特許 7036838 半導体装置用ボンディングワイヤ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-07

(45)【発行日】2022-03-15

(54)【発明の名称】半導体装置用ボンディングワイヤ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20220308BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301F

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019562696

(86)(22)【出願日】2017-12-28

(86)【国際出願番号】 JP2017047331

(87)【国際公開番号】W WO2019130570

(87)【国際公開日】2019-07-04

【審査請求日】2020-11-20

(73)【特許権者】

【識別番号】595179228

【氏名又は名称】日鉄マイクロメタル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006644

【氏名又は名称】日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小田 大造

(72)【発明者】

【氏名】山田 隆

(72)【発明者】

【氏名】江藤 基稀

(72)【発明者】

【氏名】榛原 照男

(72)【発明者】

【氏名】宇野 智裕

【審査官】西村 治郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１０４１５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０３８０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５８９３２３０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１７－００５２５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃｕ合金芯材と前記Ｃｕ合金芯材の表面に形成されたＰｄ被覆層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤにおいて、
前記ボンディングワイヤが、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｉｒの１種以上（以下「第１合金元素群」という。）と、Ｐｄ：０．０５質量％以上、の一方又は両方を含有し、第１合金元素群含有量はボンディングワイヤ中の含有量として評価し、Ｐｄ含有量はＣｕ合金芯材中のＰｄ含有量に基づいてボンディングワイヤ中の含有量に換算して評価したとき、前記評価した含有量において、第１合金元素群とＰｄの総計の含有量が０．０３～２質量％であり、
さらに、前記ボンディングワイヤが、以下の元素群：
（ｉ）Ｌｉ，Ｓｂ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｓｃ，Ｙから選択される１種以上；
（ｉｉ）０．０１１質量％以上のＣａ；
（ｉｉｉ）０．０１１質量％以上のＭｇ；並びに
（ｉｖ）Ｚｎ、ただし、ボンディングワイヤ中の前記第１合金元素群とＺｎの総計の含有量が２．１質量％以上である
から選択される１種以上を総計で０．００２～３質量％含むことを特徴とする半導体装置用ボンディングワイヤ。

【請求項2】

前記Ｐｄ被覆層の厚さが０．０１５～０．１５０μｍ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ボンディングワイヤ。

【請求項3】

前記Ｐｄ被覆層上にさらにＡｕとＰｄを含む合金表皮層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。

【請求項4】

前記ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の厚さが０．０００５μｍ以上０．０５０μｍ以下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ボンディングワイヤ。

【請求項5】

前記ボンディングワイヤがさらに、Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎの１種以上を総計で０．０３～３質量％含むことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。

【請求項6】

前記ボンディングワイヤがさらに、Ａｓ，Ｔｅ，Ｓｎ，Ｂｉ，Ｓｅの１種以上を総計で０．１～１０００質量ｐｐｍ（Ｓｎ≦１０質量ｐｐｍ、Ｂｉ≦１質量ｐｐｍ）含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。

【請求項7】

前記ボンディングワイヤがさらに、Ｂ，Ｐ，Ｌａの１種以上を総計で０．１～２００質量ｐｐｍ含むことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。

【請求項8】

前記ボンディングワイヤの最表面にＣｕが存在することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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の配線とを接続するために利用される半導体装置用ボンディングワイヤに関する。

【背景技術】

【0002】

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」という）として、線径１５～５０μｍ程度の細線が主として使用されている。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」という）し、次に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」という）することで完了する。ボンディングワイヤの接合相手である半導体素子上の電極にはＳｉ基板上にＡｌを主体とする合金を成膜した電極構造、外部リード側の電極にはＡｇめっきやＰｄめっきを施した電極構造等が用いられる。

【0003】

これまでボンディングワイヤの材料はＡｕが主流であったが、ＬＳＩ用途を中心にＣｕへの代替が進んでいる。一方、近年の電気自動車やハイブリッド自動車の普及を背景に、車載用デバイス用途においてもＡｕからＣｕへの代替に対するニーズが高まっている。

【0004】

Ｃｕボンディングワイヤについては、高純度Ｃｕ（純度：９９．９９質量％以上）を使用したものが提案されている（例えば、特許文献１）。ＣｕはＡｕに比べて酸化され易い欠点があり、接合信頼性、ボール形成性、ウェッジ接合性等が劣る課題があった。Ｃｕボンディングワイヤの表面酸化を防ぐ方法として、Ｃｕ芯材の表面をＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉなどの金属で被覆した構造が提案されている（特許文献２）。また、Ｃｕ芯材の表面にＰｄを被覆し、その表面をＡｕ，Ａｇ、Ｃｕ又はこれらの合金で被覆した構造が提案されている（特許文献３）。

【0005】

車載用デバイスは一般的な電子機器に比べて、過酷な高温高湿環境下での接合信頼性が求められる。特に、ワイヤのボール部を電極に接合したボール接合部の接合寿命が最大の問題となる。高温高湿環境下での接合信頼性を評価する方法はいくつかの方法が提案されており、代表的な評価法として、ＨＡＳＴ（Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test）（高温高湿環境暴露試験）がある。ＨＡＳＴによってボール接合部の接合信頼性を評価する場合、評価用のボール接合部を温度が１３０℃、相対湿度が８５％の高温高湿環境に暴露し、接合部の抵抗値の経時変化を測定したり、ボール接合部のシェア強度の経時変化を測定したりすることで、ボール接合部の接合寿命を評価する。最近は、このような条件でのＨＡＳＴにおいて１００時間以上の接合寿命が要求されるようになっている。半導体装置のパッケージであるモールド樹脂（エポキシ樹脂）には、分子骨格に塩素（Ｃｌ）が含まれている。ＨＡＳＴ評価条件では、分子骨格中のＣｌが加水分解して塩化物イオン（Ｃｌ－）として溶出する。Ｐｄ被覆層を有するＣｕボンディングワイヤであっても、ボールボンディングでＡｌ電極に接合した場合、Ｃｕ／Ａｌ接合界面が１３０℃以上の高温下に置かれると金属間化合物であるＣｕ_９Ａｌ_４が形成され、モールド樹脂から溶出したＣｌによって腐食が進行し、接合信頼性の低下につながる。

【0006】

特許文献４～８においては、Ｐｄ被覆ＣｕワイヤにＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｇａ、Ｇｅからなる群から選択される１種以上の元素を含有することにより、腐食反応を遅らせて高温高湿環境での接合信頼性を向上する発明が開示されている。

【0007】

近年車載用の半導体装置においては、１７５℃～２００℃でのボール接合部の接合信頼性向上が求められている。半導体装置のパッケージであるモールド樹脂（エポキシ樹脂）には、シランカップリング剤が含まれている。より高温での信頼性が求められる車載向け半導体など、高い密着性が求められる場合には「イオウ含有シランカップリング剤」が添加される。モールド樹脂に含まれるイオウは、１７５℃以上（例えば、１７５℃～２００℃）の条件で遊離する。遊離したイオウがＣｕと接触すると、Ｃｕの腐食が激しくなる。Ｃｕボンディングワイヤを用いた半導体装置でＣｕの腐食が生成すると、特にボール接合部の接合信頼性が低下することとなる。

