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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-11
(45)【発行日】2022-10-19
(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 20060101AFI20221012BHJP
C22C 9/00 20060101ALI20221012BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 301F
C22C9/00
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022542358
(86)(22)【出願日】2022-03-16
(86)【国際出願番号】 JP2022012032
【審査請求日】2022-07-11
(31)【優先権主張番号】P 2021105514
(32)【優先日】2021-06-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(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
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士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】江藤 基稀
(72)【発明者】
【氏名】山田 隆
(72)【発明者】
【氏名】榛原 照男
(72)【発明者】
【氏名】大石 良
【審査官】今井 聖和
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－１９０７６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０３１４９８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／１６３２９７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／２４６０９４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１１９００４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９２０７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／２０４１３８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６０
Ｃ２２Ｃ ９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層とを含む半導体装置用ボンディングワイヤであって、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下であり、
被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であり、
以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす、半導体装置用ボンディングワイヤ。
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下
【請求項2】
被覆層のうち平均値Ｘからの絶対偏差が０．２Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上である、請求項１に記載のボンディングワイヤ。【請求項3】
被覆層の全測定点について、ＣＰｄ又はＣＮｉを最小二乗法により直線近似した際に、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差が２０原子％以下である、請求項１又は２に記載のボンディングワイヤ。【請求項4】
ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルが、ワイヤの表面からＡｒスパッタリングにより深さ方向に掘り下げていきながら、下記＜条件＞にてＡＥＳにより測定して得られる、請求項１～３の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
【請求項5】
ワイヤの表面にＡｕを含有する、請求項１～４の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。【請求項6】
ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下である、請求項５に記載のボンディングワイヤ。【請求項7】
ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が、下記＜条件＞にてＡＥＳにより測定される、請求項６に記載のボンディングワイヤ。＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
【請求項8】
ワイヤを用いてフリーエアボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ Ａｉｒ Ｂａｌｌ）を形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上である、請求項１～７の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。【請求項9】
圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上である、請求項８に記載のボンディングワイヤ。【請求項10】
Ｂ、Ｐ及びＭｇからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、請求項１～９の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。【請求項11】
Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、請求項１～１０の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。【請求項12】
Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第３添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度が０．０１１質量％以上１．５質量％以下である、請求項１～１１の何れか１項に記載のボンディングワイヤ。【請求項13】
請求項１～１２の何れか１項に記載のボンディングワイヤを含む半導体装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置用ボンディングワイヤに関する。さらには、該ボンディングワイヤを含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置では、半導体チップ上に形成された電極と、リードフレームや基板上の電極との間をボンディングワイヤによって接続している。ボンディングワイヤの接続プロセスは、半導体チップ上の電極に１ｓｔ接合し、次にループを形成した後、リードフレームや基板上の外部電極にワイヤ部を２ｎｄ接合することで完了する。１ｓｔ接合は、ワイヤ先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりフリーエアボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ Ａｉｒ Ｂａｌｌ；以下、単に「ボール」、「ＦＡＢ」ともいう。）を形成した後に、該ボール部を半導体チップ上の電極に圧着接合（以下、「ボール接合」）する。また、２ｎｄ接合は、ボールを形成せずに、ワイヤ部を超音波、荷重を加えることにより外部電極上に圧着接合（以下、「ウェッジ接合」）する。
【0003】
これまでボンディングワイヤの材料は金（Ａｕ）が主流であったが、ＬＳＩ用途を中心に銅（Ｃｕ）への代替が進んでおり（例えば、特許文献１～３）、また、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、さらにはエアコンや太陽光発電システムなどの大電力機器におけるパワーデバイス（パワー半導体装置）用途においても、熱伝導率や溶断電流の高さから、高効率で信頼性も高いＣｕへの代替が期待されている。
【0004】
ＣｕはＡｕに比べて酸化され易い欠点があり、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Ｐｄ等の金属で被覆した構造も提案されている（特許文献４）。また、Ｃｕ芯材の表面をＰｄで被覆し、さらにＣｕ芯材にＰｄ、Ｐｔを添加することにより、１ｓｔ接合部の接合信頼性を改善したＰｄ被覆Ｃｕボンディングワイヤも提案されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開昭６１－４８５４３号公報
【文献】特表２０１８－５０３７４３号公報
【文献】国際公開第２０１７／２２１７７０号
【文献】特開２００５－１６７０２０号公報
【文献】国際公開第２０１７／０１３７９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
車載用デバイスやパワーデバイスは、作動時に、一般的な電子機器に比べて、より高温にさらされる傾向にあり、用いられるボンディングワイヤに関しては、過酷な高温環境下において良好な接合信頼性を呈することが求められる。
【0007】
本発明者らは、車載用デバイスやパワーデバイスに要求される特性を踏まえて評価を実施したところ、従来のＰｄ被覆層を有するＣｕボンディングワイヤでは、ワイヤの接続工程でＰｄ被覆層が部分的に剥離して芯材のＣｕが露出し、被覆Ｐｄ部と露出Ｃｕ部の接触領域が高温環境下で封止樹脂から発生する酸素や水蒸気、硫黄化合物系アウトガスを含む環境に曝されることでＣｕの局部腐食、すなわちガルバニック腐食が発生し、２ｎｄ接合部における接合信頼性が十分に得られない場合があることを見出した。他方、Ｐｄ被覆層を有していないベアＣｕボンディングワイヤに関しては、ガルバニック腐食は発生しないものの、ＦＡＢ形状が不良であり、ひいては１ｓｔ接合部における接合性が十分でない。
【0008】
以上のとおり、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、高温環境下におけるガルバニック腐食を抑制して良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすＣｕ系のボンディングワイヤの開発が望まれる。この点、車載用デバイス等で要求される特性はますます過酷になっており、より高温での動作保証が求められている。高温環境下におけるボンディングワイヤの接合信頼性を評価するにあたっては、過酷な高温環境を想定して、温度１７５℃の環境に暴露する高温放置試験（ＨＴＳＬ：High Temperature Storage Life Test）を行う場合が多いが、本発明者らはより過酷な高温環境を想定して温度２００℃におけるＨＴＳＬを行った。その結果、温度１７５℃で良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤであっても、温度２００℃においては２ｎｄ接合部の接合信頼性が損なわれる傾向にあることを見出した。また斯かる傾向は、ボンディングワイヤの線径が太くなるにつれて顕著となることを確認した。ここで、ワイヤの線径が太くなるにつれて２ｎｄ接合部の接合信頼性の悪化が顕著となることはガルバニック腐食の不良モードのみに基づいて説明できないことから、温度２００℃といった過酷な高温環境においてはガルバニック腐食の不良モードに加えて他の不良モードが発現・顕著化することも見出した。
【0009】
本発明は、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、過酷な高温環境下においても良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらす新規なＣｕボンディングワイヤを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記課題につき鋭意検討した結果、下記構成を有することによって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【0011】
すなわち、本発明は以下の内容を含む。
［１］ Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層とを含む半導体装置用ボンディングワイヤであって、
オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下であり、
被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であり、
以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす、半導体装置用ボンディングワイヤ。
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下
［２］ 被覆層のうち平均値Ｘからの絶対偏差が０．２Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上である、［１］に記載のボンディングワイヤ。
［３］ 被覆層の全測定点について、ＣＰｄ又はＣＮｉを最小二乗法により直線近似した際に、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差が２０原子％以下である、［１］又は［２］に記載のボンディングワイヤ。
［４］ ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルが、ワイヤの表面からＡｒスパッタリングにより深さ方向に掘り下げていきながら、下記＜条件＞にてＡＥＳにより測定して得られる、［１］～［３］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
［５］ ワイヤの表面にＡｕを含有する、［１］～［４］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［６］ ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下である、［５］に記載のボンディングワイヤ。
［７］ ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が、下記＜条件＞にてＡＥＳにより測定される、［６］に記載のボンディングワイヤ。
＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
［８］ ワイヤを用いてフリーエアボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ Ａｉｒ Ｂａｌｌ）を形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上である、［１］～［７］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［９］ 圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上である、［８］に記載のボンディングワイヤ。
