイヤを接合後、トランスファー成形により樹脂封止し、軟Ｘ線装置を用いてループを観察した結果、高いループ直進性が維持されていることを確認した。これは、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満とすることに加えて、これらの結晶方位の存在比率の合計を適正な範囲に制御することで、ループ部分の塑性異方性を低減する効果を相乗的に高めることができ、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果が高められたためと考えられる。
　前記存在比率の合計が１５％未満の場合、或いは５０％以上の場合は、樹脂封止後に高いループ直進性を維持する効果が十分ではなかった。前記存在比率の合計が１５％未満の場合、＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位以外の結晶方位が優先的に成長する場合があり、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果を安定的に高めることができなかったと考えられる。前記存在比率の合計が５０％以上の場合は、＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位が支配的となるため、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果を十分に高めることができなかったと考えられる。
　（樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果の大きな改善）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚであることが好ましい。これにより、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果がさらに高められる。この理由として、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満とすること、これらの結晶方位の存在比率の合計を、１５％以上５０％未満とすることに加えて、前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚの関係を満足することによって、ループ部分の塑性異方性を更に低減することができ、ループ直進性を改善する効果が相乗的に高められたためと推定される。明確な理由は明らかではないが、前記＜１１０＞結晶方位と＜１１０＞結晶方位の合計存在比率の方が、前記＜１１１＞結晶方位の存在比率に比べて、ループ部分の異方性を低減させる効果が高いためと考えられる。
　前記Ｘ、Ｙ、Ｚが、Ｘ＋Ｙ≦Ｚである場合は、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果がさらに高められることは少ない。
　（樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果のより大きな改善）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率が、平均面積率でそれぞれ１５％未満であることが好ましい。これにより、樹脂封止後も高いループ直進性を維持する効果がより大きく高められる。この理由として、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満とすること、これらの結晶方位の存在比率の合計を、１５％以上５０％未満とすること、前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚの関係を満足することに加えて、前記＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率をそれぞれ１５％未満とすることによって、ループ部分の塑性異方性を更に低減することができ、樹脂封止後もループ直進性を維持する効果が相乗的に高められたためと推定される。
　前記＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率が１５％以上の場合には、ループ部分の塑性異方性を更に低減する効果が不十分であり、樹脂封止工程を経た後も高いループ直進性を維持する効果がより大きく改善する効果は不十分である。
