(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストかつ簡便なプロセスにより、ウェハ接合時の反りを低減した、ウェハ接合半導体装置を提供する。【解決手段】第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２を接合するウェハ接合半導体装置の製造方法において、予め第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２のウェハ接合面側に、加熱時に接合機能を有する接合部材３および５を形成する第１の工程と、第１の工程により形成された前記接合部材の表面に、反応性を有する少なくとも２つの粉体材料を含んだフラックスペースト４を供給する第２の工程と、第２の工程により供給された前記フラックスペースト４の反応を開始させるための励起を行う第３の工程とを含む、ウェハ接合半導体装置の製造方法。【選択図】図２
2011210758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のウェハ基板と第２のウェハ基板を接合するウェハ接合半導体装置の製造方法において、予め第１のウェハ基板と第２のウェハ基板のウェハ接合面側に、加熱時に接合機能を有する接合部材を形成する第１の工程と、
第１の工程により形成された前記接合部材の表面に、反応性を有する少なくとも２つの粉体材料を含んだフラックスペーストを供給する第２の工程と、
第２の工程により供給された前記フラックスペーストの反応を開始させるための励起を行う第３の工程とを含むウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記フラックスペーストは自己伝播合成反応を起こすことを特徴とする請求項１に記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第３の工程では、レーザ光を照射することにより励起を行う請求項１または２のいずれかに記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項４】
第１のウェハ基板の接合部材を形成していない面と、第２のウェハ基板の接合部材を形成していない面の間に電圧印加することにより、前記フラックスペーストの反応を開始させ、前記第１のウェハ基板と前記第２のウェハ基板を接合することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項５】
第１のウェハ基板と、
前記第１のウェハ基板上に搭載される機能素子と、
第２のウエハ基板とを備え、
前記第１のウェハ基板と前記第２のウェハ基板を接合することにより、前記機能素子が封止されるウェハ接合半導体装置の製造方法において、
前記第１のウェハ基板上の前記機能素子が搭載される箇所に、加熱時に接合機能を有する接合部材を形成する第１の工程と、
前記第１の工程により形成された前記接合部材の表面に、反応性を有する少なくとも２つの粉体材料を含んだフラックスペーストを供給する第２の工程と、
前記第２の工程により供給された前記フラックスペースト上に、前記機能素子を搭載する第３の工程と、
前記第３の工程により供給された前記フラックスペーストの反応を開始させるための励起を行う第４の工程とを含むウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第４の工程後に、前記第１のウェハ基板と前記第２のウェハ基板のウェハ接合面側に、加熱時に接合機能を有する接合部材を形成する第５の工程と、
前記第５の工程により形成された前記接合部材の表面に、前記フラックスペーストを供給する第６の工程と、
前記第６の工程により供給された前記フラックスペーストの反応を開始させるための励起を行う第７の工程とを含む請求項５に記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記機能素子は発光素子または受光素子であり、前記第２のウエハ基板は光を透過する材料であることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載のウエハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記フラックスペーストは自己伝播合成反応を起こすことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第４の工程または前記第７の工程では、レーザ光を照射することにより励起を行う請求項５乃至８のいずれかに記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