【0008】

半導体装置パッケージで用いるモールド樹脂中にイオウ含有シランカップリング剤が用いられている場合であっても、１７５℃以上の高温環境でボール接合部の接合信頼性を確保することが求められている。その目的を達成するため、Ｐｄ被覆ＣｕボンディングワイヤのＣｕ芯材中に種々の合金元素を含有させる発明が開示されている。特許文献６～９においては、Ｐｄ被覆ＣｕワイヤにＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｓ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｒｈ、Ｉｎからなる群から選択される１種以上の元素を所定量含有することにより、それぞれ１７５℃以上の高温環境でのボール接合部の接合信頼性を改善できることが開示されている。

【0009】

Ｐｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤを用いてボールボンディングを行う際、良好なボール形状を実現するため、またボール接合部のつぶれ形状を改善してボール接合部形状の真円性を改善するため、Ｐｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤ中に微量成分を含有する発明が開示されている。特許文献４～９では、ワイヤ中にＰ、Ｂ、Ｂｅ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｌａからなる群から選択される１種以上の元素を、それぞれ０．０００１～０．０１質量％（１～１００質量ｐｐｍ）含有することにより、良好なボール形状を実現し、あるいはボール接合部のつぶれ形状を改善している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開昭６１－４８５４３号公報

【文献】特開２００５－１６７０２０号公報

【文献】特開２０１２－３６４９０号公報

【文献】特許第５８９３２３０号公報

【文献】特許第５９６４５３４号公報

【文献】特許第５９１２００５号公報

【文献】特許第５９３７７７０号公報

【文献】特許第６００２３３７号公報

【文献】特許第５９１２００８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

前述のとおり、半導体装置パッケージで用いるモールド樹脂中にイオウ含有シランカップリング剤が用いられている場合でも、Ｐｄ被覆ＣｕボンディングワイヤのＣｕ芯材中に種々の合金元素を含有させることにより、１７５℃以上の高温環境でボール接合部の接合信頼性向上が実現している（特許文献６～９）。

【0012】

一方、モールド樹脂中のイオウ含有量は、近年において増加する傾向にある。従来は、イオウ含有シランカップリング剤を含む市販のエポキシ樹脂が用いられていた。それに対して、ボンディングワイヤの、リードフレーム、半導体チップに対する密着性を向上し、これにより耐リフロー性を向上する目的で、直近のエポキシ樹脂においては、イオウ含有量が従来よりも増大している。このようにイオウ含有量が増大したエポキシ樹脂を、半導体装置パッケージのモールド樹脂として用いると、特許文献６～９に記載の発明を用いた場合であっても、１７５℃以上の高温環境でボール接合部の接合信頼性が十分に得られない場合があることを本発明者らは見出した。

【0013】

本発明は、Ｐｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤを対象とし、半導体装置パッケージで用いるモールド樹脂中のイオウ含有量が増大した場合であっても、１７５℃以上の高温環境でボール接合部の接合信頼性が十分に得られる、半導体装置用ボンディングワイヤを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）Ｃｕ合金芯材と前記Ｃｕ合金芯材の表面に形成されたＰｄ被覆層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤにおいて、
前記ボンディングワイヤが、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｉｒの１種以上（以下「第１合金元素群」という。）と、Ｐｄ：０．０５質量％以上、の一方又は両方（以下「第１＋合金元素群」という。）を含有し、第１合金元素群含有量はボンディングワイヤ中の含有量として評価し、Ｐｄ含有量はＣｕ合金芯材中のＰｄ含有量に基づいてボンディングワイヤ中の含有量に換算して評価したとき、前記評価した含有量において、第１合金元素群とＰｄの総計の含有量が０．０３～２質量％であり、
さらに、前記ボンディングワイヤが、Ｌｉ，Ｓｂ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｐｔ，Ｓｃ，Ｙの１種以上（以下「第２合金元素群」という。）を総計で０．００２～３質量％含み、Ｃａ，Ｍｇを含有する場合はボンディングワイヤ中のＣａ、Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０１１質量％以上であり、Ｚｎを含有する場合は前記第１合金元素群とＺｎの総計の含有量が２．１質量％以上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。
（２）前記Ｐｄ被覆層の厚さが０．０１５～０．１５０μｍであることを特徴とする（１）に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
（３）前記Ｐｄ被覆層上にさらにＡｕとＰｄを含む合金表皮層を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
（４）前記ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の厚さが０．０５０μｍ以下であることを特徴とする（３）に記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
（５）前記ボンディングワイヤがさらに、Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎの１種以上（以下「第３合金元素群」という。）を総計で０．０３～３質量％含むことを特徴とする（１）から（４）までのいずれか１つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
（６）前記ボンディングワイヤがさらに、Ａｓ，Ｔｅ，Ｓｎ，Ｂｉ，Ｓｅの１種以上（以下「第４合金元素群」という。）を総計で０．１～１０００質量ｐｐｍ（Ｓｎ≦１０質量ｐｐｍ、Ｂｉ≦１質量ｐｐｍ）含むことを特徴とする（１）から（５）までのいずれか１つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
（７）前記ボンディングワイヤがさらに、Ｂ，Ｐ，Ｌａの１種以上（以下「第５合金元素群」という。）を総計で０．１～２００質量ｐｐｍ含むことを特徴とする（１）から（６）までのいずれか１つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。
（８）前記ボンディングワイヤの最表面にＣｕが存在することを特徴とする（１）から（７）までのいずれか１つに記載の半導体装置用ボンディングワイヤ。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、半導体装置パッケージで用いるモールド樹脂中のイオウ含有量が増大した場合であっても、１７５℃以上の高温環境でボール接合部の接合信頼性が十分に得られる、半導体装置用ボンディングワイヤを提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。以下において、含有量、厚さ、比率に関連して示す数値は、別途明示のない限り、平均値を表す。
本発明のボンディングワイヤは、Ｃｕ合金芯材と、前記Ｃｕ合金芯材の表面に形成されたＰｄ被覆層とを有する。このようなＰｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤを用いて、アーク放電によってボールを形成すると、ボンディングワイヤが溶融して凝固する過程で、ボールの表面にボールの内部よりもＰｄの濃度が高い合金層が形成される。このボールを用いてＡｌ電極と接合を行い、高温高湿試験を実施すると、接合界面にはＰｄが濃化した状態となる。このＰｄが濃化して形成された濃化層は、高温高湿試験中の接合界面におけるＣｕ、Ａｌの拡散を抑制し、易腐食性化合物の成長速度を低下させることができる。これにより本発明のＰｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤは、接合信頼性を向上することができる。また、ボールの表面に形成されたＰｄの濃度が高い合金層は、耐酸化性に優れるため、ボール形成の際にボンディングワイヤの中心に対してボールの形成位置がずれる等の不良を低減することができる。

