JP6111143B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

従来、２つの接続対象物間を接続する方法として、反応性多層フォイルを用いた方法が知られている。反応性多層フォイルは、エネルギーを供給された場合に発熱反応を生じる反応性材料からなる薄い金属層を交互に積層して所定の厚さとしたフィルム状の部材である。

具体的には、フィルム状の反応性多層フォイルの両面を溶融金属層（はんだ等）で挟んだ構造の接合部材を用意し、接合部材を介して２つの接続対象物を積層する。そして、反応性多層フォイルにエネルギーを供給して発熱させ、この発熱により溶融金属層を溶融させて、２つの接続対象物を接合することが開示されている。

特開２０１２−１８６２１４号公報

しかしながら、上記の技術では、接合対象物とは別体に作られたフィルム状の反応性多層フォイルを用いるため、反応を起こしたい箇所（発熱させたい箇所）以外の箇所においても発熱反応が起こり、反応性多層フォイルから合金が形成されてしまう。従って、接合対象物に形成された複数の端子間を反応性多層フォイルを介して局所的に接合したり、半導体基板等の所定領域を反応性多層フォイルを用いて局所的に加熱（アニール）したりすることはできなかった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、所望の箇所のみで発熱反応を起こすことを可能とする半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。

本半導体装置の製造方法は、第１の基板に形成された複数の第１パッド上に、エネルギーを供給されることで発熱反応を起こし合金化する反応層を、互いに電気的に独立した状態で形成する工程と、前記反応層同士を電気的に接続する導電層を形成する工程と、複数の前記第１パッドと対応する位置に複数の第２パッドが形成された第２の基板を、前記第２パッドと前記第１パッドとが前記導電層及び前記反応層を介して接触するように、前記第１の基板と対向配置する工程と、前記導電層にエネルギーを供給して前記反応層を合金化して合金層を形成し、前記合金層を介して複数の前記第１パッドと複数の前記第２パッドとを接合する工程と、前記第１パッド間に露出する前記導電層を除去する工程と、を有し、前記合金層を形成する工程では、前記導電層の一部が前記合金層に取り込まれ、前記導電層の他部が前記合金層の周囲に残存し、前記合金層を形成する工程の後に、前記導電層の他部を除去する工程を有することを要件とする。

開示の技術によれば、所望の箇所のみで発熱反応を起こすことを可能とする半導体装置の製造方法を提供できる。

第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その３）である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その４）である。 第１の実施の形態の変形例に係るシード層を例示する平面図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その１）である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その２）である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その３）である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その４）である。 第２の実施の形態の変形例に係る半導体装置を例示する断面図である。 第２の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。 第３の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。 第３の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その１）である。 第３の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係る半導体装置の構造］
まず、第１の実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。

図１を参照するに、半導体装置１は、基板１０と、半導体素子２０と、合金層３０とを有する。

基板１０は、基板本体１１と、複数のパッド１２とを有する。基板本体１１の材料としては、例えば、シリコン、セラミックス、絶縁性樹脂等を用いることができる。基板本体１１の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。基板本体１１の上面や下面或いは基板本体１１内には、配線層（図示せず）が形成されている。基板本体１１の下面に外部接続端子が形成されてもよい。

パッド１２は、基板本体１１の上面に、例えば、縦横に配列されている。パッド１２は、基板本体１１に形成された配線層（図示せず）と電気的に接続されている。パッド１２の平面形状は、例えば、直径が数１０μｍ程度の円形状とすることができる。但し、パッド１２の平面形状を楕円形状や矩形状、多角形状等としても構わない。パッド１２のピッチは、例えば、５０〜１００μｍ程度とすることができる。

パッド１２は、例えば、金属層１２ａ及び金属層１２ｂが積層された構造を有する。金属層１２ａの材料としては、例えば、チタン（Ｔｉ）等を用いることができる。金属層１２ａの厚さは、例えば、４０〜６０ｎｍ程度とすることができる。金属層１２ｂの材料としては、例えば、パラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。金属層１２ｂの厚さは、例えば、２０〜４０ｎｍ程度とすることができる。但し、パッド１２は、必ずしも２層構造とする必要はなく、１層構造や３層以上の構造としてもよい。なお、パッド１２は、本発明に係るパッド及び第２パッドの代表的な一例である。

半導体素子２０は、半導体基板２１と、複数のパッド２２とを有する。半導体基板２１は、例えば、シリコンやガリウム砒素等の半導体材料を主成分とする基板である。半導体基板２１の厚さは、例えば、数１０〜数１００μｍ程度とすることができる。半導体基板２１には、半導体集積回路（図示せず）が形成されている。

パッド２２は、半導体基板２１の回路形成面の基板１０のパッド１２と対向する位置に形成されている。パッド２２は、半導体基板２１に形成された半導体集積回路（図示せず）と電気的に接続されている。パッド２２の平面形状は、例えば、直径が数１０μｍ程度の円形状とすることができる。但し、パッド２２の平面形状を楕円形状や矩形状、多角形状等としても構わない。パッド２２のピッチは、例えば、５０〜１００μｍ程度とすることができる。パッド２２の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等を用いることができる。パッド２２の厚さは、例えば、５０〜１００ｎｍ程度とすることができる。パッド２２は、複数層が積層された構造としてもよい。なお、パッド２２は、本発明に係る第１パッドの代表的な一例である。

