(57)【要約】【課題】電子部品が積層接続されて構成される電子回路装置において、耐熱性、信頼性および生産性を高める。【解決手段】電子部品が積層接続された電子回路装置であって、電子部品（１０，２０）は、接続用電極（Ｃｕ）に積層された互いに融点が異なる接合部材（Ａｇ、Ｓｎ）が接合されることにより形成された金属間化合物（Ａｇ３Ｓｎ）を介して接続され、金属間化合物（Ａｇ３Ｓｎ）の融点は、融点が最も低い接合部材（Ｓｎ）の融点よりも高い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続用電極を含む複数の電子部品が積層接続されて構成される電子回路装置であって、
対向配置される各電子部品は、各電子部品の接続用電極に積層された互いに融点が異なる複数の接合部材が互いに接合されることにより形成された金属間化合物を介して、互いに接続されており、
前記金属間化合物の融点は、前記複数の接合部材のうち融点が最も低い接合部材の融点よりも高いことを特徴とする電子回路装置。
【請求項２】
前記金属間化合物の融点は、さらに、前記複数の接合部材のうち融点が最も高い接合部材の融点よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。
【請求項３】
前記金属間化合物は、前記複数の接合部材を、融点が最も低い前記接合部材の融点よりも低い温度で接合することにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子回路装置。
【請求項４】
前記金属間化合物は、非化学量論的組成の範囲を含む化合物であって、前記金属間化合物の接合部材の割合を調整して形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電子回路装置。
【請求項５】
対向配置される各電子部品は、対向する前記接続用電極が前記金属間化合物を介して、電気的に接続される電気接続部と、非電気接続部との、少なくとも何れか一方を備えていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電子回路装置。
【請求項６】
前記複数の接合部材のうち最表面側の接合部材は、酸化防止膜であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電子回路装置。
【請求項７】
前記複数の接合部材のうち最表面側の接合部材は、酸化防止膜であって、
前記酸化防止膜を除いた前記複数の接合部材は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、および、これらの合金、のうち少なくとも２つの組み合わせにより構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電子回路装置。
【請求項８】
前記酸化防止膜は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいは、これらの組み合わせにより構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電子回路装置。
【請求項９】
前記酸化防止膜の厚さは、２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の電子回路装置。
【請求項１０】
前記接続用電極は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいは、これらの組み合わせにより構成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の電子回路装置。
【請求項１１】
前記接続用電極は、基板から順にＣｒ／Ｃｕが積層されて構成されているとともに、前記接合部材は、前記接続用電極から順にＡｇ／Ｓｎ／Ａｇが積層されて構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電子回路装置。
【請求項１２】
当該電子回路装置は、複数の半導体ウェハの積層体であって、該半導体ウェハ内の各電子部品単位で、接続部と周辺部の封着部とを有し、かつ、各半導体ウェハ単位で、周辺部の封着部を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の電子回路装置。
【請求項１３】
接続用電極を含む複数の電子部品が積層接続されて構成される電子回路装置の製造方法であって、
各電子部品の基板に、接続用電極を形成する電極形成工程と、
前記接続用電極に、互いに融点が異なる複数の接合部材を積層する積層工程と、