　（ネック部損傷の低減）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ中心軸に対して垂直な断面における平均結晶粒径が０．４μｍ以上２．１μｍ以下であることが好ましい。これにより、ネック部の損傷を低減することができる。これは、平均結晶粒径を０．４μｍ以上２．１μｍ以下としたことによって、ネック部の損傷の原因となる曲げ変形に対する塑性変形能が適正な範囲に制御されたためと考えられる。ネック部は、ボール形成の際にアーク入熱の影響を受けた部分（以下、熱影響部）に相当する。熱影響部の結晶粒径は、アーク入熱によって粗大化するが、ボンディングワイヤの平均結晶粒径を予め制御することによって、ネック部の結晶粒径の制御に有効であったと考えられる。
　前記平均結晶粒径が０．４μｍ未満の場合、或いは２．１μｍよりも大きい場合は、ネック部損傷の低減効果が十分ではない。前記平均結晶粒径が０．４μｍ未満の場合は、ネック部の曲げ部分にき裂の発生が認められた。これは、ネック部の平均結晶粒径が微細化して、曲げ変形に対する変形抵抗が高くなりすぎたこと等が原因と考えられる。前記平均結晶粒径が２．１μｍよりも大きい場合は、ネック部が過剰に変形してワイヤが折れる等の損傷が認められた。これは、ネック部の平均結晶粒径が粗大化して、曲げ変形に対する変形抵抗が不足したこと等が原因と考えられる。
　（低ループ形成時のネック部損傷の低減）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位のうち、ワイヤ中心軸方向に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で２５％以上６０％未満であることが好ましい。これにより、低ループ形成時においてもネック部分の損傷を低減する効果を得ることができる。これは、明確な理由は明らかではないが、前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位がネック部の曲げ変形に対する変形能の制御に対する影響が大きく、これらの存在比率の合計を適正に制御することで、ネック部の曲げ変形に対する塑性変形能を適正に制御できたためと考えられる。
　前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で２５％未満の場合、或いは６０％以上の場合は、低ループ時のネック部損傷を抑制する効果が十分ではない。前記存在比率の合計が２５％未満の場合、ネック部が過剰に変形してワイヤが折れ曲がる等の損傷が認められた。これは、曲げ変形に対する変形抵抗が不足したこと等が原因と考えられる。前記存在比率の合計が６０％以上の場合は、ネック部の曲げ部分にき裂の発生が認められた。これは、曲げ変形に対する変形抵抗が高くなりすぎたこと等が原因と考えられる。
　（高温放置試験におけるボール接合部寿命の改善）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの１種以上を総計で０．０１質量％以上１．５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であることが好ましい。これにより、２００℃の高温放置試験におけるボール接合部寿命を５００時間以上に改善することができる。この理由は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｕがボールとＡｌ電極の界面における剥離発生の原因となるＣｕ－Ａｌ系金属間化合物の成長速度を低下させる効果等によるものと考えられる。前記元素の濃度が０．０１質量％未満の場合は、２００℃の高温放置試験におけるボール接合部寿命を改善する効果が十分ではない。前記元素の濃度が１．５質量％を超える場合は、ボールの硬度が上昇して、金属間化合物の形成が不均一になるため、２００℃の高温放置試験におけるボール接合部寿命の改善効果が十分ではない。
　（ボール圧着形状不良の抑制）
　本実施形態のボンディングワイヤは、さらにＰ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇの１種以上を総計で０．００１質量％以上０．７５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であることが好ましい。これにより、ボール圧着形状が、花弁状となる不良を抑制する効果が得られる。このような効果が得られた理由は、ボールを構成する結晶粒が微細化されて、等方的な変形が促進されたためと推定される。前記濃度が０．００１質量％未満の場合は、結晶粒を微細化する効果が不足するため、上記の効果が十分ではない。前記濃度が０．７５質量％を超えるとボール内部での元素の偏析が顕著になり、ボールを構成する結晶粒のばらつきが増加するため、上記の効果が十分ではない。
　（ボンディングワイヤの製造方法）
　本実施形態の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法について説明する。
　（銅合金の作製方法）
