(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電子部品の主面に設けられた第１の電極の側面を、該第１の電極の高さよりも高いバリア層で覆う工程と、
第２の電子部品の主面に設けられた第２の電極の上面に前記バリア層の先端が食い込んだ状態で、前記第１の電極と前記第２の電極とを熱圧着する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項２】
前記バリア層の横に第１の樹脂を塗布する工程と、
前記第２の電極の横に第２の樹脂を塗布する工程とを更に有し、
前記第１の電極と前記第２の電極とを熱圧着する工程において、前記第１の電子部品と前記第２の電子部品との間の隙間を前記第１の樹脂と前記第２の樹脂で充填することを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂の各々として熱硬化性の樹脂を使用し、かつ、前記第１の電極と前記第２の電極とを熱圧着する工程において、前記第１の樹脂と前記第２の樹脂の各々の熱硬化温度よりも高い温度に前記第１の電極と前記第２の電極を加熱することを特徴とする請求項２に記載の電子装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の電極の前記側面を前記バリア層で覆う工程は、
前記第１の電極の上面と前記側面に前記バリア層を形成する工程と、
前記第１の電極の前記上面から前記バリア層を除去し、該上面を露出させる工程と、
露出した前記上面をエッチングすることにより、前記第１の電極の高さを前記バリア層の高さよりも低くする工程とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電子装置の製造方法。
【請求項５】
第１の電極が設けられた第１の電子部品と、
前記第１の電極の側面を覆い、かつ、高さが前記第１の電極の高さよりも高いバリア層と、
第２の電極を備えた第２の電子部品とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極の各々が、前記バリア層の先端により前記第２の電極の上面が塑性変形された状態で熱圧着したことを特徴とする電子装置。
【請求項６】
前記塑性変形による前記上面の高さの変形量が、第１の電極と前記バリア層との段差以上であることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバやパーソナルコンピュータ等の電子機器の高速化や高性能化に伴い、電子機器に使用される半導体パッケージ等の電子装置の高集積化が進みつつある。
【０００３】
半導体パッケージとしては様々な種類のものが開発されている。その一例としては、樹脂基材の上に半導体素子を搭載したものや、シリコンを材料とするインターポーザ上に半導体素子を搭載したものの他、複数の半導体素子を高さ方向に積層したものがある。
【０００４】
このうち、樹脂基材の上に半導体素子を搭載してなる半導体パッケージにおいては、半導体素子と樹脂基材との接続にはんだバンプが使用されることが多い。
【０００５】
ところが半導体素子の回路の微細化による端子数の増大に伴い、バンプ端子も微細化する必要があり、この結果、隣接するはんだバンプ同士の間隔が狭くなり、リフローによって溶融したはんだバンプ同士が電気的にショートするおそれがある。更に、バンプ端子の微細化に伴いはんだバンプの直径が小さくなると、はんだバンプを流れる電流密度が増大し、電流に沿ってはんだ材料が流れるエレクトロマイグレーションの発生が顕著となるおそれもある。
【０００６】
そこで、このような問題を回避するために、はんだバンプを用いた接続方法に代えて、銅バンプ等の電極同士を熱圧着することにより各電極の金属材料を固相拡散させ、電極同士を接合する方法が提案されている。
【０００７】
この方法によれば、はんだバンプとは異なり電極をリフローして溶融させる必要がないため、隣接する電極の間隔を狭めてもこれらの電極が電気的にショートする危険性がなく、電子装置の微細化に有利である。
【０００８】
このように熱圧着によって電極同士を接合させる方法においては、接合した二つの電極の接合界面の全面にわたって均一な接合強度を確保し、電極同士の接続信頼性を向上させるのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】平将人、外４名、「表面活性化接合における不均一性の改善に関する研究」、第２４回エレクトロニクス実装学会春期講演大会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電子装置とその製造方法において、電極同士の接続信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下の開示の一観点によれば、第１の電子部品の主面に設けられた第１の電極の側面を、該第１の電極の高さよりも高いバリア層で覆う工程と、第２の電子部品の主面に設けられた第２の電極の上面に前記バリア層の先端が食い込んだ状態で、前記第１の電極と前記第２の電極とを熱圧着する工程とを有する電子装置の製造方法が提供される。。
【００１２】
