半導体装置およびその製造方法並びに電子装置
【課題】バンプ接合の界面における剥離を抑制すること。
【解決手段】第１バンプ３２が形成された素子１０と、第２バンプ３４が形成され、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板２０と、を具備し、前記第１バンプの終端面３３は、前記素子の内側に向かって傾斜して形成され、前記第２バンプの終端面３５は、前記第１バンプの終端面に対応するように形成され、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とが接合されている半導体装置。
【解決手段】第１バンプ３２が形成された素子１０と、第２バンプ３４が形成され、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板２０と、を具備し、前記第１バンプの終端面３３は、前記素子の内側に向かって傾斜して形成され、前記第２バンプの終端面３５は、前記第１バンプの終端面に対応するように形成され、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とが接合されている半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法並びに電子装置に関し、例えば素子と基板とをバンプを用い接合する半導体装置およびその製造方法並びに電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の素子と回路基板等の基板との接合には、半田バンプが用いられている。高集積化のため、Ｃｕ（銅）等の高融点金属バンプを用い、バンプ同士を接合させることにより、素子と基板とを接合する技術が知られている。Ｃｕ等は半田に比べ高融点であり、Ｃｕバンプ同士の接合は、固相拡散接続となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３１０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バンプ同士を接合する場合、高温においてバンプ同士を接合し、その後室温に冷却する。素子と基板との線熱膨張係数が異なるため、バンプの接合面にせん断応力が加わり、バンプ接合の界面が剥離することがある。
【０００５】
本半導体装置およびその製造方法並びに電子装置は、バンプ接合の界面における剥離を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例えば、第１バンプが形成された素子と、第２バンプが形成され、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板と、を具備し、前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側に向かって傾斜して形成され、前記第２バンプの終端面は、前記第１バンプの終端面に対応するように形成され、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とが接合されていることを特徴とする半導体装置を用いる。
【０００７】
例えば、素子に第１バンプを形成する工程と、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板に第２バンプを形成する工程と、前記第１バンプの終端面の傾斜を前記素子の内側に向かって傾斜するように加工する工程と、前記第２バンプの終端面の傾斜を、前記第１バンプの終端面の傾斜に対応するように加工する工程と、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とを接合する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を用いる。
【０００８】
例えば、上記半導体装置を搭載したことを特徴とする電子装置を用いる。
【発明の効果】
【０００９】
本半導体装置およびその製造方法並びに電子装置によれば、バンプ接合の界面における剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、比較例１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｅ）は、比較例２に係る半導体装置の断面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置を示す図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例１のバンプ３０ｃの断面図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の別の製造方法を示す図（その１）である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の別の製造方法を示す図（その２）である。
【図１０】図１０は、実施例１の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】図１１は、実施例２に係る半導体装置の断面図である。
【図１２】図１２は、図１１の領域Ｂの拡大図である。
【図１３】図１３は、実施例３に係る電子装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施例を説明する前に、比較例について説明する。まず、半田バンプを用いた素子と基板との接合について説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、比較例１に係る半導体装置１０４の断面図である。図１（ａ）のように、シリコン素子等の素子１０と回路配線基板等の基板２０とがバンプ３０を用い接合されている。素子１０は、素子基板１１と素子基板１１の下面に形成された電極パッド１６とを含む。素子基板１１は、例えば基板２０側に電子回路が形成されたシリコン基板である。基板２０は、絶縁基板２１と絶縁基板２１の上面に形成された配線電極２６とを含む。絶縁基板２１は、例えばガラスエポキシ樹脂を用いた回路基板である。バンプ３０は、電極パッド１６と配線電極２６とを接合する。バンプ３０は、例えば、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ等の鉛フリー半田である。
【００１２】
図１（ａ）は、バンプ３０を溶融させて、素子１０を基板２０に搭載する図である。半田であるバンプ３０を溶融させるため、素子１０および基板２０は例えば２５０℃の温度に曝される。
【００１３】
図１（ｂ）は、素子１０および基板２０を室温（例えば約２５℃）に冷却した後の図である。シリコンの線熱膨張係数は、２〜３×１０−６Ｋ−１に対しガラスエポキシ樹脂等の樹脂の線熱膨張係数は、例えば１０−５Ｋ−１台である。このように、基板２０の主要部である絶縁基板２１の線熱膨張係数は素子１０の主要部である素子基板１１より大きい。これにより、矢印５０で示した素子基板１１の収縮に比べ、矢印５２で示した絶縁基板２１の収縮が大きくなる。しかし、半田は、比較的容易に変形しやすい。このため、図１（ｂ）のバンプ３０ａのように、バンプ３０の形状が変形し、素子１０と基板２０との線熱膨張係数の差に起因した応力を緩和することができる。
【００１４】
一方、高集積化が進むと、バンプの間隔が狭くなるため、半田バンプ技術では、隣接するバンプ間のショートが発生する。また、バンプが小さくなるため電流密度増加によるエレクトロマイグレーション現象といった問題が発生する。そこで、Ｃｕ等の高融点金属を用いたバンプ同士を接合する技術がある。
【００１５】