　まず、Ｃｕの純度が４Ｎ～６Ｎ（Ｃｕ濃度：９９．９９質量％以上９９．９９９９質量％以下）である高純度銅を原料とし、添加する元素と一緒に溶解することにより、銅合金のインゴット（鋳塊）を作製する。銅合金作製時には、銅と高純度の添加成分を直接溶解して合金化する方法や、銅に添加元素を３～５質量％程度含有する母合金を予め作製しておき、銅と母合金を溶解して合金化する方法等を用いることができる。母合金を利用する手法は、低濃度で元素分布を均一化する場合に有効である。溶解には、アーク溶解炉、高周波溶解炉等を利用することができる。大気中からのＯ２、Ｈ２等のガスの混入を防ぐために、真空雰囲気あるいはＡｒやＮ２等の不活性雰囲気中で溶解を行うことが好ましい。インゴットの表面は、酸化物や汚れを除去するために酸洗浄、アルコール洗浄を行い、その後乾燥させることが好ましい。
　（加工、熱処理方法）
　製造した銅合金のインゴットは、まず圧延や鍛造加工により線状に加工する。次いで、引抜加工により製品となる最終線径まで細く加工していくことが好ましい。引抜加工には、ダイヤモンドコーティングされたダイスを複数個セットできる連続伸線装置を用いることができる。連続伸線の際は、ダイスの磨耗およびワイヤの表面疵の低減を目的として、潤滑液を使用することが好ましい。最終線径に到達する前段階の中間線径では、引抜加工の途中段階で、ひずみ取り等を目的として熱処理を行う。本明細書では、中間線径で行う熱処理を中間熱処理と称す。中間熱処理後のワイヤは製品として使用する最終線径まで引抜加工を行う。本明細書では、中間熱処理を行う線径から最終線径まで引抜加工を行う工程を最終引抜加工と称す。最終線径では、ボンディングワイヤを再結晶させて機械的特性を調整するための熱処理を行う。本明細書では、最終線径で行う熱処理を最終熱処理と称す。中間熱処理および最終熱処理は、ワイヤを連続的に掃引しながら熱処理を行う方法を用いることができる。なお、ボンディングワイヤ表面の酸化をできるだけ抑制する目的から、熱処理時はＡｒガスやＮ２ガスを還流させた不活性雰囲気中で行うことが好ましい。さらに、不活性雰囲気中に、還元性のガス成分としてＨ２を数％含むことも有効である。
　（ワイヤ表面の結晶方位の制御方法）
　ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満に制御する方法の一例について説明する。
　前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を制御するためには、例えば、中間熱処理条件、最終引抜加工条件、最終熱処理条件を制御することが有効である。この理由については、以下のように考えられる。最終引抜加工後の最終熱処理によって、ワイヤ表面では再結晶や粒成長が起こる。ここで、再結晶によってどのような結晶方位を持った結晶粒が生成するのか、どの結晶方位を持った結晶粒がどの程度粒成長するのかは、加工ひずみ量、最終熱処理の温度や時間などの影響を受ける。その一例として、引抜加工によって特定の結晶方位を持つ再結晶核を発生させて、その核を特定の条件で熱処理することによって優先的に成長させる方法が挙げられる。再結晶核の形成に影響を及ぼす因子の一つとして、加工ひずみ量が考えられる。ボンディングワイヤの製造工程で導入される加工ひずみは、圧延や鍛造などでも導入することができるが、加工ひずみ量を安定的に制御するためには、複数の加工工程を組み合わせるよりも最終引抜加工のみで制御することが好ましい。そのためには、中間熱処理を行うことが有効となる。加工ひずみ量は、中間熱処理を回復や再結晶が起こる温度以上で一定時間以上行えば、十分低減することができる。したがって、中間熱処理を適切な線径で行うことによって、最終熱処理を行う段階で蓄積される加工ひずみ量は最終引抜加工によって材料に導入される加工ひずみ量のみを考慮すればよく、結晶方位を安定的に制御することが可能となる。
　このような考え方に基づき、中間熱処理、最終引抜加工、最終熱処理の制御方法について説明する。中間熱処理は、６３０℃以上７５０℃未満で、０．０５秒以上１．５秒未満とすることが有効である。中間熱処理の温度が６３０℃未満の場合や熱処理時間が０．０５秒未満の場合は、加工ひずみ量を低減する効果が十分得られず、前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率を安定して制御することができない。中間熱処理の温度が７５０℃以上の場合や熱処理時間が１．５秒以上の場合は、結晶粒が粗大化して、ワイヤが軟質化し過ぎてしまい、その後の最終引抜加工で断線の発生頻度が増加するため実用に適さない。
　最終引抜加工で導入される加工ひずみ量は、次式で定義される最終引抜加工の加工率と正の相関を持つと考えられる。
Ｐｆ＝｛（Ｒｍ ２－Ｒｆ ２）／Ｒｍ ２｝×１００
Ｐｆ：最終引抜加工の加工率
Ｒｍ：中間熱処理を行ったワイヤの直径（ｍｍ）、Ｒｆ：最終熱処理を行ったワイヤの直径（ｍｍ）