各電子部品における前記接合部材を対向させて、前記複数の接合部材のうち融点が最も低い前記接合部材の融点よりも低い温度で加熱および加圧する加熱工程とを含み、
各電子部品を、前記加熱工程において形成された、融点が最も低い前記接合部材の融点よりも高い融点を有する金属間化合物を介して、互いに接続することを特徴とする電子回路装置の製造方法。
【請求項１４】
前記電極形成工程では、基板から順にＣｒ層／Ｃｕ層を形成し、
前記積層工程では、Ｃｕ層上に、順にＡｇ層／Ｓｎ層／Ａｇ層を形成し、
前記加熱工程では、Ｓｎの融点よりも低い温度で加熱および加圧し、
各電子部品を、前記加熱工程において形成された、Ｓｎの融点よりも高い融点を有するＡｇ３Ｓｎ層を介して、互いに接続することを特徴とする請求項１３に記載の電子回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を積層接続して構成される電子回路装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ＬＳＩ（Large Scale Integration）の技術（例えば特許文献１〜３）は、高度情報化社会に多大な貢献をもたらしてきたが、近年、半導体の微細化が物理的・経済的限界を迎えつつあり、さらなる高性能化が困難となっている。そこで、近年では、高度情報化社会のより一層の発展を目指し、半導体ＬＳＩの高性能化を図るべく、３Ｄ−ＳｉＰ（System in Package）と称する積層デバイス構造が盛んに研究されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３９８６６号公報（１９９９年９月７日公開）
【特許文献２】特許第４１３６８４４号公報（２００８年６月１３日登録）
【特許文献３】特開２００６−３０３３４５号公報（２００６年１１月２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の積層デバイス構造では、以下のような問題点がある。
【０００５】
すなわち、第１の問題点として、多数のウェハを多段階で積層接続するＣｕ−Ｃｕ接続技術では、真空中で接合温度や圧力が高いため、安定した製造プロセスを実現することが困難である。また、第２の問題点として、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｉｎ系のＰｂフリーろう材を用いた接続技術では、温度ヒエラルキー（温度階層）とフラックスレス可能な高耐熱の接合系を得ることが困難である。第３の問題点として、Ｐｂフリーろう材を溶融する接合技術では、ろう材が周囲にあふれるため、微細・狭ピッチな接合系を得ることが困難である。
【０００６】
積層デバイスの接続技術は、上記のような問題を含んでおり、標準化された技術は確立されておらず、本格的な実用化には至っていない。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、電子部品が積層接続されて構成される電子回路装置において、その耐熱性、信頼性および生産性を高めることにある。また、第２の目的は、電子部品を積層接続して構成される電子回路装置の製造方法において、低温、低加圧、短時間で電子部品を積層接続することができる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電子回路装置は、上記課題を解決するために、
接続用電極を含む複数の電子部品が積層接続されて構成される電子回路装置であって、
対向配置される各電子部品は、各電子部品の接続用電極に積層された互いに融点が異なる複数の接合部材が互いに接合されることにより形成された金属間化合物を介して、互いに接続されており、
前記金属間化合物の融点は、前記複数の接合部材のうち融点が最も低い接合部材の融点よりも高いことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、金属間化合物の融点は、融点が最も低い接合部材の融点よりも高いため、電子回路装置の耐熱性、信頼性および生産性を高めることができる。
【００１０】
上記電子部品では、前記金属間化合物の融点は、さらに、前記複数の接合部材のうち融点が最も高い接合部材の融点よりも低いことが好ましい。
【００１１】
これにより、電子回路装置の用途に応じて多くの材料構成を選択することができる。また、接合プロセスを低温・短時間で行うことができる。
【００１２】
上記電子部品では、前記金属間化合物は、前記複数の接合部材を、融点が最も低い前記接合部材の融点よりも低い温度で接合することにより形成されていることが好ましい。
【００１３】
これにより、固相接合により電子回路装置を製造することができるため、接合部のはみ出しなどの変形が起こらないため、より微細・狭ピッチな接続が可能となる。
