[其他]半導體裝置的導線材料

無效

• 申請號: 85103501
• 申請日: 1985-05-03
• 公開（公告）號: CN1003065B
• 公開（公告）日: 1989-01-11
• 發明（設計）人: 官藤元久;松井隆;田英和
• 申請（專利權）人: 株式會社神戶制鋼所
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L23/48;C22C5/02
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅宏,劉元金

本發明涉及半導體裝置。更具體地說，是關于晶體管、集成電路和其他類似的半導體裝置的導線材料。

這種工藝的一般做法是使用線膨脹系數接近元件和陶瓷物質的線膨脹系數的Fe-42%（重量）Ni作為半導體裝置的導線材料。這種Fe-42%（重量）Ni合金含有大量的Ni成份，因此便比銅合金不合算。

在制造集成電路時，必須獲得高經濟效益。因此，便對廉價銅合金展開研究與發展以取代Fe-42%（重量）Ni。實際上，因為元件與導線材料的線膨脹系數有所不同，會產生熱應力的問題，現在現有技術已可以解決此類問題了，例如可插入一張鎢或鉬的薄片作為軟墊層，又可以使用焊料或導電性樹脂粘膠。此外，雖然昂貴的陶瓷向來都是作粘膠及以玻璃密封的，但現在為了減低成本已經被廉價的樹脂取替。樹脂的優點是它們的線膨脹系數相當接近銅合金的系數，又對合金有良好的親和力。

隨著電路集成程度的增加。Fe-42%（重量）Ni的設計都得有散熱裝置，以便把元件內產生的焦耳熱散發掉。但是使用銅合金的時候則須有這種散熱裝置。

由此可見，以銅合金取代傳統的Fe-42%（重量）Ni，作為半導體裝置的導線材料，會有各種極大好處。不過，要注意的是Fe-42%（重量）Ni優點，是它具有強度高與延伸率大的特點及有良好的耐熱能力。

一般來說，半導體裝置的導線材料需要有高的強度、良好的導線撓曲疲勞特性、高剛性、良好的導熱率及導電率、抗腐蝕能力、抗應力腐蝕破裂能力、可焊性、對鍍上的錫層和軟焊層要有高抗剝落能力、對金和銀的可鍍性好、良好的沖壓能力，價錢還要不貴。

在各種適合作半導體裝置導線材料的銅合金之中、Cu-Ni-Si合金和Fe-42%（重量）的Ni的機械特性和耐熱度差不多是一樣的。不過，這些合金的熱加工性比較差，另外一個缺點是如果溫度維持在150℃，鍍上的錫層或軟焊層會在數天內剝落，而且不容易鍍上金或銀。

本發明的目的是為半導體裝置提供銅合金導線材料，這些合金必須比Fe-42%（重量）Ni便宜，而其特性也應與現有的合金相當。

本發明的另一個目的是提供具有下列特性的銅合金導線材料，包括：良好的熱加工性、錫層和焊層不易剝落、良好的可焊性、以及對金、銀或類似物質的可鍍性好。

要達到本發明的上述目的，半導體裝置的導線材料的成份，便應該按重量計包括：Ni0.4至4.0%、Si0.1至1.0%、Zn0.05至1.0%、Mn0.01至1.0%、Mg0.001至0.01%以下、Cr0.001至0.01%以下、S最多可高達0.003%，其余的是Cu及不可避免的雜質。該材料內的硫最好是含鎂的化合物，典型的是以MgS的形式存在;該材料還可以含有高達5ppm的氫，以及高達5ppm的氧。

以下是有關本發明的導線材料含有各種物質及其份量等的詳細說明。

鎳元素可以增強機械強度，不過，如果按重量計Ni的含量低于0.4%重量，既使Si的含量是在0.1至1.0%（重量）的范圍內，機械強度亦不會有所提高。另一方面，若Ni的含量超過4.0%（重量），則加工便會變得很困難，同時機械強度的增強也不大。因此，Ni的含量最好是維持在0.4至4.0%（重量）之間。

Si元素的作用是改進機械強度。Si的量不適宜低于0.1%（重量），因為既使使用0.4至4.0%（重量）的Ni也不能增強機械強度。此外，也沒法獲得高的導電率。Si的含量超過1.0%（重量）時，隨著可焊性的下降，可加工性與導電率也會下降。因此，Si的含量應該在0.1至1.0%（重量）之間。

要改進錫層和軟焊層抗剝落性，便必須使用Zn元素。Zn低于0.05%（重量）時，效果并不顯著。但是，如果Zn的含量高于1.0%（重量），可焊性就會下降。因此，Zn的含量應該在0.05至1.0%重量之間。

Mn元素有凈化熔融金屬的效用，也可改進熱加工性。不過，Mn的含量低于0.01%（重量）時，熱加工性將不會有改進;當Mn的量超過1.0%（重量）時，導電率及可焊性將大幅度下降。因此，Mn的含量應該是在0.01至1.0%（重量）之間。