　最終引抜加工の加工率は、５７％以上８７％未満であることが有効である。最終引抜加工の加工率が５７％未満の場合は、前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位のいずれかの存在比率が３％未満となってしまう。これは、最終引抜加工における加工ひずみ量が不足し、上記の結晶方位が成長するために必要な再結晶核の発生が不十分であったこと等が理由と考えられる。最終引抜加工の加工率が８７％以上の場合は、前記＜１１０＞結晶方位が２７％以上となってしまう。これは、最終引抜加工における加工ひずみ量が過剰となり、前記＜１００＞結晶方位の再結晶核が多く発生したこと等が理由と考えられる。
　最終熱処理は、６６０℃以上７５０℃未満、０．０５秒以上１．５秒未満とすることが有効である。最終熱処理の温度が６８０℃未満の場合や熱処理時間が０．０５秒未満の場合は、前記＜１１０＞結晶方位の存在比率が２７％以上となってしまう。最終熱処理の温度が７５０℃以上の場合や熱処理時間が１．５秒以上の場合は、ワイヤが軟質化し過ぎてしまい十分なワイヤ接合性が得られない。
　続いて、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計を、１５％以上５０％未満に制御する方法の一例について説明する。前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計を制御するためには、最終引抜加工と最終熱処理の間に特定の条件で第一最終前熱処理を行うことが有効である。すなわち、ワイヤの製造工程は、順番に中間熱処理、最終引抜加工、第一最終前熱処理、最終熱処理とすることが有効である。
　第一最終前熱処理は、５５０℃以上６８０℃未満で、０．０５秒以上０．５秒未満とすることが有効である。これは、第一最終前熱処理を適正な条件範囲で行うことにより、最終熱処理で形成される結晶方位の存在比率を制御できるためである。第一最終前熱処理の温度が５５０℃未満の場合や熱処理時間が０．０５秒未満の場合は、前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が５０％以上となってしまう。第一熱処理の温度が６８０℃以上の場合や熱処理時間が０．５秒以上の場合は、前記＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が１５％未満となってしまう。
　続いて、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚの関係を満足するようにＸ、Ｙ、Ｚを制御する方法の一例について説明する。前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚを満足するためには、最終引抜加工と第一最終前熱処理の間に特定の条件で第二最終前熱処理を行うことが有効である。すなわち、ワイヤの製造工程は、順番に中間熱処理、最終引抜加工、第二最終前熱処理、第一最終前熱処理、最終熱処理とすることが有効である。
　第二最終前熱処理は、４５０℃以上５５０℃未満、０．０５秒以上０．５秒未満とすることが有効である。これは、第二最終前熱処理を適正な条件範囲で行うことにより、最終熱処理によって前記＜１００＞結晶方位と＜１１０＞結晶方位が増加し、結果としてＸ＋Ｙの値が増加するためである。第二最終前熱処理の温度が４５０℃未満の場合や熱処理時間が０．０５秒未満の場合は、前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚを満足することができない。これはＸ＋Ｙの値を増加させる効果が得られないためであると考えられる。第二最終前熱処理の温度が５５０℃以上、０．５秒以上の場合もまた、前記Ｘ、Ｙ、ＺがＸ＋Ｙ＞Ｚを満足することができない。これは、前記＜１１１＞結晶方位が、＜１００＞結晶方位や＜１１０＞結晶方位に比べて、成長しやすいためと考えられる。
　続いて、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率を、平均面積率でそれぞれ１５％未満に制御する方法の一例を示す。前記＜１２１＞結晶方位と＜１２３＞結晶方位の存在比率を、平均面積率でそれぞれ１５％未満に制御するためには、最終熱処理工程においてＡｒガスを還流させた還流炉内でワイヤを送りながら焼鈍することが有効である。これは、熱伝導率が比較的低いＡｒガスを還流しながら熱処理を行うことにより、ワイヤの冷却速度が遅くなり、前記＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の成長が抑制されたことが原因と考えられる。最終熱処理工程において、Ａｒ以外の不活性ガスとして、Ｎ２がコストや安全性の観点から有望であるが、Ａｒガスよりも熱伝導率が高いため、前記＜１２１＞結晶方位と＜１２３＞結晶方位の存在比率を、平均面積率でそれぞれ１５％未満に制御する効果は得られない。
