(57)【要約】【課題】ウエハや回路基板同士を接着剤を介して接続する３次元実装において、ウエハや回路基板の層間を一定の間隔に保つことが出来る技術を提供する。【解決手段】３次元実装を行うためのウエハ（回路基板でもよい）は、ウエハ６１、６２が接続された時にウエハ同士を電気的に接続する低融点金属１５の内部に設けられる突起２０であって、低融点金属１５の溶融時に変形せずウエハ６１、６２間の高さを規定するための突起２０を有する。少なくとも一方に前記の突起を有するウエハを用いてウエハの接続構造体を作成する。作成されたウエハの接続構造体は、ウエハ同士の電気的接続が低融点金属１５でなされると共に、低融点金属１５の溶融時に変形せずウエハ６１、６２間の高さを規定するための突起が低融点金属１５の内部に設けられている。【選択図】図１２
2009099589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と電気的に接続された４００℃以下で溶融する低融点金属が少なくとも一方に形成されたウエハまたは回路基板同士を接着剤を介して接続することで３次元実装を行うためのウエハまたは回路基板において、
前記ウエハまたは回路基板同士が接続された時に前記ウエハまたは回路基板同士を電気的に接続する前記低融点金属の内部に設けられる突起であって、前記低融点金属の溶融時に変形せず前記ウエハまたは回路基板間の高さを規定するための突起を有することを特徴とするウエハまたは回路基板。
【請求項２】
前記高さを規定するための突起の材質が、金、銀、銅、ニッケルであることを特徴とする請求項１に記載のウエハまたは回路基板。
【請求項３】
前記高さを規定するための突起を覆うように前記低融点金属のバリアとなる金属が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウエハまたは回路基板。
【請求項４】
前記高さを規定するための突起を覆うように前記低融点金属のバリアとなる金属が形成され、前記バリアとなる金属を覆うように前記低融点金属が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウエハまたは回路基板。
【請求項５】
半導体素子と電気的に接続された４００℃以下で溶融する低融点金属が少なくとも一方に形成されたウエハまたは回路基板同士を接着剤を介して接続することで３次元実装されたウエハまたは回路基板の接続構造体において、
前記ウエハまたは回路基板同士の電気的接続が前記低融点金属でなされると共に、前記低融点金属の溶融時に変形せず前記ウエハまたは回路基板間の高さを規定するための突起が前記低融点金属の内部に設けられていることを特徴とするウエハまたは回路基板の接続構造体。
【請求項６】
前記高さを規定するための突起の材質が、金、銀、銅、ニッケルであることを特徴とする請求項５に記載のウエハまたは回路基板の接続構造体。
【請求項７】
前記高さを規定するための突起を覆うように前記低融点金属のバリアとなる金属が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のウエハまたは回路基板の接続構造体。
【請求項８】
接続されるウエハまたは回路基板の両方に前記高さを規定するための突起が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のウエハまたは回路基板の接続構造体。
【請求項９】
接続されるウエハまたは回路基板の一方のみに前記高さを規定するための突起が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のウエハまたは回路基板の接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハまたは回路基板同士を接着剤を介して接続することで３次元実装を行うためのウエハまたは回路基板およびその接続構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の薄形、小形化は、それに搭載される部品の小形化によって成されてきた。従来、小型化に対し、ＬＳＩの微細加工技術によるところが大きかった。しかし、ＬＳＩの加工に更なる微細加工技術を導入することは、膨大な設備投資が必要であり、製品の低コスト化に対するニーズを満たすことが出来ない。この技術課題を解決するため、ウエハ（シリコンや化合物半導体）の面に対して垂直方向へ貫通電極を形成し、そのウエハの表裏面に電極を形成し、その電極同士を接続し、ウエハを積層し、従来は平面方向（２次元実装）へ展開していた実装を３次元方向へ展開する開発が進められている（３次元実装）。
【０００３】
特許文献１には、積層方法として、バンプを形成した後、接着剤を塗布し、貼り合わせる工程が提案されている。金属表面に接着剤を塗布し、接着剤を押しのけることで金属間接続を行う方法が開示されている。この文献は、錫めっき端子の上に接着剤を塗布し、加圧しながら接着することで、接着材が接合金属部を押し退けることにより導通を得るものである。しかし、加圧時に、大きな加重を必要とし、本発明で対象としているような微小バンプへは不向きである。
