(57)【要約】【課題】接合強度及び耐熱性に優れた電子デバイス用の接合構造を提供する。【解決手段】本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造は、ニッケルを含む第１金属層１１と、第１金属層１１の上に形成され、金、スズ及びニッケルを含む第２金属層１２と、を備え、第２金属層１２における金の含有量が、第２金属層１２の全体に対してｘ質量％であり、第２金属層１２におけるスズの含有量が、第２金属層１２の全体に対してｙ質量％であるとき、ｙ／ｘが０．８〜５．０である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケルを含む第１金属層と、
前記第１金属層の上に形成され、金、スズ及びニッケルを含む第２金属層と、
を備え、
前記第２金属層における金の含有量が、前記第２金属層の全体に対してｘ質量％であり、
前記第２金属層におけるスズの含有量が、前記第２金属層の全体に対してｙ質量％であるとき、
ｙ／ｘが０．８〜５．０である、
電子デバイス用の接合構造。
【請求項２】
前記第２金属層におけるニッケルの含有量が、前記第２金属層の全体に対して５〜２５質量％である、
請求項１に記載の電子デバイス用の接合構造。
【請求項３】
前記第２金属層が、パラジウムを含む、
請求項１又は２に記載の電子デバイス用の接合構造。
【請求項４】
パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Ａが、前記第２金属層内に存在する、
請求項３に記載の電子デバイス用の接合構造。
【請求項５】
前記部位Ａが、前記第１金属層及び前記第２金属層の間の界面に垂直な方向における前記第２金属層の中央に位置する、
請求項４に記載の電子デバイス用の接合構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合構造を備える、
電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子デバイス用の接合構造及び当該接合構造を備える電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスを構成する部材同士をＡｕＳｎ系ろう材を介して接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。「ろう材（ｂｒａｚｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」とは、接合される部材（基板又は導体層等）よりも融点の低い合金を意味する。ＡｕＳｎ系ろう材を用いた接合では、接合される一対の部材の両方の表面に予めＡｕめっき層を形成する。そして、一対のＡｕめっき層の間に挟んだＡｕＳｎ系ろう材を加熱して溶融させることで、部材間に接合構造が形成され、部材同士が電気的に接続される。この接合方法において、Ａｕめっき層は、部材表面に対するＡｕＳｎ系ろう材の濡れ性を向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６２３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＡｕＳｎ系ろう材を用いた接合方法では、ＡｕＳｎ系ろう材から形成されたＡｕＳｎ系ろう層とこれに隣接するＡｕ層（Ａｕめっき層に由来する層）との界面（接合界面）に、ボイド（気泡）又はクラック（ひび）が発生し易い。接合界面にボイド又はクラックが形成された接合構造に剪断力が加わると、接合構造は接合界面において破損し易い。つまり、従来のＡｕＳｎ系ろう材を用いて形成した接合構造では、部材間の十分な接合強度を達成することが困難である。したがって、従来の接合構造を備える電子デバイスに落下等の衝撃が加わると、接合構造が容易に破損して、部材間の電気的接続が破断してしまう。
【０００５】
また、従来の接合構造はＡｕＳｎ共晶を含むため、従来の接合構造の融点は低く、２７８℃程度である。したがって、ろう材を用いた２回以上の部材同士の接合（加熱工程）が必要とされる電子デバイスの製造過程では、１次接合によって形成された接合構造が、２次接合の際に再び溶融し、接合構造を介した部材間の電気的接続が破断してしまうことがある。つまり、従来の接合構造は耐熱性に劣る。
【０００６】
本願発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、接合強度及び耐熱性に優れた電子デバイス用の接合構造、及び当該接合構造を備える電子デバイス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】
本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造は、ニッケルを含む第１金属層と、第１金属層の上に形成され、金、スズ及びニッケルを含む第２金属層と、を備え、第２金属層における金の含有量が、第２金属層の全体に対してｘ質量％であり、第２金属層におけるスズの含有量が、第２金属層の全体に対してｙ質量％であるとき、ｙ／ｘが０．８〜５．０である。
【０００８】
本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造では、第２金属層におけるニッケルの含有量が、第２金属層の全体に対して５〜２５質量％であってもよい。
【０００９】
本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造では、第２金属層が、パラジウムを含でいてもよい。
【００１０】
本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造では、パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Ａが、第２金属層内に存在していてもよい。
【００１１】
本発明の一側面に係る電子デバイス用の接合構造では、部位Ａが、第１金属層及び第２金属層の間の界面に垂直な方向における第２金属層の中央に位置していてもよい。
【００１２】
本発明の一側面に係る電子デバイスは、上記接合構造を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によれば、接合強度及び耐熱性に優れた電子デバイス用の接合構造、及び当該接合構造を備える電子デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子デバイスの断面の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る接合構造の断面の模式図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る接合構造の製造方法を示す模式図であって、接合構造がパラジウムを含まない場合の製造方法を示す図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る接合構造の製造方法を示す模式図であって、接合構造がパラジウムを含む場合の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、場合により図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、各図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付与す。図１〜４は模式図に過ぎず、接合構造及び電子デバイスの形状及び縦横比は図１〜４に示すものに限定されない。
【００１６】
（接合構造及び電子デバイス）
図１は、本実施形態の電子デバイス１００（モジュール）の断面を示す。断面とは、第１基板４０及び第２基板６０の表面に垂直な方向（基板が互いに対向する方向）における断面である。本実施形態の電子デバイス１００は、第１基板４０、第２基板６０、チップ９０、及び接合構造１０を備えてよい。接合構造１０は、第１基板４０と第２基板６０との間に位置し、第１基板４０と第２基板６０とを接合して、これらを電気的に接続する。また接合構造１０は、第２基板６０とチップ９０の間に位置し、第２基板６０とチップ９０とを接合して、これらを電気的に接続する。なお、電子デバイス１００は、接合構造１０によって接合された一対の電子部品を備えてもよい。
