WO2013051463A1 - ウエハの接合方法及び接合部の構造 - Google Patents

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剛史 藤原
敏明 奥野
井上　勝之
淳也 山本
健一 日沼
義樹 芦原
孝明 宮地
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オムロン株式会社
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    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/13111—Tin [Sn] as principal constituent
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    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13144—Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/13164—Palladium [Pd] as principal constituent
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    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/13169—Platinum [Pt] as principal constituent
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    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/13173—Rhodium [Rh] as principal constituent
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    • H01L2224/13163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/13176—Ruthenium [Ru] as principal constituent
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    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/13178—Iridium [Ir] as principal constituent
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    • H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
    • H01L2224/141—Disposition
    • H01L2224/1418—Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
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    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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    • H01L2224/1601—Structure
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    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/1605—Shape
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    • H01L2224/16058—Shape in side view being non uniform along the bump connector
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    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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    • H01L2224/165—Material
    • H01L2224/16501—Material at the bonding interface
    • H01L2224/16502—Material at the bonding interface comprising an eutectic alloy
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    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/165—Material
    • H01L2224/16505—Material outside the bonding interface, e.g. in the bulk of the bump connector
    • H01L2224/16506—Material outside the bonding interface, e.g. in the bulk of the bump connector comprising an eutectic alloy
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29075—Plural core members
    • H01L2224/2908—Plural core members being stacked
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/29171—Chromium [Cr] as principal constituent
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/3201—Structure
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Abstract

　ウエハ１の表面に密着層４を形成し、密着層４の上方にＡｕＳｎとの濡れ性の悪い材料からなる拡散防止層７を積層する。さらに、拡散防止層７の縁よりも引っ込めて拡散防止層７の表面に接着層８を形成し、ウエハ１の表面に接合部３を形成する。一方、ウエハ１１の下面に接合部１３を設け、接合部１３の下にＡｕＳｎハンダ層１９を設ける。ウエハ１とウエハ１１とを向かい合わせ、ＡｕＳｎハンダ層１９を溶融させて接合部３と接合部１３をＡｕＳｎハンダ２２によってＡｕＳｎ共晶接合させる。

Description

ウエハの接合方法及び接合部の構造
　本発明はウエハの接合方法及び接合部の構造に関し、具体的には、２枚のウエハをＡｕＳｎ共晶接合させるための接合方法とその接合部の構造に関する。
　２枚のウエハの接合部どうしを接合させる際には、ＡｕＳｎ共晶接合が用いられることがある。ＡｕＳｎ共晶接合とは、金属とＡｕＳｎとの共晶反応によって接合する方法であって、ウエハでのＡｕＳｎ共晶接合は先端的なＭＥＭＳパッケージや３次元積層技術分野で利用されている。ＡｕＳｎ共晶接合では、ＡｕＳｎがハンダのように溶融するので、接合部の表面がメッキ層のように粗い場合でも、容易に接合できる利点がある。
　このようにウエハの接合部どうしをＡｕＳｎ共晶接合させる場合、一方のウエハにおいて、ウエハに接する層（最下層）としてＣｒからなる密着層を設けることがある（たとえば、特許文献１参照）。この密着層は、接合部のウエハへの密着性を高める働きをする。
　しかし、接合部どうしを接合させる際に、溶融したＡｕＳｎハンダが密着層に触れてＡｕＳｎが密着層内に拡散すると、密着層のウエハへの密着力が劣化し、接合部分における信頼性が低下する。
　また、他方のウエハにおいては、ウエハの表面に設けた接合部（電極）にウエハを貫通する貫通配線を接続させる場合がある（たとえば、特許文献２参照）。この場合には、ウエハの表面に接合部を設けておき、ウエハに貫通させてビアホールを形成し、メッキ法によってビアホール内に貫通配線を形成し、その貫通配線を接合部に接合させる。しかしながら、接合部は通常ビアホールの貫通配線と同じ材料（たとえば、Ａｌ）で形成されるので、ウエハをエッチングしてビアホールを形成するとき、あるいは貫通配線をメッキで形成するとき、エッチング液やメッキ液（通常は酸性液が用いられる。）によって接合部がエッチングされ、損傷を受けるおそれがあった。
特許第３３０３２２７号公報 特開２００７－３１１７７１号公報
　本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＡｕＳｎによる接合部の劣化を防ぐことができるウエハの接合方法及び接合部の構造を提供することにある。また、本発明の別な目的は、ビアホールに貫通配線を形成するさいに接合部に損傷を与えにくい接合部の構造を提供することにある。
　本発明に係るウエハの接合方法は、第１のウエハの上方にＡｕＳｎの濡れ性の悪い材料からなる拡散防止層を積層し、さらに前記拡散防止層の縁よりも引っ込めて前記拡散防止層の表面に接着層を形成することにより、前記第１のウエハの表面に第１の接合部を形成する工程と、前記第２のウエハの表面に第２の接合部を形成する工程と、前記第１のウエハと前記第２のウエハとを向かい合わせ、前記第１の接合部と前記第２の接合部とをＡｕＳｎハンダによってＡｕＳｎ共晶接合させる工程とを備えたことを特徴としている。