また、その開示の別の観点によれば、第１の電極が設けられた第１の電子部品と、前記第１の電極の側面を覆い、かつ、高さが前記第１の電極の高さよりも高いバリア層と、第２の電極を備えた第２の電子部品とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極の各々が、前記バリア層の先端により前記第２の電極の上面が塑性変形された状態で熱圧着した電子装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
以下の開示によれば、第１の電極よりもバリア層を高くするため、熱圧着時にバリア層の先端により第２の電極が塑性変形し、第１の電極と第２の電極との接合界面が盛り上がり、その接合界面の中央付近で第１の電極と第２の電極とが良好に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、熱圧着により電極同士を接合する方法について説明するための断面図である。
【図２】図２は、第１の電極と第２の電極との接合界面の電子顕微鏡像を基にして描いた図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態における第１の電極と第２の電極の熱圧着時の拡大断面図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る電子装置の断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図１０】図１０は、第３実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、第４実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態において、第１の電極と第２の電極の熱圧着時の拡大断面図である。
【図１４】図１４は、第４実施形態に係る電子装置の断面図である。
【図１５】図１５は、第４実施形態において、第２の電子部品側にバリア層を形成した場合の断面図である。
【図１６】図１６は、第５実施形態の第１例に係る電子装置の断面図である。
【図１７】図１７は、第５実施形態の第２例に係る電子装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎となる予備的事項について説明する。
【００１６】
前述のように、電極同士を熱圧着により接合する方法は電子装置の微細化に有利である。
【００１７】
図１（ａ）〜（ｃ）は、熱圧着により電極同士を接合する方法について説明するための断面図である。
【００１８】
熱圧着にあたっては、まず、図１（ａ）に示すように、半導体素子１に形成された第１の電極２と、配線基板４に形成された第２の電極３との位置合わせをする。これら第１の電極２と第２の電極３は、銅を材料とする銅バンプである。
【００１９】
次いで、図１（ｂ）に示すように、第１の電極２と第２の電極３の各々に熱を印加しながら、不図示のフリップチップボンダから半導体チップ１に押圧力を印加して、第２の電極３の上面に第１の電極２を押し当てる。
【００２０】
押し当てた直後においては、図示のように第１の電極２と第２の電極３の各々の上面は平坦な状態となっている。
【００２１】
第１の電極２と第２の電極３の各々において銅の固相拡散を促すべくこの状態をしばらく維持すると、図１（ｃ）に示すように、フリップチップボンダからの押圧力によって第１の電極２と第２の電極３の各々が塑性変形する。
【００２２】
その塑性変形の方向は、第１の電極２と第２の電極３の部位によって異なった方向となる。
【００２３】
例えば、第１の電極２の端部２ａは、高さ方向の押圧力が集中することが原因で第２の電極３に強く押圧されるため、基板横方向への動きが拘束されて、実質的には高さ方向にしか塑性変形できない。
【００２４】
一方、第２の電極３にはそのような拘束力が働かないため、矢印で示すように基板横方向にも塑性変形が進行し、第２の電極３の中央から外側に向かって銅が流れ出してしまう。
【００２５】
このような銅の流れ出しによって、第２の電極３の中央付近においては第１の電極２との接合に要する銅が不足し、これらの電極同士の接合強度が弱まることになる。
【００２６】
図２は、第１の電極２と第２の電極３との接合界面の電子顕微鏡像を基にして描いた図である。なお、図中の点線は、結晶粒界を示している。
【００２７】
図２に示されるように、第１の電極２の端部２ａ付近においては、前述したような強い押圧力が加わるため、第１の電極２と第２の電極３との界面に固相接合が形成され、各電極は良好に接合されている。
【００２８】
しかし、第１の電極２の中央付近では、前述のような銅の流れ出しによって第１の電極２と第２の電極３との間に隙間Sが生じており、両者は接合されていない。
【００２９】
このように、単に第１の電極２を第２の電極３に押圧しただけでは、これらの界面の接合強度が場所によって不均一となり、半導体素子１と配線基板４との接続信頼性が低下してしまう。
【００３０】
以下、本実施形態について説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
本実施形態では、以下のようにして対向する二つの電極の接続信頼性を向上させる。
【００３２】
図３〜図４は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、第１の電子部品１１として主面１１ａに複数の第１の電極パッド１２が設けられた半導体素子を用意する。なお、第１の電極パッド１２の材料は特に限定されないが、本実施形態では銅膜をパターニングすることにより第１の電極パッド１２を形成する。
