導電性接合材料、導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法
【課題】導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合することができる導電性接合材料及び導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法の提供。
【解決手段】融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含む導電性接合材料である。前記金属成分が、高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子から形成された中融点金属層と、低融点金属粒子から形成された低融点金属層とをこの順に有する多層金属粒子である態様などが好ましい。
【解決手段】融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含む導電性接合材料である。前記金属成分が、高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子から形成された中融点金属層と、低融点金属粒子から形成された低融点金属層とをこの順に有する多層金属粒子である態様などが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性接合材料、導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子部品と、ガラスエポキシ基板等の基板を接合する際に、両者の熱膨張係数差に起因する歪みの抑制、及び接合品質確保を図ることを目的として、熱処理により融点が変化する融点変化型低温金属ペーストを用いることが種々提案されている（特許文献１から４参照）。
例えば、図１に示すように、従来の導電性接合材料である融点変化型低温金属ペースト１０は、高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)１と、低融点金属粒子（Ｓｎ−Ｂｉ粒子）２とからなる金属成分と、フラックス成分３とから構成されている。この融点変化型低温金属ペースト１０の初期融点は、低融点金属粒子（Ｓｎ−Ｂｉ粒子）の融点に基づく１３９℃である。融点変化型低温金属ペースト１０を１５０℃以下で熱処理すると、低融点金属粒子（Ｓｎ−Ｂｉ粒子）２のＳｎが、高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)１に拡散し、Ｂｉ偏析層４とＣｕ−Ｓｎ系金属間化合物５を形成し、金属結合状態となることで、融点変化型低温金属ペースト１０の融点が約２５０℃以上に上昇する。
【０００３】
このように従来の導電性接合材料である融点変化型低温金属ペーストは、熱処理により融点が変化するため、導電性接合材料供給工程で選択できる熱処理温度は、低融点金属粒子（Ｓｎ−Ｂｉ粒子）の融点である初期融点以下に制約される。図２に示すように、基板６と電子部品８とを接合する際に、基板の電極７上に、従来の導電性接合材料である融点変化型低温金属ペースト１０を供給し、熱処理により基板の電極に溶着すると、低融点成分が消失して融点が２５０℃以上に上昇してしまう。このため、事前に基板の電極に融点変化型低温金属ペーストを供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程が選択できず、１５０℃以下の低温での電子部品の基板への実装ができないという課題がある。
また、図３に示すように、従来の導電性接合材料である融点変化型低温金属ペースト１０を、ザグリ治具３１の凹部に充填し、これに電子部品の端子を押し付け１５０℃以下で熱処理して電子部品８の端子９に加熱・転写（溶着）すると、低融点成分が消失して融点が２５０℃以上に上昇してしまう。このため、電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する加熱転写工程が選択できず、１５０℃以下の低温での電子部品の基板への実装ができないという課題がある。
【０００４】
したがって、従来の導電性接合材料では、熱処理によって低融点成分が消失してしまい融点が２５０℃以上に上昇してしまうので、導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができず、１５０℃以下の低温接合が困難であるのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１１０５号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１２５８６１号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−１０２７６９号公報
【特許文献４】特開２００８−１６１８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合することができる導電性接合材料及び導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含む導電性接合材料において、初期状態での融点は低融点金属粒子の融点である７９℃となる。この導電性接合材料を７９℃〜１３８℃で一次熱処理すると、融点が７９℃〜１３９℃の金属結合状態（１）となる。この金属結合状態（１）には、融点が１３９℃以下の低融点成分が残存している。次に、金属結合状態（１）を更に１５０℃以上で二次熱処理すると、低融点金属粒子及び中融点金属粒子が高融点金属粒子に拡散し、Ｂｉ偏析層、Ｃｕ−Ｓｎ系金属間化合物、Ｃｕ−Ｉｎ系金属間化合物、及びＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系金属間化合物が形成され、金属結合状態（２）となり、融点が２５０℃以上になる。したがって、融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる３段階の融点を有する金属成分を含む導電性接合材料を用いることで、一次熱処理後においても確実に低融点成分を残存させることができるので、従来困難であった導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合できると共に、電子部品を基板に実装後は、２５０℃以上の高温領域まで融点を変化できることを知見した
【０００８】
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、後述する付記に記載した通りである。即ち、
開示の導電性接合材料は、融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含む。
開示の導体の接合方法は、開示の前記導電性接合材料を、基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに供給する工程と、
供給された導電性接合材料を中融点金属粒子の融点未満の温度で加熱し、前記基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着させる工程とを少なくとも含む。
開示の半導体装置の製造方法は、開示の前記導体の接合工程を少なくとも含む。
【発明の効果】
【０００９】
開示の導電性接合材料によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合することができる導電性接合材料及び導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、従来の導電性接合材料、及び該導電性接合材料を熱処理後の状態を示す概略図である。
【図２】図２は、従来の導電性接合材料を基板の電極に供給し、電子部品の端子を接合する状態を示す概略図である。
【図３】図３は、従来の導電性接合材料を電子部品に加熱転写し、基板の電極と接合する状態を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の導電性接合材料、及び該導電性接合材料を熱処理後の状態を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の導電性接合材料の他の一例を示す概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、二次熱処理後における導電性接合材料中のＢｉとＳｎの状態図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、二次熱処理後における導電性接合材料中のＣｕとＳｎの状態図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、二次熱処理後における導電性接合材料中のＣｕとＩｎの状態図である。
【図７】図７は、本発明の導体の接合方法の一例を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明の導体の接合方法の他の一例を示す概略図である。
【図９】図９は、実施例１８及び１９の半導体装置の製造方法を示す概略図である。
【図１０】図１０は、実施例２０の半導体装置の製造方法を示す概略図である。
【図１１】図１１は、実施例２１の半導体装置の製造方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（導電性接合材料）
本発明の導電性接合材料は、金属成分を含んでなり、フラックス成分を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含んでなる。
【００１２】
＜金属成分＞
前記金属成分は、高融点金属粒子と、中融点金属粒子と、低融点金属粒子とからなる。
【００１３】
＜＜高融点金属粒子＞＞
前記高融点金属粒子としては、融点が１５０℃以上であり、３００℃以上が好ましく、５００℃以上がより好ましい。前記高融点金属粒子の融点が、１５０℃未満であると、中融点金属粒子の融点との差が小さくなり、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記高融点金属粒子の融点は、例えば、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定することができる。
前記高融点金属粒子としては、前記融点を満たす金属粒子であれば、その形状、平均粒径、構造などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記高融点金属粒子としては、例えばＡｕ粒子、Ａｇ粒子、Ｃｕ粒子、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、ＡｇめっきＣｕ粒子、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、はんだの濡れ性の点でＳｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、ＡｇめっきＣｕ粒子、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｃｕ粒子が特に好ましい。
