用于接合應(yīng)用的涂覆線材的制作方法
【專利說明】用于接合應(yīng)用的涂覆線材
[0001] 本發(fā)明涉及一種接合線材，其包含具有表面的芯，其中所述芯包含選自銅和銀的 芯主要組分，和至少部分地覆蓋在所述芯的表面上的涂覆層，其中所述涂覆層以至少10% 的量包含選自鈀、鉑、金、銠、釕、鋨和銥的涂覆組分作為組分，其中所述涂覆層以至少10% 的量包含所述芯的主要組分作為組分。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種用于接合電子器件的體系，所述體系包括第一接合墊、第二接 合墊和根據(jù)本發(fā)明的線材，其中本發(fā)明的線材借助于楔形接合連接到所述接合墊中的至少 一者。
[0003] 本發(fā)明還涉及一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的線材的方法。
[0004] 接合線材在半導(dǎo)體器件的制造中被用于在半導(dǎo)體器件制造過程中使集成電路和 印刷電路板電互連。另外，接合線材在電力電子應(yīng)用中被用于電連接晶體管、二極管等與墊 或殼體的引腳（pin)。雖然接合線材最初由金制成，但現(xiàn)今使用較便宜的材料，例如銅。盡 管銅線材提供了非常好的電和熱傳導(dǎo)性，但銅線材的楔形接合具有其挑戰(zhàn)。此外，銅線材容 易發(fā)生線材的氧化。
[0005] 就線材幾何形狀而言，最常見的是具有圓形橫截面的接合線材以及具有或多或少 的矩形橫截面的接合帶。這兩種類型的線材幾何形狀都具有使它們可用于特定應(yīng)用的優(yōu) 勢。因此，這兩種類型的幾何形狀共同占有市場。例如，對于給定的橫截面面積而言接合帶 具有更大的接觸面積。然而，當(dāng)接合時(shí)，所述帶的彎曲受到限制并且必須遵守所述帶的取 向，從而達(dá)到所述帶與其所接合的元件之間的可接受的電接觸。至于接合線材，這些是更容 易彎曲的。然而，接合涉及接合過程中的焊接或線材的較大變形，其可引起損害或甚至毀壞 接合墊及其所接合的元件的底部電氣結(jié)構(gòu)。
[0006] 對于本發(fā)明而言，術(shù)語接合線材包括所有形狀的橫截面和所有常用的線材直徑， 但具有圓形橫截面和細(xì)直徑的接合線材是優(yōu)選的。
[0007] 一些最近的發(fā)展是關(guān)于具有銅芯和保護(hù)性涂覆層的接合線材。作為芯材料，因高 導(dǎo)電性而選擇銅。至于涂覆層，鈀是可能選擇中的一種。這些涂覆的接合線材結(jié)合了對氧 化具有較低敏感性的銅線材的優(yōu)勢。然而，仍然持續(xù)需要在接合線材其自身以及接合方法 方面進(jìn)一步改善接合線材技術(shù)。
[0008] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供改善的接合線材。
[0009] 因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種接合線材，其具有良好的加工性能并且 當(dāng)互連時(shí)無特定需求，由此節(jié)約成本。
[0010] 本發(fā)明的一個(gè)目的還在于提供一種具有優(yōu)異的電和熱傳導(dǎo)性的接合線材。
[0011] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種表現(xiàn)出改善的可靠性的接合線材。
[0012] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種表現(xiàn)出優(yōu)異的可接合性的接合線材，尤其是在 球形接合程序的過程中形成無空氣球（free air ball) (FAB)方面。
[0013] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種在楔形接合和/或第二接合方面顯示出良好 的可接合性的接合線材。
