特許 7542583 ボンディングワイヤ及び半導体装置

(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】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】ボンディングワイヤ及び半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240823BHJP

   C22C 5/06 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301F

H01L21/60 301H

C22C5/06 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022144806

(22)【出願日】2022-09-12

(62)【分割の表示】P 2021201999の分割

【原出願日】2021-12-13

(65)【公開番号】P2023087638

(43)【公開日】2023-06-23

【審査請求日】2023-09-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000108742

【氏名又は名称】タツタ電線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003395

【氏名又は名称】弁理士法人蔦田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】滝川 圭美

(72)【発明者】

【氏名】棚橋 央

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／１００５８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０９８７０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／００６３２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１８７６５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｃ２２Ｃ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｉｎの含有量が０．００５質量％以上１．１質量％以下、
Ａｕ及びＰｄから選択された１種又は２種の元素の含有量の合計が０．００５質量％以上２．０質量％以下、
Ｂｉ及びＣｕから選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が１０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、
Ｃａ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が３０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であり、
残部がＡｇからなり、
Ｃａ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が、Ｂｉ及びＣｕから選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計より多い、
ボンディングワイヤ。

【請求項2】

Ａｕ及びＰｄの含有量の合計に対するＩｎの含有量の比率が２．９以下である請求項１に記載のボンディングワイヤ。

【請求項3】

ワイヤ直径が２５μｍのワイヤに対してワイヤ直径の２．０倍の大きさのＦＡＢを窒素ガス雰囲気で作製した時に生じるＨＡＺ長さが１００μｍ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】

ワイヤ中心を中心として半径方向にワイヤ直径の３０％までの領域内における平均結晶粒径に対するワイヤ表面から半径方向にワイヤ直径の３０％までの領域における平均結晶粒径の比率が、０．５以上５．０以下である請求項１～３のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。

【請求項5】

ワイヤの中心部に存在し、ワイヤ長手方向の長さに対するワイヤ半径方向の長さの比が１／１０以下である結晶を細長い結晶粒とすると、ワイヤ中心を含むワイヤ長手方向の断面に占める前記細長い結晶粒の面積の比率が４０％以下である請求項１～３のいずれか１項に記載のボンディングワイヤ。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載のボンディングワイヤを使用した半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ａｇ（銀）を主成分とするボンディングワイヤ及び半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子上の電極と基板の電極との結線等に用いられるボンディングワイヤは、一般に非常に細いため、導電性が良好で加工性に優れた金属材料により製造されている。特に、化学的な安定性や大気中での取り扱いやすさから、従来からＡｕ（金）を主成分とするボンディングワイヤが広く用いられている。しかし、Ａｕを主成分とするボンディングワイヤは質量の９９％以上がＡｕであり非常に高価である。

【0003】

そこで、Ａｇ（銀）を主成分とするボンディングワイヤも提案されている。ＡｇはＡｕと比べ安価ではあるが、Ａｇを主成分とするボンディングワイヤでは、長期信頼性や周囲温度の変化に対する耐性（ヒートサイクル性）が劣る。この問題を解決するために、下記特許文献１のようにＩｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｃｄ（カドミウム）などの元素を主成分のＡｇに添加して長期信頼性を向上させたボンディングワイヤが提案されている。

【0004】

ところで、ボールボンディングでは、放電加熱等によりボンディングワイヤの先端に形成したフリーエアボール（以下、ＦＡＢと略記する）を電極に押し当てて潰した後、熱エネルギー及び振動エネルギーを与えて１ｓｔ接合を行う。１ｓｔ接合の後、ボンディングワイヤの外周面を他方の電極に押し当てて２ｎｄ接合を行う。近年の半導体素子の高密度化に伴い、電極のファインピッチ化が進んでおり、ＦＡＢを電極に押し当て潰した時に形成される１ｓｔ接合部の形状を円形に制御して隣接する電極間での短絡を防止することが求められている。しかし、下記特許文献１のボンディングワイヤでは、１ｓｔ接合部の形状を制御しにくく、ファインピッチ化に対応しにくいという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６２０７７９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ａｇを主成分とするボンディングワイヤにおいて、長期信頼性を良好にするとともに、ＦＡＢを電極に接触させ潰した時の形状を良好な円形とすることができる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】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明のボンディングワイヤは、Ｉｎの含有量が０．００５質量％以上１．１質量％以下、Ａｕ及びＰｄから選択された１種又は２種の元素の含有量の合計が０．００５質量％以上２．０質量％以下、Ｂｉ及びＣｕから選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が１０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が３０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であり、残部がＡｇからなり、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が、Ｂｉ及びＣｕから選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計より多い、ボンディングワイヤである。