［１０］ Ｂ、Ｐ及びＭｇからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、［１］～［９］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１１］ Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、［１］～［１０］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１２］ Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第３添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度が０．０１１質量％以上１．５質量％以下である、［１］～［１１］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１３］ ［１］～［１２］の何れかに記載のボンディングワイヤを含む半導体装置。
［１］ Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層とを含む半導体装置用ボンディングワイヤであって、
オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下であり、
被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であり、
以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす、半導体装置用ボンディングワイヤ。
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下
［２］ 被覆層のうち平均値Ｘからの絶対偏差が０．２Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上である、［１］に記載のボンディングワイヤ。
［３］ 被覆層の全測定点について、ＣＰｄ又はＣＮｉを最小二乗法により直線近似した際に、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差が２０原子％以下である、［１］又は［２］に記載のボンディングワイヤ。
［４］ ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルが、ワイヤの表面からＡｒスパッタリングにより深さ方向に掘り下げていきながら、下記＜条件＞にてＡＥＳにより測定して得られる、［１］～［３］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
［５］ ワイヤの表面にＡｕを含有する、［１］～［４］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［６］ ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が１０原子％以上９０原子％以下である、［５］に記載のボンディングワイヤ。
［７］ ワイヤの表面におけるＡｕの濃度が、下記＜条件＞にてＡＥＳにより測定される、［６］に記載のボンディングワイヤ。
＜条件＞ワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下、測定面の長さが測定面の幅の５倍である
［８］ ワイヤを用いてフリーエアボール（ＦＡＢ：Ｆｒｅｅ Ａｉｒ Ｂａｌｌ）を形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上である、［１］～［７］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［９］ 圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上である、［８］に記載のボンディングワイヤ。
［１０］ Ｂ、Ｐ及びＭｇからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第１添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、［１］～［９］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１１］ Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第２添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、［１］～［１０］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１２］ Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される１種以上の元素（以下、「第３添加元素」という。）を含み、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度が０．０１１質量％以上１．５質量％以下である、［１］～［１１］の何れかに記載のボンディングワイヤ。
［１３］ ［１］～［１２］の何れかに記載のボンディングワイヤを含む半導体装置。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、過酷な高温環境下においても良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらす新規なＣｕボンディングワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。説明にあたり図面を参照する場合もあるが、各図面は、発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさおよび配置が概略的に示されているに過ぎない。本発明は、下記実施形態及び例示物に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施され得る。
【0015】
［半導体装置用ボンディングワイヤ］
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤ（以下、単に「本発明のワイヤ」、「ワイヤ」ともいう。）は、
Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、
該芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層とを含み、
オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下であり、
被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であり、
ワイヤ全体に対するＩｎ及びＡｇの少なくとも一方の濃度が１質量ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤ（以下、単に「本発明のワイヤ」、「ワイヤ」ともいう。）は、
Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、
該芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層とを含み、
オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下であり、
被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であり、
ワイヤ全体に対するＩｎ及びＡｇの少なくとも一方の濃度が１質量ｐｐｍ以上であることを特徴とする。
【0016】
先述のとおり、車載用デバイスやパワーデバイスに用いられるボンディングワイヤは、過酷な高温環境下において良好な接合信頼性を呈することが求められる。例えば、車載用デバイスに用いられるボンディングワイヤでは、１５０℃を超えるような高温環境下での接合信頼性が求められている。本発明者らは、車載用デバイス等で要求される特性を踏まえて評価を実施したところ、従来のＰｄ被覆層を有するＣｕボンディングワイヤでは、高温環境下においてガルバニック腐食が発生し、２ｎｄ接合部における接合信頼性が十分に得られない場合があることを見出した。また、Ｐｄ被覆層を有していないベアＣｕボンディングワイヤに関しては、ガルバニック腐食は発生しないものの、ＦＡＢ形状が不良であり、ひいては１ｓｔ接合部の圧着形状に劣り、高密度実装で要求される狭ピッチ接続への対応が十分でない。
【0017】
車載用デバイスやパワーデバイスに要求される特性はますます過酷になっており、より高温での動作保証が求められている。高温環境下におけるボンディングワイヤの接合信頼性を評価するにあたっては、過酷な高温環境を想定して、温度１７５℃の環境に暴露するＨＴＳＬを行う場合が多いが、本発明者らはより過酷な高温環境を想定して温度２００℃におけるＨＴＳＬを行った。その結果、温度１７５℃で良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤであっても、温度２００℃においては２ｎｄ接合部の接合信頼性が損なわれる傾向にあることを見出した。また斯かる傾向は、ボンディングワイヤの線径が太くなるにつれて顕著となることを確認した。ここで、ワイヤの線径が太くなるにつれて２ｎｄ接合部の接合信頼性の悪化が顕著となることはガルバニック腐食の不良モードのみに基づいて説明できないことから、温度２００℃といった過酷な高温環境においてはガルバニック腐食の不良モードに加えて他の不良モードが発現・顕著化することも見出した。
【0018】
これに対し、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層とを含み、ＡＥＳにより深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下であり、被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であり、ワイヤ全体に対するＩｎ及びＡｇの少なくとも一方の濃度が１質量ｐｐｍ以上であるボンディングワイヤによれば、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、過酷な高温環境下においても良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすことを本発明者らは見出した。本発明は、車載用デバイスやパワーデバイスにおけるＣｕボンディングワイヤの実用化・その促進に著しく寄与するものである。
【0019】
＜Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材＞
本発明のワイヤは、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材（以下、単に「Ｃｕ芯材」ともいう。）を含む。
本発明のワイヤは、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材（以下、単に「Ｃｕ芯材」ともいう。）を含む。
【0020】
Ｃｕ芯材は、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる限りにおいて特に限定されず、半導体装置用ボンディングワイヤとして知られている従来のＰｄ被覆Ｃｕワイヤを構成する公知のＣｕ芯材を用いてよい。
【0021】
本発明において、Ｃｕ芯材中のＣｕの濃度は、例えば、Ｃｕ芯材の中心（軸芯部）において、９７原子％以上、９７．５原子％以上、９８原子％以上、９８．５原子％以上、９９原子％以上、９９．５原子％以上、９９．８原子％以上、９９．９原子％以上、９９．９８原子％以上又は９９．９９原子％以上などとし得る。
【0022】
ボンディングワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、ワイヤ全体に対するＩｎ及びＡｇの少なくとも一方の濃度が１質量ｐｐｍ以上となるようにＣｕ芯材がＩｎ、Ａｇを含有することが好ましい。ワイヤ全体に対するＩｎ、Ａｇの濃度の好適範囲は後述のとおりである。
【0023】
Ｃｕ芯材はまた、例えば、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上のドーパントを含有してよい。これらドーパントの好適な含有量は後述のとおりである。
【0024】
一実施形態において、Ｃｕ芯材は、Ｃｕと不可避不純物からなる。他の一実施形態において、Ｃｕ芯材は、Ｃｕと、Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方と不可避不純物からなる。さらに他の一実施形態において、Ｃｕ芯材は、Ｃｕと、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上の元素と、不可避不純物とからなる。さらに他の一実施形態において、Ｃｕ芯材は、Ｃｕと、Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方と、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上の元素と、不可避不純物とからなる。なお、Ｃｕ芯材についていう用語「不可避不純物」には、後述の被覆層を構成する元素も包含される。
【0025】
＜被覆層＞
本発明のワイヤは、Ｃｕ芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層（以下、単に「被覆層」ともいう。）を含む。
本発明のワイヤは、Ｃｕ芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層（以下、単に「被覆層」ともいう。）を含む。
【0026】
良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすために、本発明のワイヤにおける被覆層は、ＡＥＳにより深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイル（以下、単に「ワイヤの深さ方向の濃度プロファイル」ともいう。）において、以下の（１）乃至（３）の条件を全て満たすことが重要である。
（１）該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下
（２）被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下
（３）被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上
（１）該被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下
（２）被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下
（３）被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上
