铜接合导线以及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及包括具有表面的忍的接合导线，其中所述忍包括铜作为主要成分，其 中在所述忍中的晶体颗粒的平均大小是在2.Sym与30ym之间，并且其中所述接合导线的 屈服强度是小于120MPa。
[0002] 本发明进一步设及包括第一接合焊盘、第二接合焊盘W及根据本发明的导线的模 块，其中发明的导线通过球形接合的方式连接到接合焊盘中的至少一个。
[0003] 本发明进一步设及用于制造根据本发明的导线的方法。
【背景技术】
[0004] 接合导线在半导体装置的制造中用于在半导体装置制作期间将集成电路与印刷 电路板电互连。进一步地，接合导线在功率电子应用中用于将晶体管、二极管等与壳体的焊 盘或管脚电连接。虽然起初接合导线由金制成，但是现在使用比较便宜的材料，诸如铜。虽 然铜导线提供很好的电和热传导性，但是铜导线的球形接合W及模形接合具有它的挑战。 此外，铜导线易于氧化。
[0005] 关于导线几何形状，最常见的是圆形横截面的接合导线和具有或多或少矩形横截 面的接合带。两种类型的导线几何形状具有使它们对于特定的应用有用的它们的优点。因 此，两种类型的几何形状在市场上具有它们的份额。例如，接合带对于给定的横截面面积具 有更大的接触面积。然而，当接合时，带的弯曲被限制并且带的定向必须被观察到W便达到 在带与所述带接合到的元件之间的可接受的电接触。转向接合导线，运些弯曲更灵活。然 而，接合在接合工艺中包括导线的更大的变形和焊接，运能够导致伤害或者甚至毁坏接合 焊盘和在下面的元件的电结构，所述元件接合到所述接合焊盘。
【发明内容】
[0006] 对于本发明，术语接合导线包括所有形状的横截面W及所有平常的导线直径，尽 管具有圆形横截面和细直径的接合导线是优选的。
[0007] -些近来的发展设及具有铜忍的接合导线。作为忍材料，因为高电传导性所W选 择铜。探索了针对铜材料的不同的渗杂剂W便优化接合性质。例如，US7, 952, 028B2描 述了具有大量的不同渗杂剂和浓度的数个不同的基于铜的测试导线。然而关于接合导线本 身W及接合工艺，不断需要进一步改进接合导线技术。
[0008] 因此，本发明的目的是提供改进的接合导线。
[0009] 因此，本发明的另一个目的是提供接合导线，当互连时所述接合导线具有良好的 加工性质并且没有特定的需要，因此节约成本。
[0010] 提供具有卓越的电和热传导性的接合导线也是本发明的目的。
[0011] 本发明的进一步目的是提供展示改进的可靠性的接合导线。
[0012] 本发明的进一步目的是提供展示卓越的接合性的接合导线。
[0013] 本发明的另一个目的是提供关于球形接合示出改进的接合性的接合导线。
[0014] 本发明的另一个目的是提供关于是球形接合的第一接合示出改进的接合性同时 对于是模形接合的第二接合的接合性能至少是足够的接合导线。
[0015] 本发明的另一个目的是提供在接合之前示出导线忍的增加的柔性的接合导线。
[0016] 本发明的另一个目的是提供对侵蚀和/或氧化具有改进的抵抗性的接合导线。
[0017]另一个目的是提供用于接合电子装置或模块的系统W与标准忍片和接合技术一 起使用，所述系统或模块至少关于第一接合示出减少的失效率。
[0018] 另一个目的是提供用于制造发明的接合导线的方法，所述方法与已知的方法相比 基本上在制造成本上没有示出增加。
[0019] 惊人地，发现了本发明的导线解决W上提到的目的中的至少一个。进一步地，发现 了用于制造运些导线的工艺，该工艺克服了制造导线的挑战中的至少一个。进一步地，发现 了包括本发明的导线的系统和模块在根据本发明的导线与其他电元件(例如，印刷电路板、 焊盘/管脚等）之间的界面处更加可靠。
[0020] 由类别形成的权利要求的主题提供对解决W上目的中的至少一个的贡献，由此类 别形成的独立权利要求的从属子权利要求代表本发明的优选的方面，所述从属子权利要求 的主题同样对解决W上提到的目的中的至少一个做出贡献。
[0021] 本发明的第一方面是接合导线，所述接合导线包括： 具有表面的忍， 其中所述忍包括铜作为主要成分， 其中在所述忍中的晶体颗粒的平均大小是在2. 5ym与30ym之间，并且 其中所述接合导线的屈服强度小于120MPa。
[0022] 根据本发明的运样的导线关于它的机械和接合性质具有优化的晶体结构。
[0023] 如果没有提供其他特定的定义，成分的所有含量或份额目前被给定为重量中的份 额。特别地，W百分率给定的份额被理解为重量-%，并且Wppm(百万分率）给定的份额被 理解为重量-ppm。