【0009】

本発明に係るボンディングワイヤにおいて、Ａｕ及びＰｄの含有量の合計に対するＩｎ
の含有量の比率が２．９以下とすることができる。

【0010】

本発明に係るボンディングワイヤにおいて、Ｂｉ及びＣｕの両元素を含有することができる。
本発明に係るボンディングワイヤにおいて、ワイヤ直径が２５μｍのワイヤに対してワイヤ直径の２．０倍の大きさのＦＡＢを窒素ガス雰囲気で作製した時に生じるＨＡＺ長さを１００μｍ以下とすることができる。

【0011】

本発明に係るボンディングワイヤにおいて、ワイヤ中心を中心として半径方向にワイヤ直径の３０％までの領域内における平均結晶粒径に対する、ワイヤ表面から半径方向にワイヤ直径の３０％までの領域における平均結晶粒径の比率が、０．５以上５．０以下とすることができる。

【0012】

本発明に係るボンディングワイヤにおいて、ワイヤの中心部に存在し、ワイヤ長手方向の長さに対するワイヤ半径方向の長さの比が１／１０以下である結晶を細長い結晶粒とすると、ワイヤ中心を含むワイヤ長手方向の断面に占める細長い結晶粒の面積の比率が４０％以下とすることができる。

【0013】

本発明の半導体装置は、上記の本発明のいずれか１つに係るボンディングワイヤを使用した半導体装置である。

【発明の効果】

【0014】

本発明のＡｇを主成分とするボンディングワイヤでは、長期信頼性を良好にするとともに、ＦＡＢを電極に接触させ潰した時に形成される１ｓｔ接合部の形状を良好な円形とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】半導体装置において電極間を結線したワイヤＷを拡大して示す図である。

【図2】本実施形態のボンディングワイヤのワイヤ中心を含む長手方向の断面のＳＥＭ像であって、平均結晶粒径の比率を算出する方法を説明するための図である。

【図3】本実施形態のボンディングワイヤのワイヤ中心を含む長手方向の断面のＳＥＭ像であって、ワイヤ中心を含むワイヤ長手方向の断面に占める細長い結晶粒の面積の比率の算出方法を説明するための図である。

【図4】フラットボンドを行ったボンディングワイヤの拡大図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態に係るボンディングワイヤＷ及び半導体装置について図面を参照して説明する。

【0017】

図１に例示する半導体装置Ｍは、例えば、パワーＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタ、ＢＧＡ（Ball Grid Array package）、ＱＦＮ（Quad Flat Nonlead package）、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体素子１上の電極（例えば、Ａｌ合金電極、ニッケル・パラジウム・金被覆電極、Ａｕ被覆電極等）１０と、回路配線基板（リードフレーム、セラミック基板、プリント基板等）２の導体配線（電極）１１とが、ボンディングワイヤＷを用いたボールボンディング法によって接続されたものである。

【0018】

半導体装置Ｍに用いられるボンディングワイヤＷは、０．００５質量％以上２．０質量％以下のＩｎと、０．００５質量％以上２．０質量％以下のＡｕ及びＰｄ（パラジウム）からなる群から選択された１種又は２種の元素と、５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下のＢｉ（ビスマス）及びＣｕ（銅）からなる群から選択された１種又は２種の元素とを含有し、残部がＡｇからなるものである。