【００１７】
第１基板４０及び第２基板６０は、Ｓｉ又はセラミック等の無機物から構成される基板であってよい。また、第１基板４０及び第２基板６０は、樹脂等の有機化合物から構成される基板（例えばマザーボード）であってもよい。ただし、第１基板４０及び第２基板６０は、接合構造１０の形成に要する加熱温度よりも高い融点を有する無機物からなっていてよい。融点が高い無機物からなる第１基板４０及び第２基板６０は、接合構造１０の形成に必要な加熱によって溶融し難く、損傷し難いからである。チップ９０は、半導体素子等の電子部品であればよい。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る電子デバイス１００用の接合構造１０の断面を示す。断面とは、第１基板４０及び第２基板６０の表面に垂直な方向（基板が互いに対向する方向）における断面である。第１基板４０の上には、第１導体層１５が形成されている。接合構造１０は、第１導体層１５上に積層された第１金属層１１と、第１金属層１１上に積層された第２金属層１２と、を備える。第１金属層１１はニッケル（Ｎｉ）を含む。第１金属層１１はニッケルのみからなっていてもよい。第２金属層１２は、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）及びニッケルを含む。第２金属層１２は、金、スズ及びニッケルからなっていてもよい。接合構造１０は、第２金属層１２上に積層された第３金属層１３を備えていてもよい。第３金属層１３上には、第２導体層１４が形成されていてもよい。第３金属層１３が含む金属は、例えば、ニッケル又はチタン（Ｔｉ）等であってよい。第１導体層１５及び第２導体層１４は、金、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の電気伝導性に優れた物質からなっていてよい。第１導体層１５及び第２導体層１４を設けることにより、第１基板４０と第２基板６０との間の電気伝導性が高まる。また、第１導体層１５と第１基板４０との間に、チタン等からなるシード（ｓｅｅｄ）層１６を設けてもよい。シード層１６により、第１導体層１５と第１基板４０との密着性が向上する。第２導体層１４と第２基板６０との間に、チタン等からなるシード層１７を設けてもよい。シード層１７により、第２導体層１４と第２基板６０との密着性が向上する。
【００１９】
第２金属層１２における金の含有量が、第２金属層１２の全体に対してｘ質量％であり、第２金属層１２におけるスズの含有量が、第２金属層１２の全体に対してｙ質量％であるとき、ｙ／ｘは０．８〜５．０である。ｙ／ｘは０．８〜４．８であってもよい。ｙ／ｘが上記範囲である場合、第２金属層１２は従来のＡｕＳｎ系ろう材よりも多量のスズを含むため、第２金属層１２内では、過剰なスズが、金のみならず、ニッケルと金属間化合物を形成している。つまり、第２金属層１２は、スズ及び金から構成される金属間化合物（若しくは合金）のみならず、スズ及びニッケルから構成される金属間化合物（若しくは合金）を含む。または、第２金属層１２は、スズ、金及びニッケルから構成される金属間化合物（若しくは合金）を含む。その結果、第２金属層１２は、ＡｕＳｎ共晶から構成される層（従来のＡｕＳｎ系ろう層）よりも高い融点を有する。したがって、本実施形態に係る接合構造１０の耐熱性は、従来の接合構造に比べて向上する。また、第１金属層１１及び第２金属層１２の組成が、ニッケルを含有する点において連続的であるため、第１金属層１１及び第２金属層１２は、強固に接合されている。したがって、本実施形態に係る接合構造１０は接合強度にも優れる。
【００２０】
本実施形態の接合構造１０は耐熱性に優れるため、２回以上の部材同士の接合（加熱工程）が必要とされる電子デバイスの製造過程において、１次接合によって形成された接合構造１０が、２次接合の際に再び溶融し難く、接合構造１０を介した部材間の電気的接続が破断し難い。
【００２１】
第２金属層１２におけるニッケルの含有量は、第２金属層１２の全体に対して５〜２５質量％、又は、６〜２４質量％であってよい。第２金属層１２におけるニッケルの含有量が、上記範囲にある場合、接合構造１０の接合強度が向上し易く、接合構造１０の耐熱性が向上し易い傾向がある。
【００２２】
第２金属層１２はパラジウム（Ｐｄ）を含んでいてもよい。第２金属層１２は、金、スズ、ニッケル及びパラジウムからなっていてもよい。第２金属層１２は、スズ、金及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属と、パラジウムとから構成される金属間化合物（又は合金）を含んでよい。第２金属層１２が、パラジウム、又はパラジウム及びスズを含む金属間化合物（若しくは合金）を含むことにより、第２金属層１２の融点がより高まり、接合構造１０の耐熱性がより向上する傾向がある。第２金属層１２におけるパラジウムの含有量は、特に限定されないが、第２金属層１２の全体に対して３．０〜３５．０質量％、３．３〜３４．７質量％、６．７〜３４．７質量％、又は、１７．０〜３４．７質量％であってよい。第２金属層１２におけるパラジウムの含有量が上記範囲にある場合、第２金属層１２の融点が高まり易く、接合構造１０の耐熱性が向上し易い傾向がある。
【００２３】
第２金属層１２がパラジウムを含む場合、ｙ／ｘは、１．０〜５．０、１．３〜４．８、３．０〜５．０、３．１〜４．８、又は３．１〜３．５であってよい。第２金属層１２がパラジウムを含まない場合、ｙ／ｘは０．８〜３．０、又は０．８〜２．９であってよい。
【００２４】
第２金属層１２がパラジウムを含む場合、パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Ａが、第２金属層１２内に存在していてもよい。この場合、第２金属層１２の融点が高まり易く、接合構造１０の耐熱性が向上し易い傾向がある。
【００２５】
部位Ａは、第１金属層１１及び第２金属層１２の間の界面Ｂに垂直な方向における第２金属層１２の中央Ｃに位置していてもよい。この場合、第２金属層１２の融点が高まり易く、接合構造１０の耐熱性が向上し易い傾向がある。
【００２６】
第１金属層１１におけるニッケル含有量は、特に限定されないが、第１金属層１１全体に対して６０〜１００質量％程度であってよい。第１金属層１１は、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、又は炭素（Ｃ）等を含有してもよい。これらの元素が第１金属層１１に含まれる場合、第１金属層１１の硬さが向上し易く、接合構造１０の接合強度が向上し易い傾向がある。
【００２７】
第３金属層１３はニッケルを含んでよい。第３金属層１３がニッケルを含む場合、第２金属層１２及び第３金属層１３の組成が、ニッケルを含有する点において連続的であるため、第２金属層１２及び第３金属層１３は強固に接合されている。したがって、接合構造１０の接合強度が向上し易い傾向がある。第３金属層１３がニッケルを含む場合、第３金属層１３の組成は第１金属層１１の組成と略同じであってよい。
【００２８】
接合構造１０内の任意の位置における各元素の含有量（単位：質量％）は、例えば、以下の方法により測定される。まず、接合構造１０を、積層方向（第１金属層１１及び第２金属層１２の間の界面Ｂに垂直な方向）に沿って切断する。露出した接合構造１０の断面を、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）又はオージェ電子分光（ＡＥＳ）等の方法で分析することにより各元素の含有量を特定する。金の含有量ｘ、及びスズの含有量ｙは、第２金属層１２の断面から任意に選んだ複数の箇所（例えば３箇所、又は５箇所）において測定した金及びスズ其々の含有量を平均することにより算出される。
【００２９】
第１金属層１１の厚さは、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であればよい。
【００３０】
第２金属層１２の厚さは、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であればよい。