図２（ａ）から図２（ｅ）は、比較例２に係る半導体装置１０６の断面図である。図２（ａ）のように、素子１０は、素子基板１１と素子基板１１上（図２（ａ）では下面）に形成された電極パッド１６と電極パッド１６上（図２（ａ）では下面）に形成された第１バンプ３２を備えている。基板２０は、絶縁基板２１と絶縁基板２１上に形成された配線電極２６と配線電極２６上に形成された第２バンプ３４とを備えている。配線電極２６は、第２バンプ３４用のパッドとしての機能以外にも、パッド間を電気的に接続する配線等の信号線の機能も備えている。第１バンプ３２と第２バンプ３４とが接合しバンプ３０を形成することにより、素子１０が基板２０にフリップチップ搭載される。素子１０は例えは主にシリコン基板等の素子基板１１である。基板２０は例えば主に回路基板であり、例えば樹脂から形成されている絶縁基板２１である。第１バンプ３２および第２バンプ３４は、例えばＣｕ等の高融点金属を含む。
【００１６】
図２（ａ）は、例えば１５０℃〜２５０℃の温度で素子１０と基板２０とを加圧し、素子１０を基板２０に搭載する図である。図２（ｂ）は、バンプ３０の拡大図である。高温における加圧により、第１バンプ３２と第２バンプ３４とが接合する。第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合界面は、素子１０および基板２０に対し略平行である。
【００１７】
図２（ｃ）は、素子１０および基板２０を室温に冷却した後の図である。図１（ｂ）と同様に、素子１０は基板２０に比べ収縮が大きい。図２（ｄ）および図２（ｅ）は、周辺のバンプ３０ｂの断面図である。図２（ｄ）のように、接合界面３６において、第１バンプ３２と第２バンプ３４とが拘束されるため、第１バンプ３２の接合界面３６近くには、素子１０の収縮方向と逆方向の応力（矢印５４）が加わる。第２バンプ３４の接合界面３６近くには、基板２０の収縮方向の応力（矢印５６）が加わる。これにより、接合界面３６には、せん断応力が加わる。このせん断応力により、図３（ｅ）のように、接合界面３６にクラックまたは剥離５８が発生する。以下に、比較例２に係る課題を解決する実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置１００を示す図である。図３（ａ）は、実施例１に係る半導体装置の断面図、図３（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の平面図である。なお、図３（ａ）と図３（ｂ）とは模式図であり、バンプ３０の数および素子基板１１および絶縁基板２１の大きさ等は、両図において対応していない。図３（ｂ）において、素子１０を破線で図示し、バンプ３０を実線で図示している。図３（ａ）のように、比較例１の図２（ａ）に比べ、素子１０の周辺に行くほど、バンプ３０の第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合界面３６が斜めになっている。接合界面３６は第２バンプ３４の膜厚が素子１０の内側が外側に対し低くなるように傾斜している。外側のバンプ３０は、接合界面３６の傾斜が大きい。その他の構成は、実施例２の図２（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００１９】
図３（ｂ）のように、素子１０は基板２０に複数のバンプ３０を用い搭載されている。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の右上のバンプ３０ｃの斜視図である。図３（ｂ）において、バンプ３０ｃを通過し素子１０の中心３９に向かう方向を方向３８とする。図３（ｃ）のように、第１バンプ３２の終端面３３は、素子１０の内側に向かって傾斜して形成されている。例えば、第１バンプ３２の終端面３３は、方向３８に向かうに従い高くなる。第２バンプ３４の終端面３５は、基板２０の内側に向かって傾斜して形成されている。例えば、第２バンプ３４の終端面３５は、方向３８に向かうに従い低くなる。第１バンプ３２の終端面３３と第２バンプ３４の終端面３５とは対応するように形成されている。
【００２０】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例１のバンプ３０ｃの断面図である。図４（ａ）を参照し、第１バンプ３２の終端面３３と第２バンプ３４の終端面３５とが接合することにより、第１バンプ３２と第２バンプ３４とが接合する。終端面３３と終端面３５とが接合した面が接合界面３６である。比較例２の図２（ｄ）と同様に、素子１０と基板２０との線熱膨張係数の差に起因し、第１バンプ３２の接合界面３６付近には応力（矢印６０）が、第２バンプ３４の接合界面付近には応力（矢印６２）が発生する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の領域Ａを拡大した図である。図４（ｂ）のように、せん断応力が加わる方向に対し接合界面３６が斜めであるため、接合界面３６付近では、応力（矢印６０）と応力（矢印６２）とが圧縮応力となる。これにより、比較例２の図２（ｅ）のような、接合界面３６におけるクラックまたは剥離が抑制される。接合界面３６におけるクラックまたは剥離の抑制のためには、素子１０および基板２０平面に対する接合界面３６の傾斜角度は５°〜４５°が好ましい。
【００２１】
実施例１によれば、第１バンプ３２の終端面３３は、素子１０の内側に向かって傾斜して形成されている。第２バンプ３４の終端面３５は、第１バンプ３２の終端面３３と対応するように形成されている。第１バンプ３１と第２バンプ３４とは電気的に接続されている。これにより、素子１０と基板２０との熱膨張係数（例えば線熱膨張係数）が異なる場合であっても、接合界面３６におけるクラックまたは剥離が抑制できる。
【００２２】
また、基板２０上の外縁のバンプ３０に熱応力に起因したせん断応力が最も加わる。よって、少なくとも素子上の外縁に配置された第１バンプ３２の終端面３３が、素子１０の内側に向かって傾斜していることが好ましい。
【００２３】
一方、素子１０の中心付近のバンプ３０に加わる熱応力に起因したせん断応力は小さい。よって、素子１０の中心３９付近の第１バンプ３２の終端面３３は、素子１０および基板２０に対し略平行であることが好ましい。このように、素子１０の中央では、接合界面３６はおおよそ水平であり、素子１０の外側に行くにつれ、第１バンプ３２の終端面３３は急峻となることが好ましい。
【００２４】
さらに、実施例１のように、基板２０（主に絶縁基板２１）の熱膨張係数が素子１０（主に素子基板１１）より大きい場合、図３（ａ）のように、第１バンプ３２の終端面３３を素子１０の内側の高さが外側より高くなるように傾斜させる。これにより、接合界面３６におけるクラックまたは剥離が抑制できる。
【００２５】
素子１０と基板２０との線熱膨張係数の差に起因した応力は、素子基板１１の中心に向かう応力となる。よって、接合界面３６は、素子基板１１の中心３９に向かう方向３８に傾斜していることが好ましい。
【００２６】
実施例１のように、第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合が固相拡散接続の場合、せん断応力により、接合界面３６から剥離し易く、実施例１のように、接合界面３６を斜めとすることが好ましい。
【００２７】
なお、実施例１においては、第２バンプ３４の高さは、素子１０の内側ほど低く、接合界面３６の傾きが緩くなっている。例えば、素子１０の外縁から複数の第２バンプ３４の高さおよび接合界面３６の傾きの少なくとも一方を同じとすることもできる。
【００２８】
第１バンプ３２の終端面３３と第２バンプ３４の終端面３５とは対応するように形成されている。例えば、第１バンプ３２の終端面３３と第２バンプ３４の終端面３５とは嵌合するように形成されていることが好ましい。例えば、第１バンプ３２の終端面３３と対応する第２バンプ３４の終端面３５とが面接触するように形成されていることが好ましい。
【００２９】
また、素子１０（主に素子基板１１）の熱膨張係数が基板２０（主に絶縁基板２１）より大きい場合においても、以下のようにすることが好ましい。図示しないが、例えば、第２バンプ３４の終端面３５は、基板２０の内側に向かって傾斜して形成されることが好ましい。第１バンプ３２の終端面３３は、第２バンプ３４の終端面３５と対応するように形成されることが好ましい。第１バンプ３１と第２バンプ３４とは電気的に接続されている。これにより、接合界面３６におけるクラックまたは剥離が抑制できる。