第１のウェハ基板の接合部材を形成していない面と、第２のウェハ基板の接合部材を形成していない面の間に電圧印加することにより、前記フラックスペーストの反応を開始させ、前記第１のウェハ基板と前記第２のウェハ基板を接合することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記反応性を有する少なくとも２つの粉体材料が、
アルミニウムとニッケル、
または、アルミニウムとチタン、
または、チタンと炭素、
であることを特徴とする
請求項１乃至１０のいずれかに記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記加熱時に接合機能を有する接合部材として、蒸着はんだを用いていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のウェハ接合半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ同士を接合するウェハレベルパッケージ（WLP：Wafer Level Package）の反りを低減するウェハ接合プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のパッケージング方法として、従来はモールド樹脂による樹脂封止が主流であったが、近年はパーケージコストの低減と同時に、パーケージサイズの小型化が可能なウェハレベルパッケージの適用が拡大している。ウェハレベルパッケージングでは、半導体ウェハとキャップウェハは各種方法により接合されている。この接合方法は大別して、ウェハ同士を直接接合する方法と、接合部材を用いてウェハ同士を接合する間接接合に分類される。直接接合の方法としては、陽極接合、常温接合等が知られている。間接接合の方法としては、接合部材として、はんだ材、低融点ガラスを用いた融着接合、もしくは接着樹脂を用いた接着接合が用いられている。
【０００３】
しかしながら、いずれの接合方法であろうとも加熱工程が必要となる。一般に、このような加熱が加えられた場合、半導体ウェハとキャップウェハを接合した基板（以下、接合基板と表記）は、半導体ウェハとキャップウェハの熱膨張係数差により大きく反ることとなる。この接合基板の反りは、製品の特性不良、製品ハンドリング不良に繋がる虞がある。
【０００４】
上記に示した接合基板の反りを低減する手法として、様々な接合プロセスが提案されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、予めハーフカットが施された半導体ウェハ（もしくはキャップウェハ）をウェハ接合することにより、接合基板の反りを低減させるウェハ接合プロセスが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、反応性フォイルの発熱反応を利用することにより、局所的かつ短時間の加熱でウェハ同士を接合させ、接合基板の反りを低減させるウェハ接合プロセスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１７７０３４号公報
【特許文献２】特表２００９−５３０８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、特許文献２の技術ではコストまたは接合品質の点で問題が生じる。
【０００９】
特許文献１の接合プロセスでは、予めハーフカットが施された半導体ウェハ（もしくはキャップウェハ）を用いている。接合前にウェハにダイシング等で加工を施した場合、ウェハ表面がダイシング屑等で汚染される可能性が高くなる。このようなにウェハ表面が汚染されていると、ウェハ接合界面にその汚染異物が介在することとなる。この汚染異物は、ウェハ接合の強度、信頼性を損なうことに繋がる虞がある。また、ハーフダイシングが施されていることにより、ウェハ自体の強度が低下している。そのため、ウェハ接合時のハンドリングが困難となる虞がある。
【００１０】
また、特許文献２の接合プロセスでは、半導体ウェハとキャップウェハの間に反応性フォイルを介在させ、反応性フォイルの発熱により、予めウェハ表面に形成された接合部材を溶融させウェハ接合を行っている。このような、フォイル状のものが接合部材間に存在する場合、表面酸化が問題となる。上記接合部材としてはんだを考慮した場合、反応性フォイル表面に酸化膜が存在していると、反応性フォイルの反応熱により溶融したはんだは、反応性フォイルには濡れず、接合後のはんだ中にボイドが存在することとなる。このボイドの存在も同様に、ウェハ接合の強度、信頼性を損なうことに繋がる虞がある。この表面酸化膜の影響を回避する方法の一つとしては、接合前に反応性フォイルに表面処理（スパッタリング、フラックス塗布、ケミカルエッチング等）を施し、反応性フォイルの表面酸化膜を除去する必要がある。しかしながら、これら表面処理は工程の追加に繋がるため、低コストの観点から望ましいことではない。
【００１１】