【００１４】
上記電子部品では、前記金属間化合物は、非化学量論的組成の範囲を含む化合物であって、前記金属間化合物の接合部材の割合を調整して形成されていることが好ましい。
【００１５】
上記電子部品では、対向配置される各電子部品は、対向する前記接続用電極が前記金属間化合物を介して、電気的に接続される電気接続部と、非電気接続部との、少なくとも何れか一方を備えていても良い。
【００１６】
上記電子部品では、前記複数の接合部材のうち最表面側の接合部材は、酸化防止膜であることが好ましい。
【００１７】
これにより、接合部材の表面酸化膜の形成を防止することができるため、低温・低加圧・短時間で電子部品を積層接続することができる。
【００１８】
上記電子部品では、
前記複数の接合部材のうち最表面側の接合部材は、酸化防止膜であって、
前記酸化防止膜を除いた前記複数の接合部材は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、および、これらの合金、のうち少なくとも２つの組み合わせにより構成されていることが好ましい。
【００１９】
上記電子部品では、前記酸化防止膜は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいは、これらの組み合わせにより構成されていることが好ましい。
【００２０】
上記電子部品では、前記酸化防止膜の厚さは、２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
上記電子部品では、前記接続用電極は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいは、これらの組み合わせにより構成されていることが好ましい。
【００２２】
上記電子部品では、前記接続用電極は、基板から順にＣｒ／Ｃｕが積層されて構成されているとともに、前記接合部材は、前記接続用電極から順にＡｇ／Ｓｎ／Ａｇが積層されて構成されていることが好ましい。
【００２３】
上記電子部品では、当該電子回路装置は、複数の半導体ウェハの積層体であって、該半導体ウェハ内の各電子部品単位で、接続部と周辺部の封着部とを有し、かつ、各半導体ウェハ単位で、周辺部の封着部を有する構成とすることもできる。
【００２４】
これにより、非電気接続部である封止部（封着部）と、電気接続部（電極部）とを同時接合できるため、電子部品の接続工程の大幅な短縮を図ることができる。
【００２５】
本発明の電子回路装置の製造方法は、上記課題を解決するために、
接続用電極を含む複数の電子部品が積層接続されて構成される電子回路装置の製造方法であって、
各電子部品の基板に、接続用電極を形成する電極形成工程と、
前記接続用電極に、互いに融点が異なる複数の接合部材を積層する積層工程と、
各電子部品における前記接合部材を対向させて、前記複数の接合部材のうち融点が最も低い前記接合部材の融点よりも低い温度で加熱および加圧する加熱工程とを含み、
各電子部品を、前記加熱工程において形成された、融点が最も低い前記接合部材の融点よりも高い融点を有する金属間化合物を介して、互いに接続することを特徴とする。
【００２６】
上記の方法によれば、金属間化合物の融点は、融点が最も低い接合部材の融点よりも高いため、電子回路装置の耐熱性、信頼性および生産性を高めることができる。
【００２７】
また、低温、低加圧、短時間で電子部品を積層接続することができる生産性の良い製造方法（固相接合）を実現することができる。
【００２８】
上記電子回路装置の製造方法では、
前記電極形成工程では、基板から順にＣｒ層／Ｃｕ層を形成し、
前記積層工程では、Ｃｕ層上に、順にＡｇ層／Ｓｎ層／Ａｇ層を形成し、
前記加熱工程では、Ｓｎの融点よりも低い温度で加熱および加圧し、
各電子部品を、前記加熱工程において形成された、Ｓｎの融点よりも高い融点を有するＡｇ３Ｓｎ層を介して、互いに接続することが好ましい。
【００２９】
上記の方法によれば、Ａｇ層による酸化防止と、低温（例えば、１８０℃）での高速拡散とを容易に実現でき、また、化学量論的組成比（Ａｇ３Ｓｎ）となる金属間化合物が生成される。これにより、溶融処理が不要となり、固相接合を実現できる。よって、低温、低加圧、短時間で電子部品を積層接続することができる生産性の良い製造方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明の電子回路装置では、対向配置される各電子部品は、各電子部品の接続用電極に積層された互いに融点が異なる複数の接合部材が互いに接合されることにより形成された金属間化合物を介して、互いに接続されており、前記金属間化合物の融点は、前記複数の接合部材のうち融点が最も低い接合部材の融点よりも高い構成である。これにより、電子部品が積層接続されて構成される電子回路装置において、その耐熱性、信頼性および生産性を高めることができる。