【0017】

近年車載用の半導体装置においては、１７５℃～２００℃でのボール接合部の接合信頼性向上が求められている。前述のとおり、半導体装置のパッケージであるモールド樹脂（エポキシ樹脂）には、シランカップリング剤が含まれている。シランカップリング剤は有機物（樹脂）と無機物（シリコンや金属）の密着性を高める働きを有しているため、シリコン基板や金属との密着性を向上させることができる。さらに、より高温での信頼性が求められる車載向け半導体装置など、高い密着性が求められる場合には「イオウ含有シランカップリング剤」が添加される。モールド樹脂に含まれるイオウは、１７５℃以上（例えば、１７５℃～２００℃）の条件で使用すると遊離してくる。そして、１７５℃以上の高温で遊離したイオウがＣｕと接触すると、Ｃｕの腐食が激しくなり、硫化物（Ｃｕ_２Ｓ）や酸化物（ＣｕＯ）が生成する。Ｃｕボンディングワイヤを用いた半導体装置でＣｕの腐食が生成すると、特にボール接合部の接合信頼性が低下することとなる。

【0018】

１７５℃以上の高温環境でのボール接合部の接合信頼性を評価する手段として、ＨＴＳ（High Temperature Storage Test）（高温放置試験）が用いられる。高温環境に暴露した評価用のサンプルについて、ボール接合部の抵抗値の経時変化を測定したり、ボール接合部のシェア強度の経時変化を測定したりすることで、ボール接合部の接合寿命を評価する。

【0019】

本発明の、Ｃｕ合金芯材とＣｕ合金芯材の表面に形成されたＰｄ被覆層とを有する半導体装置用ボンディングワイヤにおいては、ボンディングワイヤが、Ｎｉ，Ｒｈ，Ｉｒの１種以上（第１合金元素群）と、Ｐｄ：０．０５質量％以上、の一方又は両方を含有する。第１合金元素群の含有量はボンディングワイヤ中の含有量として評価する。Ｐｄ含有量はＣｕ合金芯材中のＰｄ含有量に基づいてボンディングワイヤ中の含有量に換算して評価する。即ち、Ｐｄ含有量は、Ｃｕ合金芯材中のＰｄ含有量を分析し、当該分析値に「（ワイヤ単位長さあたりのＣｕ合金芯材質量）／（ワイヤ単位長さあたりのボンディングワイヤ質量）」を掛け合わせることで算出できる。Ｐｄ被覆層中のＰｄは当該Ｐｄ含有量に加算しない。本発明は、このように評価した含有量において、第１合金元素群とＰｄの総計の含有量が０．０３～２質量％であることを特徴とする。半導体装置パッケージで用いるモールド樹脂中のイオウ含有量が、イオウ含有シランカップリング剤を含む従来のモールド樹脂と同程度であれば、前記第１合金元素群とＰｄの一方又は両方（以下「第１＋合金元素群」という。）を上記含有量の範囲で含有することにより、１７５℃以上の高温環境でのボール接合部の接合信頼性を改善することができる。これは、前述の特許文献６～９に記載のとおりである。さらに、第１＋合金元素群を上記含有量範囲で含有することにより、ループ形成性を向上、すなわち高密度実装で問題となるリーニングを低減することができる。これは、ボンディングワイヤがこれら元素を含むことにより、ボンディングワイヤの降伏強度が向上し、ボンディングワイヤの変形を抑制することができるためである。

【0020】

また、第１＋合金元素群を上記含有量範囲で含有することにより、温度が１３０℃、相対湿度が８５％の高温高湿環境下でのボール接合部の接合寿命をも向上することができる。本発明のようにＰｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤが第１＋合金元素群を含有していると、接合部におけるＣｕ_９Ａｌ_４金属間化合物の生成が抑制される傾向にあると考えられる。これら元素が添加されていると、芯材のＣｕと被覆層のＰｄとの界面張力が低下し、ボール接合界面のＰｄ濃化が効果的に現れる。そのため、Ｐｄ濃化層によるＣｕとＡｌの相互拡散抑制効果が強くなり、結果として、Ｃｌの作用で腐食しやすいＣｕ_９Ａｌ_４の生成量が少なくなり、ボール接合部の高温高湿環境下での信頼性が向上するものと推定される。

【0021】

Ｎｉ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄからなる第１＋合金元素群の含有量の下限は、前述のとおり、ボンディングワイヤ中において総計で０．０３質量％とする。より好ましくは、含有量下限が０．０５質量％以上、０．１質量％以上、０．２質量％以上、０．３質量％以上、又は０．５質量％以上である。Ｐｄを含有する場合、Ｐｄ含有量の下限は０．０５質量％である。より好ましくは、Ｐｄ含有量の下限は０．１質量％以上、０．２質量％以上、０．３質量％以上、０．４質量％以上、又は０．５質量％以上である。一方、第１＋合金元素群の含有量の上限は、前述のとおり、２質量％とする。第１＋合金元素群の含有量が２質量％を超えると、ＦＡＢが硬質化しワイヤボンディング時にチップクラックを誘発しやすいためである。より好ましくは、含有量上限が１．８質量％以下、又は１．６質量％以下である。

【0022】

一方、モールド樹脂中のイオウ含有量が増大すると、上記のように第１＋合金元素群を含有したのみでは、１７５℃以上の高温環境において、ボール接合部の接合信頼性が十分に得られない場合があった。本発明においては、第１＋合金元素群の含有に加え、ボンディングワイヤ中にＬｉ，Ｓｂ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｐｔ，Ｓｃ，Ｙの１種以上（第２合金元素群）を総計で０．００２質量％以上含むことにより、この問題を解決することができた。第１＋合金元素群と第２合金元素群を共に含有させたとき、第１＋合金元素群含有の効果である、接合部におけるイオウにて腐食されやすいＣｕ_９Ａｌ_４金属間化合物の生成が抑制される傾向が実現することに加え、第２合金元素群を含有することで、封止樹脂から遊離するイオウが接合部のＣｕ_９Ａｌ_４に作用し腐食が進展する際に、第２合金元素群がイオウをトラップ（化合物化）し無害化する。それによりＣｕ_９Ａｌ_４が生成したとしても腐食の進展を抑制することでＨＴＳ後の接合強度を維持することができる。第２合金元素群の総計の含有量は、より好ましくは０．００５質量％以上、さらに好ましくは０．０２質量％以上、０．０５質量％以上、０．１質量％以上、０．２質量％以上、０．３質量％以上、又は０．５質量％以上である。また、第２合金元素群のうち、ＣａとＭｇについては、それらの含有量が０．０１１質量％以上において上記効果を発揮することを確認しているので、Ｃａ，Ｍｇを含有する場合は当該Ｃａ、Ｍｇ含有量の下限をそれぞれ０．０１１質量％と定めた。すなわち、ボンディングワイヤがＣａを含有する場合はボンディングワイヤ中のＣａの含有量が０．０１１質量％以上であり、ボンディングワイヤがＭｇを含有する場合はボンディングワイヤ中のＭｇの含有量が０．０１１質量％以上である。当該Ｃａ，Ｍｇの含有量の下限はそれぞれ、好ましくは、０．０１５質量％以上、０．０２質量％以上、０．０３質量％以上、０．０５質量％以上、０．１質量％以上、０．２質量％以上、又は０．３質量％以上である。一方、第２合金元素群の総計の含有量は３質量％以下とする。第２合金元素群の総計の含有量が３質量％を超えると、ＦＡＢが硬質化しワイヤボンディング時にチップクラックを誘発しやすい。第２合金元素群の含有量は、より好ましくは２．５質量％以下、２質量％以下、１．８質量％以下、又は１．６質量％以下である。なお、第２合金元素群としてＺｎを含有する場合は、第１合金元素群とＺｎの総計の含有量が２．１質量％以上であるときに上記効果が得られるとともに、イオウのトラップ効果増大によってさらに腐食の進展を抑制することができる。第１合金元素群とＺｎの総計の含有量は２．５質量％以上であるとより好ましく、３．０質量％以上、３．５質量％以上であるとさらに好ましい。

