(57)【要約】【課題】  本発明は、接合強度が強く高信頼性を確保できる接合部を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る半導体装置は、バンプ電極２を有する半導体素子１と、バンプ電極４を有する半導体素子３と、バンプ電極２及びバンプ電極４の材料より低融点の材料よりなり、バンプ電極２とバンプ電極４とを対面させて接合する接合材５とを備える。そして、バンプ電極２は、バンプ電極４に比べて接合材５が拡散し難い材料で、バンプ電極２のバンプ電極４と対面する電極端の面積は、バンプ電極２と接合材５が接合している面積より大きく、バンプ電極４のバンプ電極２と対面する電極端の面積は、バンプ電極４と接合材が接合している面積より小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を有する第１の半導体素子と、
第２の電極を有する第２の半導体素子と、
前記第１の電極及び前記第２の電極の材料より低融点の材料よりなり、前記第１の電極と前記第２の電極とを対面させて接合する接合材とを備え、
前記第１の電極は、前記第２の電極に比べて前記接合材が拡散し難い材料よりなり、前記第１の電極の前記第２の電極と対面する電極端の面積は、前記第１の電極と前記接合材が接合している面積より大きく、
前記第２の電極の前記第１の電極と対面する電極端の面積は、前記第２の電極と前記接合材が接合している面積より小さい、半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１の半導体素子又は前記第２の半導体素子に代えて、回路基板とすることを特徴とする、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置であって、
前記第１の電極又は前記第２の電極の少なくとも一方は、２層で構成されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記２層のうちの１層は、酸化防止材料で形成されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置を製造する方法であって、
前記接合材を、前記第１の電極及び前記第２の電極の前記電極端の面積より小さい面積で、予め前記第１の電極上に形成しておき、しかる後、前記第１の電極と前記第２の電極とを対面させて接合することを特徴とする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、半導体装置及びその製造方法に係る発明であって、特に、半導体装置の接合部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置において、２つの半導体素子を接合する構造について説明する。まず、一方の半導体素子には、バンプ電極が形成され、他方の半導体素子にもバンプ電極が形成されている。ここで、一方の半導体素子に形成されたバンプ電極と他方の半導体素子に形成されたバンプ電極とは同じ大きさである。つまり、バンプ電極の電極端の面積（以下、バンプ電極の面積ともいう）は、一方の半導体素子に形成されたバンプ電極も他方の半導体素子に形成されたバンプ電極も同じである。ここで、バンプ電極の電極端とは、他のバンプ電極と接合する部分をいう。
【０００３】
バンプ電極同士を直接接続することにより、一方の半導体素子と他方の半導体素子とが接合している。バンプ電極同士が直接接続するためには、バンプ電極間に接合材が形成される。この接合材の端部の面積（以下、接合材の面積ともいう）とバンプ電極の面積とは同じ大きさである。また、一方の半導体素子に形成されたバンプ電極と他方の半導体素子に形成されたバンプ電極とは、同じ材料で形成されている。例えば、バンプ電極の材料はＡｕなどが用いられる。また、接合材料は、例えばＳｎなどが用いられる。
【０００４】
次に、半導体素子と回路基板との接合について説明する。まず、半導体素子及び回路基板に、バンプ電極が形成されている。そして、半導体素子と回路基板とを接続するために、半導体素子に形成されたバンプ電極と回路基板に形成されたバンプ電極との間には接合材が形成される。なお、半導体素子及び回路基板に形成されるバンプ電極材料は同じであり、半導体素子及び回路基板に形成されたバンプ電極の面積と接合材の面積は、全て同じ大きさである。なお、当該構造の詳細な説明については、特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１０７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体装置の信頼性を向上させるためには、背景技術で説明した半導体素子同士や半導体素子と回路基板との接合部の接合強度を向上させる必要がある。背景技術で説明したような、半導体素子及び回路基板に形成されたバンプ電極が同一材料で、半導体素子及び回路基板に形成されたバンプ電極の面積、接合材の面積が同一である半導体装置の接合部であっても十分な信頼性を確保できる。しかし、より高い信頼性の確保を目指すには、半導体装置の接合強度を向上させる必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、接合強度が強く高信頼性を確保できる接合部を有する半導体装置及びその製造方法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】