[0014] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種具有改善的耐腐蝕性和/或耐氧化性的接合 線材。
[0015] 另一目的在于提供一種待與標(biāo)準(zhǔn)晶片和接合技術(shù)一起使用的用于接合電子器件 的體系，所述體系至少在第一接合方面顯示出降低的失效率。
[0016] 另一目的在于提供一種制造本發(fā)明的接合線材的方法，所述方法相比于已知方法 基本上未顯示出制造成本的增加。
[0017] 出人意料地，已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的線材可解決至少一個(gè)上述目的。此外，已發(fā)現(xiàn)用于制 造這樣的線材的若干替代方法，其克服了制造線材的至少一個(gè)挑戰(zhàn)。而且，發(fā)現(xiàn)包括本發(fā)明 的線材的體系在根據(jù)本發(fā)明的線材與其它電氣元件（例如，印刷電路板、墊/引腳等）之間 的界面處更可靠。
[0018] 通過形成分類的權(quán)利要求的主題提供解決至少一個(gè)以上目的的貢獻(xiàn)，由此所述形 成分類的獨(dú)立權(quán)利要求的從屬子權(quán)利要求代表本發(fā)明的優(yōu)選方面，其主題同樣為解決至少 一個(gè)上述目的作出貢獻(xiàn)。
[0019] 本發(fā)明的第一方面是一種接合線材，其包含： 具有表面的芯， 其中所述芯包含選自銅和銀的芯主要組分；和 至少部分地覆蓋在所述芯的表面上的涂覆層， 其中所述涂覆層以至少10%的量包含選自鈀、鉑、金、銠、釕、鋨和銥的涂覆組分作為組 分； 其中所述涂覆層以至少10%的量包含所述芯的主要組分作為組分。
[0020] 更優(yōu)選的實(shí)施方案具有如下的芯主要組分和涂覆組分的組合之一： 芯主要組分 涂覆組分 Cu Pd Cu Pt Ag Au Ag Pd Ag Pt 在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述芯主要組分和所述涂覆組分別以至少20%的量，并且最 優(yōu)選分別以至少25%的量存在。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的此類線材就生產(chǎn)成本和效率而言具有優(yōu)化的涂覆層。已經(jīng)令人驚訝 地發(fā)現(xiàn)如果所述涂覆層不由純涂覆組分組成，而是具有顯著份額的所述芯主要組分，則并 不存在耐腐蝕性或其它性能的相關(guān)缺點(diǎn)。
[0022] 如果沒有提供其它明確的定義，則組分的所有含量或份額當(dāng)前作為以摩爾_%計(jì) 的份額給出。具體而言，以百分?jǐn)?shù)給出的份額理解為摩爾-%，而以ppm(每百萬的份數(shù)）給 出的份額理解為摩爾-ppm。
[0023] 在本發(fā)明的情形下，選擇俄歇深度剖析（Auger Depth Profiling)作為定義涂覆 層的組成的方法。在該方法中，借助于在線材的各個(gè)表面上的俄歇分析來測量元素組成。通 過濺射深度剖析來測量在相對于涂覆層表面的不同深度中的所述涂覆層的組成。雖然所述 涂覆層通過離子束以規(guī)定的速率被濺射，但隨后借助于伴隨的俄歇分析來測量組成。
[0024] 如果沒有給出其它說明，則所述涂覆層中的芯主要組分和/或涂覆組分的量理解 為在所述涂覆層的整個(gè)體積中的平均值。
[0025] 與在所有具有層狀結(jié)構(gòu)的真實(shí)體系中相似，通常存在所述涂覆層與所述線材芯的 界面區(qū)。取決于線材制造方法及其它參數(shù)，這樣的界面區(qū)可能或多或少為狹窄的。為了下 文的清楚起見，所述涂覆層和/或所述線材芯的邊界通常被定義為在深度剖析測量中的組 分信號(hào)的給定百分?jǐn)?shù)下降。