【０００４】
特許文献２には、半田突起と配線基板上の接続電極とをフラックスを用いずに接続する方法として、第１の突起と第２の突起から成る構造体が示されている。この文献では、第１の突起と第２の突起とからなる２段構造の半田突起を、第１の突起の溶融温度が第２の突起の溶融温度より高く、かつ第１の突起の表面積が第２の突起の表面積の２倍以上として形成して、配線基板上の接続用電極と突起を対向させ、電子部品に加圧力を加えながら、第１の突起の溶融温度以下かつ第２の突起の溶融温度以上の温度に加熱する。半田付け温度では第２の突起のみ溶融していることから、僅かな加圧力で、第２の突起は第１の突起と配線基板上の接続電極に挟まれる形で押し広げられ、第２の突起の半田表面酸化膜が破れて内部から真性層が露出して良好な接合が得られる旨記載されている。
【０００５】
特許文献３には、第１のＬＳＩチップ１６の第１の突起電極１５は、錫（Ｓｎ）が９６．５［％］、銀（Ａｇ）が３．５［％］のＳｎ−３．５Ａｇはんだバンプであり、第２の突起電極１９はニッケル（Ｎｉ）バンプであるため、第１のＬＳＩチップ１６のバンプ１５に対して、小径かつ硬度が高い第２のＬＳＩチップ２０のバンプ１９が食い込んで、第１のＬＳＩチップ１６のバンプ１５表面に形成された酸化膜を第２のＬＳＩチップ２０のバンプ１９が突き破って接合されることにより、より強固な接合構造を実現し、高温下での経時的安定性に優れた半導体実装体を実現できる、また融点を低く抑えられるため、各バンプ接合における加工温度を低く設定できるという利点がある旨記載されている。しかし、この突起の役割は、上記のとおりであり、スペーサの役割を果たすものではない。
【０００６】
特許文献４には、生産性に優れ、製品の一段の薄型化・小型化・高機能化が可能な半導体パッケージの構造と半導体パッケージの製造方法として、突起形状のバンプを用いる方法が示されている。しかし、この突起の目的は、樹脂層を突き破ることにあり、スペーサとしての役割を担っているものではない。また、この突起に低融点金属が形成されるものではない。また、この文献には上記の突起とは別に、接合粒子について次のことが開示されている。回路導体の表面上の所定位置に接合粒子を接地し接合する。この接合方法は、超音波溶着、溶接、はんだ付け、導電性樹脂塗布等である。その後、接合粒子を設置した面側と導体金属付樹脂層とを対面させて配置する。導体金属付樹脂層を加熱加圧機を用いて、所定の温度で加熱して軟化させた後、加圧することにより、接合粒子が軟化した樹脂層に埋設され、加圧がさらに進んで接合粒子と別の導体層となる導体金属とが接して接合される。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２０４９３９号公報
【特許文献２】特開平１０−３０８４１５号公報
【特許文献３】特開２００２−１９８４８５号公報
【特許文献４】特開２００６−５９９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来は平面方向（２次元実装）へ展開していた実装を３次元方向へ展開（３次元実装）した場合、従来提案されている（１）接続用電極の形成、（２）積層・接続、（３）層間に接着剤を充填、をこの順番に行う方法では層間に接着剤を充填することが困難である。特に、３次元実装の理想型とされるウエハ同士を接合した場合、８インチ以上のウエハの層間に均一的に流し込むことは困難が生じる。
【０００９】
一方、金属表面に接着剤を塗布し、接着剤を押し退けることで金属間接続を行う方法、すなわち（１）接続用電極の形成、（２）接着剤を塗布、（３）積層・接続をこの順番で行う方法では加熱、加圧条件を制御することは困難である。つまり、ウエハ層間に接着剤を予め塗布し、加圧・加熱接合すると、接合部分の変形が観られ、場合によっては、接合に用いている低融点材料が隣接した接合部分とブリッジすることがある。
【００１０】
本発明の目的は、ウエハや回路基板同士を接着剤を介して接続する３次元実装において、ウエハや回路基板の層間を一定の間隔に保つことが出来る技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ウエハまたは回路基板同士を接着剤を介して接続することで３次元実装を行うためのウエハまたは回路基板において、ウエハまたは回路基板同士が接続された時にウエハまたは回路基板同士を電気的に接続する低融点金属の内部に設けられる突起であって、低融点金属の溶融時に変形せずウエハまたは回路基板間の高さを規定するための突起を有するウエハまたは回路基板である。
【００１２】