合金層３０は、基板１０のパッド１２と半導体素子２０のパッド２２に挟持され、両者を接合（電気的に接続）している。合金層３０の平面形状は、例えば、直径が数１０μｍ程度の円形状とすることができる。但し、合金層３０の平面形状を楕円形状や矩形状、多角形状等としても構わない。合金層３０のピッチは、例えば、５０〜１００μｍ程度とすることができる。合金層３０は、例えば、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）を含有するアルミニウム・パラジウム合金（ＡｌＰｄ合金）の層とすることができる。合金層３０の厚さは、例えば、数μｍ程度とすることができる。

［第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法］
次に、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２〜図５は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。なお、本実施の形態では、シリコンウェハ等を用いて複数の半導体装置となる部分を作製後、個片化して各半導体装置とする工程の例を示すが、単品の半導体装置を作製する工程としてもよい。

まず、図２（ａ）に示す工程では、半導体基板２１となる複数の領域にパッド２２が形成された半導体ウェハ２１０を準備する。半導体ウェハ２１０としては、例えば、６インチ（約１５０ｍｍ）、８インチ（約２００ｍｍ）、１２インチ（約３００ｍｍ）等のシリコンウェハを用いることができる。パッド２２としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等を用いることができる。パッド２２は、例えば、縦横に配列されている。

シリコンウェハの厚さは、例えば、０．６２５ｍｍ（６インチの場合）、０．７２５ｍｍ（８インチの場合）、０．７７５ｍｍ（１２インチの場合）等であるが、この工程又は後の工程で適宜薄型化することができる。なお、シリコンウェハに代えて、ガリウム砒素ウェハ等を用いても構わない。Ｃは、最終的に半導体ウェハ２１０を切断する位置（以降、切断位置Ｃとする）を示している。

次に、図２（ｂ）に示す工程では、半導体ウェハ２１０の回路形成面上にパッド２２を露出する開口部３００ｘを備えたレジスト３００を形成する。具体的には、まず、半導体ウェハ２１０の回路形成面上の全面にパッド２２を被覆するレジスト３００を形成する。レジスト３００としては、例えば、感光性樹脂等を用いることができる。その後、レジスト３００を露光及び現像してパッド２２上のレジスト３００を除去し、開口部３００ｘを形成する。

次に、図２（ｃ）に示す工程では、開口部３００ｘ内に露出したパッド２２上、及び、レジスト３００上に反応層３１を形成する。なお、レジスト３００の開口部３００ｘの内壁面に反応層３１が形成されてもよい。反応層３１は、後工程でエネルギーを供給されることで発熱をともなう反応（発熱反応）を起こし合金化する層である。反応層３１は、複数の金属層が積層された積層体が複数層積層されてなる層である、具体的には、図３（ａ）に示すように、反応層３１は、第１金属層３１ａ上に第２金属層３１ｂが積層された積層体３１ｃが複数層積層されてなる。

第１金属層３１ａの材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができ、第２金属層３１ｂの材料としては、例えば、パラジウム（Ｐｄ）を用いることができる。第１金属層３１ａ及び第２金属層３１ｂのそれぞれの厚さは、例えば、２０〜６０ｎｍ程度とすることができる。第１金属層３１ａ及び第２金属層３１ｂは、例えば、スパッタ法等により形成できる。

第１金属層３１ａを厚さ４０ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）層とし、第２金属層３１ｂを厚さ４０ｎｍ程度のパラジウム（Ｐｄ）層とした場合には、積層体３１ｃの積層数を２５層程度（反応層３１の総厚を２μｍ程度）とすることができる。これにより、反応層３１を反応させた際に所定の発熱量（この場合には、１５００℃程度）を得ることができる。

なお、第１金属層３１ａ／第２金属層３１ｂとして、アルミニウム（Ａｌ）／パラジウム（Ｐｄ）に代えて、アルミニウム（Ａｌ）／ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）／シリコン（Ｓｉ）等を用いてもよい。これらの層は目的に応じて適宜選択できるが、少ない積層数で所定の発熱量を得られる点で、第１金属層３１ａ／第２金属層３１ｂをアルミニウム（Ａｌ）／パラジウム（Ｐｄ）とすることが好適である。

なお、第１金属層３１ａ／第２金属層３１ｂをパラジウム（Ｐｄ）／アルミニウム（Ａｌ）としても（積層する順番を変えても）同様の効果を奏する。すなわち、第１金属層３１ａ及び第２金属層３１ｂの何れか一方をアルミニウム、他方をパラジウムとすることが好適である。

次に、図３（ｂ）に示す工程では、図２（ｃ）に示すレジスト３００を剥離する（リフトオフ法）。これにより、半導体ウェハ２１０に形成された複数のパッド２２上に、反応層３１が互いに電気的に独立した状態で形成される。例えば、パッド１２が縦横に配列されていれば、反応層３１も縦横に配列される。

次に、図３（ｃ）に示す工程では、反応層３１同士を電気的に接続する導電層であるシード層３１０を形成する。より詳しくは、パッド２２の側面、反応層３１の上面及び側面、半導体ウェハ２１０の回路形成面の全面（パッド２２形成部を除く）を被覆するシード層３１０を形成する。シード層３１０としては、例えば、スパッタ法等によりチタン（Ｔｉ）層等を形成することができる。シード層３１０の厚さは、例えば、３０ｎｍ程度とすることができる。シード層３１０として、チタン（Ｔｉ）層に代えて、銅（Ｃｕ）層やアルミニウム（Ａｌ）層等を用いても構わない。

