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Dokumentenidentifikation DE60127768T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001168439
Titel Goldverbindungsdraht für ein Halbleiterbauelement
Anmelder Tanaka Denshi Kogyo K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ichimitsu, Itabashi, Mitaka-shi, Tokyo, JP;
Shin, Takaura, Mitaka-shi, Tokyo, JP
Vertreter Wablat, W., Dipl.-Chem. Dr.-Ing. Dr.jur., Pat.-Anw., 14129 Berlin
DE-Aktenzeichen 60127768
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.02.2001
EP-Aktenzeichen 012500617
EP-Offenlegungsdatum 02.01.2002
EP date of grant 11.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/49(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Golddraht zum Bonden eines Halbleiterelements, der für eine elektrische Verbindung zwischen Elektroden eines Halbleiterelements und externen Anschlüssen verwendet wird, und insbesondere betrifft sie einen Golddraht zum Bonden eines Halbleiterelements, der sogar für ein Druckbonden auf der externen Anschlusssseite, das durch ein Niedrigdruckbonden erreicht wird, zufriedenstellend verwendet werden kann, sofern dies erforderlich ist.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Bei der Konfektionierung von Halbleiterbauelementen werden die Verbindungen oder Bondstellen zwischen Elektroden von Halbleiterelementen und externen Anschlüssen zur Zeit durch ein Verdrahtungsverfahren gebildet, das auf dem weit verbreiteten "Ball-Bond-"Verfahren unter Verwendung von Golddraht beruht. Dieses Verfahren schließt normalerweise das Bilden einer Verdrahtung durch Wärme-Druck-Bonden oder ultraschallunterstütztes Wärme-Druck-Bonden als dem Mittel zum Druck-Bonden auf die Elektroden des Halbleiterelements ein.

Die 1A-1D zeigen ein ultraschallunterstütztes Wärme-Druck-Bonden zur Verbindung und Schlaufenbildung, in dem 1 eine Kapillare ist, 2 ein Golddraht ist, 3 eine Lötelektrode ist, 4 ein Metallball ist, 5 eine Al-Elektrode ist, 6 ein Halbleiterelement ist, 7 eine Klemme ist und 8 ein Anschluss ist.

In den neuesten Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen wird der Halsabschnitt des Balls während des Schlaufenbildungsvorgangs kraftvoll in die Richtung entgegengesetzt zur Schlaufenbildungsrichtung gebogen, um die vorher erwähnte Schlaufenform zu stabilisieren, um sie zu deformieren, und dann wird die endgültige Schlaufe eigentlich geformt, die somit durch "Umkehrdeformation" eine Schlaufe formt. Viele Halbleiterbauelemente werden aufgrund von Erwärmen durch Betriebsschaltkreise oder externe Umgebungen unter Aussetzung gegenüber hoher Temperatur verwendet. Daher ist es angestrebt worden, den Drahtbruch zu minimieren, sogar nach Aussetzung gegenüber rauen Wärmekreislaufumgebungen nach einer Bildung von Schlaufen durch Umkehrdeformation auf diese Weise.

In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) HEI Nr. 8-316262, der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) HEI Nr. 9-36162 und der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) HEI Nr. 11-214425, hat der vorliegende Anmelder bereits offenbart, dass die vorher erwähnten gewünschten Wirkungen durch die Verwendung von Golddrähten mit vorgeschriebenen Zusammensetzungen wie Golddrähten zur Schlaufenbildung erzielt werden können.

Obwohl diese Vorschläge Ergebnisse im Verringern von Drahtbruch nach Aussetzung gegenüber Wärmekreislaufumgebungen zur Verfügung gestellt haben, haben die leicht raueren Umgebungen der Verwendungen, die in den letzten Jahren aufgetreten sind, zu Nachfragen nach Verbindungen oder einem Bonden geführt, das einem Drahtbruch widerstehen kann, auch wenn sie raueren Wärmekreislaufumgebungen ausgesetzt werden. Außerdem wurde herausgefunden, dass ein Zunehmen der Mengen an Elementen, die zugefügt werden, um in den vorher erwähnten Veröffentlichungen einen Drahtbruch zu verhindern, den Nachteil eines größeren elektrischen Widerstands ergibt. Weiterhin müssen beim Betreiben von langen Schlaufen und in hohen Schlaufen, die neuestens eingesetzt worden sind, weil die Anzahl der Stifte zunimmt, große Schlaufenhöhen aufrecht erhalten werden.