【0027】
本発明において、ＡＥＳによりワイヤの深さ方向の濃度プロファイルを取得するにあたって、その深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定する。一般にＡＥＳによる深さ方向の分析はサブナノオーダーの測定間隔で分析することが可能であるので、本発明が対象とする被覆層の厚さとの関係において測定点を５０点以上とすることは比較的容易である。仮に、測定した結果、測定点数が５０点に満たない場合には、スパッタ速度を下げたりスパッタ時間を短くしたりする等して測定点数が５０点以上になるようにして、再度測定を行う。これにより、ＡＥＳにより深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定し、ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルを得ることができる。被覆層の厚さにもよるが、被覆層に関する測定点の総数が７０点（より好ましくは１００点）となるように、ＡＥＳの測定点間隔を決定することがより好適である。したがって、好適な一実施形態において、本発明のワイヤにおける被覆層は、ＡＥＳにより深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、上記（１）乃至（３）の条件を全て満たす。
【0028】
－条件（１）－
条件（１）は、被覆層の厚さに関する。条件（２）、（３）との組み合わせにおいて条件（１）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に、良好なＦＡＢ形状をもたらし、ひいては良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことができる。
条件（１）は、被覆層の厚さに関する。条件（２）、（３）との組み合わせにおいて条件（１）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に、良好なＦＡＢ形状をもたらし、ひいては良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことができる。
【0029】
条件（１）について、被覆層の厚さ（ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルに基づく算出方法は後述する。）は、良好なＦＡＢ形状を実現する観点から、１０ｎｍ以上であり、好ましくは１２ｎｍ以上、１４ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、１６ｎｍ以上、１８ｎｍ以上又は２０ｎｍ以上、より好ましくは２５ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上又は５０ｎｍ以上、さらに好ましくは６０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上又は９０ｎｍ以上である。被覆層の厚さが１０ｎｍ未満であると、ＦＡＢ形成時に偏芯が発生しＦＡＢ形状が悪化すると共に、１ｓｔ接合部の圧着形状が悪化する傾向にある。また、被覆層の厚さの上限は、良好なＦＡＢ形状を実現する観点から、１３０ｎｍ以下であり、好ましくは１２５ｎｍ以下、１２０ｎｍ以下、１１５ｎｍ以下又は１１０ｎｍ以下である。被覆層の厚さが１３０ｎｍ超であると、ＦＡＢ形成時に異形や溶融不良が発生しＦＡＢ形状が悪化すると共に、１ｓｔ接合部の圧着形状が悪化する傾向にある。
【0030】
－条件（２）－
条件（２）は、上記の被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値Ｘに関する。条件（１）、（３）に加えて条件（２）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に、良好なＦＡＢ形状をもたらし、ひいては良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことができる。
条件（２）は、上記の被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値Ｘに関する。条件（１）、（３）に加えて条件（２）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に、良好なＦＡＢ形状をもたらし、ひいては良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことができる。
【0031】
条件（２）について、平均値Ｘは、良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を実現する観点から、３５．０以下であり、好ましくは３４．０以下、より好ましくは３２．０以下、３０．０以下、２８．０以下、２６．０以下、２５．０以下、２４．０以下、２２．０以下又は２０．０以下である。比ＣＰｄ／ＣＮｉが３５．０超であると、高温環境下におけるガルバニック腐食を抑制できず２ｎｄ接合部において十分な高温接合信頼性が得られない傾向にある。また、平均値Ｘの下限は、良好な２ｎｄ接合部における接合性を実現する観点から、０．２以上であり、好ましくは０．４以上、０．５以上、０．６以上、０．８以上、１．０以上又は１．０超、より好ましくは１．５以上、２．０以上、２．５以上又は３．０以上である。平均値Ｘが０．２未満であると、十分な２ｎｄ接合部における接合性（２ｎｄ接合部の初期接合性）が得られない傾向にある。
【0032】
－条件（３）－
条件（３）は、被覆層のうち上記平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であることに関する。条件（１）、（２）との組み合わせにおいて条件（３）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に、良好なＦＡＢ形状をもたらし、ひいては良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことができる。
条件（３）は、被覆層のうち上記平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であることに関する。条件（１）、（２）との組み合わせにおいて条件（３）を満たす被覆層を含むことにより、本発明のワイヤは、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に、良好なＦＡＢ形状をもたらし、ひいては良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことができる。
【0033】
条件（３）は、条件（２）と共に、被覆層の厚さ方向において、被覆層が、ＰｄとＮｉを所定比率にて含有するＰｄＮｉ合金をＰｄ／Ｎｉ比率の変動を抑えつつ高濃度に含むことを表す。高温環境下においてより良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を実現する観点、より良好なＦＡＢ形状を実現する観点から、被覆層のうち平均値Ｘからの絶対偏差が０．２Ｘ以内（より好ましくは０．１８Ｘ以内、０．１６Ｘ以内又は０．１５Ｘ以内）にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であることがより好適である。
【0034】
高温環境下においてよりいっそう良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を実現する観点、よりいっそう良好なＦＡＢ形状を実現する観点から、被覆層のうち平均値Ｘからの絶対偏差が所定範囲（好適範囲は先述のとおり）にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し好ましくは５５％以上又は６０％以上、より好ましくは６５％以上、７０％以上又は７５％以上、さらに好ましくは８０％以上である。
【0035】
本発明の効果をさらに享受し得る観点から、ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、被覆層の全測定点について、Ｐｄの濃度ＣＰｄ（原子％）又はＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）を最小二乗法により直線近似した際に、被覆層の深さ（厚さ）範囲における該近似直線の最大値と最小値の差は、好ましくは２０原子％以下、より好ましくは１５原子％以下、さらに好ましくは１０原子％以下、８原子％以下、６原子％以下又は５原子％以下である。中でも、平均値Ｘが１未満である場合、被覆層の全測定点についてＣＮｉ（原子％）を最小二乗法により直線近似した際に、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差が上記範囲にあることが好適であり、また、平均値Ｘが１以上である場合、被覆層の全測定点についてＣＰｄ（原子％）を最小二乗法により直線近似した際に、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差が上記範囲にあることが好適である。
【0036】
条件（１）における被覆層の厚さ、条件（２）、（３）における平均値Ｘや該平均値Ｘからの絶対偏差、該絶対偏差が所定範囲にある測定点の総数、被覆層の測定点の総数に占める絶対偏差が所定範囲にある測定点の総数の割合は、ワイヤの表面からＡｒスパッタリングにより深さ方向（ワイヤ中心への方向）に掘り下げていきながら、ＡＥＳにより組成分析を行うことにより確認・決定することができる。詳細には、１）ワイヤ表面の組成分析を行った後、２）Ａｒによるスパッタリングと３）スパッタリング後の表面の組成分析とを繰り返すことで、ワイヤの表面から深さ（中心）方向の各元素の濃度変化（所謂、深さ方向の濃度プロファイル）を取得し、該濃度プロファイルに基づき確認・決定することができる。本発明において、深さ方向の濃度プロファイルを取得するにあたって、深さの単位はＳｉＯ２換算とした。
【0037】
１）ワイヤ表面の組成分析や３）スパッタリング後の表面の組成分析を行うにあたり、測定面の位置及び寸法は、以下のとおり決定する。なお、以下において、測定面の幅とは、ワイヤ軸に垂直な方向（ワイヤの太さ方向）における測定面の寸法をいい、測定面の長さとは、ワイヤ軸の方向（ワイヤの長さ方向）における測定面の寸法をいう。図１を参照してさらに説明する。図１は、ワイヤ１の平面視概略図であり、ワイヤ軸の方向（ワイヤの長さ方向）が図１の垂直方向（上下方向）に、また、ワイヤ軸に垂直な方向（ワイヤの太さ方向）が図１の水平方向（左右方向）にそれぞれ対応するように示している。図１には、ワイヤ１との関係において測定面２を示すが、測定面２の幅は、ワイヤ軸に垂直な方向における測定面の寸法ｗａであり、測定面２の長さは、ワイヤ軸の方向における測定面の寸法ｌａである。
【0038】
ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下となるように測定面を決定する。測定面の長さは、測定面の幅の５倍となるように設定する。図１において、ワイヤの幅は符号Ｗで示し、ワイヤの幅の中心を一点鎖線Ｘで示している。したがって、測定面２は、その幅の中心がワイヤの幅の中心である一点鎖線Ｘと一致するように位置決めし、かつ、測定面の幅ｗａがワイヤ直径（ワイヤの幅Ｗと同値）の５％以上１５％以下、すなわち０．０５Ｗ以上０．１５Ｗ以下となるように決定する。また、測定面の長さｌａは、ｌａ＝５ｗａの関係を満たす。測定面の位置及び寸法を上記のとおり決定することにより、高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に良好なＦＡＢ形状を実現するのに好適な、条件（１）～（３）の成否を精度良く測定することができる。また、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した複数箇所（ｎ≧３）の測定面について実施し、その算術平均値を採用することが好適である。
【0039】
上記の条件（１）における被覆層の厚さ、条件（２）、（３）における平均値Ｘや該平均値Ｘからの絶対偏差、該絶対偏差が所定範囲にある測定点の総数、被覆層の測定点の総数に占める絶対偏差が所定範囲にある測定点の総数の割合は、後述の［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）による被覆層の厚さ分析］欄に記載の条件にて測定した結果に基づくものである。
【0040】
一実施形態に係る本発明のワイヤについて求められた、深さ方向の濃度プロファイルについて、その傾向を以下に説明する。ワイヤの表面から一定の深さ位置までは、ＰｄとＮｉが一定比率にて高濃度に共存する傾向、すなわちＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である領域（被覆層）が存在し、該被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点が一定数存在する傾向にある。さらに深さ方向に進むと、ＰｄとＮｉの濃度が低下すると共にＣｕの濃度が上昇する傾向にある。このような深さ方向の濃度プロファイルにおいて、Ｐｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）に着目して、ＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である領域の厚さや測定点の総数から被覆層の厚さや被覆層の測定点の総数を求めることができる。また、該被覆層の全測定点に関する比ＣＰｄ／ＣＮｉを算術平均することで平均値Ｘを、被覆層の全測定点に関し該平均値Ｘからの絶対偏差を確認することで該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数を求めることができる。なお、後述のとおり、ワイヤの表面にＡｕをさらに含有する場合、深さ方向の濃度プロファイルにおいて、ワイヤの表面からごく浅い位置にかけて、Ａｕ濃度が低下すると共にＰｄとＮｉの濃度が上昇する傾向にある。斯かる場合も、Ｐｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）に着目して、その合計が９０原子％以上である領域の厚さや測定点の総数から被覆層の厚さや被覆層の測定点の総数を求めることができ、該被覆層の全測定点に関する比ＣＰｄ／ＣＮｉを算術平均することで平均値Ｘを、被覆層の全測定点に関し該平均値Ｘからの絶対偏差を確認することで該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数を求めることができる。
【0041】
－被覆層に係る他の好適な条件－
本発明のワイヤにおいて、被覆層は、上記の条件（１）乃至（３）の全てを満たすことに加えて、ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルに基づいて、以下の条件（４）及び（５）の一方又は両方を満たすことがより好適である。
（４）被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）の平均値をＸＰｄとしたとき、被覆層のうち該平均値ＸＰｄからの絶対偏差が０．１ＸＰｄ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上