【０００８】
本発明に係る解決手段は、第１の電極を有する第１の半導体素子と、第２の電極を有する第２の半導体素子と、第１の電極及び第２の電極の材料より低融点の材料よりなり、第１の電極と第２の電極とを対面させて接合する接合材とを備え、第１の電極は、第２の電極に比べて接合材が拡散し難い材料よりなり、第１の電極の第２の電極と対面する電極端の面積は、第１の電極と接合材が接合している面積より大きく、第２の電極の第１の電極と対面する電極端の面積は、第２の電極と接合材が接合している面積より小さい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に記載の半導体装置は、第１の電極を有する第１の半導体素子と、第２の電極を有する第２の半導体素子と、第１の電極及び第２の電極の材料より低融点の材料よりなり、第１の電極と第２の電極とを対面させて接合する接合材とを備え、第１の電極は、第２の電極に比べて接合材が拡散し難い材料よりなり、第１の電極の第２の電極と対面する電極端の面積は、第１の電極と接合材が接合している面積より大きく、第２の電極の第１の電極と対面する電極端の面積は、第２の電極と接合材が接合している面積より小さいので、第１の半導体素子と第２の半導体素子との接合強度をより強くすることができ、半導体装置の高信頼性を確保することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態に係る半導体装置の接合部の断面図を示す。図１では、半導体素子１と半導体素子２とが電気的に接続されている。当該接合部は、半導体素子１に形成されるバンプ電極２と半導体素子３に形成されるバンプ電極４とが接合材５により接合することで構成されている。ここで、バンプ電極２がバンプ電極４と対面する側の面をバンプ電極２の電極端と呼び、当該電極端の面積（以下、バンプ電極２の面積ともいう）は、バンプ電極２と接合材５とが接合している面積より大きい。つまり、接合材５は、図１に示すバンプ電極２の電極端のみと接合されている。
【００１１】
また、バンプ電極４がバンプ電極２と対面する側の面をバンプ電極４の電極端と呼び、当該電極端の面積（以下、バンプ電極４の面積ともいう）は、バンプ電極４と接合材５とが接合している面積より小さい。つまり、接合材５は、図１に示すバンプ電極４の電極端のみならずバンプ電極４の側面とも接合している。なお、図１に示すようにバンプ電極２，４は、半導体素子１，２に設けられた配線６上に形成される。
【００１２】
本実施の形態に係る半導体装置においては、バンプ電極２の面積とバンプ電極４の面積とは同一ではなく、バンプ電極２の面積の方がバンプ電極４の面積より大きくなっている。そのため、接合材５は、図１に示すようにバンプ電極４側からバンプ電極２側へと広がる形状となる。背景技術ではバンプ電極２の面積とバンプ電極４の面積とが同一であり、バンプ電極２及びバンプ電極４と接合材５とが接合している面積も同一である。このような背景技術の接合部に比べて、本実施の形態に係る半導体装置の接合部は、接合材５がバンプ電極４側からバンプ電極２側へと広がる形状となるので、バンプ電極２とバンプ電極４とをより強く接合することができる。
【００１３】
次に、バンプ電極２とバンプ電極４とは同一材料ではなく、異なる材料により構成されている。具体的には、バンプ電極２は、バンプ電極４に比べて接合材５が拡散し難い材料を使用している。つまり、バンプ電極２は、接合材５の拡散し難いアモルファス状の無電解皮膜で形成され、バンプ電極４は、接合材５の拡散しやすい材料で形成されている。これは、接合前バンプ電極２上に形成される接合材５がバンプ電極２へ拡散するのを抑制し、バンプ電極４と接合するための接合材５を確保するためである。また、接合後に接合材５がバンプ電極４へ拡散することで、バンプ電極２とバンプ電極４とを接合材５で安定して結合することができる。以上のように、バンプ電極２とバンプ電極４とを異なる材料にすることで、同一材料を用いた場合に比べて結合を強くすることができる。
【００１４】
本実施の形態に係る半導体装置では、バンプ電極２にアモルファス状の無電解皮膜を使用する関係上、バンプ電極２が酸化しやすくなる。そのため、本実施の形態に係る半導体装置では、バンプ電極２のアモルファス状の無電解皮膜上に酸化防止の役割を果たす金属皮膜が形成されている。つまり、バンプ電極２は、アモルファス状の無電解皮膜上に金属皮膜が形成された２層構造となる。なお、図１では、簡略化のためバンプ電極２の層構造は図示していない。また、本実施の形態では、コスト面からバンプ電極２上にのみ金属皮膜を形成する構成としたが、バンプ電極４にも金属皮膜を形成し、接合材５が拡散しやすい材料との２層構造としても良い。
【００１５】
接合材５は、バンプ電極２及びバンプ電極４に用いられる材料より低融点の材料を用いる。接合材５に低融点の材料が用いられるのは、バンプ電極２とバンプ電極４とが接合材５で熱圧着又は超音波併用熱圧着で接合されるためである。熱圧着とは、バンプ電極２及びバンプ電極４は溶融しないが接合材５は溶融する温度まで加熱し、バンプ電極２及びバンプ電極４を接合材５に圧着して接合する方法である。また、超音波併用熱圧着とは、バンプ電極２，４や接合材５に超音波を印加しながら熱圧着を行う方法である。
