(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する半導体基板を相互に接続・導通してなる半導体装置であって、一方の半導体基板のパッド電極あるいはアンダーバンプメタル上に、前記パッド電極の径あるいはアンダーバンプメタルの径よりも小径で、かつ、前記一方の半導体基板に対して垂直な方向に延びる芯柱状の液相焼結接合部が形成され、一方の半導体基板と他方の半導体基板は、前記液相焼結接合部の構成成分である低融点金属によって接合されて接続・導通していることを特徴とする半導体装置。  
【請求項２】
相対向する半導体基板を相互に接続・導通してなる半導体装置であって、一方の半導体基板及び他方の半導体基板のそれぞれ向かい合う位置のパッド電極あるいはアンダーバンプメタル上に、前記それぞれのパッド電極の径あるいはアンダーバンプメタルの径よりも小径で、かつ、前記それぞれの半導体基板に対して垂直な方向に延びる芯柱状の液相焼結接合部が形成され、一方の半導体基板と他方の半導体基板は、前記それぞれの液相焼結接合部の構成成分である低融点金属によって接合されて接続・導通していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記液相焼結接合部は、液相焼結処理時に全ての低融点金属が化合物形成することなく、熱分析により1つ以上の低融点金属に由来するピークを示す材料から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
相対向する半導体基板を相互に接続・導通してなる半導体装置の製造方法において、一方の半導体基板上のパッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面に接合用ペーストを印刷塗布し、これを液相焼結処理して、パッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面のほぼ中央部分に小径の液相焼結接合部を形成し、一方の半導体基板と他方の半導体基板との間にスペーサーを挟んだ状態で前記液相焼結接合部を、他方の半導体基板上のパッド電極あるいはアンダーバンプメタルに近接して対向配置し、液相焼結接合部を液相焼結処理温度より高い温度で接合熱処理して、相対向する半導体基板を接合することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
相対向する半導体基板を相互に接続・導通してなる半導体装置の製造方法において、一方の半導体基板上のパッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面及び他方の半導体基板上のパッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面に、それぞれ接合用ペーストを印刷塗布し、これを液相焼結処理して、パッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面のほぼ中央部分にそれぞれ小径の液相焼結接合部を形成し、一方の半導体基板と他方の半導体基板との間にスペーサーを挟んだ状態で前記一方の半導体基板の液相焼結接合部と他方の半導体基板の液相焼結接合部とを近接して対向配置し、液相焼結接合部を液相焼結処理温度より高い温度で接合熱処理して、相対向する半導体基板を接合することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記液相焼結接合部は、液相焼結処理時に全ての低融点金属が化合物形成することなく、熱分析により1つ以上の低融点金属に由来するピークを示す材料から構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の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、半導体装置とその製造方法に係り、特に、高密度実装化を図った半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の高密度実装のために、はんだバンプを用いた接合が一般に用いられているが、より一層の高密度化を図るためには、はんだバンプ形成のファインピッチ化が求められており、この要請に応えるべく、ファインピッチ化を実現するためのはんだバンプあるいはその製造法について、従来からいくつかの提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、半導体基板表面の導体パッド上に、ピラー金属、ピラー金属上面を覆うアンダーバンプ金属層及び導体パッドとほぼ等径のはんだ金属層を順次形成してはんだ金属のリフロー処理を行うことによってはんだバンプを形成することが提案されており、また、特許文献２には、特許文献１記載のものと同様に導体パッドとほぼ等径のはんだ金属層を順次形成した後、ピラー金属層の直径を減少させ、次いで、はんだ金属のリフロー処理を行い、図１に示すようなはんだバンプを形成することによって、ファインピッチ化を図ることが提案されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献３には、半導体チップ上のパット電極を下向きにして溶融はんだの噴流面に接触させることにより当該パッド電極上に一次はんだバンプを形成し、この一次はんだバンプが形成されたパッド電極を上向きにし、これにスクリーン印刷の手法によってはんだペーストを載置し、このはんだペーストを下向きにし、この下向きにされ重力が加えられた状態で前記はんだペーストをリフローして二次はんだバンプを形成することによって、パット電極のファインピッチ化を可能としたはんだバンプの製造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１８７２５８号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２６９４号公報
【特許文献３】特許第３９６１８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術に示されるように、半導体の高密度実装に向けて、はんだバンプのファインピッチ化が図られているところであり、はんだバンプの密着性、導電性を確保した上でのファインピッチ化技術につき、様々な手法が検討されている。
例えば、特許文献１、２記載の技術においては、ウエハや有機基板の電極上に、電気メッキ法を用いて、小径のピラーを形成し、その上にメッキ法を用いてはんだ金属を形成し、リフロー処理を施すことではんだバンプを形成し、バンプの高さをある程度にまで高く形成している。しかし、メッキ法にてピラー形成、はんだ金属形成しているために、プロセススループットが悪く、また、溶融時のはんだ金属の自重および表面張力によって、バンプが扁平になりバンプ高さが制限されるため、はんだバンプ径に比して、それほど高いアスペクト比のものを得ることはできず、仮に、はんだ金属の載置量を増やしたとしても、隣接する他のはんだバンプに接触してショートを引き起こすおそれが生じるという問題があるため、半導体装置の高密度実装が十分に実現されているとはいえない。
また、特許文献３記載の技術においても、一次はんだバンプ表面のはんだペーストに対して、下向きにしてリフローすることによって、比較的、アスペクト比の高いバンプは形成されるが、アッセンブリ時など、再溶融時に、はんだ金属の自重および表面張力によって自ずとアスペクト比は制約を受け、隣接する溶融はんだ金属バンプと接触することで、電気的導通不良の原因となる恐れがあるため、この技術においても、半導体装置の高密度実装は十分ではない。
したがって、高密度実装を実現する半導体装置およびその製造法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、はんだバンプのファインピッチ化により高密度実装を可能とした半導体装置及びその製造方法について鋭意検討した結果、以下の知見を得た。
【０００８】
従来から、相対向する半導体基板の所定位置（例えば、半導体パッケージ用有機基板上に形成されたパッド電極表面あるいは半導体パッケージ用ウエハ上に形成されたＵＢＭ(アンダーバンプメタル)）に形成したはんだバンプにより、半導体基板を接続・導通することによる半導体装置の高密度実装化技術はよく知られている。
【０００９】
本発明者らは、上下に相対向する半導体基板（以下、下方に位置する半導体基板を「半導体基板Ａ」、また、上方に位置する半導体基板を「半導体基板Ｂ」という）を接続・導通するに際し、半導体基板Ｂの所定位置に、予め、所定の材料からなる液相焼結接合部を形成し、他方の液相焼結接合部を形成していない半導体基板Ａを、半導体基板Ｂの下方で、半導体基板Ａが前記液相焼結接合部に向き合いかつ近接するように位置決めした状態で、接合熱処理により液相焼結処理時に化合物化しなかった低融点金属により拡散接合すると、液相焼結接合部の形を維持したままで半導体基板Ａと半導体基板Ｂの両者は、低融点金属によって相互に接続・導通され、そして、このように接続された半導体基板Ａと半導体基板Ｂは、ファインピッチにおいて隣接する溶融はんだ金属バンプと接触することなく、また十分な液相焼結接合部の高さが得られるため、導通不良発生率が低いことから、液相焼結接合部を、小径のものとして形成することにより、ファインピッチ化による高密度実装が可能となることを見出した。
【００１０】
