(57)【要約】複数の基体１０、２０上にそれぞれ形成された金属層１２、２２同士を第１金属３５を含む多孔質体３２を介して対向させる工程と、前記多孔質体の表面の前記第１金属を第２金属３６に置換する工程と、前記第２金属を加熱することにより、前記金属層同士を接合する工程と、を含む基体の接合方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基体上にそれぞれ形成された金属層同士を第１金属を含む多孔質体を介して対向させる工程と、
前記多孔質体の表面の前記第１金属を第２金属に置換する工程と、
前記第２金属を加熱することにより、前記金属層同士を接合する工程と、
を含むことを特徴とする基体の接合方法。
【請求項２】
前記第１金属を前記第２金属に置換する工程は、置換めっき法を用いることを特徴とする請求項１記載の基体の接合方法。
【請求項３】
前記多孔質体は、複数の粉体であることを特徴とする請求項１または２記載の基体の接合方法。
【請求項４】
前記複数の粉体を前記金属層の少なくとも一方の表面に固着させる工程を含むことを特徴とする請求項３記載の基体の接合方法。
【請求項５】
前記第１金属を前記第２金属に置換する工程は、前記多孔質体の内部を前記第２金属に置換しないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の基体の接合方法。
【請求項６】
前記金属層同士を接合する工程は、前記多孔質体の内部の前記第１金属と前記第２金属とを合金化する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の基体の接合方法。
【請求項７】
前記対向させる工程は、３以上の前記基体を積層させる工程を含み、
前記金属層同士を接合する工程は、積層された前記３以上の基体の前記第２金属を一括して加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の基体の接合方法。
【請求項８】
前記第２金属は前記第１金属より標準電極電位が高いことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の基体の接合方法。
【請求項９】
前記多孔質体は、高融点金属と前記高融点金属の表面に形成された前記第１金属を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の基体の接合方法。
【請求項１０】
前記多孔質体は、絶縁体と前記絶縁体の表面に形成された前記第１金属を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の基体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体の接合方法に関し、例えば基体に形成された金属層同士を結合する基体の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基体同士を金属層を用い電気的および機械的に接続する接合方法が知られている。例えば、半導体素子を積層して高集積化する方法や半導体素子を回路基板に接合する方法が知られている。回路基板に銅端子を形成し、端子表面を錫に置換めっきする方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４４５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属層が小径化すると、金属層同士の接合強度が低下し、基体同士の接合強度が低下する。本基体の接合方法は、金属層同士の接合強度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】
【０００５】
複数の基体上にそれぞれ形成された金属層同士を第１金属を含む多孔質体を介して対向させる工程と、前記多孔質体の表面の前記第１金属を第２金属に置換する工程と、前記第２金属を加熱することにより、前記金属層同士を接合する工程と、を含むことを特徴とする基体の接合方法を用いる。
【発明の効果】
【０００６】