【００３１】
また、本発明の電子回路装置の製造方法では、各電子部品における前記接合部材を対向させて、前記複数の接合部材のうち融点が最も低い前記接合部材の融点よりも低い温度で加熱および加圧する加熱工程を含み、各電子部品を、前記加熱工程において形成された、融点が最も低い前記接合部材の融点よりも高い融点を有する金属間化合物を介して、互いに接続する方法である。これにより、電子部品を積層接続して構成される電子回路装置の製造方法において、低温、低加圧、短時間で電子部品を積層接続することができる製造方法を提供することができる。また、非電気接続部である封止部（封着部）についても、電気接続部（電極部）と同時接合できるため、電子部品の接続工程の大幅な短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は、本実施の形態に係る電子回路装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、本実施の形態に係る電子部品１０および電子部品２０の接続部を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る電子部品１０と電子部品２０とが接合した状態を示す図である。
【図３】実施例１に係る電子部品１０および電子部品２０の接続部を模式的に示す断面図である。
【図４】接合実験に用いた電子部品１０および電子部品２０のサンプルを示す断面図である。
【図５】接合実験における条件を示す表である。
【図６】接合実験において、酸化防止膜（Ａｇ）の膜厚が、０ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍそれぞれの場合の接合後の接合部の様子を撮影した画像である。
【図７】（ａ）は、Ａｇ膜厚が０ｎｍの場合の接合部の状態を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、Ａｇ膜厚が１０ｎｍの場合の接合部の状態を模式的に示した断面図であり、（ｃ）は、Ａｇ膜厚が１００ｎｍの場合の接合部の状態を模式的に示した断面図である。
【図８】化合物Ａｇ３Ｓｎを含む状態図である。
【図９】実験例１〜３の実験結果に基づく、接合時間と接合温度との関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、電子部品１０の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、電子部品１０の外周部の積層構造を示す断面図である。
【図１１】接合実験に用いた電子部品１０および電子部品２０のサンプルを示す断面図である。
【図１２】（ａ）は、電子部品１０を含むウェハ１０１と、電子部品２０を含むウェハ２０１とを示す斜視図であり、（ｂ）は、電子部品１０を含むウェハ１０１を示す斜視図であり、（ｃ）は、ウェハ１０１における電子部品１０（１チップ）を拡大した斜視図であり、（ｄ）は、複数の電子部品を積層接続した積層デバイス（３ＤＳｉＰ）（電子回路装置）を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３４】
図１の（ａ）は、本実施の形態に係る電子回路装置１の概略構成を示す斜視図である。電子回路装置１は、３次元ＬＳＩなどの積層デバイス（３ＤＳｉＰ）であり、半導体チップ等の複数の電子部品が積層接続されて構成されている。なお、各電子部品は、１チップの電子部品に相当する。この図では、一例として、８個のメモリチップを積層接続した状態（８チップの積層構造）を模式的に示している。以下では、説明の便宜上、任意の電子部品１０およびこれに接続される電子部品２０を例に挙げて説明する。
【００３５】
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の部分拡大図であって、電子部品１０および電子部品２０の接続部（バンプ、電気接続部、封着、ダイボンド部）を模式的に示す断面図である。電子部品１０は、ウェハとしてのＳｉ基板１１と、Ｓｉ基板１１上に多数設けられる接続用電極１２と、接続用電極１２上に形成される接合部材１３，１４，１５とを含んで構成されている。なお、図１の（ｂ）では、バンプの断面を示している。同様に、電子部品２０は、ウェハとしてのＳｉ基板２１と、Ｓｉ基板２１上に多数設けられる接続用電極２２と、接続用電極２２上に形成される接合部材２３，２４，２５とを含んで構成されている。
【００３６】