（５）被覆層の全測定点に関するＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の平均値をＸＮｉとしたとき、被覆層のうち該平均値ＸＮｉからの絶対偏差が０．１ＸＮｉ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上
なお、条件（４）、（５）において、被覆層、その厚さや測定点の総数に関しては、条件（１）乃至（３）に関連して上述したとおりである。条件（１）乃至（３）に加えて、条件（４）及び（５）の一方又は両方を満たす被覆層を含む場合、本発明のワイヤは、高温環境下において一際良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に一際良好なＦＡＢ形状を実現することができる。
本発明のワイヤにおいて、被覆層は、上記の条件（１）乃至（３）の全てを満たすことに加えて、ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルに基づいて、以下の条件（４）及び（５）の一方又は両方を満たすことがより好適である。
（４）被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）の平均値をＸＰｄとしたとき、被覆層のうち該平均値ＸＰｄからの絶対偏差が０．１ＸＰｄ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上
（５）被覆層の全測定点に関するＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の平均値をＸＮｉとしたとき、被覆層のうち該平均値ＸＮｉからの絶対偏差が０．１ＸＮｉ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上
なお、条件（４）、（５）において、被覆層、その厚さや測定点の総数に関しては、条件（１）乃至（３）に関連して上述したとおりである。条件（１）乃至（３）に加えて、条件（４）及び（５）の一方又は両方を満たす被覆層を含む場合、本発明のワイヤは、高温環境下において一際良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすと共に一際良好なＦＡＢ形状を実現することができる。
【0042】
被覆層は、例えば、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上のドーパントを含有してよい。これらドーパントの好適な含有量は後述のとおりである。
【0043】
本発明のワイヤは、その表面にＡｕをさらに含有していてもよい。Ａｕをさらに含有することにより、２ｎｄ接合部における接合性をさらに改善することができる。
【0044】
２ｎｄ接合部における接合性をさらに改善する観点から、本発明のワイヤの表面におけるＡｕの濃度は、好ましくは１０原子％以上、より好ましくは１５原子％以上、さらに好ましくは２０原子％以上、２２原子％以上、２４原子％以上、２５原子％以上、２６原子％以上、２８原子％以上又は３０原子％以上である。本発明のワイヤの表面におけるＡｕの濃度の上限は、良好なＦＡＢ形状を実現する観点、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点から、好ましくは９０原子％以下、より好ましくは８５原子％以下、さらに好ましくは８０原子％以下、７８原子％以下、７６原子％以下、７５原子％以下、７４原子％以下、７２原子％以下又は７０原子％以下である。したがって好適な一実施形態において、本発明のワイヤの表面におけるＡｕの濃度は１０原子％以上９０原子％以下である。
【0045】
本発明において、表面におけるＡｕの濃度は、ワイヤ表面を測定面として、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によりワイヤ表面の組成分析を行って求めることができる。ここで、表面におけるＡｕの濃度を求めるにあたり、炭素（Ｃ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等ガス成分、非金属元素等は考慮しない。
【0046】
ワイヤ表面の組成分析は、深さ方向の濃度プロファイルを取得する方法に関連して説明した、１）ワイヤ表面の組成分析と同様の条件で実施することができる。すなわち、ワイヤ表面についてオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により組成分析を行うにあたり、測定面の位置及び寸法は、以下のとおり決定する。
ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下となるように測定面を決定する。測定面の長さは、測定面の幅の５倍となるように設定する。測定面の位置及び寸法を上記のとおり決定することにより、２ｎｄ接合部における接合性をさらに改善するのに好適な、ワイヤ表面におけるＡｕの濃度を精度良く測定することができる。また、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した複数箇所（ｎ≧３）の測定面について実施し、その算術平均値を採用することが好適である。
ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下となるように測定面を決定する。測定面の長さは、測定面の幅の５倍となるように設定する。測定面の位置及び寸法を上記のとおり決定することにより、２ｎｄ接合部における接合性をさらに改善するのに好適な、ワイヤ表面におけるＡｕの濃度を精度良く測定することができる。また、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した複数箇所（ｎ≧３）の測定面について実施し、その算術平均値を採用することが好適である。
【0047】
上記の表面におけるＡｕの濃度は、後述の［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によるワイヤ表面の組成分析］欄に記載の条件にて測定した結果に基づくものである。
【0048】
ワイヤの表面にＡｕを含有する場合、ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいてＡｕの最大濃度を示す位置は、Ｐｄの最大濃度を示す位置やＮｉの最大濃度を示す位置よりもワイヤの表面側にある。
【0049】
本発明のワイヤにおいて、Ｃｕ芯材と被覆層との境界は、上記のワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、ＰｄとＮｉの合計濃度を基準に判定する。ＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％の位置を境界と判定し、ＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％未満の領域をＣｕ芯材、９０原子％以上の領域を被覆層とする。本発明においてＣｕ芯材と被覆層との境界は必ずしも結晶粒界である必要はない。被覆層の厚さは、ワイヤ表面からワイヤ中心側に向けて濃度プロファイルを確認し、ＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％にはじめて達した深さ位置Ｚ１から、ＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％未満にはじめて低下した深さ位置Ｚ２（但しＺ２＞Ｚ１）までの距離として求めることができる。
【0050】
本発明のワイヤは、上記の条件（１）乃至（３）を満たす被覆層を含むことを特徴とするが、条件（２）及び（３）に係る平均値Ｘや該平均値Ｘからの絶対偏差、該絶対偏差が所定範囲にある測定点の総数、被覆層の測定点の総数に占める絶対偏差が所定範囲にある測定点の総数の割合は、上記の境界の判定法により決定した被覆層について、Ｐｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）に着目して決定する。
【0051】
一実施形態において、被覆層は、Ｐｄ及びＮｉと不可避不純物からなる。他の一実施形態において、被覆層は、Ｐｄ及びＮｉと；Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方と；不可避不純物とからなる。他の一実施形態において、被覆層は、Ｐｄ及びＮｉと；Ａｕ、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上の元素と；不可避不純物とからなる。さらに他の一実施形態において、被覆層は、Ｐｄ及びＮｉと；Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方と；Ａｕ、後述の第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素から選択される１種以上の元素と；不可避不純物とからなる。なお、被覆層についていう用語「不可避不純物」には、先述のＣｕ芯材を構成する元素も包含される。
【0052】
本発明のワイヤは、Ｉｎ及びＡｇの少なくとも一方を含有することを特徴とする。上記の条件（１）乃至（３）を全て満たす被覆層を含むと共に、ワイヤ全体に対しＩｎ及びＡｇの少なくとも一方を１質量ｐｐｍ以上含有することにより、本発明のワイヤは、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすことができる。
【0053】
したがって本発明のワイヤは、上記の条件（１）乃至（３）を全て満たす被覆層を含むと共に、以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす。
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上
【0054】
－条件（ｉ）－
条件（ｉ）は、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度に関する。条件（ｉ）について、ボンディングワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度は、１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは２質量ｐｐｍ以上、３質量ｐｐｍ以上、４質量ｐｐｍ以上又は５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは６質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上又は１０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上又は４０質量ｐｐｍ以上、さらにより好ましくは５０質量ｐｐｍ以上である。特にワイヤ全体に対するＩｎの濃度が５０質量ｐｐｍ以上であると、ボンディングワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現し易いため好適である。ワイヤ全体に対するＩｎの濃度の上限は、それ以上含有させても高温環境下における２ｎｄ接合部の接合信頼性の向上効果は頭打ちとなるため、コスト等を考慮して、例えば１００質量ｐｐｍ以下、９５質量ｐｐｍ以下、９０質量ｐｐｍ以下などとし得る。したがって一実施形態において、本発明のワイヤが条件（ｉ）を満たす場合、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度は１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。
条件（ｉ）は、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度に関する。条件（ｉ）について、ボンディングワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度は、１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは２質量ｐｐｍ以上、３質量ｐｐｍ以上、４質量ｐｐｍ以上又は５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは６質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上又は１０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上又は４０質量ｐｐｍ以上、さらにより好ましくは５０質量ｐｐｍ以上である。特にワイヤ全体に対するＩｎの濃度が５０質量ｐｐｍ以上であると、ボンディングワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現し易いため好適である。ワイヤ全体に対するＩｎの濃度の上限は、それ以上含有させても高温環境下における２ｎｄ接合部の接合信頼性の向上効果は頭打ちとなるため、コスト等を考慮して、例えば１００質量ｐｐｍ以下、９５質量ｐｐｍ以下、９０質量ｐｐｍ以下などとし得る。したがって一実施形態において、本発明のワイヤが条件（ｉ）を満たす場合、ワイヤ全体に対するＩｎの濃度は１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。
【0055】
－条件（ｉｉ）－
条件（ｉｉ）は、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度に関する。条件（ｉｉ）について、高温環境下での接合信頼性を改善する観点から、中でも、ボンディングワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度は、１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは２質量ｐｐｍ以上、３質量ｐｐｍ以上、４質量ｐｐｍ以上又は５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは１０質量ｐｐｍ以上、２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上、４０質量ｐｐｍ以上又は５０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは６０質量ｐｐｍ以上又は８０質量ｐｐｍ以上、さらにより好ましくは１００質量ｐｐｍ以上である。特にワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１００質量ｐｐｍ以上であると、ワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現し易いため好適である。ワイヤ全体に対するＡｇの濃度の上限は、それ以上含有させても高温環境下における２ｎｄ接合部の接合信頼性の向上効果は頭打ちとなるため、コスト等を考慮して、例えば５００質量ｐｐｍ以下、４８０質量ｐｐｍ以下、４６０質量ｐｐｍ以下、４５０質量ｐｐｍ以下などとし得る。したがって一実施形態において、本発明のワイヤが条件（ｉｉ）を満たす場合、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度は１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下である。