本基体の接合方法によれば、金属層同士の接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は、比較例１に係る半導体装置の断面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、金属層と溶融金属の拡大斜視図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、比較例２に係る半導体装置の断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１に係る半導体装置の断面図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は、金属層の拡大図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る基体の接合方法を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例２に係る基体の接合方法を示す断面図（その１）である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例２に係る基体の接合方法を示す断面図（その２）である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｄ）は、実施例３に係る基体の接合方法を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例３の粉体の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例４に係る基体の接合方法を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例４の粉体の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、実施例５に係る基体の接合方法を示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例５の粉体の断面図である。
【図１４】図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、実施例６に係る基体の接合方法を示す断面図である。
【図１５】図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、実施例７に係る基体の接合方法を示す断面図（その１）である。
【図１６】図１６（ａ）から図１６（ｃ）は、実施例７に係る基体の接合方法を示す断面図（その２）である。
【図１７】図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、実施例７に係る基体の接合方法を示す断面図（その３）である。
【図１８】図１８（ａ）から図１８（ｃ）は、実施例７に係る基体の接合方法を示す断面図（その４）である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１（ａ）は、比較例１に係る半導体装置の断面図である。図１（ｂ）および図１（ｃ）は、金属層と溶融金属の拡大斜視図である。図１（ａ）を参照し、基体１０上に金属層１２が形成されている。基体２０上（図面では下）に電極２４、電極２４上に金属層２２が形成されている。金属層１２と２２とがはんだ等の溶融金属４０を用い接合されている。図１（ｂ）は、金属層２２の例を示す。図１（ｂ）を参照し、金属層２２は、例えばＣｕ（銅）を主に含む金属端子である。金属層２２上には溶融金属４０が形成されている。金属層２２の幅Ｗ１（金属層２２が円柱の場合は直径）は例えば３５μｍ、金属層２２の高さＨ１は例えば３０μｍ、溶融金属４０の高さＨ２は例えば１３μｍである。図１（ｃ）を参照し、金属層２２と溶融金属４０との間にバリア層２３が形成されている。バリア層２３は、例えばＮｉ（ニッケル）を主に含む。バリア層２３の高さＨ３は例えば５μｍである。バリア層２３は、金属層２２と溶融金属４０との反応を抑制する。半導体装置等の微細化にともない、金属層２２の幅Ｗ１に対する高さＨ１の比が大きくなり、例えば１以上となる。この比を大きくするのは、例えば基体１０および２０の熱膨張係数の差に起因する基体１０および２０の反りに対応するためである。
【０００９】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、比較例２に係る半導体装置の断面図である。図２（ａ）は、基体同士の接合前の図であり、図２（ｂ）は、接合後の金属層の拡大図である。図２（ａ）を参照し、溶融金属４０は、金属層２２上（図面では下）に例えば電解めっき法により形成される。電解めっき法により形成された溶融金属４０の表面は凹凸が大きい。図２（ｂ）を参照し、溶融金属４０と金属層１２とを接触させ、加熱することにより、金属層１２と２２とを接合する。このとき、金属層２２との界面に溶融金属４０が接触していない領域が生じる。このため、溶融金属４０内にボイド４２が発生する。例えば、金属層２２の表面の平坦性が高い場合、ボイド４２が発生し易い。