次に、図４（ａ）に示す工程では、複数のパッド２２と対応する位置に複数のパッド１２０が形成された基板１１０を準備する。そして、基板１１０を、パッド１２０とパッド２２とがシード層３１０及び反応層３１を介して接触するように、半導体ウェハ２１０と対向配置する。基板１１０の材料としては、例えば、シリコン、セラミックス、絶縁性樹脂等を用いることができる。基板１１０の厚さは、例えば、数ｍｍ程度とすることができる。

パッド１２０は、例えば、金属層１２ａ、金属層１２ｂ、及び金属層１２ｃが積層された構造を有する。金属層１２ａの材料としては、例えば、チタン（Ｔｉ）等を用いることができる。金属層１２ａの厚さは、例えば、４０〜６０ｎｍ程度とすることができる。金属層１２ｂの材料としては、例えば、パラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。金属層１２ｂの厚さは、例えば、２０〜４０ｎｍ程度とすることができる。金属層１２ｃの材料としては、例えば、金（Ａｕ）等を用いることができる。金属層１２ｃの厚さは、例えば、５〜２０ｎｍ程度とすることができる。

次に、図４（ｂ）に示す工程では、シード層３１０の例えば矢印の部分にエネルギーを供給する。エネルギーを供給する方法としては、例えば、電気パルスを印加してスパークさせる方法や、レーザ光を照射する方法等を用いることができる。シード層３１０にエネルギーを供給することにより、反応層３１が発熱反応を起こし合金化し、図５（ａ）に示すように、合金層３０が形成される。合金化する反応の際に、反応層３１の近傍が局所的に１５００℃程度に加熱される。

シード層３１０により電気的に接続された各反応層３１は、連鎖的に反応し、全ての反応層３１が合金層３０となる。すなわち、シード層３１０にエネルギーを供給して１つの反応層３１が発熱反応を起こし、エネルギーがシード層３１０を介して他の反応層３１に伝搬して、他の反応層３１が連鎖的に発熱反応を起こす。

なお、反応層３１が合金化する際に、シード層３１０の一部（反応層３１と金属層１２ｃに挟まれていた部分）及び金属層１２ｃが合金層３０に取りこまれる。又、シード層３１０の他部が合金層３０の周囲に残存する。これにより、パッド１２０は、金属層１２ａ及び金属層１２ｂが積層された構造のパッド１２となる。又、例えば、反応層３１がアルミニウム層とパラジウム層が積層された構造であり、シード層３１０がチタンであり、金属層１２ｃが金である場合には、合金層３０はチタン及び金を含有するアルミニウム・パラジウム合金（ＡｌＰｄ合金）の層となる。

次に、図５（ｂ）に示す工程では、不要なシード層３１０（合金層３０の周囲に残存するシード層３１０の他部）をエッチングして除去する。これにより、基板１１０のパッド１２と半導体ウェハ２１０のパッド２２が合金層３０を介して接合（電気的に接続）された構造体が完成する。その後、図５（ｂ）に示す構造体を切断位置Ｃで切断して個片化することにより、基板１０のパッド１２と半導体素子２０のパッド２２が合金層３０を介して接合（電気的に接続）された半導体装置１（図１参照）が複数個作製される。

なお、図５（ａ）に示す工程の後、図５（ａ）に示す構造体を切断位置Ｃで切断して個片化し、個片化された構造体毎に不要なシード層３１０をエッチングして除去する工程としてもよい。このような工程にすると、エッチング液がシード層３１０の各部に到達し易く、シード層３１０を確実にエッチングできる点で好適である。

このように、第１の実施の形態では、接続したい複数の端子間（パッド間）に反応層３１を互いに電気的に独立した状態で形成し、反応層３１同士をシード層３１０で電気的に接続する。そして、シード層３１０にエネルギーを供給して、シード層３１０により電気的に接続された各反応層３１を連鎖的に反応させ、各反応層３１から合金層３０を形成する。

これにより、複数の端子間（パッド間）を合金層３０により略同時に接合することができる（端子間以外の部分は接合されない）。なお、従来の技術では、接合対象物とは別体に作られたフィルム状の反応性多層フォイルを用いるため、反応を起こしたい箇所（発熱させたい箇所）以外の箇所においても発熱反応が起こり、反応性多層フォイルから合金が形成される。従って、本実施の形態のように、複数の端子間（パッド間）を個別に（局所的に）、かつ、略同時に接続することはできなかった。

又、反応層３１は、例えば、スパッタ法やリフトオフ法等を組み合わせて形成できるため、複数の端子（パッド）が狭ピッチ化した場合でも各端子（パッド）上に精度良く形成できる。又、発熱反応は反応層３１の部分のみで起こるので、フィルム状の反応性多層フォイルを用いる場合に比べて、半導体素子２０等に与える熱的な影響を大幅に低減できる。又、各端子（パッド）間が高融点の合金層３０で接合されるため、例えば、はんだ等の低融点の金属等で接合された場合に比べて、接続信頼性（エレクトロマイグレーション耐性や機械的強度等）を向上できる。

又、フィルム状の反応性多層フォイルは、２種類の異なる金属層の積層体が数千層程度積層されているため（必要以上に積層されているため）高価であると共に、発熱量の制御が困難である。一方、本実施の形態では、必要な発熱量が得られるように、２種類の異なる金属層を必要な厚さで必要な層数のみ積層できるので、製造コストを低減できると共に、発熱量の制御が容易である。特に、２種類の異なる金属層として４０ｎｍ程度の厚さのアルミニウム層とパラジウム層のペアを用いる場合には、２５層程度の少ない積層数で所定の発熱量を得られるので、製造コストの低減に大きく貢献できる。

