JP2015115568A - 電子装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示す電子装置1は、電子部品10及び電子部品20、並びに、電子部品10と電子部品20の間を接合する接合部30を有している。
電子部品20は、電子部品10に対向して配置される。電子部品20は、電子部品10の表面10aと対向する表面20aに設けられた電極21を有する。ここでは一例として、1つの電極21を図示している。電子部品20の電極21は、電子部品10の電極11に対応する位置に設けられる。
電子部品10の電極11及び電子部品20の電極21にはそれぞれ、各種導体材料を用いることができる。例えば、電子部品10の電極11及び電子部品20の電極21にはそれぞれ、成分元素として銅(Cu)、ニッケル(Ni)等の金属元素を含む材料が用いられる。尚、接合前又は接合後の電極11及び電極21は、このような金属元素を含む単層構造である場合のほか、積層構造である場合もある。
接合部30には、半田が用いられる。半田には、その成分元素としてスズ(Sn)を含む半田(Sn系半田)を用いることができる。半田には、鉛(Pb)を含まないPbフリー半田を用いることができる。例えば、接合部30には、Snのほか、Snに銀(Ag)、Cu、Ni、亜鉛(Zn)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、パラジウム(Pd)、金(Au)等を添加したものが用いられる。
ここでは一例として、上記図1の接合部30の半田にSnが含まれ、電子部品20の電極21にCuが用いられ、電子部品10の電極11にNiが用いられている場合を想定する。図2には、接合部30の、Cuが用いられた電極21との界面領域の構造を例示し、図3には、接合部30の、Niが用いられた電極11との界面領域の構造を例示している。
まず、第1の実施の形態について説明する。
Cu層42上には、この電子部品40に別の電子部品を接合する際、その接合材として用いられる半田に含まれる成分元素を含有する層が形成される。接合材としてSnを含む半田を用いる場合、このような層として、図4(A)に示すようなSn含有層43が、Cu層42上に形成される。Sn含有層43は、接合材として用いられる半田とは異なる組成の層であっても、接合材として用いられる半田と同じ組成の層であってもよい。Sn含有層43は、めっき法(電解めっき法、無電解めっき法)、スパッタ法、蒸着法、印刷法等を用いて形成される。
図6は第1の実施の形態に係る電子部品の接合工程の一例を示す図である。図6(A)には、電子部品の接合前の状態の一例の要部断面を模式的に図示し、図6(B)には、電子部品の接合時の状態の一例の要部断面を模式的に図示している。
電子部品40は、半導体素子、半導体パッケージ、回路基板等であり、上記図4又は図5に示したような方法で準備される。
電子部品40は、上記図4(A)に示したように電極41上に形成されたCu層42及びSn含有層43が、アニールによって部分的に合金化されることで形成された、図8(A)〜図8(C)のようなCuSn合金44を含む構成であってもよい。
図9は第2の実施の形態に係る電子部品の電極形成工程の一例を示す図である。図9(A)には、電子部品の電極形成における第1工程の一例の要部断面を模式的に図示し、図9(B)には、電子部品の電極形成における第2工程の一例の要部断面を模式的に図示している。
例えば、上記図6で述べたのと同様に、電子部品50の電極51上には、電子部品40との接合前に予め、Snを含む半田のバンプ60aが設けられる。電極51とバンプ60aの界面領域には、バンプ60aを設ける際のウェットバックによって予めCuSn合金61が形成される。
図12に示す半導体素子100は、トランジスタ等の素子が設けられた半導体基板110と、半導体基板110上に設けられた配線層120とを有する。
半導体素子100の電極123は、例えば、図13(A)及び図13(B)に示すように、配線層120の表面に設けられた保護膜122aの、その開口部122bから露出する導体部121上に、開口部122b内からその周辺に跨って、設けられる。尚、保護膜122aには、無機絶縁材料や有機絶縁材料が用いられる。
図17に示すように、回路基板300(上記図15の回路基板300A、上記図16の回路基板300Bに相当)の電極311(上記図15の電極311A、上記図16の電極311Bに相当)は、一部が保護膜321から露出するように設けられる。尚、保護膜321には、ソルダーレジスト等が用いられる。
(付記1) 第1金属元素を含む第1電極を備えた第1電子部品を準備する工程と、
所定の半田に対する拡散係数が前記第1金属元素よりも大きい第2金属元素を含む第2電極を備えた第2電子部品を準備する工程と、
前記第1電極上に、前記第2金属元素と前記半田の成分元素とを含む第1合金を形成する工程と、
前記第1合金の形成後に、前記半田のバンプを用いて前記第1合金と前記第2電極とを接合する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
前記バンプを用いて前記第1合金と前記第2電極とを接合する工程は、前記第1合金の形成後に、前記第1合金と、前記第2電極上の前記バンプとを接合する工程を含むことを特徴とする付記1又は2に記載の電子装置の製造方法。
前記第1電極上に、前記第2金属元素を含む第1層を形成する工程と、
前記第1層上に、前記成分元素を含む第2層を形成する工程と、
加熱により、前記第1層の前記第2金属元素と、前記第2層の前記成分元素とを拡散させる工程と