【００１０】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１に係る半導体装置の断面図である。図３（ａ）は、基体同士の接合前の図であり、図３（ｂ）は、接合後の金属層の拡大図である。図３（ａ）を参照し、このようなボイド４２の発生を抑制するため、基体１０および２０を接合する前に、溶融金属４０を融点以上の温度に加熱する。これにより、溶融金属４０がドーム状（すなわち半球状）となる。図３（ｂ）を参照し、金属層１２と２２とを接合した後、溶融金属４０内でのボイドの発生が抑制される。
【００１１】
図４（ａ）から図４（ｃ）は、金属層の拡大図である。図４（ａ）から図４（ｃ）を参照し、例えば、シリコンインターポーザ等の回路基板上に半導体素子を搭載する場合がある。または半導体素子を３次元的に積層することにより、半導体装置を高集積化する場合がある。このような場合、配線を半導体素子の配線形成工程に用いられる製造プロセスを利用して形成できる。このため、樹脂回路基板に比べ、５０倍以上の配線密度が実現できる。よって、金属層１２および２２の径は、樹脂回路基板に比べ１／８の径となる。
【００１２】
このように、金属層２２の幅Ｗ１（金属層２２が円柱の場合は直径）が小さくなると、溶融金属４０の高さＨ２が低くなる。ドームの直径は、金属層２２の幅とほぼ同じとなるため、金属層２２上に形成できる球状溶融金属４０の体積の上限は決まっているためである。一方、溶融金属４０をドーム状とするために加熱すると、溶融金属４０と金属層２２とが反応し合金層４４が形成される。合金層４４の高さＨ４は、金属層２２の幅によらず、加熱時の熱量で決まる。よって、合金層４４の高さＨ４はほぼ一定である。金属層２２の幅Ｗ１が小さくなると、合金層４４の比率が増える。合金層４４の融点は溶融金属４０より高いため、金属層１２と２２との良好な接合が行なえなくなる。
【実施例１】
【００１３】
図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る基体の接合方法を示す断面図である。図５（ａ）を参照し、基体１０の上面に電極１４を形成する。電極１４上に金属層１２を形成する。基体２０の下面に電極２４を形成する。電極２４下に金属層２２を形成する。基体１０および２０は、例えばシリコン基板等の半導体基板、または樹脂基板等の絶縁基板である。電極１４および２４は、例えばＣｕまたはＡｌ（アルミニウム）等の金属を主に含む。金属層１２および２２は、例えばＣｕ等を主に含む。金属層２２の下面に複数の粉体３２を固着させる。粉体３２は粒子状であり、例えばＣｕ等の金属３５（第１金属）を含む。粉体３２の粒径は例えば１μｍから数μｍである。複数の粉体３２は一層の粉体３２の層でもよいが２層以上の粉体３２の層でもよい。粉体３２は、例えばアドマイズ法を用い形成する。粉体３２は、例えば超音波を用い、金属層２２の表面に固着させる。【００１４】
図５（ｂ）を参照し、粉体３２が金属層２２の上面に接するように、金属層１２および２２を複数の粉体３２を介し対向させ、接触させる。図５（ｃ）を参照し、複数の粉体３３の表面を溶融金属３６（第２金属）に置換する。例えば粉体３２内の金属３５全体を溶融金属３６に置換し粉体３３とする。置換は例えば無電解めっきを用いた置換めっき法を用いる。置換めっき法は、標準電極電位が低い金属を高い金属に置換させる方法である。例えばＳｎ（錫）に置換される金属としてはＣｕ、Ｉｎ（インジウム）、Ｎｉ、Ｆｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ、Ｃｒ（クロム）およびＺｎ（亜鉛）がある。そこで、金属３５はＳｎを含み、溶融金属３６は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、ＣｒおよびＺｎの少なくとも１つを含む金属とすることができる。粉体３２と、金属層１２および２２、電極１４および２４と、が同様の金属の場合、金属層１２および２２、電極１４および２４の側面の金属が溶融金属に置換され置換層１６および２６が形成される。【００１５】
図５（ｄ）を参照し、粉体３３を溶融金属３６の融点以上かつ金属層３４の融点以下に加熱することにより、溶融金属３６が溶融し金属層３４となる。冷却することにより、金属層１２と２２とが金属層３４により接合する。【００１６】
実施例１によれば、図５（ｂ）のように、複数の基体１０および２０上にそれぞれ形成された金属層１２および２２同士を、複数の粉体３２を含む多孔質体を介して対向させる。図５（ｃ）のように、複数の粉体３２の表面の金属３５を、溶融金属３６に置換する。溶融金属３６を加熱することにより、金属層１２および２２同士を接合する。これにより、比較例１のように、溶融金属４０を金属層１２と２２とを接合する前に溶融しなくともよい。このため、図４（ａ）から図４（ｃ）のように、合金層４４が形成されない。よって、金属層１２と２２との接合強度を向上させることができる。【００１７】