【００３１】
第３金属層１３の厚さは、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であればよい。
【００３２】
第１導体層１５の厚さは、特に限定されないが、１〜５０μｍ程度であればよい。
【００３３】
第２導体層１４の厚さは、特に限定されないが、１〜５０μｍ程度であればよい。
【００３４】
接合構造１０が備える各層の厚さは、例えば、以下の方法により測定される。まず、接合構造１０を、積層方向に沿って切断する。露出した接合構造１０の断面を、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて１０万倍程度に拡大して観察する。そして、断面から任意に選んだ複数の箇所（例えば３箇所、又は５箇所）において測定した各層の厚さを平均することにより、各層の厚さが算出される。
【００３５】
（接合構造の製造方法）
本実施形態の接合構造１０の製造方法を、以下に説明する。本実施形態の接合構造１０の製造方法のうち、パラジウムを含まない第２金属層１２を備える接合構造１０の製造方法を、以下では、「第１の製造方法」と記す。パラジウムを含む第２金属層１２を備える接合構造１０の製造方法を、以下では「第２の製造方法」と記す。
【００３６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、接合構造１０の第１の製造方法は、第１基板４０の表面に第１前駆体構造２１を形成する工程と、第２基板６０の表面に第２前駆体構造２２を形成する工程と、第１前駆体構造２１と第２前駆体構造２２とを接合する工程と、を備える。
【００３７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、接合構造１０の第２の製造方法は、第１基板４０の表面に第１前駆体構造２１を形成する工程と、第２基板６０の表面に第２前駆体構造２８を形成する工程と、第１前駆体構造２１と第２前駆体構造２８とを接合する工程と、を備える。
【００３８】
＜第１の製造方法＞
［第１前駆体構造２１の形成工程］
まず、第１の製造方法について説明する。図３（ｂ）は、第１基板４０上に形成された第１前駆体構造２１の断面を模式的に示す。第１前駆体構造２１は、第１基板４０上に形成されたシード層１６と、シード層１６上に形成された第１導体層１５と、第１導体層１５上に形成され、ニッケルを主成分として含むニッケル層２３（第１下地層）と、ニッケル層２３上に形成され、スズを主成分として含むスズ層２４（第１表層）と、を備える。第１前駆体構造２１は以下の方法により形成される。
【００３９】
第１基板４０の上にシード層１６及び第１導体層１５を形成する。シード層１６及び第１導体層１５は、スパッタリング、化学気相蒸着又はめっき等によって形成すればよい。シード層１６を構成する材料は、例えば、チタン又はクロム等であってよい。シード層１６は、第１基板４０と第１導体層１５との密着性を高める。シード層１６を介在させずに第１基板４０の表面に直接第１導体層１５を形成してもよい。第１導体層１５を構成する金属は、例えば、銅、金、銀又はアルミニウム等の電気伝導性に優れた金属であってよい。レジストフィルムを用いた第１導体層１５のパターニングを行ってもよい。レジストフィルム及びシード層１６を第１基板４０の表面（第１導体層１５が形成された部分を除く。）から剥離する前の時点では、後述する各層を電解めっき又は無電解めっきのどちらで形成してもよい。レジストフィルム及びシード層１６を第１基板４０の表面から剥離した後では、各層の位置及び形状を調整し易い無電解めっきを用いればよい。
【００４０】
第１導体層１５に対して、必要に応じて前処理を行った後、第１導体層１５上に、ニッケル層２３（第１下地層）を形成する。第１導体層１５が、金、銀若しくは銅又はこれらを主に含む合金からなる場合、第１導体層１５の前処理として、脱脂、酸洗及び活性化処理等を行えばよい。第１導体層１５が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、第１導体層１５の前処理として、脱脂、酸洗及びジンケート処理等を行えばよい。
【００４１】
ニッケル層２３の形成方法は、例えば、無電解ニッケルめっき又は電解ニッケルめっきであればよい。無電解ニッケルめっきでは、例えば、ニッケル塩、錯化剤及び還元剤を含むめっき液から、ニッケル層２３を形成する。無電解ニッケルめっきの作業性（浴の安定性、ニッケルの析出速度）を向上させるために、還元剤として次亜リン酸を含むめっき液を用いてよい。無電解ニッケルめっき液の温度は、例えば、５０〜９５℃、又は６０〜９０℃であればよい。無電解ニッケルめっき液はリンを含んでもよい。無電解ニッケルめっき液のｐＨは４．０〜６．０程度であればよい。ｐＨは、例えば希硫酸やアンモニアを用いて調整すればよい。
【００４２】
電解ニッケルめっきでは、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケル及びホウ酸を含むめっき液を用いればよい。また、電解ニッケルめっき液はリンを含んでもよい。この場合、めっき液のｐＨは、例えば、４．５〜５．５であればよい。めっき液の温度は、例えば、４０〜６０℃であればよい。めっき時の電流密度は、例えば、１〜７Ａ／ｄｍ２であればよい。
【００４３】
ニッケル層２３上にスズ層２４（第１表層）を形成する。スズ層２４は、例えば、還元型無電解スズめっき又は電解スズめっきにより形成することができる。
【００４４】
還元型無電解スズめっきでは、例えば、スズ化合物、有機錯化剤、有機イオウ化合物、酸化防止剤、及び還元剤（チタン化合物）を含むめっき液を用いればよい。めっき液の温度は、例えば、４０〜９０℃又は５０〜８０℃であればよい。
【００４５】
電解スズめっきでは、フェロスタン法、ハロゲン法又はアルカリ法等を採用すればよい。フェロスタン法及びハロゲン法では、酸性浴を用いる。フェロスタン法では、フェノールスルホン酸スズを使用する。ハロゲン法では、塩化第一スズを使用する。アルカリ法では、スズ酸ソーダを主成分とするめっき液を用いる。その他、硫酸第一スズ又はホウフッ化スズを主成分として含有するめっき液を用いてもよい。
【００４６】
以上の工程によって、シード層１６、第１導体層１５、ニッケル層２３（第１下地層）及びスズ層２４（第１表層）が順次積層された第１前駆体構造２１が第１基板４０上に形成される。
【００４７】
［第２前駆体構造２２の形成工程］
図３（ａ）は、第２基板６０上に形成された第２前駆体構造２２の断面を模式的に示す。第２前駆体構造２２は、第２基板６０上に設けられたシード層１７と、シード層１７上に形成された第２導体層１４と、第２導体層１４上に形成され、ニッケル又はチタン等の金属を主成分として含む層（第２下地層２７）と、第２下地層２７上に形成され、金を主成分として含む金層２５（第２表層）とから構成される。シード層１７を介在させずに、第１基板４０の表面に直接第２導体層１４が形成されていてもよい。第２下地層２７を設けずに、第２導体層１４上に金層２５が形成されていてもよい。
【００４８】
第２基板６０の上にシード層１７及び第２導体層１４を形成する。シード層１７及び第２導体層１４は、第１前駆体構造２１の場合と同様の方法で形成すればよい。
【００４９】
第２導体層１４に対して、必要に応じて前処理を行った後、第２導体層１４上に第２下地層２７を形成する。第２下地層２７の形成方法は、無電解めっき又は電解めっきであってよい。第２下地層２７が主成分としてニッケルを含む場合、第２下地層２７は、第１前駆体構造２１のニッケル層２３と同様の形成方法で形成すればよい。
【００５０】
第２下地層２７上に金層２５（第２表層）を形成する。金層２５の形成方法は、例えば、無電解金めっき又は電解金めっきであってよい。例えば、無電解金めっきでは、第２下地層２７を無電解金めっき液に浸漬すればよい。これにより、第２下地層２７の表面に金層２５が形成される。金層２５の厚さ及び組成は、無電解金めっき液の種類、めっき液の温度、ｐＨ、第２下地層２７をめっき液に浸漬する時間等によって自在に制御できる。無電解金めっき液としては、市販の無電解金めっき液を用いてもよい。