　本発明のウエハの接合方法にあっては、ＡｕＳｎの濡れ性の悪い材料からなる拡散防止層の表面に設けた接着層を拡散防止層の縁よりも引っ込めているので、第１の接合部をＡｕＳｎ共晶接合させたときに溶融したＡｕＳｎハンダが拡散防止層の表面に広がりにくく、ＡｕＳｎハンダが第１のウエハ側へ流れ落ちる恐れが少ない。したがって、前記第１のウエハと前記拡散防止層との間にＡｕＳｎの拡散によって機能が劣化し易い層が存在していても、ＡｕＳｎがこの層へ拡散して機能が劣化しにくくなる。たとえば、第１のウエハの表面にＣｒを主成分とする密着層が形成されている場合がある。Ｃｒはウエハとの密着性がよいので、第１の接合部を第１のウエハにしっかりと密着させることができるためである。この場合、ＡｕＳｎが密着層内に拡散すると密着層の密着性が劣化するが、本発明においてはＡｕＳｎが密着層に拡散するのを防止することができるので、密着層が剥離するおそれが解消される。また、第１の接合部の下にアクチュエータなどが形成されている場合には、拡散防止層からはみ出たＡｕＳｎハンダがアクチュエータに付着するのを防ぐことができる。
　本発明に係るウエハの接合方法においては、前記第１の接合部又は前記第２の接合部の少なくとも一方の表面に、ＡｕとＳｎを交互に積層、又はＡｕＳｎ合金によって形成されたＡｕＳｎハンダ層を形成しておき、前記ＡｕＳｎハンダ層を溶融させることによって前記第１の接合部と前記第２の接合部とをＡｕＳｎ共晶接合させる。このように予めＡｕＳｎハンダ層を設けておけば、第１の接合部と第２の接合部の接合作業時にいずれかの接合部にＡｕＳｎハンダを塗布する手間が必要なくなる。
　また、第１の接合部の拡散防止層としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ等の白金族系金属を主成分とする材料を用いるのが好ましい。白金族系金属を主成分とする材料はＡｕＳｎとの濡れ性が悪いので、溶融したＡｕＳｎハンダが拡散防止層の表面で広がりにくくなるからである。また、白金族系金属を主成分とする材料によれば、ＡｕＳｎが拡散防止層を通過して拡散防止層の下層へ拡散するのを阻止することができる。
　第１の接合部の接着層としては、Ａｕを主成分とする材料を用いるのが好ましい。ＡｕＳｎとの融和しやすいためである。
　また、前記密着層と前記拡散防止層との間には、Ａｕ層を設けていてもよい。拡散防止層は応力が強くて剥離するおそれがあるが、密着層と拡散防止層の間にＡｕ層を形成してあれば、拡散防止層の応力を緩和して剥離を防ぐことができる。
　また、本発明に係るウエハの接合方法のある実施態様は、前記第１のウエハの表面に前記第１の接合部を形成する工程において、前記第１のウエハの表面に前記第１の接合部と同じ材料からなる層を同じ順序で積層して開閉接点を形成することを特徴としている。特に、前記開閉接点を構成するそれぞれの層は、前記第１の接合部において対応する同じ材料の層と同じ厚みで、かつ、前記第１のウエハの表面から同じ高さに設けられていることが望ましい。かかる実施態様によれば、開閉接点を第１の接合部と同じ工程において同時に作製することができるので、製造コストを安価にすることができる。
　また、本発明に係るウエハの接合方法の別な実施態様においては、前記第２の接合部のうち前記第２のウエハと接する面が、耐薬品性の高い材料（たとえば、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ又は白金系材料のうちいずれか１つ又は複数の材料）からなる導電層によって形成され、前記第２の接合部と対応する位置において前記第２のウエハにビアホールが開口され、前記ビアホール内に前記耐薬品性の高い材料からなる導電層と導通するようにして貫通配線が形成されていてもよい。第２のウエハの第２の接合部には、第２のウエハに設けられた半導体集積回路やアクチュエータが接続されていたり、第１のウエハに設けられたアクチュエータや半導体集積回路が第１の接合部を通じて接続されることがある。このような場合には、第２のウエハにあけたビアホール内に形成した貫通配線によって第２の接合部が第２のウエハの外面に設けられたバンプなどに接続されることがある。その場合でも、この実施態様では、第２の接合部のうち第２のウエハと接する面が耐薬品性の高い材料からなる導電層によって形成されているので、第２のウエハにビアホールを開口するときのエッチング液や貫通配線を形成するときのメッキ液によって第２の接合部が侵されにくい。
　また、この第２の接合部に、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ又はポリシリコンのうち１つ又は複数の材料からなる厚みの比較的大きな導電層を設けておけば、第１のウエハと第２のウエハとの間により広い空間を形成することができる。
　また、第２の接合部の表面をＡｕ層とし、第２の接合部の外周面及び表面の外周縁を絶縁被膜によって覆っておけば、第２の接合部の表面の露出面積が小さくなるので、第２の接合部をＡｕＳｎ共晶接合するときに第２の接合部の表面でＡｕＳｎハンダが広がりにくくなる。