さらに、本発明者らは、半導体基板Ｂに液相焼結接合部を形成すると同時に、半導体基板Ａにも液相焼結接合部を形成し、半導体基板Ａと半導体基板Ｂのそれぞれの液相焼結接合部を相互に向かい合わせかつ近接するように位置決めした状態で、接合熱処理により液相焼結接合部の液相焼結処理時に化合物化しなかった低融点金属により拡散接合すると、液相焼結接合部の形を維持したままで溶融した低融点金属が液相焼結接合部全体を取り囲むと同時に、溶融したはんだ金属が半導体基板Ａと半導体基板Ｂの液相焼結接合部に密着凝固し、半導体基板Ａと半導体基板Ｂの両者は、液相焼結接合部とはんだ金属によって相互に接続・導通され、そして、このように接続された半導体基板Ａと半導体基板Ｂは、半導体基板Ａと半導体基板Ｂに形成した液相焼結接合部の合計高さに応じた液相焼結接合部を、従来のはんだバンプに比べて小径のものとして形成することにより、より一段とファインピッチ化による高密度実装が可能となることを見出した。
【００１１】
そして、本発明者らは、前記液相焼結接合部は、通常のスクリーン印刷法で簡易に作製し得ることを見出した。
即ち、半導体基板の所定位置に、パッド電極あるいはＵＢＭが僅かに露出する程度の開口を有するマスクを取付け、液相焼結接合部となる接合用ペーストをパッド電極あるいはＵＢＭの中央部分に印刷し、次いで、マスクを取り外し、パッド電極あるいはＵＢＭに塗布された接合用ペーストを液相焼結することにより、パッド電極あるいはＵＢＭのほぼ中央部分に所定の高さを有する液相焼結接合部を作製し得るのである。
【００１２】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
（１）相対向する半導体基板をはんだバンプにより相互に接続・導通してなる半導体装置であって、一方の半導体基板のパッド電極あるいはアンダーバンプメタル上に、前記パッド電極の径あるいはアンダーバンプメタルの径よりも小径で、かつ、前記一方の半導体基板に対して垂直な方向に延びる芯柱状の液相焼結接合部が形成され、一方の半導体基板と他方の半導体基板は、前記液相焼結接合部の構成成分である低融点金属によって接合されて接続・導通していることを特徴とする半導体装置、  
（２）相対向する半導体基板をはんだバンプにより相互に接続・導通してなる半導体装置であって、一方の半導体基板及び他方の半導体基板のそれぞれ向かい合う位置のパッド電極あるいはアンダーバンプメタル上に、前記それぞれのパッド電極の径あるいはアンダーバンプメタルの径よりも小径で、かつ、前記それぞれの半導体基板に対して垂直な方向に延びる芯柱状の液相焼結接合部が形成され、一方の半導体基板と他方の半導体基板は、前記それぞれの液相焼結接合部の構成成分である低融点金属によって接合されて接続・導通していることを特徴とする半導体装置、
（３）前記液相焼結接合部は、液相焼結処理時に全ての低融点金属が化合物形成することなく、熱分析により1つ以上の低融点金属に由来するピークを示す材料から構成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の半導体装置、
に特徴を有するものである。
【００１３】
さらに、本発明は、
（４）相対向する半導体基板をはんだバンプにより相互に接続・導通してなる半導体装置の製造方法において、一方の半導体基板上のパッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面に接合用ペーストを印刷塗布し、これを液相焼結処理して、パッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面のほぼ中央部分に小径の液相焼結接合部を形成し、一方の半導体基板と他方の半導体基板との間にスペーサーを挟んだ状態で前記液相焼結接合部を、他方の半導体基板上のパッド電極あるいはアンダーバンプメタルに近接して対向配置し、液相焼結接合部を液相焼結処理温度より高い温度で接合熱処理し、液相焼結処理時に化合物化しなかった低融点金属が溶融、凝固することにより、相対向する半導体基板を接合することを特徴とする（１）に記載の半導体装置の製造方法、
（５）相対向する半導体基板をはんだバンプにより相互に接続・導通してなる半導体装置の製造方法において、一方の半導体基板上のパッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面及び他方の半導体基板上のパッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面に、それぞれ接合用ペーストを印刷塗布し、これを液相焼結処理して、パッド電極あるいはアンダーバンプメタルの表面のほぼ中央部分にそれぞれ小径の液相焼結接合部を形成し、一方の半導体基板と他方の半導体基板との間にスペーサーを挟んだ状態で前記一方の半導体基板の液相焼結接合部と他方の半導体基板の液相焼結接合部とを近接して対向配置し、液相焼結接合部を液相焼結処理温度より高い温度で接合熱処理し、液相焼結処理時に化合物化しなかった低融点金属が溶融、凝固することにより、相対向する半導体基板を接合することを特徴とする（２）に記載の半導体装置の製造方法、
