(57)【要約】少なくとも２つの金属または半導体素子の共融または理論組成を含むはんだ材料は、半導体構成要素（１）の接点（２）上に付与され、メタライゼーションされた薄膜（４）の金属層（３）と接触させられ、加熱によって薄膜の金属層へと合金化され、従って、高い溶融点を有する導電性接続が生じる。このために特に適切なはんだ金属は、Ｂｉ２２Ｉｎ７８（溶融点７３℃）、Ｂｉ４３Ｓｎ５７またはＩｎ５２Ｓｎ４８、特にＢｉＩｎまたはＢｉＩｎ２である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構成要素（１）を金属層（３）が提供された薄膜（４）と接触接続させる方法であって、
第１の工程において、少なくとも２つの異なった元素の金属または半導体材料を含み、該材料の溶融点は、該薄膜が破損しない温度であり、はんだ材料が、該半導体構成要素の接点（２）と該薄膜の該金属層との間に付与され、
第２の工程において、該はんだ材料が溶融され、続いて硬化され、従って、該付与されたはんだ材料の該溶融点よりも高い溶融点を有する材料を含む持続性導電性接続が製作される、方法。
【請求項２】
前記第２の工程において、前記薄膜の前記金属層の前記金属を用いて、より高い溶融点を有する合金または金属間化合物を形成するために、はんだ材料が用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶融点が、前記はんだ材料内に含まれる金属または半導体材料の共融組成の温度よりも最高１０℃高い、はんだ材料が用いられる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ビスマスを含む、はんだ材料が用いられる、請求項１〜３の１つに記載の方法。
【請求項５】
ビスマスとインジウムとを含む組成の群、ビスマスと錫とを含む組成の群、およびインジウムと錫とを含む組成の群からの材料である、はんだ材料が用いられる、請求項１〜３の１つに記載の方法。
【請求項６】
Ｂｉ２２Ｉｎ７８、Ｂｉ４３Ｓｎ５７およびＩｎ５２Ｓｎ４８の群を含む材料である、はんだ材料が用いられる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
組成ＢｉＩｎまたはＢｉＩｎ２の金属間化合物または相である、はんだ材料が用いられる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
第１の工程において、前記はんだ材料は、スパッタリングによって接点または金属層上に付与される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
第１の工程において、前記はんだ材料は、電子ビーム蒸着によって接点または金属層上に付与される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の工程において、前記はんだ材料は、前記薄膜の前記金属層の厚さと比較して、制限された層厚が付与され、前記第２の工程の後、該薄膜上に存在する少なくとも１つの金属層の層部分が不変の状態で保持される、請求項１〜９の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、半導体構成要素を薄膜上のメタライゼーションと接触接続する方法に関する。
【０００２】
導電性接着剤を用いて、低い処理温度であっても導電性接続が作製され得る。しかしながら、多くのこのような接着剤は、硬化するために、実際には比較的高い温度を必要とする。この温度では、薄膜の樹脂材料が破損するか、またはその上に付与されたメタライゼーションが剥離する。さらに、多くの用途にとって導電性が不十分であり、製作された接続が湿気に対して敏感である。特に、電子構成部品（例えば、Ｓｉ−ＩＣチップ）の接点が、温度負荷性能の限界が約１２０℃であり、付与された金属層が非常に薄い（通常、約１００ｎｍ）、メタライゼーションされた樹脂薄膜の（例えば、銅またはニッケルを含む）金属層と接続される場合、導電性接着剤を用いて、薄膜を破壊しなければ剥離できないような、十分な持続性および良好な導電性を有する接続を製作することは困難である。
【０００３】
本発明の課題は、半導体構成要素をメタライゼーションされた樹脂薄膜と接触接続する方法を提示することである。この方法は、薄膜が破損されないような温度にて実施され、十分な導電性を有する持続的導電性接続を提供する。
【０００４】
本課題は、請求項１の特徴を有する方法により解決される。実施形態は、従属請求項から明らかである。
【０００５】
本発明による方法の場合、少なくとも２つの金属または半導体化学元素を含むはんだ材料、好適には金属が、接触接続のために提供された場所における、半導体構成要素の接点上、または薄膜の金属層上に付与される。このはんだ材料は、薄膜の抵抗率に対する臨界温度より低い温度である溶融点を有し、溶融後、硬化の後に元のはんだ材料よりも高い溶融点を有する材料を形成するような性質を有する。溶融されたはんだ材料は、好適には、合金、あるいは薄膜の金属層の金属との金属間化合物または相、または半導体構成要素の接点の金属との金属間化合物または相を形成するような性質を有する。好適には、このような溶融点は非常に高いので、はんだ接続を溶融する実験において、薄膜が必然的に破損し、または、少なくとも金属層が薄膜から剥離して、構成全体が使用不可能になることはない。