本発明は、上記欠点を鑑みてなされたものであり、簡便なプロセスかつ低コストで、ウェハ接合時の反りの低減を実現し、かつ従来技術における欠点を克服することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲に記載のとおり、ウェハ接合プロセスにおいて、反応性を有する少なくとも２つの粉体材料を含んだフラックスペーストを使用している点に最大の特徴がある。具体的には、第１のウェハ基板と第２のウェハ基板を接合するウェハ接合半導体装置の製造方法において、予め第１のウェハ基板と第２のウェハ基板のウェハ接合面側に、加熱時に接合機能を有する接合部材を形成する第１の工程と、第１の工程により形成された前記接合部材の表面に、反応性を有する少なくとも２つの粉体材料を含んだフラックスペーストを供給する第２の工程と、第２の工程により供給された前記フラックスペーストの反応を開始させるための励起を行う第３の工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
また、他の観点における本発明は第１のウェハ基板と、前記第１のウェハ基板上に搭載される機能素子と、第２のウエハ基板とを備え、前記第１のウェハ基板と前記第２のウェハ基板を接合することにより、前記機能素子が封止されるウェハ接合半導体装置の製造方法において、前記第１のウェハ基板上の前記機能素子が搭載される箇所に、加熱時に接合機能を有する接合部材を形成する第１の工程と、第１の工程により形成された前記接合部材の表面に、反応性を有する少なくとも２つの粉体材料を含んだフラックスペーストを供給する第２の工程と、第２の工程により供給された前記第１のフラックスペースト上に、前記機能素子を搭載する第３の工程と、第３の工程により供給された反応性を有する粉体材料を含んだ前記フラックスペーストの反応を開始させるための、励起を行う第４の工程とを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による接合プロセスをとれば、低コストかつ簡便なプロセスにより、ウェハ接合時の反りを低減した、ウェハ接合半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１におけるウェハ接合構成を説明する図面である。
【図２】実施例１におけるウェハ接合プロセスを説明する図面である。
【図３】実施例１における反応性粉体材料を含んだフラックスペーストの構成例を説明する図面である。
【図４】実施例１における反応性粉体材料を含んだフラックスペーストの外部励起方法の一形態を説明する図面である。
【図５】実施例２におけるウェハ接合構成を説明する図面である。
【図６】実施例２におけるウェハ接合プロセスを説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明をする。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００１７】
まず、本発明の実施例１について、図１から図４を用いて説明する。
【００１８】
図1は、実施例１におけるウェハ接合構成を説明する図面である。図２は、実施例１におけるウェハ接合プロセスを説明する断面図面である。図３は、実施例１における反応性粉体材料を含んだフラックスペーストの構成例を説明する図面である。図４は、実施例１における反応性粉体材料を含んだフラックスペーストの外部励起方法の一形態を説明する図面である。なお、図２および図４において、基板の上面と下面は同一断面ではなく展開断面図であることは、当事者が容易に読み取れるものである。これは以下の実施例でも同様である。
【００１９】
まず、図１を用いて実施例１におけるウェハ接合構成を説明する。
【００２０】
実施例１は、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２をウェハ接合することを想定した実施例である。第１のウェハ基板１は、半導体装置の基板として最も用いられるSiウェハ（熱膨張係数：３．３ｐｐｍ/K）である。第２のウェハ基板２は、光学デバイスへの適用を想定し、透光性を持つアモルファスガラス材料（熱膨張係数：３．３〜８．０ｐｐｍ/K）を用いる。一般に、Siウェハとの接合を考えた場合、第２のウェハ基板２のガラス材料としてはホウ酸系ガラスが用いられる。これは、ホウ酸系ガラスの熱膨張係数がSiのそれと近いため、熱膨張係数差による基板の反りが問題となることがないためである。しかしながら、屈折率、透過率等の光学性質を重視した場合、ホウ酸系ガラスが必ずしも最適なガラス材料でないことがある。本実施例でも、第２のウェハ基板２は、ホウ酸系ガラス以外のアモルファスガラス材料である。
【００２１】