また、本発明は、ウエハまたは回路基板同士を接着剤を介して接続することで３次元実装されたウエハまたは回路基板の接続構造体において、ウエハまたは回路基板同士の電気的接続が低融点金属でなされると共に、低融点金属の溶融時に変形せずウエハまたは回路基板間の高さを規定するための突起が低融点金属の内部に設けられていることを特徴とするウエハまたは回路基板の接続構造体である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低融点金属の溶融時に変形せずウエハまたは回路基板間の高さを規定するための突起が低融点金属の内部に設けられるので、その突起がスペーサの役割を果たし、ウエハまたは回路基板の層間を一定の間隔に保つことが出来るという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例について図を併用しつつ説明する。なお、全ての図において、同一符号は同一部位を示しているため、重複する説明を省いている場合があり、また説明を容易にするため各部の寸法比を実際とは変えてある。
【００１５】
ここでは、本発明の有効な適用先である、３次元実装を例に取り、発明を実施するための最良の形態を説明する。以下、ウエハの３次元実装の実施例について説明するが、ウエハの代わりに電子回路基板を用いても同様である。
【００１６】
図１〜図４に、３次元実装工程の概略を示す。
【００１７】
［図１（１）］
シリコンまたは化合物半導体からなるウエハ１に、ドライエッチングプロセスを用いて孔を形成し、その側壁を絶縁し（本工程については、図示せず）、ポリシリコンまたは金属を用いて導体２を充填する。ここでの寸法は、半導体の前工程プロセス、および製造しようとする半導体素子により異なるが、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）を想定した場合、導体２は、直径が３〜５０ミクロン、深さが２０〜１００ミクロン、ピッチが２０〜１００ミクロン程度である。導体２上にアルミを用いて封止することが好ましい（図示せず）。
【００１８】
［図１（２）］
導体２を埋め込んだウエハ１表面の導体２端子部以外の表面に絶縁膜４を形成する。その上に、半導体前工程を用いて、配線層３を形成する。導体２の端子は半導体素子に繋がる配線４１に接続されている。配線層３表面にも絶縁膜４を形成する。
【００１９】
［図２（３）］
接合金属５１を形成する。本工程については、図５および図７に詳細を記す。接合金属５１は、半導体素子に繋がる配線４１から半導体工程で形成されたパッド４２と接続されている。半導体工程で形成されたパッド４２周辺部は、拡大図その１または、拡大図その２に示すように、絶縁膜４が形成されている。
【００２０】
［図３（４）］
接合金属５１の上（図では、インタポーザ８に搭載した状態を示し、上下が逆になっている）に、接着剤６を塗布する。インタポーザ８上には接合金属５２が形成されている。ここでは、インタポーザ８上に形成しているが、別の素子が形成されたウエハ上でも同様な工程となる。また、ここでの工程は、インタポーザ８上から形成しているが、別ウエハ上（つまり、インタポーザなしで、素子が形成されたウエハのみで構成する）から形成開始することも可能である。
【００２１】
位置合わせを行った後、接触・加熱接合し、接合金属５１の融点以上で加熱する。この時、接合金属５１および接合金属５２上の接着剤６は押し退けられ、接合金属５１と接合金属５２が接続する。また、この時、熱硬化型接着剤を用いた場合、接着剤も同時に硬化する事ができる。
【００２２】
［図３（５）］
半導体素子が形成されたウエハ１の配線層３の反対面を研磨し、導体２の端子を露出させる。その後、図１（３）と同様な工程で接合金属５２’を形成する。
【００２３】
［図３（６）］
もう一つのウエハ１’を図１（１）〜図２（３）の工程で作成し、ウエハ１’の接合金属５１’の上（図では上下が逆になっている）に、接着剤６’を塗布する。位置合わせを行った後、接触・加熱接合し、接合金属５１’の融点以上で加熱する。この時、接合金属５１’および接合金属５２’上の接着剤６’は押し退けられ、接合金属５１’と接合金属５２’が接続する。また、この時、熱硬化型接着剤を用いた場合、接着剤も同時に硬化する事ができる。
【００２４】
［図４（７）］
配線層３’が形成されたウエハ１’の配線層３’の反対面を研磨し、導体の端子を露出させる。その後、図１（３）と同様な工程で接合金属５２”を形成する。
【００２５】
以上の工程を繰り返し、任意の枚数のウエハを積層したウエハの接続構造体を製造する。
【００２６】
［図４（８）］
本実施例による積層された半導体装置の全体図を示す。インタポーザ８上に、積層した半導体素子９を搭載し、これらをコントロールするチップ１０が搭載されている。ここでは、コントロールチップ１０の位置は、積層した半導体素子９上に搭載しているが、インタポーザ８上やインタポーザ８下に搭載する方法など、その場所は何れの場所でも良い。そして、インタポーザ８下に外部回路との接続に用いられる接続用バンプ１１が形成されている。
【００２７】
図５および図７に、本発明の実施例の接合用金属端子の形成方法を図示する。また、図５および図７で形成された本実施例の接合用金属端子と接続する接合用金属端子の製造方法を図６および図８に示す。
【００２８】
図５に、本発明の実施例１の接合用金属端子（１）の形成方法を示す。本実施例の接合用金属端子には、スペーサとしての役割を果たす突起が形成される。