【0019】

ボンディングワイヤＷの線径は用途に応じて種々の大きさとしてよい。例えば、ボンディングワイヤＷの線径は５μｍ以上１５０μｍ以下とすることができる。

【0020】

具体的には、ボンディングワイヤＷを構成するＡｇは、精製上不可避的に存在する鉄（Ｆｅ）等の不純物を含有してもよく、純度９９．９質量％以上のＡｇを用いてボンディングワイヤＷを構成するＡｇ合金を製作することが好ましい。

【0021】

ボンディングワイヤＷは、Ｉｎを含有することにより、電極１０に溶融したＦＡＢを圧着することで電極１０上に形成される１ｓｔ接合部１２の耐食性が向上し、長期信頼性を改善することができる。半導体パッケージの電極にはＡｌ（アルミニウム）もしくはＡｌ合金が被覆されていることが多い。ＡｇとＡｌを接合すると、接合界面にＡｇ_２ＡｌやＡｇ_３ＡｌといったＡｇとＡｌの金属間化合物層が生成する。接合界面に生成された金属間化合物層は、外部から水や塩素が進入して１ｓｔ接合部１２の劣化を起こしやすい。ボンディングワイヤがＩｎを一定量含有すると、接合界面から進入する水や塩素によるＡｇとＡｌの金属間化合物層の劣化を抑えることができ、１ｓｔ接合部１２の耐食性を向上することができる。

【0022】

Ｉｎの含有量が０．００５質量％以上であると１ｓｔ接合部１２の耐食性が向上し、長期信頼性を改善することができる。Ｉｎの含有量が２．０質量％以下であるとワイヤの固有抵抗が適切な範囲に維持される。また、Ｉｎの含有量が２．０質量％以下であると、電極１０、１１の間を結線した時にできるループ形状にばらつきが生じにくくなる。

【0023】

ボンディングワイヤＷは、Ａｕ及びＰｄの少なくとも一方の元素を含有することにより、１ｓｔ接合部１２の耐食性が向上し、長期信頼性を改善することができる。特に、Ｉｎに加えてＡｕ及びＰｄの少なくとも一方の元素を含有することによって、ボンディングワイヤＷの固有抵抗を小さく抑えつつ、１ｓｔ接合部１２の耐食性が顕著に向上し、長期信頼性を大幅に改善することができる。また、Ａｕ及びＰｄの少なくとも一方の元素を含有することにより、電極１０，１１を結線した時にできるループ高さＨ（図１参照）を小さくすることができる。

【0024】

Ａｕ及びＰｄが選択された１種又は２種の元素の含有量の合計が０．００５質量％以上２．０質量％以下であることが好ましい。０．００５質量％以上であると長期信頼性を改善することができ、ループ高さＨを小さくすることができる。Ａｕ及びＰｄの含有量の合計が２．０質量％以下であると、貴金属の含有量が低くボンディングワイヤの製造コストを抑えることができる。

【0025】

特に、ボンディングワイヤＷの固有抵抗を抑えつつ長期信頼性を向上させることができる点から、Ａｕ及びＰｄの含有量の合計に対するＩｎの含有量の比率が、１以上５以下となるようにＡｕ、Ｐｄ及びＩｎを含有することが好ましく、より好ましくは１以上３以下である。

【0026】

ボンディングワイヤＷは、Ｂｉ及びＣｕの少なくとも一方を含有することにより、１ｓｔ接合部１２の形状を円形に近い形状に制御することができる。Ｂｉ及びＣｕの含有量の合計は、５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下、更に好ましくは５質量ｐｐｍ以上５０質量ｐｐｍである。

【0027】

Ｂｉ及びＣｕはそれぞれ単独で添加しても１ｓｔ接合部１２の形状を円形に近い形状に制御する効果が得られるが、ＢｉとＣｕを複合して含有することで、添加量が少量でも平均結晶粒がより揃ってさらに円形に近い形状になる。Ｃｕに比べてＢｉを多く添加するとＦＡＢの表面に凹凸を生じたり引け巣を生じたりすることを抑制できるので、ＢｉをＣｕより多く含有するのがより好ましい。