（６）前記液相焼結接合部は、液相焼結処理時に全ての低融点金属が化合物形成することなく、熱分析により1つ以上の低融点金属に由来するピークを示す材料から構成されていることを特徴とする（４）または（５）に記載の半導体装置の製造方法、
に特徴を有するものである。
ここで、「液相焼結」とは、例えば、後記する第一群粉末（相対的に高融点）と第二群粉末（相対的に低融点）の混合粉を含有するペースト材料を焼結して焼結体を形成するに際し、焼結温度にて、形成される焼結体（液相焼結接合部）の形が維持されると同時に、第二群の低融点金属成分のすべてが、第一群粉末の金属成分と化合物を形成してしまうことのないような焼結の形態、言い換えれば、第二群の低融点金属成分の少なくとも一部は、焼結体中で化合物化せずそのまま残っている焼結の形態、をいう。
【００１４】
以下、図面とともに本発明を詳細に説明する。
図２に、本発明の第一の実施の態様における半導体基板Ｂへの液相焼結接合部の作製工程の概略説明図を示し、図３に、本発明の第一の実施の態様における半導体基板Ｂに形成される液相焼結接合部の概略模式図を示す。
【００１５】
図２に示すように、本発明の液相焼結接合部は、（ａ）〜（ｄ）の工程により作製することができる。
まず、パッド電極が形成されている半導体基板Ｂの表面（半導体パッケージ用ウエハ上にＵＢＭが設けられている場合も当然に含むが、以下、ＵＢＭについての説明は省略する。）に、パッド電極のほぼ中央部の表面が露出する程度の小さな開口を有するメタルマスクを取付け（図２（ａ）参照）、メタルマスクの小さな開口からパッド電極のほぼ中央部の表面にスキージを用いて接合用ペーストを印刷する（図２（ｂ）参照）。
次いで、メタルマスクを取り外し（図２（ｃ）参照）、接合用ペーストの種類に応じた温度（例えば、はんだペーストのリフロー温度近傍またはそれ以下の温度）で焼結し、パッド電極のほぼ中央部に、半導体基板Ｂに垂直な方向に延び、かつ、小径の液相焼結接合部（図２（ｄ）参照）を形成する。
図８に、液相焼結接合部の一例として、第一群粉末であるＣｕが３９質量％、第二群粉末であるＳｎが６１質量％からなる液相焼結接合部のＳＥＭ画像を示す。
なお、図２では、パッド電極表面に形成されるＵＢＭの図示を省略しているが、パッド電極上にＵＢＭが設けられている場合も、本発明の範囲に含まれることは勿論である。
【００１６】
次いで、図４に示すように、前記液相焼結接合部が形成された半導体基板Ｂと、液相焼結接合部を形成していない半導体基板Ａを、半導体基板Ｂが上方に位置するように配置し、かつ、液相焼結接合部と半導体基板Ａが近接するように配置し、半導体基板Ｂの液相焼結接合部を接合熱処理し、液相焼結処理時に化合物化しなかった低融点金属を溶融、凝固させることにより、半導体基板Ｂと半導体基板Ａを接合させる。
図５に示すように低融点金属により半導体基板Ｂと半導体基板Ａが接合されることから、半導体基板相互の付着強度は高く、さらに、液相焼結接合部を小径のものとして形成することによって、ファインピッチ化が可能な半導体装置を作製することができる。
【００１７】
本発明では、半導体基板Ａと半導体基板Ｂの接続時に、液相焼結接合部がその形を維持する必要があることから、液相焼結接合部の構成材料は、液相焼結接合部の接合熱処理温度で軟化せず、その形を維持し得る材料であることが必要であると同時に、接合熱処理温度において、液相焼結処理時に化合物形成されなかった低融点金属を溶融させることによって接合され得る材料であることが必要とされる。
【００１８】
このような特性を備え、本発明の液相焼結接合部を形成するために好適なペースト材料としては、例えば、以下にあげる第一群粉末と第二群粉末の混合粉を含有するペースト材料があげられる。
例えば、第一群粉末としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末、また、液相温度が４５０℃以上のろう合金粉末及び液相温度が２８０℃以上の高温はんだ合金粉末の内から選ばれた一種又は二種以上の合金粉末を用いることができるが、特に、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を用いることが望ましい。
また、第二群粉末としては、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｇａの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末、また、液相温度が２４０℃以下のはんだ合金の合金粉末を用いることができるが、特に、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を用いることが望ましい。