【0023】

一実施形態において、本発明のボンディングワイヤは、第２合金元素群として、Ｓｃ及びＹの少なくとも一方を必須に含む。斯かる実施形態において、本発明のボンディングワイヤは、Ｓｃ及びＹの少なくとも一方を含み、Ｌｉ，Ｓｂ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｐｔ，Ｓｃ，Ｙからなる第２合金元素群の総計の含有量が０．００２～３質量％である。第２合金元素群の総計の含有量、Ｃａ，Ｍｇの含有量の下限、Ｚｎを含む場合の第１合金元素群とＺｎの総計の含有量の好適範囲は上記のとおりであるが、Ｓｃ及びＹの少なくとも一方の含有量、すなわちＳｃ及びＹの総計の含有量は、好ましくは０．００２質量％以上、０．００５質量％以上、０．０２質量％以上、０．０５質量％以上、０．１質量％以上、０．２質量％以上、０．３質量％以上、又は０．５質量％以上である。また、斯かる実施形態において、Ｓｃ及びＹの総計の含有量は、好ましくは２．５質量％以下、２質量％以下、１．８質量％以下、又は１．６質量％以下である。

【0024】

本発明のボンディングワイヤにおいて、Ｐｄ被覆層の厚さは、車載用デバイスで要求される高温高湿環境でのボール接合部の接合信頼性をより一層改善する観点、ＦＡＢの偏芯を抑制して更に良好なＦＡＢ形状を得る観点から、好ましくは０．０１５μｍ以上、より好ましくは０．０２μｍ以上、さらに好ましくは０．０２５μｍ以上、０．０３μｍ以上、０．０３５μｍ以上、０．０４μｍ以上、０．０４５μｍ以上、又は０．０５μｍ以上である。一方、ＦＡＢの引け巣を抑制して良好なＦＡＢ形状を得る観点から、Ｐｄ被覆層の厚さは、好ましくは０．１５０μｍ以下、より好ましくは０．１４０μｍ以下、０．１３０μｍ以下、０．１２０μｍ以下、０．１１０μｍ以下、又は０．１００μｍ以下である。

【0025】

上記ボンディングワイヤのＣｕ合金芯材、Ｐｄ被覆層の定義を説明する。Ｃｕ合金芯材とＰｄ被覆層の境界は、Ｐｄ濃度を基準に判定した。Ｐｄ濃度が５０原子％の位置を境界とし、Ｐｄ濃度が５０原子％以上の領域をＰｄ被覆層、Ｐｄ濃度が５０原子％未満の領域をＣｕ合金芯材と判定した。この根拠は、Ｐｄ被覆層においてＰｄ濃度が５０原子％以上であればＰｄ被覆層の構造から特性の改善効果が得られるためである。Ｐｄ被覆層は、Ｐｄ単独の領域、ＰｄとＣｕがワイヤの深さ方向に濃度勾配を有する領域を含んでいても良い。Ｐｄ被覆層において、該濃度勾配を有する領域が形成される理由は、製造工程での熱処理等によってＰｄとＣｕの原子が拡散する場合があるためである。本発明において、濃度勾配とは、深さ方向への濃度変化の程度が０．１μｍ当たり１０ｍｏｌ％以上であることをいう。さらに、Ｐｄ被覆層は不可避不純物を含んでいても良い。

【0026】

本発明のボンディングワイヤは、Ｐｄ被覆層上にさらにＡｕとＰｄを含む合金表皮層を有していてもよい。これにより本発明のボンディングワイヤは、ウェッジ接合性を更に改善することができる。

【0027】

上記ボンディングワイヤのＡｕとＰｄを含む合金表皮層の定義を説明する。ＡｕとＰｄを含む合金表皮層とＰｄ被覆層の境界は、Ａｕ濃度を基準に判定した。Ａｕ濃度が１０原子％の位置を境界とし、Ａｕ濃度が１０原子％以上の領域をＡｕとＰｄを含む合金表皮層、１０原子％未満の領域をＰｄ被覆層と判定した。また、Ｐｄ濃度が５０原子％以上の領域であっても、Ａｕが１０原子％以上存在すればＡｕとＰｄを含む合金表皮層と判定した。これらの根拠は、Ａｕ濃度が上記の濃度範囲であれば、Ａｕ表皮層の構造から特性の改善効果が期待できるためである。ＡｕとＰｄを含む合金表皮層は、Ａｕ－Ｐｄ合金であって、ＡｕとＰｄがワイヤの深さ方向に濃度勾配を有する領域を含む領域とする。ＡｕとＰｄを含む合金表皮層において、該濃度勾配を有する領域が形成される理由は、製造工程での熱処理等によってＡｕとＰｄの原子が拡散するためである。さらに、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層は不可避不純物とＣｕを含んでいても良い。

【0028】

本発明のボンディングワイヤにおいて、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層は、Ｐｄ被覆層と反応して、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層、Ｐｄ被覆層、Ｃｕ合金芯材間の密着強度を高め、ウェッジ接合時のＰｄ被覆層やＡｕとＰｄを含む合金表皮層の剥離を抑制することができる。これにより本発明のボンディングワイヤは、ウェッジ接合性を更に改善することができる。ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の厚さが０．０００５μｍ未満では上記の効果が十分に得られず、０．０５０μｍより厚くなるとＦＡＢ形状が偏芯する場合がある。良好なウェッジ接合性を得る観点から、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の厚さは、好ましくは０．０００５μｍ以上、より好ましくは０．００１μｍ以上、０．００２μｍ以上、又は０．００３μｍ以上である。偏芯を抑制し良好なＦＡＢ形状を得る観点から、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の厚さは、好ましくは０．０５０μｍ以下、より好ましくは０．０４５μｍ以下、０．０４０μｍ以下、０．０３５μｍ以下、又は０．０３０μｍ以下である。なおＡｕとＰｄを含む合金表皮層は、Ｐｄ被覆層と同様の方法により形成することができる。