【0028】

なお、本発明では、上記したＡｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｂｉ及びＣｕに加え、更に、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｌａ及びＣｅからなる群（以下、「選択元素群」ということもある）から選択された１種又は２種以上の元素を追加的に含有してもよい。つまり、選択元素群は任意成分である。この選択元素群の含有量の合計が５００質量ｐｐｍ以下であれば、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｂｉ及びＣｕを添加したことによる上記した作用効果を損なうことがない。また、選択元素群の含有量の合計が１０質量ｐｐｍ以上であると、ワイヤの耐熱性が向上するとともにＦＡＢ形成時にＨＡＺ（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）と呼ばれる結晶粒の大きな領域が発生しにくくなり結線時のループの高さＨを小さくすることができる。よって、選択元素群を添加する場合、選択元素群の含有量の合計は、１０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。

【0029】

また、選択元素群を添加する場合、選択元素群の含有量の合計は、Ｂｉ及びＣｕの含有量の合計より多く含有することが好ましい。Ｂｉ及びＣｕより選択元素群から選択された元素を多く含有することによって、ＦＡＢ形状の真球性を悪化させることなくループ高さＨを小さくすることができる。

【0030】

次いで、棒状インゴットを伸線加工して所定の直径に達するまで縮径してボンディングワイヤとする。なお、必要に応じて伸線加工の途中で軟化熱処理を行っても良い。

【0031】

そして、所定の直径まで伸線加工を行った後、必要に応じて熱処理炉中を走行させて調質熱処理を行い、ボンディングワイヤが得られる。

【0032】

本実施形態のボンディングワイヤは、Ｉｎの含有量が０．００５質量％以上２．０質量％以下、Ａｕ及びＰｄから選択された１種又は２種の元素の含有量の合計が０．００５質量％以上２．０質量％以下、Ｂｉ及びＣｕから選択された１種又は２種以上の元素の含有量の合計が５質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であり、残部がＡｇからなるので、長期信頼性やヒートサイクル性を良好にするとともに、結線時にできるループの高さを小さくしたり、ループ形状の安定性を高めたり、電極との接合部分の形状の安定性を高めたりすることができる。

【0033】

本実施形態のボンディングワイヤＷにおいて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を追加的に含有してもよく、これらの元素の含有量の合計は１０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｂｉ及びＣｕに加え、更に、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を追加的に含有することで、ワイヤの強度や耐熱性を上げ、ヒートサイクル性を向上させることができる。

【0034】

また、本実施形態のボンディングワイヤにおいて、ワイヤ直径の２．０倍の直径を有するＦＡＢを窒素ガス雰囲気下で作製する時に生じるＨＡＺ長さを１００μｍ以下とすることができる。このような長さにすることで、結線時にできるループの高さを小さく設けることができ半導体装置の薄型化が可能となる。

【0035】

なお、ＨＡＺ長さは、汎用型電子顕微鏡を用いたボンディングワイヤの外観観察によって測定することができる。

【0036】

また、本実施形態のボンディングワイヤでは、図２に示すようなボンディングワイヤのワイヤ中心Ｃを含む長手方向の断面のＳＥＭ像において、ワイヤ中心Ｃを中心として半径方向にワイヤ直径の３０％までの領域（ワイヤ中心Ｃを挟んで半径方向両側にワイヤ直径の１５％までの領域）Ｒ１内における平均結晶粒径Ｄ１に対する、ワイヤ表面から半径方向にワイヤ直径の３０％までの領域Ｒ２における平均結晶粒径Ｄ２の比率Ｐ（＝Ｄ２／Ｄ１）を０．５以上５．０以下とすることができる。このような場合、ＦＡＢを電極に押し当て潰した時に形成される１ｓｔ接合部１２の形状を円形に近い形状に制御することができる。