上記第一群粉末と第二群粉末の混合粉末を含有するペーストを用い、これを印刷法で半導体基板Ａに印刷塗布し、液相焼結することによって、焼結温度があまり高くなく、液相焼結接合部の接合熱処理温度で、化合物形成されなかった低融点金属により、相対する電極パッドまたは液相焼結接合部と接続することができる。
ただし、接合熱処理温度において、全ての低融点金属が化合物形成されないためには、第一群粉末に対する第二群粉末の配合割合を高くすることが必要である。
【００１９】
具体的には、液相焼結接合部を形成するためのペースト材料の選定にあたり、上記第一群粉末の含有量が２５質量％未満であると、第二群粉末が多すぎて、液相焼結処理時に液相焼結接合部の形が崩れてしまい、芯柱状にならず、一方、上記第一群粉末の含有量が５０質量％を超えると、第二群粉末が少なすぎて、半焼結処理時に第二群粉末すべてが第一群粉末と金属間化合物を形成してしまい、液相焼結接合部の融点が上昇するため接合することができない。
したがって、本発明では、混合粉末中における第一群粉末の含有量を２５〜５０質量％とすることが望ましく、３５〜５０質量％とすることがより望ましい。
【００２０】
前記液相焼結接合部を形成するために使用される接合用ペーストは、例えば、以下の手順で調製することができる。
接合用ペースト用原料粉末として、第一群粉末と第二群粉末を用意する。
これらの粉末を、接合用ペースト用粉末の総重量を１００質量％とした場合に、第二群粉末が５０〜７０質量％であり、また、残部は第一群粉末となるように配合して混合粉末を作製する。
この混合粉末を、Ｖ型混合機等の通常用いられる粉末混合機中で混合する。
次に、接合用ペーストの総重量を１００質量％とした時に、好ましくは、フラックスを５〜４０質量％、残りは前記混合粉末となるように配合し、この接合用ペーストを、機械混練機等の通常用いられる混練機中で混合することにより、本発明の液相焼結接合部を形成するために使用される接合用ペーストが作製される。
【００２１】
接合用ペーストのフラックスとしては、通常用いられる一般的なフラックスを用いることが可能であり、特に制限するものではないが、ペーストの濡れ性の観点等から、ＲＡやＲＭＡフラックスを用いることが好ましい。また、このフラックス中には、通常用いられるロジン、活性剤、溶剤およびチキソ剤等が含まれていても構わない。
また、接合用ペーストにおけるフラックス含有量が５質量％未満であると、ペースト状にならない。一方、フラックス含有量が４０質量％を超えると接合用ペーストの粘度が低すぎて、印刷の際にダレが生じたり、液相焼結処理時に形状が崩れてしまい柱状の液相焼結接合部としての十分な高さが確保できないことから、接合用ペースト中のフラックス含有量を５〜４０質量％とすることが望ましく、フラックス含有量を６〜１５質量％とすることがさらに望ましい。
【００２２】
次に、図２〜図５にもとづいて、本発明の第一の実施の態様における半導体装置の製造工程を説明する。
【００２３】
まず、半導体基板Ｂに対する液相焼結接合部の形成は、図２の（ａ）〜（ｄ）として示す工程により行われる。
まず、半導体基板Ｂの表面（半導体パッケージ用ウエハ上にＵＢＭが設けられている場合も当然に含む）に、パッド電極のほぼ中央部の表面が露出する程度の小さな開口を有するメタルマスクを取付け（図２（ａ）参照）、メタルマスクの小さな開口からパッド電極のほぼ中央部の表面にスキージを用いて接合用ペーストを印刷する（図２（ｂ）参照）。
次いで、メタルマスクを取り外し（図２（ｃ）参照）、接合用ペーストの種類に応じた温度で液相焼結処理し、パッド電極のほぼ中央部に、半導体基板Ｂに垂直な方向に延び、かつ、小径の液相焼結接合部を形成する（図２（ｄ）参照）。
【００２４】
次に、図２（ａ）〜（ｄ）の工程で形成された図３に示す液相焼結接合部を備えた半導体基板Ｂを、図４に示すように、液相焼結接合部を形成していない半導体基板Ａの上方に位置させ、かつ、それぞれが近接するように配置し、半導体基板Ｂの液相焼結接合部を接合熱処理温度に加熱して、半焼結処理時に化合物形成されなかった低融点金属が溶融することで、半導体基板Ｂと半導体基板Ａを接着し、そして、その後これを冷却することにより、図５に示すように、液相焼結接合部により半導体基板Ａと半導体基板Ｂが密着接合した半導体装置を作製することができる。
【００２５】
次に、図６、図７に基づいて、本発明の第二の実施の態様における半導体装置の製造工程を説明する。
【００２６】
まず、半導体基板Ｂに対する液相焼結接合部の形成は、前記第一の実施の態様の場合と同様に、図２の（ａ）〜（ｄ）として示す工程により行われる。