【００２９】
［図５（１）］
ウエハ１上にチタン１３（５０ナノメートル）／銅１４（０．５マイクロメートル）の多層膜からなる電気めっき用の給電膜１２を形成した。ここでのチタンの機能は、その上下に位置する銅と基板（図では、ウエハ１となっているが、実際の半導体素子では、ウエハの表面に形成されたＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリイミドである）との接着を確保することにあり、その膜厚はそれらの接着を維持する最低限でかまわない。所要膜厚は、スパッタエッチングおよびスパッタの条件、チタンの膜質などによっても変動する。なお、本実施例で使用したチタン膜に代えてクロム膜でも代替できる。
【００３０】
一方、銅の膜厚は、後の工程で行う電気めっきを行ったときに、膜厚分布が生じない最小限度の膜厚が好ましく、めっき前処理として行う酸洗などでの膜減り量も考慮に入れたうえで膜厚分布を誘発しない膜厚を決定する。銅の膜厚を必要以上に厚くした場合、例えば１マイクロメートルを越える銅厚の場合には、スパッタ時間が長くなって生産効率が低下するという問題に加えて、後の工程で実施する給電膜１２のエッチング除去の際に長時間エッチングが避けられず、その結果としてニッケル下の銅１４のサイドエッチングが大きくなる。
【００３１】
［図５（２）］
レジスト７を用いて、接合用金属端子に形成する突起のパターンを形成した。
【００３２】
［図５（３）］
電気めっきを用いて、突起２０を形成した。電気めっきの材料として、金、銀、銅、ニッケルなどを用いることが可能であるが、次の工程でその表面にめっきを形成することが容易である銅を用いた。
【００３３】
［図５（４）］
図５（２）で形成したレジストを一旦剥離し、再度レジストを塗布し、パターニングし、接合用金属端子のパターンを形成した。ここで用いる剥離液は、レジストが溶解し、かつ、形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。
【００３４】
［図５（５）］
電気ニッケルめっきを用いて、図５（４）で形成したパターンにニッケル２１を析出させた。ここでは、純ニッケルを用いたが、ニッケルの中に、低融点材料との濡れ性を良好にするため、銀や銅を微量混合させためっきを用いても良い。また、接合用金属端子材料として、銅を用いることも可能であるが、信頼性を確保するためには、ニッケルを用いることが望ましい。
【００３５】
［図５（６）］
図５（４）で形成したレジストを剥離した。ここで用いる剥離液は、レジストが溶解し、かつ、形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。続いて、図５（１）で形成した給電膜１２をエッチングを用いて除去した。銅１４のエッチングには、塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本実施例ではアンモニアを含有するアルカリ系エッチング液を用いた。ここでのエッチングでは、１０秒以上のエッチング時間がないと制御が困難となって実用的観点では不利であるが、余りに長い時間エッチングを行うと、例えば５分を越えてエッチングするような場合には、サイドエッチングが大きくなり、タクトが長くなるという問題も生じる。そのため、エッチング液およびエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。引き続いて実施する給電膜のチタン１３部分のエッチングには、過酸化水素を主成分とするエッチング液を用いた。何れのエッチングにおいても形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。また、給電膜１２にクロムを用いた場合は、過マンガン酸カリウムとメタケイ酸ナトリウムの混合液を用いた。
【００３６】
図６に、本発明の実施例の接合用金属端子と接続する接合用金属端子（２）の形成方法を示す。
【００３７】
［図６（１）］
ウエハ１上にチタン１３（５０ナノメートル）／銅１４（０．５マイクロメートル）の多層膜からなる電気めっき用の給電膜１２を形成した。ここでのチタンの機能は、その上下に位置する銅と基板（図では、ウエハ１となっているが、実際の半導体素子では、ウエハの表面に形成されたＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリイミドである）との接着を確保することにあり、その膜厚はそれらの接着を維持する最低限でかまわない。所要膜厚は、スパッタエッチングおよびスパッタの条件、チタンの膜質などによっても変動する。なお、本実施例で使用したチタン膜に代えてクロム膜でも代替できる。
【００３８】
一方、銅の膜厚は、後の工程で行う電気めっきを行ったときに、膜厚分布が生じない最小限度の膜厚が好ましく、めっき前処理として行う酸洗などでの膜減り量も考慮に入れたうえで膜厚分布を誘発しない膜厚を決定する。銅の膜厚を必要以上に厚くした場合、例えば１マイクロメートルを越える銅厚の場合には、スパッタ時間が長くなって生産効率が低下するという問題に加えて、後の工程で実施する給電膜１２のエッチング除去の際に長時間エッチングが避けられず、その結果としてニッケル下の銅１４のサイドエッチングが大きくなる。