【0029】

本発明のボンディングワイヤは、さらに、Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎの１種以上（第３合金元素群）を総計で０．０３～３質量％含んでいてもよい。これにより、ＨＡＳＴ評価条件である１３０℃、相対湿度が８５％の高温高湿環境下、接合信頼性を向上できるので好ましい。Ｐｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤが第３合金元素群を上記含有量範囲で含有していると、接合部におけるＣｕ_９Ａｌ_４金属間化合物の生成がさらに抑制される傾向にあると考えられる。ボール接合部のＦＡＢ形成時に、ワイヤ中の第３合金元素群はＰｄ被覆層にも拡散する。ボール接合部におけるＣｕとＡｌ界面のＰｄ濃化層に存在する第３合金元素群が、Ｐｄ濃化層によるＣｕとＡｌの相互拡散抑制効果をさらに高め、結果として、高温高湿環境下で腐食し易いＣｕ_９Ａｌ_４の生成を抑制するものと思われる。また、ワイヤに含まれる第３合金元素群がＣｕ_９Ａｌ_４の形成を直接阻害する効果がある可能性もある。第３合金元素群の総計の含有量は、好ましくは、０．０５質量％以上、０．１質量％以上、０．２質量％以上、０．３質量％以上、０．４質量％以上、又は０．５質量％以上である。

【0030】

さらに、第３合金元素群を所定量含有したＰｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤを用いてボール部を形成し、ＦＡＢを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察すると、ＦＡＢの表面に直径数十ｎｍφ程度の析出物が多数見られる。析出物をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）で分析すると第３合金元素群が濃化していることが確認できる。詳細なメカニズムは不明だが、ＦＡＢに観察されるこの析出物がボール部と電極との接合界面に存在することで、温度が１３０℃、相対湿度が８５％の高温高湿環境でのボール接合部の接合信頼性が格段に向上しているものと思われる。

【0031】

一方で、良好なＦＡＢ形状を得る観点、ボンディングワイヤの硬質化を抑制して良好なウェッジ接合性を得る観点から、ワイヤ全体に対する第３合金元素群の濃度は合計で３質量％以下であり、好ましくは２質量％以下、より好ましくは１．５質量％以下、又は１．２質量％以下である。

【0032】

本発明のボンディングワイヤは、さらに、Ａｓ，Ｔｅ，Ｓｎ，Ｂｉ，Ｓｅの１種以上（第４合金元素群）を総計で０．１～１０００質量ｐｐｍ（Ｓｎ≦１０質量ｐｐｍ、Ｂｉ≦１質量ｐｐｍ）含んでいてもよい。これにより、ＨＡＳＴ評価条件である１３０℃、相対湿度が８５％の高温高湿環境下、接合信頼性を向上できるので好ましい。第４合金元素群を上記含有量範囲で含有すると、接合部におけるＣｕ_９Ａｌ_４金属間化合物の生成がさらに抑制される傾向にあると考えられる。これら元素を所定量含有していると、ボールを形成する際に、芯材のＣｕと被覆層のＰｄとの界面張力が低下し、界面の濡れ性が良化するため、ボール接合界面のＰｄ濃化がより顕著に現れる。そのため、ＨＡＳＴ評価条件の高温高湿環境において、Ｐｄ濃化層によるＣｕとＡｌの相互拡散抑制効果がさらに強くなり、結果として、Ｃｌの作用で腐食しやすいＣｕ_９Ａｌ_４の生成量が少なくなり、ボール接合部の高温高湿環境での接合信頼性が格段に向上するものと推定される。

【0033】

温度が１３０℃、相対湿度が８５％の高温高湿環境下でのボール接合部の接合寿命を向上させ、接合信頼性を改善する観点から、ボンディングワイヤ全体に対する、第４合金元素群の濃度は合計で０．１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは０．５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは１質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは１．５質量ｐｐｍ以上、２質量ｐｐｍ以上、２．５質量ｐｐｍ以上、又は３質量ｐｐｍ以上である。

【0034】

一方で、良好なＦＡＢ形状、ひいては良好なボール接合性を得る観点から、ワイヤ中の第４合金元素群の濃度は合計で１０００質量ｐｐｍ以下であり、好ましくは９５０質量ｐｐｍ以下、９００質量ｐｐｍ以下、８５０質量ｐｐｍ以下、又は８００質量ｐｐｍ以下である。また、Ｓｎ濃度が１０質量ｐｐｍを超えた場合、または、Ｂｉ濃度が１質量ｐｐｍを超えた場合には、ＦＡＢ形状が不良となることから、Ｓｎ≦１０質量ｐｐｍ、Ｂｉ≦１質量ｐｐｍとすることにより、ＦＡＢ形状をより改善することができるので好ましい。さらに、Ｓｅ濃度を４．９質量ｐｐｍ以下とすることにより、ＦＡＢ形状、ウェッジ接合性をより改善することができるのでより好ましい。

【0035】

本発明のボンディングワイヤは、さらに、Ｂ，Ｐ，Ｌａの１種以上（第５合金元素群）を０．１～２００質量ｐｐｍ含んでいてもよい。これにより、高密度実装に要求されるボール接合部のつぶれ形状を改善、すなわちボール接合部形状の真円性を改善することができるので好ましい。

【0036】

本発明のようにＰｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤが第１＋合金元素群を所定量含有している場合、さらにボンディングワイヤの最表面にＣｕが存在すると、接合部におけるＣｕ_９Ａｌ_４金属間化合物の生成がさらに抑制される傾向にある。この場合、ボンディングワイヤに含まれる第１＋合金元素群とＣｕとの相互作用により、ＦＡＢ形成時にＦＡＢ表面のＰｄ濃化が促進され、ボール接合界面のＰｄ濃化がより顕著に現れる。これにより、Ｐｄ濃化層によるＣｕとＡｌの相互拡散抑制効果がさらに強くなり、Ｃｌの作用で腐食しやすいＣｕ_９Ａｌ_４の生成量が少なくなり、ボール接合部の高温高湿環境での接合信頼性がより一層向上するものと推定される。ここで、最表面とは、スパッタ等を実施しない状態で、ボンディングワイヤの表面をオージェ電子分光装置によって測定した領域をいう。

【0037】

Ｐｄ被覆層の最表面にＣｕが存在する場合、最表面のＣｕの濃度が３５原子％以上になると、ワイヤ表面の耐硫化性が低下し、ボンディングワイヤの使用寿命が低下するため実用に適さない場合がある。したがって、Ｐｄ被覆層の最表面にＣｕが存在する場合、最表面のＣｕの濃度は３５原子％未満であることが好ましい。最表面のＣｕの濃度が３０原子％未満であるとより好ましい。