また、半導体基板Ａに対しても、同様にして、液相焼結接合部を形成する。
ついで、図２（ａ）〜（ｄ）の工程で形成された図３に示す液相焼結接合部を備えた半導体基板Ｂ及び半導体基板Ａを、図６に示すように、それぞれの液相焼結接合部が近接するように対向して配置し、半導体基板Ａ、Ｂの液相焼結接合部を接合熱処理温度に加熱して、半焼結処理時に化合物形成されなかった低融点金属が溶融することで、半導体基板Ｂと半導体基板Ａを接着し、そして、その後これを冷却することにより、図７に示すように、それぞれの液相焼結接合部同士が接合された状態で半導体基板Ａと半導体基板Ｂが密着接合した半導体装置を作製することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、半導体基板Ａ、半導体基板Ｂの少なくとも一方に、小径の焼結芯柱を形成することによって、導電性の低下を招くことなく十分な密着強度が得られるばかりか、ファインピッチ化が可能となるバンプ接続が行える。
したがって、本発明によれば、より一層の高密度実装化が図られる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術（特許文献２記載のもの）におけるはんだバンプの概略模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第一の実施の態様における半導体基板Ｂへの液相焼結接合部の作製工程の概略説明図である。
【図３】本発明の半導体基板Ｂに形成される液相焼結接合部の概略模式図である。
【図４】本発明の第一の実施の態様における半導体製造時のバンプ接続前の概略模式図である。
【図５】本発明の第一の実施の態様における半導体製造時のバンプ接続後の概略模式図である。
【図６】本発明の第二の実施の態様における半導体製造時のバンプ接続前の概略模式図である。
【図７】本発明の第二の実施の態様における半導体製造時のバンプ接続後の概略模式図である。
【図８】本発明の液相焼結接合部のＳＥＭ画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法について、実施例を用いて説明する。
【００３０】
［実施例１］
表１に、本実施例１で液相焼結接合部を形成するために使用した接合用ペーストＡ〜Ｍに含有される粉末の種類、組合せ、配合割合、さらに、フラックスの種類とその含有割合を示す。
なお、接合用ペーストに含有される粉末については、その粒径は１〜５μｍであり、平均粒径は、２．５μｍである。
【００３１】
次に、図２（ａ）〜（ｄ）に示す工程で、パッド電極（直径：６０μｍ）が形成されている半導体基板Ｂの表面に、パッド電極径より小径の開口（開口直径：４３μｍ、開口ピッチ：１００μｍ）が設けられた厚さ２０μｍのメタルマスクを載置し、表１に示す焼結用ペーストＡ〜Ｍをスキージによりパッド電極表面に印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、印刷塗布した焼結用ペーストを、窒素雰囲気のベルト炉で、表２に示す温度で液相焼結して、半導体基板Ｂのパッド電極の中央部にほぼメタルマスクの厚さに相当する高さを有する図３に示す４０００個の液相焼結接合部を作製した。
【００３２】
ついで、上記で作製した液相焼結接合部を形成した半導体基板Ｂと、液相焼結接合部を形成していない半導体基板Ａを、図４に示すように、半導体基板Ｂが上方に位置し、しかも、液相焼結接合部が半導体基板Ａに近接するように配置し、厚み３０μｍのスペーサーを基板間に挟み、液相焼結接合部を表３に示される温度で接合熱処理することにより、表３及び図５に示す液相焼結接合部で接続された本発明半導体装置１〜１６を２００個製造した。
【００３３】
ついで、上記本発明半導体装置１〜１６について、半導体基板Ａと半導体基板Ｂの導通不良発生率について電気測定を行った。
プローブピンを用いて半導体パッケージ（ユニット）を無作為に抽出した５０個測定した際の導通不良ユニット発生個数を評価した。  なお、本実施例では、プロセスによって異なる一定のスペーサ―を用いて測定するため、十分な高さのない液相焼結接合部ができた場合、短絡しやすくなることから、本試験の結果から不良率の少ないものはファインピッチ化、高密度実装化が可能であるといえる。  表３には、本発明半導体装置１〜１６について求めた導通不良発生個数を示す。
【００３４】
【表１】
0006350967.tif 000002
【００３５】
【表２】
0006350967.tif 000003
【００３６】
【表３】
0006350967.tif 000004
【００３７】
［実施例２］