接続用電極１２は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｂ合金、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいは、これらの組み合わせにより構成されている。接続用電極２２は、接続用電極１２と同じ構成を有している。図１の（ｂ）では、接続用電極１２，２２は、それぞれ、２つの電極材料（２層）で構成されている。
【００３７】
接合部材１３，１４は、それぞれ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、および、これらの合金、の何れかで構成されている。また、接合部材１３，１４は、互いに異なる材料で構成されている。すなわち、接続用電極１２上に形成される接合部材は、材料が異なる２層（接合部材１３，１４）で構成されている。また、接合部材２３は、接合部材１３と同じ構成を有し、接合部材２４は、接合部材１４と同じ構成を有している。なお、接続用電極１２，２２上に形成される接合部材は、材料が異なる３層あるいは４層以上で構成されていても良い。
【００３８】
接合部材１３，１４，１５，２３，２４，２５は、例えば、マスクを用いたリフトオフ方式あるいはフォトリソグラフィ・エッチング方式により、バンプパターン状に形成される。
【００３９】
接合部材１５，２５は、接続部（バンプ）の最表面に形成され、酸化防止膜としての機能を有する。すなわち、接合部材１５，２５（以下、酸化防止膜１５，２５ともいう。）は、貴金属薄膜であって、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、あるいは、これらの組み合わせにより構成されている。酸化防止膜１５，２５の膜厚は、融点が必要以上に上がらないように、１００ｎｍ以下であることが好ましく、接合時の接合部材１３，１４，２４，２５の拡散を容易にするために、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることがより好ましい。
【００４０】
酸化防止膜１５，２５は、接合部材１４，２４を形成後、大気に晒さずに、接合部材１４，２４上に成膜する。これにより、接合部材１４，２４の表面酸化膜の形成を防止することができる。
【００４１】
次に、電子部品１０と電子部品２０との接続方法について説明する。電子部品１０と電子部品２０とは、接合部材１３〜１５（接合部材２３〜２５）のうち、融点が最も低い接合部材の融点よりも低い温度で接合される。すなわち、本発明では、電子部品１０と電子部品２０とは、いわゆる固相接合により接続される。具体的には、電子部品１０と電子部品２０とを、上記低温で加熱するとともに加圧することにより、接続用電極１２，２２間に、接合部材１３〜１５，２３〜２５を成分とする金属間化合物が形成され、これにより、電子部品１０と電子部品２０とは、金属間化合物を介して、互いに接続される。図２は、電子部品１０と電子部品２０とが電気的に接続した状態を示している。図２に示すように、接続用電極１２，２２間に、金属間化合物１６が形成される。
【００４２】
次に、電子回路装置１の製造工程（製造方法）の概略を説明する。
（１．接合部材形成工程（積層工程））
電気素子および接続用電極が形成（電極形成工程）された基板（Ｓｉ基板）にレジストパターンを形成し、接合部材を薄層のバンプ状に形成する。形成方法は、真空中で均一な成膜が可能な電子ビーム蒸着法及びスパッタ蒸着法が好ましい。すなわち、接続用電極、接合部材を真空中で均一な成膜が可能な電子ビーム蒸着法及びスパッタ蒸着法で連続して成膜した後、マスクを用いたリフトオフ方式あるいはフォトリソグラフィ・エッチング方式により、バンプパターン状に形成する。
（２．酸化防止膜形成工程）
接合部材が大気に晒されて表面に自然酸化膜が形成されることを抑制するため、接合部材を形成した後、真空を保持したまま、酸化防止膜（例えば、Ａｇ）を電子ビーム蒸着法及びスパッタ蒸着法により連続して成膜する。
（３．接合工程）
上述の工程を経て接合部材を形成した電子部品をボンダーに設置し、位置合わせを行った後、融点が最も低い接合部材の融点よりも低い温度で加熱するとともに加圧し（加熱工程）、一定時間保持する（固相接合）。
【００４３】
上記製造工程により、積層配置された各電子部品が、金属間化合物を介して電気的に接続された電子回路装置１が作製される。
〔実施例１〕
次に、本実施の形態に係る電子回路装置１を作製するための、電子部品１０および電子部品２０の実施例について以下に説明する。
【００４４】
図３は、実施例１に係る電子部品１０および電子部品２０の接続部（バンプ）を模式的に示す断面図である。
【００４５】