【００５１】
以上の工程によって、シード層１７、第２導体層１４、第２下地層２７及び金層２５（第２表層）が順次積層された第２前駆体構造２２が第２基板６０上に形成される。
【００５２】
［第１前駆体構造２１及び第２前駆体構造２２の接合工程］
第１前駆体構造２１のスズ層２４（第１表層）と、第２前駆体構造２２の金層２５（第２表層）とが対向するように、第１基板４０上に第２基板６０を載置する。
【００５３】
第１前駆体構造２１と第２前駆体構造２２とを加熱しながら圧着する。加熱により、融点の低いスズ層２４が金層２５よりも先に溶融し、溶融したスズ層２４が金層２５の表面全体を濡らし、金層２５の表面全体に広がる。また、ニッケル層２３の一部が溶融したスズ層２４内へ移動（拡散）する。なお、溶融したスズ層２４は、溶融した従来のＡｕＳｎ系ろう材に比べて、ニッケルの移動（拡散）を助長し易い。次いで、溶融したスズ層２４、金層２５、及びスズ層２４内へ移動したニッケルが混合する。これらの金属を冷却することにより、ニッケル層２３が第１金属層１１となり、金、スズ及びニッケルを含む第２金属層１２が、第１金属層１１上に形成される。溶融したスズ層２４が金層２５の表面全体を斑なく濡らし、金層２５の表面全体に広がるので、接合構造１０におけるボイド及びクラックの発生が抑制される。ニッケル層２３の一部が、溶融したスズ層２４内へ移動（拡散）するので、第１金属層１１及び第２金属層１２の組成は、ニッケルを含有する点において連続的になる。第２下地層２７は第３金属層１３となり、第２金属層１２上に形成される。第２下地層２７がニッケルを含む場合、接合工程において、第２下地層２７中のニッケルの一部も拡散して、第２金属層１２に混合されてよい。その結果、第２金属層１２及び第３金属層１３の組成が、ニッケルを含有する点において連続的になる。
【００５４】
本実施形態において、仮にニッケル層２３が存在しない場合、接合工程においてスズ層２４を構成するスズ原子が第１導体層１５へ向かって過度に移動（拡散）して、第１導体層１５を構成する原子と反応し、脆いスズ合金が形成されることがある。しかし、本実施形態では、ニッケル層２３が、スズ層２４から第１導体層１５へのスズの移動を抑制し、脆いスズ合金が生成する反応を抑制する。脆いスズ合金の生成が抑制されることにより、接合構造１０の接合強度が向上する。ニッケル層２３の場合と同様に、第２下地層２７も、スズ層２４から第２導体層１４へのスズの移動を抑制し、第２導体層１４を構成する原子とスズとの反応を抑制し、脆いスズ合金の生成を抑制する。
【００５５】
上述した工程を経て、接合構造１０が形成され、第１基板４０と第２基板６０とが接合構造１０を介して接合される。
【００５６】
従来のＡｕＳｎ系ろう材を用いた接合構造の製造では、第１前駆体構造２１のスズ層２４の代わりに、ＡｕＳｎ系ろう材からなる層（ＡｕＳｎ系ろう層）を形成していた。溶融したＡｕＳｎ系ろう層の濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）は、同一の温度で溶融したスズ層２４に比べて劣る。したがって、従来は、ＡｕＳｎ系ろう材が濡れ広がり易い金層を、第１前駆体構造の第１下地層とＡｕＳｎ系ろう層との間に設ける必要があった。つまり、従来のＡｕＳｎろう材を用いた接合では、接合される一対の部材の双方に金層を設ける必要があった。一方、本実施形態では、第１前駆体構造２１が、従来のＡｕＳｎ系ろう層ではなく、スズ層２４を有するので、第１前駆体構造２１が金層を有する必要がない。つまり、本実施形態では、部材の一方（第２前駆体構造２２）にのみ金層２５を設けることにより、接合強度に優れた接合構造１０を製造することができる。したがって、本実施形態では、接合構造の製造に必要な金の量を低減し、接合構造の製造コストが低減される。
【００５７】
第１金属層１１の組成及び厚さ、第２金属層１２の組成及び厚さ、並びに第３金属層１３の組成及び厚さは、以下の条件によって自在に制御される。
ニッケル層２３（第１下地層）の組成、厚さ及びめっき法。
スズ層２４（第１表層）の組成、厚さ及びめっき法。
金層２５（第２表層）の組成、厚さ及びめっき方法。
第２下地層２７の組成、厚さ及びめっき法。
接合工程における加熱温度及び加熱時間。
【００５８】
第１前駆体構造２１におけるスズ層２４（第１表層）の厚さがＴ１であり、第２前駆体構造２２における金層２５（第２表層）の厚さがＴ２であるとき、Ｔ１／Ｔ２は、例えば、２．０〜１３．０であればよい。Ｔ１／Ｔ２を上記範囲に調整することにより、ｙ／ｘを０．８〜５．０、又は０．８〜４．８に制御することができる。第１の製造方法では、Ｔ１／Ｔ２は、２．０〜８．０であってもよい。この場合、ｙ／ｘを、０．８〜３．０、又は０．８〜２．９に制御することができる。
【００５９】
第１前駆体構造２１におけるスズ層２４（第１表層）の厚さＴ１は、例えば、０．１〜５μｍ程度であればよい。
【００６０】
第２前駆体構造２２における金層２５（第２表層）の厚さＴ２は、例えば、０．１〜１μｍ程度であればよい。金は高価であるため、金層２５が薄いほど接合構造１０の製造コストが抑制される。
【００６１】
第１前駆体構造２１におけるニッケル層２３の厚さは、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であればよい。
【００６２】
第２前駆体構造２２における第２下地層２７の厚さは、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であればよい。
【００６３】
第１前駆体構造２１及び第２前駆体構造２２が備える各層の厚さは、例えば、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）を用いて測定される。例えば、第１前駆体構造２１のスズ層２４（第１表層）の厚さＴ１を測定する場合、スズ層２４の表面から任意に選んだ複数の箇所（例えば３箇所）におけるスズ層２４の厚さを、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定する。各箇所におけるスズ層２４の厚さを平均することにより、スズ層２４（第１表層）の厚さＴ１が算出される。例えば、第２前駆体構造２２の金層２５（第２表層）の厚さＴ２を測定する場合、金層２５の表面から任意に選んだ複数の箇所（例えば３箇所）における金層２５の厚さを、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定する。各箇所における金層２５の厚さを平均することにより、金層２５（第２表層）の厚さＴ２が算出される。
【００６４】
第１前駆体構造２１及び第２前駆体構造２２の接合工程は、フリップチップボンダー又はリフロー炉を用いて、第１前駆体構造２１と、第２前駆体構造２２とを加熱すればよい。例えば、第１前駆体構造２１と、第２前駆体構造２２とを、２８０〜４００℃で加熱すればよい。例えば、第１前駆体構造２１と、第２前駆体構造２２とを、０．１〜１２０秒間加熱すればよい。加熱温度及び加熱時間がこれらの範囲内である場合、スズ層２４が溶融し易く、接合強度に優れた接合構造１０が形成され易い。
【００６５】
＜第２の製造方法＞
［第１前駆体構造２１の形成工程］
以下では、第２の製造方法を説明する。第１の製造方法及び第２の製造方法に共通する事項の説明は省略する。図４（ｂ）は、第１基板４０上に形成された第１前駆体構造２１の断面を模式的に示す。第２の製造方法における第１前駆体構造２１は、第１の製造方法における第１前駆体構造２１と同一であってよい。第２の製造方法における第１前駆体構造２１の形成方法は、第１の製造方法における第１前駆体構造２１の形成方法と同一であってよい。
【００６６】
［第２前駆体構造２８の形成工程］
図４（ａ）は、第２基板６０上に形成された第２前駆体構造２８の断面を模式的に示す。第２前駆体構造２８は、第２基板６０上に設けられたシード層１７と、シード層１７上に形成された第２導体層１４と、第２導体層１４上に形成され、ニッケル又はチタン等の金属を主成分として含む層（第２下地層２７）と、第２下地層２７上に形成され、パラジウムを主成分として含むパラジウム層２６（中間層）と、パラジウム層２６上に形成され、金を主成分として含む金層２５（第２表層）と、を備える。シード層１７を介在させずに、第１基板４０の表面に直接第２導体層１４が形成されていてもよい。第２下地層２７を設けずに、第２導体層１４上にパラジウム層２６が形成されていてもよい。