また、複数の粉体３２を含むような多孔質体は単位体積当りの表面積が大きいため、金属３５を容易に溶融金属３６に置換できる。【００１８】
さらに、多孔質体として複数の粉体３２を用いることにより、多孔質体を金属層１２または２２の表面に簡単に固着させることができる。
【実施例２】
【００１９】
実施例２は、基体を積層する例である。図６（ａ）から図７（ｃ）は、実施例２に係る基体の接合方法を示す断面図である。図６（ａ）を参照し、基体１０ａおよび２０ａ、金属層１２ａおよび２２ａ、電極１４ａおよび２４ａ並びに粉体３２ａは、実施例１の図５（ｂ）の基体１０および２０、金属層１２および２２、電極１４および２４並びに粉体３２と同じである。基体２０ａの上面に電極１４ｂが形成され、電極１４ｂ上に金属層１２ｂが形成されている。電極１４ｂと電極２４ａとは、基体２０ａ内に形成された貫通電極を介し電気的に接続されている。電極１４ｂおよび電極２４ａは、基体２０ａ内に形成された回路に電気的に接続されていてもよい。【００２０】
図６（ｂ）を参照し、基体２０ａ上に基体２０ｂを積層する。各金属層１２ｂは、複数の粉体３２ｂを介し各金属層２２ｂと対向している。図７（ａ）を参照し、基体２０ｂ上に基体２０ｃを積層する。各金属層１２ｃは、複数の粉体３２ｃを介し各金属層２２ｃに対向している。【００２１】
図７（ｂ）を参照し、実施例１の図５（ｃ）と同様に、複数の粉体３２ａから３２ｃの表面を溶融金属に置換する。これにより、溶融金属を含む粉体３３ａから３３ｃが形成される。図７（ｃ）を参照し、粉体３３ａから３３ｂを融点以上に加熱することにより粉体３３ａから３３ｃが溶融し金属層３４ａから３４ｃが形成される。冷却することにより、金属層１２ａと２２ａとが金属層３４ａにより接合する。同時に、金属層１２ｂと２２ｂとが金属層３４ｂ、金属層１２ｃと２２ｃとが金属層３４ｃにより接合する。【００２２】
３以上の基体を積層する際に、基体を積層するごとに、金属層を接合することも考えられる。しかしながら、積層初期に接合した金属層は、接合のための加熱工程を多く経ることになる。例えば、金属層３４ａは、３回の加熱工程を経る。このため、接合金属が変質し、硬くてもろくなり、クラックが入り易くなる。このように、接合の品質が金属層３４ａから３４ｃによってばらついてしまう。実施例２によれば、図７（ａ）のように、金属層１２ａと２２ａ同士、１２ｂと２２ｂ同士、１２ｃと２２ｃ同士が粉体３２ａから３２ｃにより固着されている。このため、金属層１２ａと２２ａとを加熱する前に、基体２０ｂから２０ｃを積層しても、基体２０ａから２０ｃは互いに固定されている。よって、基体２０ａから２０ｃを積層した後に、図７（ｂ）のように複数の粉体３３ａから３３ｃを一括して加熱することにより、金属層１２ａと２２ａ、１２ｂと２２ｂおよび１２ｃと２２ｃ同士を接合することができる。これにより、接合の品質のばらつきを抑制できる。【００２３】
基体１０を、例えばシリコンインターポーザまたは樹脂基板等の回路基板とし、基体２０ａから２０ｃを例えば半導体チップとすることができる。基体２０ａから２０ｃの積層数は、例えば２、４または８個とすることができる。基体２０ａから２０ｃが半導体チップの場合、膜厚は例えば２０μｍから１００μｍである。
【実施例３】
【００２４】
実施例３は、粉体３２の表面の一部を溶融金属に置換する例である。図８（ａ）から図８（ｄ）は、実施例３に係る基体の接合方法を示す断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例３の粉体の断面図である。図８（ａ）を参照し、基体２０上（下面）に保護膜２８が形成されている。保護膜２８は、基体２０の保護膜であり、例えばポリイミドまたはエポキシ等の樹脂を含む絶縁体である。その他の工程は、実施例１の図５（ｂ）と同じであり説明を省略する。【００２５】
図９（ａ）を参照し、粉体３２は、全体が金属３５である。金属３５は例えばＣｕである。図８（ｂ）および図９（ｂ）を参照し、粉体３２の表面の金属３５を溶融金属３６に置換することにより、粉体３３が形成される。粉体３３の表面は溶融金属３６であり、粉体３３の内部には金属３５が残存する。例えば、内部に残存する金属３５の径は、粉体３３の径の１／２から１／４程度である。例えば、金属３５がＣｕ、溶融金属３６がＳｎの場合、置換型無電解Ｓｎめっきを６０℃で１５分行なうことにより、粉体３３の内部にＳｎを残存できる。【００２６】
