半导体用接合线的制作方法_4

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值,其值具有应力的次元。使用称作纳 米压痕法的物质表面的解析方法时,也能够测定Inm左右深度的梅耶硬度,因此确认本发 明的梅耶硬度值优选采用纳米压痕法。另外,接合线的表面的梅耶硬度,是采用纳米压痕法 测定具有合金层和被覆层的接合线的最表面得到的硬度。再者,〇. 2~2.OGPa的梅耶硬度 大致相当于50~570Hv的维氏硬度。
[0082] 关于芯线中的添加元素的种类和组成,本发明中涉及的芯线是由铜或铜合金构成 的芯线,但在上述芯线中,在不损害本发明的作用效果的范围也可以添加种种的添加元素。 作为能够添加到该芯线中的元素的例,可举出Ca、B、P、Al、Ag、Se等。在这些添加元素中, 更优选含有B、P、Se之中的至少一种。该添加元素总计含有5~300质量ppm时,接合线的 强度进一步提高。其结果,例如即使进行环路长度超过5_的长环路的接合时也能够确保 环路的直进性。这可以认为该添加元素有助于芯线中的铜晶粒内的固溶强化或晶界的强化 的缘故。但是,上述添加元素的浓度小于5质量ppm的场合,不能够充分得到上述强度更加 提高的效果。另一方面,上述添加元素的浓度超过300质量ppm的场合,会使球部更硬化, 因此有时球接合时损伤芯片的危险性提高从而不优选。为了分析芯线中的成分含有量,采 用:切断接合线,一边采用溅射等从其剖面部沿深度方向挖下一边进行分析的方法,或者在 该断面的线分析或点分析的方法。作为用于这些分析的分析装置,可以利用EPMA、EDX、AES、 TEM等。另外,平均的组成的分析,可以采用使用酸等的药液从表面部阶段性地溶解接合线, 由其溶液中含有的浓度求出溶解了的部位的组成的方法。采用上述任何一种方法得到的厚 度、组成只要是在本发明的范围内,则能够得到本发明的作用效果。
[0083] 以上描述了本发明的优选例,但本发明也可以适当变形。例如,也可以在以上述芯 线与上述被覆层之间形成扩散层。例如,含有钯的区域,是与上述被覆层连续,上述钯和/ 或构成芯线的铜扩散、含有小于50%的钯的扩散层。通过存在这样的扩散层,接合线能够提 高被覆层与芯线的粘附性。
[0084] 以下,对于本发明的接合线的制造方法说明一例。
[0085] 首先,对于在上述被覆层的表面具有含有银和钯的合金层的构成的接合线的制造 方法进行说明。
[0086] 为了制造上述组成的接合线,秤量高纯度的铜(纯度99. 99%以上)或这些高纯度 的铜和添加元素原料作为起始原料后,通过在高真空下或者氮和Ar等的惰性气氛下将其 加热、熔化,得到铜或铜合金的锭。使用金属制的模将该锭进行拉丝直到最终所需要的芯线 的直径。本发明中涉及的含有钯的被覆层,在拉丝到最终的芯线的直径后施加。作为形成 含钯的被覆层的方法,可以利用电镀、无电解镀、蒸镀法等。其中,工业上最优选利用能够稳 定地控制膜厚的电镀。然后,在上述被覆层的表面形成含有银和钯的合金。其方法可以是 任何的方法。例如,形成上述被覆层后,进而在其表面形成作为表皮层的银膜,通过在一定 的炉内温度下在电炉中在一定的速度下连续地牵引线来促进合金化的方法,能够切实地控 制该合金的组成和厚度因而优选。具体地,为了防止氧化和硫化并且切实地进行上述合金 化,优选在180°C~210°C进行15~24小时的加热。作为在上述被覆层的表面上进而形成 银膜的方法,可以利用电镀、无电解镀、蒸镀法等。该场合也由于上述的理由,在工业上最优 选利用电镀。用于上述合金化的加热时,考虑到银容易被硫化,使炉内的气氛为氮、Ar等的 惰性气氛,而且,与以往的接合线的加热法不同,使该气氛中含有的硫浓度为900ppm以下。 