前記Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子としては、例えばＳｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子などが挙げられる。
前記高融点金属粒子の形状としては、例えば球状、真球状、ラグビーボール状、などが挙げられる。
前記高融点金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
前記高融点金属粒子の平均粒径は、３０μｍ〜５０μｍが好ましく、３５μｍ〜４５μｍがより好ましい。
前記高融点金属粒子の前記金属成分における含有量は、８０質量％〜９０質量％が好ましく、８３質量％〜８７質量％がより好ましい。前記含有量が、８０質量％未満であると、接合部の導通抵抗が上昇することがあり、９０質量％を超えると、はんだ濡れ性の悪化、及び導通抵抗の上昇が生じることがある。
前記高融点金属粒子としては、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記高融点金属粒子の製造方法としては、例えばアトマイズ法による粉体化などが挙げられる。
【００１４】
＜＜中融点金属粒子＞＞
前記中融点金属粒子としては、融点が８０℃以上１３９℃以下であり、８０℃〜１３０℃が好ましい。前記中融点金属粒子の融点が、８０℃未満であると、低融点金属粒子との融点差がなくなってしまうことがあり、１３９℃を超えると、高融点金属粒子との融点差が小さくなってしまい、導電性接合材料供給工程、及び転写工程を選択することができなくなり、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記中融点金属粒子の融点は、例えば示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定することができる。
前記中融点金属粒子としては、例えばＳｎ−Ｂｉ粒子、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ粒子、などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｂｉ粒子としては、例えばＳｎ−５８Ｂｉ粒子などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ粒子としては、例えばＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ粒子などが挙げられる。
前記中融点金属粒子の形状としては、例えば球状、真球状、ラグビーボール状、などが挙げられる。
前記中融点金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
前記中融点金属粒子の平均粒径は、１０μｍ〜４０μｍが好ましく、２０μｍ〜３０μｍがより好ましい。
前記中融点金属粒子の金属成分における含有量は、５質量％〜１５質量％が好ましく、１０質量％〜１５質量％がより好ましい。前記含有量が、５質量％未満であると、はんだ濡れ性の悪化、及び導通抵抗の上昇が生じることがあり、１５質量％を超えると、融点変化に支障をきたすことがある。
前記中融点金属粒子は、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記中融点金属粒子の製造方法としては、例えばアトマイズ法などが挙げられる。
【００１５】
＜＜低融点金属粒子＞＞
前記低融点金属粒子は、融点が７９℃以下であり、７０℃〜７９℃が好ましい。前記融点が、７９℃を超えると、中融点金属粒子との融点差が小さくなってしまい、導電性接合材料供給工程、及び転写工程を選択することができなくなり、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記低融点金属粒子の融点は、例えば示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定することができる。
前記低融点金属粒子としては、例えばＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ粒子、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｇａ粒子などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ粒子としては、例えば１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、１２Ｓｎ−４１Ｂｉ−４７Ｉｎ粒子などが挙げられる。
前記低融点金属粒子の形状としては、例えば球状、真球状、ラグビーボール状、などが挙げられる。
前記低融点金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
前記低融点金属粒子の平均粒径は、１０μｍ〜４０μｍが好ましく、２０μｍ〜３０μｍがより好ましい。
前記低融点金属粒子の金属成分における含有量は、５質量％〜１５質量％が好ましく、１０質量％〜１５質量％がより好ましい。前記含有量が、５質量％未満であると、はんだ濡れ性の悪化、及び導通抵抗の上昇を招くことがあり、１５質量％を超えると、融点変化に支障をきたすことがある。
前記低融点金属粒子は、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記低融点金属粒子の製造方法としては、例えばアトマイズ法などが挙げられる。
【００１６】
前記金属成分としては、上述したように、前記高融点金属粒子と、前記中融点金属粒子と、前記低融点金属粒子とからなるものが用いられるが、これ以外にも、高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子から形成された中融点金属層と、低融点金属粒子から形成された低融点金属層とをこの順に有する多層金属粒子を用いることができる。これにより、一つの多層金属粒子からなる導電性接合材料が得られる点で好ましい。前記高融点金属粒子表面に、低融点金属粒子から形成された低融点金属層と中融点金属粒子から形成された中融点金属層とをこの順に有すると、最表面に低融点金属層がないため、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
【００１７】
前記多層金属粒子としては、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
前記高融点金属粒子としては、上述した高融点金属粒子と同じものを用いることができる。
前記高融点金属粒子の平均粒径は４０μｍ以下が好ましく、３０μｍ〜４０μｍが好ましい。前記平均粒径が、４０μｍを超えると、微細接点への接合に支障をきたすことがある。
前記中融点金属層の平均厚みは、１μｍ以上が好ましく、１μｍ〜５μｍがより好ましい。前記平均厚みが、１μｍ未満であると、中融点金属の量が少なくなってしまい、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記中融点金属層は、例えば無電解めっき、などにより形成することができる。
前記低融点金属層の平均厚みは、１μｍ以上が好ましく、１μｍ〜５μｍがより好ましい。前記平均厚みが、１μｍ未満であると、低融点金属の量が少なくなってしまい、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記低融点金属層は、例えば無電解めっき、などにより形成することができる。
前記金属成分の前記導電性接合材料における含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０質量％〜９５質量％が好ましく、７０質量％〜９０質量％がより好ましい。
【００１８】
＜フラックス成分＞
前記フラックス成分としては、エポキシ系フラックス材料及びロジン系フラックス材料の少なくともいずれかを用いることができる。これらの中でも、エポキシ系フラックス材料を用いると、エポキシ樹脂の硬化により接合強度を向上させることができる点で特に好ましい。
【００１９】
−エポキシ系フラックス材料−
前記エポキシ系フラックス材料としては、エポキシ樹脂、カルボン酸、及び溶剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
【００２０】
前記エポキシ樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂や、それらの変性エポキシ樹脂などの熱硬化性エポキシ樹脂、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
前記カルボン酸としては、飽和脂肪族系ジカルボン酸、不飽和脂肪族系ジカルボン酸、環状脂肪族系ジカルボン酸、アミノ基含有カルボン酸、水酸基含有カルボン酸、複素環系ジカルボン酸、及びこれらの混合物の群から選択されることが好ましい。具体的には、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカン２酸、イタコン酸、メサコン酸、シクロブタンジカルボン酸、Ｌ−グルタミン酸、クエン酸、リンゴ酸、チオプロピオン酸、チオジブチル酸、ジチオグリコール酸などが挙げられる。
前記溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、オクタンジオールなどが挙げられる。
前記その他の成分として、例えば、チクソ剤、キレート化剤、界面活性剤、酸化防止剤等の添加剤が添加されていてもよい。
前記エポキシ系フラックス材料としては、特に制限はなく、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
【００２２】
−ロジン系フラックス材料−
前記ロジン系フラックス材料としては、ロジン樹脂、活性剤、及び溶剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
【００２３】
前記ロジン樹脂としては、天然ロジン樹脂又は変性ロジン樹脂を主成分とするものが挙げられる。前記変性ロジン樹脂としては、例えば重合ロジン、水添ロジン、フェノール樹脂変性ロジン、マレイン酸変性ロジンなどが挙げられる。
前記活性剤としては、無機系活性剤、有機系活性剤が挙げられ、例えばアミン塩酸塩等のハロゲン系活性剤、有機酸系活性剤等が挙げられる。