電子部品１０は、Ｓｉ基板１１としてのウェハ（厚み７００μｍのＳｉ）上に、接続用電極１２として、膜厚５０ｎｍのＣｒおよび膜厚２μｍのＣｕがこの順に成膜され、Ｃｕ上に、接合部材１３として、膜厚２μｍのＡｇが成膜され、Ａｇ上に、接合部材１４として、膜厚１μｍのＳｎが成膜され、Ｓｎ上に、接合部材１５（酸化防止膜１５）として、膜厚１０ｎｍのＡｇが成膜されて構成されている。
【００４６】
同様に、電子部品２０は、Ｓｉ基板２１としてのウェハ（厚み７００μｍのＳｉ）上に、接続用電極２２として、膜厚５０ｎｍのＣｒおよび膜厚２μｍのＣｕがこの順に成膜され、Ｃｕ上に、接合部材２３として、膜厚２μｍのＡｇが成膜され、Ａｇ上に、接合部材２４として、膜厚１μｍのＳｎが成膜され、Ｓｎ上に、接合部材２５（酸化防止膜２５）として、膜厚１０ｎｍのＡｇが成膜されて構成されている。
【００４７】
なお、Ｃｒは、ＳｉとＣｕとの接着性を向上させるために設けられる。
【００４８】
上記の電子部品１０および電子部品２０の接合実験の結果について以下に示す。
【００４９】
図４は、接合実験に用いた電子部品１０および電子部品２０のサンプルを示す断面図である。ここでは、３×３ｍｍ２、厚み７００μｍのＳｉ基板１１，２１上に、図３に示したＣｒ（５０ｎｍ）／Ｃｕ（２μｍ）／Ａｇ（２μｍ）／Ｓｎ（１μｍ）／Ａｇ（１０ｎｍ）をこの順に成膜して、実験用の電子部品１０および電子部品２０のサンプルを作製した。
【００５０】
本接合実験では、電子部品１０をヒーター上に載置し、電子部品２０を電子部品１０に対向するよう位置合わせを行った後、所定条件で加熱および加圧し、所定時間保持する方法で行った。
【００５１】
接合条件としては、図５に示すように、加圧３７ｇ／ｍｍ２、接合時真空度を１Ｐａ、加熱時間を４ｍｉｎ、接合温度を１６０℃／１８０℃／２００℃の３段階、接合時間を２ｍｉｎ／５ｍｉｎ／１０ｍｉｎの３段階とした。
【００５２】
本接合実験では、〔１〕酸化防止膜（Ａｇ）の膜厚の違いによる接合比較、〔２〕接合時間、接合温度の違いによる接合比較、について検証した。
〔１〕酸化防止膜（Ａｇ）の膜厚の違いによる接合比較について
ここでは、加圧３７ｇ／ｍｍ２、接合温度を１８０℃、低真空（１Ｐａ）に設定し、酸化防止膜（Ａｇ）の膜厚を、０ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍとしたときの接合状態を評価した。
【００５３】
図６は、上記条件において、酸化防止膜（Ａｇ）の膜厚（以下、Ａｇ膜厚ともいう。）が、０ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍそれぞれの場合の接合後の接合部の様子を撮影した画像である。図６の画像を見て分かるように、Ａｇ膜厚が０ｎｍの場合は接合界面が現れ、Ａｇ膜厚が１００ｎｍの場合は一部にボイドが発生している。
【００５４】
一方、Ａｇ膜厚が１０ｎｍの場合（図６参照）は、接合界面が確認できず、良好な接合が行われたことが分かる。
【００５５】
上記の結果から、接合メカニズムについて考察する。図７の（ａ）は、Ａｇ膜厚が０ｎｍの場合の接合部の状態を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、Ａｇ膜厚が１０ｎｍの場合の接合部の状態を模式的に示した断面図であり、（ｃ）は、Ａｇ膜厚が１００ｎｍの場合の接合部の状態を模式的に示した断面図である。
【００５６】
図７の（ａ）では、ＡｇおよびＳｎからなる化合物Ａｇ３Ｓｎ（金属間化合物）が生成されるとともに、一部にＳｎの酸化膜（ＳｎＯ２）が残り、一部にボイドや酸化膜（ＳｎＯ２）が残った状態になる。これにより、図６（Ａｇ膜厚：０ｎｍ）に示すように、接合界面が現れる。
【００５７】
図７の（ｂ）では、ＡｇおよびＳｎからなる化合物Ａｇ３Ｓｎ（金属間化合物）が、Ｃｕ−Ｃｕ薄膜間の全体を満たすように生成される。すなわち、図６（Ａｇ膜厚：１０ｎｍ）に示すように、良好な接合が行われる。
【００５８】
図７の（ｃ）では、ＡｇおよびＳｎからなる化合物Ａｇ３Ｓｎ（金属間化合物）が生成されるとともに、Ａｇの膜厚が厚いために、Ａｇ−Ａｇ間に隙間を生じ、僅かにボイドが残った状態になる。これにより、図６（Ａｇ膜厚：１００ｎｍ）に示すように、ボイドが発生する。なお、このボイドは、高温・長時間では、いずれ消えていく可能性がある。
【００５９】
上記のように、最表面にＡｇが存在しない場合（図７の（ａ）（Ａｇ膜厚：０ｎｍ））、接合界面が現れ接合不良となる。そのため、電子部品１０および電子部品２０を接合するためには、酸化防止膜としてのＡｇ薄膜が必要となる。しかし、Ａｇ薄膜の膜厚が大きすぎると（図７の（ｃ）（Ａｇ膜厚：１００ｎｍ））、Ａｇは高融点のため変形し難くなり、ボイドが発生することになる。なお、本実験例において、Ａｇ膜厚が１００ｎｍの場合は、ボイドが発生するものの、接合状態としては容認されるレベルである。