【0038】

ボンディングワイヤ中に第１～第５合金元素群を含有させるに際し、これら元素をＣｕ合金芯材中に含有させる方法、Ｃｕ合金芯材あるいはワイヤ表面に被着させて含有させる方法のいずれを採用しても、上記本発明の効果を発揮することができる。これら成分の添加量は微量なので、添加方法のバリエーションは広く、どのような方法で添加しても指定の濃度範囲の成分が含まれていれば効果が現れる。第１＋合金元素群中のＰｄについては、ボンディングワイヤのＰｄ被覆層と区別する必要があることから、Ｃｕ合金芯材中のＰｄ含有量の分析値に基づいてボンディングワイヤ中の含有量に換算して規定することとしている。即ち、Ｐｄ含有量は、Ｃｕ合金芯材中のＰｄ含有量を分析し、当該分析値に「（ワイヤ単位長さあたりのＣｕ合金芯材質量）／（ワイヤ単位長さあたりのボンディングワイヤ質量）」を掛け合わせることで算出できる。Ｐｄ被覆層中のＰｄは当該Ｐｄ含有量に加算しない。

【0039】

Ｐｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の濃度分析、Ｃｕ合金芯材中におけるＰｄの濃度分析には、ボンディングワイヤの表面から深さ方向に向かってスパッタ等で削りながら分析を行う方法、あるいはワイヤ断面を露出させて線分析、点分析等を行う方法が有効である。これらの濃度分析に用いる解析装置は、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡に備え付けたオージェ電子分光分析装置、エネルギー分散型Ｘ線分析装置、電子線マイクロアナライザ等を利用することができる。ワイヤ断面を露出させる方法としては、機械研磨、イオンエッチング法等を利用することができる。例えば、Ｃｕ合金芯材がＰｄの濃度勾配を有する領域を含む場合には、ボンディングワイヤの断面を線分析、点分析し、Ｃｕ合金芯材の断面においてＰｄの濃度勾配を有しない領域（例えば、ワイヤ断面の中心部（ワイヤ直径の１／４の直径の範囲））について濃度分析すればよい。ボンディングワイヤ中のＰｄ以外の第１～第５合金元素群の微量分析については、ボンディングワイヤを強酸で溶解した液をＩＣＰ発光分光分析装置やＩＣＰ質量分析装置を利用して分析し、ボンディングワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出することができる。

【0040】

（製造方法）
次に本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法を説明する。ボンディングワイヤは、芯材に用いるＣｕ合金を製造した後、ワイヤ状に細く加工し、Ｐｄ被覆層、Ａｕ層を形成して、熱処理することで得られる。Ｐｄ被覆層、Ａｕ層を形成後、再度伸線と熱処理を行う場合もある。Ｃｕ合金芯材の製造方法、Ｐｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の形成方法、熱処理方法について詳しく説明する。

【0041】

芯材に用いるＣｕ合金は、原料となるＣｕと添加する元素を共に溶解し、凝固させることによって得られる。溶解には、アーク加熱炉、高周波加熱炉、抵抗加熱炉等を利用することができる。大気中からのＯ_２、Ｈ_２等のガスの混入を防ぐために、真空雰囲気あるいはＡｒやＮ_２等の不活性雰囲気中で溶解を行うことが好ましい。

【0042】

Ｐｄ被覆層、Ａｕ層をＣｕ合金芯材の表面に形成する方法は、めっき法、蒸着法、溶融法等がある。めっき法は、電解めっき法、無電解めっき法のどちらも適用可能である。ストライクめっき、フラッシュめっきと呼ばれる電解めっきでは、めっき速度が速く、下地との密着性も良好である。無電解めっきに使用する溶液は、置換型と還元型に分類され、厚さが薄い場合には置換型めっきのみでも十分であるが、厚さが厚い場合には置換型めっきの後に還元型めっきを段階的に施すことが有効である。

【0043】

蒸着法では、スパッタ法、イオンプレーティング法、真空蒸着等の物理吸着と、プラズマＣＶＤ等の化学吸着を利用することができる。いずれも乾式であり、Ｐｄ被覆層、Ａｕ層形成後の洗浄が不要であり、洗浄時の表面汚染等の心配がない。

【0044】

Ｐｄ被覆層、Ａｕ層形成後に熱処理を行うことにより、Ｐｄ被覆層のＰｄがＡｕ層中に拡散し、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層が形成される。Ａｕ層を形成した後に熱処理によってＡｕとＰｄを含む合金表皮層を形成するのではなく、最初からＡｕとＰｄを含む合金表皮層を被着することとしても良い。

【0045】

Ｐｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の形成に対しては、最終線径まで伸線後にこれらの層を形成する手法と、太径のＣｕ合金芯材にこれらの層を形成してから狙いの線径まで複数回伸線する手法とのどちらも有効である。前者の最終径でＰｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層を形成する場合には、製造、品質管理等が簡便である。後者のＰｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層と伸線を組み合わせる場合には、Ｃｕ合金芯材との密着性が向上する点で有利である。それぞれの形成法の具体例として、最終線径のＣｕ合金芯材に、電解めっき溶液の中にワイヤを連続的に掃引しながらＰｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層を形成する手法、あるいは、電解又は無電解のめっき浴中に太いＣｕ合金芯材を浸漬してＰｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層を形成した後に、ワイヤを伸線して最終線径に到達する手法等が挙げられる。

【0046】

Ｐｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層を形成した後は、熱処理を行う場合がある。熱処理を行うことでＡｕとＰｄを含む合金表皮層、Ｐｄ被覆層、Ｃｕ合金芯材の間で原子が拡散して密着強度が向上するため、加工中のＡｕとＰｄを含む合金表皮層やＰｄ被覆層の剥離を抑制でき、生産性が向上する点で有効である。大気中からのＯ_２の混入を防ぐために、真空雰囲気あるいはＡｒやＮ_２等の不活性雰囲気中で熱処理を行うことが好ましい。

【0047】

前述のように、ボンディングワイヤに施す拡散熱処理や焼鈍熱処理の条件を調整することにより、芯材のＣｕがＰｄ被覆層やＡｕとＰｄを含む合金表皮層中を拡散し、ボンディングワイヤの最表面にＣｕを到達させ、最表面にＣｕを存在させることができる。最表面にＣｕを存在させるための熱処理として、上記のように、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層を形成するための熱処理を用いることができる。合金表皮層を形成するための熱処理を行うに際し、熱処理温度と時間を選択することにより、最表面にＣｕを存在させ、あるいはＣｕを存在させないことができる。さらに、最表面のＣｕ濃度を所定の範囲（例えば、１～５０原子％の範囲）に調整することもできる。合金表皮層形成時以外に行う熱処理によってＣｕを最表面に拡散させることとしても良い。

【0048】

前述のとおり、ボンディングワイヤ中に第１～第５合金元素群を含有させるに際し、これら元素をＣｕ合金芯材中に含有させる方法、Ｃｕ合金芯材あるいはワイヤ表面に被着させて含有させる方法のいずれを採用しても、上記本発明の効果を発揮することができる。