[0026] 在本發(fā)明的上下文中術(shù)語"覆蓋"用于描述第一項(xiàng)（例如銅芯）相對于第二項(xiàng)（例 如涂覆層）的相對位置?？梢栽谒龅谝豁?xiàng)與所述第二項(xiàng)之間安置可能的其它項(xiàng)（例如中 間層）。優(yōu)選地，所述第二項(xiàng)至少部分地覆蓋所述第一項(xiàng)，例如達(dá)到相對于所述第一項(xiàng)的總 表面的至少30%、50%、70%或至少90%。最優(yōu)選地，所述第二項(xiàng)完全覆蓋在所述第一項(xiàng)上。通 常優(yōu)選地，所述涂覆層為所述接合線材的最外層。在其它實(shí)施方案中，所述涂覆層可以被另 一層覆蓋。
[0027] 所述線材是特別用于微電子學(xué)中的接合的接合線材。所述線材優(yōu)選為一體成型 (one-piece)物件。
[0028] 如果一種組分的份額超過所參考材料的所有其它組分，則該組分為"主要組分"。 優(yōu)選地，主要組分占所述材料總重量的至少50%。
[0029] 所述線材的芯優(yōu)選分別以至少90%、更優(yōu)選至少95%的量包含銅或銀。在其它實(shí)施 方案中，銅和銀可同時(shí)存在，其中兩種元素之一提供所述芯主要成分。在本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu) 選實(shí)施方案中，所述線材芯由純銅組成，其中銅以外的其它組分的總和小于〇. 1%。
[0030] 在本發(fā)明的一個(gè)替代的有利實(shí)施方案的情形下，所述芯主要組分為銅且可包含少 量（具體而言小于5%)的鈀作為組分。更優(yōu)選地，所述芯中的鈀的量介于0.5%和2%之間， 最優(yōu)選介于1. 1%和1.8%之間。在這樣的情形下，銅和鈀以外的其它組分的總和優(yōu)選小于 0. 1%〇
[0031] 通常優(yōu)選的是其中所述涂覆層具有小于0.5 μπι的厚度的實(shí)施方案。如果所述涂 覆層是足夠薄的，則所述涂覆層在接合過程中的可能效應(yīng)減少。在本發(fā)明的上下文中術(shù)語 "厚度"用于定義在垂直于所述線材芯縱軸的方向上的層的尺寸，所述層至少部分地覆蓋在 所述線材芯的表面上。
[0032] 本發(fā)明特別地涉及細(xì)接合線材。所觀察到的效應(yīng)對細(xì)線材而言是特別有利的，例 如由于這樣的線材對氧化的敏感性的原因。在本發(fā)明情形中，術(shù)語"細(xì)線材"定義為具有在 8 μπι至80 μπι的范圍內(nèi)的直徑的線材。最優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的細(xì)接合線材具有在12 μπι至50 μπι的范圍內(nèi)的厚度。
[0033] 這樣的細(xì)線材大多數(shù)（但非必定）具有基本上呈圓形形狀的橫截面視圖。本發(fā)明 上下文中的術(shù)語"橫截面視圖"是指穿過線材的切口視圖，其中所述切口平面垂直于所述線 材的縱向延伸。所述橫截面視圖可以存在于所述線材的縱向延伸上的任何位置。在橫截面 中穿過線材的"最長路徑"是其可在所述橫截面視圖的平面內(nèi)穿過所述線材的橫截面可以 作出的最長弦。在橫截面中穿過線材的"最短路徑"是在垂直于以上定義的所述橫截面視 圖的平面內(nèi)的所述最長路徑的最長弦。如果所述線材具有完美的圓形橫截面，則所述最長 路徑與所述最短路徑變得無法區(qū)分且具有相同值。術(shù)語"直徑"為任何平面及任何方向中 的所有幾何直徑的算術(shù)平均值，其中所有平面垂直于所述線材的縱向延伸。
[0034] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述涂覆層的外部范圍從0. 1%的所述線材直徑的 深度延伸至0. 25%的所述線材直徑的深度，其中所述芯主要組分的量和所述涂覆組分的量 存在于所述外部范圍中。實(shí)驗(yàn)已顯示如果一定量的所述芯主要組分存在于所述涂覆層的外 部部分中，則無空氣球的形成特別良好。甚至更優(yōu)選地，所述外部范圍始于〇. 05%的所述直 徑的深度處。
[0035] 通常優(yōu)選地，所述涂覆層的厚度至少在某些范圍內(nèi)與所述線材直徑略成比例。至 少在細(xì)線材的情形下，所述涂覆層的總厚度優(yōu)選介