前記溶剤としては、例えばジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、オクタンジオールなどが挙げられる。
前記その他の成分として、例えばチクソ剤、キレート化剤、界面活性剤、酸化防止剤等の添加剤が添加されていてもよい。
前記ロジン系フラックス材料としては、特に制限はなく、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
【００２４】
前記フラックス成分の前記導電性接合材料における含有量は、５質量％〜５０質量％が好ましく、１０質量％〜３０質量％がより好ましい。
【００２５】
＜＜その他の成分＞＞
前記導電性接合材料は、前記金属成分及び前記フラックス成分以外にも、必要に応じてその他の成分を含有することができ、前記その他の成分としては、例えば、分散剤、酸化防止剤などが挙げられる。
【００２６】
ここで、図面を参照して本発明の導電性接合材料について説明する。
図４は、本発明の導電性接合材料２０の一例を示す概略図である。この導電性接合材料２０は、高融点金属粒子(Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃)２１と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）２２と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）２３とからなる金属成分と、フラックス成分３とから構成されている。この導電性接合材料２０の初期融点は、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）の融点に基づく７９℃である。
この導電性接合材料２０を一次熱処理（７９℃〜１３８℃）すると、金属結合状態（１）が形成される。この金属結合状態（１）の融点は、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）２２の融点に基づく７９℃〜１３９℃であり、融点が１３９℃以下の低融点成分が残存している。
次に、この金属結合状態（１）を二次熱処理（１５０℃以下）すると、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）２３及び中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）２２のＳｎが、高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)２１に拡散し、Ｂｉ偏析層４とＣｕ−Ｓｎ系金属間化合物５、Ｃｕ−Ｉｎ系金属間化合物２４、及びＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系三元系金属間化合物２５を形成し、金属結合状態（２）となり、融点が約２５０℃以上に上昇する。
【００２７】
また、図５は、本発明の導電性接合材料３０の他の一例を示す概略図である。この導電性接合材料３０は、高融点金属粒子(Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃)２１と、この高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）からなる中融点金属層２２’と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）からなる低融点金属層２３’とをこの順に有する多層金属粒子と、フラックス成分３とから構成されている。
この導電性接合材料３０を一次熱処理（７９℃〜１３８℃）すると、金属結合状態（１）が形成される。この金属結合状態（１）の融点は、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）からなる中融点金属層２２’の融点に基づく７９℃〜１３９℃であり、融点が１３９℃以下の低融点成分が残存している。
次に、この金属結合状態（１）を二次熱処理（１５０℃以下）すると、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）２３及び中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）２２のＳｎが、高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)２１に拡散し、Ｂｉ偏析層４とＣｕ−Ｓｎ系金属間化合物５、Ｃｕ−Ｉｎ系金属間化合物２４、及びＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系三元系金属間化合物２５を形成し、金属結合状態（２）となり、融点が約２５０℃以上に上昇する。
【００２８】
ここで、上述したように、一次熱処理後の金属結合状態（１）の導電性接合材料を二次熱処理することにより、Ｓｎ−Ｂｉ合金、又はＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金のＳｎ、及びＩｎがＣｕへ拡散する。それに伴いＢｉ偏析層が形成され、金属結合状態（２）となる。その結果、図６Ａに示すように、Ｂｉ偏析層の融点は、Ｂｉの含有量を９５質量％以上とすることで、金属結合状態（２）の融点が２５０℃以上となることが分かる。
また、二次熱処理により導電性接合材料から、ＳｎのＣｕへの拡散により、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物層が形成され、金属結合状態（２）となる。その結果、図６Ｂに示すように、Ｃｕ−Ｓｎ系金属間化合物層の融点は、Ｃｕの含有量を３質量％以上とすることで、金属結合状態（２）の融点が２５０℃以上となることが分かる。
また、二次熱処理により導電性接合材料から、ＩｎのＣｕへの拡散により、Ｃｕ−Ｉｎ金属間化合物層が形成され、金属結合状態（２）となる。その結果、図６Ｃに示すように、Ｃｕ−Ｉｎ系金属間化合物層の融点は、Ｃｕの含有量を３質量％以上とすることで、金属結合状態（２）の融点が２５０℃以上となることが分かる。
【００２９】
本発明の導電性接合材料は、前記金属成分、前記フラックス成分、及び必要に応じてその他の成分を混合させて調製される。前記混合の方法及び条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の混合装置、撹拌装置などを用いて行うことができ、非酸化雰囲気中で均一に撹拌することが好ましい。
【００３０】
本発明の導電性接合材料は、従来困難であった導電性接合材料供給工程、及び転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合することができるので、導電性接合材料を用いる各種分野に用いることができるが、以下に説明する本発明の導体の接合方法、及び本発明の半導体の製造方法に好適に用いることができる。
【００３１】
（導体の接合方法）
本発明の導体の接合方法は、導電性接合材料供給工程と、一次熱処理工程とを含み、二次熱処理工程、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
【００３２】
＜導電性接合材料供給工程＞
前記導電性接合材料供給工程は、本発明の前記導電性接合材料を、基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに供給する工程である。
【００３３】
＜＜基板＞＞
前記基板としては、その形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記形状としては、例えば平板状などが挙げられ、前記構造としては、単層構造であってもいし、積層構造であってもよく、前記大きさとしては、前記電極層の大きさ等に応じて適宜選択することができる。
前記基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、ＳｉＯ２膜被覆シリコン基板；エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリカーボネート基板、ポリスチレン基板、ポリメチルメタクリレート基板等のポリマー基板、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、及びＳｉＯ２膜被覆シリコン基板から選択されるのが好ましく、シリコン基板及びＳｉＯ２膜被覆シリコン基板が特に好ましい。
前記基板は、適宜合成したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。
前記基板の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１００μｍ以上が好ましく、５００μｍ以上がより好ましい。
【００３４】
前記基板としては、配線パターンが形成された配線回路基板が用いられ、該回路基板は、単層回路基板（単層プリント配線基板）であってもよいし、多層回路基板（多層プリント配線基板）であってもよい。
前記回路基板の電極を構成する金属としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｓｉなどの金属が挙げられる。これらの中でも、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕが特に好ましい。これらはメッキや貼り合わせ等の各種処理で基板上の電極金属の表面部分として形成されていることができる。なお、導電性接合材料を基板上の電極金属に塗布する場合は、導電性接合材料と基板上の電極金属との接続を良好にするために基板上の電極金属に対して表面被覆処理が行われているのが一般的であり、例えば銅電極では、一例として該電極上にメッキで形成したＳｎ、Ａｕ、Ｎｉ等の薄膜が形成されている。特に、上記金属のうちＡｕ以外は、金属表面が酸化され易いため、はんだペーストを塗布する前にフラックス等で表面処理したり、又はプリフラックスコートしたり、各種金属メッキやはんだ被覆を行うことが好ましい。
【００３５】
−電子部品−
前記電子部品としては、端子を有するものである限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択した公知の部材等を有してなり、各種分野において好適に使用可能な半導体素子、半導体パッケージ、例えばフラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ＦＲＡＭ、ＭＯＳトランジスタ等として使用することができる。
【００３６】
＜＜端子＞＞
前記端子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、配線、金属配線、導電性ペーストによる印刷配線などが挙げられる。