なお、半導体基板２１の代わりに樹脂基板やセラミックス基板等を用いても、上記で説明した方法により、基板１０のパッド１２と樹脂基板やセラミックス基板等のパッドとを合金層３０により接合できる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、第１の実施の形態の図３（ｃ）に示す工程において、シード層３１０とは形態の異なるシード層を形成する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図６は、第１の実施の形態の変形例に係るシード層を例示する平面図である。なお、図６において、便宜上、シード層３２０及び３３０を梨地模様で示している。

図６（ａ）は第１の例であり、図６（ｂ）は第２の例である。図６（ａ）に示す第１の例では、導電層であるシード層３２０が反応層３１上で交差するように格子状に形成されている。言い換えれば、半導体ウェハ２１０上に、交点の位置で各反応層３１と電気的に接続されるように、格子状のシード層３２０が形成されている。つまり、第１の実施の形態の図３（ｃ）に示す工程では、半導体ウェハ２１０の回路形成面上の全面を被覆するシード層３１０を形成したが、図６（ａ）のように、半導体ウェハ２１０の回路形成面上を部分的に被覆するシード層３２０を形成してもよい。但し、シード層３２０は必ず反応層３１と導通するように形成する必要がある。

このように、半導体ウェハ２１０の回路形成面上を部分的に被覆するシード層３２０を形成することにより、シード層３２０を細く形成できるため、シード層３２０の電流密度を向上できる。その結果、シード層３２０に供給したエネルギーにより反応層３１が反応を起こしやすくなるという効果を奏する。

なお、図６（ｂ）に示す第２の例のように、反応層３１上を通る部分が他の部分よりも細く形成されたシード層３３０を用いると、反応層３１上を通る部分のシード層３３０の電流密度をいっそう向上できる。その結果、シード層３３０に供給したエネルギーにより反応層３１がいっそう反応を起こしやすくなるという効果を奏する。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、半導体基板の所定領域を反応層を用いて局所的に加熱（アニール）する半導体装置の製造方法の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

［第２の実施の形態に係る半導体装置の構造］
まず、第２の実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図７は、第２の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。

図７を参照するに、半導体装置２は、半導体基板４１と、不純物ドープ領域４２と、絶縁膜４３と、絶縁膜４４と、貫通電極４６と、合金層４７と、配線層４８と、配線層４９と、シード層３６０と、シード層３７０とを有する。

半導体基板４１の一方の側には、複数の不純物ドープ領域４２が形成されている。半導体基板４１は、例えば、シリコンである。不純物ドープ領域４２は、例えば、半導体基板４１にリン（ｎ型ドーパント）やホウ素（ｐ型ドーパント）等の不純物が添加された領域である。半導体基板４１には、貫通孔４１ｘが設けられている。半導体基板４１の一方の面には絶縁膜４３が形成されている。半導体基板４１の他方の面及び貫通孔４１ｘの内壁面には絶縁膜４４が形成されている。内壁面に絶縁膜４４が形成された貫通孔４１ｘ内には貫通電極４６が形成されている。

貫通電極４６の上端面は絶縁膜４３から露出し、貫通電極４６の下端面は絶縁膜４４から露出している。貫通電極４６の上端面には、シード層３６０及び配線層４８が積層されている。貫通電極４６の下端面には、シード層３７０及び配線層４９が積層されている。絶縁膜４３には、不純物ドープ領域４２を露出する開口部４３ｘが形成されている。合金層４７は、絶縁膜４３上に形成され、開口部４３ｘを介して不純物ドープ領域４２と電気的に接続されている。合金層４７上には、配線層４８が積層されている。

合金層４７は、例えば、チタン（Ｔｉ）を含有するアルミニウム・パラジウム合金（ＡｌＰｄ合金）の層とすることができる。合金層４７の厚さは、例えば、数μｍ程度とすることができる。配線層４８は、例えば、金属層４８ａ（例えば、銅等）、金属層４８ｂ（例えば、ニッケル等）、及び金属層４８ｃ（例えば、金等）を合金層４７上又はシード層３６０上に順次積層した構造とすることができる。配線層４９は、例えば、金属層４９ａ（例えば、銅等）、金属層４９ｂ（例えば、ニッケル等）、及び金属層４９ｃ（例えば、金等）をシード層３７０上に順次積層した構造とすることができる。

［第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法］
次に、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図８〜図１１は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。なお、本実施の形態では、シリコンウェハ等を用いて複数の半導体装置となる部分を作製後、個片化して各半導体装置とする工程の例を示すが、単品の半導体装置を作製する工程としてもよい。

まず、図８（ａ）に示す工程では、半導体基板４１となる複数の領域を備えた半導体ウェハ４１０を準備し、半導体基板４１となる各領域の一方の側に複数の不純物ドープ領域４２（活性層）を形成する。そして、半導体ウェハ４１０の回路形成面上に絶縁膜４３を形成する。