　続いて、ワイヤ中心軸に対して垂直な断面における平均結晶粒径が０．４μｍ以上２．１μｍ以下に制御する方法の一例を示す。前記平均結晶粒径を、０．４μｍ以上２．１μｍ以下に制御するためには、最終引抜加工時のワイヤ送り速度を７５０ｍ／ｍｉｎ以上１２００ｍ／ｍｉｎ以下とすることが有効である。これは、最終引抜加工のワイヤ送り速度を特定の範囲に設定することで、加工ひずみ量が制御でき、その後の最終熱処理工程における再結晶挙動や粒成長挙動が変化したためと考えられる。最終引抜加工時のワイヤ送り速度が７５０ｍ／ｍｉｎ未満の場合は、前記平均結晶粒径が２．１μｍよりも大きくなってしまう。これは、材料内部に蓄積される加工ひずみ量が少なかったことが原因と考えられる。最終引抜加工時のワイヤ送り速度が１２００ｍ／ｍｉｎよりも大きい場合は、前記平均結晶粒径が０．４μｍ未満となってしまう。
　続いて、ワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位のうち、ワイヤ中心軸に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計を、平均面積率で２５％以上６０％未満に制御する方法の一例を示す。前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計を、平均面積率で２５％以上６０％未満に制御するためには、最終引抜加工時のダイス１個あたりの加工率を１８％以上２１％未満とすることが有効である。これは、ダイス１個あたりの加工率を変化させることによって、ワイヤ表面のワイヤ中心軸方向の結晶方位の発達に係るダイスとワイヤの界面に発生する摩擦力を制御することができるためと考えられる。ここで、ダイス１個あたりの加工率とは、加工前のワイヤのワイヤ中心軸に対して垂直な方向の断面積に対する、加工によって減少したワイヤの前記方向の面積の比率を、百分率で表したものである。ダイス１個あたりの加工率が１８％未満の場合は、前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が２５％未満となってしまう。ダイス１個あたりの加工率が２１％以上の場合は、前記＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が６０％以上となってしまう。
　続いて、ボンディングワイヤにＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇを添加する方法の一例を示す。銅に合金元素を添加して合金化する場合には、銅と高純度の添加成分を直接溶解して合金化する方法と、銅に添加元素を３～５質量％程度含有する母合金を予め作製しておき、銅と母合金を溶解して合金化する方法などを用いることができる。母合金を利用する手法は、低濃度で元素分布を均一化する場合に有効である。
　ボンディングワイヤの作製方法について説明する。原材料となるＣｕは純度が９９．９９質量％以上で残部が不可避不純物からなるものを用いた。ボンディングワイヤが、添加元素としてＮｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｇを含む場合には、Ｃｕとこれらの元素を高周波溶解炉によって溶解させ合金化した。不可避不純物元素以外の添加元素の合計の狙い濃度が０．５質量％未満の場合には、添加元素を高濃度で含んだＣｕ合金を使用して、目的とする濃度の合金を製造した。溶解時の雰囲気は、酸素等の不純物の混入を防ぐためＡｒ雰囲気とした。溶解で製造したインゴットの形状は、直径が約５ｍｍの円柱状とした。
　その後、インゴットに対して、鍛造加工、引抜加工を行い、中間線径のワイヤを作製した。中間線径のワイヤの線径は、最終線径から逆算して、最終引抜加工の加工率が５７％以上８７％未満となる線径とした。その後、中間線径のワイヤに対して、中間熱処理を６３０℃以上７５０℃未満、０．０５秒以上１．５秒未満の条件で行った。続いて、最終引抜加工を、引抜加工率が５７％以上８７％未満となる条件で行い、Φ２０μｍの線径のワイヤを製造した。その後、最終熱処理を６６０℃以上７５０℃未満、０．０５秒以上１．５秒未満の条件で行った。また、一部のサンプルに関しては、最終熱処理の前に、第一最終前熱処理、第二最終前熱処理を実施した。第一最終前熱処理の条件は、５５０℃以上６８０℃未満、０．０５秒以上０．５秒未満とした。第二最終前熱処理の条件は、４５０℃以上５５０℃未満、０．０５秒以上０．５秒未満とした。最終熱処理時の雰囲気はＡｒ雰囲気、もしくはＮ２雰囲気とした。最終引抜加工時のワイヤ送り速度は６００ｍ／ｍｉｎ以上１３００ｍ／ｍｉｎ以下の範囲で変化させた。最終引抜加工時のダイス１個あたりの加工率は、１６％以上２３％以下の範囲で変化させた。