【００３７】
前記端子の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ等の金属、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の金属酸化物、及びそれらの積層体又は複合体、などが挙げられる。
【００３８】
−供給方法−
前記導電性接合材料の供給方法としては、導電性接合材料を一定の厚み又は一定の塗布量で付与できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スクリーン印刷、転写印刷、ディスペンス吐出、インクジェット法、などが挙げられる。
【００３９】
前記スクリーン印刷では、マスク版を用いた印刷機を使用できる。印刷機は、典型的には、基板又は電子部品を固定する機構と、メタルマスクと基板の電極又は電子部品の端子の位置合わせを行う機構と、マスク版を基板又は電子部品に圧接し、そのマスク上からマスク下にある基板の電極又は電子部品の端子に対して開口部から導電性接合材料を塗布用のスキージで刷り込む機構とを有している。マスク版としてはメッシュタイプやメタルタイプなどの各種材質が存在するが、粒子サイズに幅広く対応し、工程での清掃も容易なメタルマスクタイプが一般に広く用いられている。
【００４０】
前記転写印刷は、導電性接合材料の一定塗膜厚みの平塗り塗膜を一定のクリアランスを持つスキージなどで形成した後に、その塗膜をスタンパーで抜き取って基板の電極又は電子部品の端子にスタンプすることで、基板の電極又は電子部品の端子に導電性接合材料を一定量配置する方式であり、専用の転写印刷装置が用いられる。転写印刷装置は、平塗り塗膜を塗布する塗布機構と、基板を固定し基板の電極位置を合わせる機構と、三次元的にスタンパーを駆動させて抜き取り及び転写押印を行う機構とを有している。転写印刷はスクリーン印刷に比べて塗布量がばらつきやすく、スタンパーの清掃管理など連続運転に注意を要することもあり、印刷方式としてはスクリーン印刷が主流になっている。
【００４１】
前記ディスペンス吐出は、基板上の電極又は電子部品の端子に、一定量の導電性接合材料を吐出していく方式であり、ディスペンサー装置が用いられる。ディスペンサーは、シリンジ内に収められた導電性接合材料に対して吐出に必要な圧力をオンデマンドでかけることによって一定量の導電性接合材料をシリンジ先端のニードルから押し出すものであり、シリンジ自体を三次元的に駆動させ基板上の電極部分の位置を決めることで電極上に必要量の導電性接合材料を吐出塗布する装置である。ニードルからの吐出という手法に起因して、ペースト自体がスクリーン印刷に比べて薄くなりにくいという欠点はあるが、工程上でのペーストのロスも少なく、吐出の位置や量がプログラムによって可変であるため、印刷マスク版を圧接しにくい段差や凹凸のある基板及び電子部品への導電性接合材料の塗布が可能である。
【００４２】
前記インクジェット法は、微細なノズルから導電性接合材料を吐出させて基板上の電極又は電子部品の端子に塗布する方法である。
【００４３】
＜一次熱処理工程＞
前記一次熱処理工程は、供給された導電性接合材料を、中融点金属粒子の融点未満の温度で熱処理し、前記基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着させる工程である。
前記一次熱処理は、中融点金属粒子の融点未満の温度で５秒行うことが好ましく、具体的には、７０℃〜１００℃で３秒〜７秒行うことが好ましい。
前記一次熱処理は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば窒素リフロー装置などにより行うことができる。
前記一次熱処理は、大気中で行ってもよいが、窒素雰囲気中で行うことがより好ましい。
【００４４】
＜二次熱処理工程＞
前記二次熱処理工程は、溶着した導電性接合材料を加熱し、基板の電極と電子部品の端子を接合する工程である。
【００４５】
前記二次熱処理工程は、基板の電極又は電子部品の端子に供給され、溶着された導電性接合材料に電子部品又は基板を配置した状態で、一定の温度を印加する工程であり、一般的に、はんだ熱処理に適合する炉を持つリフロー装置、高温槽などが用いられる。
前記リフロー装置を用いたリフロー熱処理の際の加熱方式としては、赤外線印加や熱風印加などの方式が主流であり、リフロー熱処理時の炉内の雰囲気は空気の場合と窒素の場合があるが、電子部品やはんだ接合部の酸化による劣化を防ぐ意味で、近年の高密度高精度実装においては窒素雰囲気のリフロー炉が多用されている。
前記二次熱処理は、中融点金属粒子の融点以上１５０℃以下の温度で３０分以上行うことが好ましく、８５℃〜１５０℃で３０分〜１２０分行うことが好ましい。
前記二次熱処理は、大気中で行ってもよいが、窒素雰囲気中で行うことがより好ましい。
ここで、図７は、本発明の導体の接合方法の一例を示す概略図である。
まず、Ｃｕ電極７を設けた基板６に、本発明の導電性接合材料２０をスクリーン印刷により印刷する。本発明の導電性接合材料２０の初期融点は７９℃である。
次に、印刷した導電性接合材料２０を一次熱処理（７９℃〜１３９℃）し、導電性接合材料２０を基板の電極７上に溶着（プリコート）させる。一次熱処理後においても導電性接合材料０には融点が１３９℃以下の低融点成分が残っている。
次に、導電性接合材料２０が溶着した基板６上にＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を配置し、これを二次熱処理（１５０℃）し、Ａｕバンプ９付きＳｉチップ８を基板６に実装する。この二次熱処理により、金属結合状態が変化して融点が２５０℃以上となっている。
【００４６】
また、図８は、本発明の導体の接合方法の他の一例を示す概略図である。
まず、ザグリ治具３１の凹部に、本発明の前記導電性接合材料２０をスキージにより充填し、これにＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を押し付け、一次熱処理（７９℃〜１３９℃）し、導電性接合材料２０をＳｉチップ８のＡｕバンプ９上に溶着（プリコート）する。一次熱処理後においても導電性接合材料２０には融点が１３９℃以下の低融点成分が残っている。
次に、導電性接合材料２０が溶着したＡｕバンプ９付きチップ８をＣｕ電極７を設けた基板６上に配置し、これを二次熱処理（１５０℃）し、Ａｕバンプ９付きＳｉチップ８を基板６にフェイスダウン実装する。この二次熱処理により、金属結合状態が変化して融点が２５０℃以上となっている。
【００４７】
（半導体装置の製造方法）
本発明の半導体装置の製造方法は、本発明の前記導体の接合工程を少なくとも含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
前記導体の接合工程は、本発明の導体の接合方法と同様にして行うことができる。
【００４８】
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属配線をパターニングする工程、絶縁膜を形成する工程などが挙げられる。
【００４９】
本発明の半導体装置の製造方法によると、例えば、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ＦＲＡＭ、等を初めとする各種半導体装置を効率よく製造することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら制限されるものではない。
なお、実施例において、金属粒子の融点、金属粒子の平均粒径、並びに低融点金属層及び中融点金属層の平均厚みは、以下のようにして測定した。
【００５１】
＜金属粒子の融点の測定＞
金属粒子の融点は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）（セイコーインスツル株式会社製、ＤＳＣ６２００）にて、温度勾配０．５℃／ｓｅｃ、測定温度範囲２５℃〜２５０℃の条件で測定した。
【００５２】
＜金属粒子の平均粒径の測定＞
金属粒子の平均粒径は、粒度分布計（島津レーザ回折式粒度分布測定装置、ＳＡＬＤ−３１００）を用い、金属粒子を気相分散し、赤色半導体レーザを照射し、受光素子に入力された粒子の回折・散乱光のパターンを標準パターンと比較解析し、粒子径とカウント数を集計し、平均粒径を算出した。
【００５３】
＜低融点金属層及び中融点金属層の平均厚みの測定＞
低融点金属層及び中融点金属層の平均厚みは、断面研磨（ＢＵＥＨＬＥＲ社製、ＧＲＩＮＯＥＲ−ＰＯＬＩＳＨＥＲ（Ｂｅｔａ））で低融点金属層及び中融点金属層の厚みを１０回測定し、平均値で表した。
【００５４】
（実施例１）
−導電性接合材料の作製−
・高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）８０質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）１０質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）１０質量％とからなる金属成分・・・９０質量％
・エポキシ系フラックス材料（富士通クオリティラボ株式会社製、Ｆ・Ｓｔｉｃｋ ＦＴＬＤ５）からなるフラックス成分・・・１０質量％
前記金属成分と前記フラックス成分を非酸化雰囲気中で均一に撹拌することにより、実施例１の導電性接合材料を作製した。
【００５５】
（実施例２）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）８０質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）１５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例２の導電性接合材料を作製した。
【００５６】
（実施例３）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）８０質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）１５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例３の導電性接合材料を作製した。
【００５７】
（実施例４）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）８５質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）７．５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）７．５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例４の導電性接合材料を作製した。