半導体ウェハ４１０としては、例えば、第１の実施の形態の半導体ウェハ２１０と同様のものを用いることができる。絶縁膜４３としては、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等を用いることができる。不純物ドープ領域４２は、例えば、イオン注入法等によりリン（ｎ型ドーパント）やホウ素（ｐ型ドーパント）等の不純物を添加することにより形成できる。絶縁膜４３は、例えば、スパッタ法等により形成できる。絶縁膜４３の厚さは、例えば、１μｍ程度とすることができる。Ｃは、最終的に半導体ウェハ４１０を切断する位置（以降、切断位置Ｃとする）を示している。

次に、図８（ｂ）に示す工程では、半導体ウェハ４１０に貫通孔４１ｘを形成する。貫通孔４１ｘは、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等により形成できる。貫通孔４１ｘの平面形状は、例えば、直径が数１０μｍ程度の円形状とすることができる。貫通孔４１ｘのピッチは、例えば、５０〜１００μｍ程度とすることができる。

次に、図８（ｃ）に示す工程では、貫通孔４１ｘの内壁面及び半導体ウェハ４１０の裏面（回路形成面とは反対側の面）に絶縁膜４４を形成する。絶縁膜４４としては、例えば、熱酸化膜（ＳｉＯ_２膜）等を用いることができる。絶縁膜４４は、半導体ウェハ４１０の表面近傍の温度を例えば１１００℃程度とするウェット熱酸化法により熱酸化することで形成できる。絶縁膜４４の厚さは、例えば、１μｍ程度とすることができる。

次に、図９（ａ）に示す工程では、絶縁膜４３上に、不純物ドープ領域４２を被覆する絶縁膜４３の一部を露出する開口部３４０ｘを備えたレジスト３４０を形成する。具体的には、まず、絶縁膜４３上の全面に感光性樹脂等からなるレジスト３４０を形成する。その後、レジスト３４０を露光及び現像して不純物ドープ領域４２を被覆する絶縁膜４３の一部を被覆するレジスト３４０を除去し、開口部３４０ｘを形成する。その後、レジスト３４０をマスクとして開口部３４０ｘ内に露出する絶縁膜４３をエッチングにより除去し、絶縁膜４３に開口部４３ｘを形成する。開口部４３ｘ内には、不純物ドープ領域４２の一部が露出する。その後、レジスト３４０を除去する。

次に、図９（ｂ）に示す工程では、絶縁膜４３上に、開口部４３ｘ及びその周辺部の絶縁膜４３を露出する開口部３５０ｘを備えたレジスト３５０を形成する。具体的には、まず、絶縁膜４３上の全面に感光性樹脂等からなるレジスト３５０を形成する。その後、レジスト３５０を露光及び現像して開口部４３ｘ及びその周辺部の絶縁膜４３を被覆するレジスト３５０を除去し、開口部３５０ｘを形成する。

次に、図９（ｃ）に示す工程では、開口部４３ｘ内に露出した不純物ドープ領域４２上、開口部３５０ｘ内に露出した絶縁膜４３上、及び、レジスト３５０上に反応層４５を形成する。なお、レジスト３５０の開口部３５０ｘの内壁面に反応層４５が形成されてもよい。反応層４５の構造は、例えば、図３（ａ）に示した反応層３１の構造と同様とすることができる。

次に、図１０（ａ）に示す工程では、図９（ｃ）に示すレジスト３５０を剥離する（リフトオフ法）。これにより、半導体ウェハ４１０の一方の側に形成された複数の不純物ドープ領域４２上に、反応層４５が互いに電気的に独立した状態で形成される。より詳しくは、開口部４３ｘ内に露出した不純物ドープ領域４２上から開口部４３ｘの周囲の絶縁膜４３上に延在する反応層４５が形成される。なお、反応層４５は、不純物ドープ領域４２と電気的に接続されている。

次に、図１０（ｂ）に示す工程では、貫通孔４１ｘ内に貫通電極４６を形成する。貫通電極４６は、例えば、貫通孔４１ｘ内に銅ペーストを充填することで形成できる。貫通電極４６を無電解めっき法や電解めっき法等により形成してもよい。

次に、図１０（ｃ）に示す工程では、反応層４５同士を電気的に接続する導電層であるシード層３６０を形成する。より詳しくは、反応層４５の上面及び側面、貫通電極４６の上端面、反応層４５に被覆されていない絶縁膜４３の上面を被覆するシード層３６０を形成する。又、貫通電極４６の下端面、絶縁膜４４の下面を被覆するシード層３７０を形成する。シード層３６０及び３７０の材料や形成方法等は、例えば、シード層３１０と同様とすることができる。

次に、図１１（ａ）に示す工程では、反応層４５の上面を被覆するシード層３６０上、及び、貫通電極４６の上端面を被覆するシード層３６０上に配線層４８を形成する。又、貫通電極４６の下端面を被覆するシード層３７０上に配線層４９を形成する。配線層４８は、例えば、金属層４８ａ（例えば、銅等）、金属層４８ｂ（例えば、ニッケル等）、及び金属層４８ｃ（例えば、金等）をシード層３６０上に順次積層した構造とすることができる。配線層４９は、例えば、金属層４９ａ（例えば、銅等）、金属層４９ｂ（例えば、ニッケル等）、及び金属層４９ｃ（例えば、金等）をシード層３７０上に順次積層した構造とすることができる。配線層４８及び４９は、例えば、セミアディティブ法により形成できる。この際、シード層３６０及び３７０は、電解めっきを行う際の給電層として使用できる。