Bei der Verbindung der zweiten Seite in den 1A-1D (hierunter auch als die Verbindung der Seite des Anschlusses 8 bezeichnet) kann Hochdruckbonden Fehler wie den Zusammenbruch von hohen Schlaufenformen erzeugen, und es ist daher wünschenswert, ein Niedrigdruckbonden zu verwenden. Jedoch wirft ein Niedrigdruckbonden das Problem einer geringen Verbindungsfestigkeit auf. Ein gewünschtes Ziel für eine Verdrahtung mit hoher Schlaufe ist deswegen gewesen, die Verbindungsfestigkeit sogar bei einem Niedrigdruckbonden an der Verbindung der zweiten Seite zu verbessern, während die hohe Schlaufenform aufrechterhalten wird. Die vorliegenden Erfinder haben versucht, Golddrähte zu erzeugen, die diese Eigenschaften erfüllen, aber die Zugfestigkeit war unzureichend.

Die europäische Patentanmeldung EP 0 822 264 beschreibt einen Goldlegierungsdraht zum Wedge-Bonden, der 1 bis 100 Gewichtsparts-per-million (ppm) Calcium (Ca) umfasst, wobei der Rest aus Gold und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Der Goldlegierungsdraht weist eine Goldreinheit von nicht weniger als 99,9% auf.

Die europäische Patentanmeldung EP 0 743 679 beschreibt einen Golddraht für ein IC-Chip-Bonden, wobei es unwahrscheinlich ist, dass der Draht nach dem Thermoschall-Drahtbonden bei einer erhöhten Ultraschallleistung, nachfolgend auf eine Umkehrverformung, die ein schweres Bonden und ein Verformen eines Halsabschnitts des Balls und ein Formen einer Schlaufe einschließt, gebrochen wird. Der Golddraht muss 0,0005 bis 0,005 Gewichts-% (5-50 ppm) Mg und 0,0005 bis 0,01 Gewichts-% (5-100 ppm) Ge als den wesentlichen Bestandteilen, zusätzlich zu Pt, Ag und Eu, umfassen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die angesichts dieser Umstände des Stands der Technik erreicht worden ist, einen Golddraht zum Ball-Bonden eines Halbleiterelements zur Verfügung zu stellen, wobei die Gesamtmenge der zugefügten Elemente nicht größer ist als 100 Massen-ppm, um einen geringen elektrischen Wiederstand aufrecht zu erhalten, der erstens eine Umkehrverformung ermöglicht, um einen Drahtbruch sogar nach Aussetzung gegenüber einer rauen Wärmekreislaufumgebung nach dem Formen der Schlaufe zu minimieren, der zweitens ein Formen von hohen Schlaufen oberhalb einer vorgeschriebenen Höhe ermöglicht, der drittens ein Aufrechterhalten einer Verbindungsfestigkeit oberhalb eines vorgeschriebenen Werts an der Verbindung der zweiten Seite, sogar bei einem Niedrigdruckbonden, ermöglicht, um die hohe Schlaufenform aufrecht zu erhalten, und der auch viertens ein Aufrechterhalten einer hohen Zugfestigkeit ermöglicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die vorher erwähnten Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen Golddraht für ein Ball-Bonden von Halbleiterelementen bereit, der 11-20 Massen-ppm Ag, 1-9 Massen-ppm Pt, 1-15 Massen-ppm Y, 1-15 Massen-ppm La und 1-15 Massen-ppm Eu umfasst, mit entweder 1-20 Massen-ppm Ca oder 1-10 Massen-ppm Be oder beidem, wobei die Gesamtmenge der obigen Elemente unter 100 Massen-ppm liegt und der Rest aus Au und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Die Reinheit des Goldes des Golddrahtes vor dem Zufügen der obigen Elemente beträgt mindestens 99,999%.