【００３４】
そして、第１の電極パッド１２の各々の上に電解めっきにより銅を成長させることにより第１の電極１３として銅バンプを形成する。
【００３５】
なお、その電解めっきに際しては不図示のめっきレジストによって第１の電極１３以外の主面１１ａがマスクされ、電解めっきが終了後にそのめっきレジストが除去される。
【００３６】
また、第１の電極１３の大きさは特に限定されないが、本実施形態では第１の電極１３の平面形状を一辺が約１０μmの正方形とし、第１の電極１３の高さを約８〜１０μmとする。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１の電極１３の上面１３ａ及び側面１３ｂ上と、主面１１ａとに、後述のように銅の流れ出しを阻止するバリア層１５として絶縁性の熱硬化性樹脂を１μm〜２μmの厚さに塗布し、その熱硬化性樹脂を熱硬化させる。本工程で使用し得る熱硬化性樹脂としては、シリカフィラーを含有するエポキシ系の樹脂がある。
【００３８】
このようにシリカフィラー等の無機フィラーを含有する熱硬化性樹脂は、熱硬化によってその圧縮応力が銅のそれよりも高くなる。特に、熱硬化性樹脂におけるシリカフィラーの含有率を重量比で５０％以上、より好ましくは６０％以上とすることで、バリア層１５の圧縮応力を銅のそれよりも確実に高めることができる。
【００３９】
なお、銅よりも圧縮応力が高い材料としては窒化シリコン（SiN）や酸化シリコン（SiO2）等の絶縁性材料もあり、バリア層１５として窒化シリコン層や酸化シリコン層等の絶縁層を形成してもよい。これらの絶縁層は、CVD法、スパッタ法、及びゾルゲル法のいずれかにより形成され得る。
【００４０】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ダイヤモンド製の切削バイト１７を利用してバリア層１５を切削することにより複数の第１の電極１３の各々の上面１３ａを露出させる。
【００４１】
なお、研磨法やCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により本工程を行ってもよいが、これらの方法と比較して切削法は露出した上面１３ａの平坦性を高めやすいという点において優れている。
【００４２】
続いて、図４（ａ）に示すように、アルゴンイオンを用いるイオンミリングによって第１の電極１３の上面１３ａをエッチングする。そのイオンミリングにおいては、銅を材料とする第１の電極１３のエッチングレートがバリア層１５のエッチングレートよりも速くなるため、主面１１ａから測った第１の電極１３の高さH1がバリア層１５の高さH2よりも低くなる。
【００４３】
これらの高さの差ΔH（＝H2−H1）は特に限定されないが、本実施形態ではその差ΔHを１μm〜２μm程度とする。
【００４４】
なお、イオンミリングに代えて第１の電極１３を選択的にウエットエッチングすることにより第１の電極１３の高さを低くしてもよい。そのようにバリア層１５を残しながら第１の電極１３中の銅を選択的にエッチングし得るエッチング液としては、例えば、硫酸水素カリウムを主成分とする水溶液がある。
【００４５】
以上により、第１の電子部品１１として供される半導体素子に対する処理を終える。なお、その第１の電子部品１１の主面１１ａにはバリア層１５が残存するが、本実施形態ではバリア層の材料として絶縁性材料を使用するため、主面１１ａに形成された複数の第１の電極１３同士がバリア層１５によって電気的に接続されることはない。
【００４６】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の電子部品１１との接続の対象となる第２の電子部品２１として樹脂基材２２を備えた配線基板を用意する。
【００４７】
その第２の電子部品２１の主面２１ａには複数の第２の電極パッド２３が設けられており、各々の第２の電極パッド２３の上には銅を材料とする第２の電極２４が形成される。
【００４８】
なお、第２の電極パッド２３の材料は特に限定されないが、本実施形態では銅膜をパターニングすることにより第２の電極パッド２３を形成する。
【００４９】
そして、不図示のフリップチップボンダに第１の電子部品１１をセットし、第１の電極１３と第２の電極２４との位置合わせを行う。
【００５０】
その位置合わせを容易にするため、平面視したときの第２の電極２４の大きさは第１の電極１３のそれよりも大きくするのが好ましく、本実施形態では第２の電極２４の平面形状を一辺が約１５μmの正方形とする。これについては後述の各実施形態でも同様である。
【００５１】
これ以降は、第１の電極１３と第２の電極２４とを熱圧着する工程に移る。
【００５２】
なお、その熱圧着の前又はその最中に、第１の電極１３と第２の電極２４の各々の表面を還元性雰囲気に曝すことにより、これらの表面の自然酸化膜を除去して第１の電極１３と第２の電極２４との熱圧着が自然酸化膜で阻害されるのを防止してもよい。そのような還元性雰囲気としては、例えば、蟻酸雰囲気がある。
【００５３】
図５（ａ）〜（ｃ）は、第１の電極１３と第２の電極２４の熱圧着時の拡大断面図である。
【００５４】