配線層４８及び４９を形成後、シード層３６０の例えば矢印の部分に図４（ｂ）に示す工程と同様にしてエネルギーを供給する。シード層３６０にエネルギーを供給することにより、反応層４５が発熱反応を起こし合金化し、図１１（ｂ）に示すように、合金層４７が形成される。合金化する反応の際に、反応層４５の近傍が局所的に１５００℃程度に加熱される。

シード層３６０により電気的に接続された各反応層４５は、連鎖的に反応し、全ての反応層４５が合金層４７となる。すなわち、シード層３６０にエネルギーを供給して１つの反応層４５が発熱反応を起こし、エネルギーがシード層３６０を介して他の反応層４５に伝搬して、他の反応層４５が連鎖的に発熱反応を起こす。反応層４５が合金化の際に発生する熱により、複数の不純物ドープ領域４２は略同時にアニールされて活性化される。

なお、反応層４５が合金化する際に、シード層３６０の一部（反応層４５と金属層４８ａに挟まれていた部分）が合金層４７に取りこまれる。又、シード層３６０の他部が合金層４７の周囲に残存する。例えば、反応層４５がアルミニウム（Ａｌ）層とパラジウム（Ｐｄ）層が積層された構造であり、シード層３６０がチタン（Ｔｉ）である場合には、合金層４７はチタン（Ｔｉ）を含有するアルミニウム・パラジウム合金（ＡｌＰｄ合金）の層となる。

次に、図１１（ｃ）に示す工程では、不要なシード層３６０及び３７０をエッチングして除去する。なお、配線層４８に被覆された部分のシード層３６０、及び配線層４９に被覆された部分のシード層３７０はエッチングされないため残存する。その後、図１１（ｃ）に示す構造体を切断位置Ｃで切断して個片化することにより、半導体装置２（図７参照）が複数個作製される。

なお、図１１（ｂ）に示す工程の後、図１１（ｂ）に示す構造体を切断位置Ｃで切断して個片化し、個片化された構造体毎に不要なシード層３６０及び３７０をエッチングして除去する工程としてもよい。

このように、第２の実施の形態では、複数の不純物ドープ領域４２に反応層４５を互いに電気的に独立した状態で形成し、反応層４５同士をシード層３６０で電気的に接続する。そして、シード層３６０にエネルギーを供給して、シード層３６０により電気的に接続された各反応層４５を連鎖的に反応させ、各反応層４５から合金層４７を形成する。このとき、反応層４５が合金化の際に発生する熱により、複数の不純物ドープ領域４２を略同時にアニールして活性化することができる。

なお、従来のアニールでは、例えば、ヒータを用いて対象物（半導体装置等）全体を加熱していた（ヒータアニール）。又、フラッシュランプを用いて対象物（半導体装置等）全体を加熱していた（フラッシュランプアニール）。又、対象物（半導体装置等）のアニールしたい箇所にレーザ光を照射して局所的に加熱していた（レーザアニール）。

ヒータアニールやフラッシュランプアニールでは、対象物（半導体装置等）全体を加熱するため、貫通電極や配線等の半導体基板等と熱膨張係数が異なる材料が形成されている場合は、熱膨張係数差により電極抜けや配線剥がれが発生する。又、レーザアニールは、局部的な加熱が可能ではあるが、高価な設備を必要とすること、及び対象箇所を個別に加熱するため時間がかかるという問題点があった。又、これら何れの方法についても、アニールによる活性化処理の後に貫通電極や配線を形成する場合は、活性化処理により形成された金属層の酸化膜除去が必要であったり、密着性が低下するといった不具合が生じるおそれがあった。

一方、本実施の形態では、反応層４５を形成した箇所のみ局所的に加熱できるため、従来のヒータアニールやフラッシュランプアニールのように、貫通電極や配線等に不具合が生じない。又、複数の不純物ドープ領域４２を略同時に反応させることにより、従来のレーザアニールに比べて活性化処理の高速化が可能となる。又、反応層４５の反応により、不純物ドープ領域４２に電気的に接続される合金層４７が形成されるが、合金層４７は耐熱性及びピール強度に優れているという特徴を有する。

〈第２の実施の形態の変形例〉
第２の実施の形態の変形例では、半導体基板の一方の側及び他方の側に不純物ドープ領域を形成した半導体装置にアニールを行う例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図１２は、第２の実施の形態の変形例に係る半導体装置を例示する断面図である。図１２を参照するに、半導体装置３は、半導体基板４１の他方の側に、不純物ドープ領域５２及び合金層５７が形成された点が第２の実施の形態に係る半導体装置２（図７参照）と相違する。なお、不純物ドープ領域５２は、本発明に係る第２不純物ドープ領域の代表的な一例である。

絶縁膜４４には、不純物ドープ領域５２を露出する開口部４４ｘが形成されている。合金層５７は、絶縁膜４４上に形成され、開口部４４ｘを介して不純物ドープ領域５２と電気的に接続されている。合金層５７上には、配線層４９が積層されている。不純物ドープ領域５２及び合金層５７の材料等は、例えば、不純物ドープ領域４２及び合金層４７の材料等と同様とすることができる。

半導体基板４１の他方の側に不純物ドープ領域５２が形成されている場合には、半導体基板４１の他方の側もアニールを行い活性化する必要がある。半導体基板４１の他方の側をアニールするには、第２の実施の形態と同様な工程により、半導体ウェハ４１０の他方の側に形成された複数の不純物ドープ領域５２上に、反応層５５を互いに電気的に独立した状態で形成する。より詳しくは、開口部４４ｘ内に露出した不純物ドープ領域５２上から開口部４４ｘの周囲の絶縁膜４４上に延在する反応層５５を形成する。なお、反応層５５は、不純物ドープ領域５２と電気的に接続される。

