JP7023302B2 - 導電性接合材料を備える接合部材及び接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップの基板へのダイボンディングやフリップチップ実装に適用される導電性接合材料及びその導電性接合材料の製造方法に関する。

各種半導体デバイスの生産に際し、半導体チップを基板に接着する工程として、ダイボンディングやフリップチップ実装が実施されている。これら半導体チップの接合方法として、本願出願人は、金属粉末の焼結体を導電性接合材料として適用する接合方法を開示している（例えば、特許文献１）。この接合方法では、所定の粒径を有し高純度の金等からなる金属粉末等の金属ペーストを、半導体チップ等の被接合部材に塗布した後、８０～３００℃の温度で加熱して金属粉末を焼結して金属粉末焼結体とする。そして、被接合部材を基板に載置し、加熱しながら加圧して金属粉末焼結体を緻密化させて接合する方法である。

上記のとおり、本願出願人による従来の接合方法では、被接合部材の接合工程の前に、接合媒体となる金属粉末の金属ペーストを塗布し、更に、金属粉末を焼結して導電性接合材料を形成する。この焼結工程では、金属粉末同士が近接して、相互に熱拡散して結合する。また、焼結温度によっては、金属粉末同士のネッキングが生じて更に強固に結合した状態も生じ得る。これらの作用を経て形成される金属粉末焼結体は、ある程度の圧縮変形強度を有する焼結体である。本願出願人による接合方法において、かかる金属粉末焼結体を適用するのは、接合工程前あるいは接合中に、接合部材が崩壊することや被接合部材から脱落することを抑制するためである。

また、金属粉末焼結体の適用は、接合部の接合強度を確保する観点からも有用と考えられている。接合工程において、加熱及び加圧された金属粉末焼結体の内部では、ネッキングの進行と金属粒子自体の塑性変形が生じ、内部の空隙を減少させながら緻密化される。このように緻密化した導電性接合材料は、半導体チップと基板を強固に接合する。このような緻密化をスムースに進行させる前提として、金属粉末焼結体を適用することが必要であると考えられてきた。

そして、金属ペースト及び金属粉末焼結体による接合方法は、比較的低温で強固な接合が可能である。そのため、この接合方法は、従前のろう付けによる接合方法にとって替わることが期待されており、各種半導体チップや電子部品の接合への応用が広がっている。

特開２００７－３２４５２３号公報

ところで、近年になって、Ｓｉ系半導体（単結晶Ｓｉ、ＳｉＣ等）に加えて、Ｇａ系半導体（ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ）等の化合物半導体を適用したデバイスが注目されている。化合物半導体は、従来からあるＳｉ系半導体よりも電子の移動速度が速いため高速信号処理に優れる等の利点があることによる。そして、化合物半導体の接合についても、上記した金属粉末焼結体による接合方法の適用が期待できる。

しかしながら、本発明者等の検討によれば、上述した金属ペースト及び金属粉末焼結体を適用する接合方法は、化合物半導体の接合については、そのままで適用することが困難であることが確認されている。これは、被接合部材である化合物半導体の強度と、接合工程で要求される加圧力との関係に起因する。

化合物半導体は、Ｓｉ系半導体よりも脆く強度が低いものが多い。そのため、本願出願人による接合方法を化合物半導体の接合に適用する場合、接合工程の金属粉末焼結体の加圧力を低圧に設定する必要がある。この点、化合物半導体が耐え得る圧力としては、具体的には、１０ＭＰａ以下、好ましくは５ＭＰａ以下が想定されている。

本願出願人による接合方法が化合物半導体の接合に適用し難いのは、上記のとおり低い加圧力が要求されている点にある。本願出願人の接合方法では、接合工程で金属粉末焼結体を圧縮変形して緻密にする必要があり、そのためには一定以上の加圧力が必要である。この加圧力は、上記した化合物半導体が耐え得る圧力値を超えることが多い。よって、化合物半導体の損傷を回避すべく、接合工程の加圧力を低圧とすると、接合強度に不足が生じることとなる。そのため、本願出願人による金属ペースト及び金属粉末焼結体による接合方法は、そのままでは化合物半導体の接合に適用困難であると判断された。

更に、近年の更なる小型化が進む各種半導体デバイスの製造のため、狭小な接合面を有する半導体チップを効率的にダイボンディングするための技術が必要となっている。具体的には、接合後の接合部材において、幅や高さ等の寸法精度に優れて接合部材間のバラツキが少なく、かつ、被接合部材からの接合材料のはみ出しや這い上がりのないこと等が必要である。このような要請に対しては、一般的な金属ペーストは、およそ対応できない。今後、狭小な接合面に対して、これまで以上に接合精度に優れた接合技術の必要性が高まることが予測される。

本発明は、以上のような背景のもとなされたものであり、化合物半導体等のような強度が低い被接合部材に対しても、有効な接合強度を発揮し得る接合方法及び接合信頼性の高い接合方法を提供することを目的とする。この課題において、本願出願人は、上記した金属粉末焼結体からなる導電性接合材料を従来技術として参照しつつ、新たな導電性接合材料とその製造方法、並びに接合方法を開示する。

従来の接合プロセスにおいて、接合部材である金属粉末焼結体に接合強度不足が生じるのは、その変形及び緻密化が不十分であることによる。本発明者等は、その要因は、接合工程における加圧対象が金属粉末の焼結体であることに在ると考えた。上述のとおり、焼結体は、金属ペースト塗布によって形成された金属粉末の積層体を、所定温度以上で加熱することで形成される。この加熱の過程で、金属粉末同士が接触し、更に、熱拡散やネッキングが生じ、金属粉末焼結体は強度を増す。本発明者等は、このようにして形成された金属粉末焼結体は、望外に変形抵抗が大きく加圧力の低下に追随できないと判断した。

そこで、本発明者等は、金属粉末焼結体に替わる導電性接合材料について検討を行った結果、従来と同じ金属ペーストを用いつつ、未焼結の金属粉末の乾燥体からなる成形体で良好な接合性が生じ得ることを見出した。そして、導電性接合材料として好適な乾燥体を見出すべく検討を行い、所定の圧縮変形特性を有する成形体を見出した。

即ち、本発明は、金属粉末の成形体からなる導電性接合材料であって、前記金属粉末は、金粉、銀粉、白金粉及びパラジウム粉の群から選択される一種以上であり、純度９９．９質量％以上、平均粒径０．００５μｍ～１．０μｍであり、加圧力５ＭＰａで加圧されたとき、次式で示される圧縮変形率Ｍが５％以上であることを特徴とする導電性接合材料である。

上記のとおり、本発明に係る導電性接合材料は、所定の純度・粒径の金属粉末の成形体からなる。この成形体は、後述する金属ペーストを所定条件で乾燥させることで形成され、低圧の負荷（５ＭＰａ）を受けたときに所定量変形するようになっている。以下、本発明について詳細に説明する。

（Ａ）本発明に係る導電性接合材料の構成
（Ａ―１）金属粉末
本発明の導電性接合材料を構成する金属粉末は、純度９９．９質量％以上、平均粒径０．００５μｍ～１．０μｍである金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）の群から選択される一種以上の金属からなる金属粉末である。

金属粉末を構成する金属の純度を９９．９質量％以上と高純度にすることを要求するのは、金属粒子の塑性変形能を高めるためである。この金属粉末の純度の重要性は、本発明における検討によって改めて確認された事項である。本発明では、未焼結状態の金属粉末の成形体から、バルク金属に近い緻密化された接合部を形成する必要がある。金属粉末の高純度化は、接合工程において低加圧力での塑性変形を生じさせる上で必須の条件である。

金属粉末の純度が９９．９質量％未満と低くなるとき、金属粉末の硬度が上昇し、接合工程で金属粒子自体の塑性変形が生じ難くなり、成形体の圧縮変形が妨げられる。特に、低加圧力が要求される場面において、好適な接合部を形成することが困難となる。