[0024]导线的忍被定义为在表面下面的体材料的同质区段。因为任何体材料基本上具 有在某种程度上具有不同性质的表面区段，导线的忍的性质被理解为运个体材料区段的性 质。体材料区段的表面能够在形态、组分(例如，氧含量)或其他特征方面有差别。在优选的 实施例中，表面能够是发明的导线的外部表面。在进一步实施例中，导线忍的表面能够被提 供为在导线忍与叠加在所述导线忍上的涂层之间的界面区段。
[0025] 关于晶体颗粒的平均颗粒大小，通过使用标准的金相技术来确定颗粒的大小。导 线忍的样品被横切片然后刻蚀。在本情况下，2g化Cls和6ml浓缩的肥1在200mlDI水 中的溶液用于刻蚀。通过线截取原理来测量和计算颗粒大小。在本文中使用的普通的定义 是：颗粒的大小被定义为通过颗粒的直线的所有节段中最长的。
[0026] 通常优选地，在导线忍的直径与平均颗粒大小之间的比率是在2. 5与5之间。甚 至更优选地，所述比率是在2. 5与4之间。运允许贯穿导线的不同直径的范围的导线性质 的优化。特别地，优选的比率能够对细导线的性质有益。
[0027] 在分别的导线直径的考虑下，有利的平均颗粒大小的具体优化的选择被获得如 下： 导线忍的直径是在15Jim与28Jim之间并且平均颗粒大小是在2.Syrn与6]im之间； 或者 导线忍的直径是在28ym与38ym之间并且平均颗粒大小是在3ym与10ym之间；或 者 导线忍的直径是在38Jim与50Jim之间并且平均颗粒大小是在7Jim与15Jim之间；或 者 导线忍的直径是在50ym与SOym之间并且平均颗粒大小是在IOym与30ym之间。
[0028] 所述导线是特别用于在微电子中接合的接合导线。所述导线优选地是单片的物 体。
[0029] 成分是"主要成分"，如果运个成分的份额超过参考材料的所有进一步的成分。优 选地，主要成分包括至少50%的材料的总重量。
[0030] 对于屈服强度的定义，参考普通的理解。材料的"屈服强度"在工程和材料科学中 被定义为材料在其处开始塑性变形的应力。在塑性变形开始之前，材料将弹性变形并且当 施加的应力移除时将恢复到它的最初的形状。
[0031] 通常优选地，本发明的接合导线的屈服强度小于110MPa并且更优选地小于90 MPa。最优选地，屈服强度不大于80MPa。作为通常的规则，如果屈服强度被减少，对于本发 明的导线的接合性质是有利的。
[0032] 发明的导线的屈服强度的下限优选地大于50MPa并且最优选地大于65MPa。运 特别地导致对于发明的接合导线的屈服强度的优选的和有利的范围。根据本发明的接合 导线优选地具有在如下范围中的一个或多个中的屈服强度：50. . 120MPa、50. . 110MPa、 65. . 110MPa、65. . 90MPa或 65. . 80MPa。
[0033] 在本发明的优选的实施例中，导线的杨氏模量小于100GPa。更优选地，杨氏模量 小于95GPa。导线关于它的杨氏模量的优化对于它的机械性质并且也对于在接合工艺中它 的行为是有益。
[0034] 能够顾及杨氏模量的下限W便防止不利的效果。证明了优化的导线的杨氏模量不 应该低于75GPa,优选地不低于80GPa。根据本发明的接合导线优选地具有在如下范围中 的一个或多个中的杨氏模量：75. . 100GPa、75. . 95GPa或80. . 95GPa。
[0035] 对于杨氏模量的定义，参考普通的理解。杨氏模量，也被认为拉伸模量或者弹性模 量，是弹性材料的刚度的测量并且是用于表征材料的量。它被定义为在其中胡克定律有效 的应力范围内沿着轴的应力与沿着所述轴的应变的比率。
[0036] 为了维持发明的导线的良好的接合特性，通常优选的是，导线忍的铜的总量是至 少97%。更优选地，铜的量是至少98%。
[0037] 在本发明的一个优选的实施例中，导线忍由纯铜组成。优选地，纯度是至少3N级 铜（〉=99. 9 %化），最优选地4N级铜（〉=99. 99 %化）。纯铜导线通常示出良好的传导性 和良好的接合性质。
[0038] 在优选的实施例中，在导线忍中棚的含量小于100ppm。由于已知棚会影响基于铜 的导线的晶体结构，保持棚量低于某些阔值是有利的。运对于由纯铜组成的导线忍而言尤 其是正确的。在另一个优选的实施例的情况下，在10ppm与100ppm之间的量中棚W控制 的方式被提供。
[0039] 在又一个优选的实施例中，在导线忍中的憐的含量小于200ppm。可W提供的是尽 可能消除憐(痕迹量级)，尽管在一些实施例中，能够提供小量的憐。在运样的情况下，憐的 优选的量是在10ppm与200ppm之间。
[0040] 在另一个优选的实施例中，导线忍W在0. 5%与3%之间，更优选地在1. 0%与2. 5% 之间的量含有钮。在甚至更优选的优化的实施例中，钮含量是在1. 2%与2. 5%之间