【００３９】
［図６（２）］
レジスト７を用いて、接合金属のパターンを形成し、電気めっきを用いて接合金属を形成した。ここでは、銅を用いることも可能であるが、信頼性を確保するためには、ニッケル２１を用いることが望ましい。また、ニッケルの中に、接合用低融点材料との濡れ性を良好にするため、銀や銅を微量混合させためっきを用いても良い。
【００４０】
［図６（３）］
図６（２）で形成したレジストを剥離した。ここで用いる剥離液は、レジストが溶解し、かつ、形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。続いて、図６（１）で形成した給電膜１２をエッチングを用いて除去した。銅１４のエッチングには、塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本実施例ではアンモニアを含有するアルカリ系エッチング液を用いた。ここでのエッチングでは、１０秒以上のエッチング時間がないと制御が困難となって実用的観点では不利であるが、余りに長い時間エッチングを行うと、例えば５分を越えてエッチングするような場合には、サイドエッチングが大きくなり、タクトが長くなるという問題も生じる。そのため、エッチング液およびエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。引き続いて実施する給電膜のチタン１３部分のエッチングには、過酸化水素を主成分とするエッチング液を用いた。何れのエッチングにおいても形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。また、給電膜１２にクロムを用いた場合は、過マンガン酸カリウムとメタケイ酸ナトリウムの混合液を用いた。
【００４１】
図７に、本発明の実施例２の接合用金属端子（３）の形成方法を示す。本実施例では、スペーサとしての役割を果たす突起と、ウエハ同士を電気的に接続するための低融点金属（実施例では錫）が形成される。
【００４２】
［図７（１）］
ウエハ１上にチタン１３（５０ナノメートル）／銅１４（０．５マイクロメートル）の多層膜からなる電気めっき用の給電膜１２を形成した。ここでのチタンの機能は、その上下に位置する銅と基板（図では、ウエハ１となっているが、実際の半導体素子では、ウエハの表面に形成されたＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリイミドである）との接着を確保することにあり、その膜厚はそれらの接着を維持する最低限でかまわない。所要膜厚は、スパッタエッチングおよびスパッタの条件、チタンの膜質などによっても変動する。なお、本実施例で使用したチタン膜に代えてクロム膜でも代替できる。
【００４３】
一方、銅の膜厚は、後の工程で行う電気めっきを行ったときに、膜厚分布が生じない最小限度の膜厚が好ましく、めっき前処理として行う酸洗などでの膜減り量も考慮に入れたうえで膜厚分布を誘発しない膜厚を決定する。銅の膜厚を必要以上に厚くした場合、例えば１マイクロメートルを越える銅厚の場合には、スパッタ時間が長くなって生産効率が低下するという問題に加えて、後の工程で実施する給電膜１２のエッチング除去の際に長時間エッチングが避けられず、その結果としてニッケル下の銅１４のサイドエッチングが大きくなる。
【００４４】
［図７（２）］
レジスト７を用いて、接合用金属端子に形成する突起のパターンを形成した。
【００４５】
［図７（３）］
電気めっきを用いて、突起２０を形成した。電気めっきの材料として、金、銀、銅、ニッケルなどを用いることが可能であるが、次の工程でその表面にめっきを形成することが容易である銅を用いた。
【００４６】
［図７（４）］
図７（２）で形成したレジストを一旦剥離し、再度レジストを塗布し、パターニングし、接合用金属端子のパターンを形成した。ここで用いる剥離液は、レジストが溶解し、かつ、形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。
【００４７】
［図７（５）］
電気ニッケルめっきを用いて、図７（４）で形成したパターンにニッケル２１を析出させた。ここでは、純ニッケルを用いたが、ニッケルの中に、低融点材料との濡れ性を良好にするため、銀や銅を微量混合させためっきを用いても良い。また、接合用金属端子材料として、銅を用いることも可能であるが、信頼性を確保するためには、ニッケル２１を用いることが望ましい。その上に、電気めっきを用いて錫１５を形成した。ここでは、純錫を用いたが、錫銀めっき、錫銀銅めっきなど、錫を主体とした材料であれば、制約を設けるものではない。
【００４８】
［図７（６）］