まず、図５（ａ）に示すように、前述のフリップチップボンダからの熱によって第１の電極１３と第２の電極２４の各々を２００℃〜３００℃程度の温度に加熱しながら、第２の電子部品２１に向けて第１の電子部品１１を押圧する。このとき第１の電子部品１１の全体に加える荷重は、例えば１０kg〜２０kgとする。
【００５５】
本実施形態では、前述のように第１の電極１３とバリア層１５とに高低差があるため、高さが高いバリア層１５がまず第２の電極２４に当接し、その先端１５ａが変形する。
【００５６】
更に押圧を続けると、図５（ｂ）に示すように、バリア層１５の先端１５ａが第２の電極２４の上面２４ａに食い込むようになると共に、第１の電極１３と第２の電極２４の各々の上面１３ａ、２４ａ同士が当接する。
【００５７】
そして、この状態を所定時間維持すると、図５（ｃ）に示すように、互いに当接した第１の電極１３と第２の電極２４が塑性変形すると共に、銅の固相拡散によって第１の電極１３と第２の電極２４の各々が接合界面Cを介して互いに接合する。
【００５８】
ここで、本実施形態では、バリア層１５の先端１５ａが第２の電極２４に食い込んでいるため接合界面Cが盛り上がった形状となり、第１の電極１３と第２の電極２４がそれらの中央付近で十分な強度で押圧される。
【００５９】
しかも、第２の電極２４に食い込んだバリア層１５の先端１５ａにより、第２の電極２４中の銅が基板横方向に塑性変形しようとするのが当該先端１５ａによって阻止される。そのため、基板横方向に塑性変形する銅が原因で接合界面Cの中央付近において銅が不足するのが防止され、第１の電極１３と第２の電極２４の接合界面Cの全域において均一な接合強度が得られるようになる。
【００６０】
特に、本実施形態では、シリカフィラーを含有するエポキシ樹脂のように圧縮応力が銅よりも高い材料でバリア層１５を形成する。そのため、バリア層１５の先端１５ａが過剰に潰れるのを防止しながら、銅を材料とする第２の電極１４に先端１５ａを容易に食い込ませて、基板横方向への銅の流れ出しの防止と接合界面Cの盛り上げとを実現することができる。
【００６１】
なお、前述の塑性変形が原因の第２の電極１４の上面の高さの変形量ΔZ2は、第１の電極１３とバリア層１５の先端１５ａとの段差ΔZ1以上となる。
【００６２】
図６は、本工程を終了後の第１の電子部品１１と第２の電子部品１３の断面図である。以上により、第１の電子部品１１と第２の電子部品１３とを接続してなる電子装置２５の基本構造が完成する。
【００６３】
上記した本実施形態によれば、図５（ｃ）に示したように、第２の電極２４の銅が基板横方向に流れ出るのをバリア層１５によって阻止するので、銅の不足が原因で第１の電極１３と第２の電極２４との接合強度が低下するのを防止できる。
【００６４】
なお、上記では第１の電極１３と第２の電極２４の材料として銅を使用したが、銅に代えて金を電極材料として使用してもよい。更に、銀、インジウム、及び錫のいずれか単体、又はこれらの合金を第１の電極１３と第２の電極２４の材料として使用してもよい。
【００６５】
これらのいずれの材料を使用する場合でも、接合界面Cで固相拡散を生じさせる目的で、第１の電極１３と第２の電極２４の各々を同じ材料で形成するのが好ましい。これについては後述の各実施形態でも同様である。
【００６６】
（第２実施形態）
前述の第１実施形態では、図３（ｃ）の工程において第１の電極１３の上面１３ａを露出させた後、図４（ａ）の工程においてイオンミリングで第１の電極１３の高さH1を低下させた。
【００６７】
本実施形態では、第１の電極１３の露出と高さの低下とを一工程で済ますことができる方法について説明する。
【００６８】
図７（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６９】
この電子装置を製造するには、まず、第１実施形態で説明した図３（ａ）〜（ｂ）の工程を行うことにより、図７（ａ）に示すように、第１の電極１３の上面１３ａと側面１３ｂとがバリア層１５で覆われた状態とする。
【００７０】
次に、図７（ｂ）に示すように、CMP法によりバリア層１５を研磨することにより、第１の電極１３の上面１３ａからバリア層１５を除去する。
【００７１】
そのCMPで使用するスラリとして、本実施形態では、第１の電極１３のエッチングレートがバリア層１５のエッチングレートよりも速くなるスラリを使用する。第１の電極１３の材料が銅であり、バリア層１５の材料がシリカフィラーを含有するエポキシ樹脂の場合、そのようなスラリとしては二酸化珪素粒と過酸化アンモニウムを含むスラリがある。
【００７２】
そのスラリのうち、二酸化珪素粒は研磨剤として機能し、過酸化アンモニウムは銅に対する酸化剤として機能する。
【００７３】
このようなスラリを使用すると、第１の電極１３の方がバリア層１５よりも速く研磨されるため、第１の電極１３の高さH1がバリア層１５の高さH2よりも自動的に低くなる。
【００７４】
その結果、第１実施形態のように第１の電極１３の高さを低くするために行われるイオンミリング（図４（ａ）参照）が不要となり、工程の簡略化が図られる。
【００７５】
この後は、第１実施形態で説明した図５（ａ）〜図５（ｃ）の工程を行うことにより、図７（ｃ）に示す電子装置２５の基本構造を完成させる。
【００７６】
以上説明した本実施形態によれば、図７（ｂ）に示したように、CMPのスラリによるエッチングレートの違いを利用することにより、第１の電極１３の上面１３ａの露出と高さH1の低下とを一工程で済ますことができる。