条件（ｉｉ）は、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度に関する。条件（ｉｉ）について、高温環境下での接合信頼性を改善する観点から、中でも、ボンディングワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度は、１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは２質量ｐｐｍ以上、３質量ｐｐｍ以上、４質量ｐｐｍ以上又は５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは１０質量ｐｐｍ以上、２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上、４０質量ｐｐｍ以上又は５０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは６０質量ｐｐｍ以上又は８０質量ｐｐｍ以上、さらにより好ましくは１００質量ｐｐｍ以上である。特にワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１００質量ｐｐｍ以上であると、ワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現し易いため好適である。ワイヤ全体に対するＡｇの濃度の上限は、それ以上含有させても高温環境下における２ｎｄ接合部の接合信頼性の向上効果は頭打ちとなるため、コスト等を考慮して、例えば５００質量ｐｐｍ以下、４８０質量ｐｐｍ以下、４６０質量ｐｐｍ以下、４５０質量ｐｐｍ以下などとし得る。したがって一実施形態において、本発明のワイヤが条件（ｉｉ）を満たす場合、ワイヤ全体に対するＡｇの濃度は１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下である。
【0056】
条件（ｉ）、（ｉｉ）のどちらも満たさない場合、すなわち、ワイヤ全体に対するＩｎ、Ａｇの何れの濃度も１質量ｐｐｍ未満である場合、温度２００℃といった過酷な高温環境下においては２ｎｄ接合部の接合信頼性が損なわれる傾向にある。先述のとおり、斯かる傾向は、ボンディングワイヤの線径が太くなるにつれて顕著となる。
【0057】
条件（ｉ）、（ｉｉ）について、Ｉｎ及びＡｇの濃度の好適範囲は先述したとおりである。より好適な一実施形態において、本発明のワイヤは、以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす。
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以上
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以上
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以上
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以上
【0058】
なお、条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たす場合において、ワイヤ全体に対するＩｎとＡｇの総計濃度は、本発明の効果をより享受し得る観点から、１質量ｐｐｍ以上であり、好ましくは２質量ｐｐｍ以上、３質量ｐｐｍ以上、４質量ｐｐｍ以上又は５質量ｐｐｍ以上、より好ましくは６質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上又は１０質量ｐｐｍ以上、さらに好ましくは２０質量ｐｐｍ以上、３０質量ｐｐｍ以上又は４０質量ｐｐｍ以上、さらにより好ましくは５０質量ｐｐｍ以上、６０質量ｐｐｍ以上又は７０質量ｐｐｍ以上であり、その上限は、好ましくは６００質量ｐｐｍ以下、より好ましくは５５０質量ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５００質量ｐｐｍ以下である。
【0059】
本発明のワイヤにおいて、Ｉｎ、ＡｇはＣｕ芯材及び被覆層のいずれか一方に含有されていてもよく、その両方に含有されていてもよい。ボンディングワイヤの線径によらず、過酷な高温環境下において良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を呈するボンディングワイヤを実現する観点から、Ｉｎ、Ａｇは、Ｃｕ芯材中に含有されていることが好適である。
【0060】
本発明のワイヤは、Ｂ、Ｐ及びＭｇからなる群から選択される１種以上の元素（「第１添加元素」）をさらに含有してよい。本発明のワイヤが第１添加元素を含有する場合、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度は１質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。これにより、より良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすボンディングワイヤを実現することができる。ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度は２質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、３質量ｐｐｍ以上、５質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上、１０質量ｐｐｍ以上、１５質量ｐｐｍ以上又は２０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。ワイヤの硬質化を抑え１ｓｔ接合時のチップ損傷を低減する観点から、第１添加元素の総計濃度は１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、９０質量ｐｐｍ以下、８０質量ｐｐｍ以下、７０質量ｐｐｍ以下、６０質量ｐｐｍ以下又は５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。したがって好適な一実施形態において、本発明のワイヤは、第１添加元素を含み、ワイヤ全体に対する第１添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。
【0061】
本発明のワイヤが第１添加元素を含有する場合、第１添加元素は、Ｃｕ芯材及び被覆層のいずれか一方に含有されていてもよく、その両方に含有されていてもよい。本発明のワイヤがその表面にＡｕを含有する場合は、第１添加元素は、該Ａｕと共に含有されていてもよい。よりいっそう良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすボンディングワイヤを実現する観点から、第１添加元素は、Ｃｕ芯材中に含有されていることが好適である。
【0062】
本発明のワイヤは、Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ及びＳｂからなる群から選択される１種以上の元素（「第２添加元素」）をさらに含有してよい。本発明のワイヤが第２添加元素を含有する場合、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度は１質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。これにより、高温高湿環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性を改善することができる。ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度は２質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、３質量ｐｐｍ以上、５質量ｐｐｍ以上、８質量ｐｐｍ以上、１０質量ｐｐｍ以上、１５質量ｐｐｍ以上又は２０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。良好なＦＡＢ形状を実現する観点、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点から、第２添加元素の総計濃度は１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、９０質量ｐｐｍ以下、８０質量ｐｐｍ以下、７０質量ｐｐｍ以下、６０質量ｐｐｍ以下又は５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。したがって好適な一実施形態において、本発明のワイヤは、第２添加元素を含み、ワイヤ全体に対する第２添加元素の総計濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。
【0063】
本発明のワイヤが第２添加元素を含有する場合、第２添加元素は、Ｃｕ芯材及び被覆層のいずれか一方に含有されていてもよく、その両方に含有されていてもよい。よりいっそう良好な高温高湿環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をもたらすボンディングワイヤを実現する観点から、第２添加元素は、被覆層中に含有されていることが好適である。本発明のワイヤがその表面にＡｕを含有する場合は、第２添加元素は、該Ａｕと共に含有されていてもよい。
【0064】
本発明のワイヤは、Ｇａ及びＧｅからなる群から選択される１種以上の元素（「第３添加元素」）をさらに含有してよい。本発明のワイヤが第３添加元素を含有する場合、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度は０．０１１質量％以上であることが好ましい。これにより、高温環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性を改善することができる。ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度は０．０１５質量％以上であることがより好ましく、０．０２質量％以上、０．０２５質量％以上、０．０３質量％以上、０．０３１質量％以上、０．０３５質量％以上、０．０４質量％以上、０．０５質量％以上、０．０７質量％以上、０．０９質量％以上、０．１質量％以上、０．１２質量％以上、０．１４質量％以上、０．１５質量％以上又は０．２質量％以上であることがさらに好ましい。良好なＦＡＢ形状を実現する観点、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点、良好な２ｎｄ接合部における接合性を実現する観点から、第３添加元素の総計濃度は１．５質量％以下であることが好ましく、１．４質量％以下、１．３質量％以下又は１．２質量％以下であることがより好ましい。したがって好適な一実施形態において、本発明のワイヤは、第３添加元素を含み、ワイヤ全体に対する第３添加元素の総計濃度が０．０１１質量％以上１．５質量％以下である。
【0065】
本発明のワイヤが第３添加元素を含有する場合、第３添加元素は、Ｃｕ芯材及び被覆層のいずれか一方に含有されていてもよく、その両方に含有されていてもよい。本発明のワイヤがその表面にＡｕを含有する場合は、第３添加元素は、該Ａｕと共に含有されていてもよい。
【0066】
ワイヤ中のＩｎ、Ａｇ、第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素の含有量は、後述の［元素含有量の測定］に記載の方法により測定することができる。
【0067】
本発明のワイヤにおいて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄの総計濃度は、例えば、９８．４質量％以上、９８．５質量％以上、９８．６質量％以上、又は９８．７質量％以上などとし得る。
【0068】
－その他の好適条件－
以下、本発明のワイヤがさらに満たすことが好適な条件について説明する。
以下、本発明のワイヤがさらに満たすことが好適な条件について説明する。
【0069】
本発明のワイヤは、該ワイヤを用いてＦＡＢを形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上であることが好ましい。これにより、一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現することができる。
【0070】
先述のとおり、ボンディングワイヤによる接続プロセスは、半導体チップ上の電極に１ｓｔ接合し、次にループを形成した後、リードフレームや基板上の外部電極にワイヤ部を２ｎｄ接合することで完了する。１ｓｔ接合は、ワイヤ先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりＦＡＢを形成した後に、該ＦＡＢを半導体チップ上の電極に圧着接合（ボール接合）する。本発明者らは、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合（以下、単に「ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合」ともいう。）が３０％以上となるようなワイヤが、一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現することができることを見出したものである。
【0071】
よりいっそう良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現する観点から、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合が、より好ましくは３５％以上、さらに好ましくは４０％以上、さらにより好ましくは４５％以上、特に好ましくは５０％以上、５５％以上又は６０％となるワイヤが好適である。特にＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上となるワイヤは、格別良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現することができる。したがって好適な一実施形態において、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合は３０％以上であり、より好適には５０％以上である。ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合の上限は特に限定されず、例えば、１００％であってもよく、９９．５％以下、９９％以下、９８％以下などであってもよい。
【0072】
図２を参照して、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面について説明する。図２には、ワイヤ１の先端をアーク入熱で加熱溶融し、表面張力によりＦＡＢ１０を形成した際の概略図を示す。形成したＦＡＢ１０を半導体チップ上の電極（図示せず）に圧着接合する。図２では、ＦＡＢ１０の圧着接合方向は矢印Ｚで示された方向（図２における垂直方向（上下方向））であり、圧着接合方向Ｚに垂直な断面は、該方向Ｚに垂直な点線Ａ－Ａに沿ってＦＡＢを切断して露出する断面である。ここで、断面出しを行う際の基準となる点線Ａ－Ａは、露出断面の直径が最大となる位置、すなわちＦＡＢの直径をＤとしたとき露出断面の直径がＤとなる位置に設定する。断面出し作業においては直線Ａ－Ａが狙いからズレてしまい露出断面の直径がＤよりも小さくなることもあり得るが、露出断面の直径が０．９Ｄ以上あれば、そのズレが結晶方位の割合に与える影響は無視できるほど小さい為、許容出来るものとする。