【００１６】
以上のように、本実施の形態は、半導体素子１と半導体素子３とを接合する半導体装置であって、バンプ電極２の面積が、バンプ電極２と接合材５とが接合している面積より大きく、バンプ電極４の面積が、バンプ電極４と接合材５とが接合している面積より小さい。また、本実施の形態は、異なる材料で形成されたバンプ電極２とバンプ電極４とを、バンプ電極２やバンプ電極４より低融点の接合材５で接合しているので、従来より半導体素子１と半導体素子３との接合強度を強くすることができ、高信頼性を確保することができる。
【００１７】
また、バンプ電極２は、バンプ電極４より接合材５が拡散し難い材料を用い、酸化防止材料である金属皮膜との２層構造であるので、従来より半導体素子１と半導体素子３との接合強度を強くすることができ、半導体装置の高信頼性を確保することができる。
【００１８】
なお、本実施の形態では、半導体素子１と半導体素子３とを接合する半導体装置について説明したが、本発明は半導体素子同士を接合する場合に限らず、半導体装置と回路基板とを接合する場合に置いても適応することができる。本実施の形態で説明した半導体素子１，半導体素子３のいずれか一方を回路基板に変更しても、従来より半導体素子と回路基板との接合強度を強くすることができ、半導体装置の高信頼性を確保することができる。
【００１９】
さらに、本実施の形態では、バンプ電極２，４は２層で構成されている、あるいは構成されても良いと説明したが、本発明はこれに限られず、バンプ電極２，４が３層以上の構成であっても良い。
【００２０】
（実施の形態２）
本実施の形態に係る半導体装置は、図１に示したようにバンプ電極２の面積が、バンプ電極２と接合材５とが接合している面積より大きく、バンプ電極４の面積が、バンプ電極４と接合材５とが接合している面積より小さい接合部を有している。このような接合部を容易に形成するための製造方法を以下に説明する。
【００２１】
図２に、本実施の形態に係る半導体装置の接合前の断面図を示す。図２に示す接合部は、半導体素子１に形成されるバンプ電極２と半導体素子３に形成されるバンプ電極４とが接合される前の接合部である。ここで、バンプ電極２の面積は、バンプ電極４の面積より大きい。そして、接合材５は、バンプ電極４と接合する面の面積（以下、端部の面積ともいう）がバンプ電極４の面積より小さい。なお、接合材５は、円柱形状であるためバンプ電極２と接合される側の端部の面積とバンプ電極４と接合される側の端部の面積とは同じ面積である。
【００２２】
接合材５は、まずバンプ電極２上に形成し、バンプ電極４には形成しない。そのため、バンプ電極２には、バンプ電極４に比べて接合材５が拡散し難い材料を使用し、バンプ電極４と接合する前に接合材５がバンプ電極２に拡散してしまうことを抑制している。そして、バンプ電極４は接合材５が拡散しやすい材料を使用しているため、バンプ電極４と接合材５とが接合しやすく、バンプ電極２とバンプ電極４とを安定して接合することができる。
【００２３】
また、本実施の形態では、接合材５の端部の面積＜バンプ電極４の面積＜バンプ電極２の面積、となるように接合前の接合材５及びバンプ電極２，４の形状を制限することで、図１に示すような接合部を容易に形成することができる。つまり、接合材５は、熱圧着等でバンプ電極４と接合することにより端部が広がり、最終的に、バンプ電極４と接合材５とが接合している面積が、バンプ電極４の面積より大きくなる。一方、熱圧着等でバンプ電極２と接合材５も接合され接合材５の端部が広がるが、バンプ電極２の面積がバンプ電極４の面積より大きいため、最終的にバンプ電極２と接合材５とが接合している面積は、バンプ電極２の面積より小さくなる。
【００２４】
以上のように、半導体素子１と半導体素子３とを接合する前に、バンプ電極２上に形成された接合材５は、接合材５の端部の面積を、バンプ電極４の面積より小さく形成するので、半導体素子１と半導体素子３とを接合後、バンプ電極２の面積が、バンプ電極２と接合材５とが接合している面積より大きく、バンプ電極４の面積が、バンプ電極４と接合材５とが接合している面積より小さくなる接合部を容易に形成することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、バンプ電極２上に形成された接合材５は、めっき法や蒸着法により形成しているが、本発明ではこれらに限られない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の接合部の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の接合前の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  半導体素子、２  バンプ電極、３  半導体素子、４  バンプ電極、５  接合材、６  配線。
【図１】
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【図２】
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