　本発明に係る第１の接合部の構造は、ウエハの上方にＡｕＳｎの濡れ性の悪い材料からなる拡散防止層を積層し、さらに前記拡散防止層の縁よりも引っ込めて前記拡散防止層の表面に接着層を形成し、前記ウエハと前記拡散防止層との間にＡｕＳｎの拡散によって機能劣化し易い機能層を形成したことを特徴としている。かかる接合部の構造によれば、ＡｕＳｎの濡れ性の悪い材料からなる拡散防止層の表面に設けた接着層を拡散防止層の縁よりも引っ込めているので、第１の接合部をＡｕＳｎ共晶接合させたときに溶融したＡｕＳｎハンダが拡散防止層の表面に広がりにくく、ＡｕＳｎハンダがＡｕＳｎの拡散によって機能劣化し易い機能層へ流れ落ちる恐れが少ない。したがって、ＡｕＳｎが前記機能層へ拡散して機能層が劣化しにくくなる。
　また、第１の接合部の拡散防止層としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ等の白金族系金属を主成分とする材料を用いるのが好ましい。白金族系金属を主成分とする材料はＡｕＳｎとの濡れ性が悪いので、溶融したＡｕＳｎハンダが拡散防止層の表面で広がりにくくなるからである。また、白金族系金属を主成分とする材料によれば、ＡｕＳｎが拡散防止層を通過して拡散防止層の下層へ拡散するのを阻止することができる。
　第１の接合部の前記機能層は、たとえば第１のウエハの表面に形成された、Ｃｒを主成分とする密着層である。Ｃｒはウエハとの密着性がよいので、第１の接合部を第１のウエハにしっかりと密着させることができる。ＡｕＳｎが密着層内に拡散すると密着層の密着性が劣化するが、本発明においてはＡｕＳｎが密着層に拡散するのを防止することができる。
　第１の接合部の接着層としては、Ａｕを主成分とする材料を用いるのが好ましい。ＡｕＳｎとの融和しやすいためである。
　また、本発明に係る接合部の構造のある実施態様は、前記第１のウエハの表面に前記第１の接合部と同じ材料からなる層を同じ順序で積層して開閉接点を形成することを特徴としている。特に、前記開閉接点を構成するそれぞれの層は、前記第１の接合部において対応する同じ材料の層と同じ厚みで、かつ、前記第１のウエハの表面から同じ高さに設けられていることが望ましい。かかる実施態様によれば、開閉接点を第１の接合部と同じ工程において同時に作製することができるので、製造コストを安価にすることができる。
　本発明に係る第２の接合部の構造は、ウエハの表面に形成された耐薬品性の高い材料からなる第１の導電層と、前記第１の導電層の上方に形成された厚みの比較的大きな第２の導電層と、前記第２の導電層の上方に形成されたバリア層とを有することを特徴としている。かかる接合部の構造によれば、ウエハと接する面が耐薬品性の高い材料からなる導電層によって形成されているので、ウエハにビアホールを開口するときのエッチング液や貫通配線を形成するときのメッキ液によって接合部が侵されにくくなる。
　また、本発明に係るウエハの接合方法を用いて接合された一対のウエハの内部に電子部品構造体を形成すれば、電子部品を作製することができる。
　なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態によるウエハの接合方法を説明する概略断面図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、比較例によるウエハの接合方法を説明する概略断面図である。 図３（Ａ）は比較例においてウエハどうしを接合した場合の密着層の状態を示す赤外線写真である。図３（Ｂ）は本発明の一実施形態においてウエハどうしを接合した場合の密着層の状態を示す赤外線写真である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、ウエハどうしを接合した後に、第２のウエハに貫通配線を形成する工程を説明する概略断面図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、ウエハどうしを接合した後に、第２のウエハに貫通配線を形成する工程を説明する概略断面図であって、図４（Ｂ）に続く工程を示す。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、ウエハどうしを接合した後に、第２のウエハに貫通配線を形成する工程を説明する概略断面図であって、図５（Ｂ）に続く工程を示す。 本発明によるウエハの接合方法を用いて作製された静電リレーの概略断面図である。
　　１　　　ウエハ（第１のウエハ）
　　３　　　接合部（第１の接合部）
　　４　　　密着層
　　６　　　Ａｕ層
　　７　　　拡散防止層
　　８　　　接着層
　１１　　　ウエハ（第２のウエハ）
　１３　　　接合部（第２の接合部）
　１４　　　第１導電層
　１５　　　第２導電層
　１６　　　バリア層
　１７　　　絶縁被膜
　１８　　　Ｔｉ／Ａｕ層
　１９　　　ＡｕＳｎハンダ層
　２０　　　Ｓｎ層
　２１　　　Ａｕ層
　２２　　　ＡｕＳｎハンダ
　３１　　　絶縁層
　３２　　　ビアホール
　３３　　　貫通配線
　３４　　　保護膜
　３５　　　バンプ
　以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