また、金属粉末の平均粒径を１．０μｍ以下とするのは、１．０μｍを超える粒径の金属粉末では、導電性接合材料としたときの粒子間の間隙が大きくなり過ぎる傾向がある。導電性接合材料内の空隙が大きいと、接合工程で緻密化が阻害され、好適な接合強度が得難くなる。一方、金属粉末の平均粒径の下限を０．００５μｍとするのは、この粒径未満では、ペースト化したときに凝集しやすく、成形時の圧縮変形能が低下する恐れがある。そして、その構成金属を金、銀、パラジウムのいずれかとするのは、これらの金属は導電性が良好だからである。尚、本発明は平均粒径０．００５μｍ～１．０μｍの範囲であれば、平均粒径の異なる複数の粉末を混合して使用することを妨げない。

（Ａ―２）金属粉末の成形体
本発明に係る導電性接合材料は、所望の厚みになるまで上記の金属粉末を積層させた成形体からなる。この成形体においては、金属粉末同士は接触しているものの、従来の金属粉末焼結体のようなネッキングや熱拡散による強い結合をすることはない。そして、個々の金属粉末の硬度は、成形体になる前の硬度と略同じである。かかる状態の成形体とするため、本発明の導電性接合材料は、後述する金属ペーストを所定温度以下で乾燥させた乾燥体からなることが好ましい。乾燥により形成された、熱変化の少ない金属粉末からなる成形体とすることで、低い圧力での緻密化が可能となる。

本発明における導電性接合材料の形状及び寸法は特に限定されない。形状に関しては、一般的には平板状が好ましい。半導体チップと基板を水平に接合する目的のためである。但し、この目的を妨げない限り、前記平板はその接合面に起伏を許容する。また、前記平板の外周形状は、矩形状、円形状、多角形状等、特に制限はない。また、導電性接合材料の寸法、厚さは、被接合部材（半導体チップ）の寸法や半導体チップが実装される電子デバイスの設計寸法によって適宜設定できる。

（Ａ―３）圧縮変形率
本発明に係る導電性接合材料は、所定の加圧力による変形量を示す圧縮変形率（Ｍ）が規定される。本発明で、圧縮変形率を規定する意義は、導電性接合材料を構成する金属粒子の状態を規定するためである。従来の焼結体からなる導電性接合材料では、金属粒子の熱変化や金属粒子同士に結合が生じており、変形抵抗が大きくなっている。この焼結体における金属粉末の状態との区別のため圧縮変形率が規定される。

本発明で規定する圧縮変形率Ｍは、導電性接合材料を５ＭＰａの圧力で加圧したときの厚さ変化量と、上記した数１に従って算出される。このとき基準とする加圧力は５ＭＰａであり、上述した化合物半導体を考慮した加圧力（５ＭＰａ～１０ＭＰａ）に近似された値を採用している。低圧接合を可能とする状態を見極めるためには、５ＭＰａ程度の圧力を基準にすることが好ましい。また、１０ＭＰａ以上の加圧力による圧縮変形率で規定すると、焼結体も本発明の範囲内となるおそれがあり、そのような変形困難な接合部材を排除することを意図したものである。尚、この圧縮変形率の測定においては、常温での測定値を採用することが好ましい。

そして、本発明に係る導電性接合材料は、圧縮変形率が５％以上である。圧縮変形率が５％を下回る場合、変形抵抗が大きく加圧力を大きくしないと緻密な接合部を形成し難いからである。この圧縮変形率の数値に関しては、１０％以上が好ましく、１５％以上がより好ましい。尚、圧縮変形率は、導電性接合材料の強度と関連する。圧縮変形率が過度に高い導電性接合材料は、無加圧でも振動等によって崩壊・変形する可能性がある。そのため、導電性接合材料の取り扱い性を考慮し、圧縮変形率の上限としては３０％とすることが好ましい。

（Ａ―４）相対密度
本発明における導電性接合材料は、相対密度５０～８０％であるものが好ましい。導電性接合材料を押圧したとき、金属粒子の移動と結合を促進するためである。相対密度とは、金属の真密度を導電性接合材料の測定密度で除し、百分率（％）で示した値である（相対密度（％）＝［（導電性接合材料の測定密度）／（金属の真密度）］×１００）。

尚、本発明の導電性接合材料の相対密度は、焼結体よりも低い範囲にあるが、焼結体に重複する値を示す場合がある。例えば、金属粉末の焼結体であっても相対密度が７０％程度となり、相対密度のみからは本発明と区別できないことがある。これは、相対密度は、金属粉末間の空隙量を示唆する数値であって、金属粉末間の近接状態や結合状態までも示すことはできないからである。本発明の導電性接合材料では、金属粉末の結合がない又は結合は弱いが、近接状態にはある。このような状態の本発明の導電性接合材料は、相対密度が高くなることもある。つまり、本発明の導電性接合材料は、上述の圧縮変形率によって主に区別され、相対密度は補助的な物性となる。

以上のような構成の本発明に係る導電性接合材料は、接合後の加熱によって金属粒子間に熱拡散が生じて緻密質の焼結体へ変化して半導体チップと基板とを強固に接合することができる。また、本発明に係る導電性接合材料は、加圧時の変形抵抗を抑えながら適度な硬さを有する接合部材である。半導体チップ等の接合時の位置決めも正確に高精度で行うことができる。その際、接合部材のチップからはみ出しやチップ側面への這い上がりも生じ難い。

（Ｂ）本発明に係る接合部材の構成
以上説明した本発明に係る導電性接合材料は、単独で半導体チップ等の被接合部材に固定した後、基板等に接合させることで利用できるが、微小な導電性接合材料を単独で取り扱うのは効率的ではない。そこで、１個以上の導電性接合材料を適宜の基材上に形成し、基材と共に導電性接合材料を取り扱うことで接合工程の効率化を図ることができる。この導電性接合材料と基材とで構成される本発明に係る接合部材では、被接合部材の寸法・数量に応じて導電性接合材料の寸法・数量が基材上に形成される。

ところで、上記のとおり、本発明に係る導電性接合材料には寸法についての制限はない。よって、接合面が大きい被接合部材に対しては、大面積の導電性接合材料を形成すれば良いが、その際に問題となるのはその表面における平坦性である。後述のとおり、本発明に係る導電性接合材料は、所定の金属ペーストの塗布と乾燥により形成される。しかし、流動性を有する金属ペーストを高精度の平坦性を持たせ、且つ大面積で塗布することは容易ではない。導電性接合材料について、平坦性の確保は半導体チップ等を高精度で接合する上で重要な特性である。

そこで、本発明者等は、接合部材上の導電性接合材料の平坦性を確保する手法として、複数の幅狭の導電性接合材料を適正な間隔で配置し、全体として平坦な導電性接合材料を有する接合部材を適用することに想到した。

この本発明の好適な接合部材は、具体的には、基材上に複数の導電性接合材料を備える接合部材であって、前記複数の導電性接合材料間の間隔が１μｍ～１０μｍであり、各導電性接合材料は、いずれも、次式で示されるアスペクト比Ｒが１以上１００以下である接合部材である。

本発明に係る接合部材は、上記した所定のアスペクト比の導電性接合材料を狭い間隔で配置してなる。上記のように制限されたアスペクト比の導電性接合材料であれば、その表面（上端面）を平坦にすることは比較的容易である。平坦な表面を有する導電性接合材料を複数配置し、それらを単独又は複数組み合わせて被接合部材に接合することで、接合の平坦性を確保することができる。

また、上記アスペクト比の導電性接合材料であれば、基材上に複数の導電性接合材料を形成する場合において、それらの厚さを均等にすることも容易となる。具体的には、基材上の導電性接合材料の厚さの公差をそれらの平均厚さに対して±１０％以下とすることができる。基材上の導電性接合材料厚さにばらつきが生じることは好ましいことではない。しかし、本発明の導電性接合材料は金属粉末の乾燥体であり、被接合部材との接合時の加圧により圧縮される。この圧縮によって隣接する各導電性接合材料の厚さの高低差は吸収され、全体的に平均化された平坦な接合部を形成することができる。但し、導電性接合材料の厚さの高低差が過度に大きいと、上記の圧縮があっても高低差は十分に吸収されず、被接合部材の平坦性が損なわれる。本発明で規定するアスペクト比の導電性接合材料で生じる上記した公差であれば、そのようなことはなく被接合部材の平坦性を確保することができる。以下、本発明に係る接合部材の構成について詳細に説明する。