【００６７】
第２基板６０の上にシード層１７、第２導体層１４、及び第２下地層２７を形成する。第２の製造方法におけるシード層１７の組成及び形成方法は、第１の製造方法において形成されるシード層１７と同じであってよい。第２の製造方法における第２導体層１４の組成及び形成方法は、第１の製造方法において形成される第２導体層１４と同じであってよい。第２の製造方法における第２下地層２７の組成及び形成方法は、第１の製造方法において形成される第２下地層２７と同じであってよい。
【００６８】
第２下地層２７上にパラジウム層２６(中間層)を形成する。パラジウム層２６の形成方法は、例えば、無電解パラジウムめっき又は電解パラジウムめっきであってよい。例えば、無電解パラジウムめっきでは、第２下地層２７を無電解パラジウムめっき液に浸漬する。これにより、パラジウム層２６が第２下地層２７の表面に形成される。パラジウム層２６の厚さ及び組成は、無電解パラジウムめっき液の種類、温度、ｐＨ、及び第２下地層２７をめっき液に浸漬する時間等によって自在に制御できる。無電解パラジウムめっき液として、市販の無電解パラジウムめっき液を用いてもよい。
【００６９】
パラジウム層２６の形成後、第１の製造方法と同様の方法で、金層２５(第二表層)をパラジウム層２６（中間層）上に形成する。以上の工程により、第２前駆体構造２８が形成される。なお、金層２５を第２下地層２７上に形成した後、パラジウム層２６を金層２５上に形成してもよい。
【００７０】
［第１前駆体構造２１及び第２前駆体構造２８の接合工程］
第１前駆体構造２１のスズ層２４と、第２前駆体構造２８の金層２５とが対向するように、第１基板４０上に第２基板６０を載置する。
【００７１】
第１前駆体構造２１と第２前駆体構造２８とを加熱しながら圧着する。加熱により、融点の低いスズ層２４が金層２５よりも先に溶融し、溶融したスズ層２４が金層２５の表面全体を濡らし、金層２５の表面全体に広がる。また、ニッケル層２３の一部が溶融したスズ層２４内へ移動（拡散）する。なお、溶融したスズ層２４は、溶融した従来のＡｕＳｎ系ろう材に比べて、ニッケルの移動（拡散）を助長し易い。次いで、溶融したスズ層２４、金層２５、パラジウム層２６、及びスズ層２４内へ移動したニッケルが混合する。これらの金属を冷却することにより、ニッケル層２３が第１金属層１１となり、金、スズ、ニッケル及びパラジウムを含む第２金属層１２が第１金属層１１上に形成される。溶融したスズ層２４が金層２５の表面全体を斑なく濡らし、金層２５の表面全体に広がるので、接合構造１０におけるボイド及びクラックの発生が抑制される。ニッケル層２３の一部が、溶融したスズ層２４内へ移動（拡散）するので、第１金属層１１及び第２金属層１２の組成は、ニッケルを含有する点において連続的になる。第２下地層２７は第３金属層１３となり、第２金属層１２上に形成される。第２下地層２７がニッケルを含む場合、接合工程において、第２下地層２７中のニッケルの一部も拡散して、第２金属層１２へ混合されてよい。その結果、第２金属層１２及び第３金属層１３の組成は、ニッケルを含有する点において連続的になる。
【００７２】
接合工程では、パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Ａが第２金属層１２の内部（例えば、第２金属層１２の中央Ｃ）に形成されることがある。部位Ａが形成される原因は、必ずしも定かではない。スズとパラジウムとの親和性が高いため、溶融したスズ層２４、金層２５、スズ層２４内へ移動したニッケル及びパラジウム層２６の混合に伴い、パラジウムの移動（拡散）が助長される結果、部位Ａが第２金属層１２の内部（例えば、第２金属層１２の中央）に形成される、と推測される。
【００７３】
上述した工程を経て、接合構造１０が形成され、第１基板４０と第２基板６０とが接合構造１０を介して接合される。
【００７４】
接合構造１０のうち、第１金属層１１の組成及び厚さ、第２金属層１２の組成及び厚さ、並びに第３金属層１３の組成及び厚さは、以下の条件によって自在に制御される。
ニッケル層２３（第１下地層）の組成、厚さ及びめっき法。
スズ層２４（第１表層）の組成、厚さ及びめっき法。
金層２５（第２表層）の組成、厚さ及びめっき方法。
パラジウム層２６（中間層）の組成、厚さ及びめっき法。
第２下地層２７の組成、厚さ及びめっき法。
接合工程における加熱温度及び加熱時間。
【００７５】
Ｔ１／Ｔ２は、例えば、２．０〜１３．０であればよい。第２の製造方法では、Ｔ１／Ｔ２は、３．６〜１３．０であってもよい。この場合、ｙ／ｘを１．０〜５．０、又は１．３〜４．８に制御することができる。第２の製造方法では、Ｔ１／Ｔ２は、８．０〜１３．０であってもよい。この場合、ｙ／ｘを３．０〜５．０、又は３．１〜４．８に制御することができる。
【００７６】
第２前駆体構造２８におけるパラジウム層２６（中間層）の厚さがＴ３であるとき、Ｔ３／Ｔ２は、例えば、０．１〜４．０であってよい。
【００７７】
第２前駆体構造２８におけるパラジウム層２６（中間層）の厚さＴ３は、特に限定されないが、０．１〜１μｍ程度であればよい。
【００７８】
第２前駆体構造２８が備えるパラジウム層２６（中間層）の厚さＴ３は、例えば、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）を用いて測定される。例えば、金層２５をパラジウム層２６上に形成する前に、パラジウム層２６の表面から任意に選んだ複数の箇所（例えば３箇所、又は５箇所）におけるパラジウム層２６の厚さを、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定する。各箇所におけるパラジウム層２６の厚さを平均することにより、パラジウム層２６の厚さＴ３が算出される。
【００７９】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。
【００８０】
例えば、ニッケル層２３（第１下地層）、スズ層２４（第１表層）及び第２下地層２７を無電解めっき又は電解めっきでなく、スパッタリング又は化学気相蒸着によって形成してもよい。金層２５(第２表層)及びパラジウム層２６（中間層）を、無電解めっき又は電解めっきではなく、スパッタリング又は化学気相蒸着によって形成してもよい。
【００８１】
上記の本実施形態と同様の方法で、基板と電子部品とを接合構造１０によって接合してもよく、電子部品同士を接合構造１０によって接合してもよい。
【実施例】
【００８２】
以下、本発明の内容を実施例及び比較例を用いてより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８３】
（実施例１）
［第１前駆体構造の形成工程］
第１基板としてシリコン基板を準備した。第１基板の寸法は１０×１０ｍｍであり、第１基板の厚さは０．６ｍｍであった。第１基板の表面（被接合部位）に、チタンからなるシード層を形成した後、電解銅めっきにより、銅からなる第１導体層をシード層上に形成した。このとき、レジストフィルムを用いたパターニングにより、第１導体層の寸法及び厚さを調整した。第１導体層の厚さは５μｍであり、導体層の寸法は１００×１００μｍであった。電解銅めっき用のめっき液として、硫酸銅を含む酸性の電解銅めっき液を用いた。
【００８４】
レジストフィルム及びシード層を第１基板の表面（第１導体層が形成された部分を除く。）から剥離した。電解ニッケルめっきにより、ニッケル層（第１下地層）を第１導体層の表面に形成した。ニッケル層（第１下地層）の厚さは、下記表１に示す値に調整した。電解ニッケルめっき用のめっき液として、硫酸ニッケルを含む弱酸性の電解ニッケルめっき液を用いた。
【００８５】
電解スズめっきにより、スズ層（第１表層）をニッケル層の表面に形成した。以上の工程により、第１前駆体構造を第１基板上に形成した。スズ層（第１表層）の厚さＴ１は、下記表１に示す値に調整した。電解スズめっき用のめっき液として、硫酸第一スズを含む酸性の電解スズめっき液を用いた。
【００８６】
［第２前駆体構造の形成工程］