【００５８】
（実施例５）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）９０質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例５の導電性接合材料を作製した。
【００５９】
（実施例６）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）９５質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）２．５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）２．５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例６の導電性接合材料を作製した。
【００６０】
（実施例７）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）７５質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）１２．５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）１２．５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例７の導電性接合材料を作製した。
【００６１】
（実施例８）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子）を、高融点金属粒子（ＡｇめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例８の導電性接合材料を作製した。
【００６２】
（実施例９）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子）を、高融点金属粒子（ＡｕめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例９の導電性接合材料を作製した。
【００６３】
（実施例１０）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）を、中融点金属粒子（Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ、融点１３９℃）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例１０の導電性接合材料を作製した。
【００６４】
（実施例１１）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）を、低融点金属粒子（１２Ｓｎ−４１Ｂｉ−４７Ｉｎ、融点５９℃）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例１１の導電性接合材料を作製した。
【００６５】
（実施例１２）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、エポキシ系フラックス材料を、ロジン系フラックス材料（富士通クオリティラボ株式会社製、Ｆ・Ｓｔｉｃｋ ＦＴＬＤ４）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例１２の導電性接合材料を作製した。
【００６６】
（実施例１３）
＜導電性接合材料の作製＞
−多層金属粒子の作製−
高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４０μｍ）の表面に、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）からなる中融点金属層を平均厚みが１μｍとなるように無電解めっきにより形成した。
次に、中融点金属層上に、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）からなる低融点金属層を平均厚みが１μｍとなるように無電解めっきにより形成した。以上により、金属成分としての多層金属粒子を作製した。
【００６７】
−導電性接合材料の作製−
・作製した多層金属粒子・・・９０質量％
・エポキシ系フラックス材料（富士通クオリティラボ株式会社製、Ｆ・Ｓｔｉｃｋ ＦＴＬＤ５）・・・１０質量％
前記金属成分と前記フラックス成分を非酸化雰囲気中で均一に撹拌することにより、実施例１３の導電性接合材料を作製した。
【００６８】
（実施例１４）
−導電性接合材料の作製−
実施例１３において、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４０μｍ）を、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径３５μｍ）に代えた以外は、実施例１３と同様にして、実施例１４の導電性接合材料を作製した。
【００６９】
（実施例１５）
−導電性接合材料の作製−
実施例１３において、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４０μｍ）を、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４５μｍ）に代えた以外は、実施例１３と同様にして、実施例１５の導電性接合材料を作製した。
【００７０】
（実施例１６）
−導電性接合材料の作製−
実施例１３において、中融点金属層及び低融点金属層の平均厚みを０．５μｍとした以外は、実施例１３と同様にして、実施例１６の導電性接合材料を作製した。
【００７１】
（実施例１７）
−導電性接合材料の作製−
実施例１３において、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４０μｍ）の表面に、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）からなる低融点金属層を平均厚みが１μｍとなるように無電解めっきにより形成し、次に、低融点金属層上に、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）からなる中融点金属層を平均厚みが１μｍとなるように無電解めっきにより形成した以外は、実施例１３と同様にして、実施例１７の導電性接合材料を作製した。
【００７２】
（比較例１）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）を添加しない以外は、実施例１と同様にして、比較例１の導電性接合材料を作製した。
【００７３】
（比較例２）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）を添加しない以外は、実施例１と同様にして、比較例２の導電性接合材料を作製した。
【００７４】
（比較例３）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）を添加しない以外は、実施例１と同様にして、比較例３の導電性接合材料を作製した。
【００７５】
次に、作製した各導電性接合材料を用いて、以下のようにして、諸特性を評価した。結果を表１に示す。
【００７６】
＜導電性接合材料を供給時の性能評価＞
各導電性接合材料を用い、導電性接合材料を供給時の性能評価として、スクリーン印刷により基板に印刷（供給）し、スクリーン印刷版の抜け性を下記基準で判定した。
〔評価基準〕
○：版の抜けが良く、良好
△：版の抜けが悪いが、実使用可能なレベル
×：版の抜けが悪く、不良
【００７７】
＜電子部品実装時の性能評価＞
各導電性接合材料を用い、電子部品実装時の性能評価として、はんだの濡れ性を外観検査することにより、下記基準で判定した。
〔評価基準〕
○：はんだの濡れ性が良好である
△：はんだの濡れ性がやや悪い（実使用可能レベル）
×：はんだの濡れ性が不良である
【００７８】
＜半導体装置の性能評価＞
各導電性接合材料を用い、半導体装置の性能評価として、デージーチェーン付きＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）を製作し、導通テスタにより導通チェックを行い、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
○：導通が良好である
△：導通がやや悪い（実使用可能レベル）
×：導通が不良である
【００７９】
【表１−１】
【表１−２】
【表１−３】
【表１−４】
【００８０】
（実施例１８）
実施例１８の半導体装置の製造方法について、図９を参照して説明する。
（１）直径３０μｍのＣｕ電極７を設けた基板（サブストレート基板）６に実施例１の導電性接合材料２０をスクリーン印刷により印刷（供給）した。
（２）印刷した導電性接合材料２０を１００℃で５間加熱（一次熱処理）し、導電性接合材料２０を基板の電極７上に溶着（プリコート）した。
（３）導電性接合材料２０が溶着した基板上にＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を配置し、これを１５０℃で３０分加熱（二次熱処理）し、Ａｕバンプ９付きＳｉチップ８を基板６にフェイスダウン実装した。
（４）基板６とＳｉチップ８の間に、アンダーフィル材（エポキシ系熱硬化材料）３２を充填した。
（５）アンダーフィル材３２のキュア（導電性接合材料２０の融点変化のためのキュアを兼ねる）を１５０℃で１時間３０分行い、Ｓｉチップ８を実装した。この際、導電性接合材料２０の融点は２５０℃以上となっている。
以上により、図９に示すフリップチップ実装された半導体装置が作製された。
【００８１】
（実施例１９）
実施例１９の半導体装置の製造方法について、図９を参照して説明する。
（１）直径２５μｍのＡｕめっき電極７を設けた基板（サブストレート基板）６に、実施例１３の導電性接合材料２０をスクリーン印刷により印刷（供給）した。
（２）印刷した導電性接合材料２０を１００℃で５秒間加熱（一次熱処理）し、導電性接合材料２０を基板の電極７上に溶着（プリコート）した。
（３）導電性接合材料２０が溶着した基板上にＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を配置し、これを１５０℃で３０分加熱（二次熱処理）し、Ａｕバンプ９付きＳｉチップ８を基板６にフェイスダウン実装した。
（４）基板６とＳｉチップ８の間に、アンダーフィル材（エポキシ系熱硬化材料）３２を充填した。
（５）アンダーフィル材３２のキュア（導電性接合材料２０の融点変化のためのキュアを兼ねる）を１５０℃で１時間３０分行い、Ｓｉチップ８を実装した。この際、導電性接合材料２０の融点は２５０℃以上となっている。