　（評価方法：ボンディングワイヤに含まれる元素の濃度分析）
　本実施形態のボンディングワイヤに含まれる元素の濃度分析には、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いた。
　（評価方法：ワイヤ表面の結晶方位解析）
　本実施形態のボンディングワイヤのワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位、＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率は、ＥＢＳＤ法によって測定したデータから算出した。前記存在比率は、ワイヤを約３ｍ間隔で５本取得して測定した値の平均値とした。測定領域は、円周方向に対し５μｍ（ワイヤ直径の２５％）、ワイヤ中心軸方向に対し４０μｍの直線に囲まれる領域とした。さらに前記測定領域は、試料台に固定したサンプルの円周方向に対して最も高い位置が含まれる領域とした。
　（評価方法：ワイヤ中心軸に垂直な断面における平均結晶粒径解析）
　本実施形態のボンディングワイヤのワイヤ中心軸に垂直な断面における平均結晶粒径は、ワイヤ断面をＡｒイオンビームで加工して露出させた後、ＥＢＳＤ法によって測定したデータから算出した。ワイヤを約３ｍ間隔で５本取得して、各ワイヤを測定した値の平均値とした。測定領域は、ワイヤ中心軸に垂直な断面がすべて含まれる領域とした。
　（評価方法：ワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位解析）
　本実施形態のワイヤ中心軸に平行な方向の断面におけるボンディングワイヤのワイヤ中心軸方向に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計は、ワイヤ断面をＡｒイオンビームで加工して露出させた後、ＥＢＳＤ法によって測定したデータから算出した。前記存在比率の合計は、ワイヤを約３ｍ間隔で１０本取得して、各ワイヤを測定した値の平均値とした。測定領域は、ワイヤ中心軸方向が８０μｍ、直径方向が２０μｍの長方形の領域とした。さらに前記測定領域は、直径方向に対してワイヤの両端が含まれる領域とした。
　（ループ直進性の評価方法）
　ループ直進性は、ボンディングワイヤを接合した際に、直進性が低いループが発生した頻度によって評価した。ループ部分の観察には光学顕微鏡を用いた。ループ長さは７．０ｍｍ、ループ高さは０．２ｍｍとした。ループの直上からループ部分を観察し、ボール接合部とワイヤ接合部を直線で結んだ位置からループ部分までの距離が最も離れている場所で１０μｍ以上離れていればループ直進性が低いと判定した。２００本のボンディングワイヤのループを観察し、直進性の低いループが５本以上あれば不良と判断し－１点、直進性が低いループが３本以上５本未満であれば不良は発生するものの許容範囲内であり、実用上使用可能と判断し０点とした。直進性が低いループが２本以下であれば実用上問題がないと判断し１点とした。評価結果は、表２の「ループ直進性」の欄に表記した。－１点が不合格、０点及び１点は合格である。
　（樹脂封止後のループ直進性の評価方法）
　樹脂封止後のループ直進性は、ボンディングワイヤを接合した後、汎用のモールド樹脂で封止した際に、直進性が低いループが発生した頻度によって評価した。ループ部分の観察には軟Ｘ線装置を用いた。ループ長さは７.０ｍｍ、ループ高さは０．２ｍｍとした。ループの直上からループ部分を観察し、ボール接合部とワイヤ接合部を直線で結んだ位置からループ部分までの距離が最も離れている場所で１５μｍ以上離れていれば直進性が低いと判定した。２００本のボンディングワイヤのループを観察し、直進性が低いループが６本以上あれば不良と判断し－１点、４本以上６本未満であれば不良は発生するものの許容範囲内であり、実用上使用可能と判断し０点とした。直進性が低いループが３本であれば実用上問題がないと判断し１点、２本であれば優れていると判断し２点、１本であればさらに優れていると判断し３点、全て直進性が高かった場合は、特に優れていると判断し４点とした。評価結果は、表２の「樹脂封止後のループ直進性」の欄に表記した。－１点が不合格、それ以外は合格である。
　（ネック部損傷の評価方法）
　ネック部損傷は、ボンディングワイヤを接合後、ネック部分を観察して、損傷が発生した箇所の数によって評価した。ループ長さは７．０ｍｍ、ループ高さは０．２ｍｍ、ループ形状は台形形状とした。接合した２００本のボンディングワイヤのネック部分を走査型電子顕微鏡で観察し、損傷が発生した箇所が２箇所以上あれば不良と判断し０点と表記した。損傷が発生した箇所が１箇所であれば実用上問題がないと判断し１点、不良が全く発生しなければ優れていると判断し２点と表記した。評価結果は、表２の「ネック部損傷」の欄に表記した。０点が不合格、それ以外は合格である。