第２基板としてシリコン基板を準備した。第２基板の寸法は０．２×０．２ｍｍであり、第２基板の厚さは０．６ｍｍであった。次に、第２基板の被接合部位に、上記の方法で、チタンからなるシード層、及び銅からなる第２導体層を形成した。レジストフィルムを用いたパターニングにより、第２導体層の寸法及び厚さを調整した。第２導体層の厚さは５μｍであり、第２導体層の寸法は１００×１００μｍであった。
【００８７】
レジストフィルム及びシード層を第２基板の表面（第２導体層が形成された部分を除く。）から剥離した。第１下地層の場合の同様の電解ニッケルめっきにより、ニッケル層（第２下地層）を第２導体層の表面に形成した。ニッケル層（第２下地層）の厚さは、下記表１に示す値に調整した。
【００８８】
電解金めっきにより、金層（第２表層）をニッケル層（第２下地層）の表面に形成した。金層（第２表層）の厚さＴ２は、下記表１に示す値に調整した。電解金めっき用のめっき液として、シアン化金カリウムを含む弱酸性の電解金めっき液を用いた。以上の工程により、第２前駆体構造を第２基板上に形成した。
【００８９】
［第１前駆体構造及び第２前駆体構造の接合工程］
第１前駆体構造のスズ層（第１表層）と第２前駆体構造の金層（第２表層）とが対向するように、第１基板上に第２基板を載置した。この第１前駆体構造及び第２前駆体構造を、窒素雰囲気において６０秒間３００℃で加熱することにより、両者を圧着し、急冷した。この熱圧着にはフリップチップボンダーを用いた。以上の工程により、実施例１の接合構造を作製した。
【００９０】
（実施例２）
第２前駆体構造の金層（第２表層）の厚さＴ２を下記表１に示す値に調整したこと以外は実施例１と同様の方法で、実施例２の接合構造を作製した。
【００９１】
（実施例３）
実施例３では、第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を、下記表１に示す値に調整した。
【００９２】
実施例３の第２前駆体構造の作製では、電解ニッケルめっきの代わりに、無電解ニッケルめっきによって、リンを含むニッケル層（第２下地層）を形成した。無電解ニッケルめっきでは、次亜リン酸イオン（還元剤）を含む無電解ニッケルめっき液を用いた。
【００９３】
実施例３の第２前駆体構造の作製では、電解金めっきの代わりに、無電解金めっきによって、金層（第２表層）を形成した。無電解金めっき用のめっき液として、ホルマリン（還元剤）を含む無電解金めっき液を用いた。金層（第２表層）の厚さＴ２を、下記表１に示す値に調整した。
【００９４】
以上の事項以外は実施例１と同様の方法で、実施例３の接合構造を作製した。
【００９５】
（実施例４）
第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表１に示す値に調整したこと以外は実施例３と同様の方法で、実施例４の接合構造を作製した。
【００９６】
（実施例５）
第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表１に示す値に調整したこと以外は実施例３と同様の方法で、実施例５の接合構造を作製した。
【００９７】
（比較例１）
比較例１では、第１基板上に形成されたシード層と、シード層上に形成された第１導体層と、第１導体層１５上に形成された金層（第１下地層）と、金層上に形成されたＡｕＳ系ろう層（第１表層）と、から構成される第１前駆体構造を形成した。
【００９８】
つまり、比較例１の第１前駆体構造の作製では、第１下地層として、ニッケル層の代わりに、金層を形成した。金層は、実施例１の第２表層と同様の電解金めっきによって形成した。金層（第１下地層）の厚さは、下記表１に示す値に調整した。
【００９９】
また、比較例１の第１前駆体構造の作製では、第１表層として、スズ層の代わりに、ＡｕＳｎ系ろう材からなるＡｕＳｎ系ろう層を形成した。ＡｕＳｎ系ろう層は、スパッタリングによって形成した。ＡｕＳｎ系ろう層における金の含有量を７９質量％に調整し、ＡｕＳｎ系ろう層におけるスズの含有量を２１質量％に調整した。ＡｕＳｎ系ろう層(第１表層)の厚さＴ１は、下記表１に示す値に調整した。
【０１００】
以上の事項を除いて実施例３と同様の方法で、比較例１の接合構造を作製した。
【０１０１】
（比較例２）
比較例２では、ＡｕＳｎ系ろう層における金の含有量を６６質量％に調整し、ＡｕＳｎ系ろう層におけるスズの含有量を３４質量％に調整した。ＡｕＳｎ系ろう層の組成を変更したこと以外は比較例１と同様の方法で、比較例２の接合構造の作製を試みた。しかし、比較例２では、第１前駆体構造及び第２前駆体構造を窒素雰囲気において６０秒間３００℃で加熱しても、両構造が接合されなかった。つまり、比較例２の接合構造を形成することはできなかった。このことは、比較例２のＡｕＳｎ系ろう層の融点が高過ぎたため、６０秒間３００℃で加熱してもＡｕＳｎ系ろう層が溶融しなかったことに起因する、と本発明者らは推測する。
【０１０２】
実施例１〜５其々のＴ１／Ｔ２を、下記表１に示す。実施例１〜５其々のＴ１は、第１前駆体構造が備えるスズ層（第１表層）の厚さである。実施例１〜５其々のＴ２は、第２前駆体構造が備える金層（第２表層）の厚さである。
【０１０３】
上述した実施例１〜５並びに比較例１及び２其々の第１下地層、第１表層、第２表層及び第２下地層の形成方法を、下記表２にまとめる。
【０１０４】
【表１】
2015211111.tif 000003
【０１０５】
【表２】
2015211111.tif 000004
【０１０６】
＜接合構造の構造及び組成の分析＞
実施例１〜５及び比較例１の各接合構造を、各接合構造の積層方向に沿って切断した。各接合構造の積層方向における断面をＳＥＭで観察した。各断面の組成をＥＤＳにより分析した。
【０１０７】
実施例１〜５其々の接合構造は、第１導体層上に積層された第１金属層と、第１金属層上に積層された第２金属層と、第２金属層上に積層された第３金属層と、を備えることが確認された。実施例１〜５其々の接合構造を介して、第１基板の第１導体層と、第２基板の第２導体層とが、接合されていることが確認された。実施例１〜５其々の接合構造では、第１金属層及び第３金属層はニッケルを含み、第２金属層は、金、スズ及びニッケルを含むことが確認された。実施例３〜５其々の第３金属層は、ニッケルに加えてリンも含むことが確認された。
【０１０８】
比較例１の接合構造は、第１導体層上に積層された第１金属層と、第１金属層上に積層された第２金属層と、第２金属層上に積層された第３金属層と、を備えることが確認された。比較例１の接合構造によって、第１基板の第１導体層と、第２基板の第２導体層とが、接合されていることが確認された。比較例１の第１金属層は、金を含むことが確認された。比較例１の第２金属層は、金、スズ及びニッケルを含み、第２金属層中の金及びスズはＡｕＳｎ共晶を形成していることが確認された。比較例１の第３金属層は、ニッケル及びリンを含むことが確認された。
【０１０９】
実施例１〜５及び比較例１其々の第２金属層の断面に属し、第１金属層及び第２金属層の界面に対して略平行に並ぶ５箇所において、ニッケル、スズ及び金其々の含有量を測定した。５箇所における各元素の含有量をそれぞれ平均した。実施例１〜５及び比較例１其々の第２金属層における各元素の含有量の平均値を、下記表３に示す。下記表３中のｙは、第２金属層におけるスズの含有量の平均値を意味する。下記表３中のｘは、第２金属層における金の含有量の平均値を意味する。実施例１〜５及び比較例１其々のｙ／ｘを算出した。各ｙ／ｘを、下記表３に示す。
【０１１０】
＜構造的欠陥の評価＞
ＳＥＭで撮影した実施例１〜５及び比較例１其々の接合構造の積層方向における断面の写真に基づき、各接合構造の断面における構造的欠陥（クラック及びボイド）の有無を確認した。各接合構造の断面における構造的欠陥の有無を、下記表３に示す。表３に示すように、実施例１〜５の接合構造の断面には、クラック及びボイドがなかった。一方、比較例１の接合構造の断面には、クラック及びボイドがあることが確認された。
【０１１１】
＜接合強度の評価＞
実施例１〜５及び比較例１其々の接合構造の接合強度（ｓｈｅａｒ強度）を、以下の方法で評価した。接合強度の評価には、ｓｈｅａｒ  ｔｅｓｔｅｒを用いた。