【００７７】
これにより、電子装置２５の製造工程を簡略化してその製造コストを低減することができる。
【００７８】
（第３実施形態）
第１実施形態と第２実施形態では、複数の第１の電極１３同士がバリア層１５によって電気的に接続されるのを防止するため、バリア層１５の材料として絶縁性材料を使用した。
【００７９】
これに対し、本実施形態では、バリア層１５の材料として金属等の導電性材料を使用することが可能な電子装置の製造方法について説明する。
【００８０】
図８〜図１０は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態で説明したのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００８１】
まず、図８（ａ）に示すように、第１の電子部品１１として用意した半導体素子の上面１１ａにフォトレジストを塗布し、それを露光、現像してマスク層２７を形成する。そのマスク層２７は、第１の電極パッド１２の各々が露出する複数の開口２７ａを備える。
【００８２】
次いで、図８（ｂ）に示すように、マスク層２７の上面と開口２７ａの内面に、スパッタ法でバリア層１５としてニッケル膜を約１μm〜２μm程度の厚さに形成する。
【００８３】
バリア層１５の材料としては、アルゴンのイオンミリングにおけるエッチングレートが銅のそれよりも遅い材料を使用するのが好ましい。そのような材料としては、上記の二ニッケルの他、チタンもある。
【００８４】
更に、バリア層１５の成膜方法もスパッタ法に限定されず、蒸着法によりバリア層１５を形成してもよい。
【００８５】
次に、図８（ｃ）に示すように、バリア層１５を給電層にしながら電解めっきにより開口２７ａを銅膜で埋め込み、各開口２７ａ内に銅を材料とする第１の電極１３を形成する。
【００８６】
続いて、図９（ａ）に示すように、切削バイト１７を利用してマスク層２７上の不要な銅膜とバリア層１５とを切削することにより、その銅膜とバリア層１５とをマスク層２７の上面２７ｂから除去する。
【００８７】
次に、図９（ｂ）に示すように、酸素プラズマを用いるアッシングでマスク層２７を除去する。なお、薬液を用いたウェットプロセスによってマスク層２７を除去してもよい。
【００８８】
そして、図９（ｃ）に示すように、アルゴンイオンを用いるイオンミリングによって第１の電極１３の上面１３ａをエッチングする。
【００８９】
本実施形態においてバリア層１５の材料として使用するニッケルやチタンは、第１の電極１３の材料である銅よりもエッチングレートが遅いため、本工程では第１の電極１３が優先的にエッチングされてその高さH1がバリア層１５の高さH2よりも低くなる。これらの高さの差ΔH（＝H2−H1）は、第１実施形態と同様に１μm〜２μm程度である。
【００９０】
この後は、第１実施形態で説明した図５（ａ）〜図５（ｃ）の工程を行うことにより、図１０に示す電子装置３０の基本構造を完成させる。
【００９１】
以上説明した本実施形態によれば、図９（ａ）の工程でマスク層２７の上面２７ａからバリア層１５を除去する。そのため、バリア層１５として導電性のある金属層を形成しても、複数の第１の電極１３の同士がバリア層１５によって電気的に接続されることがなく、第１実施形態よりもバリア層１５の材料の選択の幅を増やすことができる。
【００９２】
（第４実施形態）
本実施形態では、各電子部品の間に封止樹脂を備えた電子装置の製造方法について説明する。
【００９３】
図１１〜図１２は、本実施形態に係る電子装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００９４】
最初に、図１１（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００９５】
まず、第１実施形態で説明した図３（ａ）〜（ｂ）の工程を行うことにより、第１の電子部品１１として供される半導体素子の上側全面にバリア層１５が形成された状態とする。
【００９６】
次いで、バリア層１５の上に第１の樹脂３１として熱硬化性の樹脂を塗布し、その第１の樹脂３１によって隣接する第１の電極１３の間の隙間を埋めた後、第１の樹脂３１を８０℃〜２００℃程度の温度に加熱して半硬化の状態とする。
【００９７】
第１の樹脂３１の材料は特に限定されないが、本実施形態ではエポキシ樹脂やベンゾシクロブテン等の熱硬化性樹脂を第１の樹脂３１として使用する。
【００９８】
次に、図１１（ｂ）に示すように、切削バイト１７を利用して第１の樹脂３１とバリア層１５の各々を切削することにより第１の電極１３の上面１３ａを露出させると共に、第１の電極１３の横のみに第１の樹脂３１を残す。
【００９９】
その切削の際、第１の樹脂３１は半硬化の状態となっているため、切削バイト１７で第１の樹脂３１を容易に切削できると共に、切削後の第１の樹脂３１が流動して第１の電極１３の上面１３ａを覆うのを防止できる。
【０１００】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、アルゴンイオンを用いるイオンミリングによって第１の電極１３をエッチングする。第１実施形態で説明したように、そのイオンミリングにおける第１の電極１３のエッチングレートはバリア層１５のそれよりも速い。よって、このようにイオンミリングを行うことで、第１の電子部品１１の主面１１ａから測った第１の電極１３の高さH1がバリア層１５の高さH2よりも低くなる。これらの高さの差ΔH（＝H2−H1）は、第１実施形態と同様に、１μm〜２μm程度とされる。