【００３０】
図５（ａ）から７（ｄ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、素子１０の断面図である。図５（ａ）のように、素子基板１１上（例えば電子回路が形成された面上）に、例えばＣｕ等の金属膜を用い電極パッド１６を形成する。素子基板１１上にバンプ形成用のフォトレジスト７０を形成する。露光技術を用い、電極パッド１６上のフォトレジスト７０にバンプ形成用の開口を形成する。Ｃｕの電解めっき法を用い、第１バンプ３２として第１バンプ３２を１０μｍ〜３０μｍの高さで形成する。これにより、電極パッド１６上に第１バンプ３２が形成される。図５（ｂ）のように、工具７４に単結晶ダイヤモンド７６を固定したダイヤモンド工具を用い、第１バンプ３２表面を矢印７８のようにフォトレジスト７０とともに切削加工する。このとき、第１バンプ３２の切削面の切削粗さＲａ＜１０ｎｍ程度とする。このように第１バンプ３２の表面の平坦化することにより、後に強固な固相結合を得ることができる。
【００３１】
実施例１では、少なくとも３軸以上の位置制御の可能な機械装置を用い、第１バンプ３２の切削加工を行なう。図５（ａ）のように、素子基板１１の中心付近の第１バンプ３２が最も高く、上面は平坦である。素子基板１１の周辺付近の第１バンプ３２が最も低く、上面は最も斜めである。素子基板１１、電極パッド１６および第１バンプ３２から素子１０が形成される。
【００３２】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、絶縁基板２１の断面図である。図６（ａ）のように、絶縁基板２１上に、例えばＣｕ等の金属膜を用い配線電極２６を形成する。絶縁基板２１の上面に、バンプ形成用の開口を備えるフォトレジスト７２を形成する。Ｃｕの電解めっき法を用い、第２バンプ３４を１０μｍ〜３０μｍの高さで形成する。これにより、配線電極２６上に第２バンプ３４が形成される。図６（ｂ）のように、図５（ｂ）と同様に、ダイヤモンド工具を用い、第２バンプ３４表面を矢印７９のようにフォトレジスト７２とともに切削加工する。このとき、第２バンプ３４の切削面は第１バンプ３２と同様の平坦度とする。図６（ｂ）のように、絶縁基板２１の中心付近の第２バンプ３４が最も低く、上面は平坦である。絶縁基板２１の周辺付近の第２バンプ３４が最も低く、上面は最も斜めである。絶縁基板２１、配線電極２６および第２バンプ３４から基板２０が形成される。
【００３３】
図７（ａ）のように、素子１０および基板２０をチャンバー８０内に導入する。なお、図７（ａ）においては、電極パッド１６および配線電極２６の図示を省略している。チャンバー８０内に、還元性ガスとして蟻酸ガス８４を導入する。チャンバー８０内の雰囲気８２に蟻酸ガスが含まれる。これにより、第１バンプ３２および第２バンプ３４の表面酸化膜を除去することができる。第１バンプ３２および第２バンプ３４の表面酸化膜の除去は、他の還元性ガスを用いてもよく、さらに、プラズマ処理法または酸洗浄法を用いてもよい。
【００３４】
図７（ｂ）のように、フリップチップボンダを用い、第１バンプ３２と第２バンプ３４との位置が一致するように、基板２０上に素子１０を位置合わせする。素子１０と基板２０とを矢印８６のように仮圧着する。図７（ｃ）のように、第１バンプ３２と第２バンプ３４とを仮圧着することにより、素子１０と基板２０とを仮接合する。
【００３５】
図７（ｄ）のように、仮接合した素子１０と基板２０とをチャンバー９０内に導入する。チャンバー９０内を１５０℃〜２５０℃に加熱する。素子１０と基板２０とを、加圧機９６を用い１個のバンプあたり１００ＭＰａ〜３００ＭＰａの圧力で加圧（矢印９６）する。この状態を０．５時間〜１時間維持する。これにより、第１バンプ３２と第２バンプ３４とが固相拡散接合する。このとき、十分に固相拡散が進展すると、第１バンプ３２の終端面および第２バンプ３４の終端面とが接する界面が消失し、強固な接合が達成される。以上により、素子１０が基板２０に搭載される。図７（ａ）および図７（ｄ）においては、電極パッド１６および配線電極２６の図示を省略している。
【００３６】
第１バンプ３２および第２バンプ３４としては半田より高融点のＣｕまたはＡｕ等の金属を用いることができる。図７（ｄ）のように、融点より低い１５０℃〜２００℃程度において、固相拡散する金属が好ましい。また、半田を用いた場合であっても、融点より低い温度において接合させる場合等は、実施例１のように接合界面３６を斜めにすることが好ましい。
【００３７】
次に、図５（ａ）から図６（ｂ）を用い説明した第１バンプ３２および第２バンプ３４の形成方法とは別の形成方法を説明する。図８（ａ）から図９（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の別の製造方法を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、素子１０の断面図である。図８（ａ）のように、予め傾斜のついた構造体９８を作製しておく。構造体９８の下面には、中心部が平坦で、周辺部が傾斜する凹部１１１が形成されている。素子基板１１上には、電極パッド１６および第１バンプ３２を形成しておく。構造体９８と素子１０とを位置合わせする。１５０℃〜２００℃の温度とし、１個のバンプあたり１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの圧力で、構造体９８を第１バンプ３２に押し当てる（矢印１１０）。図８（ｂ）のように、第１バンプ３２が構造体９８により変形する。
【００３８】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、基板２０の断面図である。図９（ａ）のように、予め傾斜のついた構造体９９を作製しておく。構造体９９の下面には、中心部が平坦で、周辺部が傾斜する凸部１１３が形成されている。凸部１１３は、構造体９８の凹部１１１に対応した形状となっている。絶縁基板２１には配線電極２６および第２バンプ３４を例えばめっき法を用い形成しておく。構造体９９と基板２０とを位置合わせする。１５０℃〜２００℃の温度とし、１個のバンプあたり１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの圧力で、構造体９９を第２バンプ３４に押し当てる（矢印１１２）。図９（ｂ）のように、第２バンプ３４が構造体９９により変形する。このように、第１バンプ３２および第２バンプ３４に傾斜を形成することができる。
【００３９】
図１０は、実施例１の変形例に係る半導体装置１０１の断面図である。図１０のように、実施例１の図３（ａ）に比べ、第１バンプ３２と第２バンプ３４との間に、Ｓｎ（錫）等を含む金属層が形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１においては、第１バンプ３２または第２バンプ３４を形成する際に、第１バンプ３２および第２バンプ３４の少なくとも一方上に、例えばＳｎ等の低融点金属層を、無電界めっき法または電界めっき法を用い形成する。低融点金属層の膜厚は例えば２μｍ〜５μｍである。低融点金属層の融点は、第１バンプ３２および第２バンプ３４を形成する金属より低い。図７（ｄ）における第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合時に、例えば２００℃〜２５０℃程度の温度で１分〜１０分加熱する。これにより、Ｓｎが溶融し、ＳｎとＣｕとの反応が進み、金属層３７が形成される。このように、第１バンプ３２と第２バンプ３４とを固相−液相接合した場合においても、図２（ｄ）のようなせん断応力が大きければ、図２（ｅ）のようなクラックまたは剥離が発生する。よって、素子１０の周辺のバンプ３０の接合界面３６を斜めとすることが好ましい。
【実施例２】
【００４０】