更优选使惰性气体中混入至少IOOppm的氢等的还原性气体,这样的话,防止线硫化的效果 更加提高因此优选。为了尽量避免从装置外部带入硫等的杂质气体,最优选在气氛炉(第 一气氛炉)的外侧再设置1层的第二气氛炉,这样的话,例如即使从外部向第二气氛炉中混 入微量的杂质气体,这些杂质气体也不容易到达第一氛围炉中,因此优选。另外,炉内的适 宜的温度也根据线的组成、牵引线的速度而不同,但大致为230°C~720°C的范围时,能够 得到稳定的品质的接合线因而优选。另外,在拉丝工序中牵引线的速度,例如为40~80m/ 分左右时能够进行稳定的操作因而优选。
[0087] 在本申请发明的接合线的制造方法中,〈100>结晶取向相对于拉丝方向的倾斜为 15度以下的晶粒的面积为50%以上、100%以下的制造方法,难以采用通常的制造方法进 行制造,而采用特殊的方法进行制造。
[0088] 具体地,按上述的要领得到锭后,与上述同样地在上述锭上形成含钯的被覆层。再 与上述同样地在被覆层的上面形成银膜。使用金属制的模对形成了上述被覆层和银膜的 锭进行拉丝直到最终的芯线的直径时,当线径为80ym以上的粗细时,使上述模的减面率 为11~19%左右地进行拉丝,当线径小于80ym的粗细的拉丝时,以使上述减面率为7~ 17%左右的比通常大的减面率进行拉丝。由此,能够使银膜上的具有方向性的织构(沿拉 丝方向结晶取向一致的织构)发达。但是,由于当以大的减面率进行拉丝时产生断线的危 险性提高,因此为了防止接合线的断线,更优选拉丝速度为与例如4~Sm/分那样的比通常 低的速度。本接合线在拉丝后也与上述同样地进行促进合金化的热处理。拉丝后促进合金 化的热处理工序中的温度,若为低温,则〈1〇〇>结晶取向相对于拉丝方向的倾斜为15度以 下的晶粒的面积的比例提高,若为高温,则该面积的比例降低。该面积的降低起因于在该工 序中进行加热促进再结晶化的话,则上述的织构的方向性容易丧失。具体地,上述炉内温度 为230 °C~280 °C时,上述面积的比例变为100 %,上述炉内温度为680 °C~720 °C的范围时, 上述面积的比例变为50%左右,上述面积的比例可以利用热处理的温度控制。
[0089] 在本申请发明的接合线的制造方法中,〈111>结晶取向相对于拉丝方向的倾斜为 15度以下的晶粒的面积为50%以上、100%以下的制造方法,难以采用通常的制造方法进 行制造,而采用特殊的方法进行制造。
[0090] 具体地,按上述的要领得到锭后,与上述同样地在上述锭上形成含钯的被覆层,再 与上述同样地在被覆层上形成银膜。使用金属制的模对形成了上述被覆层和银膜的锭进行 拉丝直到最终的芯线的直径时,当线径为150ym以上的粗细时,使上述模的减面率为20~ 22%左右地进行拉丝,当线径为80ym以上且不到150ym的粗细时,使上述模的减面率稍 大为18~19%左右地进行拉丝,当为线径小于80ym的粗细的拉丝时,作为上述减面率再 次使用20~22%的高的值。由此,能够使银膜上的具有方向性的织构(沿拉丝方向结晶取 向一致的织构)发达。但是,由于以大的减面率进行拉丝时产生断线的危险性提高,因此, 为了防止接合线的断线,更优选拉丝速度为例如1~3m/分的比通常低的速度。本接合线 在拉丝后也与上述同样地进行促进合金化的热处理。拉丝后促进合金化的热处理工序中的 温度,若为低温则〈1〇〇>结晶取向相对于拉丝方向的倾斜为15度以下的晶粒的面积的比例 提高,若为高温则该面积的比例降低。该面积的降低起因于若在该工序中进行加热促进再 结晶化的话,则上述的织构的方向性容易丧失。具体地,上述炉内温度为680°C~720°C时, 上述面积的比例变为50 %,上述炉内温度为720 °C~740 °C的范围时,上述面积的比例变为 大于50 %且小于70 %,上述炉内温度为740 °C~750 °C的范围时,上述面积的比例变为70 % 以上,上述面积的比例可以利用热处理的温度控制。