【０１１２】
接合構造と接合された第１基板を固定した。同接合構造と接合された第２基板に対して、第２基板の表面に略平行な剪断力を作用させた。剪断力を増加させたときに、接合構造が破壊された時点における剪断力（接合構造の最大強度）を測定した。接合構造が破壊された時点における剪断力が大きいことは、接合構造が接合強度に優れることを意味する。接合強度の評価結果を、下記表３に示す。表３に記載の「Ａ」とは、接合構造が破壊された時点における剪断力が１００ｇｆ以上であったことを意味する。表３に記載の「Ｂ」とは、接合構造が破壊された時点における剪断力が１００ｇｆ未満であったことを意味する。表３に記載の「Ｃ」とは、第１前駆体構造及び第２前駆体構造を、窒素雰囲気において６０秒間３００℃で加熱しても、接合構造が形成されなったことを意味する。
【０１１３】
＜耐熱性の評価＞
実施例１〜５及び比較例１其々の接合構造の耐熱性を、以下の試験１〜３により評価した。
【０１１４】
試験１では、接合構造を介して第２基板と接合された第１基板を垂直に立てて固定した状態で、３００℃で１分間、接合構造を加熱した。この加熱に伴う、第２基板の垂直方向における移動量（自重によるズレ量)を測定した。大きい移動量は、接合構造（又はその第２金属層）が溶融し易く、接合構造が耐熱性に劣ることを意味する。
【０１１５】
試験２では、接合構造を介して第２基板と接合された第１基板を垂直に立てて固定した状態で、３３０℃で１分間、接合構造を加熱した。この加熱に伴う、第２基板の垂直方向における移動量を測定した。
【０１１６】
試験３では、接合構造を介して第２基板と接合された第１基板を垂直に立てて固定した状態で、３６０℃で１分間、接合構造を加熱した。この加熱に伴う、第２基板の垂直方向における移動量を測定した。
【０１１７】
試験１〜３の結果を、下記表３に示す。表３に記載の「ｐａｓｓ」とは、第２基板の垂直方向における移動量が１μｍ未満であったことを意味する。表３に記載の「ｆａｉｌ」とは、第２基板の垂直方向における移動量が１μｍ以上であったことを意味する。表３のｇｒａｄｅの欄に記載の「Ｂ」とは、試験１の結果が「ｐａｓｓ」であり、試験２及び３の結果が「ｆａｉｌ」であったことを意味する。表３のｇｒａｄｅの欄に記載の「Ｃ」とは、試験１〜３の結果が「ｆａｉｌ」であったことを意味する。
【０１１８】
【表３】
2015211111.tif 000005
【０１１９】
表３に示すように、実施例１〜５のｙ／ｘは０．８〜５．０の範囲内であることが確認された。実施例１〜５の接合構造の接合強度は、比較例１の接合構造の接合強度よりも優れることが確認された実施例１〜５の接合構造の耐熱性は、比較例１の接合構造の耐熱性よりも優れていることが確認された。
【０１２０】
（実施例６）
［第１前駆体構造の形成工程］
スズ層（第１表層）の厚さを下記表４に示す値に調整以外は実施例１と同様の方法で、実施例６の第１前駆体構造を第１基板上に形成した。
【０１２１】
［第２前駆体構造の形成工程］
第２基板としてシリコン基板を準備した。第２基板の寸法は０．２×０．２ｍｍであり、第２基板の厚さは０．６ｍｍであった。次に、第２基板の被接合部位に、上記の方法でチタンからなるシード層、及び銅からなる第２導体層を形成した。レジストフィルムを用いたパターニングにより、第２導体層の寸法及び厚さを調整した。導体層の厚さは５μｍであり、導体層の寸法は１００×１００μｍであった。
【０１２２】
レジストフィルム及びシード層を第２基板の表面（導体層が形成された部分を除く。）から剥離した。無電解ニッケルめっきによって、リンを含むニッケル層（第２下地層）を第２導体層の表面に形成した。ニッケル層（第２下地層）の厚さは、下記表１に示す値に調整した。無電解ニッケルめっき用のめっき液として、次亜リン酸イオン（還元剤）を含む無電解ニッケルめっき液を用いた。
【０１２３】
無電解パラジウムめっきにより、リンを含むパラジウム層（中間層）をニッケル層（第２下地層）の表面に形成した。パラジウム層（中間層）の厚さＴ３を、下記表４に示す値に調整した。無電解パラジウムめっき用のめっき液として、亜リン酸二ナトリウム（還元剤）を含む無電解パラジウムめっき液を用いた。
【０１２４】
無電解金めっきにより、金層（第２表層）をパラジウム層（中間層）の表面に形成した。金層（第２表層）の厚さＴ２を、下記表４に示す値に調整した。無電解金めっきでは、実施例３の金層の形成に用いたものと同じめっき液を用いた。以上の工程により、第２前駆体構造を第２基板上に形成した。
【０１２５】
［第１前駆体構造及び第２前駆体構造の接合工程］
第１前駆体構造のスズ層（第１表層）と第２前駆体構造の金層（第２表層）とが対向するように、第１基板上に第２基板を載置した。第１前駆体構造及び第２前駆体構造を、窒素雰囲気において６０秒間３００℃で加熱することにより、両者を圧着し、急冷した。この熱圧着にはフリップチップボンダーを用いた。以上の工程により、実施例６の接合構造を作製した。
【０１２６】
（実施例７）
実施例７では、第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整した。また実施例７では、第２前駆体構造のパラジウム層（中間層層）の厚さＴ３を下記表４に示す値に調整した。これらの事項以外は実施例６と同様の方法で、実施例７の接合構造を作製した。
【０１２７】
（実施例８）
第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整したこと以外は実施例７と同様の方法で、実施例８の接合構造を作製した。
【０１２８】
（実施例９）
第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整したこと以外は実施例７と同様の方法で、実施例９の接合構造を作製した。
【０１２９】
（実施例１０）
実施例１０では、第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整した。また実施例１０では、第２前駆体構造のパラジウム層（中間層層）の厚さＴ３を下記表４に示す値に調整した。これらの以外は実施例６と同様の方法で、実施例１０の接合構造を作製した。
【０１３０】
（実施例１１）
実施例１１では、第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整した。また実施例１１では、第２前駆体構造のパラジウム層（中間層層）の厚さＴ３を下記表４に示す値に調整した。これらの以外は実施例６と同様の方法で、実施例１１の接合構造を作製した。
【０１３１】
（実施例１２）
実施例１２では、第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整した。
【０１３２】
実施例１２の第２前駆体構造の作製では、無電解ニッケルめっきの代わりに、電解ニッケルめっきによって、ニッケル層（第２下地層）を形成した。電解ニッケルめっきでは、実施例１のニッケル層（第１下地層）の形成に用いたものと同じめっき液を用いた。
【０１３３】
実施例１２の第２前駆体構造の作製では、無電解パラジウムめっきの代わりに、電解パラジウムめっきにより、パラジウム層（中間層）を形成した。電解パラジウムめっき用のめっき液として、塩化パラジウムを含む酸性の電解パラジウムめっき液を用いた。パラジウム層（中間層）の厚さＴ３を、下記表４に示す値に調整した。
【０１３４】
実施例１２の第２前駆体構造の作製では、無電解金めっきの代わりに、電解金めっきにより、金層（第２表層）を形成した。電解金めっきでは、実施例１の金層（第２表層）の形成に用いたものと同じめっき液を用いた。金層（第２表層）の厚さＴ３を、下記表４に示す値に調整した。
【０１３５】
以上の事項以外は実施例６と同様の方法で、実施例１２の接合構造を作製した。
【０１３６】
（実施例１３）
実施例１３では、第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整した。また実施例１３では、第２前駆体構造のパラジウム層（中間層）の厚さＴ３を、下記表４に示す値に調整した。これらの事項以外は実施例１２と同様の方法で、実施例１３の接合構造を作製した。
【０１３７】
（実施例１４）