（接合部の構造と接合方法）
　図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は本発明の一実施形態によるウエハの接合方法を説明する概略断面図である。図１（Ａ）は第１のウエハと第２のウエハの接合前の構造を示し、図１（Ｂ）はウエハどうしを接合した後の構造を示す。
　図１（Ａ）に示すように、第１のウエハすなわちウエハ１の表面には、第１の接合部すなわち接合部３が設けられている。ウエハ１は、Ｓｉウエハであって、その表面にはＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁層２が形成されている。絶縁層２の上面には密着層４が形成され、密着層４の上面にはＡｕ層６が形成されている。さらに、Ａｕ層６の上には、拡散防止層７と接着層８が順次積層されている。しかして、密着層４、Ａｕ層６、拡散防止層７及び接着層８によって接合部３が構成されている。接合部３は、ブロック状であってもよく、帯状に伸びたものでもよい。
　密着層４は、絶縁層２の表面にスパッタ等によって成膜されたＣｒ薄膜である。Ｃｒからなる密着層４は、接合部３と絶縁層２との密着性を確保して接合部３が剥離しにくくするものである。
　Ａｕ層６の上の拡散防止層７はＡｕＳｎとの濡れ性の悪い材料、たとえばＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ等の白金族系金属を主成分とする材料によって形成されている。拡散防止層７は、ＡｕＳｎハンダがＡｕ層６へ拡散するのを阻止するバリア層の働きをする。
　拡散防止層７は応力が強くて剥離するおそれがあるので、直接密着層４の上面に形成すると拡散防止層７が剥離するおそれがある。そのため、この接合部３では、密着層４と７の間に柔らかくて比較的厚みのあるＡｕ層６を挟み込むことにより、拡散防止層７の応力を緩和するとともに拡散防止層７を密着させている。また、電気抵抗の小さなＡｕ層６を設けることで、接合部３を配線として利用することも可能になる。
　接着層８はＡｕＳｎハンダと共晶接合させるための層であって、Ａｕメッキ膜によって形成されている。また、接着層８は拡散防止層７の縁よりも引っ込めて形成されている。すなわち、接合部３がブロック状である場合には、接着層８の全周を拡散防止層７の外周辺よりも内側へ引っ込めている。また、接合部３帯状である場合には、接着層８の幅方向両側縁を拡散防止層７の両側縁よりも内側へ引っ込めている。
　図１（Ａ）に示すように、第２のウエハすなわちウエハ１１の下面には、第２の接合部すなわち接合部１３が設けられている。ウエハ１１は、Ｓｉウエハであって、その下面にはＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁層１２が形成されている。絶縁層２の下面には、耐薬品性の高い導電層（特に、酸に強いもの）すなわち第１導電層１４が形成され、第１導電層１４の下面には厚みを得やすい材料からなる導電層すなわち第２導電層１５が形成され、第２導電層１５の下面にはバリア層１６が形成されている。しかして、第１導電層１４、第２導電層１５及びバリア層１６によって接合部１３が構成されている。接合部１３も、ブロック状であってもよく、帯状に伸びたものでもよい。
　第１導電層１４は、導電性を有し、かつ、耐薬品性の高い材料を用いて成膜されている。たとえば、第１導電層１４は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、白金系材料などによって形成される。このうちでも、第１導電層１４としては、メッキ液である硫酸銅に対する耐性が高く、絶縁層１２との密着性がよいＴｉを用いて、膜厚を５００－１０００Åとするのが好ましい。第２導電層１５は、比較的大きな厚みを得ることができ、かつ、制御回路や配線を形成するのに都合のよい材料を用いて成膜される。第２導電層１５は、メッキ、スパッタ、ＣＶＤなどの成膜方法で厚く成膜できる材料であればよい。たとえば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ又はポリシリコンによって２μｍ程度に形成される。なかでも、安価で汎用性があり、量産性の高い材料ということからＡｌが好ましい。一方、接合部１３を高周波信号が伝送される場合には、磁性材料であるＮｉは好ましくない。また、Ａｌの場合には、Ａｌスパイクを防止するため５重量％くらいのＣｕを添加することが好ましい。バリア層１６は、Ａｕが第２導電層１５へ拡散するのを阻止し、また第２導電層１５の材料（Ａｌ）がＴｉ／Ａｕ層１８のＡｕに拡散するのを阻止し、配線材料と接合材料が混じらないようにする。バリア層１６としては、高いバリア性を有するＴｉＮを用いて膜厚が４００Å程度に形成される。