[0091] 在本申请发明的接合线的制造方法中,被覆层的表面的梅耶硬度为0. 2~2. OGPa 的范围的接合线的制造方法,难以采用通常的制造方法进行制造,而采用特殊的方法,使线 表面的银与钯的合金格外地柔软地进行制造。具体地,可以采用上述的任一种方法进行拉 丝直到目的的线径,完成用于上述的合金化的热处理后,再将该接合线连同绕线架设置在 被控制成氩气氛的电炉中,在150~200°C进行20~24小时的加热来制造,当为低于150°C 的温度或低于20小时的时间的加热时,不能够使银与钯的合金如上述硬度那样格外地柔 软。当为大于200°C的温度或大于24小时的时间的加热时,可促进相邻的线间的扩散,有时 线彼此粘住。
[0092] 接着,对于在上述被覆层的表面具有含有金和钯的合金层的构成的接合线的制造 方法进行说明。
[0093] 为了制造上述组成的接合线,秤量高纯度的铜(纯度99. 99%以上)或这些高纯 度铜和添加元素原料作为起始原料后,通过在高真空下或者氮、Ar等的惰性气氛下将其加 热、熔化,得到铜或铜合金的锭。使用金属制的模将该锭进行拉丝直到最终所需要的芯线的 直径。本发明中涉及的含钯的被覆层,在拉丝到最终的芯线的直径后施加。作为形成含钯 的被覆层的方法,可以利用电镀、无电解镀、蒸镀法等。其中,在工业上最优选利用能够稳定 地控制膜厚的电镀。然后,在上述被覆层的表面形成含有银和钯的合金层。其方法可以是 任何的方法。例如,形成上述被覆层后,再在其表面上形成作为表皮层的金膜,在一定的炉 内温度下在电炉中,在一定的速度下连续地牵引线来促进合金化的方法,能够切实地控制 该合金的组成和厚度因而优选。具体地,为了防止氧化并且切实地进行上述合金化,优选在 160°C~190°C进行16~25小时的加热。作为在上述被覆层的表面上进而形成金膜的方 法,可以利用电镀、无电解镀、蒸镀法等。该场合由于上述的理由在工业上也最优选利用电 镀。用于上述合金化的加热时,考虑到原料的污染,使炉内的气氛为氮、Ar等的惰性气氛, 而且,与以往的接合线的加热法不同,使该气氛中含有的氧浓度为5000ppm以下。更优选使 惰性气体中混入至少500ppm的氢等的还原性气体,这样的话防止线的原料的污染的效果 更加提高因而优选。另外,炉内的适宜的温度也根据线的组成、牵引线的速度而不同,但大 致为210°C~700°C的范围时,能够得到稳定的品质的接合线因而优选。另外,在拉丝工序 中牵引线的速度,例如为20~40m/分时能够进行稳定的操作因而优选。
[0094] 在本申请发明的接合线的制造方法中,〈111>结晶取向相对于拉丝方向的倾斜为 15度以下的晶粒的面积为50%以上、100%以下的制造方法,难以采用通常的制造方法进 行制造,而采用特殊的方法进行制造。
[0095] 具体地,按上述的要领得到锭后,与上述同样地在上述锭上形成含钯的被覆层,再 与上述同样地在被覆层的上面形成金膜。在使用金属制的模对形成了上述被覆层和金膜 的锭进行拉丝直到最终的芯线的直径时,线径150ym以上的粗细时,使上述模的减面率为 14~21 %左右地进行拉丝,线径小于150ym的粗细时以使上述减面率为12~19 %左右 的比通常大的减面率进行拉丝。由此,能够使金膜上的具有方向性的织构(沿拉丝方向结 晶取向一致的织构)发达。但是,由于以大的减面率进行拉丝时,产生断线的危险性提高, 因此,为了防止接合线的断线,更优选拉丝速度为例如2~4m/分的比通常低的速度。