　（低ループ時のネック部損傷の評価方法）
　低ループ時のネック部損傷の評価では、ループ高さを通常よりも低い０．１ｍｍとし、前記ネック部損傷の評価方法と同様の方法を用いた。接合した２００本のボンディングワイヤのネック部分を走査型電子顕微鏡で観察し、損傷が発生した箇所が２箇所以上あれば不良と判断し０点と表記した。損傷が発生した箇所が１箇所であれば実用上問題がないと判断し１点、不良が全く発生しなければ優れていると判断し２点と表記した。評価結果は、表２の「低ループ時のネック部損傷」の欄に表記した。０点が不合格、それ以外は合格である。
　（高温放置試験におけるボール接合部寿命の評価方法）
　高温放置試験におけるボール接合部寿命は、ボンディングワイヤを接合し、汎用の樹脂で封止した後、２００℃に設定した恒温炉内に放置し、ボール接合部の接合強度が試験前の５０％以下に低下するまでに要した時間により評価した。ボール接合部寿命の判定に用いた接合強度の値は、微小シェア試験機を用いて、無作為に選択した１０箇所のボール接合部の強度を測定した値の平均値を用いた。接合強度を測定する際は、ボール接合部を露出させるために、酸処理によって樹脂を除去した。ボールの直径は、ワイヤの直径に対して１．５～１．７倍の範囲とした。ボール形成時には、酸化を防ぐためにＮ２＋５体積％Ｈ２ガスを流量０．４～０．６Ｌ／ｍｉｎで吹き付けた。上記の評価において、ボール接合部の寿命が５００時間未満であれば実用上問題があると判断し０点、５００時間以上７００時間未満であれば、実用上問題ないと判断し１点、７００時間以上であれば優れていると判断し２点と表記した。評価結果は、表２の「高温放置試験におけるボール接合部寿命」の欄に表記した。０点が不合格、それ以外は合格である。
　（ボール圧着形状の評価方法）
　ボール圧着形状は、Ｓｉ基板上のＡｌ電極に１００回ボール接合を行い、圧着形状不良の発生数によって評価した。ボール圧着形状の判定は、ボールをボール接合部の直上から観察し、ボール圧着形状が円形に近ければ良好と判定し、花弁状の形状であれば不良と判定した。ボール圧着形状の観察には光学顕微鏡を用いた。１００箇所のボール接合部を観察し、不良が９個以上あれば実用上問題があると判断し０点、不良が８個以下６個以上であれば実用上問題がないと判断し１点、不良が５個以下３個以上であれば優れていると判断し２点と表記した。評価結果は、表２の「ボール圧着形状」の欄に表記した。０点のみが不合格であり、それ以外は合格である。
　（評価結果の説明）
　実施例Ｎｏ．１～８７は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であるので、ループ直進性は許容範囲内であった。実施例Ｎｏ．１～７５は、上記存在比率がそれぞれ平均面積率で５％以上２５％未満であるので、ループ直進性は実用上問題なかった。
　実施例Ｎｏ．４、５は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で１５％以上５０％未満であるので、樹脂封止後のループ直進性に関して、優れた評価結果が得られた。
　実施例１、６、７、１５、１６は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で１５％以上５０％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚであるので、樹脂封止後のループ直進性に関して、さらに優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．８～１４、１７～２７、２９～７５は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で１５％以上５０％未満であって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚであって、さらにワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率が、平均面積率でそれぞれ１５％未満であるので、樹脂封止後のループ直進性に関して、特に優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．２～８、１０、１２～８７は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ中心軸に対して垂直な断面における平均結晶粒径が０．４μｍ以上２．１μｍ以下であるので、ネック部損傷に関して、優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．