半导体装置用接合线的制作方法

本发明涉及半导体装置用接合线。进一步地，涉及含有该接合线的半导体装置。

背景技术：

1、在半导体装置中，半导体芯片上形成的电极与引线框或基板上的电极之间通过接合线连接。接合线的连接工序如下：与半导体芯片上的电极进行第一接合，进而在形成线弧后，将线部于引线框或基板上的外部电极上进行第二接合。第一接合通过电弧热量输入将线前端加热熔融，通过表面张力形成无空气焊球(fab：free air ball；以下也仅称为“焊球”、“fab”)后，将该焊球部压接于半导体芯片上的电极上(以下称为“焊球接合”)。另外，第二接合不形成焊球，而是通过施加超声波、荷重从而将线部压接于外部电极上(以下称为“楔接合”)。

2、迄今为止接合线的材料都以金(au)为主，而以lsi用途为中心，正在逐步取代为铜(cu)(例如专利文献1～3)，此外，在近年电动汽车或混合动力汽车普及的背景下，在车载设备用途、乃至空调或太阳能发电系统等大电力机器的功率器件(功率半导体装置)的用途上，因热传导率或熔断电流高，而期待替代为高效率且高可靠性的cu。

3、cu与au相比存在易于氧化的缺点，作为防止cu接合线的表面氧化的方法，在cu芯材的表面覆盖pd等金属的构造被提出(专利文献4)。另外，在cu芯材的表面以pd进行被覆，进而向cu芯材中添加pd、pt，从而改善第一接合部的接合可靠性的pd被覆cu接合线也被提了出来(专利文献5)。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：特开昭61－48543号公报

7、专利文献2：特表2018－503743号公报

8、专利文献3：国际公开第2017/221770号

9、专利文献4：特开2005－167020号公报

10、专利文献5：国际公开第2017/013796号

技术实现思路

1、发明要解决的技术问题

2、车载设备或功率器件在工作时，与一般的电子机器相比，更倾向于暴露在高温下，因此便需要所使用的接合线在严酷的高温环境下仍能呈现出良好的接合可靠性。

3、本发明人们基于车载设备或功率器件所需要的特性实施了评估，发现存在以下情况：现有的具有pd被覆层的cu接合线在线的连接工序中，pd被覆层会部分剥离从而露出芯材的cu，被覆pd部与露出cu部的接触区域会暴露在包含因高温环境下而从密封树脂产生的氧气或水蒸气、硫类化合物排放气体的环境中，从而会发生cu的局部腐蚀，即发生电化腐蚀，由此便无法充分获得第二接合部的接合可靠性。另一方面，不具有pd被覆层的裸露cu接合线虽不发生电化腐蚀，但其fab形状差，甚至第一接合部的接合性不足。

4、如上所述，带来良好的fab形状的同时，抑制高温环境下的电化腐蚀，从而实现良好的第二接合部的接合可靠性的cu系接合线的开发备受期待。在此方面，车载设备等要求的特性越来越严格，需要在更高的温度下保障运行。评价高温环境下的接合线的接合可靠性时，多假设为严酷的高温环境，且进行在温度175℃的环境中暴露的高温放置试验(htsl：high temperature storage life test)，而本发明人们则假设更为严酷的高温环境，并进行温度200℃的htsl。其结果，发现：即使是在温度175℃下呈现良好的第二接合部的接合可靠性的接合线，在温度200℃下第二接合部的接合可靠性也倾向于变差。另外确认了该倾向随着接合线的线径变大而显著。在此，还发现了：由于仅基于电化腐蚀的不良模式不能说明随着线的线径增大而第二接合部的接合可靠性的恶化变显著的情况，因此在温度200℃的严酷高温环境中除了电化腐蚀的不良模式以外，其他不良模式出现及显著化。