本接 合线在拉丝后也与上述同样地进行促进合金化的热处理。拉丝后促进合金化的热处理工序 中的温度,若为低温则〈111>结晶取向相对于拉丝方向的倾斜为15度以下的晶粒的面积比 例提高,若为高温则该面积的比例降低。该面积的降低起因于若在该工序中进行加热促进 再结晶化的话,则上述的织构的方向性容易丧失。具体地,上述炉内温度为210°C~260°C 时,上述面积的比例变为100%,上述炉内温度为600°C~700°C的范围时,上述面积的比例 变为50%左右,上述面积的比例可以利用热处理的温度控制。
[0096] 在本申请发明的接合线的制造方法中,被覆层的表面的梅耶硬度为0. 2~2. OGPa 的范围的接合线的制造方法,难以采用通常的制造方法进行制造,而采用特殊的方法使线 表面的含有金和钯的合金格外地柔软地进行制造。具体地,可通过采用上述的任一种方法 进行拉丝直到目的的线径,完成用于上述的合金化的热处理后,再将该接合线连同绕线架 设置在被控制成在氮中混入了 4%氢的气氛的电炉中,在130~180°C进行24~28小时的 加热来制造。当为低于130°C的温度或低于24小时的时间的加热时,不能够使含有金和钯 的合金如上述硬度那样格外地柔软。当为大于180°C的温度或大于28小时的时间的加热 时,会促进相邻的线间的扩散,有时线彼此粘住,因此需要注意。
[0097] 实施例
[0098] 以下,对实施例进行说明。
[0099] 首先,对于关于在上述被覆层的表面具有含有银和钯的合金层的构成的接合线的 制造例及其评价进行说明。
[0100] 作为接合线的原材料,用于芯线的铜、作为芯线中的添加元素的B、P、Se、Ca、A1、 用于被覆层的钯、作为用于表皮层的银,分别准备纯度99. 99质量%以上的坯料。秤量上述 的铜、或铜和添加元素原料作为起始原料后,通过在高真空下将其加热熔融得到铜或铜合 金的直径为IOmm左右的锭。然后,进行锻造、乳制、拉丝,制作了规定的直径的线。然后,在 各线的表面电镀形成含钯的被覆层。在此,上述被覆层的厚度由电镀的时间控制。然后再 在上述被覆层的表面电镀形成银膜,通过在保持在300~800°C的炉内以60m/分的速度连 续地牵引该线,在上述被覆层的表面形成了银与钯的合金层。在此,合金层的厚度由上述银 膜的单位面积重量,即电镀时间来控制。这样地得到直径20ym的接合线。再者,一部分的 试样,为了控制〈1〇〇>结晶取向相对于拉丝方向的倾斜为15度以下的晶粒的面积,在线径 80ym以上的粗细时使上述模的减面率为13~18%左右地进行拉丝,线径小于80ym的粗 细的拉丝时,以使上述减面率为8~12%左右的比通常大的减面率进行拉丝。另外,一部分 的试样,为了控制被覆层的表面的梅耶硬度,将该接合线连同绕线架设置在被控制成氩气 氛的电炉中,在150~200°C实施20~24小时的加热。
[0101] 制造好的该接合线中的芯线的直径、被覆层和合金层的厚度,对接合线的表面一 边溅射一边由AES进行分析,另外,对该接合线进行断面研磨,一边由EDX分析组成一边进 行测定。以钯的浓度为50%以上,并且,银的浓度低于10%的区域作为被覆层,位于被覆层 的表面的含有银和钯的合金层中银浓度为10~70%的范围的区域作为合金层。将被覆层 与合金层的厚度和组成分别记载于表1~5。
[0102] 为了评价由被覆层带来的防止接合线氧化的效果,将接合线连同绕线架在湿度为 85%、温度为85°C的高温高湿炉中放置72小时,进行不断促进线表面氧化的加速试验。加 热后,从高温高湿炉中取出接合线,使用光
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