【0073】
ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位は、後方散乱電子線回折（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法を用いて測定することができる。ＥＢＳＤ法に用いる装置は、走査型電子顕微鏡とそれに備え付けた検出器によって構成される。ＥＢＳＤ法は、試料に電子線を照射したときに発生する反射電子の回折パターンを検出器上に投影し、その回折パターンを解析することによって、各測定点の結晶方位を決定する手法である。ＥＢＳＤ法によって得られたデータの解析には専用ソフト（株式会社ＴＳＬソリューションズ製 ＯＩＭ ａｎａｌｙｓｉｓ等）を用いることができる。ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面を検査面とし、装置に付属している解析ソフトを利用することにより、特定の結晶方位の割合を算出できる。
【0074】
本発明において、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合は、測定面積に対する＜１００＞結晶方位の面積を百分率で表したものと定義する。該割合の算出にあたっては、測定面内で、ある信頼度を基準に同定できた結晶方位のみを採用し、結晶方位が測定できない部位、あるいは測定できても方位解析の信頼度が低い部位等は測定面積および＜１００＞結晶方位の面積から除外して計算した。ここで除外されるデータが例えば全体の２割を超えるような場合は、測定対象に何某かの汚染があった可能性が高いため、断面出しから再度実施すべきである。また、本発明において、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合は、３つ以上のＦＡＢについて測定して得られた割合の各値の算術平均とした。
【0075】
ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上となるワイヤが一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現することができる理由について、本発明者らは以下のとおり推察している。
【0076】
金属は、特定の結晶面、結晶方向にすべることで（その面、その方向を「すべり面」、「すべり方向」ともいう。）、変形することが知られている。本発明のワイヤを用いて形成されるＦＡＢは、主に芯材であるＣｕ又はＣｕ合金から構成され、その結晶構造は面心立方構造である。このような結晶構造をとる場合、圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位が＜１００＞であると、圧着面に対して４５度の方向に金属のすべりが発生して変形するため、ＦＡＢは圧着面に対しては４５度方向に、圧着面と平行な平面に対しては放射状に広がりながら変形する。その結果、圧着形状はより真円に近くなるものと推察している。
【0077】
本発明において、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合は、被覆層の厚さや被覆層中のＰｄとＮｉの濃度比、芯材のＣｕ純度を調整することにより、所期の範囲となる傾向にある。例えば、被覆層の厚さがＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合に影響を与える理由について、本発明者らは次のとおり推察している。すなわち、溶融の段階で被覆層のＰｄとＮｉがＦＡＢ中心側に向けて適度に拡散混合し、その適度に拡散混合したＰｄとＮｉを固溶して含有するＣｕ又はＣｕ合金が、圧着接合方向に対して＜１００＞結晶方位が配向するものと考えられる。そして、被覆層の厚さが所定の範囲にあると溶融時のＰｄとＮｉの拡散混合が適度となり圧着接合方向に対して＜１００＞結晶方位が配向し易く、他方、被覆層の厚さが薄すぎると配向性がないランダムな結晶方位となり易く、被覆層の厚さが厚すぎると異なる結晶方位が優先的となり易いものと推察している。
【0078】
本発明のワイヤの直径は、特に限定されず具体的な目的に応じて適宜決定してよいが、好ましくは３０μｍ以上、３５μｍ以上又は４０μｍ以上などとし得る。該直径の上限は、特に限定されず、例えば８０μｍ以下、７０μｍ以下又は５０μｍ以下などとし得る。
【0079】
＜ワイヤの製造方法＞
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法の一例について説明する。
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤの製造方法の一例について説明する。
【0080】
まず、高純度（４Ｎ～６Ｎ；９９．９９～９９．９９９９質量％以上）の原料銅を連続鋳造により大径（直径約３～６ｍｍ）に加工し、インゴットを得る。
【0081】
上述のＩｎ、Ａｇ、また添加する場合には第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素等のドーパントの添加方法としては、例えば、Ｃｕ芯材中に含有させる方法、被覆層中に含有させる方法、Ｃｕ芯材の表面に被着させる方法、及び、被覆層の表面に被着させる方法が挙げられ、これらの方法を複数組み合わせてもよい。何れの添加方法を採用しても、本発明の効果を発揮することができる。ドーパントをＣｕ芯材中に含有させる方法では、ドーパントを必要な濃度含有した銅合金を原料として用い、Ｃｕ芯材を製造すればよい。原材料であるＣｕにドーパントを添加して斯かる銅合金を得る場合、Ｃｕに、高純度のドーパント成分を直接添加してもよく、ドーパント成分を１％程度含有する母合金を利用してもよい。ドーパントを被覆層中に含有させる方法では、被覆層を形成する際のＰｄ、Ｎｉめっき浴等（湿式めっきの場合）やターゲット材（乾式めっきの場合）中にドーパントを含有させればよい。Ｃｕ芯材の表面に被着させる方法や被覆層の表面に被着させる方法では、Ｃｕ芯材の表面あるいは被覆層の表面を被着面として、（１）水溶液の塗布⇒乾燥⇒熱処理、（２）めっき法（湿式）、（３）蒸着法（乾式）、から選択される１以上の被着処理を実施すればよい。
【0082】
大径のインゴットを鍛造、圧延、伸線を行って直径約０．７～２．０ｍｍのＣｕ又はＣｕ合金からなるワイヤ（以下、「中間ワイヤ」ともいう。）を作製する。
【0083】
Ｃｕ芯材の表面に被覆層を形成する手法としては、電解めっき、無電解めっき、蒸着法等が利用できるが、膜厚を安定的に制御できる電解めっきを利用するのが工業的には好ましい。例えば、中間ワイヤ表面に被覆層を形成してよい。被覆層はまた、大径のインゴットの段階で被着することとしてもよく、あるいは、中間ワイヤを伸線してさらに細線化した後（例えば最終的なＣｕ芯材の直径まで伸線した後）に、該Ｃｕ芯材表面に被覆層を形成してよい。被覆層は、例えば、Ｃｕ芯材の表面にＰｄとＮｉを所定比率で含有するＰｄＮｉ合金層を設けることにより形成してよく、Ｃｕ芯材との密着性に優れる被覆層を形成する観点から、Ｃｕ芯材の表面に導電性金属のストライクめっきを施した後で、ＰｄとＮｉを所定比率で含有するＰｄＮｉ合金層を設けることにより形成してもよい。また、ＰｄとＮｉを所定比率で含有するＰｄＮｉ合金層を形成した後、Ｐｄ及びＮｉの１種以上を含む層（例えば、Ｐｄ層、Ｎｉ層、ＰｄＮｉ合金層）をさらに設けてもよい。
【0084】
表面にＡｕを含有するワイヤを形成する場合、上述したものと同様の手法により、被覆層の表面にＡｕ層を設けることにより形成することができる。
【0085】
伸線加工は、ダイヤモンドコーティングされたダイスを複数個セットできる連続伸線装置を用いて実施することができる。必要に応じて、伸線加工の途中段階で熱処理を施してもよい。表面にＡｕを含有するワイヤを形成する場合、熱処理によりワイヤ表面のＡｕ層と下層のＰｄＮｉ合金層（設ける場合にはＰｄ層、Ｎｉ層、ＰｄＮｉ合金層）との間で構成元素を互いに拡散させて、ワイヤ表面におけるＡｕの濃度が上記好適範囲となるように、ワイヤの表面にＡｕを含む領域（例えば、ＡｕとＰｄとＮｉを含む合金領域）を形成することができる。その方法としては一定の炉内温度で電気炉中、ワイヤを一定の速度の下で連続的に掃引することで合金化を促す方法が、確実に合金の組成と厚みを制御できるので好ましい。なお、被覆層の表面にＡｕ層を設けた後に熱処理によってＡｕを含む領域を形成する方法に代えて、最初からＡｕとＰｄ、Ｎｉの１種以上とを含有する合金領域を被着する方法を採用してもよい。
【0086】
本発明のワイヤは、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、高温環境下における良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすことができる。したがって本発明のボンディングワイヤは、特に車載用デバイスやパワーデバイス用のボンディングワイヤとして好適に使用することができる。
【0087】
［半導体装置の製造方法］
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤを用いて、半導体チップ上の電極と、リードフレームや回路基板上の電極とを接続することによって、半導体装置を製造することができる。
本発明の半導体装置用ボンディングワイヤを用いて、半導体チップ上の電極と、リードフレームや回路基板上の電極とを接続することによって、半導体装置を製造することができる。
【0088】
一実施形態において、本発明の半導体装置は、回路基板、半導体チップ、及び回路基板と半導体チップとを導通させるためのボンディングワイヤを含み、該ボンディングワイヤが本発明のワイヤであることを特徴とする。
【0089】
本発明の半導体装置において、回路基板及び半導体チップは特に限定されず、半導体装置を構成するために使用し得る公知の回路基板及び半導体チップを用いてよい。あるいはまた、回路基板に代えてリードフレームを用いてもよい。例えば、特開２０２０－１５０１１６号公報に記載される半導体装置のように、リードフレームと、該リードフレームに実装された半導体チップとを含む半導体装置の構成としてよい。
【0090】
半導体装置としては、電気製品（例えば、コンピューター、携帯電話、デジタルカメラ、テレビ、エアコン、太陽光発電システム等）及び乗物（例えば、自動二輪車、自動車、電車、船舶及び航空機等）等に供される各種半導体装置が挙げられる。
【実施例】
【0091】
以下、本発明について、実施例を示して具体的に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
【0092】
（サンプル）
まずサンプルの作製方法について説明する。Ｃｕ芯材の原材料となるＣｕは、純度が９９．９９質量％以上（４Ｎ）で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。また、Ｉｎ、Ａｇや、添加する場合には第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素は、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、あるいはＣｕにこれら添加元素が高濃度で配合された母合金を用いた。
まずサンプルの作製方法について説明する。Ｃｕ芯材の原材料となるＣｕは、純度が９９．９９質量％以上（４Ｎ）で残部が不可避不純物から構成されるものを用いた。また、Ｉｎ、Ａｇや、添加する場合には第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素は、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、あるいはＣｕにこれら添加元素が高濃度で配合された母合金を用いた。
【0093】
芯材のＣｕ合金は、まず、黒鉛るつぼに原料を装填し、高周波炉を用いて、Ｎ２ガスやＡｒガス等の不活性雰囲気で１０９０～１５００℃まで加熱して溶解した後、連続鋳造により直径３～６ｍｍのインゴットを製造した。次に、得られたインゴットに対して、引抜加工を行って直径０．７～２．０ｍｍの中間ワイヤを作製し、更に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、被覆する線径までワイヤを細径化した。伸線加工では、市販の潤滑液を用い、伸線速度は２０～１５０ｍ／分とした。被覆層の形成は、ワイヤ表面の酸化膜を除去するために、塩酸または硫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とＮｉを所定比率にて含有するＰｄＮｉ合金層を形成した。さらに、一部のワイヤ（実施例Ｎｏ．１６～１９、３３～３６、４３～４６、５０、５４、５５）はＰｄＮｉ合金層の上にＡｕ層を設けた。ＰｄＮｉ合金層、Ａｕ層の形成には電解めっき法を用いた。Ｐｄ－Ｎｉめっき液、Ａｕめっき液は市販のめっき液を準備し、適宜調製して用いた。
【0094】
その後、さらに伸線加工等を行い、最終線径であるφ５０μｍまで加工した。必要に応じて、伸線加工の途中において、３００～７００℃、２～１５秒間の中間熱処理を１～２回行った。中間熱処理を行う場合、ワイヤを連続的に掃引し、Ｎ２ガスもしくはＡｒガスを流しながら行った。最終線径まで加工後、ワイヤを連続的に掃引し、Ｎ２もしくはＡｒガスを流しながら調質熱処理を行った。調質熱処理の熱処理温度は２００～６００℃とし、ワイヤの送り速度は２０～２００ｍ／分、熱処理時間は０．２～１．０秒とした。被覆層が薄い場合には熱処理温度を低め、ワイヤの送り速度を速めに設定し、被覆層が厚い場合には熱処理温度を高め、ワイヤの送り速度を遅めに設定した。
【0095】
（試験・評価方法）
以下、試験・評価方法について説明する。
以下、試験・評価方法について説明する。
【0096】
［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によるワイヤ表面の組成分析］
ワイヤの表面にＡｕを含有するワイヤについて、ワイヤ表面におけるＡｕの濃度は、ワイヤ表面を測定面として、以下のとおりオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定して求めた。
まず測定に供するボンディングワイヤを試料ホルダーに直線状に固定した。次いで、ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下となるように測定面を決定した。測定面の長さは測定面の幅の５倍とした。そして、ＡＥＳ装置（アルバック・ファイ製ＰＨＩ－７００）を用いて、加速電圧１０ｋＶの条件にてワイヤ表面の組成分析を行い、表面Ａｕ濃度（原子％）を求めた。
なお、ＡＥＳによる組成分析は、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した３箇所の測定面について実施し、その算術平均値を採用した。表面におけるＡｕの濃度を求めるにあたり、炭素（Ｃ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等ガス成分、非金属元素等は考慮しなかった。