5、本发明提供一种在带来良好的fab形状的同时，于严酷的高温环境下亦能带来良好的第二接合部的接合可靠性的新型的cu接合线。

6、用于解决技术问题的技术手段

7、本发明人们对所述问题进行了深入研究，最终发现具有下述构成而能够解决所述问题，从而完成了本发明。

8、即，本发明含有以下内容。

9、[1]一种半导体装置用接合线，含有：由cu或cu合金构成的芯材、以及形成于该芯材表面的pd和ni合计浓度为90原子％以上的被覆层；

10、在通过俄歇电子光谱法(aes)以被覆层中深度方向的测定点在50个以上的方式进行测定从而获得的该线深度方向的浓度分布图中，

11、被覆层的厚度为10nm以上130nm以下，

12、将被覆层的所有测定点的pd浓度cpd(原子％)与ni浓度cni(原子％)之比cpd/cni的平均值设为x时，该平均值x在0.2以上35.0以下，

13、被覆层中与该平均值x的绝对偏差在0.3x以内的测定点总数占被覆层测定点总数的50％以上；

14、所述接合线满足以下条件(i)、(ii)的至少一个：

15、(i)in相对于线整体的浓度为1质量ppm以上100质量ppm以下

16、(ii)ag相对于线整体的浓度为1质量ppm以上500质量ppm以下

17、[2]如[1]记载的接合线，被覆层中与平均值x的绝对偏差在0.2x以内的测定点的总数占被覆层的测定点总数的50％。

18、[3]如[1]或[2]记载的接合线，对被覆层的所有测定点的cpd或cni以最小二乘法进行直线近似时，被覆层的深度范围内该近似直线的最大值与最小值的差在20原子％以下。

19、[4]如[1]～[3]中任一项记载的接合线，线的深度方向的浓度分布图是从线的表面起通过ar溅射向深度方向下挖，并在下述＜条件＞下通过aes测定而得到的。

20、＜条件＞以线的宽度中心为测定面的宽度中心的方式定位，且测定面的宽度为线直径的5％以上15％以下，测定面的长度为测定面宽度的5倍。

21、[5]如[1]～[4]中任一项记载的接合线，线的表面含有au。

22、[6]如[5]记载的接合线，线表面的au浓度为10原子％以上90原子％以下。

23、[7]如[6]记载的接合线，线表面的au浓度在下述＜条件＞下通过aes测定。

24、＜条件＞以线的宽度中心为测定面的宽度中心的方式定位，且测定面的宽度为线直径的5％以上15％以下，测定面的长度为测定面宽度的5倍。

25、[8]如[1]～[7]中任一项记载的接合线，用线形成无空气焊球(fab:free airball)时，测定与该fab的压接方向垂直的截面的结晶取向，在测定结果中，与压接方向的角度差为15度以下的＜100＞结晶取向的占比为30％以上。

26、[9]如[8]记载的接合线，与压接方向的角度差为15度以下的＜100＞结晶取向的占比为50％以上。

27、[10]如[1]～[9]中任一项记载的接合线，含有从b、p及mg构成的组中选择的1种以上的元素(以下称为“第1添加元素”)；相对于线整体，第1添加元素的总计浓度为1质量ppm以上100质量ppm以下。

28、[11]如[1]～[10]中任一项记载的接合线，含有从se、te、as及sb构成的组中选择的1种以上的元素(以下称为“第2添加元素”)；相对于线整体，第2添加元素的总计浓度为1质量ppm以上100质量ppm以下。

29、[12]如[1]～[11]中任一项记载的接合线，含有从由ga和ge构成的组中选择的1种以上的元素(以下称为“第3添加元素”)；相对于线整体，第3添加元素的总计浓度为0.011质量％以上1.5质量％以下。

30、[13]一种半导体装置，含有[1]～[12]中任一项记载的接合线。

31、发明效果

32、根据本发明能够提供，在带来良好的fab形状的同时，亦能带来严酷的高温环境下良好的第二接合部的接合可靠性的新型的cu接合线。