Ein Verfahren zum Draht-Ball-Bonden eines Halbleiterelements mit Anschlüssen, die den obigen Golddraht verwenden, ist ebenfalls bereit gestellt. Es ist bereits aus dem Stand der Technik, wie in der oben erwähnten Europäischen Patentanmeldung EP 0 743 679 beschrieben ist, bekannt, 1-15 Massen-ppm Eu mit entweder 1-20 Massen-ppm Ca oder 1-10 Massen-ppm Be oder beidem zu verwenden, während die Gesamtmenge der Zusatzelemente nicht mehr als 100 Massen-ppm beträgt. Es ist auch bekannt, dass der Rest aus Au und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei die Reinheit des Golddrahtes vor dem Zufügen der Zusatzelemente mindestens 99,999% beträgt. Es war jedoch unerwartet, dass ein Weglassen von Mg (und Ge) als Zusatzelement(en) sogar bei einem Niedrigdruckbonden zu hohen Schlaufen und einer hohen Verbindungsfestigkeit führen würde.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die 1A bis 1D sind ein Satz Darstellungen, die ein Verfahren für ein ultraschallunterstütztes Wärme-Druck-Bonden zwischen einer Elektrode eines Halbleiterelements und einem externen Anschluss unter Verwendung eines Golddrahtes zeigt.

ERFINDUNGSGEMÄSSE AUSFÜHRUNGSFORMEN (1) Zusammensetzung a) Startgold

Das Startgold, das verwendet wird, ist Gold hoher Reinheit, das auf mindestens 99,999% Gewichts-% gereinigt worden ist. Gold mit höherer Reinheit wird bevorzugt, da es die Wirkungen schädlicher Komponenten minimieren kann.

b) [Ag]

Die vorher erwähnten Ziele können mit einem Ag-Gehalt von 11-20 Massen-ppm erreicht werden, wenn der Goldlegierungsdraht, der für die Erfindung verwendet wird, die vorgegebenen Mengen an Pt, Y, La, Eu und Ca oder Be enthält.

Dies verbessert die Bruchfestigkeit nach einem Wärmekreislauftest und ermöglicht, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn der Ag-Gehalt geringer ist als 11 Massen-ppm. Es verbessert auch deutlich den Schälwiderstand der zweiten Seite nach einem Niedrigdruckbonden, während es auch ermöglicht, eine hohe Zugfestigkeit aufrecht zu erhalten, anders als wenn der Ag-Gehalt größer als 20 Massen-ppm ist. Der Ag-Gehalt ist daher auf 11-20 Massen-ppm begrenzt, wenn er bei Vorhandensein der vorgeschriebenen Mengen Pt etc. vorliegt.

c) [Pt]

Die vorher erwähnten Ziele können mit einem Pt-Gehalt von 1-9 Massen-ppm erreicht werden, wenn der Legierungsgolddraht, der für die Erfindung verwendet wird, die vorgeschriebenen Mengen Ag, Y, La, Eu und Ca oder Be enthält.

Dies verbessert die Bruchfestigkeit nach einem Wärmekreislauftest und ermöglicht, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn der Pt-Gehalt geringer als 1 Massen-ppm ist. Es verbessert auch deutlich den Schälwiderstand der zweiten Seite nach einem Niedrigdruckbonden, während es auch ermöglicht, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn der Pt-Gehalt größer als 9 Massen-ppm ist. Der Pt-Gehalt ist daher auf 1-9 Massen-ppm begrenzt, wenn er bei Vorhandensein der vorgeschriebenen Mengen Ag etc. vorliegt.

d) [Y]

Die vorher erwähnten Ziele können mit einem Y-Gehalt von 1-15 Massen-ppm erreicht werden, wenn der Legierungsgolddraht, der für die Erfindung verwendet wird, die vorgeschriebenen Mengen Ag, Pt, La, Eu und Ca oder Be enthält.

Dies verbessert die Bruchfestigkeit nach einem Wärmekreislauftest und ermöglicht, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn der Y-Gehalt geringer als 1 Massen-ppm ist. Es ermöglicht auch, dass die Schlaufenhöhe erhöht wird, während auch der Schälwiderstand der zweiten Seite nach einem Niedrigdruckbonden deutlich verbessert wird, anders als wenn der Y-Gehalt größer als 15 Massen-ppm ist.

Der Y-Gehalt ist daher auf 1-15 Massen-ppm begrenzt, wenn er bei Vorhandensein der vorgeschriebenen Mengen Ag, etc. vorliegt.

e) [La]

Die vorher erwähnten Ziele können mit einem La-Gehalt von 1-15 Massen-ppm erreicht werden, wenn der Legierungsgolddraht, der für die Erfindung verwendet wird, die vorgeschriebenen Mengen Ag, Pt, Y, Eu und Ca oder Be enthält.