実施例１４では、第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整した。また実施例１４では、第２前駆体構造の金層（第２表層）の厚さＴ２を、下記表４に示す値に調整した。これらの事項以外は実施例１３と同様の方法で、実施例１４の接合構造を作製した。
【０１３８】
（比較例３）
第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整したこと以外は実施例１と同様の方法で、比較例３の接合構造を作製した。
【０１３９】
（比較例４）
比較例４では、第１前駆体構造のスズ層（第１表層）の厚さＴ１を下記表４に示す値に調整した。比較例４では、第２前駆体構造の金層（第２表層）の厚さＴ２を、下記表４に示す値に調整した。これらの事項以外は実施例１３と同様の方法で、比較例４の接合構造を作製した。
【０１４０】
（比較例５）
ＡｕＳｎ系ろう層（第１表層）の厚さを下記表４に示す値に調整したこと以外は比較例１と同様の方法で、比較例５の第１前駆体構造を作製した。比較例５では、比較例４と同様の第２前駆体構造を作製した。第１前駆体構造のＡｕＳｎ系ろう層（第１表層）と第２前駆体構造の金層（第２表層）とが対向するように、第１基板上に第２基板を載置した。第１前駆体構造及び第２前駆体構造を、窒素雰囲気において６０秒間３００℃で加熱することにより、両者を圧着し、急冷した。この熱圧着にはフリップチップボンダーを用いた。以上の工程により、比較例５の接合構造を作製した。
【０１４１】
実施例６〜１４並びに比較例３及び４其々のＴ１／Ｔ２を、下記表４に示す。実施例６〜１４並びに比較例３及び４其々のＴ１は、第１前駆体構造が備えるスズ層（第１表層）の厚さである。実施例６〜１４及び比較例３及び４其々のＴ２は、第２前駆体構造が備える金層（第２表層）の厚さである。
【０１４２】
実施例６〜１４並びに比較例３及び４其々のＴ３／Ｔ２を、下記表４に示す。
【０１４３】
実施例６〜１４並びに比較例３〜５其々の第１下地層、第１表層、第２表層、中間層及び第２下地層の形成方法を、下記表５にまとめる。
【０１４４】
【表４】
2015211111.tif 000006
【０１４５】
【表５】
2015211111.tif 000007
【０１４６】
＜接合構造の構造及び組成の分析＞
実施例１等と同様の方法で、実施例６〜１４及び比較例及３〜５其々の接合構造の構造及び組成を分析した。
【０１４７】
実施例６〜１４並びに比較例３〜５其々の接合構造は、第１導体層上に積層された第１金属層と、第１金属層上に積層された第２金属層と、第２金属層上に積層された第３金属層と、を備えることが確認された。実施例６〜１４並びに比較例３〜５其々の接合構造によって、第１基板上に形成された第１導体層と、第２基板上に形成された第２導体層とが、接合されていることが確認された。
【０１４８】
実施例６〜１４の接合構造では、第１金属層及び第３金属層はニッケルを含み、第２金属層は、金、スズ、ニッケル及びパラジウムを含むことが確認された。実施例６〜１１其々の第３金属層は、ニッケルに加えてリンも含むことが確認された。
【０１４９】
実施例３及び４の接合構造では、第１金属層及び第３金属層が、ニッケルを含むことが確認された。比較例３の第２金属層は、金、スズ及びニッケルを含み、パラジウムを含まないことが確認された。比較例４の第２金属層は、金、スズ、ニッケル及びパラジウムを含むことが確認された。比較例３及び４の第２金属層中の金及びスズは、ＡｕＳｎ共晶を形成していることが確認された。
【０１５０】
比較例５の第１金属層は、金を含むことが確認された。比較例５の第２金属層は、金、スズ、ニッケル及びパラジウムを含み、第２金属層中の金及びスズはＡｕＳｎ共晶を形成していることが確認された。比較例５の第３金属層は、ニッケルを含むことが確認された。
【０１５１】
実施例６〜１４及び比較例及３〜５其々の第２金属層の断面に属する下記部分ａ１、ａ２及びａ３の３箇所において、ニッケル、パラジウム、スズ及び金其々の含有量を測定した。測定結果を下記表６に示す。
部分ａ１：第２金属層及び第３金属層の界面近傍に位置する部分。
部分ａ２：部分ａ１と部分ａ３との間に位置し、部分ａ１からの距離と部分ａ３からの距離とが等しい部分。つまり、第１金属層及び第２金属層の間の界面に垂直な方向における第２金属層の中央に位置する部分。
部分ａ３：第１金属層及び第２金属層の界面近傍に位置する部分。
【０１５２】
部分ａ１、ａ２及びａ３における各元素の含有量をそれぞれ平均した。実施例６〜１４及び比較例及３〜５其々の第２金属層における各元素の含有量の平均値を、下記表７に示す。下記表７中のｚは、第２金属層におけるパラジウムの含有量の平均値を意味する。実施例６〜１４及び比較例及３〜５其々のｙ／ｘを算出した。各ｙ／ｘを、下記表３に示す。実施例６〜１４及び比較例及３〜５其々のｚ／ｘを算出した。各ｚ／ｘを、下記表３に示す。
【０１５３】
＜構造的欠陥の評価＞
ＳＥＭで撮影した実施例６〜１４及び比較例３〜５其々の接合構造の積層方向における断面の写真に基づき、各接合構造の断面における構造的欠陥（クラック及びボイド）の有無を確認した。各接合構造の断面における構造的欠陥の有無を、下記表７に示す。表７に示すように、実施例６〜１４並びに比較例３及び４の接合構造の断面には、クラック及びボイドはなかった。一方、比較例５の接合構造の断面には、クラック及びボイドがあることが確認された。
【０１５４】
＜接合強度の評価＞
実施例１等と同様の方法で、実施例６〜１４及び比較例３〜５其々の接合構造の接合強度を評価した。接合強度の評価結果を、下記表７に示す。
【０１５５】
＜耐熱性の評価＞
実施例１等と同様の方法で、実施例６〜１４及び比較例３〜５其々の接合構造の耐熱性を、試験１〜３により評価した。試験１〜３の結果を、下記表７に示す。表７のｇｒａｄｅの欄に記載の「Ａ」とは、試験１及び２の結果が「ｐａｓｓ」であり、試験３の結果が「ｆａｉｌ」であったことを意味する。表７のｇｒａｄｅの欄に記載の「Ａ＋」とは、試験１〜３の結果が「ｐａｓｓ」であったことを意味する。
【０１５６】
【表６】
2015211111.tif 000008
【０１５７】
【表７】
2015211111.tif 000009
【０１５８】
表７に示すように、実施例６〜１４では、ｙ／ｘが０．８〜５．０の範囲内であることが確認された。
【０１５９】
実施例６〜１４並びに比較例３及び４の接合強度は、比較例５の接合強度よりも優れていることが確認された。
【０１６０】
実施例６〜１４の接合構造の耐熱性は、比較例３〜５の接合構造の耐熱性よりも優れていることが確認された。ｙ／ｘが３．１〜３．５の範囲内である実施例６、１０及び１１の接合構造の耐熱性は、他の実施例の接合構造の耐熱性に比べて優れていることが確認された。実施例６、１０及び１１の第２金属層のうち、実施例６及び１０の第２金属層は、パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位Ａを含むことが確認された。実施例６及び１０の部位Ａは、第１金属層及び第２金属層の間の界面に垂直な方向における第２金属層の中央（部分ａ２）に位置することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明によれば、接合強度及び耐熱性に優れた接合構造を備える電子デバイスを製造することが可能となる。
【符号の説明】
【０１６２】
１０…接合構造、１１…第１金属層、１２…第２金属層、１３…第３金属層、１４…第２導体層、１５…第１導体層、１６，１７…シード層、２１…第１前駆体構造、２２，２８…第２前駆体構造、２３…ニッケル層（第１下地層）、２４…スズ層（第１表層）、２５…金層（第２表層）、２６…パラジウム層（中間層）、２７…第２下地層、４０…第１基板、６０…第２基板、９０…チップ（電子部品）、１００…電子デバイス、Ａ…パラジウムの含有量が他の元素の含有量よりも大きい部位、Ｂ…第１金属層及び第２金属層の間の界面、Ｃ…第２金属層の中央。
【図１】
2015211111.tif 000010
【図２】
2015211111.tif 000011
【図３】
2015211111.tif 000012
【図４】
2015211111.tif 000013