【0049】

上記成分の添加方法として、最も簡便なのはＣｕ合金芯材の出発材料に添加しておく方法である。たとえば、高純度の銅と上記成分元素原料を出発原料として秤量したのち、これを高真空下もしくは窒素やアルゴン等の不活性雰囲気下で加熱して溶解することで目的の濃度範囲の上記成分が添加されたインゴットを作成し、目的濃度の上記成分元素を含む出発材料とする。したがって好適な一実施形態において、本発明のボンディングワイヤのＣｕ合金芯材は、第１～第５合金元素群の元素を、ワイヤ全体に対する前記元素の濃度がそれぞれ規定の濃度となるように含む。該濃度の合計の好適な数値範囲は、先述のとおりである。

【0050】

ワイヤ製造工程の途中で、ワイヤ表面に上記成分を被着させることによって含有させることもできる。この場合、ワイヤ製造工程のどこに組み込んでも良いし、複数回繰り返しても良い。複数の工程に組み込んでも良い。Ｐｄ被覆前のＣｕ表面に添加しても良いし、Ｐｄ被覆後のＰｄ表面に添加しても良いし、Ａｕ被覆後のＡｕ表面に添加しても良いし、各被覆工程に組み込んでも良い。被着方法としては、水溶液の塗布⇒乾燥⇒熱処理、めっき法（湿式）、蒸着法（乾式）、から選択することができる。

【実施例】

【0051】

以下では、実施例を示しながら、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤについて、具体的に説明する。

【0052】

（サンプル）
まずサンプルの作製方法について説明する。芯材の原材料となるＣｕは純度が９９．９９質量％以上で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。第１～第５合金元素群は純度が９９質量％以上で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。ワイヤ又は芯材の組成が目的のものとなるように、芯材への添加元素である第１～第５合金元素群を調合する。第１～第５合金元素群の添加に関しては、単体での調合も可能であるが、単体で高融点の元素や添加量が極微量である場合には、添加元素を含むＣｕ母合金をあらかじめ作製しておいて目的の添加量となるように調合しても良い。

【0053】

芯材のＣｕ合金は、直径がφ３～６ｍｍの円柱型に加工したカーボンるつぼに原料を装填し、高周波炉を用いて、真空中もしくはＮ_２やＡｒガス等の不活性雰囲気で１０９０～１３００℃まで加熱して溶解させた後、炉冷を行うことで製造した。得られたφ３～６ｍｍの合金に対して、引抜加工を行ってφ０．９～１．２ｍｍまで加工した後、ダイスを用いて連続的に伸線加工等を行うことによって、φ３００～６００μｍのワイヤを作製した。伸線には市販の潤滑液を用い、伸線速度は２０～１５０ｍ／分とした。ワイヤ表面の酸化膜を除去するために、塩酸による酸洗処理を行った後、芯材のＣｕ合金の表面全体を覆うようにＰｄ被覆層を１～１５μｍ形成した。さらに、一部のワイヤはＰｄ被覆層の上にＡｕとＰｄを含む合金表皮層を０．０５～１．５μｍ形成した。Ｐｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の形成には電解めっき法を用いた。めっき液は市販の半導体用めっき液を用いた。その後、２００～５００℃の熱処理と伸線加工を繰返し行うことによって直径２０μｍまで加工した。加工後は最終的に破断伸びが約５～１５％になるようＮ_２もしくはＡｒガスを流しながら熱処理をした。熱処理方法はワイヤを連続的に掃引しながら行い、Ｎ_２もしくはＡｒガスを流しながら行った。ワイヤの送り速度は２０～２００ｍ／分、熱処理温度は２００～６００℃で熱処理時間は０．２～１．０秒とした。

【0054】

Ｐｄ被覆層、ＡｕとＰｄを含む合金表皮層の濃度分析は、ボンディングワイヤの表面から深さ方向に向かってＡｒイオンでスパッタしながらオージェ電子分光分析装置を用いて分析した。被覆層及び合金表皮層の厚さは、得られた深さ方向の濃度プロファイル（深さの単位はＳｉＯ_２換算）から求めた。Ｐｄの濃度が５０原子％以上で、かつ、Ａｕの濃度が１０原子％未満であった領域をＰｄ被覆層とし、Ｐｄ被覆層の表面にあるＡｕ濃度が１０原子％以上の範囲であった領域を合金表皮層とした。被覆層及び合金表皮層の厚さ及び組成をそれぞれ表１～表６に記載した。Ｃｕ合金芯材におけるＰｄの濃度は、ワイヤ断面を露出させて、走査型電子顕微鏡に備え付けた電子線マイクロアナライザにより、ワイヤ断面の中心部（ワイヤ直径の１／４の直径の範囲）について線分析、点分析等を行う方法により測定した。ワイヤ断面を露出させる方法としては、機械研磨、イオンエッチング法等を利用した。ボンディングワイヤ中のＰｄ含有量は、上記分析したＣｕ合金芯材中のＰｄ含有量分析値に「（ワイヤ単位長さあたりのＣｕ合金芯材質量）／（ワイヤ単位長さあたりのボンディングワイヤ質量）」を掛け合わせることで算出した。ボンディングワイヤ中のＰｄ以外の第１～第５合金元素群の濃度は、ボンディングワイヤを強酸で溶解した液をＩＣＰ発光分光分析装置、ＩＣＰ質量分析装置を利用して分析し、ボンディングワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出した。

【0055】

（評価方法）
高温高湿環境又は高温環境でのボール接合部の接合信頼性は、接合信頼性評価用のサンプルを作製し、ＨＡＳＴ及びＨＴＳ評価を行い、それぞれの試験におけるボール接合部の接合寿命によって判定した。接合信頼性評価用のサンプルは、一般的な金属フレーム上のＳｉ基板に厚さ０．８μｍのＡｌ－１．０％Ｓｉ－０．５％Ｃｕの合金を成膜して形成した電極に、市販のワイヤーボンダーを用いてボール接合を行った。ボールはＮ_２＋５％Ｈ_２ガスを流量０．４～０．６Ｌ／ｍｉｎで流しながら形成させ、その大きさはφ３３～３４μｍの範囲とした。ボンディングワイヤの接合後、異なる２種類のイオウ含有量のエポキシ樹脂によって封止してサンプルを作製した。低濃度イオウ含有樹脂としては、イオウ含有量が２質量ｐｐｍのものを用い、高濃度イオウ含有樹脂としては、イオウ含有量が１６質量ｐｐｍのものを用いた。エポキシ樹脂中のイオウ含有量評価については、樹脂を粉砕して窒素ガスフロー中で２００℃、１０時間過熱し、キャリア窒素ガスに含まれる樹脂からのアウトガスを過酸化水素水で捕集し、イオンクロマトグラフィーによってイオウ含有量の評価を行った。

【0056】

ＨＡＳＴ評価については、作製した接合信頼性評価用のサンプルを、不飽和型プレッシャークッカー試験機を使用し、温度１３０℃、相対湿度８５％の高温高湿環境に暴露し、７Ｖのバイアスをかけた。ボール接合部の接合寿命は４８時間毎にボール接合部のシェア試験を実施し、シェア強度の値が初期に得られたシェア強度の１／２となる時間とした。高温高湿試験後のシェア試験は、酸処理によって樹脂を除去して、ボール接合部を露出させてから行った。