Dies verbessert die Bruchfestigkeit nach einem Wärmekreislauftest und ermöglicht, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn der La-Gehalt geringer als 1 Massen-ppm ist. Es ermöglicht auch, dass die Schlaufenhöhe erhöht wird, während auch der Schälwiderstand der zweiten Seite nach einem Niedrigdruckbonden deutlich verbessert wird und ermöglicht wird, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn der La-Gehalt größer als 15 Massen-ppm ist.

Der La-Gehalt ist daher auf 1-15 Massen-ppm begrenzt, wenn er bei Vorhandensein der vorgeschriebenen Mengen Ag etc. vorliegt.

f) [Eu]

Das vorher erwähnte Ziel kann mit einem Eu-Gehalt von 1-15 Massen-ppm erreicht werden, wenn der Legierungsgolddraht, der für die Erfindung verwendet wird, die vorgeschriebenen Mengen Ag, Pt, Y, La und Ca oder Be enthält.

Dies verbessert die Bruchfestigkeit nach einem Wärmekreislauftest, und ermöglicht, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrechterhalten wird, anders als wenn der Eu-Gehalt geringer als 1 Massen-ppm ist. Es ermöglicht auch, dass die Schlaufenhöhe erhöht wird, während auch der Schälwiderstand der zweiten Seite nach einem Niedrigdruckbonden deutlich verbessert wird und ermöglicht wird, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn der Eu-Gehalt größer ist als 15 Massen-ppm.

Der Eu-Gehalt ist daher auf 1-15 Massen-ppm begrenzt, wenn er bei Vorhandensein der vorgeschriebenen Mengen Ag etc. vorliegt.

g) [Ca, Be]

Das vorher erwähnte Ziel kann mit einem Ca-Gehalt von 1-20 Massen-ppm oder einem Be-Gehalt von 1-10 Massen-ppm oder beidem erreicht werden, wenn der Legierungsgolddraht, der für die Erfindung verwendet wird, die vorgeschriebenen Mengen Ag, Pt, Y, La und Eu enthält.

Dies verbessert die Bruchfestigkeit nach einem Wärmekreislauftest und ermöglicht, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn sowohl der Ca- als auch der Be-Gehalt geringer als 1 Massen-ppm ist. Es ermöglicht auch, dass die Schlaufenhöhe erhöht wird, während auch der Schälwiderstand der zweiten Seite nach einem Niedrigdruckbonden deutlich verbessert wird und ermöglicht wird, dass eine hohe Zugfestigkeit aufrecht erhalten wird, anders als wenn der Ca-Gehalt größer als 20 Massen-ppm oder der Be-Gehalt größer als 10 Massen-ppm ist.

Entweder der Ca-Gehalt oder der Be-Gehalt oder beide sind daher auf 1-20 Massen-ppm bzw. 1-10 Massen-ppm begrenzt, wenn sie bei Vorhandensein der vorgeschriebenen Mengen Ag etc. vorliegen.

(2) Vorgang der Golddrahtherstellung

Ein Beispiel eines Vorgangs zur Herstellung eines Golddrahtes für ein Halbleiterelement, der für die Erfindung verwendet wird, wird jetzt erklärt werden. Nachdem das Metall mit der vorgeschriebenen Zusammensetzung zuerst geschmolzen und in einen Barren gegossen ist, wird es unter Verwendung einer Rollmaschine vom Nutentyp gerollt und dann mit einer zwischengeschalteten Wärmebehandlung ein feiner Draht von 10-100 &mgr;m Durchmesser durch eine kalte Endbearbeitung hergestellt, wonach er einer abschließenden Wärmebehandlung unterzogen wird, um eine Verlängerung des Drahtes von 4-6% zu erhalten, und die Drahtoberfläche wird mit einem schmierenden Rostschutzmittel beschichtet. Der vollständig bearbeitete Draht wird dann wieder auf eine Spule mit einem äußeren Durchmesser von 50,3 mm bei einer vorgeschriebenen Spannung und bis zu einer vorgeschriebenen Länge aufgewickelt, um das endgültige Produkt anzufertigen. Die vorgeschriebenen verwendeten Längen sind 100-3000 m, obwohl sogar längere Längen üblich werden.