ワイヤの表面にＡｕを含有するワイヤについて、ワイヤ表面におけるＡｕの濃度は、ワイヤ表面を測定面として、以下のとおりオージェ電子分光法（ＡＥＳ）により測定して求めた。
まず測定に供するボンディングワイヤを試料ホルダーに直線状に固定した。次いで、ワイヤ軸に垂直な方向におけるワイヤの幅の中心が測定面の幅の中心となるように位置決めし、かつ、測定面の幅がワイヤ直径の５％以上１５％以下となるように測定面を決定した。測定面の長さは測定面の幅の５倍とした。そして、ＡＥＳ装置（アルバック・ファイ製ＰＨＩ－７００）を用いて、加速電圧１０ｋＶの条件にてワイヤ表面の組成分析を行い、表面Ａｕ濃度（原子％）を求めた。
なお、ＡＥＳによる組成分析は、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した３箇所の測定面について実施し、その算術平均値を採用した。表面におけるＡｕの濃度を求めるにあたり、炭素（Ｃ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等ガス成分、非金属元素等は考慮しなかった。
【0097】
［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）による被覆層の厚さ分析］
被覆層の厚さ分析にはＡＥＳによる深さ分析を用いた。ＡＥＳによる深さ分析とは組成分析とスパッタリングを交互に行うことで深さ方向の組成の変化を分析するものであり、ワイヤ表面から深さ（中心）方向の各元素の濃度変化（所謂、深さ方向の濃度プロファイル）を得ることができる。
具体的には、ＡＥＳにより、１）ワイヤ表面の組成分析を行った後、さらに２）Ａｒによるスパッタリングと３）スパッタリング後の表面の組成分析とを繰り返すことで深さ方向の濃度プロファイルを取得した。２）のスパッタリングは、Ａｒ＋イオン、加速電圧２ｋＶにて行った。また、１）、３）の表面の組成分析において、測定面の寸法やＡＥＳによる組成分析の条件は、上記［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によるワイヤ表面の組成分析］欄で説明したものと同じとした。ＡＥＳにより、深さ方向の濃度プロファイルを取得するにあたり、深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定した。
なお、深さ方向の濃度プロファイルの取得は、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した３箇所の測定面について実施した。
被覆層の厚さ分析にはＡＥＳによる深さ分析を用いた。ＡＥＳによる深さ分析とは組成分析とスパッタリングを交互に行うことで深さ方向の組成の変化を分析するものであり、ワイヤ表面から深さ（中心）方向の各元素の濃度変化（所謂、深さ方向の濃度プロファイル）を得ることができる。
具体的には、ＡＥＳにより、１）ワイヤ表面の組成分析を行った後、さらに２）Ａｒによるスパッタリングと３）スパッタリング後の表面の組成分析とを繰り返すことで深さ方向の濃度プロファイルを取得した。２）のスパッタリングは、Ａｒ＋イオン、加速電圧２ｋＶにて行った。また、１）、３）の表面の組成分析において、測定面の寸法やＡＥＳによる組成分析の条件は、上記［オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によるワイヤ表面の組成分析］欄で説明したものと同じとした。ＡＥＳにより、深さ方向の濃度プロファイルを取得するにあたり、深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定した。
なお、深さ方向の濃度プロファイルの取得は、ワイヤ軸方向に互いに１ｍｍ以上離間した３箇所の測定面について実施した。
【0098】
－被覆層の厚さと該被覆層の測定点の総数－
取得した深さ方向の濃度プロファイルにおいて、ワイヤ表面からワイヤ中心側に向けて濃度プロファイルを確認し、Ｐｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の合計が９０原子％にはじめて達した深さ位置Ｚ１から、ＣＰｄとＣＮｉの合計が９０原子％未満にはじめて低下した深さ位置Ｚ２（但しＺ２＞Ｚ１）までの距離を、測定された被覆層の厚さとして求めた。また、深さ位置Ｚ１から深さ位置Ｚ２までの測定点の総数を、被覆層の測定点の総数として求めた。被覆層の厚さは、３箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。また、実施例のワイヤに関して、被覆層の測定点の総数は５０点～１００点あることを確認した。
なお、ＡＥＳ分析にて測定される深さは、スパッタリング速度と時間の積として求められる。一般にスパッタリング速度は標準試料であるＳｉＯ２を使用して測定されるため、ＡＥＳで分析された深さはＳｉＯ２換算値となる。つまり被覆層の厚さの単位にはＳｉＯ２換算値を用いた。
取得した深さ方向の濃度プロファイルにおいて、ワイヤ表面からワイヤ中心側に向けて濃度プロファイルを確認し、Ｐｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の合計が９０原子％にはじめて達した深さ位置Ｚ１から、ＣＰｄとＣＮｉの合計が９０原子％未満にはじめて低下した深さ位置Ｚ２（但しＺ２＞Ｚ１）までの距離を、測定された被覆層の厚さとして求めた。また、深さ位置Ｚ１から深さ位置Ｚ２までの測定点の総数を、被覆層の測定点の総数として求めた。被覆層の厚さは、３箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。また、実施例のワイヤに関して、被覆層の測定点の総数は５０点～１００点あることを確認した。
なお、ＡＥＳ分析にて測定される深さは、スパッタリング速度と時間の積として求められる。一般にスパッタリング速度は標準試料であるＳｉＯ２を使用して測定されるため、ＡＥＳで分析された深さはＳｉＯ２換算値となる。つまり被覆層の厚さの単位にはＳｉＯ２換算値を用いた。
【0099】
－平均値Ｘと該平均値Ｘからの絶対偏差が所定範囲にある測定点の総数－
取得した深さ方向の濃度プロファイルにおいて、被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉを算術平均して、平均値Ｘを求めた。次いで、被覆層の全測定点の比ＣＰｄ／ＣＮｉについて平均値Ｘからの絶対偏差を算出し、平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数、及び、平均値Ｘからの絶対偏差が０．２Ｘ以内にある測定点の総数を求めた。平均値Ｘは、３箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。
取得した深さ方向の濃度プロファイルにおいて、被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉを算術平均して、平均値Ｘを求めた。次いで、被覆層の全測定点の比ＣＰｄ／ＣＮｉについて平均値Ｘからの絶対偏差を算出し、平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数、及び、平均値Ｘからの絶対偏差が０．２Ｘ以内にある測定点の総数を求めた。平均値Ｘは、３箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。
【0100】
－ＣＰｄ又はＣＮｉの近似直線の傾き（被覆層の深さ範囲における最大値と最小値の差）－
被覆層の全測定点についてＣＰｄ（原子％）又はＣＮｉ（原子％）を最小二乗法により直線近似し、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差（原子％）を求めた。ここで、平均値Ｘが１未満であった場合、被覆層の全測定点についてＣＮｉ（原子％）を最小二乗法により直線近似し、平均値Ｘが１以上であった場合、被覆層の全測定点についてＣＰｄ（原子％）を最小二乗法により直線近似した。被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差（原子％）は、３箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。
被覆層の全測定点についてＣＰｄ（原子％）又はＣＮｉ（原子％）を最小二乗法により直線近似し、被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差（原子％）を求めた。ここで、平均値Ｘが１未満であった場合、被覆層の全測定点についてＣＮｉ（原子％）を最小二乗法により直線近似し、平均値Ｘが１以上であった場合、被覆層の全測定点についてＣＰｄ（原子％）を最小二乗法により直線近似した。被覆層の深さ範囲における該近似直線の最大値と最小値の差（原子％）は、３箇所の測定面について取得した数値の算術平均値を採用した。
【0101】
［元素含有量の測定］
ワイヤ中のＩｎ、Ａｇ、第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素の含有量は、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質量分析装置を用いて分析し、ワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出した。分析装置として、ＩＣＰ－ＯＥＳ（（株）日立ハイテクサイエンス製「ＰＳ３５２０ＵＶＤＤＩＩ」）又はＩＣＰ－ＭＳ（アジレント・テクノロジーズ（株）製「Ａｇｉｌｅｎｔ ７７００ｘ ＩＣＰ－ＭＳ」）を用いた。
ワイヤ中のＩｎ、Ａｇ、第１添加元素、第２添加元素、第３添加元素の含有量は、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質量分析装置を用いて分析し、ワイヤ全体に含まれる元素の濃度として検出した。分析装置として、ＩＣＰ－ＯＥＳ（（株）日立ハイテクサイエンス製「ＰＳ３５２０ＵＶＤＤＩＩ」）又はＩＣＰ－ＭＳ（アジレント・テクノロジーズ（株）製「Ａｇｉｌｅｎｔ ７７００ｘ ＩＣＰ－ＭＳ」）を用いた。
【0102】
［ＦＡＢ形状］
ＦＡＢ形状の評価は、リードフレームに、市販のワイヤボンダーを用いてＦＡＢを作製し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した（評価数Ｎ＝１００）。なお、ＦＡＢは電流値３０～７５ｍＡ、ＥＦＯのギャップを７６２μｍ、テイルの長さを５００μｍに設定し、Ｎ２＋５％Ｈ２ガスを流量０．４～０．６Ｌ／分で流しながら形成し、その径はワイヤ線径に対して１．５～１．９倍の範囲とした。ＦＡＢ形状の判定は、真球状のものを良好と判定し、偏芯、異形、溶融不良があれば不良と判定した。そして、以下の基準に従って、評価した。
ＦＡＢ形状の評価は、リードフレームに、市販のワイヤボンダーを用いてＦＡＢを作製し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した（評価数Ｎ＝１００）。なお、ＦＡＢは電流値３０～７５ｍＡ、ＥＦＯのギャップを７６２μｍ、テイルの長さを５００μｍに設定し、Ｎ２＋５％Ｈ２ガスを流量０．４～０．６Ｌ／分で流しながら形成し、その径はワイヤ線径に対して１．５～１．９倍の範囲とした。ＦＡＢ形状の判定は、真球状のものを良好と判定し、偏芯、異形、溶融不良があれば不良と判定した。そして、以下の基準に従って、評価した。
【0103】
評価基準：
◎：不良５箇所以下
○：不良６～１０箇所（実用上問題なし）
×：不良１１箇所以上
◎：不良５箇所以下
○：不良６～１０箇所（実用上問題なし）
×：不良１１箇所以上
【0104】
［ＦＡＢの断面における結晶方位の測定］
市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でＦＡＢを形成し、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面を測定面として結晶方位を測定した。本発明において、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面とは、図２に示す点線Ａ－Ａに沿ってＦＡＢを切断して露出する断面を意味し、基準となる点線Ａ－Ａは、露出断面の直径が最大となる位置に設定した。測定には、ＥＢＳＤ法を用い、装置に付属している解析ソフトを利用することにより、前述の手順で＜１００＞結晶方位の割合を算出した。３つのＦＡＢについて測定し、得られた割合の各値を算術平均して、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合とした。
市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でＦＡＢを形成し、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面を測定面として結晶方位を測定した。本発明において、ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面とは、図２に示す点線Ａ－Ａに沿ってＦＡＢを切断して露出する断面を意味し、基準となる点線Ａ－Ａは、露出断面の直径が最大となる位置に設定した。測定には、ＥＢＳＤ法を用い、装置に付属している解析ソフトを利用することにより、前述の手順で＜１００＞結晶方位の割合を算出した。３つのＦＡＢについて測定し、得られた割合の各値を算術平均して、ＦＡＢの断面における＜１００＞結晶方位の割合とした。
【0105】
［２ｎｄ接合部の接合信頼性］
２ｎｄ接合部の接合信頼性は、高温放置試験（ＨＴＳＬ：High Temperature Storage Life Test）により評価した。
２ｎｄ接合部の接合信頼性は、高温放置試験（ＨＴＳＬ：High Temperature Storage Life Test）により評価した。
【0106】
リードフレームのリード部分に、市販のワイヤボンダーを用いてウェッジ接合したサンプルを、市販の熱硬化性エポキシ樹脂により封止し、２ｎｄ接合部の接合信頼性試験用のサンプルを作製した。リードフレームは、１～３μｍのＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ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。作製した接合信頼性評価用のサンプルを、高温恒温機を使用し、温度２００℃の環境に暴露した。２ｎｄ接合部の接合寿命は、５００時間毎にウェッジ接合部のプル試験を実施し、プル強度の値が初期に得られたプル強度の１／２となる時間とした。プル強度の値は無作為に選択したウェッジ接合部の５０箇所の測定値の算術平均値を用いた。高温放置試験後のプル試験は、酸処理によって樹脂を除去して、ウェッジ接合部を露出させてから行った。そして、以下の基準に従って、評価した。
【0107】
評価基準：
◎◎：接合寿命２５００時間以上
◎：接合寿命２０００時間以上２５００時間未満
○：接合寿命１０００時間以上２０００時間未満
×：接合寿命１０００時間未満
◎◎：接合寿命２５００時間以上
◎：接合寿命２０００時間以上２５００時間未満
○：接合寿命１０００時間以上２０００時間未満
×：接合寿命１０００時間未満
【0108】
［２ｎｄ接合部の接合性］
２ｎｄ接合部の接合性は、２ｎｄ接合ウィンドウ試験により評価した。２ｎｄ接合ウィンドウ試験は、横軸に２ｎｄ接合時の超音波電流を１４０ｍＡから１８０ｍＡまで１０ｍＡごとに５段階設け、縦軸に２ｎｄ接合時の荷重を８０ｇｆから１２０ｇｆまで１０ｇｆごとに５段階設け、全２５の２ｎｄ接合条件につき接合可能な条件の数を求める試験である。