実施例２は、素子が半導体素子であり、基板が積層基板の例である。図１１は、実施例２に係る半導体装置１０２の断面図である。図１２は、図１１の領域Ｂの拡大図である。図１１および図１２のように、素子基板１１上（図１１においては下）には、多層配線層１２が形成されている。多層配線層１２は、絶縁膜１３と、絶縁膜１３内に形成された配線１５と、絶縁膜１３を上下に貫通する貫通電極１８により形成されている。絶縁膜１３は例えば酸化シリコンにより形成されている。配線１５および貫通電極１８は例えばＣｕ等の金属により形成されている。多層配線層１２下には電極パッド１６が形成されている。電極パッド１６下には第１バンプ３２が形成されている、電極パッド１６を覆うように保護膜１９が形成されている。保護膜１９は、例えばポリイミド膜等の絶縁膜である。
【００４１】
絶縁基板２１として、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板２２が積層されている。絶縁性基板２２間には、配線２５が形成されている。また、絶縁性基板２２を上下に貫通する貫通電極２８が形成されている。絶縁基板２１の上面には、配線電極２６が形成されている。配線電極２６上には第２バンプ３４が形成されている。配線電極２６間には、ソルダーレジスト２９が形成されている。ソルダーレジスト２９は、例えばエポキシ樹脂等の絶縁膜である。ソルダーレジスト２９は配線電極２６間のショートを抑制する。絶縁基板２１の下面には、パッド２４が形成されている。パッド２４下には半田ボール４１が形成されている。配線２５、貫通電極２８、配線電極２６および２４は、例えばＣｕ等の金属膜により形成されている。
【００４２】
第１バンプ３２と第２バンプ３４とが接合しバンプ３０が形成されている。第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合界面３６は、実施例１と同様に、素子１０の周辺部で斜めになっている。素子１０と基板２０との間に、アンダーフィル材４０が設けられている。アンダーフィル材４０は、素子１０と基板２０との間に異物等が混入することを抑制する。素子１０は封止樹脂４２により封止される。封止樹脂４２は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂である。以上のように、半導体素子を回路基板にフリップチップ搭載した半導体装置１０２において、実施例１と同様の第１バンプ３２および第２バンプ３４の接合を用いることができる。
【実施例３】
【００４３】
実施例３は、実施例２に係る半導体装置が搭載された電子装置の例である。図１３は、実施例３に係る電子装置の断面図である。電子装置１０３のマザーボード８８に、実施例２に係る半導体装置１０２が搭載されている。半導体装置１０２は、実施例２の図１１の半導体装置であり説明を省略する。実施例３のように、実施例１または実施例２に係る半導体装置を電子装置に搭載することができる。
【００４４】
実施例１〜３を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
付記１：
第１バンプが形成された素子と、第２バンプが形成され、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板と、を具備し、前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側に向かって傾斜して形成され、前記第２バンプの終端面は、前記第１バンプの終端面に対応するように形成され、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
付記２：
少なくとも前記基板上の外縁に形成された第１バンプの終端面が、前記素子の内側に向かって傾斜していることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
付記３：
前記基板の熱膨張係数は前記素子より大きく、前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側の高さが外側より高くなるように傾斜していることを特徴とする付記１または２記載の半導体装置。
付記４：
前記素子の外側に行くにつれ、前記第１バンプの終端面の傾斜が急峻となることを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載の半導体装置。
付記５：
前記第１バンプと前記第２バンプとは同じ材料から形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
付記６：
前記第１バンプおよび前記第２バンプは、ＣｕまたはＡｕを含むことを特徴とする付記１から５のいずれか一項記載の半導体装置。
付記７：
電極パッドと前記電極パッド上に形成された第１バンプとを備えた素子と、配線電極と前記配線電極上に形成された第２バンプとを備え、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板と、を具備し、前記第２バンプの終端面は、前記基板の内側に向かって傾斜して形成され、前記第１バンプの終端面は、前記第２バンプの終端面に嵌合するように形成され、前記第１バンプと前記第２バンプとは接合されていることを特徴とする半導体装置。
付記８：
素子に第１バンプを形成する工程と、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板に第２バンプを形成する工程と、前記第１バンプの終端面の傾斜を前記素子の内側に向かって傾斜するように加工する工程と、前記第２バンプの終端面の傾斜を、前記第１バンプの終端面の傾斜に対応するように加工する工程と、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とを接合する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
付記９：
素子に電極パッドと、前記電極パッド上に第１バンプと、を形成する工程と、前記素子と熱膨張係数の異なる基板に配線電極と、前記配線電極上に第２バンプと、を形成する工程と、前記第２バンプの終端面の傾斜を前記基板の内側に向かって傾斜するように加工する工程と、前記第１バンプの終端面の傾斜を、前記第２バンプの終端面の傾斜に嵌合するように加工する工程と、前記第１バンプと前記第２バンプとを接合する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
付記１０：
付記１から７のいずれか一項記載の半導体装置を搭載したことを特徴とする電子装置。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 素子
１１ 素子基板
１６ 電極パッド
２０ 基板
２１ 絶縁基板
２６ 配線パッド
３０ バンプ
３２ 第１バンプ
３３、３５ 終端面
３４ 第２バンプ
３６ 接合界面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法並びに電子装置に関し、例えば素子と基板とをバンプを用い接合する半導体装置およびその製造方法並びに電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の素子と回路基板等の基板との接合には、半田バンプが用いられている。高集積化のため、Ｃｕ（銅）等の高融点金属バンプを用い、バンプ同士を接合させることにより、素子と基板とを接合する技術が知られている。Ｃｕ等は半田に比べ高融点であり、Ｃｕバンプ同士の接合は、固相拡散接続となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３１０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バンプ同士を接合する場合、高温においてバンプ同士を接合し、その後室温に冷却する。素子と基板との線熱膨張係数が異なるため、バンプの接合面にせん断応力が加わり、バンプ接合の界面が剥離することがある。
【０００５】