図７（４）で形成したレジストを剥離した。ここで用いる剥離液は、レジストが溶解し、かつ、形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。続いて、図７（１）で形成した給電膜１２をエッチングを用いて除去した。銅１４のエッチングには、塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本実施例ではアンモニアを含有するアルカリ系エッチング液を用いた。ここでのエッチングでは、１０秒以上のエッチング時間がないと制御が困難となって実用的観点では不利であるが、余りに長い時間エッチングを行うと、例えば５分を越えてエッチングするような場合には、サイドエッチングが大きくなり、タクトが長くなるという問題も生じる。そのため、エッチング液およびエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。引き続いて実施する給電膜のチタン１３部分のエッチングには、過酸化水素を主成分とするエッチング液を用いた。何れのエッチングにおいても形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。また、給電膜１２にクロムを用いた場合は、過マンガン酸カリウムとメタケイ酸ナトリウムの混合液を用いた。
【００４９】
［図７（７）］
錫を融点以上に加熱・溶融させ球形にした。
【００５０】
図６に、本発明の実施例の接合用金属端子と接続する接合用金属端子（４）の形成方法を示す。
【００５１】
［図８（１）］
ウエハ１上にチタン１３（５０ナノメートル）／銅１４（０．５マイクロメートル）の多層膜からなる電気めっき用の給電膜１２を形成した。ここでのチタンの機能は、その上下に位置する銅と基板（図では、ウエハ１となっているが、実際の半導体導体素子では、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリイミドである）との接着を確保することにあり、その膜厚はそれらの接着を維持する最低限でかまわない。所要膜厚は、スパッタエッチングおよびスパッタの条件、チタンの膜質などによっても変動する。なお、本実施例で使用したチタン膜に代えてクロム膜でも代替できる。
【００５２】
一方、銅の膜厚は、後の工程で行う電気めっきを行ったときに、膜厚分布が生じない最小限度の膜厚が好ましく、めっき前処理として行う酸洗などでの膜減り量も考慮に入れたうえで膜厚分布を誘発しない膜厚を決定する。銅の膜厚を必要以上に厚くした場合、例えば１マイクロメートルを越える銅厚の場合には、スパッタ時間が長くなって生産効率が低下するという問題に加えて、後の工程で実施する給電膜１２のエッチング除去の際に長時間エッチングが避けられず、その結果としてニッケル下の銅１４のサイドエッチングが大きくなる。
【００５３】
［図８（２）］
レジスト７を用いて、接合金属のパターンを形成し、電気めっきを用いて接合金属を形成した。ここでは、純ニッケルを用いたが、ニッケルの中に、低融点材料との濡れ性を良好にするため、銀や銅を微量混合させためっきを用いても良い。また、接合用金属端子材料として、銅を用いることも可能であるが、信頼性を確保するためには、ニッケル２１を用いることが望ましい。
【００５４】
［図８（３）］
その上に、電気めっきを用いて錫１５を形成した。ここでは、純錫を用いたが、錫銀めっき、錫銀銅めっきなど、錫を主体とした材料であれば、制約を設けるものではない。
【００５５】
［図８（４）］
図８（２）で形成したレジストを剥離した。ここで用いる剥離液は、レジストが溶解し、かつ、形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。続いて、図８（１）で形成した給電膜１２をエッチングを用いて除去した。銅１４のエッチングには、塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本実施例ではアンモニアを含有するアルカリ系エッチング液を用いた。ここでのエッチングでは、１０秒以上のエッチング時間がないと制御が困難となって実用的観点では不利であるが、余りに長い時間エッチングを行うと、例えば５分を越えてエッチングするような場合には、サイドエッチングが大きくなり、タクトが長くなるという問題も生じる。そのため、エッチング液およびエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。引き続いて実施する給電膜のチタン１３部分のエッチングには、過酸化水素を主成分とするエッチング液を用いた。何れのエッチングにおいても形成した部材が著しく溶解することがなければ制約はない。また、給電膜１２にクロムを用いた場合は、過マンガン酸カリウムとメタケイ酸ナトリウムの混合液を用いた。
【００５６】
［図８（５）］
錫を融点以上に加熱・溶融させ球形にした。
【００５７】
図５〜図８で形成した接合用金属端子の形状を図９に示す。接合用金属端子（１）が本発明の実施例１の接合用金属端子であり、接合用金属端子（３）が本発明の実施例２の接合用金属端子である。接合用金属端子（２）（４）は、接合用金属端子（１）（３）と接合する接合用金属端子である。
【００５８】