以上により、図９に示すフリップチップ実装された半導体装置が作製された。
【００８２】
（実施例２０）
実施例２０の半導体装置の製造方法について、図１０を参照して説明する。
（１）ザグリ治具（シリコン基板）３１の凹部に実施例１の導電性接合材料２０をスキージ（メタルスキージ）により充填し、これに直径２５μｍのＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を押し付け、１００℃で５秒間加熱（一次熱処理）し、導電性接合材料２０をＳｉチップ８のＡｕバンプ９上に溶着（プリコート）した。
（２）導電性接合材料２０が溶着したＡｕバンプ付きチップ８を直径３０μｍのＣｕ電極７を設けた基板６上に配置し、これを１５０℃で３０分間加熱（二次熱処理）し、Ａｕバンプ付きＳｉチップ８を基板（サブストレート基板）６にフェイスダウン実装した。
（３）基板６とＳｉチップ８の間に、アンダーフィル材（エポキシ系熱硬化材料）３２を充填した。
（４）アンダーフィル材３２のキュア（導電性接合材料２０の融点変化のためのキュアを兼ねる）を１５０℃で１時間３０分行い、Ｓｉチップ８を実装した。この際、導電性接合材料の融点は２５０℃以上となっている。
以上により、図１０に示すフリップチップ実装された半導体装置が作製された。
【００８３】
（実施例２１）
実施例２１の半導体装置の製造方法について、図１１を参照して説明する。
（１）一対のＣｕ電極３３を設けた基板（サブストレート基板）６上に、実施例１３の導電性接合材料３０をスクリーン印刷により印刷（供給）した。
（２）印刷した導電性接合材料３０を１００℃で５秒間加熱（一次熱処理）し、導電性接合材料３０を基板の電極３３上に溶着（プリコート）した。
（３）一対のＣｕ電極３３間に、０．６ｍｍ×０．３ｍｍの０６３０の角型のＳＭＤチップ８を配置し、これを１５０℃で３０分加熱（二次熱処理）し、ＳＭＤチップ８を基板６に実装した。この際、導電性接合材料の融点は２５０℃以上となっている。
以上により、図１１に示すＳＭＤチップが実装された半導体装置が作製された。
【００８４】
以上の実施例１〜２１を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含むことを特徴とする導電性接合材料。
（付記２）高融点金属粒子の金属成分における含有量が８０質量％〜９０質量％、中融点金属粒子の金属成分における含有量が５質量％〜１５質量％、低融点金属粒子の金属成分における含有量が５質量％〜１５質量％である付記１に記載の導電性接合材料。
（付記３）高融点金属粒子が、Ａｕ粒子、Ａｇ粒子、Ｃｕ粒子、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、及びＡｇめっきＣｕ粒子から選択される少なくとも１種である付記１から２のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記４）高融点金属粒子が、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、及びＡｇめっきＣｕ粒子のいずれかである付記１から３のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記５）低融点金属粒子がＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ粒子であり、中融点金属粒子がＳｎ−Ｂｉ粒子である付記１から４のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記６）金属成分が、高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子から形成された中融点金属層と、低融点金属粒子から形成された低融点金属層とをこの順に有する多層金属粒子である付記１から５のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記７）高融点金属粒子の平均粒径が４０μｍ以下であり、中融点金属層の平均厚みが１μｍ以上であり、低融点金属層の平均厚みが１μｍ以上である付記６に記載の導電性接合材料。
（付記８）金属成分の含有量が、導電性接合材料に対し５０質量％〜９５質量％である付記１から７のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記９）エポキシ系フラックス材料及びロジン系フラックス材料の少なくともいずれかからなるフラックス成分を含有する付記１から８のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記１０）フラックス成分の含有量が、導電性接合材料に対し５質量％〜５０質量％である付記９に記載の導電性接合材料。
（付記１１）付記１から１０のいずれかに記載の導電性接合材料を、基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに供給する工程と、
供給された導電性接合材料を中融点金属粒子の融点未満の温度で加熱し、前記基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着させる工程とを少なくとも含むことを特徴とする導体の接合方法。
（付記１２）基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着した導電性接合材料を加熱して、前記基板と前記電子部品を接合する工程を含む付記１１に記載の導体の接合方法。
（付記１３）中融点金属粒子の融点以上１５０℃以下の温度で加熱する付記１２に記載の導体の接合方法。
（付記１４）付記１１から１３のいずれかに記載の導体の接合工程を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００８５】
１ 高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)
２ 低融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）
３ フラックス成分
４ Ｂｉ偏析層
５ Ｃｕ−Ｓｎ系金属間化合物
６ 基板
７ 電極
８ 電子部品
９ 端子
１０ 従来の導電性接合材料（融点変化型低温金属ペースト）
１１ 中融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）
２０ 導電性接合材料
２１ 高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)
２２ 中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）
２２’ 中融点金属層
２３ 低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）
２３’ 低融点金属層
３０ 導電性接合材料
３１ ザグリ治具
３２ アンダーフィル材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性接合材料、導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子部品と、ガラスエポキシ基板等の基板を接合する際に、両者の熱膨張係数差に起因する歪みの抑制、及び接合品質確保を図ることを目的として、熱処理により融点が変化する融点変化型低温金属ペーストを用いることが種々提案されている（特許文献１から４参照）。
例えば、図１に示すように、従来の導電性接合材料である融点変化型低温金属ペースト１０は、高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)１と、低融点金属粒子（Ｓｎ−Ｂｉ粒子）２とからなる金属成分と、フラックス成分３とから構成されている。この融点変化型低温金属ペースト１０の初期融点は、低融点金属粒子（Ｓｎ−Ｂｉ粒子）の融点に基づく１３９℃である。融点変化型低温金属ペースト１０を１５０℃以下で熱処理すると、低融点金属粒子（Ｓｎ−Ｂｉ粒子）２のＳｎが、高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)１に拡散し、Ｂｉ偏析層４とＣｕ−Ｓｎ系金属間化合物５を形成し、金属結合状態となることで、融点変化型低温金属ペースト１０の融点が約２５０℃以上に上昇する。
【０００３】
このように従来の導電性接合材料である融点変化型低温金属ペーストは、熱処理により融点が変化するため、導電性接合材料供給工程で選択できる熱処理温度は、低融点金属粒子（Ｓｎ−Ｂｉ粒子）の融点である初期融点以下に制約される。図２に示すように、基板６と電子部品８とを接合する際に、基板の電極７上に、従来の導電性接合材料である融点変化型低温金属ペースト１０を供給し、熱処理により基板の電極に溶着すると、低融点成分が消失して融点が２５０℃以上に上昇してしまう。このため、事前に基板の電極に融点変化型低温金属ペーストを供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程が選択できず、１５０℃以下の低温での電子部品の基板への実装ができないという課題がある。
また、図３に示すように、従来の導電性接合材料である融点変化型低温金属ペースト１０を、ザグリ治具３１の凹部に充填し、これに電子部品の端子を押し付け１５０℃以下で熱処理して電子部品８の端子９に加熱・転写（溶着）すると、低融点成分が消失して融点が２５０℃以上に上昇してしまう。このため、電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する加熱転写工程が選択できず、１５０℃以下の低温での電子部品の基板への実装ができないという課題がある。
【０００４】
したがって、従来の導電性接合材料では、熱処理によって低融点成分が消失してしまい融点が２５０℃以上に上昇してしまうので、導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができず、１５０℃以下の低温接合が困難であるのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１１０５号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１２５８６１号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−１０２７６９号公報