【0037】

なお、本明細書における平均結晶粒径は、下記式（１）により求めることができる。

【式１】

【0038】

【0039】

式（１）中、Ｎは、図２に示すようなボンディングワイヤの断面ＳＥＭ像からワイヤの長手方向にワイヤ直径の３～４倍の長さの領域を任意に選択し、選択した領域内に存在する結晶粒の個数である。Ｓは、上記のように選択した領域の面積である。

【0040】

本発明に係るボンディングワイヤにおいて、ワイヤの中心部に存在し、ワイヤ長手方向の長さに対するワイヤ半径方向の長さの比が１／１０以下である結晶を細長い結晶粒とすると、図３に示すようなワイヤ中心Ｃを含むワイヤ長手方向の断面に占める細長い結晶粒の面積の合計（図３の場合、ワイヤの中心部に存在する細長い結晶粒からなる領域Ｒ３の面積に相当）の比率Ｑを４０％以下とすることができる。このような場合、ループ形状の安定性を高めることができる。

【0041】

なお、本実施形態のボンディングワイヤＷは、上記したような半導体装置以外にも種々の態様のボンディングワイヤとして使用することができる。

【0042】

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【実施例】

【0043】

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【0044】

純度９９．９質量％以上のＡｇ原料を用いて、下記表１に示すような組成のＡｇ合金を溶解し、連続鋳造法にて棒状インゴットを作製した。作製した棒状インゴットに対して伸線加工を施して直径２５μｍに達するまで縮径し、その後、調質熱処理を施し、実施例１～１１及び比較例１～７のボンディングワイヤを得た。なお、実施例１～１１及び比較例１～７のボンディングワイヤの線径（直径）はいずれも２５μｍである。

【0045】

【表1】

【0046】

得られた実施例１～１１及び比較例１～７のボンディングワイヤにつき、次の（１）～（１１）の評価を行った。具体的な評価方法は以下のとおりである。

【0047】

（１）固有抵抗
実施例１～１１及び比較例１～７の各ボンディングワイヤについて３つずつ評価用試料を作成し、４端子法を用いて室温での電気抵抗を測定した。３つの評価用試料の固有抵抗の平均値が４．０μΩ・ｃｍ未満であれば十分な導電性を有するので「Ａ」、４．０μΩ・ｃｍ以上であれば「Ｄ」とした。

【0048】

（２）ループ高さ
ワイヤボンダー（株式会社カイジョー製、ワイヤボンダーＦＢ－７８０）にて、図４に示すように、電極１０上に形成した１ｓｔ接合部１２と、１ｓｔ接合の後にボンディングワイヤＷの外周面を電極１１に押し当てて形成された接合部（２ｎｄ接合部）の高さが同じとなるように窒素ガス雰囲気でフラットボンドを行った。光学顕微鏡を用いて２ｎｄ接合部の接地点から最高地点のワイヤまでの高さｈを測定した。ワイヤ直径の３～５倍までの高さｈであれば「Ａ」、ワイヤ直径の５～１０倍までの高さＨであれば「B」、ワイヤ直径の１０倍以上の高さＨであれば「Ｄ」とした。

【0049】

（３）ＦＡＢ真球性（形成性）
上記（２）で用いたワイヤボンダーにてワイヤ直径の１．９倍～２．１倍の大きさのＦＡＢを窒素ガス雰囲気で作製した。ＦＡＢ真球性（形成性）の評価としては、実施例及び比較例のボンディングワイヤ毎にＦＡＢを１００個ずつ作製した後、汎用型電子顕微鏡（日本電子（株）製、ＪＳＭ－６５１０ＬＡ）にて外観観察を行い、作製したＦＡＢのワイヤ平行方向と垂直方向の長さをそれぞれ測定した。ＦＡＢのワイヤ平行方向の長さＸと垂直方向の長さＹの比（Ｘ／Ｙ）の平均値が８５％以上１１５％以下であれば「真球性あり」と判断し「Ａ」、上記の比（Ｘ／Ｙ）の平均値が８５％未満あるいは１１５％より大きい場合、もしくは目視して円形出なければ「Ｄ」とした。