【0057】

ＨＡＳＴ評価のシェア試験機はＤＡＧＥ社製の試験機を用いた。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の１０か所の測定値の平均値を用いた。上記の評価において、接合寿命が９６時間未満であれば実用上問題があると判断し×印、９６時間以上１４４時間未満であれば実用可能であるがやや問題有りとして△印、１４４時間以上２８８時間未満であれば実用上問題ないと判断し○印、２８８時間以上３８４時間未満であれば優れていると判断し◎印とし、３８４時間以上であれば特に優れていると判断し◎◎印とし、表１～表６の「ＨＡＳＴ」の欄に表記した。

【0058】

ＨＴＳ評価については、作製した接合信頼性評価用のサンプルを、高温恒温器を使用し、温度２００℃の高温環境に暴露した。ボール接合部の接合寿命は５００時間毎にボール接合部のシェア試験を実施し、シェア強度の値が初期に得られたシェア強度の１／２となる時間とした。高温試験後のシェア試験は、酸処理によって樹脂を除去して、ボール接合部を露出させてから行った。

【0059】

ＨＴＳ評価のシェア試験機はＤＡＧＥ社製の試験機を用いた。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の１０か所の測定値の平均値を用いた。上記の評価において、接合寿命が２５０時間未満であれば実用上問題があると判断し×印、２５０時間以上５００時間未満であれば実用可能であるが改善の要望ありと判断し△印、５００時間以上１０００時間未満であれば実用上問題ないと判断し○印、１０００時間以上２０００時間未満であれば優れていると判断し◎印とし、２０００時間以上３０００時間以下であれば特に優れていると判断し◎◎印とし、表１～表６の「ＨＴＳ」の欄に表記した。

【0060】

ボール形成性（ＦＡＢ形状）の評価は、接合を行う前のボールを採取して観察し、ボール表面の気泡の有無、本来真球であるボールの変形の有無を判定した。上記のいずれかが発生した場合は不良と判断した。ボールの形成は溶融工程での酸化を抑制するために、Ｎ_２ガスを流量０．５Ｌ／ｍｉｎで吹き付けながら行った。ボールの大きさは３４μｍとした。１条件に対して５０個のボールを観察した。観察にはＳＥＭを用いた。ボール形成性の評価において、不良が５個以上発生した場合には問題があると判断し×印、不良が３～４個であれば実用可能であるがやや問題有りとして△印、不良が１～２個の場合は問題ないと判断し○印、不良が発生しなかった場合には優れていると判断し◎印とし、表１～表６の「ＦＡＢ形状」の欄に表記した。

【0061】

ワイヤ接合部におけるウェッジ接合性の評価は、リードフレームのリード部分に１０００本のボンディングを行い、接合部の剥離の発生頻度によって判定した。リードフレームは１～３μｍのＡｇめっきを施したＦｅ－４２原子％Ｎｉ合金リードフレームを用いた。本評価では、通常よりも厳しい接合条件を想定して、ステージ温度を一般的な設定温度域よりも低い１５０℃に設定した。上記の評価において、不良が１１個以上発生した場合には問題があると判断し×印、不良が６～１０個であれば実用可能であるがやや問題有りとして△印、不良が１～５個の場合は問題ないと判断し○印、不良が発生しなかった場合には優れていると判断し◎印とし、表１～表６の「ウェッジ接合性」の欄に表記した。

【0062】

ボール接合部のつぶれ形状の評価は、ボンディングを行ったボール接合部を直上から観察して、その真円性によって判定した。接合相手はＳｉ基板上に厚さ１．０μｍのＡｌ－０．５％Ｃｕの合金を成膜した電極を用いた。観察は光学顕微鏡を用い、１条件に対して２００箇所を観察した。真円からのずれが大きい楕円状であるもの、変形に異方性を有するものはボール接合部のつぶれ形状が不良であると判断した。上記の評価において、不良が６個以上発生した場合には問題があると判断し×印、不良が４～５個であれば実用可能であるがやや問題有りとして△印、１～３個の場合は問題ないと判断し○印、全て良好な真円性が得られた場合は、特に優れていると判断し◎印とし、表１～表６の「つぶれ形状」の欄に表記した。

【0063】

チップダメージの評価では、Ｓｉ基板上に厚さ１．０μｍのＡｌ－０．５％Ｃｕの合金を成膜した電極に２００箇所ボールボンディングを行い、ワイヤ及びＡｌ電極を薬液にて溶解しＳｉ基板を露出し、Ｓｉ基板上にダメージが入っているかどうかを観察することによって行った。ダメージが２個以上入っていれば不良と判断して×印、ダメージが１個であれば問題ないとして○印、ダメージが観察されなければ良好として◎印とし、表１～表６の「チップダメージ」欄に表記した。○と◎は合格である。

【0064】

【表1-1】

【0065】

【表1-2】

【0066】

【表1-3】

【0067】

【表2-1】

【0068】

【表2-2】

【0069】

【表2-3】

【0070】

【表3-1】

【0071】

【表3-2】

【0072】

【表3-3】

【0073】

【表4-1】

【0074】

【表4-2】

【0075】

【表4-3】

【0076】

【表5-1】

【0077】

【表5-2】

【0078】

【表5-3】

【0079】

【表6-1】

【0080】

【表6-2】

【0081】

【表6-3】

【0082】

表１－１～表６－３に結果を示す。表１－１～表５－３の本発明例Ｎｏ．１～１２７が本発明例であり、表６－１～表６－３の比較例Ｎｏ．１～１５が比較例である。本発明範囲から外れる数値にアンダーラインを付している。

【0083】

表１－１～表５－３の本発明例Ｎｏ．１～１２７は、Ｃｕ合金芯材とＣｕ合金芯材の表面に形成されたＰｄ被覆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、ワイヤの成分組成が本発明範囲内に入っており、ＨＡＳＴ結果、ＨＳＴ結果（低濃度イオウ含有樹脂、高濃度イオウ含有樹脂いずれも）、ＦＡＢ形状、ウェッジ接合性、ボール接合部のつぶれ形状、チップダメージのすべての評価項目において、良好な結果を得ることができた。

【0084】

表６－１～表６－３の比較例Ｎｏ．１～１５について説明する。比較例Ｎｏ．１～５、１２は、第１＋合金元素群の含有量が本発明範囲の下限を外れており、ＨＡＳＴ、ＨＴＳ（低濃度イオウ含有樹脂を含め）のいずれも不良であった。
比較例Ｎｏ．６～８、１１は、第１＋合金元素群の含有量は本発明範囲にあるものの、第２合金元素群の含有量が本発明範囲の下限を外れており、比較例Ｎｏ．９は、Ｚｎを含有するとともに第１合金元素群とＺｎの合計含有量が本発明範囲を外れており、いずれも高濃度イオウ含有樹脂を用いたＨＴＳ結果が不良であった。
比較例Ｎｏ．１０、１３～１５は、第１＋合金元素群又は第２合金元素群いずれかの含有量が本発明範囲の上限を外れており、チップダメージが不良であった。