【特許文献４】特開２００８−１６１８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合することができる導電性接合材料及び導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含む導電性接合材料において、初期状態での融点は低融点金属粒子の融点である７９℃となる。この導電性接合材料を７９℃〜１３８℃で一次熱処理すると、融点が７９℃〜１３９℃の金属結合状態（１）となる。この金属結合状態（１）には、融点が１３９℃以下の低融点成分が残存している。次に、金属結合状態（１）を更に１５０℃以上で二次熱処理すると、低融点金属粒子及び中融点金属粒子が高融点金属粒子に拡散し、Ｂｉ偏析層、Ｃｕ−Ｓｎ系金属間化合物、Ｃｕ−Ｉｎ系金属間化合物、及びＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系金属間化合物が形成され、金属結合状態（２）となり、融点が２５０℃以上になる。したがって、融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる３段階の融点を有する金属成分を含む導電性接合材料を用いることで、一次熱処理後においても確実に低融点成分を残存させることができるので、従来困難であった導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合できると共に、電子部品を基板に実装後は、２５０℃以上の高温領域まで融点を変化できることを知見した
【０００８】
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、後述する付記に記載した通りである。即ち、
開示の導電性接合材料は、融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含む。
開示の導体の接合方法は、開示の前記導電性接合材料を、基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに供給する工程と、
供給された導電性接合材料を中融点金属粒子の融点未満の温度で加熱し、前記基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着させる工程とを少なくとも含む。
開示の半導体装置の製造方法は、開示の前記導体の接合工程を少なくとも含む。
【発明の効果】
【０００９】
開示の導電性接合材料によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、導電性接合材料を基板の電極に供給しつつ溶着する導電性接合材料供給工程、及び電子部品の端子に導電性接合材料を一度溶融させて転写する転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合することができる導電性接合材料及び導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、従来の導電性接合材料、及び該導電性接合材料を熱処理後の状態を示す概略図である。
【図２】図２は、従来の導電性接合材料を基板の電極に供給し、電子部品の端子を接合する状態を示す概略図である。
【図３】図３は、従来の導電性接合材料を電子部品に加熱転写し、基板の電極と接合する状態を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の導電性接合材料、及び該導電性接合材料を熱処理後の状態を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の導電性接合材料の他の一例を示す概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、二次熱処理後における導電性接合材料中のＢｉとＳｎの状態図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、二次熱処理後における導電性接合材料中のＣｕとＳｎの状態図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、二次熱処理後における導電性接合材料中のＣｕとＩｎの状態図である。
【図７】図７は、本発明の導体の接合方法の一例を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明の導体の接合方法の他の一例を示す概略図である。
【図９】図９は、実施例１８及び１９の半導体装置の製造方法を示す概略図である。
【図１０】図１０は、実施例２０の半導体装置の製造方法を示す概略図である。
【図１１】図１１は、実施例２１の半導体装置の製造方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（導電性接合材料）
本発明の導電性接合材料は、金属成分を含んでなり、フラックス成分を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含んでなる。
【００１２】
＜金属成分＞
前記金属成分は、高融点金属粒子と、中融点金属粒子と、低融点金属粒子とからなる。
【００１３】
＜＜高融点金属粒子＞＞
前記高融点金属粒子としては、融点が１５０℃以上であり、３００℃以上が好ましく、５００℃以上がより好ましい。前記高融点金属粒子の融点が、１５０℃未満であると、中融点金属粒子の融点との差が小さくなり、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記高融点金属粒子の融点は、例えば、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定することができる。
前記高融点金属粒子としては、前記融点を満たす金属粒子であれば、その形状、平均粒径、構造などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記高融点金属粒子としては、例えばＡｕ粒子、Ａｇ粒子、Ｃｕ粒子、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、ＡｇめっきＣｕ粒子、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、はんだの濡れ性の点でＳｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、ＡｇめっきＣｕ粒子、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｃｕ粒子が特に好ましい。
前記Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子としては、例えばＳｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子などが挙げられる。
前記高融点金属粒子の形状としては、例えば球状、真球状、ラグビーボール状、などが挙げられる。
前記高融点金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
前記高融点金属粒子の平均粒径は、３０μｍ〜５０μｍが好ましく、３５μｍ〜４５μｍがより好ましい。
前記高融点金属粒子の前記金属成分における含有量は、８０質量％〜９０質量％が好ましく、８３質量％〜８７質量％がより好ましい。前記含有量が、８０質量％未満であると、接合部の導通抵抗が上昇することがあり、９０質量％を超えると、はんだ濡れ性の悪化、及び導通抵抗の上昇が生じることがある。
前記高融点金属粒子としては、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記高融点金属粒子の製造方法としては、例えばアトマイズ法による粉体化などが挙げられる。
【００１４】
＜＜中融点金属粒子＞＞
前記中融点金属粒子としては、融点が８０℃以上１３９℃以下であり、８０℃〜１３０℃が好ましい。前記中融点金属粒子の融点が、８０℃未満であると、低融点金属粒子との融点差がなくなってしまうことがあり、１３９℃を超えると、高融点金属粒子との融点差が小さくなってしまい、導電性接合材料供給工程、及び転写工程を選択することができなくなり、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記中融点金属粒子の融点は、例えば示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定することができる。
前記中融点金属粒子としては、例えばＳｎ−Ｂｉ粒子、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ粒子、などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｂｉ粒子としては、例えばＳｎ−５８Ｂｉ粒子などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ粒子としては、例えばＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ粒子などが挙げられる。
前記中融点金属粒子の形状としては、例えば球状、真球状、ラグビーボール状、などが挙げられる。
前記中融点金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
前記中融点金属粒子の平均粒径は、１０μｍ〜４０μｍが好ましく、２０μｍ〜３０μｍがより好ましい。
前記中融点金属粒子の金属成分における含有量は、５質量％〜１５質量％が好ましく、１０質量％〜１５質量％がより好ましい。前記含有量が、５質量％未満であると、はんだ濡れ性の悪化、及び導通抵抗の上昇が生じることがあり、１５質量％を超えると、融点変化に支障をきたすことがある。
前記中融点金属粒子は、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記中融点金属粒子の製造方法としては、例えばアトマイズ法などが挙げられる。
【００１５】
＜＜低融点金属粒子＞＞
前記低融点金属粒子は、融点が７９℃以下であり、７０℃〜７９℃が好ましい。前記融点が、７９℃を超えると、中融点金属粒子との融点差が小さくなってしまい、導電性接合材料供給工程、及び転写工程を選択することができなくなり、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記低融点金属粒子の融点は、例えば示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定することができる。
前記低融点金属粒子としては、例えばＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ粒子、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｇａ粒子などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ粒子としては、例えば１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、１２Ｓｎ−４１Ｂｉ−４７Ｉｎ粒子などが挙げられる。