第１のウェハ基板１の表面には、第１のウェハ基板と第２のウェハ基板を接合するための接合部材３が存在している。本実施例では、接合部材３として蒸着はんだを予め、第１のウェハ基板１の表面に形成している。さらに、その接合部材３の上には、反応性粉体材料含有フラックスペースト４が供給されており、この反応性粉体材料含有フラックスペースト４が発熱反応した際の熱により、接合部材３に接合機能を発揮し、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２が接合される構成となっている。
【００２２】
なお、第１のウェハ基板１は、Siに限られる必要はなく、InP、GaAs、SiC、SiGe、GaN等の他の半導体ウェハでもかまわない。さらに、第１のウェハ基板１は、半導体材料に限らず、ガラス材料、セラミック材料、金属材料等のほかの材質であってもかまわないことはいうまでもない。
【００２３】
また、第２のウェハ基板も同等に、ガラス材料に限らず、、半導体材料、セラミック材料、金属材料等のほかの材質であってもかまわない。
【００２４】
また、接合部材３は、蒸着はんだに限られる必要はなく、はんだペースト、熱硬化型接着剤等の加熱により接合機能を発揮する部材であってもかまわない。
【００２５】
次に、図２を用いて実施例１におけるウェハ接合プロセスを説明する。
【００２６】
まず、図２（a）で第１のウェハ基板１の第２のウェハ基板２との接合面側に加熱時に接合機能を有する接合部材５として蒸着はんだを形成する。なお、接合部材５として蒸着はんだ等のはんだ材料を用いる場合、第１のウェハ基板１の第２のウェハ基板２との接合面側には、はんだの濡れ性を確保するために金属メタライズ５が形成されている。この金属メタライズ５の構成は、Ni2〜5μｍとAu0.05μｍをめっきした積層構造となっている。なお、はんだ材料により接合を行う場合、接合後にはんだ材とAuの界面に金属間化合物が形成される。この金属間化合物は硬く応力緩衝効果が弱いため、衝撃等に対する接合の信頼性を低下させる。また、Auが残存するとその後の高温放置により金属間化合物がさらに成長し、はんだ中にカーケンダルボイドが発生し、信頼性および気密性が低下することが懸念される。そのため、Auめっき厚さは極力薄くすることが好適である。本実施例では、Auめっき厚さは0.05μｍとしている。
【００２７】
次に図２（b）で反応性粉体材料含有フラックスペースト４を、図１（a）で第１のウェハ基板１上に形成された接合部材５（蒸着はんだ）上に供給する。本実施例では、反応性粉体材料含有フラックスペースト４の供給方法として、スピンコートによる塗布により供給を行っている。なお、反応性粉体材料含有フラックスペースト４の供給方法は、スピンコートに限らず、噴霧、スキージによる塗布等でもかまわない。本発明では、反応性材料がペースト状となっていることから供給方法の自由度は従来技術に比べ高くなっている点が、メリットの１つとなっている。反応性粉体材料含有フラックスペースト４の構成は、図３に示すように一般的にはんだ接合等で酸化膜除去のために用いられるフラックスペースト４２中に、自己伝播合成反応（SHS：Self−Propagating High−Temperature Synthesis）を起こす少なくとも２つ以上の反応性粉体材料４３、４４が含有されている構成となっている。本実施例では、反応性粉体材料４３、４４としてそれぞれAｌ、Niを用いている。当然ながら、反応性粉体材料４３、４４はAl、Niにとらわれる必要はなく、TiとC、AlとTi等の自己伝播合成反応を起こす組み合わせであればよい。さらに、反応性粉体材料は２つの材料の組み合わせに限らず、自己伝播合成反応を起こす組み合わせであれば、それ以上の材料の組み合わせでよいことはいうまでもない。これは、以下の実施例でも同様である。
【００２８】
次に、図２（c）で第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２のウェハ合わせを行った後、外部励起６により、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２の間に存在する反応性粉体材料含有フラックスペースト４の反応を開始させる。本実施例では、外部励起６としてレーザ励起を用いている。反応性粉体材料含有フラックスペースト４にレーザ光を照射することにより、反応性粉体材料含有フラックスペースト４に含有された反応性粉体材料４３、４４が反応を起こす。この反応は自己伝播合成反応であるため、一部が反応を起こすことで反応性粉体材料含有フラックスペースト４全体にその反応が伝播することとなる。その伝播速度は非常に速く、一般に１秒以下で反応は完了し、その際の発熱温度は１０００℃以上となる。そのため、非常に少ない外部励起エネルギーかつ短時間で、ウェハ接合界面全体を加熱することが可能である。また、短時間で反応が完了するため、第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の温度上昇が必要以上に大きくならず、第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の熱膨張係数差に起因する接合基板の反りを低減させることが可能となる。
