Al布线材料的制作方法

本发明涉及一种al布线材料。进一步地，涉及一种包含该al布线材料的半导体装置。

背景技术：

1、在工业设备或电子部件中被用于电连接及/或机械连接的线状的材料中，伴随汽车电子化的需要，为了比以往的铜(cu)更为轻量、低成本，铝(al)的使用正在增加。在被使用于输送设备、机器人等工业设备的al线(圆形)、al条(扁平形、椭圆)中，根据使用目的，要求断裂强度、伸长率等机械特性、或导电性、导热性等。

2、在半导体装置中，通过接合线或接合带，对被形成在半导体芯片上的电极与引线框架或电路基板(也简称为“基板”)上的电极之间进行连接，在功率半导体装置中，作为其材质，主要使用al。例如，在专利文献1中，示出了在功率半导体模块中使用的al接合线的例子。在使用了al接合线或al接合带的功率半导体装置中，作为接合方法，与半导体芯片上电极的第1连接、以及与引线框架或基板上的电极的第2连接均使用楔接合。

3、以下，将上述al线、al条、al接合线、al接合带等统称为al布线材料。

4、使用了al布线材料的功率半导体装置多被用作空调或太阳光发电系统等大功率设备、以及车载用的半导体装置。在这些半导体装置中，在装置动作时，布线材料与被连接构件的连接部被暴露于120℃以上的高温。此外，当高电压的on/off以高速进行时，会成为反复升温与降温的严酷环境。在使用了仅由高纯度的al构成的材料作为布线材料的情况下，在装置动作时的温度环境中，布线材料的软化易于进行，因此在高温环境下使用是困难的。

5、一种al布线材料被提出，其由将特定的元素添加于al得到的材料构成。例如，在专利文献2中，公开了一种al接合线，由于将0.05～1重量％的钪(sc)添加于al，并使其析出硬化，因而其机械强度提高，此外，在专利文献3中，公开了一种线，其为将0.15～0.5质量％的sc添加于al，使其强制固溶得到的al接合线，并在连接后，通过时效热处理来析出硬化。在专利文献4中，公开了：合计含有镍(ni)、硅(si)及磷(p)中的1种以上800质量ppm以下的al布线材料呈现出良好的接合强度、耐候性。在专利文献5中，公开了一种al接合线，其含有0.01～0.2质量％的铁(fe)和1～20质量ppm的si，fe的固溶量为0.01～0.06质量％，fe的析出量为固溶量的7倍以下，且平均晶体粒径为6～12μm，并记载了该线呈现良好的接合可靠性。

6、先行技术文献

7、专利文献

8、专利文献1：日本特开2002-314038号公报

9、专利文献2：日本特表2016-511529号公报

10、专利文献3：日本特开2014-47417号公报

11、专利文献4：日本特开2016-152316号公报

12、专利文献5：日本特开2014-129578号公报

技术实现思路

1、发明要解决的技术问题

2、伴随工业设备及电子部件的高性能化、应用范围的扩大，al布线材料所需的要求正在变严。关于被使用于输送设备、机器人等工业设备的al布线材料，要求向高温环境或反复弯曲变形的适应。最近，在汽车相关用途中，在高温环境下被使用的期间，线的强度会劣化，从而发生变形异常或产生裂纹，当其进行时，有时会达到断线。因此，抑制高温环境下的al布线材料的强度降低，从而提高高温可靠性被作为了课题，但仅通过使布线材料的强度増加，难以得到足够的高温可靠性，除此之外，也顾虑设置使用时的操作性、接合性等降低。

3、此外，在被使用于半导体等电子部件的al布线材料中，由于面向汽车的功率设备的用途扩大，需要提高初始接合性与接合部的高温可靠性。半导体中的al布线材料的连接有2处，为与半导体芯片上电极的连接(以下，称为“第1连接”)、以及与引线框架或基板上的外部电极的连接(以下，称为“第2连接”)。在功率设备中，会产生伴随动作时的温度变化的冲击性的热应力(以下，称为“热冲击”)，有时会在第1连接部处发生损伤，该第1连接部为al布线材料与半导体芯片上电极的连接部。具体而言，由于al布线材料与被连接构件的热膨胀率差，有时在连接部界面会产生裂纹(以下，称为“接合裂纹(bond crack)”)。由于al布线材料自身的伸缩所产生的弯曲应力，有时也会在连接部附近的线弧立起部产生裂纹(以下，称为“根裂纹(heel crack)”)。由于装置动作时的环境下的腐蚀，这些接合裂纹及根裂纹会发展，最终会发生al布线材料的连接部的剥离等，连接部的高温可靠性会被损害。关于这一点，尽管考虑向al布线材料添加其他元素来抑制晶粒的粗大化并使其高强度化的方法，但是在上述方法中，随着al布线材料中的其他元素的含量变高，会存在以下情况：在al布线材料的制造时，发生断线或产生损伤，成品率降低，或是在连接al布线材料时，被连接构件损伤(以下，称为“芯片损伤(chip damage)”)。

4、如此，对于al布线材料，需要抑制常温强度的上升，维持、改善变形、接合的操作性能，并提高高温可靠性。

5、另一方面，已知通过将sc添加于al布线材料，会改善高温可靠性(专利文献2、3)。但是，在上述技术中，也会受到常温强度上升的影响，并且因sc为高价故材料费会变高，另外，为了利用sc的析出来提高高温可靠性，在较窄范围内对制造时或连接后的补充加热处理等的条件进行管理是必要的，会成为实用化的阻碍。

6、关于布线材料制造时的热处理或连接后的补充加热处理，如果通过低温或短时间的处理达成性能提高，则能够将布线材料的生产性的提高、对被连接构件的热影响等抑制得较低，能够综合地满足许多要求性能。

7、本发明的目的在于提供一种抑制常温强度的上升，并且显示出良好的高温可靠性的新的al布线材料。

8、用于解决技术问题的技术手段

9、本发明人们针对上述问题，进行了专心研究，结果发现能够通过具有下述构成的al布线材料来解决上述问题，并基于上述认识，进一步反复研究，由此完成了本发明。

10、即，本发明包含以下内容。

11、[1]一种al布线材料，其含有从由er、yb及gd构成的组中选择的1种以上，在将其含量的总计记为x1[质量％]时，

12、0.001≤x1≤0.6，剩余部分包含al。

13、[2]如[1]所述的al布线材料，其中，还含有从由sc及zr构成的组中选择的1种以上，在将其含量的总计记为x2[质量％]时，

14、0.005≤x2≤0.6。

15、[3]如[1]或[2]所述的al布线材料，其中，还含有从由si、fe、ni、ce、y及zn构成的组中选择的1种以上，在将其含量的总计记为x3[质量％]时，

16、0.001≤x3≤1。

17、[4]如[1]～[3]的任意一项所述的al布线材料，其中，该al布线材料为接合线。

18、[5]一种半导体装置，其包含如[1]～[4]的任意一项所述的al布线材料。

19、发明效果

20、根据本发明，能够提供一种会抑制常温强度的上升，并且显示出良好的高温可靠性的新的al布线材料。关于上述新al布线材料，常温强度的上升被抑制，并能够提高向装置的设置、连接时的操作性、生产性，并且关于布线材料制造时的热处理或连接后的补充加热处理，能够通过低温或短时间的处理，或无需该加热处理地，在高温环境下的使用时维持、改善强度，并呈现出良好的高温可靠性。