(3) Verwendungen

Der erfindungsgemäße Golddraht wird zum Bonden zwischen Elektroden eines Halbleiterelements und externen Anschlüssen verwendet, und das Bondverfahren ist normalerweise ein Bonden und Verbinden entsprechend dem Ball-Bond-Verfahren, wie in den 1A-1D dargestellt ist. Dies wird vorzugsweise mit einer sogenannten "hohen Schlaufe" eingesetzt, in der der Draht 2' hoch ist wie in 1D. Ein Verfahren zum Bonden durch das Ball-Bond-Verfahren wird jetzt mit Bezug auf die 1A bis 1D erklärt werden.

Wie in 1A dargestellt, wird der Golddraht 2 durch eine Kapillare 1 eingeführt, und eine elektrische Lötlampe 3 wird gegenüber der Spitze des Endes des Drahtes 2 angeordnet und erzeugt eine elektrische Entladung, die den Golddraht 2 erreicht und erhitzt somit die Spitze des Golddrahtes 2 und schmilzt sie, so dass Sie einen Ball 4 formt.

Als Nächstes wird die Kapillare 1, wie in 1B dargestellt, zum Druck-Bonden auf die Al-Elektrode 5 auf das Halbleiterelement 6 abgesenkt. Hier werden Ultraschallvibrationen (nicht dargestellt) durch die Kapillare 1 geführt und darauf aufgebracht, während das Halbleiterelement 6 mit einem Heizblock aufgeheizt wird, so dass der Ball 4 mit Wärme und Druck gebondet wird und zu einem druckgebondeten Ball 4' wird.

Als Nächstes wird die Kapillare 1, wie in 1C dargestellt, auf einen externen Anschluss 8 bewegt und gesenkt, wobei sie einem vorgeschriebenen Bewegungsablauf folgt. Es werden Ultraschallvibrationen (nicht dargestellt) durch die Kapillare 1 geführt und darauf aufgebracht, während der externe Anschluss 8 mit einem Heizblock aufgeheizt wird, so dass die Oberfläche des Golddrahtes 2 durch Wärme und Druck an den externen Anschluss gebondet wird.

Zum Schluss wird Klemme 7, wie in 1D dargestellt, angehoben, während sie den Golddraht 2 festklemmt, und somit den Golddraht 2 abschneidet und das Verdrahten abschließt. Der Verdrahtungsabschnitt wird dann mit einem Harz versiegelt, um das Halbleiterbauelement zu vervollständigen.

Beispiele Beispiel 1

Nach Zufügen der vorgeschriebenen Mengen Ag, Pt, Y, La, Eu, Ca und Be zum Gold hoher Reinheit mit einer Reinheit von 99,999 Gewichts-% oder größer und Schmelzen der Mischung in einem Vakuumfusionsofen, wurde es gegossen, um einen Goldlegierungsbarren mit der Zusammensetzung, die in Tabelle 1 dargestellt ist, zu erhalten; dieser wurde einer Kaltbearbeitung mit einer Nutrolle und einer Drahtziehmaschine und dann einer zwischenzeitlichen Wärmebehandlung unterzogen, wobei die kalte Endbearbeitung einen Durchmesser von 25 &mgr;m ergab, und nach einer abschließenden Wärmebehandlung für eine Verlängerung des Drahtes um 4% wurde die Oberfläche des Drahtes mit einem Schmiermittel beschichtet, und der Goldlegierungsdraht wurde fertig gestellt.

(Messverfahren) (1) Drahtbruch nach einem Wärmekreislauftest

Ein Testmaterial wurde als ein Bonddraht für ein Ultraschall-Wärme-Druck-Bonden auf Elektroden eines IC-Chips verwendet, wobei ein automatischer Hochgeschwindigkeitsbonder verwendet wurde. Nach dem Ball-Bonden mit einer Ultraschallleistung von 0,196 W und einer Last von 0,49 N wurde die Kapillare zuerst in die Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Schlaufenbildung bewegt, der umgekehrte Winkel wurde auf einen Winkel von 60° in Bezug zur Vertikalen eingestellt, der Halsabschnitt des Balls wurde zur Deformation zum Formen und Aufrechterhalten einer inneren Neigung kraftvoll gebogen, und dieser wurde dann mit einem externen Anschluss verbunden, um eine reguläre Schlaufe (Verdrahtung) zu bilden. Es wurde eine Gesamtmenge von 200 Stiftverdrahtungen für jeden IC-Chip gebildet. Die Verdrahtungsprobe wurde mit einem Harz versiegelt und dann 2000 mal einem maximalen Wärmekreislauf-Härtetest mit einem Kreislauf von –55°C × 30 Minuten und 160°C × 30 Minuten unterzogen. Es wurden einhundert IC-Chips zum Testen vorbereitet, und das Vorhandensein von Drahtbruch wurde durch einen Leittest festgestellt. Die Anzahl der ICs mit Drahtbruchabschnitten sind in Tabelle 1 als die Bruchrate (%) dargestellt.