（Ｂ－１）基材
基材は、導電性接合材料の取扱いを効率的にするため、導電性接合材料を支持するための部材である。基材の材質に関しては、導電性接合材料を一時的に保持可能であるものであれば、どのような材質でも良い。例えば、ガラス、石英、シリコンもしくはセラミックス等の材質が例示される。また、基材の形状及び寸法は、特に限定されず、矩形状、円形状、多角形状等の平板が適用される。

（Ｂ－２）金属膜
本発明に係る接合部材は、導電性接合材料と基材との間に、少なくとも１層以上の金属膜を備える。この金属膜を設定することで、導電性接合材料と基材との密着性を調整し、導電性接合材料の取扱い性と接合品質を確保することができる。即ち、金属膜により、接合部材の取扱い時に導電性接合材料の脱落を防止する一方、接合工程で導電性接合材料を基材から剥離する際には導電性接合材料の基材への残留を抑制することができる。

金属膜の材質は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）の群から選択される一種以上の金属が好ましく、導電性接合材料と同種の金属がより好ましい。これらの材質を選択する理由は、金属膜と導電性接合材料を構成する金属との間の親和性を高くしつつ、低抵抗化を行うことを目的とする。この目的を妨げない限り、どのような純金属や合金であっても良い。

金属膜は単層又は複数層で構成することができる。金属膜を複数層形成するとき、同じ金属の組み合わせでも良いし、異なる金属を組み合わせても良い。但し、導電性接合材料と接触する層の金属膜は、導電性接合材料と同種の金属がより好ましい。

金属膜の厚さは、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。５ｎｍ未満では上記効果が薄く、３００ｎｍを超えても効果に差異はなく、材料コストの上昇になるだけである。金属膜を複数層形成するとき、合計の厚さが上記範囲にあることが好ましい。

金属膜は、少なくとも導電性接合材料と基材との間に設けられる。導電性接合材料の底面のみに金属膜が有っても良いし、基材表面の全面に金属膜を形成しても良い。また、隣接する導電性接合材料の間隔部分に金属膜が存在していても良い。更に、金属膜は、少なくとも導電性接合材料の底面にあれば良いが、導電性接合材料の側面に金属膜が形成されていても良い。

（Ｂ－３）基材上の複数の導電性接合材料
図１は、本発明に係る接合部材の一例を模式的に示すものである。上記のとおり、本発明に係る接合部材１は、複数の導電性接合材料２が金属膜１１を介して基材３の上に間隔ｄをもって配置される。導電性接合材料の構成に関しては、上述のとおりである。

複数の導電性接合材料間の間隔ｄの寸法に関しては、１～１０μｍとする。間隔の寸法を１～１０μｍとしたのは、１μｍ未満の間隔は均一に形成することが難しく、１０μｍを超える間隔となると、全体として膜状の導電性接合材料に近似させることが困難となるからである。導電性接合材料間の間隔の寸法は、２～８μｍとすることがより好ましい。尚、導電性接合材料間の間隔は、導電性接合材料の間の最大距離を採用する。また、間隔の寸法は、全ての部分において均等であるものが好ましいが、部分的に相違していても良い。但し、いずれの間隔も上記の範囲内にあることが好ましい。

そして、本発明に係る接合部材では、導電性接合材料の形状として、アスペクト比を１以上１００以下とする。アスペクト比の算出方法については上記数２のとおりである。アスペクト比が１未満となる導電性接合材料を設定すると、導電性接合材料の間隔の方が大きくなる場合があり、全体として膜状の導電性接合材料に近似させることが困難となる。また、アスペクト比が１未満となる幅狭の導電性接合材料は安定性に乏しく、接合部材の移動や接合工程における加圧の際に予定通りの圧縮がなされない可能性がある。一方、アスペクト比が１００を超える幅広の導電性接合材料は、表面の均一性を確保することが困難である。導電性接合材料のアスペクト比に関しては、１以上１００以下とするのが好ましく、１以上５０以下とするのがより好ましく、１以上１０以下とするのが特に好ましい。尚、基材上の全ての導電性接合材料のアスペクト比が同一である必要はないが、相違する場合でも全ての導電性接合材料のアスペクト比が上記範囲内にあることが好ましい。

尚、本発明では、基板上の導電性接合材料は、個々に分離し形成されている状態が基本となるが、図２のように、隣接する導電性接合材料の間隙が完全に分離しておらず一部で連結していても良い。

（Ｂ－４）接合部材上の導電性接合材料の使用態様
本発明に係る接合部材において、基材上の導電性接合材料を半導体チップ等の被接合部材の接合に使用するときには、後述のように、一旦、被接合部材を導電性接合材料に接合し固定（マウント）することとなる。このとき、被接合部材の寸法に合わせて、１つの導電性接合材料又は複数の導電性接合材料が組み合わされて使用される。例えば、図３（ｉ）のように、１つの導電性接合材料を１つの被接合部材（半導体チップ）の接合に使用することもできるし、図３（ｉｉ）のように、複数の導電性接合材料で１つの被接合部材の接合に使用することもできる。また、図３（ｉｉ）のように、１つの接合部材で大きさの異なる被接合部材（図３の４と４´）を複数固定することもできる。尚、図３で示すように、導電性接合材料の組み合わせによる接合面の幅（図３におけるＷ）は、被接合部材の幅に対して必ずしも同一である必要はない。

（Ｃ）本発明に係る導電性接合材料の製造方法
次に、本発明の導電性接合材料の製造方法について説明する。本発明の導電性接合材料の基本的な製造方法は、金属ペーストを基材上に塗布する工程と、前記金属ペースト乾燥させて成形体とする工程とで構成される。以下、各工程について説明する。

（Ｃ－１）基材の準備
基材の準備工程として、上述した基材上に金属膜を形成する。金属膜の形成については、スパッタリング、真空蒸着、化学蒸着等の通常の薄膜成形プロセスが適用できる。

また、複数の導電性接合材料を備える接合部材であって、上述したアスペクト比、間隔で導電性接合材料を製造する場合は、それらの制御のためにレジスト等の保護膜を使用することが好ましい。このレジストを使用する場合にも、準備工程としてレジストを塗布し、所望の導電性接合材料のパターンでエッチングを行うこととなる。この場合のレジスト等の保護膜には特性制限はない。エッチングの方法も一般的なものが適用される。金属膜の形成をレジストの塗布・エッチング後、金属ペーストの塗布前に行っても良い。金属膜でレジストを被覆することで、金属ペーストの溶剤がレジストに直接接触することを抑制することができ、溶剤によるレジストのダメージを低減することができる。

（Ｃ－２）金属ペーストの塗布
上記の準備工程後、基材に金属ペーストを塗布する。金属ペーストは、純度９９．９質量％以上で平均粒径０．００５μｍ～１．０μｍである金粉、銀粉、白金粉及びパラジウム粉の群から選択される一種以上の金属粉末を有機溶剤に分散させたスラリーとして構成される。有機溶剤としては、その沸点が２００℃以下のものが好ましい。有機溶剤の沸点を２００℃以下とした理由は、乾燥に高温かつ長時間を要するため、成形体の金属粒子間にネッキングが形成され、接合時の押圧による金属粒子の移動が阻害されて接合強度が低下するためである。