本半導体装置およびその製造方法並びに電子装置は、バンプ接合の界面における剥離を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例えば、第１バンプが形成された素子と、第２バンプが形成され、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板と、を具備し、前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側に向かって傾斜して形成され、前記第２バンプの終端面は、前記第１バンプの終端面に対応するように形成され、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とが接合されていることを特徴とする半導体装置を用いる。
【０００７】
例えば、素子に第１バンプを形成する工程と、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板に第２バンプを形成する工程と、前記第１バンプの終端面の傾斜を前記素子の内側に向かって傾斜するように加工する工程と、前記第２バンプの終端面の傾斜を、前記第１バンプの終端面の傾斜に対応するように加工する工程と、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とを接合する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を用いる。
【０００８】
例えば、上記半導体装置を搭載したことを特徴とする電子装置を用いる。
【発明の効果】
【０００９】
本半導体装置およびその製造方法並びに電子装置によれば、バンプ接合の界面における剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、比較例１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｅ）は、比較例２に係る半導体装置の断面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置を示す図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例１のバンプ３０ｃの断面図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の別の製造方法を示す図（その１）である。
【図９】図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の別の製造方法を示す図（その２）である。
【図１０】図１０は、実施例１の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】図１１は、実施例２に係る半導体装置の断面図である。
【図１２】図１２は、図１１の領域Ｂの拡大図である。
【図１３】図１３は、実施例３に係る電子装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施例を説明する前に、比較例について説明する。まず、半田バンプを用いた素子と基板との接合について説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、比較例１に係る半導体装置１０４の断面図である。図１（ａ）のように、シリコン素子等の素子１０と回路配線基板等の基板２０とがバンプ３０を用い接合されている。素子１０は、素子基板１１と素子基板１１の下面に形成された電極パッド１６とを含む。素子基板１１は、例えば基板２０側に電子回路が形成されたシリコン基板である。基板２０は、絶縁基板２１と絶縁基板２１の上面に形成された配線電極２６とを含む。絶縁基板２１は、例えばガラスエポキシ樹脂を用いた回路基板である。バンプ３０は、電極パッド１６と配線電極２６とを接合する。バンプ３０は、例えば、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ等の鉛フリー半田である。
【００１２】
図１（ａ）は、バンプ３０を溶融させて、素子１０を基板２０に搭載する図である。半田であるバンプ３０を溶融させるため、素子１０および基板２０は例えば２５０℃の温度に曝される。
【００１３】
図１（ｂ）は、素子１０および基板２０を室温（例えば約２５℃）に冷却した後の図である。シリコンの線熱膨張係数は、２〜３×１０−６Ｋ−１に対しガラスエポキシ樹脂等の樹脂の線熱膨張係数は、例えば１０−５Ｋ−１台である。このように、基板２０の主要部である絶縁基板２１の線熱膨張係数は素子１０の主要部である素子基板１１より大きい。これにより、矢印５０で示した素子基板１１の収縮に比べ、矢印５２で示した絶縁基板２１の収縮が大きくなる。しかし、半田は、比較的容易に変形しやすい。このため、図１（ｂ）のバンプ３０ａのように、バンプ３０の形状が変形し、素子１０と基板２０との線熱膨張係数の差に起因した応力を緩和することができる。
【００１４】
一方、高集積化が進むと、バンプの間隔が狭くなるため、半田バンプ技術では、隣接するバンプ間のショートが発生する。また、バンプが小さくなるため電流密度増加によるエレクトロマイグレーション現象といった問題が発生する。そこで、Ｃｕ等の高融点金属を用いたバンプ同士を接合する技術がある。
【００１５】
図２（ａ）から図２（ｅ）は、比較例２に係る半導体装置１０６の断面図である。図２（ａ）のように、素子１０は、素子基板１１と素子基板１１上（図２（ａ）では下面）に形成された電極パッド１６と電極パッド１６上（図２（ａ）では下面）に形成された第１バンプ３２を備えている。基板２０は、絶縁基板２１と絶縁基板２１上に形成された配線電極２６と配線電極２６上に形成された第２バンプ３４とを備えている。配線電極２６は、第２バンプ３４用のパッドとしての機能以外にも、パッド間を電気的に接続する配線等の信号線の機能も備えている。第１バンプ３２と第２バンプ３４とが接合しバンプ３０を形成することにより、素子１０が基板２０にフリップチップ搭載される。素子１０は例えは主にシリコン基板等の素子基板１１である。基板２０は例えば主に回路基板であり、例えば樹脂から形成されている絶縁基板２１である。第１バンプ３２および第２バンプ３４は、例えばＣｕ等の高融点金属を含む。
【００１６】
図２（ａ）は、例えば１５０℃〜２５０℃の温度で素子１０と基板２０とを加圧し、素子１０を基板２０に搭載する図である。図２（ｂ）は、バンプ３０の拡大図である。高温における加圧により、第１バンプ３２と第２バンプ３４とが接合する。第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合界面は、素子１０および基板２０に対し略平行である。
【００１７】
図２（ｃ）は、素子１０および基板２０を室温に冷却した後の図である。図１（ｂ）と同様に、素子１０は基板２０に比べ収縮が大きい。図２（ｄ）および図２（ｅ）は、周辺のバンプ３０ｂの断面図である。図２（ｄ）のように、接合界面３６において、第１バンプ３２と第２バンプ３４とが拘束されるため、第１バンプ３２の接合界面３６近くには、素子１０の収縮方向と逆方向の応力（矢印５４）が加わる。第２バンプ３４の接合界面３６近くには、基板２０の収縮方向の応力（矢印５６）が加わる。これにより、接合界面３６には、せん断応力が加わる。このせん断応力により、図３（ｅ）のように、接合界面３６にクラックまたは剥離５８が発生する。以下に、比較例２に係る課題を解決する実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る半導体装置１００を示す図である。図３（ａ）は、実施例１に係る半導体装置の断面図、図３（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の平面図である。なお、図３（ａ）と図３（ｂ）とは模式図であり、バンプ３０の数および素子基板１１および絶縁基板２１の大きさ等は、両図において対応していない。図３（ｂ）において、素子１０を破線で図示し、バンプ３０を実線で図示している。図３（ａ）のように、比較例１の図２（ａ）に比べ、素子１０の周辺に行くほど、バンプ３０の第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合界面３６が斜めになっている。接合界面３６は第２バンプ３４の膜厚が素子１０の内側が外側に対し低くなるように傾斜している。外側のバンプ３０は、接合界面３６の傾斜が大きい。その他の構成は、実施例２の図２（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００１９】