【００２９】
なお、外部励起６の方法としてはレーザ励起にとらわれる必要はなく、スパーク、電圧印加、加熱等、反応性粉体材料含有フラックスペースト４中の反応性粉体材料４３、４４が自己伝播合成を開始するものであればよいことは言うまでもない。ここで、レーザ励起、スパーク、電圧印加といった方法は、局所的に加熱することが可能なため、第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の温度上昇を抑えることができるというメリットがある。一方、加熱であっても、自己伝播反応をするのに必要な量だけ加熱するものなので、反応熱による反りは少なくなる。図４に、外部励起方法の一形態を示す。図４では、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２の間に電圧印加することにより、反応性粉体材料含有フラックスペースト４に電圧励起を加える。この電圧励起により、反応性粉体材料４３、４４が自己伝播合成を起こし、発熱を得るものである。本方法は、例えば陽極接合装置等のウェハ接合機構と電圧印加機構を備えた設備との整合性の高いプロセスであり、新たな設備投資を行わずに済む点と従来のウェハ接合プロセスを変更せずに済むという点にメリットがあるものである。
【００３０】
次に、図２（d）で上記反応性粉体材料含有フラックスペースト４の反応熱により、第１のウェハ基板１上に形成された接合部材３（蒸着はんだ）が溶融し、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２が接合される。なお、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２が接合された後のはんだ中には、自己伝播合成により合成された反応性粉体材料４３、４４の反応合成物４１が残存することとなる。
【００３１】
以上、本実施例で説明したウェハ接合プロセスによれば、短時間で終了する反応性粉体材料含有フラックスペースト４中での自己伝播合成の発熱により、はんだ材料を溶融させていることから、ウェハ接合時における第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の温度上昇を抑えることができる。換言すると、第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の温度上昇が小さくなることから、第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の熱膨張係数差に起因する接合基板の反りを低減させることが可能となる。
【００３２】
また、フラックスペースト内で自己伝播反応を起こしていることから、フラックスペーストによる酸化膜除去の効果が期待でき、ボイドおよび濡れ不良等のはんだ接合不良を回避することも可能となる。
【００３３】
また、付随されるメリットしては既述のとおり、反応性材料がペースト状となっていることによる供給方法の自由度向上、ならびに接合に要するエネルギー供給が非常に少ない点が挙げられる。
【実施例２】
【００３４】
本発明の実施例２について、図５および図６を用いて説明する。図５は、実施例２におけるウェハ接合構成を説明する図面である。図６は、実施例２におけるウェハ接合プロセスを説明する図面である。
【００３５】
まず、図５を用いて実施例２におけるウェハ接合構成を説明する。
【００３６】
実施例２は、第１のウェハ基板１上に機能素子７が搭載され、第２のウェハ基板２をウェハ接合することで機能素子７を封止することを想定した実施例である。本実施例でも実施例１と同様に第１のウェハ基板１は、半導体装置の基板として最も用いられるSiウェハ（熱膨張係数：３．３ｐｐｍ/K）である。第１のウェハ基板１上にはSi異方性エッチングにより台形凹部１１が形成されている。台形凹部１１には、機能素子７として面発光素子（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が搭載されている。第２のウェハ基板２は、VCSEL（機能素子７）からの光を透過させることを考慮し、アモルファスガラス材料（熱膨張係数：３．３〜８．０ｐｐｍ/K）を用いている。
【００３７】
第１のウェハ基板１の表面には、第１のウェハ基板と第２のウェハ基板を接合するための接合部材３が存在している。本実施例でも、実施例１と同様に、接合部材３として蒸着はんだを予め、第１のウェハ基板１の表面に形成している。さらに、その接合部材３の上には、反応性粉体材料含有フラックスペースト４が供給されており、この反応性粉体材料含有フラックスペースト４が発熱反応した際の熱により、接合部材３に接合機能を発揮し、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２がウェハ接合されることにより、機能素子７がパッケージングされ、ウェハレベルパッケージングされた光学デバイスモジュールが形成されている。