実施例２として、第一群粉末あるいは第二群粉末の少なくとも一方を合金粉末とした表４に示す本発明焼結用ペーストＮ〜Ｒを用いて、実施例１と同様にして、半導体基板Ｂに表４に示す液相焼結接合部を作製し、この半導体基板Ｂと、液相焼結接合部を形成していない半導体基板Ａを図４に示すように、半導体基板Ｂが上方に位置するように、液相焼結接合部が半導体基板Ａに近接するように配置し、液相焼結接合部を表５に示される温度で接合熱処理することにより、表５及び図５に示す液相焼結接合部で接続された半導体装置２１〜２５を製造した。
実施例１と同様にして、本発明半導体装置２１〜２５について半導体基板Ａと半導体基板Ｂの導通不良発生個数を測定した。
表５に、本発明半導体装置２１〜２５について求めた導通不良発生個数を示す。
【００３８】
【表４】
0006350967.tif 000005
【００３９】
【表５】
0006350967.tif 000006
【００４０】
［実施例３］
図２（ａ）〜（ｄ）に示す工程で、パッド電極（直径：６０μｍ）が形成されている半導体基板Ａの表面に、パッド電極径より小径の開口（開口直径：４３μｍ、開口ピッチ：１００μｍ）が設けられた厚さ２０μｍのメタルマスクを載置し、表１に示す接合用ペーストをスキージによりパッド電極表面に印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、印刷塗布した接合用ペーストを、窒素雰囲気のベルト炉で、表２に示す温度で液相焼結処理して、半導体基板Ａのパッド電極の中央部にほぼメタルマスクの厚さに相当する高さを有する図６に示す４０００個の液相焼結接合部を作製した。
次いで、半導体基板Ａに形成した上記液相焼結接合部と、実施例１で作製した半導体基板Ｂの液相焼結接合部を図６に示すように近接させて対向させ、厚み６０μｍのスペーサーを基板間に挟み、表６に示される温度で接合熱処理して、表６及び図７に示す半導体装置３１〜４７を作製した。
実施例１と同様にして、本発明半導体装置３１〜４７について半導体基板Ａと半導体基板Ｂの導通不良発生個数を測定した。
表６に、本発明半導体装置３１〜４７について求めた導通不良発生個数を示す。
【００４１】
【表６】
0006350967.tif 000007
【００４２】
［比較例］
比較のために、パッド電極（直径：６０μｍ）が形成されている半導体基板Ａおよび半導体基板Ｂのいずれか一方の表面に、メタルマスク（開口直径：７２μｍ、開口ピッチ：１００μｍ、厚さ：３０μｍ）を載置し、メタルマスクの開口からスキージを用いて、表７に示すはんだペーストを印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、窒素雰囲気のベルト炉で、はんだペーストの種類に応じて表７に示す温度でリフロー処理し、パッド電極の表面に、表８に示す比較例のはんだバンプを４０００個作製し、次いで、半導体基板Ａおよび半導体基板Ｂのいずれか一方のパッド電極と他方のはんだバンプを対向させ、厚み６０μｍ，３０μｍのスペーサーを基板間に挟み、はんだバンプを表８に示す温度で再リフローさせることにより、バンプで接続された比較例半導体装置１〜５を作製した。
【００４３】
比較例半導体装置１〜５について、本発明半導体装置１〜１６、２１〜２５、３１〜４７と同様にして、導通不良発生個数を測定した。半導体基板Ａと半導体基板Ｂの導通不良発生個数を測定した。  
表８に、比較例半導体装置１〜５について求めた導通不良発生個数を示す。
【００４４】
【表７】
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【００４５】
【表８】
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【００４６】
表３、表５、表６、表８に示す結果から、比較例半導体装置は、バンプ自重による扁平化が生じるため、隣接する溶融はんだ金属バンプとの接触や、バンプ高さ不足による導通不良が生じるのに対して、本発明半導体装置は、対向する半導体基板の一方に液相焼結接合部を形成し、あるいは、対向する半導体基板の両者に液相焼結接合部を形成していることから、十分な距離の基板間距離を保ち、さらに、半導体基板ＡとＢの密着強度にもすぐれ、また、導電性を低下させる恐れもないことから、はんだバンプのファインピッチ化が可能であり、その結果として、半導体の高密度実装を実現することが可能である。
【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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【図７】
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【図８】
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