本発明で利用可能な有機溶剤としては、分岐鎖状飽和脂肪族２価アルコール類、モノテルペンアルコール類が好ましい。より具体的には、分岐鎖状飽和脂肪族２価アルコールとしては、プロピレングリコール、１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，２－ペンタンジオール、１，３－ペンタンジオール、１，４－ペンタンジオール、１，５－ペンタンジオール、２，３－ペンタンジオール、２，４－ペンタンジオール、１，２－ヘキサンジオール、１，３－ヘキサンジオール、１，４－ヘキサンジオール、１，５－ヘキサンジオール、１，６－ヘキサンジオール、及び、２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオールといったこれらの誘導体等が用いられる。また、モノテルペンアルコールとしては、シトロネロール、ゲラニオール、ネロール、メントール、テルピネオール（α、β）、カルベオール、ツイルアルコール、ピノカンフェオール、β－フェンチルアルコール、ジメチルオクタノール、ヒドロキシシトロネロール、２，４－ジエチル－１，５－ペンタンジオール、トリメチルペンタンジオールモノイソブチレート、及び、これらの誘導体等が用いられる。また、鎖状飽和炭化水素としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、及び、これらの誘導体等が用いられる。また、一価のカルボン酸と多価アルコールとの縮合反応より得られる化合物も有効であり、例えば、トリエチレングリコール・ジ－２－エチルヘキサノエート、トリエチレングリコール・ジ－２－エチルプタノエートがある。尚、有機溶剤の沸点は、その炭素数に依存する傾向があるため、適用する溶剤はそれぞれ炭素数５～２０であるものが好ましい。この観点から、芳香族炭化水素でも良く、例えば厚膜ペースト用溶剤に用いられるテルピネオール、メンタノール、アルキルベンゼンも機能的に問題ない。有機溶剤は、１種類の有機溶剤を適用しても良いが、沸点の相違する２種以上の有機溶剤を混合したものを適用しても良い。有機溶剤を低沸点と高沸点の溶剤で構成することで、金属粒子の含有率調整の処理において、低沸点側の有機溶剤を揮発除去させて、調整を容易なものとすることができるからである。

金属ペーストの基板への塗布方法は特に限定されるものではなく、例えば、スピンコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法、ブレードコーティング等、基材のサイズに対応させて種々の方法を用いることができる。金属ペーストの塗布は、常温・常圧で行うことができる。但し、減圧雰囲気で塗布しても良い。特に、レジストによるパターン形成された基材に金属ペーストを塗布する場合には、金属ペーストを細孔に十分に充填するため、減圧雰囲気下で塗布することが好ましい。

（Ｃ－３）乾燥工程
次に、塗布した金属ペーストを乾燥させて乾燥体とする。この乾燥工程は、無加圧で金属ペーストを加熱し、ペースト中の有機溶剤を揮発・除去しつつ、金属粉末の成形体を形成する重要な工程である。従来の金属粉末焼結体を適用する接合方法では、乾燥工程は任意の工程であるが、本発明では必須の工程である。

乾燥工程の処理条件としては、乾燥温度としては１００℃未満とする。この温度を超える高温で処理すると、無加圧であっても金属粉末の焼結が生じて圧縮変形率が低下し、低圧での接合に適さない状態となる。乾燥温度は、６５℃以下が好ましく、６０℃以下がより好ましい。乾燥温度の下限に関しては、有機溶剤が揮発可能な温度以上であれば良い。但し、好適な圧縮変形率を有する成形体を効率的に形成するためには、２０℃以上とすることが好ましい。乾燥工程における乾燥時間は、０．１時間以上１時間以下とするのが好ましい。乾燥時間は、乾燥温度に応じて設定され、高温で乾燥する場合には乾燥時間を短時間とすることができる。

尚、上記条件による乾燥工程は、金属粉末から導電性接合材料を形成する上で必須の工程であるが、この乾燥工程に先立って予備的な乾燥処理を行っても良い。本発明における乾燥工程は、熱的に比較的マイルドな条件によるものであり、通常は金属ペースト中の金属粉末の配列を崩さずに溶剤を除去することができる。但し、上記乾燥条件であっても、金属ペースト中の金属粉末の含有率や塗布状態によっては、溶剤の揮発や金属ペースト中に内在する気泡の消散が不均一に生じることがある。そのような場合、乾燥体表面の平坦性が損なわれ、予定した形状とならないおそれがある。そこで、上記乾燥工程の前に予備的な乾燥処理を行い、より緩やかに溶剤の揮発を行っておくことで、その後の乾燥工程による乾燥体の形状制御を正確に行うことができる。この予備的な乾燥処理の条件としては、処理雰囲気を１Ｐａ～１０ｋＰａの真空雰囲気とし、温度を１０℃～３０℃とするのが好ましい。この予備的な乾燥処理は、レジストで形成された細孔に充填された金属ペーストの乾燥に対して有用な処理である。

（Ｃ－４）後工程（任意的工程）
上記の乾燥工程により、本発明に係る導電性接合材料及び接合部材を製造することができる。基材にレジスト等の塗布・パターンエッチングがなされているとき、乾燥工程後にレジストの除去を行う。この後工程は、一般的な方法が適用できる。レジスト除去により、好適なアスペクト比の導電性接合材料が所定間隔に配置された接合部材を得ることができる。

また、上記乾燥工程後の導電性接合材料は、適宜の手段によって切断して任意の形状・寸法の導電性接合材料にすることができる。導電性接合材料の切断は、レジスト等を使用せずに基材に金属ペーストを塗布・乾燥して製造した接合部材に対して有用である。例えば、基材上に単一の導電性接合材料を形成し、これを切断して複数の導電性接合材料を形成することができる。

上記の導電性接合材料を切断する場合、レーザー加工によるのが好ましい。金属粉末の乾燥体は、ある程度の強度を有するがそれでも焼結体やバルク材に比べると脆く、通常の機械切削やせん断加工では切断が困難であるからである。レーザー加工による溶断であれば、導電性接合材料を崩壊させることなく切断することができる。尚、導電性接合材料の切断は、上記したレジストを使用して製造された導電性接合材料でも可能である。

（Ｄ）本発明に係る接合方法
次に、本発明に係る導電性接合材料を備えた接合部材による半導体チップの接合方法について説明する。本発明の接合部材による接合方法は、第１の接合方法および第２の接合方法の２種類の接合方法がある。以下、各接合方法について詳細に説明する。

（Ｄ―Ｉ）本発明に係る第１の接合方法
本発明の接合部材による第１の接合方法では、被接合部材である半導体チップに導電性接合材料を加圧してマウント（固定）した後、半導体チップに接合対象となる基板に載置して加圧して接合する。これにより、半導体チップが導電性接合材料を介して基板に接合される。

即ち、本発明に係る第１の接合方法は、前記の接合部材を用いて、半導体チップを基板に接合する方法であって、半導体チップを前記接合部材上の前記導電性接合材料の上に載置し、加圧及び加熱することで、導電性接合材料を前記半導体チップにマウントする工程と、前記導電性接合材料がマウントされた半導体チップを、基板上に載置し、加圧及び加熱して前記半導体チップを前記基板に接合する工程と、を含む接合方法である。この第１の接合方法の詳細について、図４で例を示しつつ説明する。図４は、基材上に複数の導電性接合材料を形成した接合部材による半導体チップの接合工程を説明する図である。

（Ｄ―Ｉ―１）導電性接合材料の半導体チップへのマウント
接合部材を用意し（図４（ｉ））、基材上の導電性接合材料の上に所定寸法の半導体チップを載置して固定する（図４（ｉｉ））。この固定には、半導体チップを介して導電性接合材料を加圧及び加熱することが必要である。導電性接合材料の固定条件としては、加圧力を２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下とすることが好ましい。また、加熱温度については、４０℃以上１００℃以下とすることが好ましい。この工程における導電性接合材料と半導体チップとの結合力は、金属膜と基材（ガラス、シリコン等）との結合力よりも高くなるようにする。また、導電性接合材料内の金属粉末に対し、過度の変形や焼結を生じさせることは好ましくない。この点を考慮して前記条件とする。

尚、本発明に係る接合方法を適用する半導体チップは特に限定されない。本発明は、化合物半導体の接合に対して特に有用であるが、これに限られることはない。従来のＳｉ系半導体チップも本発明の利益を享受できる。

尚、半導体チップの接合面には金属膜を形成しても良い。半導体チップ側にも金属膜を形成することで、導電性接合材料との密着性が向上する。金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄのいずれかよりなるものが好ましく、導電性接合材料と同種の金属がより好ましい。