(2) Schlaufenhöhe

Der vorher erwähnte Wärmekreislauftest wurde in der gleichen Weise ausgeführt, außer dass die Verdrahtung ohne Umkehrverformung gebildet wurde, und es wurden Bondstellen bei einer Gesamtmenge von 8 IC-Chips gebildet. Es wurden dann zweihundert Drähte von beliebig ausgewählten ICs unter Verwendung eines Längenmessmikroskops bezüglich der Schlaufenhöhe vermessen. Der Durchschnittswert ist in Tabelle 1 als die Schlaufenhöhe aufgelistet.

(3) Schälwiderstand der zweiten Seite mit Kontaktbonden mit geringer Leistung

Es wurde ein Kontaktbonden mit geringer Leistung mit einer Ultraschallleistung von 0,157 W (üblicherweise 0,235 W) und einer Last von 0,392 N (üblicherweise 0,588 N) als den Druckbondbedingungen für die zweite Seite (Anschlussseite) ausgeführt, wie in 1C dargestellt. Nach der Bildung der Verdrahtung, wie in 1D dargestellt, wurde der Zentralabschnitt der Verdrahtung abgeschnitten, die Spitze der Anschlussseite wurde mit einer Pinzette ergriffen, die vom Bondtester zugeführt wurde, und es wurde die erforderliche Last für den Draht, der von dem verankerten Anschluss angehoben wurde, um vom Anschluss abzuschälen, gemessen. Eine Gesamtmenge von 50 Punkten wurde gemessen, und der Durchschnittswert ist in Tabelle 1 als der Schälwiderstand der zweiten Seite bei Niedrigdruckbonden aufgelistet.

Beispiele 2-17, Vergleichsbeispiele 1-12

Es wurden Goldlegierungsdrähte in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und getestet, außer dass die Mengen der Elemente geändert wurden, wie in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. Die Testergebnisse sind ebenfalls in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.

(Testergebnisse)

  • (1) Alle Beispiele 1 bis 17, in denen die Mengen jedes der Elemente Ag, Pt, Y, La, Eu, Ca und Be innerhalb des Bereichs der Erfindung lagen, waren ausgezeichnete Produkte, die nach dem Wärmekreislauftest unter den verwendeten Härtebedingungen 0% Drahtbruch zeigten, während sie hohe Schlaufenhöhen von 170 &mgr;m oder größer, Schälwiderstände von 51 mN oder größer aufwiesen, sogar bei Niedrigdruckbonden auf der zweiten Seite (Anschlussseite), und in der Lage waren, eine hohe Zugfestigkeit von 130 mN oder größer aufrecht zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Konstruktion erreicht daher das Ziel der Erfindung, das darin besteht, einen Golddraht zum Bonden eines Halbleiterelements bereit zu stellen, wobei die Gesamtmenge der zugefügten Elemente nicht größer ist als 100 Massen-ppm und das erstens eine Umkehrverformung zulässt, um einen Drahtbruch sogar nach dem Aussetzen gegenüber rauen Wärmekreislaufumgebungen nach der Bildung von Schlaufen zu minimieren, das zweitens eine Bildung von hohen Schlaufen über eine vorgeschriebene Höhe hinaus zulässt, das drittens ein Aufrechterhalten einer Verbindungsfestigkeit über einem vorgeschriebenen Wert, sogar bei einem Niedrigdruckbonden an der Verbindung der zweiten Seite, ermöglicht, um die hohe Schlaufenform aufrecht zu erhalten, und das viertens eine Aufrechterhaltung einer hohen Zugfestigkeit ermöglicht.