【００３８】
なお、機能素子７はVCSELにとらわれる必要はなく、フォトダイオード（PD：Photo Diode）等の受光素子でもかわない。さらに、機能素子７は光素子に限らず、論理IC、センサIC等でもかまわない。
【００３９】
機能素子７として、光素子を用いた場合、第２のウェハ基板２はガラス材料に限らず、機能素子７が発光または受光する波長の光が透過する材料であればかまわない。また、機能素子７が光素子でない場合は、ガラス材料、セラミック材料、金属材料等のほかの材質であってもかまわないことはいうまでもない。
【００４０】
なお、第１のウェハ基板１は、Siに限られる必要はなく、InP、GaAs、SiC、SiGe、GaN等の他の半導体ウェハでもかまわない。さらに、第１のウェハ基板１は、半導体材料に限らす、ガラス材料、セラミック材料、金属材料等のほかの材質であってもかまわないことはいうまでもない。
【００４１】
また、接合部材３は、蒸着はんだに限られる必要はなく、はんだペースト、熱硬化型接着剤等の加熱により接合機能を発揮する部材であってもかまわない。
【００４２】
次に、図６を用いて実施例１におけるウェハ接合プロセスを説明する。
【００４３】
まず、図６（a）で機能素子７が搭載される箇所である第１のウェハ基板１の台形凹部１１に加熱により接合機能を有する接合部材５として蒸着はんだを形成する。本実施例でも実施例１と同様に、はんだの濡れ性を確保するために金属メタライズ５が形成されている。この金属メタライズ５の構成は、Ni2〜5μｍとAu0.05μｍをめっきした積層構造となっている。
【００４４】
次に図６（b）で反応性粉体材料含有フラックスペースト４を、図６（a）で第１のウェハ基板１の台形凹部１１に形成された蒸着はんだ上に供給する。反応性粉体材料含有フラックスペースト４はディスペンスにより供給している。
【００４５】
次に、図６（c）（d）でフラックスペースト４が形成された第１のウェハ基板１の台形凹部１１のフラックスペースト４上に機能素子７を搭載した後、外部励起６としてレーザ励起を行うことにより、図６（b）で供給した反応性粉体材料含有フラックスペースト４の自己伝播合成反応を起こす。本実施例でも実施例１と同様に、反応性粉体材料含有フラックスペースト４の構成は、図３に示すように一般的にはんだ接合等で酸化膜除去のために用いられるフラックスペースト４２中に、自己伝播合成反応（SHS：Self−Propagating High−Temperature Synthesis）を起こす少なくとも２つ以上の反応性粉体材料４３、４４が含有されている構成となっている。その際の発熱により、図６（a）で供給した接合部材３（蒸着はんだ）を溶融させ、第１のウェハ基板１と機能素子７を接合する。なお、本工程の後、第１のウェハ基板１と機能素子７を接合するはんだ中には、自己伝播合成により合成された反応性粉体材料４３、４４の反応合成物４１が残存することとなるが煩雑となるため、図６（d）には図示していない。
【００４６】
本実施例では、図６（a）〜（d）の工程を逐次繰り返すことにより、第１のウェハ基板に形成されたすべての台形凹部１１に機能素子７を接合することとなる。
【００４７】
一般に、ウェハレベルパッケージングにより半導体装置を製造する場合、第１のウェハ基板１上に機能素子７を逐次搭載していくこととなる。この際、一般的にははんだ材料を用いて、機能素子７は第１のウェハ基板１に接合される。機能素子７の搭載位置ずれの許容度の大きい半導体装置では、はんだ材料としてはんだペーストを用いて機能素子７をすべて第１のウェハ基板１上に仮搭載した後に、リフロー炉を通すことにより接合を行う。
【００４８】
一方、機能素子７の搭載位置精度が要求される光学デバイスモジュールにウェハレベルパッケージングを適用する際は、搭載位置ずれが発生するリフロー炉は利用できない。そのため、熱圧着等で機能素子７を加熱し、はんだ材料を溶融させることにより、機能素子７を逐次接合していくほかなかった。しかしながら、この手法により機能素子７の逐次接合をすると、接合時の加熱が近接する機能素子７の搭載部に形成されたはんだ材料に影響を与える。最悪の場合、はんだ材料表面に酸化膜が形成され以降の機能素子７が接合できなくなる可能性がある。
【００４９】
しかしながら、本実施例の図６（a）〜（d）のプロセスでは、はんだ材料を溶融させる熱源として、反応性粉体材料含有フラックスペースト４の自己伝播合成反応時の発熱を利用しているため、局所的かつ短時間の加熱となる。そのため、近接する機能素子７の搭載部のはんだ材料への影響が極めて小さい方法であり、機能素子７の逐次搭載には好適な手法であるといえる。