（Ｄ―Ｉ－２）半導体チップのピックアップ
加圧後、半導体チップを基材からピックアップすることで、導電性接合材料が固定された半導体チップを得ることができる（図４（ｉｉｉ））。

（Ｄ―Ｉ－３）半導体チップの基板への接合
上記で導電性接合材料が固定された半導体チップを、接合対象となる基板上に載置する（図４（ｉｖ））。載置後は加圧すると共に加熱することで、半導体チップを基板に接合する（図４（ｖ））。この接合工程では、主に加圧による導電性接合材料内の金属粉末の塑性変形を促進して緻密化を図り、接合強度を獲得する。

半導体チップを接合する基板について、材質及び形状・寸法に制限はない。上記のとおり、本発明は、樹脂系の有機基板にも対応できるが、これに限定されることはない。本発明は、Ｓｉ系材料からなる基板（ウエハー）やセラミック基板等にも有用である。

また、基板には、予め、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉの少なくともいずれかよりなる単層又は複数層の金属が形成されていても良い。基板に金属膜を形成することで、導電性接合材料と基板との接合強度をより向上させることができる。また、金属膜は、デバイスの電極や配線等として機能する場合もある。金属膜を設定する場合、その厚さは合計で０．１μｍ以上１μｍ以下であるものが好ましい。

接合工程における加圧力は、加圧される半導体チップが耐え得る圧力を考慮して設定される。Ｓｉ系半導体チップのように、比較的強度が高い半導体チップであれば、加圧力３０ＭＰａ以下での接合が可能である。一方、強度が低く脆いものが多い化合物半導体チップの接合については、加圧力を１０ＭＰａ以下とするのが好ましく、５ＭＰａ以下が特に好ましい。加圧力の下限は、半導体チップの種類によらず、２ＭＰａ以上とすることが好ましい。２ＭＰａ未満では、金属粉末の変形が進行し難く、接合部の緻密化を図ることができない。

接合工程における加熱は、金属粉末の塑性変形能を高めて加圧による緻密化をアシストすることを主目的とする。また、この加熱は、導電性接合材料の一部又は全体において金属粉末の焼結の進行も期待される。加熱温度は、８０℃以上３００℃以下が好ましい。８０℃未満では、金属粒子の塑性変形能を高めることができず強固な接合が得られない。また、３００℃を超えると半導体チップや基板の損傷が懸念される。

尚、加熱温度は、半導体チップや基板の耐熱温度を考慮して設定される。例えば、樹脂系の有機基板では、ガラス転移温度（Ｔｇ）を超えると、機械的強度や誘電率などの物性が大きく変化してしまう恐れがある。このような耐熱性が低い基板に対する加熱温度は、２３０℃以下が好ましく、２００℃以下とすることが更に好ましい。本発明は、接合工程における加圧力の低下と共に、加熱温度の低減にも寄与することができる。尚、導電性接合材料は、半導体チップ側から又は基板側からの一方又は双方から加熱される。いずれからの加熱も上記の範囲内とすることが好ましい。

接合工程における加圧及び加熱時間は、０．５秒以上１２０秒以下とすることが好ましい。０．５秒未満では十分な接合強度は得られず、１２０秒を超えて加圧してもそれ以上の緻密化は期待できない。但し、本発明では、接合工程で変形能を有する導電性接合材料を適用することから、従来法（金属粉末焼結体）と比較すると短時間での加圧及び加熱で足りる。具体的には、１０秒以下や５秒以下でも良い。

（Ｄ―Ｉ－４）後熱処理（ポストシンタリング）
上記接合工程を経て導電性接合材料は、十分に圧縮変形した状態にあり、半導体チップが基板に接合された状態にある。この状態で接合を完了しても良いが、より強固な接合強度を得るため、接合工程後に導電性接合材料を加熱することが好ましい。この後熱処理は、主に、金属粉末を焼結（ポストシンタリング）を目的とする処理である。この処理により導電性接合材料内部の空隙を消滅させて更なる緻密化を図ることができる。接合工程は、上記した短時間の加圧が主となる処理であるので、同時に行われる加熱も短時間となる。そのため、接合工程では、全く焼結が進行しないわけではないが、空隙を消滅させるほどの焼結は生じ難い。そこで、接合工程後に加熱処理を追加して焼結を進行させている。

この導電性接合材料の焼結のための加熱温度は、１００℃以上３００℃以下が好ましい。１００℃未満では焼結及び緻密化の進行が期待できない。３００℃を超えると焼結が過度に進行し、接合部のみが硬すぎる状態となるからである。この加熱温度も、半導体チップや基板の耐熱温度を考慮して設定される。よって、樹脂系の有機基板等の耐熱性が低い基板に対する加熱温度は、２３０℃以下が好ましく、２００℃以下とすることが更に好ましい。

ポストシンタリングの加熱時間は、１０分以上１２０分以下とすることが好ましい。１０分未満では焼結を完了させることができず、１２０分を超えて加熱してもそれ以上の緻密化は期待できない。尚、この焼結のための熱処理は、無加圧で行っても良いが、加圧しても良い。加圧する場合は、１０ＭＰａ以下とすることが好ましい。

以上の接合方法と任意的工程であるポストシンタリングを経て、半導体チップは強固に基板に接合される。

（Ｄ―ＩＩ）本発明に係る第２の接合方法
次に、本発明の接合部材による第２の接合方法について説明する。本発明の接合部材による第２の接合方法では、半導体チップの接合対象となる基板に導電性接合材料を加圧してマウント（固定）した後、基板にマウントされた導電性接合材料上の金属膜の上に半導体チップを載置し、加圧して接合する。これにより、半導体チップが導電性接合材料を介して基板に接合される。

即ち、本発明に係る第２の接合方法は、前記の接合部材を用いて、半導体チップを基板に接合する方法であって、基板を前記接合部材上の導電性接合材料の上に載置し、加圧及び加熱することで、前記導電性接合材料を前記基板にマウントする工程と、前記基板にマウントされた前記導電性接合材料上の前記金属膜の上に半導体チップを載置し、加圧及び加熱して前記半導体チップを前記基板に接合する工程と、を含む接合方法である。この第２の接合方法の詳細について、図５で例を示しつつ説明する。図５は、基材上に複数の導電性接合材料を形成した接合部材による半導体チップの接合工程を説明する図である。

（Ｄ―ＩＩ―１）導電性接合材料の基板へのマウント
接合部材を用意し（図５（ｉ））、基材上の導電性接合材料の上に所定寸法の基板を載置して固定する（図５（ｉｉ））。この固定には、基板を介して導電性接合材料を加圧及び加熱することが必要である。導電性接合材料の固定条件としては、加圧力を２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下とすることが好ましい。また、加熱温度については、４０℃以上１００℃以下とすることが好ましい。この工程における導電性接合材料と基板との結合力は、金属膜と基材（ガラス、シリコン等）との結合力よりも高くなるようにする。また、導電性接合材料内の金属粉末に対し、過度の変形や焼結を生じさせることは好ましくない。この点を考慮して前記条件とする。

尚、基板について、材質及び形状・寸法に制限はない。上記のとおり、本発明は、樹脂系の有機基板にも対応できるが、これに限定されることはない。本発明は、Ｓｉ系材料からなる基板（ウエハー）やセラミック基板等にも有用である。

また、基板には、予め、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉの少なくともいずれかよりなる単層又は複数層の金属が形成されていても良い。基板に金属膜を形成することで、導電性接合材料と基板との接合強度をより向上させることができる。また、金属膜は、デバイスの電極や配線等として機能する場合もある。金属膜を設定する場合、その厚さは合計で０．１μｍ以上１μｍ以下であるものが好ましい。

（Ｄ―ＩＩ－２）基板のピックアップ
加圧後、基板を基材からピックアップすることで、導電性接合材料が固定された基板を得ることができる（図５（ｉｉｉ））。

（Ｄ―ＩＩ－３）基板と半導体チップとの接合
上記で導電性接合材料が固定された基板を任意的に反転し、導電性接合材料上の金属膜の上に半導体チップを載置する（図５（ｉｖ））。載置後は加圧すると共に加熱することで、半導体チップを基板に接合する（図５（ｖ））。この接合工程では、主に加圧による導電性接合材料内の金属粉末の塑性変形を促進して緻密化を図り、接合強度を獲得する。