　接合部１３の外周面及び下面外周部はＳｉＯ２やＳｉＮからなる絶縁被膜１７によって覆われており、接合部１３の下面（バリア層１６）の一部が絶縁被膜１７から露出している。ここで、絶縁被膜１７の開口幅はバリア層１６の幅よりも小さくなっている。さらに、接合部１３の下面には、絶縁被膜１７の開口よりも広い面積で、Ｔｉ下層／Ａｕ上層からなるＴｉ／Ａｕ層１８が形成されている。Ｔｉ／Ａｕ層１８の幅は、絶縁被膜１７の開口幅よりも大きく、バリア層１６の幅よりも小さくなっている。Ｔｉ／Ａｕ層１８の下面には、Ｓｎ層２０とＡｕ層２１を交互に積層してＡｕＳｎハンダ層１９が形成されている。なお、ＡｕＳｎハンダ層１９は、ＡｕＳｎ合金によっって形成されていてもよい。
　図１（Ａ）のように上面に接合部３を設けたウエハ１と下面に接合部１３を設けたウエハ１１を対向させ、接合部１３の下のＡｕＳｎハンダ層１９を接合部３の上面に重ねる。その状態でＡｕＳｎハンダ層１９を溶融させがらウエハ１１をウエハ１に適度の圧力で押さえる。この結果、図１（Ｂ）に示すように、ＡｕＳｎハンダ層１９とともにＴｉ／Ａｕ層１８のＡｕ層や接着層８（Ａｕ層）も溶融してＡｕＳｎハンダ２２となり、接合部１３と接合部３がＡｕＳｎ共晶接合される。
　接着層８は拡散防止層７の縁よりも引っ込んでおり、しかも白金族系金属を主成分とする拡散防止層７はＡｕＳｎと濡れ性が悪いので、このとき溶融したＡｕＳｎハンダ２２は拡散防止層７の端まで広がらない。したがって、ＡｕＳｎハンダ２２が接合部３の側面から流れ落ちて密着層４に達することがなく、ＡｕＳｎが密着層４内へ拡散することもない。よって、ＡｕＳｎが密着層４内に拡散して密着層４の密着性が損なわれることもない。
　また、バリア層１６の下面外周部を絶縁被膜１７で覆ってバリア層１６の露出面積を小さくしているので、接合部１３でもＡｕＳｎハンダ２２が広がりにくくなる。
　さらに、第２導電層１５の膜厚を大きくしておけば、ウエハ１、１１間の空間を広くすることができる。
（本発明の実施形態と比較例との比較）
　つぎに、比較例によるウエハの接合方法で接合部３、１３どうしをＡｕＳｎ共晶接合させる場合を説明する。図２（Ａ）は、比較例における第１のウエハと第２のウエハの接合前の構造を示し、図２（Ｂ）はウエハどうしを接合した後の比較例の不具合を示す。
　本発明の実施形態と比較例との違いは、本発明の実施形態では図１（Ａ）のように接合部３において接着層８の幅を拡散防止層７より短くして接着層８を拡散防止層７の縁よりも引っ込めているのに対し、比較例では図２（Ａ）のように接着層８と拡散防止層７の幅を等しくして接着層８の縁と拡散防止層７の縁が一致している点である。
　比較例２の場合には接着層８が拡散防止層７の全体を覆っているので、図２（Ｂ）に示すように、ＡｕＳｎハンダ層１９が溶融したとき、溶融したＡｕＳｎハンダ２２が拡散防止層７の端まで広がり、さらに拡散防止層７の端を超えて接合部３の側面に垂れるおそれがある。そして、垂れたＡｕＳｎハンダ２２が密着層４に触れるとＡｕＳｎが密着層４内へ拡散し、密着層４とウエハ１との密着性を阻害する。その結果、比較例によれば、ウエハどうしの接合品の歩留まりが低下する。
　これに対し、本発明の実施形態の場合には、接着層８から露出している拡散防止層７がＡｕＳｎとの濡れ性が悪いので、拡散防止層７の表面でＡｕＳｎハンダ２２が端まで広がらず、ＡｕＳｎが密着層４内に拡散しにくい。
　図３（Ａ）は比較例の方法によりウエハどうしをＡｕＳｎ接合させたときの密着層４の状態を示す赤外線写真である。図３（Ｂ）は本発明の実施形態の方法によりウエハどうしをＡｕＳｎ接合させたときの密着層４の状態を示す赤外線写真である。図３（Ａ）も図３（Ｂ）も、密着層４と絶縁層２との境界を下面側から見たものである。
　比較例の場合を示す図３（Ａ）では、密着層４にＡｕＳｎが拡散した結果、密着層４の状態がかなり劣化している。特に、Ｋで示す箇所では拡散による劣化が顕著である。これに対し、比較例１の場合を示す図３（Ｂ）では、密着層４はきれいな平滑な状態を保っている。
（ビアホールと貫通配線を有する場合）
　ウエハの接合部どうしを単にＡｕＳｎ共晶接合させる箇所（たとえば、後述の静電リレーにおけるウエハ間の外周部における封止用の接合部）では、図１（Ｂ）のような接合構造でよい。しかし、ウエハ１１（第２のウエハ）の下面に半導体集積回路が形成されていて、その半導体集積回路が接合部１３に接続されている場合がある。そのような場合には、ウエハ１１にビアホールをあけ、ビアホール内に設けた貫通配線によって接合部１３とウエハ１１の上面に設けたバンプなどとを接続する必要がある。また、ウエハ１（第１のウエハ）にアクチュエータが設けられており、アクチュエータの電極が導電性を有する接合部３を通じて接合部１３に電気的につながっている場合がある。このような場合にも、ウエハ１１にビアホールをあけ、ビアホール内に設けた貫通配線によって接合部１３とウエハ１１の上面に設けたバンプなどとを接続する必要がある。
　このようにウエハ１１にビアホールと貫通配線を設ける必要のある箇所では、ウエハ１、１１どうしを接合した後、図４－図６に示すようにしてウエハ１１に加工すればよい。
　図４－図６は、本発明の一実施形態において、ウエハ１、１１どうしを接合した後に、ウエハ１１にビアホール３２や貫通配線３３を設ける工程を示す。以下、この工程を図４－図６に従って説明する。