【００５０】
本実施例では、第１のウェハ基板１の台形凹部１１に機能素子７を逐次搭載した後、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２をウェハ接合することにより、パッケージングを行う。第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２をウェハ接合方法は、実施例１と同様である。
【００５１】
具体的には、図６（e）で第１のウェハ基板１の第２のウェハ基板２との接合面側に加熱により接合機能を有する接合部材５として蒸着はんだを形成する。第１のウェハ基板１の第２のウェハ基板２との接合面側には、はんだの濡れ性を確保するために、Ni2〜5μｍとAu0.05μｍからなる金属メタライズ５が形成されている。
【００５２】
次に図６（f）で反応性粉体材料含有フラックスペースト４を、図６（e）で第１のウェハ基板１上に形成された蒸着はんだ上に供給する。本実施例でも、反応性粉体材料含有フラックスペースト４の供給方法として、スピンコートによる塗布により供給を行っている。また、ここでも実施例１と同様に、反応性粉体材料含有フラックスペースト４の構成は、図３に示すように一般的にはんだ接合等で酸化膜除去のために用いられるフラックスペースト４２中に、自己伝播合成反応（SHS：Self−Propagating High−Temperature Synthesis）を起こす少なくとも２つ以上の反応性粉体材料４３、４４が含有されている構成となっている。
次に、図６（g）（h）で第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２のウェハ合わせを行った後、外部励起６により、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２の間に存在する反応性粉体材料含有フラックスペースト４の反応を開始させる。この際の反応熱により、第１のウェハ基板１上に形成された蒸着はんだを溶融させ、第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２を接合させる。なお、本実施例でも外部励起６としてレーザ励起を用いているが、前述の図４のように第１のウェハ基板１と第２のウェハ基板２の間に電圧印加することにより外部励起を印加する方法でもかまわない。
【００５３】
以上、本実施例で説明したウェハ接合プロセスによれば、局所的かつ短時間の加熱で終了する反応性粉体材料含有フラックスペースト４中での自己伝播合成の発熱により、はんだ材料を溶融させていることから、近接する機能素子７の搭載部のはんだ材料への影響が極めて少なくなるため、機能素子７の逐次搭載が可能となる。
【００５４】
また、短時間で終了する反応性粉体材料含有フラックスペースト４中での自己伝播合成の発熱により、はんだ材料を溶融させていることから、ウェハ接合時における第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の温度上昇を抑えることができる。換言すると、第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の温度上昇が小さくなることから、第１のウェハ基板１および第２のウェハ基板２の熱膨張係数差に起因する接合基板の反りを低減させることが可能となる。
【００５５】
また、フラックスペースト内で自己伝播反応を起こしていることから、フラックスペーストによる酸化膜除去の効果が期待でき、ボイドおよび濡れ不良等のはんだ接合不良を回避することも可能となる。
【００５６】
また、付随されるメリットしては既述のとおり、反応性材料がペースト状となっていることによる供給方法の自由度向上、ならびに接合に要するエネルギー供給が非常に少ない点が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は半導体装置の製造において、気密封止、ウェハレベルパッケージングを目的としたウェハ接合プロセスとして利用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・第１のウェハ基板
１２・・・台形凹部
２・・・第２のウェハ基板
３・・・接合部材
４・・・反応性粉体材料含有フラックスペースト
４１・・・反応合成物
４２・・・フラックスペースト
４３・・・第１の反応性粉体材料
４４・・・第２の反応性粉体材料
５・・・金属メタライズ
６・・・外部励起
７・・・機能素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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