【０１０１】
なお、そのイオンミリングでは第１の樹脂３１の上面もエッチングされてその高さが若干低下する。
【０１０２】
以上により、第１の電子部品１１として供される半導体素子に対する処理を終える。
【０１０３】
次に、図１２（ａ）に示すように、第１の電子部品１１との接続の対象となる第２の電子部品２１として樹脂基材２２を備えた配線基板を用意する。
【０１０４】
第１実施形態で説明したように、第２の電子部品２１の主面２１ａには複数の第２の電極パッド２３が設けられており、各々の第２の電極パッド２３の上には銅を材料とする第２の電極２４が形成される。
【０１０５】
次に、図１２（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【０１０６】
まず、第２の電子部品２１の上側全面に第２の樹脂３２としてエポキシ樹脂やベンゾシクロブテン等の熱硬化性樹脂を塗布し、第２の樹脂３２により隣接する第２の電極２４の間の隙間を埋める。
【０１０７】
そして、第２の樹脂３２を８０℃〜２００℃程度の温度に加熱して半硬化の状態とした後、切削バイト１７を利用して第２の樹脂３２を切削することにより第２の電極２４の上面２４ａを露出させると共に、第２の電極２４の横のみに第２の樹脂３２を残す。
【０１０８】
本工程では、予め第２の樹脂３２を半硬化の状態としたため、切削バイト１７で第２の樹脂３２を容易に切削できると共に、切削後の第２の樹脂３２が流動して第２の電極２４の上面２４ａを覆うのを防止できる。
【０１０９】
次いで、図１２（ｃ）に示すように、前述の第１の電子部品１１を再び用意する。そして、不図示のフリップチップボンダに第１の電子部品１１をセットし、第１の電極１３と第２の電極２４との位置合わせを行う。
【０１１０】
これ以降は、第１の電極１３と第２の電極２４とを熱圧着する工程に移る。
【０１１１】
図１３（ａ）、（ｂ）は、第１の電極１３と第２の電極２４の熱圧着時の拡大断面図である。
【０１１２】
まず、図１３（ａ）に示すように、前述のフリップチップボンダからの熱によって第１の電極１３と第２の電極２４の各々を２００℃〜３００℃程度の温度に加熱しながら、第２の電子部品２１に向けて第１の電子部品１１を押圧する。このとき第１の電子部品１１の全体に加える荷重は、例えば１０kg〜２０kgとする。
【０１１３】
そして、その押圧を更に続けることで、図１３（ｂ）に示すように、第１の電極１３と第２の電極２４の各々を接合界面Cを介して互いに接合する。
【０１１４】
このとき、バリア層１５の先端１５ａが第２の電極２４の上面に食い込むことで、第１実施形態で説明したのと同じ理由により、接合界面Cの全域において均一な接合強度が得られるようになる。
【０１１５】
更に、本実施形態では、このように第１の電極１３と第２の電極２４とが接合するのと同時に、第１の樹脂３１と第２の樹脂３２の各々によって第１の電子部品１１と第２の電子部品２１との間の隙間を充填することができる。
【０１１６】
また、第１の電極１３と第２の電極２４の加熱温度（２００℃〜３００℃）は、第１の樹脂３１と第２の樹脂３２の各々の熱硬化温度（１５０℃〜２５０℃）よりも高いため、本工程では第１の樹脂３１と第２の樹脂３２も熱硬化させることができる。
【０１１７】
これにより、第１の樹脂３１と第２の樹脂３２を熱硬化させる工程を別途行わなくても、第１の電極１３と第２の電極２４との熱圧着と同時に第１の電子部品１１と第２の電子部品２１の接続強度を補強することができ、工程の簡略化が図られる。
【０１１８】
しかも、第２の電極２４に食い込んだバリア層１５の先端１５ａが、接合界面Cに第１の樹脂３１と第２の樹脂３２が侵入するのを防止するように機能するため、接合界面Cにこれらの樹脂が介在する危険性が低減される。特に、半硬化の第１の樹脂３１や第２の樹脂３２は、熱硬化温度に達する前にその流動性が一旦高まるという性質があるので、先端１５ａによりその流れを阻止する実益がある。
【０１１９】
この結果、第１の樹脂３１と第２の樹脂３２が接合界面Cに介在することで生じる接合不良を防止でき、第１の電極１３と第２の電極２４の接続信頼性を維持することができる。
【０１２０】
図１４は、本工程を終了後の第１の電子部品１１と第２の電子部品２１の断面図である。以上により、第１の電子部品１１と第２の電子部品２１とを接続してなる電子装置３９の基本構造が完成する。
【０１２１】
上記した本実施形態では、第１の電子部品１１と第２の電子部品１３との間の狭い隙間に第１の樹脂３１と第２の樹脂３２とを充填することができ、第１の電子部品１１と第２の電子部品１３との接続強度を補強できる。
【０１２２】
更に、図１３（ｂ）に示したように、第１の樹脂３１と第２の樹脂３２が接合界面Cに流入するのをバリア層１５の先端１５ａによって阻止できるので、接合界面Cに樹脂が介在する危険性を低減して、第１の電極１３と第２の電極２４の接続信頼性を維持できる。
【０１２３】
なお、本実施形態は上記に限定されない。例えば、上記では図１４のように第１の電子部品１１側にバリア層１５を形成したが、図１５のように第２の電子部品２１側にバリア層１５を形成するようにしてもよい。これについては前述の第１〜第３実施形態でも同様である。
【０１２４】