尚、導電性接合材料上の金属膜とは別に、半導体チップ側の接合面に金属膜を予め形成しても良い。半導体チップ側にも金属膜を形成することで、導電性接合材料上の金属膜との親和性が向上する。半導体チップの接合面に予め形成する金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄのいずれかよりなるものが好ましく、導電性接合材料上の金属膜と同種の金属がより好ましい。

また、本発明に係る接合方法を適用する半導体チップは特に限定されない。本発明は、化合物半導体の接合に対して特に有用であるが、これに限られることはない。従来のＳｉ系半導体チップも本発明の利益を享受できる。

そして、接合工程における加圧力・加熱・加圧加熱時間については、加圧２ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下、加熱８０℃以上３００℃以下、加圧及び加熱時間０．５秒以上１２０秒以下とすることが好ましい。詳しくは、上記の第１の接合方法と同様である。

（Ｄ―ＩＩ－４）後熱処理（ポストシンタリング）
上記接合工程を経て導電性接合材料は、十分に圧縮変形した状態にあり、半導体チップが基板に接合された状態にある。この状態で接合を完了しても良いが、より強固な接合強度を得るため、上記の第１の接合方法と同様の理由に基づいて加熱温度（１００℃以上３００℃以下）・加熱時間（１０分以上１２０分以下）・加圧（１０ＭＰａ以下）の条件でポストシンタリングを任意的に行っても良い。

以上の接合方法と任意的工程であるポストシンタリングを経て、半導体チップは強固に基板に接合される。

以上説明したように、本発明に係る導電性接合材料によれば、接合時の低温化と低押圧化を図りながら、同時に十分な接合強度が得られる。 また、本発明の接合部材を用いた接合方法は、半導体チップと基板とを強固に接合することができる。更に、本発明に係る接合部材及びその接合方法は、微小な半導体チップのダイボンディングに好適である。

本発明に係る接合部材の外観および断面の一例を示す図。 本発明に係る接合部材の外観の他の例を示す図。 本発明に係る接合部材上の導電性接合部材の使用形態の一例を示す図。 本発明に係る接合部材を用いた第１の接合方法を示す概略図。 本発明に係る接合部材を用いた第２の接合方法を示す概略図。 第１実施形態の実施例１の導電性接合材料のおもて面（塗布面側）と裏面（基材側）の表層断面におけるＳＥＭ像。 第３実施形態に係る接合部材の製造工程（レジスト使用）を説明する図。 第４実施形態に係る接合部材の製造工程を説明する図。 第４実施形態で製造した接合部材表面の外観と導電性接合材料の外観を示す図。

第１実施形態：以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、金属粉末として金粉末を用いて金属ペーストを作製し、導電性接合材料及び接合部材を製造した。そして、この接合部材を用いた半導体チップの接合試験を実施した。

［導電性接合材料の製造と評価］
湿式還元法により製造された純度９９．９９質量％の金粉（平均粒径：０．３μｍ）を、有機溶剤としてテトラクロロエチレン（製品名：アサヒパークロール）に混合して金属ペースト（金ペースト）を調整した。金ペーストの金粉末の含有量は、９０質量％とした。尚、金粉末の純度は、ＩＣＰ発光分析装置を用いて定量分析した。また、金粉末の粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察像（５０００倍）を画像解析して金粒子の長径と短径の平均値から求めた。そして、１００個の金粒子の粒径を測定して平均粒径を算出した。

次に、基材上に金属膜として膜厚５０ｎｍの金をスパッタリングにより成膜した。そして、金ペーストを基材上の金属膜に塗布した。基材には、ＳＣＨＯＴＴ社製ＴＥＭＰＡＸ Ｆｌｏａｔ（登録商標）のガラスウエハ（直径φ１００ｍｍ、板厚０．５ｍｍ）を使用した。金属ペーストの塗布方法は、減圧容器内（３５ｋＰａ）で、金ペーストを基材の金属膜の上に滴下してヘラで広げるブレードコーティング方式を用いた。

基材の金属膜上に金ペーストを塗布した後、金属ペーストを乾燥させ、導電性接合材料を構成する乾燥体とした。この乾燥工程は、乾燥炉内（大気雰囲気）で所定の温度に加熱して乾燥を行った。乾燥温度は、２０℃（実施例１）、４０℃（実施例２）、６０℃（実施例３）、６５℃（実施例４）、７０℃（実施例５）、１２０℃（比較例１）とした。乾燥時間は、１０分間とした。各実施例の乾燥条件を表１に示す。乾燥後の乾燥体の厚さは、２０μｍ～２５μｍであった。

そして、得られた乾燥体からなる金膜と金属膜をレーザー加工で切削して導電性接合材料とした。レーザー加工は、レーザー発振器としてピコ秒ハイブリッドレーザー（Ｓｐｅｃｔｒｏｎｉｘ社製のＬＤＨ－Ｇ２５１０、波長５３２ｎｍ、パルス幅＜１５ｐｓ）を用いた。加工条件は、出力１．８Ｗ、スポットサイズ１８μｍφ、周波数１ＭＨｚ、パルス毎の移動距離２μｍ、切削速度２０００ｍｍ／ｓとした。本実施形態では、金膜を対して格子状のパターンで切削し（１区分：１ｍｍ×１ｍｍ）た。また、重ね照射回数を１５回として切削した。切削後の各導電性接合材料の寸法は、２．７５ｍｍ□とした。また、各導電性接合材料の厚さは、２０～２５μｍの間にあった。

［導電性接合材料の観察と圧縮変形率の測定］
各実施例、比較例で製造した導電性接合材料の詳細な外観観察と圧縮変形率の測定を行った。図６は、実施例１の導電性接合材料のおもて面（塗布面側）と裏面（基材側）の表層断面におけるＳＥＭ像である（１００００倍）。図６より、導電性接合材料においては、金属粉末に変形がほとんど生じておらず、粒子間にネッキングもない。

次に、導電性接合材料の乾燥温度に対する圧縮変形率を測定した。圧縮変形率の測定方法は、各実施例・比較例の導電性接合材料について、加圧前後の厚さの変化量を測定することで求めた。具体的には、加圧前の金属膜が形成された導電性接合材料について、マイクロメータを用いて加圧面の厚さを３点測定してその平均値を計算することで、加圧前の平均厚さ（ｈ１）を測定した。その後、フリップチップボンダーを用いて加圧面の面積に対して、室温２０℃で加圧力５ＭＰａを負荷した。加圧を除荷した後、ｈ１と同じ測定部位について、マイクロメータを用いて厚さを３点測定してその平均値を算出することで、加圧後の平均厚さ（ｈ２）を測定した。そして、上記数１の式に基づき、圧縮変形率を求めた。この圧縮変形率の測定結果を表１に示す。

表１から、基本的な傾向として、乾燥温度の上昇と共に圧縮変形率が小さくなることがわかる。但し、１２０℃で乾燥させたサンプル（比較例１）においては、圧縮変形率が明確に低くなっている。これに対して各実施例の導電性接合材料においては、５ＭＰａの加圧力であっても、明確な圧縮変形が生じていた。

［接合部材の第１の接合方法による接合試験］
次に、実施例及び比較例の接合部材を用いて、基板（Ｓｉ）に半導体チップ（ＧａＮ）の接合試験を行った。本実施形態では、導電性接合材料の寸法は厚さ５０μｍ×２．７５ｍｍ□、半導体チップの寸法は板厚０．５２５ｍｍ×２ｍｍ□、Ｓｉ基板の寸法は厚さ０．７５ｍｍ×１０ｍｍ□である。なお、半導体チップとＳｉ基板の各接合面には、中間層として、Ｔｉ（厚さ５０ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ５０ｎｍ）、Ａｕ（厚さ３００ｎｍ）を予めめっきしている。