図８（ｃ）を参照し、複数の粉体３３を加熱することにより、溶融金属３６を溶融させる。例えば、金属３５がＣｕ、溶融金属３６がＳｎ、金属層１２および２２がＣｕの場合、粉体３３を３００℃、３秒加熱する。これにより、残存した金属３５を含む金属層３４が形成される。【００２７】
図８（ｄ）を参照し、溶融金属３６と金属３５と加熱することにより合金化する。例えば、金属３５がＣｕ、溶融金属３６がＳｎ、金属層１２および２２がＣｕの場合、リフロー炉を用いピークトップ温度を２４０℃以上とし、溶融金属３６の融点以上の温度が３０秒以上となるように加熱する。これにより、溶融金属３６と金属３５とが反応しＣｕとＳｎとの合金層４５が形成される。金属層３４に比べ合金層４５は硬いため、実施例１より接合の強度を高くすることができる。【００２８】
実施例３のように、複数の粉体３２の表面の金属３５を溶融金属３６に置換し、粉体３２の内部の金属３５を溶融金属３６に置換しなくともよい。粉体３２の内部の金属３５を溶融金属３６に置換するか否かは、例えば置換めっきの時間で制御することができる。【００２９】
図８（ｄ）のように、溶融金属３６に置換しない粉体３３の内部と溶融金属３６とを合金化することにより合金層４５を形成する。溶融金属３６は、柔らかいため、変形しやすい。合金層４５を形成することにより、金属層１２と２２とを固く接合できる。合金層４５は形成しなくともよい。さらに、保護膜２８を設けてもよいし、設けなくともよい。
【実施例４】
【００３０】
実施例４は、粉体３２の内部が高融点金属であり粉体の表面の金属を溶融金属に置換する例である。図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例４に係る基体の接合方法を示す断面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例４の粉体の断面図である。図１０（ａ）を参照し、基体１０上に樹脂膜１９が形成されている。基体２０上（下面）に樹脂膜２９が形成されている。樹脂膜１９および２９は、例えばエポキシ等の熱硬化樹脂を含む絶縁体である。粉体３２は、高融点金属３７の周囲にバリア層３８を介し金属３５が形成されている。その他の工程は、実施例１の図５（ｂ）と同じであり説明を省略する。【００３１】
図１１（ａ）を参照し、粉体３２は、高融点金属３７の周囲がバリア層３８で囲まれ、バリア層３８が金属３５で囲まれている。高融点金属３７は、例えば径が１μｍのＰｄ（パラジウム）であり、アドマイズ法を用い形成する。高融点金属３７の表面に、例えば無電解めっき法またはバレルめっき法を用いバリア層３８を形成する。バリア層３８は例えば膜厚が０．５μｍのＮｉ膜である。バリア層３８の表面に、例えば無電解めっき法またはバレルめっき法を用い金属３５を形成する。金属３５は例えば膜厚が１μｍのＣｕである。【００３２】
図１０（ｂ）および図１１（ｂ）を参照し、金属３５を溶融金属３６に置換することにより、粉体３３が形成される。バリア層３８は置換されないため、時間を制御しなくとも置換めっきが停止する。例えば、金属３５がＣｕ、溶融金属３６がＳｎの場合、置換型無電解Ｓｎめっきを６０℃で１５分行なう。図１０（ｃ）を参照し、粉体３３の溶融金属３６を溶融させることにより、高融点金属３７およびバリア層３８を含む金属層３４が形成される。例えば、溶融金属３６がＳｎの場合、粉体３３を３００℃、３秒加熱する。リフロー炉を用いピークトップ温度を２４０℃以上とし、３０秒以上となるように加熱する。これにより、熱硬化樹脂膜１９と２９とが接した状態で硬化する。【００３３】
実施例４によれば、複数の粉体３２は高融点金属３７と高融点金属３７の表面に形成された金属３５を主に含む。これにより、高融点金属３７が金属層３４を補強するため、実施例３のような合金化は行なわなくともよい。
【実施例５】
【００３４】
実施例５は、粉体３２の内部が絶縁体であり粉体の表面の金属を溶融金属に置換する例である。図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、実施例５に係る基体の接合方法を示す断面図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例５の粉体の断面図である。図１２（ａ）を参照し、粉体３２は、絶縁体３９の周囲にバリア層３８を介し金属３５が形成されている。その他の工程は、実施例４の図１０（ａ）と同じであり説明を省略する。【００３５】
図１３（ａ）を参照し、粉体３２は、絶縁体３９の周囲がバリア層３８で囲まれ、バリア層３８が金属３５で囲まれている。絶縁体３９は、例えば径が１μｍのポリイミド等の樹脂であり、アドマイズ法を用い形成する。その他の工程は、実施例４の図１１（ａ）と同じであり説明を省略する。【００３６】