そして、反応層５５同士を電気的に接続する第２導電層であるシード層３７０を形成する。より詳しくは、反応層５５の下面及び側面、貫通電極４６の下端面、反応層５５に被覆されていない絶縁膜４４の下面を被覆するシード層３７０を形成する。なお、反応層５５は、本発明に係る第２反応層の代表的な一例である。

次に、図１３に示すように、反応層４５の上面を被覆するシード層３６０上、及び、貫通電極４６の上端面を被覆するシード層３６０上に配線層４８を形成する。又、反応層５５の下面を被覆するシード層３７０上、及び、貫通電極４６の下端面を被覆するシード層３７０上に配線層４９を形成する。そして、シード層３６０及び３７０に図４（ｂ）に示す工程と同様にしてエネルギーを供給する。反応層４５が合金化の際に発生する熱により、複数の不純物ドープ領域４２は略同時にアニールされて活性化される。又、反応層５５が合金化の際に発生する熱により、複数の不純物ドープ領域５２は略同時にアニールされて活性化される。更に、図１１（ｃ）と同様な工程を実行後、個片化することにより、半導体装置３（図１２参照）が複数個作製される。

このように、半導体基板の両側に不純物ドープ領域を形成した半導体装置にアニールを行う場合にも、第２の実施の形態と同様の効果を奏する。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、基板と半導体装置の接続とアニールを略同時に行う例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。

図１４は、第３の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。図１４を参照するに、半導体装置４は、基板１０と、半導体装置２Ａとを有し、基板１０のパッド１２と半導体装置２Ａの合金層４７は接合されている。半導体装置２Ａは、合金層４７上に配線層４８が形成されていない点を除き図７に示す半導体装置２と同様の構造である。

図１５及び図１６は、第３の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。なお、本実施の形態では、シリコンウェハ等を用いて複数の半導体装置となる部分を作製後、個片化して各半導体装置とする工程の例を示すが、単品の半導体装置を作製する工程としてもよい。

まず、図１５（ａ）に示す工程では、図８（ａ）〜図１１（ａ）と同様な工程により、図１１（ａ）と同様な構造体を作製する。但し、反応層４５の上面を被覆するシード層３６０上には配線層４８を形成しない。そして、図４（ａ）と同様な工程により、複数の反応層４５と対応する位置に複数のパッド１２０が形成された基板１１０を、反応層４５とパッド１２０とが導電層であるシード層３６０を介して接触するように、半導体ウェハ４１０と対向配置する。

次に、図１５（ｂ）に示す工程では、シード層３６０に図４（ｂ）に示す工程と同様にしてエネルギーを供給する。シード層３６０にエネルギーを供給することにより、反応層４５が発熱反応を起こし合金化し、図１６（ａ）に示すように、合金層４７が形成される。合金化する反応の際に、反応層４５の近傍が局所的に１５００℃程度に加熱される。

シード層３６０により電気的に接続された各反応層４５は、連鎖的に反応し、全ての反応層４５が合金層４７となる。すなわち、シード層３６０にエネルギーを供給して１つの反応層４５が発熱反応を起こし、エネルギーがシード層３６０を介して他の反応層４５に伝搬して、他の反応層４５が連鎖的に発熱反応を起こす。反応層４５が合金化の際に発生する熱により、複数の不純物ドープ領域４２は略同時にアニールされて活性化される。

なお、反応層４５が合金化する際に、シード層３６０の一部（反応層４５と金属層１２ｃに挟まれていた部分）及び金属層１２ｃが合金層４７に取りこまれる。又、シード層３６０の他部が合金層４７の周囲に残存する。これにより、パッド１２０は、金属層１２ａ及び金属層１２ｂが積層された構造のパッド１２となる。又、例えば、反応層４５がアルミニウム層とパラジウム層が積層された構造であり、シード層３６０がチタンであり、金属層１２ｃが金である場合には、合金層４７はチタン及び金を含有するアルミニウム・パラジウム合金の層となる。

このように、シード層３６０にエネルギーを供給して反応層４５を合金化して合金層４７を形成し、合金層４７を介して複数の不純物ドープ領域４２と複数のパッド１２とを接合すると共に、複数の不純物ドープ領域４２を活性化させることができる。

次に、図１６（ｂ）に示す工程では、不要なシード層３６０及び３７０をエッチングして除去する。これにより、基板１１０のパッド１２と半導体ウェハ４１０の合金層４７が接合された構造体が完成する。その後、図１６（ｂ）に示す構造体を切断位置Ｃで切断して個片化することにより、基板１０のパッド１２と半導体装置２Ａの合金層４７が接合された半導体装置４（図１４参照）が複数個作製される。

なお、図１６（ａ）に示す工程の後、図１６（ａ）に示す構造体を切断位置Ｃで切断して個片化し、個片化された構造体毎に不要なシード層３６０及び３７０をエッチングして除去する工程としてもよい。このような工程にすると、エッチング液がシード層３６０及び３７０の各部に到達し易く、シード層３６０及び３７０を確実にエッチングできる点で好適である。

このように、第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態における効果に加えて、更に以下の効果を奏する。すなわち、各不純物ドープ領域４２をアニールして活性化すると略同時に、各不純物ドープ領域４２と各パッド１２とを合金層４７により接合することができる。