半導体チップの接合方法は、図４の第１の接合方法と同様の工程とした。まず、半導体チップを導電性接合材料の上に載置し、押圧及び加熱することで導電性接合材料を半導体チップにマウントした。このマウントの条件としては、加圧力２．５ＭＰａ、温度１００℃でマウントした。

次に、導電性接合材料がマウントされた半導体チップを基材からピックアップし、これを基板上に載置し、加熱しながら押圧を５秒間負荷して前記半導体チップを基板に接合した。接合工程の加熱条件は、Ｓｉ基板側を２００℃、半導体チップ側を１００℃とした。加圧条件は５ＭＰａ、１０ＭＰａの２種を設定し、いずれも５秒間加圧した。

接合工程後、接合された導電性接合材料のポストシンタリングのための熱処理を行った。ポストシンタリングは、乾燥炉を用いて大気中で２００℃に加熱して６０分、無加圧の条件下で行った。

以上の工程で半導体チップを接合した後、導電性接合材料の接合強度を測定した。この評価は、せん断強度を用いて評価した。せん断強度は、ダイシェア測定機を用いて、シャア速度１００μｍ／ｓ、ステップバック間隔１００μｍでせん断荷重を測定し、半導体チップ（２ｍｍ□）の面積で除した値とした。この結果を表２に示す。

表２から、比較例１のように、圧縮変形率が５％未満と低い導電性接合材料では、加圧力を５ＭＰａと低く設定すると、せん断強度が２０ＭＰａにも達していないことが分かる。比較例１では、加圧力を１０ＭＰａに増大させると、２０ＭＰａを超えるせん断強度が得られる。これに対して、各実施例の導電性接合材料のように、低温で乾燥させて圧縮変形率を高めることで、低加圧でも有効な接合強度が得られる。このように本発明に係る導電性接合材料は、接合時の低温化と低押圧化の両方を図りながら、同時に十分な接合強度が得られる。

［接合部材の第２の接合方法による接合試験］
次に、実施例及び比較例の接合部材を用いて、基板（Ｓｉ）に半導体チップ（ＧａＮ）の第２の接合方法による接合試験を行った。基板及び半導体チップについては、上記の第１の接合方法と同様の物を使用した。

半導体チップの接合方法は、図５の第２の接合方法と同様の工程とした。まず、基板を導電性接合材料の上に載置し、押圧及び加熱することで導電性接合材料を基板にマウントした。このマウントの条件としては、加圧力２．５ＭＰａ、温度１００℃でマウントした。

次に、導電性接合材料がマウントされた基板を基材からピックアップして反転し、導電性接合材料上の金属膜の上に半導体チップを載置し、加熱しながら押圧を５秒間負荷して前記半導体チップを基板に接合した。接合工程の加熱条件は、Ｓｉ基板側を２００℃、半導体チップ側を１００℃とした。加圧条件は５ＭＰａ、１０ＭＰａの２種を設定し、いずれも５秒間加圧した。

接合工程後、接合された導電性接合材料のポストシンタリングのための熱処理を行った。ポストシンタリングは、乾燥炉を用いて大気中で２００℃に加熱して６０分、無加圧の条件下で行った。

以上の工程で半導体チップを接合した後、導電性接合材料の接合強度を測定した。この評価は、せん断強度を用いて評価した。せん断強度は、ダイシェア測定機を用いて、シャア速度１００μｍ／ｓ、ステップバック間隔１００μｍでせん断荷重を測定し、半導体チップ（２ｍｍ□）の面積で除した値とした。その結果、第２の接合方法は、上記の第１の接合方法による表２の結果と同様のせん断強度が得られた。この結果より、第２の接合方法においても、本発明に係る導電性接合材料は、接合時の低温化と低押圧化の両方を図りながら、同時に十分な接合強度が得られることが確認できた。

第２実施形態：本実施形態は、組成、粒径の異なる複数種の金属粉末から金属ペーストを作製して導電性接合材料を製造した。具体的には、金に加えて白金、銀、パラジウムの金属粉末を用いた。これらの金属粉末は、いずれも湿式還元法で製造された市販の高純度の金属粉末である。尚、この検討の一部では、純度の低い金粉末（９８％）を適用した。この金粉末については湿式還元法の原料として不純物金属をわずかに含む金地金を使用している。

金属ペーストの溶剤と金属粉末の含有量は、第１実施形態と同様とした。基材への金属ペースト塗布後の乾燥温度は６０℃とし（一部で６５℃とした）、乾燥時間は１０分とした。金属ペースト乾燥後、第１実施形態と同じ条件でレーザー加工して、同じ寸法の導電性接合材料を製造した。

そして、製造した各種の導電性接合材料により、半導体チップの接合試験を行った。ここで使用した半導体チップ、基板は第１実施形態と同じである。また、接合条件も第１実施形態の第１の接合方法による接合試験と同様とした。表３に、本実施形態で製造した各種導電性接合材料の構成、圧縮変形率と共に、接合試験でのせん断強度を示す。

表３から、金以外の金属粉末によっても導電性接合材料を製造可能であり、それによって低圧での接合が可能であることが確認される（Ｎｏ．５～７）。また、金属粉末の平均粒径についてみると、１．０μｍ以下であれば、有効な合導電性接合材料を得ることができるが、１．０μｍを超えた粗大な金粉末を使用すると、他の条件が好適であっても接合強度に差が生じる（Ｎｏ．３）。金粉末の純度を低下させたときも、同様である（Ｎｏ．４）。金属粉末の粒径や純度は、乾燥温度が低ければ、導電性接合材料の圧縮変形率への影響は少ない。しかし、金属粉末の粒径や純度が不適切であると、接合工程における金属粉末の塑性変形や緻密化において悪影響があり、接合強度が低くなると考えられる。尚、接合条件のみを第１の実施形態の第２の接合方法による接合試験に代えて、本実施形態として同様にせん断強度を測定した結果、第１の接合方法による表３の結果と同様の結果が得られた。

第３実施形態：本実施形態では、金属膜が形成された基材にレジスト塗布とパターンエッチングを行い、ここに第１実施形態の金属ペーストを塗布して接合部材を製造した。その後、半導体チップとの接合試験を実施した。図７に本実施形態における接合部材の製造工程を示す。以下、図７を参照しつつ本実施形態の接合部材の製造工程を説明する。

（１）基材準備
第１実施形態と同様の基材を用意し、基材の上に金属膜を形成した。金属膜として金をスパッタリングにより５０ｎｍ成膜した。そして、基材上（金属膜上）にレジストを塗布した（図７（ｉ））。本実施形態では、市販のフォトレジスト（化薬マイクロケム株式会社製：ＡＺＰ４９０３）を基材に滴下してスピンコートした後、プリベークした。そして、レジスト膜に対してマスキングと露光をしてエッチングすることで、導電性接合材料形成のための孔パターンを有するレジスト膜を形成した（図７（ｉｉ））。本実施形態では、ｇ線（波長４３６ｎｍ）を照度２１００ｍｊ／ｃｍ^２、露光時間１５０秒の照射条件でパターニング後、エッチングしてレジスト膜を処理した。

（２）金属ペーストの塗布
次に、基材上（金属膜上）に金属ペーストを塗布し、レジスト膜の間隙に金属ペーストを充填した。金属ペーストは、第１実施形態と同一である。金属ペーストの塗布は、室温の減圧容器内（３５ｋＰａ）で、金属ペーストを基材上（金属膜上）に滴下してヘラで広げることでレジスト膜の間隙に金属ペーストを充填した。その後、真空（５ｋＰａ）にした減圧容器内にて室温で予備乾燥を行った。そして、予備乾燥後の金属ペーストの余剰部をブレードで除去した（図７（ｉｉｉ））。

（３）金属ペーストの乾燥
そして、予備乾燥後の金属ペーストを乾燥させて乾燥体からなる導電性接合材料を形成した（図７（ｉｖ））。第１実施形態と同様、基材を乾燥炉（大気雰囲気）入れ、乾燥温度を６５℃として１０分間乾燥した。