５～１２、１４、１６～７５は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位のうち、ワイヤ中心軸に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で２５％以上６０％未満であるので、低ループ時のネック部損傷に関して、優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．２４～３０、３８～４６、４８、４９、５１～５５、５７～６３、７１～７４は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの１種以上を総計で０．０１質量％以上１．５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であるので、高温放置試験におけるボール接合部寿命に関して、優れた評価結果が得られた。
　実施例Ｎｏ．５０～５４、６０～７０、７２～７４は、半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、Ｐ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇの１種以上を総計で０．００１質量％以上０．７５質量％以下含むので、ボール圧着形状に関して、優れた評価結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006

Claims (8)

  1. 半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤであって、ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位、＜１１０＞結晶方位、＜１１１＞結晶方位の存在比率が、それぞれ平均面積率で３％以上２７％未満であることを特徴とする半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  2. 前記ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である前記＜１００＞結晶方位、前記＜１１０＞結晶方位、前記＜１１１＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で１５％以上５０％未満であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  3. 前記ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である前記＜１００＞結晶方位の存在比率をＸ、前記＜１１０＞結晶方位の存在比率をＹ、前記＜１１１＞結晶方位の存在比率をＺとしたとき、Ｘ＋Ｙ＞Ｚであることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  4. 前記ワイヤ表面の結晶方位のうち、ワイヤ中心軸を含む１つの平面に垂直な方向に対して角度差が１５度以下である＜１２１＞結晶方位、＜１２３＞結晶方位の存在比率が、平均面積率でそれぞれ１５％未満であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  5. ワイヤ中心軸に対して垂直な断面における平均結晶粒径が０．４μｍ以上２．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  6. ワイヤ中心軸に平行な方向の断面における結晶方位のうち、ワイヤ中心軸に対して角度差が１５度以下である＜１１１＞結晶方位と＜１００＞結晶方位の存在比率の合計が、平均面積率で２５％以上６０％未満であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  7. Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの１種以上を総計で０．０１質量％以上１．５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。
  8. Ｐ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇの１種以上を総計で０．００１質量％以上０．７５質量％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体装置用Ｃｕ合金ボンディングワイヤ。

     
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