【０００６】
この目的のために特に適切なはんだ材料は、組成が共融点、または、少なくとも共融点に近くなるように組成比が選択される組成（すなわち、混合物、合金または化学量論的化合物を形成する、少なくとも２つおよび好適にも２つの構成材料を含む混合物）である。特に、組成のこの選択については、すなわち、構成材料の比を変更する毎に、組成の溶融点が上昇するということが言える。はんだ材料が溶融する際に、合金または金属間化合物が作製される。この合金または金属間化合物は、薄膜の金属層の金属または半導体構成要素の接点の金属比を含み、従って、導電性接続を形成する材料の組成は、溶融点が極めて高く、特に、薄膜を破損し得る温度より高いという点で、はんだ材料の元の組成の共融とは実質的に異なる。ほぼ共融組成である組成として、ここで、共融の温度とは最高１０℃だけ異なる溶融点を有する組成が定義される。
【０００７】
可能なはんだ材料として、好適には、銅またはニッケルを含む薄膜の金属層との接続において、第１に、ビスマス（化学記号Ｂｉ）を含む材料が考えられる。所望のものを達成する、共融またはほぼ共融（共融との温度差は最高１０℃）の組成は、ビスマスとインジウムとを含む組成の群、ビスマスと錫とを含む組成の群、およびインジウムと錫とを含む組成の群からの材料である。この材料の共融組成の原子量は、Ｂｉ２２Ｉｎ７８、Ｂｉ４３Ｓｎ５７およびＩｎ５２Ｓｎ４８である。
【０００８】
材料Ｂｉ２２Ｉｎ７８は、７２．７℃の溶融点を有する共融組成を形成する。これにより、約８０℃にて、はんだ接続が作製され得る。はんだ材料Ｂｉ２２Ｉｎ７８は、例えば、半導体構成要素の接点にスパッタリングによって付与され得る。はんだ材料は、その後、接点上に薄い層を形成する。この層は、薄膜の金属層と接触され、必要に応じて、低圧下で保持される。はんだ材料の溶融温度より高い温度に加熱することによって、はんだ材料が溶融され、半導体構成要素と、薄膜の金属層との間に導電性接続を形成する材料になるように薄膜の金属層の金属と合金化される。この接続は、少なくとも２７０℃まで負荷可能である。温度負荷性能が最高約１２０℃までにおよぶ薄膜を使用する場合、従って、接続は、約８０℃にて問題なく作製され得る。従って、接続は、もはや溶融されず、薄膜を破壊し得ない。
【０００９】
添付の図において、接点２と接点上に付与された薄膜４の金属層３とを含む半導体構成要素の作製された構成の例を模式的に示す。薄膜および構成要素の寸法、金属化された薄膜と接続された接点の数および寸法、ならびに薄膜および金属層を形成する層の数は任意である。
【００１０】
はんだ材料が過剰である場合、ａ）薄膜の金属層は、金属層の全体の層においてはんだ材料と合金化され、場合によっては薄膜から剥離され、およびｂ）依然として低温、実施例において、７２．７℃で溶融する、合金化されないはんだ材料が残留することを回避するために、付与されたはんだ層の厚さは、好適には、制限される。はんだ材料は、その場合、特定の層厚で付与される。この層厚は、はんだ材料全体が接点の金属か、または薄膜の金属層との合金または、化学量論的金属間化合物を形成し、少なくとも、薄膜に付着する、薄膜の金属層の元の金属の層の部分が不変の状態で保持されることが保証される。従って、はんだ材料が溶融する際に、半導体構成要素と、薄膜の金属層との間に存在するはんだ材料の貯えが、金属層の金属よりも速く使い果たされる。これにより、金属層が薄膜自体の上にまで合金化されることも、合金化されないはんだ材料が残留することもなくなる。作製された接続の材料の溶融点は、接続領域に存在する熱力学的な面　の最低の溶融点によって決定される。
【００１１】
構成要素が、ニッケルを含む１００ｎｍの厚さの金属層を有する薄膜と接触接続される例示の実施形態において、構成要素の接点上にＢｉ２２Ｉｎ７８を含む１００ｎｍ厚さの層がスパッタリングされ得る。導電性接続は、数秒内に８０℃に加熱された場合に生じ、６５０℃まで負荷上昇され得る。
【００１２】
上述の、さらなる共融組成は、溶融点１３９℃（Ｂｉ４３Ｓｎ５７）および１１７℃（Ｉｎ５２Ｓｎ４８）を有する。これらの組成は、用いられた薄膜が、安全に、当該の温度値よりも数度高く加熱される場合に、それぞれ用いられ得る。金属間相ＢｉＩｎおよびＢｉＩｎ２は、ビスマスとインジウムとの化学両論比での金属結合であり、１０９．５℃または８９℃にて溶融する。これは、同様に、一般的な樹脂薄膜に対して、尚、無害である温度である。金属間相は、特定の温度にて蒸発する唯一の相として、およびその中に含まれる成分の種々の蒸気圧を有する混合物質のように蒸発しないという利点を提供する。従って、このような金属間相または化学両論的組成がはんだ材料として用いられる場合、電子ビーム蒸着を用いてはんだ材料を付与することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、接点と接点上に付与された薄膜の金属層とを含む半導体構成要素の作製された構成の例を模式的に示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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