（４）後工程（レジスト膜除去）
乾燥工程後、剥離液によってレジスト膜を除去した。本実施形態では、基材をアセトンに浸漬し、レジスト膜を除去した。このレジスト除去により、所定のアスペクト比の複数の導電性接合材料が一定間隔で配置された接合部材が製造される（図７（ｖ））。本実施形態で製造した接合部材においては、全ての導電性接合材料のアスペクト比が５であり、導電性接合材料の間隔は２～５μｍであった。

また、導電性接合材料の高さ（厚さ）は１０±１μｍであり、レジストの厚さとほぼ等しいものであった。その結果、本実施形態の接合部材上の導電性接合材料は全体として平坦性に優れるものであることが確認された。このように、レジストの適切な適用によって、個々の導電性接合材料の高さを等しくすることが可能となり、疑似的に膜状の導電性接合材料を形成することができることが確認された。

［接合試験］
以上の各工程を経て製造された、本実施形態の接合部材製造方法によって、ＧａＮ半導体チップ（板厚０．６ｍｍ×５ｍｍ□）をＳｉ基板（厚さ０．７５ｍｍ×１０ｍｍ□：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕメッキ有）へ接合する接合試験を行った。ここでの接合試験は、基本的に第１実施形態の第１の接合方法及び第２の接合方法による接合試験と同様の工程で行った。

この接合試験の過程において、導電性接合材料にマウントした半導体チップのズレは見られず、Ｓｉ基板に対して正確な接合を行うことができた。そして、接合試験の結果の半導体チップとＳｉ基板との接合部のせん断強度（試験圧力：５ＭＰａ）も３０ＭＰａ以上と十分な接合力であった。

第４実施形態：本実施形態は、金属膜と孔パターンが形成されたレジスト膜を有する基材に対して、さらに金属膜を成膜して導電性接合材料の底部に２層の金属膜を形成し、これ以外は第３実施形態と同様にして、接合部材を作製した。図８に本実施形態における接合部材の製造工程を示す。以下、図８を参照しつつ本実施形態の接合部材の製造工程を説明する。

（１）基材準備
第３実施形態と同様して、基材上に厚さ５０ｎｍの金属膜を形成した後、さらにレジストを塗布した（図８（ｉ））。そして、第３実施形態と同様にして、孔パターンを有するレジスト膜を形成した（図８（ｉｉ））。このレジスト膜によるパターンを有する基材に、スパッタリングにより厚さ５ｎｍの金を成膜した（図８（ｉｉｉ））。

（２）金属ペーストの塗布
第３実施形態と同様して、レジスト膜（金属膜）の間隙に金属ペーストを充填して、真空減圧容器内にて室温で予備乾燥を行った後、予備乾燥後の金属ペーストの余剰部をブレードで除去した（図８（ｉｖ））。

（３）金属ペーストの乾燥
そして、予備乾燥後の金属ペーストを乾燥させて乾燥体からなる導電性接合材料を形成した（図８（ｖ））。第３実施形態と同様、基材を乾燥炉（大気雰囲気）入れ、乾燥温度を６５℃として１０分間乾燥した。

（４）後工程（レジスト膜の除去）
乾燥工程後、レジスト膜上の金属膜を王水でエッチングして除去した（図８（ｖｉ））。その後、第３実施形態と同様にして、剥離液によってレジスト膜を除去し、所定のアスペクト比の複数の導電性接合材料が一定間隔で配置された接合部材を製造した（図８（ｖｉｉ））。本実施形態で製造した接合部材においては、全ての導電性接合材料のアスペクト比が５であり、導電性接合材料の間隔は２～５μｍとした。この第４実施形態で製造した接合部材の表面の外観と、一部を拡大して観察される導電性接合材料の外観を図９に示す。

［接合試験］
以上の各工程を経て製造された、本実施形態の接合部材について、第３実施形態と同様の条件で接合試験を行った。その結果、この実施形態の接合試験の過程においても半導体チップのズレは見られず正確な接合を行うことができた。また、接合試験の結果の半導体チップとＳｉ基板との接合部のせん断強度も十分（３０ＭＰａ以上）であった。

以上説明したように、本発明は半導体素子の基板へのダイボンディングやフリップチップ実装に適用される導電性接合材料として有用である。
本発明に係る導電性接合材料及びこれを備える接合部材によれば、接合時の低温化と低押圧化の両方を図りながら、同時に十分な接合強度が得られる。したがって、接合時の低温化が求められる有機基板や、接合時の低押圧化が求められる化合物半導体において、接合部材として特に好適である。

１ 接合部材
２ 導電性接合材料
３ 基材
４ 半導体チップ
５ 基板
６ フォトレジスト膜
７ レジスト膜
８ 金属ペースト
９ ブレード
１１、１３ 金属膜
１２ 余剰金属ペースト
ｄ 導電性接合材料間の間隔
Ｗ 接合面の幅

Claims (9)

1. 基材上に、金属粉末の成形体からなる導電性接合材料を複数備える接合部材であって、
   前記複数の導電性接合材料を構成する前記金属粉末は、金粉、銀粉、白金粉及びパラジウム粉の群から選択される一種以上であり、純度９９．９質量％以上、平均粒径０．００５μｍ～１．０μｍであり、
   加圧力５ＭＰａで加圧されたとき、次式で示される圧縮変形率Ｍが５％以上３０％以下であり、
   

   

   前記複数の導電性接合材料間の間隔が１μｍ～１０μｍであると共に、 各導電性接合材料は、いずれも、次式で示されるアスペクト比Ｒが１以上１００以下であり、
   

   

   更に、少なくとも、前記基材と前記導電性接合材料との間に形成された１層以上の金属膜を含み、前記金属膜上に前記複数の導電性接合材料を備えることを特徴とする接合部材。
2. 請求項１記載の接合部材を用いて、半導体チップを基板に接合する方法であって、
   前記半導体チップを前記接合部材上の１個以上の導電性接合材料の上に載置し、加圧及び加熱した後、前記半導体チップを前記接合部材の基材からピックアップすることで、金属膜及び前記導電性接合材料を前記半導体チップにマウントする工程と、
   前記導電性接合材料がマウントされた前記半導体チップを、前記基板上に載置し、加圧及び加熱して前記半導体チップを前記基板に接合する工程と、
   を含む接合方法。
3. 導電性接合材料を半導体チップにマウントする工程は、前記導電性接合材料を４０℃以上１００℃以下で加熱しつつ、３０ＭＰａ以下で加圧する請求項２記載の接合方法。
4. 半導体チップを基板に接合する工程は、導電性接合材料を、８０℃以上３００℃以下で加熱しつつ２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下で加圧する請求項２又は請求項３記載の接合方法。
5. 半導体チップを基板に接合する工程の後、導電性接合材料を無加圧で１００℃以上３００℃以下で加熱し、前記導電性接合材料を焼結する工程を更に含む請求項２～請求項４のいずれかに記載の接合方法。
6. 請求項１記載の接合部材を用いて、半導体チップを基板に接合する方法であって、
   前記基板を前記接合部材上の導電性接合材料の上に載置し、加圧及び加熱することで、前記導電性接合材料を前記基板にマウントする工程と、
   前記導電性接合材料がマウントされた前記基板を、前記基材からピックアップする工程と、
   前記基板にマウントされた前記導電性接合材料上の前記金属膜の上に前記半導体チップを載置し、加圧及び加熱することで、前記金属膜を介して前記半導体チップを前記基板に接合する工程と、を含む接合方法。
7. 導電性接合材料を基板にマウントする工程は、前記導電性接合材料を４０℃以上１００℃以下で加熱しつつ、２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下で加圧する請求項６記載の接合方法。
8. 半導体チップを基板に接合する工程は、導電性接合材料を、８０℃以上３００℃以下で加熱しつつ３０ＭＰａ以下で加圧する請求項６又は請求項７記載の接合方法。
9. 半導体チップを基板に接合する工程の後、導電性接合材料を無加圧で１００℃以上３００℃以下で加熱し、前記導電性接合材料を焼結する工程を更に含む請求項６～請求項８のいずれかに記載の接合方法。
   

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