図３（ｂ）のように、素子１０は基板２０に複数のバンプ３０を用い搭載されている。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の右上のバンプ３０ｃの斜視図である。図３（ｂ）において、バンプ３０ｃを通過し素子１０の中心３９に向かう方向を方向３８とする。図３（ｃ）のように、第１バンプ３２の終端面３３は、素子１０の内側に向かって傾斜して形成されている。例えば、第１バンプ３２の終端面３３は、方向３８に向かうに従い高くなる。第２バンプ３４の終端面３５は、基板２０の内側に向かって傾斜して形成されている。例えば、第２バンプ３４の終端面３５は、方向３８に向かうに従い低くなる。第１バンプ３２の終端面３３と第２バンプ３４の終端面３５とは対応するように形成されている。
【００２０】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例１のバンプ３０ｃの断面図である。図４（ａ）を参照し、第１バンプ３２の終端面３３と第２バンプ３４の終端面３５とが接合することにより、第１バンプ３２と第２バンプ３４とが接合する。終端面３３と終端面３５とが接合した面が接合界面３６である。比較例２の図２（ｄ）と同様に、素子１０と基板２０との線熱膨張係数の差に起因し、第１バンプ３２の接合界面３６付近には応力（矢印６０）が、第２バンプ３４の接合界面付近には応力（矢印６２）が発生する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の領域Ａを拡大した図である。図４（ｂ）のように、せん断応力が加わる方向に対し接合界面３６が斜めであるため、接合界面３６付近では、応力（矢印６０）と応力（矢印６２）とが圧縮応力となる。これにより、比較例２の図２（ｅ）のような、接合界面３６におけるクラックまたは剥離が抑制される。接合界面３６におけるクラックまたは剥離の抑制のためには、素子１０および基板２０平面に対する接合界面３６の傾斜角度は５°〜４５°が好ましい。
【００２１】
実施例１によれば、第１バンプ３２の終端面３３は、素子１０の内側に向かって傾斜して形成されている。第２バンプ３４の終端面３５は、第１バンプ３２の終端面３３と対応するように形成されている。第１バンプ３１と第２バンプ３４とは電気的に接続されている。これにより、素子１０と基板２０との熱膨張係数（例えば線熱膨張係数）が異なる場合であっても、接合界面３６におけるクラックまたは剥離が抑制できる。
【００２２】
また、基板２０上の外縁のバンプ３０に熱応力に起因したせん断応力が最も加わる。よって、少なくとも素子上の外縁に配置された第１バンプ３２の終端面３３が、素子１０の内側に向かって傾斜していることが好ましい。
【００２３】
一方、素子１０の中心付近のバンプ３０に加わる熱応力に起因したせん断応力は小さい。よって、素子１０の中心３９付近の第１バンプ３２の終端面３３は、素子１０および基板２０に対し略平行であることが好ましい。このように、素子１０の中央では、接合界面３６はおおよそ水平であり、素子１０の外側に行くにつれ、第１バンプ３２の終端面３３は急峻となることが好ましい。
【００２４】
さらに、実施例１のように、基板２０（主に絶縁基板２１）の熱膨張係数が素子１０（主に素子基板１１）より大きい場合、図３（ａ）のように、第１バンプ３２の終端面３３を素子１０の内側の高さが外側より高くなるように傾斜させる。これにより、接合界面３６におけるクラックまたは剥離が抑制できる。
【００２５】
素子１０と基板２０との線熱膨張係数の差に起因した応力は、素子基板１１の中心に向かう応力となる。よって、接合界面３６は、素子基板１１の中心３９に向かう方向３８に傾斜していることが好ましい。
【００２６】
実施例１のように、第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合が固相拡散接続の場合、せん断応力により、接合界面３６から剥離し易く、実施例１のように、接合界面３６を斜めとすることが好ましい。
【００２７】
なお、実施例１においては、第２バンプ３４の高さは、素子１０の内側ほど低く、接合界面３６の傾きが緩くなっている。例えば、素子１０の外縁から複数の第２バンプ３４の高さおよび接合界面３６の傾きの少なくとも一方を同じとすることもできる。
【００２８】
第１バンプ３２の終端面３３と第２バンプ３４の終端面３５とは対応するように形成されている。例えば、第１バンプ３２の終端面３３と第２バンプ３４の終端面３５とは嵌合するように形成されていることが好ましい。例えば、第１バンプ３２の終端面３３と対応する第２バンプ３４の終端面３５とが面接触するように形成されていることが好ましい。
【００２９】
また、素子１０（主に素子基板１１）の熱膨張係数が基板２０（主に絶縁基板２１）より大きい場合においても、以下のようにすることが好ましい。図示しないが、例えば、第２バンプ３４の終端面３５は、基板２０の内側に向かって傾斜して形成されることが好ましい。第１バンプ３２の終端面３３は、第２バンプ３４の終端面３５と対応するように形成されることが好ましい。第１バンプ３１と第２バンプ３４とは電気的に接続されている。これにより、接合界面３６におけるクラックまたは剥離が抑制できる。
【００３０】
図５（ａ）から７（ｄ）は、実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、素子１０の断面図である。図５（ａ）のように、素子基板１１上（例えば電子回路が形成された面上）に、例えばＣｕ等の金属膜を用い電極パッド１６を形成する。素子基板１１上にバンプ形成用のフォトレジスト７０を形成する。露光技術を用い、電極パッド１６上のフォトレジスト７０にバンプ形成用の開口を形成する。Ｃｕの電解めっき法を用い、第１バンプ３２として第１バンプ３２を１０μｍ〜３０μｍの高さで形成する。これにより、電極パッド１６上に第１バンプ３２が形成される。図５（ｂ）のように、工具７４に単結晶ダイヤモンド７６を固定したダイヤモンド工具を用い、第１バンプ３２表面を矢印７８のようにフォトレジスト７０とともに切削加工する。このとき、第１バンプ３２の切削面の切削粗さＲａ＜１０ｎｍ程度とする。このように第１バンプ３２の表面の平坦化することにより、後に強固な固相結合を得ることができる。
【００３１】
実施例１では、少なくとも３軸以上の位置制御の可能な機械装置を用い、第１バンプ３２の切削加工を行なう。図５（ａ）のように、素子基板１１の中心付近の第１バンプ３２が最も高く、上面は平坦である。素子基板１１の周辺付近の第１バンプ３２が最も低く、上面は最も斜めである。素子基板１１、電極パッド１６および第１バンプ３２から素子１０が形成される。
【００３２】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、絶縁基板２１の断面図である。図６（ａ）のように、絶縁基板２１上に、例えばＣｕ等の金属膜を用い配線電極２６を形成する。絶縁基板２１の上面に、バンプ形成用の開口を備えるフォトレジスト７２を形成する。Ｃｕの電解めっき法を用い、第２バンプ３４を１０μｍ〜３０μｍの高さで形成する。これにより、配線電極２６上に第２バンプ３４が形成される。図６（ｂ）のように、図５（ｂ）と同様に、ダイヤモンド工具を用い、第２バンプ３４表面を矢印７９のようにフォトレジスト７２とともに切削加工する。このとき、第２バンプ３４の切削面は第１バンプ３２と同様の平坦度とする。図６（ｂ）のように、絶縁基板２１の中心付近の第２バンプ３４が最も低く、上面は平坦である。絶縁基板２１の周辺付近の第２バンプ３４が最も低く、上面は最も斜めである。絶縁基板２１、配線電極２６および第２バンプ３４から基板２０が形成される。