以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、シード層は基板側に形成してもよい。例えば、図４（ａ）に示すシード層３１０をパッド１２０を被覆するように基板１１０上に形成してもよい。この場合にも、図４（ｂ）に示す工程で、シード層３１０が各反応層３１と接するため、反応層３１同士がシード層３１０により電気的に接続される。その後、シード層３１０にエネルギーを供給することにより、シード層３１０により電気的に接続された各反応層３１が連鎖的に反応し、全ての反応層３１が合金層３０となる。

又、接続したい複数の端子間（パッド間）が狭ピッチでない場合には、フィルム状の反応性多層フォイルを入手し、入手したフィルム状の反応性多層フォイルを端子（パッド）の形状に加工し、各端子上に載置してもよい。例えば、パッド２２間が狭ピッチでない場合には、図２（ｂ）〜図３（ｂ）に示す工程に代えて、入手した反応性多層フォイルを打ち抜き加工等によりパッド２２の形状に加工し、各パッド２２上に載置する工程としてもよい。或いは、入手したフィルム状の反応性多層フォイルを各パッド２２上を含む半導体ウェハ２１０の回路形成面上に配置し、各パッド２２上に配置した部分以外をエッチング等で除去する工程としてもよい。何れの場合も、図３（ｃ）以降の工程は前述の通りとすることができる。

１、２、２Ａ、３、４ 半導体装置
１０、１１０ 基板
１１ 基板本体
１２、２２、１２０ パッド
１２ａ、１２ｂ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４９ａ、４９ｂ、４９ｃ 金属層
２０ 半導体素子
２１、４１ 半導体基板
３０、４７、５７ 合金層
３１、４５、５５ 反応層
３１ａ 第１金属層
３１ｂ 第２金属層
３１ｃ 積層体
４１ｘ 貫通孔
４２、５２ 不純物ドープ領域
４３、４４ 絶縁膜
４３ｘ、４４ｘ、３００ｘ、３４０ｘ、３５０ｘ 開口部
４６ 貫通電極
４８、４９ 配線層
２１０、４１０ 半導体ウェハ
３００、３４０、３５０ レジスト
３１０、３２０、３３０、３６０、３７０ シード層

Claims (9)

1. 第１の基板に形成された複数の第１パッド上に、エネルギーを供給されることで発熱反応を起こし合金化する反応層を、互いに電気的に独立した状態で形成する工程と、
   前記反応層同士を電気的に接続する導電層を形成する工程と、
   複数の前記第１パッドと対応する位置に複数の第２パッドが形成された第２の基板を、前記第２パッドと前記第１パッドとが前記導電層及び前記反応層を介して接触するように、前記第１の基板と対向配置する工程と、
   前記導電層にエネルギーを供給して前記反応層を合金化して合金層を形成し、前記合金層を介して複数の前記第１パッドと複数の前記第２パッドとを接合する工程と、
   前記第１パッド間に露出する前記導電層を除去する工程と、を有し、
   前記合金層を形成する工程では、前記導電層の一部が前記合金層に取り込まれ、前記導電層の他部が前記合金層の周囲に残存し、
   前記合金層を形成する工程の後に、前記導電層の他部を除去する工程を有する半導体装置の製造方法。
2. 第１の基板である半導体基板に形成された複数の不純物ドープ領域上に、エネルギーを供給されることで発熱反応を起こし合金化する反応層を、互いに電気的に独立した状態で形成する工程と、
   前記反応層同士を電気的に接続する導電層を形成する工程と、
   前記導電層にエネルギーを供給して前記反応層を合金化して合金層を形成し、合金化の際に発生する熱により、複数の前記不純物ドープ領域を活性化させる工程と、を有する半導体装置の製造方法。
3. 前記反応層を形成する工程と、
   前記導電層を形成する工程と、
   複数の前記反応層と対応する位置に複数のパッドが形成された第２の基板を、前記反応層と前記パッドとが前記導電層を介して接触するように、前記第１の基板と対向配置する工程と、を有し、
   前記活性化させる工程では、前記導電層にエネルギーを供給して前記反応層を合金化して合金層を形成し、前記合金層を介して複数の前記不純物ドープ領域と複数の前記パッドとを接合すると共に、複数の前記不純物ドープ領域を活性化させる請求項２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記合金層を形成する工程では、前記導電層の一部が前記合金層に取り込まれ、前記導電層の他部が前記合金層の周囲に残存し、
   前記合金層を形成する工程の後に、前記導電層の他部を除去する工程を有する請求項２又は３記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記反応層は縦横に配列され、
   前記導電層を形成する工程では、前記第１の基板上に、交点の位置で前記反応層と電気的に接続されるように、格子状の導電層を形成する請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記反応層は、第１金属層上に第２金属層が積層された積層体が複数層積層されてなる請求項１乃至５の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記第１金属層及び前記第２金属層の何れか一方はアルミニウム、他方はパラジウムであり、
   前記第１金属層及び前記第２金属層はスパッタ法により形成される請求項６記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記合金層を形成する工程では、前記導電層にエネルギーを供給して１つの反応層が発熱反応を起こし、前記エネルギーが前記導電層を介して他の反応層に伝搬して、前記他の反応層が連鎖的に発熱反応を起こす請求項１乃至７の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記導電層にエネルギーを供給する方法は、前記導電層に電気パルスを印加する方法、又は、前記導電層にレーザ光を照射する方法である請求項１乃至８の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。

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