図１２（ｂ）および図１３（ｂ）を参照し、金属３５を溶融金属３６に置換することにより、粉体３３が形成される。その他の工程は、実施例４の図１０（ｂ）および図１１（ｂ）と同じであり説明を省略する。図１２（ｃ）を参照し、粉体３３の溶融金属３６を溶融させることにより、絶縁体３９およびバリア層３８を含む金属層３４が形成される。その他の工程は、実施例４の図１０（ｃ）と同じであり説明を省略する。【００３７】
実施例５によれば、粉体３２は、絶縁体３９と絶縁体３９の表面に形成された金属３５を含む。これにより、絶縁体３９が金属層３４を補強するため、実施例３のような合金化は行なわなくともよい。【００３８】
実施例４および５のように、樹脂膜１９および２９を用い基体１０と２０との間を封止してもよい。これにより、アンダーフィル材を用いなくてもよくなる。【００３９】
実施例１から５のように、多孔質体内の粉体３２を、金属を主に含む粒子状（例えば球状）とすることができる。これにより、粉体３２の表面積が大きくなるため、金属３５を溶融金属３６に容易に置換することができる。
【実施例６】
【００４０】
実施例６は、粉体が繊維状の例である。図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、実施例６に係る基体の接合方法を示す断面図である。図１４（ａ）を参照し、粉体３２ｄは繊維状である。その他の工程は、実施例１の図５（ｂ）と同じであり説明を省略する。【００４１】
図１４（ｂ）を参照し、繊維状粉体３２ｄを溶融金属に置換することにより、繊維状粉体３３ｄを形成する。その他の工程は実施例１の図５（ｃ）と同じであり説明を省略する。図１４（ｃ）を参照し、粉体３３ｄを溶融することにより金属層３４を形成する。その他の工程は実施例１の図５（ｄ）と同じであり説明を省略する。【００４２】
実施例６のように、多孔質体は、複数の繊維状粉体を含んでもよい。このように、実施例１から５の粉体は繊維状でもよい。
【実施例７】
【００４３】
実施例７は、実施例３に係る基体の接合方法を半導体装置の製造方法に適用した例である。図１５（ａ）から図１８（ｃ）は、実施例７に係る基体の接合方法を示す断面図である。図１５（ａ）を参照し、基体２０に電子回路５０を形成する。基体２０はシリコン基板であり、複数のチップを含むウエハ状態である。基体２０上に絶縁膜５２を形成する。電子回路５０は、基体２０に形成されたトランジスタおよび絶縁膜５２内に形成された配線を含む。絶縁膜５２は例えば酸化シリコン膜であり、多層配線の層間絶縁膜を含む。絶縁膜５２上に電極２４を形成する。電極２４はＣｕを含み、電子回路５０に電気的に接続されている。チップサイズは、例えば８．５ｍｍ×８．５ｍｍである。電極２４の間隔は例えば５０μｍであり、１チップに４００個の電極２４が形成されている。【００４４】
図１５（ｂ）を参照し、絶縁膜５２上にポリイミドを含み膜厚が例えば５μｍの保護膜２８を形成する。図１５（ｃ）を参照し、電極２４上の保護膜２８に開口を形成する。電極２４上にＣｕを含み高さが例えば１５μｍの金属層２２を形成する。金属層２２は、接続用のバンプ（突起端子）である。ウエハ状態の基体２０の裏面を研削することにより、基体２０の厚さを例えば１００μｍとする。ダイシング法を用い、ウエハを切断し、チップ状態とする。【００４５】
図１６（ａ）を参照し、基板５４上にＣｕを主に含む粉体５６を配置する。粉体５６は、アドマイズ法を用い形成する。粉体５６の平均粒径は、例えば３μｍである。図１６（ｂ）を参照し、金属層２２の表面と基板５４の表面とを接触させる。超音波を印加することにより、粉体５６を金属層２２の表面に固着させる。超音波出力は１００ｋＨｚ、振幅は２μｍである。図１６（ｃ）を参照し、基体２０を基板５４から剥離する。金属層２２上に、Ｃｕを主に含む粉体３２が固着する。【００４６】
図１７（ａ）を参照し、基体１０として回路基板を準備する。基体１０は、ＢＴ（Bismaleimide-Triazine）レジンを主に含み膜厚が例えば０．３５ｍｍである。基体１０上には、電極１４が形成されている。電極１４は、Ｃｕを主に含み電極２４に対応するように配置されている。電極１４上には、Ｃｕを主に含み高さが例えば１５μｍの金属層１２が形成されている。金属層１２は、バンプである。基体１０の裏面には、電極５８が形成されている。電極５８と電極１４とは、基体１０内に形成された配線を介し電気的に接続されている。フリップチップボンダを用い、基体１０上に基体２０を配置し、位置合わせする。図１７（ｂ）を参照し、粉体３２を介し、金属層１２と２２とを接触させる。超音波を用いて、粉体３２を介し、金属層１２と２２とを機械的に接続させる。【００４７】