Für die Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurde eines der Elemente Ag, Pt, Y, La, und Eu nicht zu der Zusammensetzung aus 15 Massen-ppm Ag, 5 Massen-ppm Pt, 10 Massen-ppm Y, 10 Massen-ppm La, 10 Massen-ppm Eu, 10 Massen-ppm Ca und 5 Massen-ppm Be zugefügt, während für das vergleichende Beispiel 6 Ag, Pt, Y, La und Eu zugefügt wurden, aber ohne Ca und Be; all diese Proben wiesen nach dem Wärmekreislauftest unter den verwendeten Härtebedingungen einen inakzeptablen Drahtbruch von 10-43% auf, und trotz einer hohen Schlaufenhöhe und einem verbesserten Schälwiderstand der zweiten Seite beim Niedrigdruckbonden betrug die Zugfestigkeit unzureichend 105-117 mN, und daher waren die erfindungsgemäßen Proben hochüberlegen für das Erreichen des Ziels der Erfindung.

  • (3) Für die Vergleichsbeispiele 7 und 8 wurde in der Zusammensetzung aus 15 Massen-ppm Ag, 5 Massen-ppm Pt, 10 Massen-ppm Y, 10 Massen-ppm La, 10 Massen-ppm Eu, 10 Massen-ppm Ca und 5 Massen-ppm Be der Ag-Gehalt über 20 Massen-ppm erhöht oder der Pt-Gehalt wurde über 9 Massen-ppm erhöht; diese beiden Proben ermöglichten eine hohe Schlaufenhöhe, aber der Schälwiderstand der zweiten Seite beim Niedrigdruckbonden betrug 8-12 mN und die Zugfestigkeit betrug 127-129 mN, und daher waren die erfindungsgemäßen Proben hochüberlegen für das Erreichen des Ziels der Erfindung.
  • (4) Für die Vergleichsbeispiele 9-12 wurde in der Zusammensetzung aus 15 Massen-ppm Ag, 5 Massen-ppm Pt, 10 Massen-ppm Y, 10 Massen-ppm La, 10 Massen-ppm Eu, 10 Massen-ppm Ca und 5 Massen-ppm Be der Y-Gehalt über 15 Massen-ppm erhöht, der La-Gehalt wurde über 15 Massen-ppm erhöht, der Eu-Gehalt wurde über 15 Massen-ppm erhöht oder der Ca-Gehalt wurde über 20 Massen-ppm erhöht; all diese Proben wiesen Schlaufenhöhen von 130-141 &mgr;m auf und die Schälwiderstände der zweiten Seite beim Niedrigdruckbonden betrugen 19-33 mN, und daher waren die erfindungsgemäßen Proben hochüberlegen für das Erreichen des Ziels der Erfindung.
  • (5) Das Vergleichsbeispiel 13, das in einer Zusammensetzung, die kein Eu enthielt, 15 Massen-ppm Ag, 5 Massen-ppm Pt, 10 Massen-ppm Y, 10 Massen-ppm La, 30 Massen-ppm Ca und 5 Massen-ppm Be enthielt, wies eine Schlaufenhöhe von 131 &mgr;m und einen Schälwiderstand der zweiten Seite beim Niedrigdruckbonden von 20 mN auf, und daher waren die erfindungsgemäßen Proben hochüberlegen für das Erreichen des Ziels der Erfindung.


Anspruch[de]
Goldverbindungsdraht zum Nagelkopfbonden eines Halbleiterelements, der 11-20 ppm Ag, 1-9 ppm Pt, 1-15 ppm Y, 1-15 ppm La und 1-15 ppm Eu sowie entweder 1-20 ppm Ca und/oder 1-10 ppm Be aufweist, wobei die Gesamtmenge der genannten Zusatzelemente nicht größer als 100 ppm ist und sich die Restmenge aus Au und unvermeidlichen Unreinheiten zusammensetzt, wobei die Goldreinheit des Goldverbindungsdrahtes vor dem Zusatz der genannten Elemente mindestens 99,999% beträgt. Verwendung eines Goldverbindungsdrahtes zum Nagelkopfbonden eines Halbleiterelements, dadurch gekennzeichnet, dass der Goldverbindungsdraht 11-20 ppm Ag, 1-9 ppm Pt, 1-15 ppm Y, 1-15 ppm La und 1-15 ppm Eu sowie entweder 1-20 ppm Ca und/oder 1-10 ppm Be aufweist, wobei die Gesamtmenge der genannten Zusatzelemente nicht größer als 100 ppm ist und sich die Restmenge aus Au und unvermeidlichen Unreinheiten zusammensetzt, wobei die Goldreinheit des Goldverbindungsdrahtes vor dem Zusatz der genannten Elemente mindestens 99,999% beträgt.






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