【００６０】
よって、Ａｇ薄膜は、１００ｎｍ以下であることが好ましく、特に、より良好な接合を得るためには、１０ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００６１】
ここで、化合物Ａｇ３Ｓｎを含む状態図を図８に示す。図８に示すように、化合物Ａｇ３Ｓｎは、低融点（２３２℃）のＳｎと、高融点（９６２℃）のＡｇとを組成材料として構成され、その融点は４８０℃となる。また、僅かな非化学量論的組成範囲を持った化合物である。この化合物Ａｇ３Ｓｎが、電子部品１０と電子部品２０との間の接合部に形成されることにより、電子部品１０と電子部品２０とが接続されるとともに、接合部を高融点（４８０℃）とすることができるため、次工程（溶融工程等）において悪影響を受けることがない。よって、電子回路装置１の耐熱性、信頼性および生産性を高めることができる。
【００６２】
接続用電極１２，２２上に形成される、接合部材としてのＡｇ層およびＳｎ層と、酸化防止膜としてのＡｇ薄膜とは、化合物Ａｇ３Ｓｎに近い範囲が形成されるように、その膜厚が設定される。すなわち、接合部材は、化学量論的組成比で構成される金属間化合物が形成されるように、その材料および膜厚が設定される。本実施例１では、化合物Ａｇ３Ｓｎが形成されるように、Ａｇ層厚（酸化防止膜Ａｇを含む）：Ｓｎ層厚≒２：１に設定される。
【００６３】
以上の結果から、以下の点が見出された。
１．多層薄膜Ｃｒ／Ｃｕ／Ａｇ／Ｓｎの上（最表面）に、Ａｇ薄膜（酸化防止膜）を形成することにより、ＳｎＯ２による表面酸化膜の生成を抑制することができる。
２．最表面のＡｇ薄膜が厚い場合（例えば、１００ｎｍ）、接合界面Ａｇ−Ａｇ間に隙間を生じ、僅かにボイドを形成する場合がある。
３．多層薄膜Ｃｒ／Ｃｕ／Ａｇ／Ｓｎ／Ａｇの層構成について、化合物の化学量論的組成比（Ａｇ３Ｓｎ）に近い範囲の膜厚比とし、かつ、最表面のＡｇを１０ｎｍ前後とすることにより、低温（１８０℃）、低加圧（３７ｇ／ｍｍ２）、低真空（１Ｐａ）で接合（固相接合）することができる。
〔２〕接合時間、接合温度の違いによる接合比較について
ここでは、接合時間を２ｍｉｎ／５ｍｉｎ／１０ｍｉｎの３段階、接合温度を１６０℃／１８０℃／２００℃の３段階に変えて接合状態を評価した。本実験では、多層薄膜Ｃｒ／Ｃｕ／Ａｇ／Ｓｎ／Ａｇの膜厚が、それぞれ、５０ｎｍ／２μｍ／２μｍ／１μｍ／５０ｎｍのサンプルを用いて行った。
【００６４】
その結果、図９に示すように、接合時間と接合温度との関係を示すグラフを得ることができた。この図に示すように、接合温度が高くなるほど接合時間が短くなることが分かる。また、この図から、○と、×および△との境界領域より上に、良好な接合領域を見出すことができる。
【００６５】
（耐熱性試験）
次に、上記の各条件により接合された電子回路を高温加熱（２４０℃、４００℃、各１０秒）し、耐熱性について実験を行った。その結果、いずれの条件においても、接合部が剥離することなく、４００℃を超える耐熱性を有していることを確認した。
【００６６】
（引張試験）
次に、引張試験により、接合温度１８０℃、接合時間１０ｍｉｎの条件で接合したサンプルについて接合強度の確認を行った。その結果、約３０Ｎの強度を示し、ＳｉとＣｒの界面、Ｓｉ内部のいずれから剥離していることが分かり、構成部（各層の構成材料）よりも十分強い接合強度を有していることを確認した。
【００６７】
（封着接合）
本実施の形態に係る接合方法は、電子部品１０および電子部品２０の電極部分の接合（バンプ接続）のみならず、電子部品１０および電子部品２０の外周部を接合する封着接合（非電気接続）に適用することもできる。
【００６８】
図１０の（ａ）は、電子部品１０の概略構成を示す斜視図であり、図１０の（ｂ）は、電子部品１０の外周部の積層構造を示す断面図である。電子部品１０の外周部は、電極部（バンプ）の構造と同様、Ｓｉ基板（７００μｍ）上に、Ｃｒ（５０ｎｍ）／Ｃｕ（２μｍ）／Ａｇ（２μｍ）／Ｓｎ（１μｍ）／Ａｇ（１０ｎｍ）が積層されて構成されている。
【００６９】
図１１は、接合実験に用いた電子部品１０および電子部品２０のサンプルを示す断面図である。電子部品１０のサンプルでは、３×３ｍｍ２、厚み７００μｍのＳｉ基板上に、接続用電極および接合部材として、Ｃｒ（５０ｎｍ）／Ｃｕ（２μｍ）／Ａｇ（２μｍ）／Ｓｎ（１μｍ）／Ａｇ（１０ｎｍ）をベタ状に形成し、電子部品２０のサンプルでは、外周部とその内部の電極部（内部バンプ）に、接続用電極および接合部材として、Ｃｒ（５０ｎｍ）／Ｃｕ（２μｍ）／Ａｇ（２μｍ）／Ｓｎ（１μｍ）／Ａｇ（１０ｎｍ）を形成した。