２ｎｄ接合部の接合性は、２ｎｄ接合ウィンドウ試験により評価した。２ｎｄ接合ウィンドウ試験は、横軸に２ｎｄ接合時の超音波電流を１４０ｍＡから１８０ｍＡまで１０ｍＡごとに５段階設け、縦軸に２ｎｄ接合時の荷重を８０ｇｆから１２０ｇｆまで１０ｇｆごとに５段階設け、全２５の２ｎｄ接合条件につき接合可能な条件の数を求める試験である。
【0109】
【表1】
【0110】
本試験は、実施例及び比較例の各ワイヤについて、市販のワイヤボンダーを用いて、リードフレームのリード部分に、各条件につき２００本ずつボンディングを行った。リードフレームには、Ａｇめっきを施したリードフレームを用い、ステージ温度２００℃、Ｎ２＋５％Ｈ２ガス０．５Ｌ／分流通下にボンディングを行った。そして、不着やボンダの停止の問題なしに連続ボンディングできた条件の数を求め、以下の基準に従って、評価した。
【0111】
評価基準：
◎：２４条件以上
○：２２～２３条件
×：２１条件以下
◎：２４条件以上
○：２２～２３条件
×：２１条件以下
【0112】
［１ｓｔ接合部の接合信頼性］
１ｓｔ接合部の接合信頼性は、高温放置試験（ＨＴＳＬ：High Temperature Storage Life Test）及び高温高湿試験（ＨＡＳＴ；Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test）の双方により評価した。
１ｓｔ接合部の接合信頼性は、高温放置試験（ＨＴＳＬ：High Temperature Storage Life Test）及び高温高湿試験（ＨＡＳＴ；Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test）の双方により評価した。
【0113】
－ＨＴＳＬ－
一般的な金属フレーム上のシリコン基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に、市販のワイヤボンダーを用いてボール接合したサンプルを、市販の熱硬化性エポキシ樹脂により封止し、１ｓｔ接合部の接合信頼性試験用のサンプルを作製した。ボールは上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件で形成した。作製した接合信頼性評価用のサンプルを、高温恒温機を使用し、温度２００℃の環境に暴露した。１ｓｔ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。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の５０箇所の測定値の算術平均値を用いた。高温放置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。そして、以下の基準に従って、評価した。
一般的な金属フレーム上のシリコン基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に、市販のワイヤボンダーを用いてボール接合したサンプルを、市販の熱硬化性エポキシ樹脂により封止し、１ｓｔ接合部の接合信頼性試験用のサンプルを作製した。ボールは上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件で形成した。作製した接合信頼性評価用のサンプルを、高温恒温機を使用し、温度２００℃の環境に暴露した。１ｓｔ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。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の５０箇所の測定値の算術平均値を用いた。高温放置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。そして、以下の基準に従って、評価した。
【0114】
評価基準：
◎：接合寿命２０００時間以上
○：接合寿命１０００時間以上２０００時間未満
×：接合寿命１０００時間未満
◎：接合寿命２０００時間以上
○：接合寿命１０００時間以上２０００時間未満
×：接合寿命１０００時間未満
【0115】
－ＨＡＳＴ－
上記と同様の手順で作製した１ｓｔ接合部の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。１ｓｔ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。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の５０箇所の測定値の算術平均値を用いた。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。そして、以下の基準に従って、評価した。
上記と同様の手順で作製した１ｓｔ接合部の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。１ｓｔ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。シェア強度の値は無作為に選択したボール接合部の５０箇所の測定値の算術平均値を用いた。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。そして、以下の基準に従って、評価した。
【0116】
評価基準：
◎：接合寿命３８４時間以上
○：接合寿命２４０時間以上３８４時間未満
×：接合寿命２４０時間未満
◎：接合寿命３８４時間以上
○：接合寿命２４０時間以上３８４時間未満
×：接合寿命２４０時間未満
【0117】
［圧着形状］
１ｓｔ接合部の圧着形状（ボールのつぶれ形状）の評価は、市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でボールを形成し、それをＳｉ基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に圧着接合し、直上から光学顕微鏡で観察した（評価数Ｎ＝１００）。ボールのつぶれ形状の判定は、つぶれ形状が真円に近い場合に良好と判定し、楕円形や花弁状の形状であれば不良と判定した。そして、以下の基準に従って、評価した。
１ｓｔ接合部の圧着形状（ボールのつぶれ形状）の評価は、市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でボールを形成し、それをＳｉ基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に圧着接合し、直上から光学顕微鏡で観察した（評価数Ｎ＝１００）。ボールのつぶれ形状の判定は、つぶれ形状が真円に近い場合に良好と判定し、楕円形や花弁状の形状であれば不良と判定した。そして、以下の基準に従って、評価した。
【0118】
評価基準：
◎：不良なし
○：不良１～３箇所
△：不良４～５箇所
×：不良６箇所以上
◎：不良なし
○：不良１～３箇所
△：不良４～５箇所
×：不良６箇所以上
【0119】
［チップ損傷］
チップ損傷の評価は、市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でボールを形成し、それをＳｉ基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に圧着接合した後、ワイヤ及び電極を薬液にて溶解しＳｉ基板を露出し、接合部直下のＳｉ基板を光学顕微鏡で観察することにより行った（評価数Ｎ＝５０）。そして、以下の基準に従って、評価した。
チップ損傷の評価は、市販のワイヤボンダーを用いて、上記［ＦＡＢ形状］欄に記載の条件でボールを形成し、それをＳｉ基板に厚さ２．０μｍのＡｌ－１．０質量％Ｓｉ－０．５質量％Ｃｕの合金を成膜して設けた電極に圧着接合した後、ワイヤ及び電極を薬液にて溶解しＳｉ基板を露出し、接合部直下のＳｉ基板を光学顕微鏡で観察することにより行った（評価数Ｎ＝５０）。そして、以下の基準に従って、評価した。
【0120】
評価基準：
○：クラック及びボンディングの痕跡なし
△：クラックは無いもののボンディングの痕跡が確認される箇所あり（３箇所以下）
×：それ以外
○：クラック及びボンディングの痕跡なし
△：クラックは無いもののボンディングの痕跡が確認される箇所あり（３箇所以下）
×：それ以外
【0121】
実施例及び比較例の評価結果を表２～４に示す。
【0122】
【表2】
【0123】
【表3】
【0124】
【表4】
【0125】
実施例Ｎｏ．１～５０のワイヤはいずれも、本件特定の条件（１）～（３）を全て満たす被覆層を含むと共に、ワイヤ全体に対しＩｎ及びＡｇの少なくとも一方を１質量ｐｐｍ以上含有しており、良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。特に、上記の条件（１）～（３）、条件（ｉ）、（ｉｉ）の一つ以上についてより好適な範囲を満たすワイヤは、特に良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性を実現し易いことを確認した。なお、実施例Ｎｏ．５、１２、１５、１７、１９、２３、２７、３４、３５、４１、４２、４４、４８、４９のワイヤは格別優れた２ｎｄ接合部の接合信頼性を実現したが、少なくともこれらの実施例のワイヤに関しては、被覆層の全測定点に関するＣＰｄ（原子％）の平均値をＸＰｄとしたとき、被覆層のうち該平均値ＸＰｄからの絶対偏差が０．１ＸＰｄ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であること、また、被覆層の全測定点に関するＣＮｉ（原子％）の平均値をＸＮｉとしたとき、被覆層のうち該平均値ＸＮｉからの絶対偏差が０．１ＸＮｉ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であることを確認した。
また、表面にＡｕを含有する実施例Ｎｏ．１６～１９、３３～３６、４３～４６、５０のワイヤは、２ｎｄ接合部の初期接合性に一際優れることを確認した。
さらに、第１添加元素を総計で１質量ｐｐｍ以上含有する実施例Ｎｏ．２０～２３、３３、３６、４４～４８のワイヤは、一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことを確認した。第２添加元素を総計で１質量ｐｐｍ以上含有する実施例Ｎｏ．２４～２８、３４、３６、４５、４６、４９、５０のワイヤは、一際良好な高温高湿環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。第３添加元素を総計で０．０１１質量％以上含有する実施例Ｎｏ．２９～３２、３５、３６、４６～５０のワイヤは、一際良好な高温環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。
他方、比較例Ｎｏ．１～６のワイヤは、本件特定の条件（１）～（３）の少なくとも１つを満たさない被覆層を備えているか、又はワイヤ全体に対するＩｎ、Ａｇの濃度が１質量ｐｐｍ未満であり、ＦＡＢ形状、２ｎｄ接合部の接合信頼性の何れか１つ以上が不良であることを確認した。
また、表面にＡｕを含有する実施例Ｎｏ．１６～１９、３３～３６、４３～４６、５０のワイヤは、２ｎｄ接合部の初期接合性に一際優れることを確認した。
さらに、第１添加元素を総計で１質量ｐｐｍ以上含有する実施例Ｎｏ．２０～２３、３３、３６、４４～４８のワイヤは、一際良好な１ｓｔ接合部の圧着形状をもたらすことを確認した。第２添加元素を総計で１質量ｐｐｍ以上含有する実施例Ｎｏ．２４～２８、３４、３６、４５、４６、４９、５０のワイヤは、一際良好な高温高湿環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。第３添加元素を総計で０．０１１質量％以上含有する実施例Ｎｏ．２９～３２、３５、３６、４６～５０のワイヤは、一際良好な高温環境下での１ｓｔ接合部の接合信頼性をもたらすことを確認した。
他方、比較例Ｎｏ．１～６のワイヤは、本件特定の条件（１）～（３）の少なくとも１つを満たさない被覆層を備えているか、又はワイヤ全体に対するＩｎ、Ａｇの濃度が１質量ｐｐｍ未満であり、ＦＡＢ形状、２ｎｄ接合部の接合信頼性の何れか１つ以上が不良であることを確認した。
【0126】
ワイヤを用いてＦＡＢを形成したとき、該ＦＡＢの圧着接合方向に垂直な断面の結晶方位を測定した結果において、圧着接合方向に対して角度差が１５度以下である＜１００＞結晶方位の割合が３０％以上であると、良好な１ｓｔ接合部の圧着形状を実現できることを確認した（実施例Ｎｏ．５１～６１）。特に該＜１００＞結晶方位の割合が５０％以上であると、格別優れた１ｓｔ接合部の圧着形状を実現できることを確認した（実施例Ｎｏ．５１、５３、５４、５６、５８、５９）。
【符号の説明】
【0127】
１ ボンディングワイヤ（ワイヤ）
２ 測定面
Ｘ ワイヤの幅の中心
Ｗ ワイヤの幅（ワイヤ直径）
ｗａ 測定面の幅
ｌａ 測定面の長さ
１０ ＦＡＢ
Ｚ ＦＡＢの圧着接合方向
２ 測定面
Ｘ ワイヤの幅の中心
Ｗ ワイヤの幅（ワイヤ直径）
ｗａ 測定面の幅
ｌａ 測定面の長さ
１０ ＦＡＢ
Ｚ ＦＡＢの圧着接合方向
【要約】
良好なＦＡＢ形状をもたらすと共に、過酷な高温環境下においても良好な２ｎｄ接合部の接合信頼性をもたらす新規なＣｕボンディングワイヤを提供する。該半導体装置用ボンディングワイヤは、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる芯材と、該芯材の表面に形成されたＰｄとＮｉの合計濃度が９０原子％以上である被覆層とを含み、
オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下であり、
被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であり、
以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たすことを特徴とする。
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下
オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により深さ方向の測定点が、被覆層において５０点以上になるように測定して得られた該ワイヤの深さ方向の濃度プロファイルにおいて、
被覆層の厚さが１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、
被覆層の全測定点に関するＰｄの濃度ＣＰｄ（原子％）とＮｉの濃度ＣＮｉ（原子％）の比ＣＰｄ／ＣＮｉの平均値をＸとしたとき、該平均値Ｘが０．２以上３５．０以下であり、
被覆層のうち該平均値Ｘからの絶対偏差が０．３Ｘ以内にある測定点の総数が被覆層の測定点の総数に対し５０％以上であり、
以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方を満たすことを特徴とする。
（ｉ）ワイヤ全体に対するＩｎの濃度が１質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下
（ｉｉ）ワイヤ全体に対するＡｇの濃度が１質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下
【図1】
【図2】