図９において、１はウエハである。１３はチタンであり、１４は銅である。チタン１３と銅１４は電気めっき用の給電膜である。２０はウエハ同士を接合した時にウエハ同士を電気的に接続する低融点金属（実施例では錫）の内部に設けられことになる突起であり、低融点金属の溶融時に変形せずウエハ間の高さを規定するための突起である。本発明の実施例では突起２０の材料として銅を使用しているが、金、銀、ニッケル等の金属でもよい。２１は低融点金属のバリアとなる金属であり、本発明の実施例ではニッケルを使用している。ニッケルの代わりに、低融点金属との濡れ性を良好にするために、銅や銀を微量混合したニッケルを９０％以上含有する合金を用いてもよい。ニッケル２１により低融点金属の拡散が防止できる。１５はウエハ同士を電気的に接合するための４００℃以下で溶融する低融点金属である。本発明の実施例では錫を使用している。純錫だけでなく、錫銀、錫銀銅など、錫を９０％以上含有する合金でもよい。
【００５９】
図９に示す接合用金属素子端子（１）〜（４）のサイズは、径が３〜２５０μｍ、高さが３〜２５０μｍ、好適には径が３〜５０μｍ、高さが３〜５０μｍである。
【００６０】
これらの接合用金属端子を用いて接合した場合の組合せを図１０に示す。ここで、「×」とある組合せは、低融点金属（錫または錫合金）が少なくとも一方に形成されていないため、加熱では接合できない組合せを記す。「−」とある組合せは、重複を示す。「従来」とある組合せは、金属同士の接合形態として、一般的に用いられている方法を示す。本発明の実施例の特徴である、少なくとも一方に突起が形成された接合金属の組合せに、「○」と記す。また、（  ）内の添字は、図１１に示す接合形態を示した図と対応している。
【００６１】
図１１に接合形態を示す。銅、錫およびニッケル部分のみを示し、ウエハ内の導体など細部については記述していない。また、アンダーフィル材（接着剤）も図示していないが、ウエハ層間に充填されている。
【００６２】
図１１の（ア）は、突起を有する接合用金属端子（１）と突起と低融点金属を有する接合用金属端子（３）が接合したものである。接合用金属端子（３）の低融点金属によってウエハ同士が電気的に接続される。ウエハ間の高さは接合用金属端子（１）の突起と接合用金属端子（３）の突起により規定される。
【００６３】
図１１の（イ）は、接合用金属端子（２）と突起と低融点金属を有する接合用金属端子（３）が接合したものである。接合用金属端子（３）の低融点金属によってウエハ同士が電気的に接続される。ウエハ間の高さは接合用金属端子（３）の突起により規定される。
【００６４】
図１１の（ウ）は、突起と低融点金属を有する接合用金属端子（３）同士が接合したものである。両方の接合用金属端子（３）の低融点金属によってウエハ同士が電気的に接続される。ウエハ間の高さは両方の接合用金属端子（３）の突起により規定される。
【００６５】
図１１の（エ）は、突起を有する接合用金属端子（１）と低融点金属を有する接合用金属端子（４）が接合したものである。接合用金属端子（４）の低融点金属によってウエハ同士が電気的に接続される。ウエハ間の高さは接合用金属端子（１）の突起により規定される。
【００６６】
図１１の（オ）は、突起と低融点金属を有する接合用金属端子（３）と低融点金属を有する接合用金属端子（４）が接合したものである。接合用金属端子（３）と接合用金属端子（４）の低融点金属によってウエハ同士が電気的に接続される。ウエハ間の高さは接合用金属端子（３）の突起によって規定される。
【００６７】
図１２に、図１１（ア）に示す接合用金属端子の組合せを用いた場合のウエハの接続構造体（ア）の製造方法を示す。（１）に接合する直前の状態を示し、（２）に接合した後のウエハの接続構造体（ア）を示す。６１、６２は接合する２枚のウエハである。７１は本発明の実施例２の接合用金属端子（３）であり、７２は本発明の実施例１の接合用金属端子（１）である。６０は接着剤である。
【００６８】
図１２（１）に示すように、ウエハ６１には接合用金属端子（３）７１が形成されており、ウエハ６２には接合用金属端子（１）７２が形成されている。ウエハ６１に形成された接合用金属端子（３）７１は突起２０と低融点金属１５を有する。ウエハ６２に形成された接合用金属端子（１）７２は突起２０を有する。すなわち、図１２は両方のウエハの接合用金属端子が突起を有する場合である。ウエハ６２のウエハ６１と対向する面には接着剤６０が塗布されている。なお、接着剤６０はウエハ６１の側に塗布してもよい。
【００６９】
図１２（２）に示すように、位置合わせを行った後、接触・加熱接合して、接合用金属端子（３）７１の低融点金属１５（実施例では錫）の融点以上で加熱する。このとき、接合用金属端子（３）７１と接合用金属端子（１）７２の間の接着剤６０は押し退けられ、接合用金属端子（３）７１と接合用金属端子（１）７２は低融点金属１５によって電気的に接続する（本実施例では突起２０は銅であるから、突起２０も電気的導通に貢献する）。このとき、熱硬化型接着剤を用いた場合、接着剤６０も同時に硬化する。このようにして、低融点金属１５の内部に突起２０が設けられたウエハの接続構造体が作成される。
【００７０】