【００３３】
図７（ａ）のように、素子１０および基板２０をチャンバー８０内に導入する。なお、図７（ａ）においては、電極パッド１６および配線電極２６の図示を省略している。チャンバー８０内に、還元性ガスとして蟻酸ガス８４を導入する。チャンバー８０内の雰囲気８２に蟻酸ガスが含まれる。これにより、第１バンプ３２および第２バンプ３４の表面酸化膜を除去することができる。第１バンプ３２および第２バンプ３４の表面酸化膜の除去は、他の還元性ガスを用いてもよく、さらに、プラズマ処理法または酸洗浄法を用いてもよい。
【００３４】
図７（ｂ）のように、フリップチップボンダを用い、第１バンプ３２と第２バンプ３４との位置が一致するように、基板２０上に素子１０を位置合わせする。素子１０と基板２０とを矢印８６のように仮圧着する。図７（ｃ）のように、第１バンプ３２と第２バンプ３４とを仮圧着することにより、素子１０と基板２０とを仮接合する。
【００３５】
図７（ｄ）のように、仮接合した素子１０と基板２０とをチャンバー９０内に導入する。チャンバー９０内を１５０℃〜２５０℃に加熱する。素子１０と基板２０とを、加圧機９６を用い１個のバンプあたり１００ＭＰａ〜３００ＭＰａの圧力で加圧（矢印９６）する。この状態を０．５時間〜１時間維持する。これにより、第１バンプ３２と第２バンプ３４とが固相拡散接合する。このとき、十分に固相拡散が進展すると、第１バンプ３２の終端面および第２バンプ３４の終端面とが接する界面が消失し、強固な接合が達成される。以上により、素子１０が基板２０に搭載される。図７（ａ）および図７（ｄ）においては、電極パッド１６および配線電極２６の図示を省略している。
【００３６】
第１バンプ３２および第２バンプ３４としては半田より高融点のＣｕまたはＡｕ等の金属を用いることができる。図７（ｄ）のように、融点より低い１５０℃〜２００℃程度において、固相拡散する金属が好ましい。また、半田を用いた場合であっても、融点より低い温度において接合させる場合等は、実施例１のように接合界面３６を斜めにすることが好ましい。
【００３７】
次に、図５（ａ）から図６（ｂ）を用い説明した第１バンプ３２および第２バンプ３４の形成方法とは別の形成方法を説明する。図８（ａ）から図９（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置の別の製造方法を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、素子１０の断面図である。図８（ａ）のように、予め傾斜のついた構造体９８を作製しておく。構造体９８の下面には、中心部が平坦で、周辺部が傾斜する凹部１１１が形成されている。素子基板１１上には、電極パッド１６および第１バンプ３２を形成しておく。構造体９８と素子１０とを位置合わせする。１５０℃〜２００℃の温度とし、１個のバンプあたり１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの圧力で、構造体９８を第１バンプ３２に押し当てる（矢印１１０）。図８（ｂ）のように、第１バンプ３２が構造体９８により変形する。
【００３８】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、基板２０の断面図である。図９（ａ）のように、予め傾斜のついた構造体９９を作製しておく。構造体９９の下面には、中心部が平坦で、周辺部が傾斜する凸部１１３が形成されている。凸部１１３は、構造体９８の凹部１１１に対応した形状となっている。絶縁基板２１には配線電極２６および第２バンプ３４を例えばめっき法を用い形成しておく。構造体９９と基板２０とを位置合わせする。１５０℃〜２００℃の温度とし、１個のバンプあたり１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの圧力で、構造体９９を第２バンプ３４に押し当てる（矢印１１２）。図９（ｂ）のように、第２バンプ３４が構造体９９により変形する。このように、第１バンプ３２および第２バンプ３４に傾斜を形成することができる。
【００３９】
図１０は、実施例１の変形例に係る半導体装置１０１の断面図である。図１０のように、実施例１の図３（ａ）に比べ、第１バンプ３２と第２バンプ３４との間に、Ｓｎ（錫）等を含む金属層が形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１においては、第１バンプ３２または第２バンプ３４を形成する際に、第１バンプ３２および第２バンプ３４の少なくとも一方上に、例えばＳｎ等の低融点金属層を、無電界めっき法または電界めっき法を用い形成する。低融点金属層の膜厚は例えば２μｍ〜５μｍである。低融点金属層の融点は、第１バンプ３２および第２バンプ３４を形成する金属より低い。図７（ｄ）における第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合時に、例えば２００℃〜２５０℃程度の温度で１分〜１０分加熱する。これにより、Ｓｎが溶融し、ＳｎとＣｕとの反応が進み、金属層３７が形成される。このように、第１バンプ３２と第２バンプ３４とを固相−液相接合した場合においても、図２（ｄ）のようなせん断応力が大きければ、図２（ｅ）のようなクラックまたは剥離が発生する。よって、素子１０の周辺のバンプ３０の接合界面３６を斜めとすることが好ましい。
【実施例２】
【００４０】
実施例２は、素子が半導体素子であり、基板が積層基板の例である。図１１は、実施例２に係る半導体装置１０２の断面図である。図１２は、図１１の領域Ｂの拡大図である。図１１および図１２のように、素子基板１１上（図１１においては下）には、多層配線層１２が形成されている。多層配線層１２は、絶縁膜１３と、絶縁膜１３内に形成された配線１５と、絶縁膜１３を上下に貫通する貫通電極１８により形成されている。絶縁膜１３は例えば酸化シリコンにより形成されている。配線１５および貫通電極１８は例えばＣｕ等の金属により形成されている。多層配線層１２下には電極パッド１６が形成されている。電極パッド１６下には第１バンプ３２が形成されている、電極パッド１６を覆うように保護膜１９が形成されている。保護膜１９は、例えばポリイミド膜等の絶縁膜である。
【００４１】
絶縁基板２１として、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板２２が積層されている。絶縁性基板２２間には、配線２５が形成されている。また、絶縁性基板２２を上下に貫通する貫通電極２８が形成されている。絶縁基板２１の上面には、配線電極２６が形成されている。配線電極２６上には第２バンプ３４が形成されている。配線電極２６間には、ソルダーレジスト２９が形成されている。ソルダーレジスト２９は、例えばエポキシ樹脂等の絶縁膜である。ソルダーレジスト２９は配線電極２６間のショートを抑制する。絶縁基板２１の下面には、パッド２４が形成されている。パッド２４下には半田ボール４１が形成されている。配線２５、貫通電極２８、配線電極２６および２４は、例えばＣｕ等の金属膜により形成されている。
【００４２】
第１バンプ３２と第２バンプ３４とが接合しバンプ３０が形成されている。第１バンプ３２と第２バンプ３４との接合界面３６は、実施例１と同様に、素子１０の周辺部で斜めになっている。素子１０と基板２０との間に、アンダーフィル材４０が設けられている。アンダーフィル材４０は、素子１０と基板２０との間に異物等が混入することを抑制する。素子１０は封止樹脂４２により封止される。封止樹脂４２は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂である。以上のように、半導体素子を回路基板にフリップチップ搭載した半導体装置１０２において、実施例１と同様の第１バンプ３２および第２バンプ３４の接合を用いることができる。
【実施例３】
【００４３】
実施例３は、実施例２に係る半導体装置が搭載された電子装置の例である。図１３は、実施例３に係る電子装置の断面図である。電子装置１０３のマザーボード８８に、実施例２に係る半導体装置１０２が搭載されている。半導体装置１０２は、実施例２の図１１の半導体装置であり説明を省略する。実施例３のように、実施例１または実施例２に係る半導体装置を電子装置に搭載することができる。