を含むことを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
前記加熱により、前記第1層の前記第2金属元素と、前記第2層の前記成分元素と、前記第3層の前記第1金属元素とを拡散させることを特徴とする付記4に記載の電子装置の製造方法。
前記第1電極上に設けられ、前記第2金属元素と前記成分元素とを含む第1合金部と、
前記第1合金部上に設けられ、前記第1金属元素と前記第2金属元素と前記成分元素とを含む第2合金部と
を有する前記第1合金を形成することを特徴とする付記5に記載の電子装置の製造方法。
前記第1電極上に形成された前記第1層の、前記第1電極側に残存する第1部分と、
前記第1部分上に設けられる前記第1合金と
を形成することを特徴とする付記4乃至6のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
前記第1層上に形成された前記第2層の、前記第1層側と反対の側に残存する第2部分と、
前記第2部分下に設けられる前記第1合金と
を形成することを特徴とする付記4に記載の電子装置の製造方法。
前記第2層上に形成された前記第3層の、前記第2層側と反対の側に残存する第3部分と、
前記第3部分下に設けられる前記第1合金と
を形成することを特徴とする付記5又は6に記載の電子装置の製造方法。
前記第1電極上に、前記第2金属元素と前記成分元素とを含む第4層を形成する工程と、
加熱により、前記第4層の前記第2金属元素と前記成分元素とを拡散させる工程と
を含むことを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
10,20,40,50 電子部品
10a,20a,40a,50a 表面
11,21,41,51 電極
30,60 接合部
31,32 合金
31A,32A,44,46,61,62,124,126,314,316 CuSn合金
31B NiSn合金
31C,47,127,317 CuNiSn合金
32Aa,32Ab 層
42,123a,123c,311a Cu層
42a,43a,45a 未反応部分
43 Sn含有層
45,123b,123d,311b Ni層
48 Cu,Sn含有層
60a,60b,410 バンプ
100,400 半導体素子
110 半導体基板
110a 素子分離領域
120 配線層
121,310A,310B 導体部
122,320A,320B 絶縁部
122a,321 保護膜
122b 開口部
123,311,311A,311B 電極
130 MOSトランジスタ
131 ゲート絶縁膜
132 ゲート電極
133 ソース領域
134 ドレイン領域
135 スペーサ
200 半導体パッケージ
300,300A,300B 回路基板
500 封止層
510 アンダーフィル材
Claims (7)
- 第1金属元素を含む第1電極を備えた第1電子部品を準備する工程と、
所定の半田に対する拡散係数が前記第1金属元素よりも大きい第2金属元素を含む第2電極を備えた第2電子部品を準備する工程と、
前記第1電極上に、前記第2金属元素と前記半田の成分元素とを含む第1合金を形成する工程と、
前記第1合金の形成後に、前記半田のバンプを用いて前記第1合金と前記第2電極とを接合する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。 - 前記バンプを用いて前記第1合金と前記第2電極とを接合する工程は、前記第2電極と前記バンプとの間に、前記第2金属元素と前記成分元素とを含む第2合金を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子装置の製造方法。
- 前記バンプを用いて前記第1合金と前記第2電極とを接合する工程前に、前記第2電極上に、前記バンプを形成する工程を含み、
前記バンプを用いて前記第1合金と前記第2電極とを接合する工程は、前記第1合金の形成後に、前記第1合金と、前記第2電極上の前記バンプとを接合する工程を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子装置の製造方法。 - 前記第1合金を形成する工程は、
前記第1電極上に、前記第2金属元素を含む第1層を形成する工程と、
前記第1層上に、前記成分元素を含む第2層を形成する工程と、
加熱により、前記第1層の前記第2金属元素と、前記第2層の前記成分元素とを拡散させる工程と
を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電子装置の製造方法。 - 前記第2層上に、前記第1金属元素を含む第3層を形成する工程を更に含み、
前記加熱により、前記第1層の前記第2金属元素と、前記第2層の前記成分元素と、前記第3層の前記第1金属元素とを拡散させることを特徴とする請求項4に記載の電子装置の製造方法。 - 前記加熱により、
前記第1電極上に設けられ、前記第2金属元素と前記成分元素とを含む第1合金部と、
前記第1合金部上に設けられ、前記第1金属元素と前記第2金属元素と前記成分元素とを含む第2合金部と
を有する前記第1合金を形成することを特徴とする請求項5に記載の電子装置の製造方法。 - 前記第1合金を形成する工程は、
前記第1電極上に、前記第2金属元素と前記成分元素とを含む第4層を形成する工程と、
加熱により、前記第4層の前記第2金属元素と前記成分元素とを拡散させる工程と
を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
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