　まず、図４（Ａ）に示すように、ウエハ１１の上面にＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁層３１を形成し、接合部１３の真上においてウエハ１１にビアホール３２を開口し、ビアホール３２の底面に絶縁層１２を露出させる。
　図４（Ｂ）に示すように、ウエハ１１の全面にＳｉＯ２又はＳｉＮを蒸着させてビアホール３２の内面に絶縁層３１を形成するとともにウエハ１１の上面の絶縁層３１の厚みを厚くする。
　ついで、図５（Ａ）に示すように、ビアホール３２の底面の絶縁層３１と絶縁層１２をエッチングにより除去し、ビアホール３２の底面に第１導電層１４を露出させる。
　図５（Ｂ）に示すように、ビアホール３２の底面及び内周面から絶縁層３１の上面にＣｕやＡｌなどの導電性材料をメッキすることによって貫通配線３３を形成した後、図６（Ａ）に示すように、貫通配線３３をエッチングして所定パターンに形成する。第１導電層１４は、ＴｉやＴｉＮ、Ｗなどの耐薬品性の高い材料を用いているので、ビアホール３２をあけたり、貫通配線３３をメッキにより形成する際に、エッチング液やメッキ液を第１導電層１４で止めて接合部１３をエッチング液やメッキ液から保護することができる。
　ついで、図６（Ｂ）に示すように、ウエハ１１の上面をポリイミドなどの保護膜３４で覆い、保護膜３４を開口して貫通配線３３の一部を露出させ、貫通配線３３の露出部分の上にバンプ３５を形成する。
（静電リレーの場合）
　つぎに、ウエハどうしの接合体の具体例として、静電リレー４１（電子部品）を説明する。図７は静電リレーの概略断面図である。
　ウエハ１には、ウエハ１にＭＥＭＳ加工技術を用いて静電リレー４１が作製されている。静電リレー４１は、互いに対向するように配置された固定接点部４６及び可動接点部４５（両接点部が開閉接点となる。）と、静電力によって可動接点部４５を平行移動させる静電アクチュエータ４２とからなる。静電アクチュエータ４２は、ウエハ１の一部によって作製された固定部４３と可動部４４からなる。固定部４３は複数列の櫛歯状構造を有していてウエハ１と一体に形成されている。可動部４４も複数列の櫛歯状構造を有していて、ウエハ１から浮いた状態で支持され、前後に水平移動可能となっている。固定部４３の櫛歯状構造と可動部４４の櫛歯状構造は互いに接触しないようにして噛み合わされており、両櫛歯状構造間に電圧を印加すると、固定部４３の櫛歯状構造と可動部４４の櫛歯状構造との間に発生する静電力によって可動部４４が固定部４３に引きつけられ、可動部４４が水平移動するようになっている。
　接合部分４７は、ウエハ１、１１の外周縁に位置する接合部分であって、ウエハ１とウエハ１１の間の空間を封止している。この接合部分４７は、ＡｕＳｎハンダ２２によって接合部３と接合部１３をＡｕＳｎ共晶接合させたものである。
　接合部分４８は、静電アクチュエータ４２を貫通配線３３及びバンプ３５に電気的に接続するための接合部分である。この接合部分４８も、ＡｕＳｎハンダ２２によって接合部３と接合部１３をＡｕＳｎ共晶接合させたものである。
　可動接点部４５は、静電アクチュエータ４２の可動部４４の上面に設けられている。固定接点部４６は、可動接点部４５と対向させるようにしてウエハ１の上面に設けられている。可動接点部４５及び固定接点部４６は接合部ではないが、接合部３と同時に形成されており、接合部３と同じ層構造を有している。すなわち、可動接点部４５及び固定接点部４６は、密着層４、Ａｕ層６、拡散防止層７及び接着層８を順次積層して構成されており、各層は接合部３において対応する同じ層と同じ厚みで、かつ、ウエハ１の表面から同じ高さに設けられている。そして、白金族系金属を主成分とする層（拡散防止層７と同一の層）が固定接点４５ａ及び可動接点４６ａとなっている。さらにＡｕからなる層（Ａｕ層６と同一の層）は、ウエハ１の上面と平行に走っていて固定接点４５ａ及び可動接点４６ａにつながった配線部分となっている。
　また、接合部１３のＡｌなどからなる第２導電層１５の厚みを大きくすることによってウエハ１、１１間の空間の高さを大きくできるので、可動接点部４５が水平移動するときに可動接点部４５がウエハ１１と干渉するのを防ぐことができる。
　また、接着層８の幅が拡散防止層７の幅よりも狭くなっていてＡｕＳｎハンダが接合部３の下方へ流れ落ちにくくなっているので、ＡｕＳｎハンダが可動部４４へ流れ落ちて可動部４４が動かなくなる不具合も解消される。
　なお、ウエハ１１の下面には、静電リレー４１から出力された検知信号を処理する処理回路が設けられているが、図７では示されていない。

Claims (21)

  1. 　第１のウエハの上方にＡｕＳｎの濡れ性の悪い材料からなる拡散防止層を積層し、さらに前記拡散防止層の縁よりも引っ込めて前記拡散防止層の表面に接着層を形成することにより、前記第１のウエハの表面に第１の接合部を形成する工程と、
    　前記第２のウエハの表面に第２の接合部を形成する工程と、
    　前記第１のウエハと前記第２のウエハとを向かい合わせ、前記第１の接合部と前記第２の接合部とをＡｕＳｎハンダによってＡｕＳｎ共晶接合させる工程と、