【００４４】
実施例１〜３を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
付記１：
第１バンプが形成された素子と、第２バンプが形成され、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板と、を具備し、前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側に向かって傾斜して形成され、前記第２バンプの終端面は、前記第１バンプの終端面に対応するように形成され、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
付記２：
少なくとも前記基板上の外縁に形成された第１バンプの終端面が、前記素子の内側に向かって傾斜していることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
付記３：
前記基板の熱膨張係数は前記素子より大きく、前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側の高さが外側より高くなるように傾斜していることを特徴とする付記１または２記載の半導体装置。
付記４：
前記素子の外側に行くにつれ、前記第１バンプの終端面の傾斜が急峻となることを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載の半導体装置。
付記５：
前記第１バンプと前記第２バンプとは同じ材料から形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
付記６：
前記第１バンプおよび前記第２バンプは、ＣｕまたはＡｕを含むことを特徴とする付記１から５のいずれか一項記載の半導体装置。
付記７：
電極パッドと前記電極パッド上に形成された第１バンプとを備えた素子と、配線電極と前記配線電極上に形成された第２バンプとを備え、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板と、を具備し、前記第２バンプの終端面は、前記基板の内側に向かって傾斜して形成され、前記第１バンプの終端面は、前記第２バンプの終端面に嵌合するように形成され、前記第１バンプと前記第２バンプとは接合されていることを特徴とする半導体装置。
付記８：
素子に第１バンプを形成する工程と、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板に第２バンプを形成する工程と、前記第１バンプの終端面の傾斜を前記素子の内側に向かって傾斜するように加工する工程と、前記第２バンプの終端面の傾斜を、前記第１バンプの終端面の傾斜に対応するように加工する工程と、前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とを接合する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
付記９：
素子に電極パッドと、前記電極パッド上に第１バンプと、を形成する工程と、前記素子と熱膨張係数の異なる基板に配線電極と、前記配線電極上に第２バンプと、を形成する工程と、前記第２バンプの終端面の傾斜を前記基板の内側に向かって傾斜するように加工する工程と、前記第１バンプの終端面の傾斜を、前記第２バンプの終端面の傾斜に嵌合するように加工する工程と、前記第１バンプと前記第２バンプとを接合する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
付記１０：
付記１から７のいずれか一項記載の半導体装置を搭載したことを特徴とする電子装置。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 素子
１１ 素子基板
１６ 電極パッド
２０ 基板
２１ 絶縁基板
２６ 配線パッド
３０ バンプ
３２ 第１バンプ
３３、３５ 終端面
３４ 第２バンプ
３６ 接合界面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１バンプが形成された素子と、
第２バンプが形成され、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板と、
を具備し、
前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側に向かって傾斜して形成され、
前記第２バンプの終端面は、前記第１バンプの終端面に対応するように形成され、
前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
少なくとも前記基板上の外縁に形成された第１バンプの終端面が、前記素子の内側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記基板の熱膨張係数は前記素子より大きく、前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側の高さが外側より高くなるように傾斜していることを特徴とする請求項記１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
素子に第１バンプを形成する工程と、
前記素子とは熱膨張係数の異なる基板に第２バンプを形成する工程と、
前記第１バンプの終端面の傾斜を前記素子の内側に向かって傾斜するように加工する工程と、
前記第２バンプの終端面の傾斜を、前記第１バンプの終端面の傾斜に対応するように加工する工程と、
前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項記載の半導体装置を搭載したことを特徴とする電子装置。
【請求項１】
第１バンプが形成された素子と、
第２バンプが形成され、前記素子とは熱膨張係数の異なる基板と、
を具備し、
前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側に向かって傾斜して形成され、
前記第２バンプの終端面は、前記第１バンプの終端面に対応するように形成され、
前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
少なくとも前記基板上の外縁に形成された第１バンプの終端面が、前記素子の内側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記基板の熱膨張係数は前記素子より大きく、前記第１バンプの終端面は、前記素子の内側の高さが外側より高くなるように傾斜していることを特徴とする請求項記１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
素子に第１バンプを形成する工程と、
前記素子とは熱膨張係数の異なる基板に第２バンプを形成する工程と、
前記第１バンプの終端面の傾斜を前記素子の内側に向かって傾斜するように加工する工程と、
前記第２バンプの終端面の傾斜を、前記第１バンプの終端面の傾斜に対応するように加工する工程と、
前記第１バンプの終端面と前記第２バンプの終端面とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項記載の半導体装置を搭載したことを特徴とする電子装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２３１０９３（Ｐ２０１２−２３１０９３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０００６６（Ｐ２０１１−１０００６６）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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