【００７０】
電子部品１０および電子部品２０の接合は、電子部品１０をヒーター上に載置し、電子部品２０を電子部品１０に対向するよう位置合わせを行った後、所定条件で加熱および加圧し、所定時間保持して行った。具体的には、６×６ｍｍ２の大きさのサンプルについて、これまでと同様に、接合温度を１８０℃、接合時間を１０ｍｉｎで接合を行った。その結果、外周の封着部を含めて、良好な接合が得られた。
【００７１】
（ウェハ接合）
本実施の形態に係る接合方法は、多数のウェハを多段階で積層接続する、いわゆる「Wafer to Wafer接合」に適用することができる。
【００７２】
図１２の（ａ）には、電子部品１０を含むウェハ１０１と、電子部品２０を含むウェハ２０１とを示し、図１２の（ｂ）には、電子部品１０を含むウェハ１０１を示し、図１２の（ｃ）には、ウェハ１０１における電子部品１０（１チップ）を拡大して示している。なお、図１２の（ｄ）には、複数の電子部品を積層接続した積層デバイス（３ＤＳｉＰ）（電子回路装置）を示している。
【００７３】
なお、それぞれのウェハの外周部（封着部）に、図１１に示す封着用の積層構造を形成し、ウェハ単位で封着接合することもできる。これにより、ウェハ接合（封着接合）、電子部品の封着接合、および電極（バンプ）接合を同時に行うことができるため、電子回路装置の製造工程を大幅に短縮することができる。すなわち、非電気接続部である封止部（封着部）と、電気接続部（電極部）とを同時接合できるため、電子部品の接続工程の大幅な短縮を図ることができる。
【００７４】
上記の封着接合は、パッケージ（ＰＫＧ）の封着部の接合や、パワートラジンスタの放熱部の接合など、ＭＥＭＳデバイス関連に適用することができる。
【００７５】
上記のように、対向配置される各電子部品１０，２０は、対向する接続用電極が金属間化合物（Ａｇ３Ｓｎ）を介して、電気的に接続される電気接続部（バンプ、電極部）と、非電気接続部（封着部、封止部）との、少なくとも何れか一方を備えている。
【００７６】
以上のように、本実施の形態に係る電子回路装置１は、接続用電極を含む複数の電子部品（１０，２０）が積層接続されて構成されており、対向配置される各電子部品（１０，２０）は、各電子部品の接続用電極に積層された互いに融点が異なる複数の接合部材（例えば、Ａｇ、Ｓｎ）が互いに接合されることにより形成された金属間化合物（Ａｇ３Ｓｎ）を介して、互いに接続される。また、金属間化合物（Ａｇ３Ｓｎ）は、融点が最も低い接合部材（Ｓｎ）の融点（２３２℃）よりも高く、かつ融点が最も高い接合部材（Ａｇ）の融点（９６２℃）よりも低い融点（４８０℃）を有している。さらに、金属間化合物（Ａｇ３Ｓｎ）は、複数の接合部材を、融点が最も低い接合部材（Ｓｎ）の融点（２３２℃）よりも低い温度（例えば、１８０℃）で接合することにより形成することができる。
【００７７】
上記の構成によれば、金属間化合物の融点は、融点が最も低い接合部材（Ｓｎ）の融点（２３２℃）よりも高いため、電子回路装置１の耐熱性、信頼性および生産性を高めることができる。
【００７８】
また、貴金属薄膜（例えば、Ａｇ）による酸化防止と、低温（例えば、１８０℃）での高速拡散とを容易に実現でき、また、金属間化合物が化学量論的組成比（Ａｇ３Ｓｎ）に近い範囲となるように、接合部材の積層比を設定（例えば、Ａｇ層厚：Ｓｎ層厚≒２：１）することにより、溶融処理が不要となる（固相接合を実現できる）。よって、低温、低加圧、短時間（例えば、４ｍｉｎ以内）で電子部品を積層接続することができる製造方法を実現することができる。
【００７９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は高性能な３次元積層デバイスを実現できるため、ＭＥＭＳ系デバイス全般（例えば、イメージセンサデバイス等）や、半導体デバイス全般（例えば、積層メモリデバイス、マルチコア、プロセッサデバイスなど）に適用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１  電子回路装置
１０，２０  電子部品
１１，２１  Ｓｉ基板、ウェハ
１２，２２  接続用電極
１３，１４，２３，２４  接合部材
１５，２５  接合部材、酸化防止膜
１６  金属間化合物
１０１，２０１  ウェハ
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図６】
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【図１０】
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