（第５実施形態）
前述の第１〜第４実施形態では、第１の電子部品１１として半導体素子を使用し、第２の電子部品２１として樹脂基材２２を備えた配線基板を使用した。
【０１２５】
本実施形態では、第１の電子部品１１と第２の電子部品２１の様々な例について説明する。
【０１２６】
（第１例）
図１６は、第１例に係る電子装置５０の断面図である。なお、図１６において、第１〜第４実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１２７】
この電子装置５０は、配線基板４９と、その上に積層された第１〜第３の電子部品４１〜４３とを有する。
【０１２８】
第１〜第３の電子部品４１〜４３は、いずれもシリコン基板にトランジスタ等の素子を集積形成してなる半導体素子である。
【０１２９】
このうち、第１の電子部品４１と第２の電子部品４２は、各々の第１の電極１３と第２の電極２４を接続してなり、その接続には第３実施形態で説明した熱圧着が用いられ、前述の第１の樹脂３１と第２の樹脂３２によってその接続強度が補強される。
【０１３０】
また、第２の電子部品４２と第３の電子部品４３との接続態様もこれと同じである。
【０１３１】
なお、第２の電子部品４２と第３の電子部品４３には、各々の表面側と裏面側とを電気的に接続するための貫通導体４４が設けられる。その貫通導体４４の材料としては、第１の電極１３と第２の電極２４と同様に銅を使用し得る。
【０１３２】
一方、第３の電子部品４３は、配線基板４９と対向する第１の電極パッド４７を有しており、その第１の電極パッド４７には第１のはんだバンプ４８が接合される。
【０１３３】
配線基板４９は樹脂を材料とするものであって、第３の電子部品４３と対向する主面には第２の電極パッド５１が設けられ、その第２の電極パッド５１に前述の第１のはんだバンプ４８が接合される。
【０１３４】
なお、配線基板４９と第３の電子部品４３との間にはアンダーフィル樹脂５４が充填されており、これにより配線基板４９と第３の電子部品４３との接続強度が補強される。
【０１３５】
そして、配線基板４９の他方の主面には第３の電極パッド５２が設けられており、当該第３の電極パッド５１には外部接続端子として機能する第２のはんだバンプ５３が接合される。
【０１３６】
このような電子装置５０によれば、第１〜第４実施形態と同様に、バリア層１５によって第１の電極１３と第２の電極２４との接合強度が高められる。
【０１３７】
更に、第１〜第３の電子部品４１〜４３を高さ方向に積層することにより、サーバやパーソナルコンピュータにおける実装密度の向上にも資することができる。
【０１３８】
（第２例）
図１７は、第２例に係る電子装置６０の断面図である。なお、図１７において、第１〜第４実施形態や第１例で説明したのと同じ要素にはこれらにおけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１３９】
この電子装置６０は、第１例で説明した配線基板４９の上に、第１〜第３の電子部品７１〜７３を備える。
【０１４０】
第１の電子部品７１と第２の電子部品７２は、いずれもシリコン基板にトランジスタ等の素子を集積形成してなる半導体素子である。また、第３の電子部品７３は、シリコンを材料とするインターポーザであって、前述の第１の電子部品７１や第２の電子部品７２の各々の電極ピッチを配線基板４９のそれに整合させる配線基板として機能する。
【０１４１】
そして、第１の電子部品７１と第３の電子部品７３は、各々の第１の電極１３と第２の電極２４を接続してなり、その接続には第３実施形態で説明した熱圧着が用いられ、前述の第１の樹脂３１と第２の樹脂３２によってその接続強度が補強される。
【０１４２】
なお、第２の電子部品７２と第３の電子部品７３との接続態様もこれと同じである。
【０１４３】
一方、第３の電子部品７３は、その表面側と裏面側とを電気的に接続するための貫通導体７７を有する。更に、第３の電子部品７３において、配線基板４９と対向する主面には第１の電極パッド８１が設けられており、その第１の電極パッド８１に第１のはんだバンプ４８が接合される。
【０１４４】
そして、その第１のはんだバンプ４８は、第１例と同様に、配線基板４９の第２の電極パッド５１に接合される。
【０１４５】
本実施形態に係る電子装置６０によれば、前述の第１例と同様にバリア層１５によって第１の電極１３と第２の電極２４との接合強度を高めることができる。そして、シリコンインターポーザとして供される第３の電子部品７３の上に二つの電子部品７１、７２を実装することにより、電子装置６０の高性能化を実現することもできる。
【０１４６】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１４７】
（付記１）  第１の電子部品の主面に設けられた第１の電極の側面を、該第１の電極の高さよりも高いバリア層で覆う工程と、
第２の電子部品の主面に設けられた第２の電極に前記バリア層の先端が当接した状態で、前記第１の電極と前記第２の電極とを熱圧着する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【０１４８】
（付記２）  前記バリア層の横に第１の樹脂を塗布する工程と、
前記第２の電極の横に第２の樹脂を塗布する工程とを更に有し、