    を備えたウエハの接合方法。
  2. 　前記第１の接合部の前記拡散防止層は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ等の白金族系金属を主成分とする材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のウエハの接合方法。
  3. 　前記第１の接合部の前記接着層は、Ａｕを主成分とする材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のウエハの接合方法。
  4. 　前記第１のウエハの表面に、Ｃｒを主成分とする密着層が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のウエハの接合方法。
  5. 　前記密着層と前記拡散防止層との間にＡｕ層が形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のウエハの接合方法。
  6. 　前記第１の接合部又は前記第２の接合部の少なくとも一方の表面に、ＡｕとＳｎを交互に積層、又はＡｕＳｎ合金によって形成されたＡｕＳｎハンダ層を形成しておき、
    　前記ＡｕＳｎハンダ層を溶融させることによって前記第１の接合部と前記第２の接合部とをＡｕＳｎ共晶接合させることを特徴とする、請求項１に記載のウエハの接合方法。
  7. 　前記第１のウエハの表面に前記第１の接合部を形成する工程において、前記第１のウエハの表面に前記第１の接合部と同じ材料からなる層を同じ順序で積層して開閉接点を形成する、請求項１に記載のウエハの接合方法。
  8. 　前記開閉接点を構成するそれぞれの層は、前記第１の接合部において対応する同じ材料の層と同じ厚みで、かつ、前記第１のウエハの表面から同じ高さに設けられている、請求項７に記載のウエハの接合方法。
  9. 　前記第２の接合部のうち前記第２のウエハと接する面が、耐薬品性の高い材料からなる導電層によって形成され、前記第２の接合部と対応する位置において前記第２のウエハにビアホールが開口され、前記ビアホール内に前記耐薬品性の高い材料からなる導電層と導通するようにして貫通配線が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のウエハの接合方法。
  10. 　前記第２の接合部は、厚みの比較的大きな導電層を有していることを特徴とする、請求項１に記載のウエハの接合方法。
  11. 　前記第２の接合部の表面がＡｕ層であり、前記第２の接合部の外周面及び表面の外周縁が絶縁被膜によって覆われていることを特徴とする、請求項１に記載のウエハの接合方法。
  12. 　前記耐薬品性の高い材料は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ又は白金系材料のうちいずれか１つ又は複数の材料であることを特徴とする、請求項９に記載のウエハの接合方法。
  13. 　前記厚みの比較的大きな導電層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ又はポリシリコンのうち１つ又は複数の材料であることを特徴とする、請求項１０に記載のウエハの接合方法。
  14. 　ウエハの上方にＡｕＳｎの濡れ性の悪い材料からなる拡散防止層を積層し、さらに前記拡散防止層の縁よりも引っ込めて前記拡散防止層の表面に接着層を形成し、前記ウエハと前記拡散防止層との間にＡｕＳｎの拡散によって機能劣化し易い機能層を形成した接合部の構造。
  15. 　前記第１の接合部の前記拡散防止層は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ等の白金族系金属を主成分とする材料からなることを特徴とする、請求項１４に記載の接合部の構造。
  16. 　前記第１の接合部の前記機能層は、前記第１のウエハの表面に形成された、Ｃｒを主成分とする密着層であることを特徴とする、請求項１４に記載の接合部の構造。
  17. 　前記第１の接合部の前記接着層は、Ａｕを主成分とする材料からなることを特徴とする、請求項１４に記載の接合部の構造。
  18. 　前記第１のウエハの表面に前記第１の接合部と同じ材料からなる層を同じ順序で積層して開閉接点を形成した、請求項１４に記載の接合部の構造。
  19. 　前記開閉接点を構成するそれぞれの層は、前記第１の接合部において対応する同じ材料の層と同じ厚みで、かつ、前記第１のウエハの表面から同じ高さに設けられている、請求項１４に記載の接合部の構造。
  20. 　ウエハの表面に形成された耐薬品性の高い材料からなる第１の導電層と、前記第１の導電層の上方に形成された厚みの比較的大きな第２の導電層と、前記第２の導電層の上方に形成されたバリア層とを有する接合部の構造。
  21. 　請求項１に記載したウエハの接合方法を用いて接合された一対のウエハの内部に電子部品構造体を形成した電子部品。
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