【0050】

（４）ＨＡＺ長さ
上記（３）においてＦＡＢを作製したワイヤを上記汎用型電子顕微鏡にて外観観察を行い、ＦＡＢ直近のワイヤ部分に発生したＨＡＺの長さを測定し、その平均値を算出した。
ＨＡＺ長さが１００μｍ以下であれば「Ａ」、それ以上の場合「Ｂ」とした。

【0051】

（５）ボンディングワイヤの内部領域における平均結晶粒径に対するボンディングワイヤの表面領域における平均結晶粒径の比率Ｐ
ワイヤの長手方向の断面を断面試料作製装置（日本電子（株）製、ＩＢ－０９０２０ＣＰ）で露出させた後、汎用型電子顕微鏡（日本電子（株）製、ＪＳＭ－６５１０ＬＡ）にてワイヤ断面の金属組織のＳＥＭ画像を取得し、取得したＳＥＭ画像からワイヤの長手方向にワイヤ直径の３倍の長さの領域を任意に選択した。選択した領域について、ワイヤ中心Ｃを中心として半径方向にワイヤ直径の３０％の領域Ｒ１における平均結晶粒径Ｄ１と、ワイヤ表面から半径方向にワイヤ直径の３０％までの領域Ｒ２における平均結晶粒径Ｄ２とを算出し、領域Ｒ１における平均結晶粒径Ｄ１に対する領域Ｒ２における平均結晶粒径Ｄ２の比率Ｐを算出した。

【0052】

なお、平均結晶粒径Ｄ１は、ＳＥＭ画像からワイヤの長手方向にワイヤ直径の３倍の長さにわたって領域Ｒ１内に存在する結晶粒の個数Ｎ及び領域Ｒ１の面積Ｓを計測し、上記式（１）により求めた。平均結晶粒径Ｄ２は、ＳＥＭ画像からワイヤの長手方向にワイヤ直径の３倍の長さにわたって領域Ｒ２内に存在する結晶粒の個数Ｎ及び領域Ｒ２の面積Ｓを計測し、上記式（１）により求めた。

【0053】

領域Ｒ１における平均結晶粒径Ｄ１に対する領域Ｒ２における平均結晶粒径Ｄ２の比率Ｐが、０．５以上５．０以下の場合は「Ａ」、それ以外の場合は「Ｂ」とした。

【0054】

（６）ワイヤ全体の面積に対する細長い結晶粒の面積の比率Ｑ
上記（５）と同じ方法で取得した金属組織のＳＥＭ画像からワイヤの長手方向にワイヤ直径の３倍の長さの領域を任意に選択し、選択した領域に存在する結晶粒について、ワイヤ長手方向及びワイヤ半径方向の長さをそれぞれ計測し、ワイヤ長手方向の長さに対するワイヤ半径方向の長さの比を算出した。算出した比が１／１０以下である結晶を細長い結晶粒とし、選択した領域に存在する細長い結晶粒の面積の合計（総面積）を計測した。そして、選択した領域の面積に対する細長い結晶粒の総面積の比率Ｑを算出した。算出した比率Ｑが４０％以下の場合を「Ａ」、それ以外の場合は「Ｂ」とした。

【0055】

（７）１ｓｔ接合部のサイズ安定性
上記（２）で用いたワイヤボンダーにて窒素ガス雰囲気で作製した１００個のＦＡＢを電極に押し当てて１ｓｔ接合部の直径がＦＡＢの直径の１．４倍の大きさになるようにボンディングを行った。１ｓｔ接合部の直交する２方向の直径を汎用型電子顕微鏡（日本電子（株）製、ＪＳＭ－６５１０ＬＡ）を用いて測定した。１００個のＦＡＢ全てにおいて１ｓｔ接合部の２方向の直径の差が２．５μｍ以下であれば「Ａ」、２．５μｍを超えて５μｍ以下の１ｓｔ接合部が１個でもあれば「Ｂ」、５μｍを超える１ｓｔ接合部が１個でもあれば真円性が低くファインピッチ用途に不適と考えて「D」とした。