前記第１の電極と前記第２の電極とを熱圧着する工程において、前記第１の電子部品と前記第２の電子部品との間の隙間を前記第１の樹脂と前記第２の樹脂で充填することを特徴とする付記１に記載の電子装置の製造方法。
【０１４９】
（付記３）  前記第１の樹脂と前記第２の樹脂の各々として熱硬化性の樹脂を使用し、かつ、前記第１の電極と前記第２の電極とを熱圧着する工程において、前記第１の樹脂と前記第２の樹脂の各々の熱硬化温度よりも高い温度に前記第１の電極と前記第２の電極を加熱することを特徴とする付記２に記載の電子装置の製造方法。
【０１５０】
（付記４）  前記第１の電極の前記側面を前記バリア層で覆う工程は、
前記第１の電極の上面と前記側面に前記バリア層を形成する工程と、
前記第１の電極の前記上面から前記バリア層を除去し、該上面を露出させる工程と、
露出した前記上面をエッチングすることにより、前記第１の電極の高さを前記バリア層の高さよりも低くする工程とを有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【０１５１】
（付記５）  前記第１の電極の前記側面を前記バリア層で覆う工程は、
前記第１の電極の上面と前記側面に前記バリア層を形成する工程と、
前記第１の電極のエッチングレートが前記バリア層のエッチングレートよりも速くなるスラリを用いてCMP(Chemical Mechanical Polishing)法で前記バリア層を研磨することにより、前記第１の電極の前記上面から前記バリア層を除去する工程とを有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【０１５２】
（付記６）  前記第１の電極の前記側面を前記バリア層で覆う工程は、
前記第１の電子部品の前記主面に、開口を備えたマスク層を形成する工程と、
前記マスク層の上面と前記開口の内面に前記バリア層として金属層を形成する工程と、
前記バリア層を給電層にする電解めっきにより、前記開口内の前記金属層上に前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極を形成した後、前記マスク層の前記上面から前記バリア層を除去する工程と、
前記上面から前記バリア層を除去した後、前記第１の電極の前記上面をエッチングすることにより、前記第１の電極の高さを前記バリア層の高さよりも低くする工程とを有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【０１５３】
（付記７）  第１の電極が設けられた第１の電子部品と、
前記第１の電極の側面を覆い、かつ、高さが前記第１の電極の高さよりも高いバリア層と、
第２の電極を備えた第２の電子部品とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極の各々が、前記バリア層の先端により前記第２の電極の上面が塑性変形された状態で接合したことを特徴とする電子装置。
【０１５４】
（付記８）  前記第１の電子部品と前記第２の電子部品の一方は、樹脂基材を備えた配線基板であり、他方は半導体素子であることを特徴とする付記７に記載の電子装置。
【０１５５】
（付記９）  前記第１の電子部品と前記第２の電子部品の一方は、シリコンを材料とするインターポーザであり、他方は半導体素子であることを特徴とする付記７に記載の電子装置。
【０１５６】
（付記１０）  前記第１の電子部品と前記第２の電子部品はいずれも半導体素子であることを特徴とする付記７に記載の電子装置。
【符号の説明】
【０１５７】
１…半導体素子、２…第１の電極、２ａ…端部、３…第２の電極、４…配線基板、１１…第１の電子部品、１１ａ…主面、１２…第１の電極パッド、１３…第１の電極、１３ａ…上面、１３ｂ…側面、１５…バリア層、１５ａ…先端、１７…切削バイト、２１…第２の電子部品、２１ａ…主面、２２…樹脂基材、２３…第２の電極パッド、２４…第２の電極、２５、３０、３９、５０、６０…電子装置、２７…マスク層、２７ａ…開口、３１…第１の樹脂、３２…第２の樹脂、４１〜４３…第１〜第３の電子部品、４４…貫通導体、４７…第１の電極パッド、４８…第１のはんだバンプ、４９…配線基板、５１…第２の電極パッド、５２…第３の電極パッド、５３…第２のはんだバンプ、５４…アンダーフィル樹脂、７１〜７３…第１〜第３の電子部品、７７…貫通導体、８１…第１の電極パッド。
【図１】
0005699891.tif 000002
【図２】
0005699891.tif 000003
【図３】
0005699891.tif 000004
【図４】
0005699891.tif 000005
【図５】
0005699891.tif 000006
【図６】
0005699891.tif 000007
【図７】
0005699891.tif 000008
【図８】
0005699891.tif 000009
【図９】
0005699891.tif 000010
【図１０】
0005699891.tif 000011
【図１１】
0005699891.tif 000012
【図１２】
0005699891.tif 000013
【図１３】
0005699891.tif 000014
【図１４】
0005699891.tif 000015
【図１５】
0005699891.tif 000016
【図１６】
0005699891.tif 000017
【図１７】
0005699891.tif 000018