ウエハ間の高さは接合用金属端子（３）７１の突起２０と接合用金属端子（１）７２の突起２０により規定される。突起２０があるために、接合用金属端子上に塗布した接着剤６０を接合界面間に挟み込むことなく、ウエハ同士を接着しながら、電極部分では、電気的導通を得ることが出来る。このとき、突起２０は変形することがなく、またウエハの間隔を一定にすることが可能となる。
【００７１】
従来技術の突起のない接合用金属端子の場合は、加熱接合するときに、低融点金属が変形しウエハ間の高さが適切な高さに保たれなかったり、接合用金属端子間に接着剤を挟み込み電気的導通が得られなかったりすることがあった。特に接合用金属端子のサイズが小さい場合に、このようなことが問題となった。
【００７２】
これに対して、本発明の実施例の接合用金属端子は突起２０を有するため、この突起２０によりウエハ間の高さが規定され、また、低融点金属１５が溶融してもその内部の突起２０は変形しないため接着剤６０を接合界面間に挟み込むことなく、電気的導通を得ることが出来る。変形しない突起２０を有するために、接合時に強い力で押しつけることもでき、手加減をする必要もない。また、突起２０の部分に力が集中するので、接着剤６０を効果的に押し退けることができる。
【００７３】
なお、図１２は２枚のウエハ間の接合界面の部分を強調して拡大して示しており、ウエハ内部の構造やウエハの反対側の面については省略している。また、図１２では、各ウエハに３個の接続用金属素子が設けられているが、実際には各ウエハに多数の接続用金属素子が設けられる。図１２の接合用金属端子（３）７１と接合用金属端子（１）７２は、図３（６）の接合金属５１’と接合金属５２’に対応する。
【００７４】
図１３に、図１１（イ）に示す接合用金属端子の組合せを用いた場合のウエハの接続構造体（イ）の製造方法を示す。（１）は接合する直前の状態を示しており、（２）は接合した後の状態を示す。６１、６２は接合する２枚のウエハである。７１は本発明の実施例２の接合用金属端子（３）であり、７３は接合用金属端子（２）である。６０は接着剤である。
【００７５】
図１３は、図１２の接合用金属端子（１）７２の代わりに、接合用金属端子（２）７３がウエハ６２に設けられていることだけが相違する。すなわち、図１３では、接合する２枚のウエハのうち一方のウエハ６１の接合用金属端子のみに突起２０を有する。したがって、図１３についての説明は、ウエハ間の高さが接合用金属端子（３）７１の突起２０のみによって規定されていることを除き、図１２についての説明と同様である。
【００７６】
また、図１１（ウ）〜（オ）に示す接合用金属端子の組合せを用いた場合のウエハの接続構造体の製造方法も、図１２、図１３およびその説明と同様である。
【００７７】
以上説明したウエハは、円形のウエハだけでなく、円形のウエハから任意の形状（例えば四角形）に切り出したウエハであってもよい。
【００７８】
以上、ウエハとウエハの接続構造体について説明してきたが、回路基板と回路基板の接続構造体であっても同様である。
【００７９】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】３次元実装工程（その１）
【図２】３次元実装工程（その２）
【図３】３次元実装工程（その３）
【図４】３次元実装工程（その４）
【図５】接合用金属端子（１）の形成方法
【図６】接合用金属端子（２）の形成方法
【図７】接合用金属端子（３）の形成方法
【図８】接合用金属端子（４）の形成方法
【図９】接合用金属端子
【図１０】接合用金属端子の組合せ（表）
【図１１】接合用金属端子の組合せ（接合形態）
【図１２】ウエハの接続構造体（ア）の製造方法
【図１３】ウエハの接続構造体（イ）の製造方法
【符号の説明】
【００８１】
１…ウエハ、２…導体、３…配線層、４…絶縁膜、４１…半導体素子に繋がる配線、４２…半導体工程で形成されたパッド、５１…接合金属、５２…接合金属、６…接着剤、７…レジスト、８…インタポーザ、９…積層した半導体素子、１０…コントロールチップ、１１…接続用バンプ、１２…給電膜、１３…チタン、１４…銅、１５…錫、２０…突起、２１…ニッケル、６０…接着剤、６１、６２…ウエハ、７１…接合用金属端子（３）、７２…接合用金属端子（１）、７３…接合用金属端子（２）
【図１】
2009099589.tif 000003
【図２】
2009099589.tif 000004
【図３】
2009099589.tif 000005
【図４】
2009099589.tif 000006
【図５】
2009099589.tif 000007
【図６】
2009099589.tif 000008
【図７】
2009099589.tif 000009
【図８】
2009099589.tif 000010
【図９】
2009099589.tif 000011
【図１０】
2009099589.tif 000012
【図１１】
2009099589.tif 000013
【図１２】
2009099589.tif 000014
【図１３】
2009099589.tif 000015