【0056】

（８）ヒートサイクル試験
上記（２）で用いたワイヤボンダーにて窒素ガス雰囲気でボンディングを行った後、エポキシ樹脂封止をした半導体試料を市販の熱サイクル試験装置を用いて評価した。温度履歴は－４０℃で６０分間保持した後、１２５℃まで昇温しこの温度で６０分間保持する。これを１サイクルとして、１０００サイクルの試験を行った。試験後に電気的測定を行い、導通評価をした。評価したワイヤ数は５００本であり、不良率が１％以下の場合は「Ａ」、１％を超え３％以下の場合は「B」、３％を超える場合は耐性が低いことから「Ｄ」とした。

【0057】

（９）高温放置試験（長期信頼性）
上記（２）で用いたワイヤボンダーにて窒素ガス雰囲気でボンディングを行った後、エポキシ樹脂封止をした半導体試料を作成した。市販の恒温槽を用いて作成した半導体試料を１７５℃で１０００時間保持した後、電気的測定を行い、導通評価をした。評価したワイヤ数は５００本であり、不良率が１％以下の場合は「Ａ」、１％を超え３％以下の場合は「B」、３％を超える場合は耐性が低いことから「Ｄ」とした。

【0058】

（１０）ループ形成性
上記（２）で用いたワイヤボンダーにて窒素ガス雰囲気で１ｓｔ接合部と２ｎｄ接合部を同一の高さとし、ループ長さ（１ｓｔ接合部と２ｎｄ接合部とを接続するワイヤの長さ）が２ｍｍ、ループ高さが２００μｍとなるようにボンドを行った。ループを真上から観察し、１ｓｔ接合部の中心と２ｎｄ接合部の中心を結んだ直線とワイヤ中心Ｃとのズレ量の最大値（ワイヤ中心Ｃが前記直線からワイヤ径方向に最も離れた箇所でのワイヤ中心Ｃと前記直線との距離）を計測した。評価したワイヤ数は５００本であり、前記直線からワイヤ中心Ｃが２０μｍ以上外れている不良ワイヤが評価したワイヤ全体の５％以下の場合は「Ａ」、５％を超え１０％以下の場合は「B」、１０％を超える場合はループが安定に形成できないことから「Ｄ」とした。

【0059】

（１１）総合評価
各評価で全て「Ａ」のものを「Ａ」、「Ｂ」が１～３つあるものを「Ｂ」、「Ｂ」が４つ以上あるものを「C」、「Ｄ」が１つでもあるものを「Ｄ」とした。なお、この評価において、「Ａ」のものは勿論のこと、「Ｂ」や「C」のものは、半導体素子の種類により接合条件に制約がない場合等の使用条件によれば、この発明の作用効果を発揮して使用し得る。

【0060】

【表2】

【0061】

結果は、表２に示すとおりであり、実施例１～１１では、上記（１）～（１１）の全ての評価において良好な結果が得られた。

【0062】

一方、Ｂｉ及びＣｕの含有量の合計が５００質量ｐｐｍを越える比較例１では、真球度の高いＦＡＢを形成することができなかった。Ｉｎの含有量が２．０質量％を越える比較例２では、固有抵抗及びループ形成性の評価が「Ｄ」となった。Ａｕ及びＰｄの含有量の合計が０．００５質量％未満の比較例３では、ヒートサイクル試験及び高温放置試験の評価が「Ｄ」となった。Ｃａ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｌａ及びＣｅの含有量の合計が５００質量ｐｐｍを越える比較例６では、固有抵抗及びＦＡＢ形成性の評価が「Ｄ」となった。Ａｕ及びＰｄの含有量の合計が２．０質量％を越える比較例５では、固有抵抗の評価が「Ｄ」となった。Ｉｎの含有量が０．００５質量％未満の比較例６では、高温放置試験の評価が「Ｄ」となった。Ｂｉ及びＣｕの含有量の合計が５質量ｐｐｍ未満の比較例７では、１ｓｔ接合部の形状の評価が「Ｄ」となった。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】