図１８（ａ）を参照し、置換型無電解すずめっき液（例えば石原薬品製５８０ＭＪ）を用い、粉体３２の表面をＳｎに置換し粉体３３を形成する。めっき処理は６０℃において１５分行なう。これにより、粉体３２の表面約１μｍのＣｕがＳｎに置換され、粉体３２の中央にはＣｕが残存する。粉体３３を加熱する。例として、基体２０側から粉体３３の温度が３００℃となるように、３秒熱を加える。これにより、粉体３３内のＳｎが溶融する。さらに、リフロー炉を用い、ピークトップ温度が２４０℃、Ｓｎの融点以上の時間が３０秒以上となるように加熱する。これにより、粉体３３内のＳｎとＣｕとが合金化し、合金層４５が形成される。【００４８】
図１８（ｂ）を参照し、基体１０と２０との間にアンダーフィル材６０を注入する。アンダーフィル材６０は熱硬化型エポキシ樹脂を主に含む。恒温槽を用い１５０℃の温度で２時間加熱することにより、アンダーフィル材６０を硬化させる。図１８（ｃ）を参照し、電極５８にはんだボール６２を形成する。はんだボール６２はＳｎ−Ａｇ（錫銀）を主に含む。これにより、回路基板上にチップが搭載された半導体装置が完成する。【００４９】
実施例７においては、金属層２２の表面に複数の粉体３２を固着させる例を説明したが、金属層１２および２２の少なくとも一方の表面に複数の粉体３２を固着させればよい。また、実施例３に係る基体の接合方法を用いたが実施例１から６に係る基体の接合方法を用いてもよい。【００５０】
実施例１から実施例７において、金属層１２および２２としてバンプを例に説明したが、一方がバンプ、他方がパッドでもよい。【００５１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０、２０        基体
１２、２２        金属層
１４、２４        電極
３２、３３        粉体
３４              金属層
４５              合金層
【図１】
2015079582.tif 000003
【図２】
2015079582.tif 000004
【図３】
2015079582.tif 000005
【図４】
2015079582.tif 000006
【図５】
2015079582.tif 000007
【図６】
2015079582.tif 000008
【図７】
2015079582.tif 000009
【図８】
2015079582.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015079582.tif 000012
【図１１】
2015079582.tif 000013
【図１２】
2015079582.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月9日(2016.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基体上にそれぞれ形成された金属層同士を第１金属を含む多孔質体を介して対向させる工程と、
前記多孔質体の表面の前記第１金属を第２金属に置換する工程と、
前記第２金属を加熱することにより、前記金属層同士を接合する工程と、
を含むことを特徴とする基体の接合方法。
【請求項２】
前記第１金属を前記第２金属に置換する工程は、置換めっき法を用いることを特徴とする請求項１記載の基体の接合方法。
【請求項３】
前記多孔質体は、複数の粉体であることを特徴とする請求項１または２記載の基体の接合方法。
【請求項４】
前記複数の粉体を前記金属層の少なくとも一方の表面に固着させる工程を含むことを特徴とする請求項３記載の基体の接合方法。
【請求項５】
前記第１金属を前記第２金属に置換する工程は、前記多孔質体の内部を前記第２金属に置換しないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の基体の接合方法。
【請求項６】
前記金属層同士を接合する工程は、前記多孔質体の内部の前記第１金属と前記第２金属とを合金化する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の基体の接合方法。
【請求項７】
前記対向させる工程は、３以上の前記基体を積層させる工程を含み、
前記金属層同士を接合する工程は、積層された前記３以上の基体の前記第２金属を一括して加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の基体の接合方法。
【国際調査報告】
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2015079582.tif 000022
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