前記低融点金属粒子の形状としては、例えば球状、真球状、ラグビーボール状、などが挙げられる。
前記低融点金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
前記低融点金属粒子の平均粒径は、１０μｍ〜４０μｍが好ましく、２０μｍ〜３０μｍがより好ましい。
前記低融点金属粒子の金属成分における含有量は、５質量％〜１５質量％が好ましく、１０質量％〜１５質量％がより好ましい。前記含有量が、５質量％未満であると、はんだ濡れ性の悪化、及び導通抵抗の上昇を招くことがあり、１５質量％を超えると、融点変化に支障をきたすことがある。
前記低融点金属粒子は、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記低融点金属粒子の製造方法としては、例えばアトマイズ法などが挙げられる。
【００１６】
前記金属成分としては、上述したように、前記高融点金属粒子と、前記中融点金属粒子と、前記低融点金属粒子とからなるものが用いられるが、これ以外にも、高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子から形成された中融点金属層と、低融点金属粒子から形成された低融点金属層とをこの順に有する多層金属粒子を用いることができる。これにより、一つの多層金属粒子からなる導電性接合材料が得られる点で好ましい。前記高融点金属粒子表面に、低融点金属粒子から形成された低融点金属層と中融点金属粒子から形成された中融点金属層とをこの順に有すると、最表面に低融点金属層がないため、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
【００１７】
前記多層金属粒子としては、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
前記高融点金属粒子としては、上述した高融点金属粒子と同じものを用いることができる。
前記高融点金属粒子の平均粒径は４０μｍ以下が好ましく、３０μｍ〜４０μｍが好ましい。前記平均粒径が、４０μｍを超えると、微細接点への接合に支障をきたすことがある。
前記中融点金属層の平均厚みは、１μｍ以上が好ましく、１μｍ〜５μｍがより好ましい。前記平均厚みが、１μｍ未満であると、中融点金属の量が少なくなってしまい、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記中融点金属層は、例えば無電解めっき、などにより形成することができる。
前記低融点金属層の平均厚みは、１μｍ以上が好ましく、１μｍ〜５μｍがより好ましい。前記平均厚みが、１μｍ未満であると、低融点金属の量が少なくなってしまい、１５０℃以下の低温接合が困難となることがある。
前記低融点金属層は、例えば無電解めっき、などにより形成することができる。
前記金属成分の前記導電性接合材料における含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０質量％〜９５質量％が好ましく、７０質量％〜９０質量％がより好ましい。
【００１８】
＜フラックス成分＞
前記フラックス成分としては、エポキシ系フラックス材料及びロジン系フラックス材料の少なくともいずれかを用いることができる。これらの中でも、エポキシ系フラックス材料を用いると、エポキシ樹脂の硬化により接合強度を向上させることができる点で特に好ましい。
【００１９】
−エポキシ系フラックス材料−
前記エポキシ系フラックス材料としては、エポキシ樹脂、カルボン酸、及び溶剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
【００２０】
前記エポキシ樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂や、それらの変性エポキシ樹脂などの熱硬化性エポキシ樹脂、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
前記カルボン酸としては、飽和脂肪族系ジカルボン酸、不飽和脂肪族系ジカルボン酸、環状脂肪族系ジカルボン酸、アミノ基含有カルボン酸、水酸基含有カルボン酸、複素環系ジカルボン酸、及びこれらの混合物の群から選択されることが好ましい。具体的には、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカン２酸、イタコン酸、メサコン酸、シクロブタンジカルボン酸、Ｌ−グルタミン酸、クエン酸、リンゴ酸、チオプロピオン酸、チオジブチル酸、ジチオグリコール酸などが挙げられる。
前記溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、オクタンジオールなどが挙げられる。
前記その他の成分として、例えば、チクソ剤、キレート化剤、界面活性剤、酸化防止剤等の添加剤が添加されていてもよい。
前記エポキシ系フラックス材料としては、特に制限はなく、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
【００２２】
−ロジン系フラックス材料−
前記ロジン系フラックス材料としては、ロジン樹脂、活性剤、及び溶剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
【００２３】
前記ロジン樹脂としては、天然ロジン樹脂又は変性ロジン樹脂を主成分とするものが挙げられる。前記変性ロジン樹脂としては、例えば重合ロジン、水添ロジン、フェノール樹脂変性ロジン、マレイン酸変性ロジンなどが挙げられる。
前記活性剤としては、無機系活性剤、有機系活性剤が挙げられ、例えばアミン塩酸塩等のハロゲン系活性剤、有機酸系活性剤等が挙げられる。
前記溶剤としては、例えばジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、オクタンジオールなどが挙げられる。
前記その他の成分として、例えばチクソ剤、キレート化剤、界面活性剤、酸化防止剤等の添加剤が添加されていてもよい。
前記ロジン系フラックス材料としては、特に制限はなく、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
【００２４】
前記フラックス成分の前記導電性接合材料における含有量は、５質量％〜５０質量％が好ましく、１０質量％〜３０質量％がより好ましい。
【００２５】
＜＜その他の成分＞＞
前記導電性接合材料は、前記金属成分及び前記フラックス成分以外にも、必要に応じてその他の成分を含有することができ、前記その他の成分としては、例えば、分散剤、酸化防止剤などが挙げられる。
【００２６】
ここで、図面を参照して本発明の導電性接合材料について説明する。
図４は、本発明の導電性接合材料２０の一例を示す概略図である。この導電性接合材料２０は、高融点金属粒子(Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃)２１と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）２２と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）２３とからなる金属成分と、フラックス成分３とから構成されている。この導電性接合材料２０の初期融点は、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）の融点に基づく７９℃である。
この導電性接合材料２０を一次熱処理（７９℃〜１３８℃）すると、金属結合状態（１）が形成される。この金属結合状態（１）の融点は、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）２２の融点に基づく７９℃〜１３９℃であり、融点が１３９℃以下の低融点成分が残存している。
次に、この金属結合状態（１）を二次熱処理（１５０℃以下）すると、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）２３及び中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）２２のＳｎが、高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)２１に拡散し、Ｂｉ偏析層４とＣｕ−Ｓｎ系金属間化合物５、Ｃｕ−Ｉｎ系金属間化合物２４、及びＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系三元系金属間化合物２５を形成し、金属結合状態（２）となり、融点が約２５０℃以上に上昇する。
【００２７】
また、図５は、本発明の導電性接合材料３０の他の一例を示す概略図である。この導電性接合材料３０は、高融点金属粒子(Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃)２１と、この高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）からなる中融点金属層２２’と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）からなる低融点金属層２３’とをこの順に有する多層金属粒子と、フラックス成分３とから構成されている。
この導電性接合材料３０を一次熱処理（７９℃〜１３８℃）すると、金属結合状態（１）が形成される。この金属結合状態（１）の融点は、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）からなる中融点金属層２２’の融点に基づく７９℃〜１３９℃であり、融点が１３９℃以下の低融点成分が残存している。
次に、この金属結合状態（１）を二次熱処理（１５０℃以下）すると、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）２３及び中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）２２のＳｎが、高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)２１に拡散し、Ｂｉ偏析層４とＣｕ−Ｓｎ系金属間化合物５、Ｃｕ−Ｉｎ系金属間化合物２４、及びＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系三元系金属間化合物２５を形成し、金属結合状態（２）となり、融点が約２５０℃以上に上昇する。
【００２８】
ここで、上述したように、一次熱処理後の金属結合状態（１）の導電性接合材料を二次熱処理することにより、Ｓｎ−Ｂｉ合金、又はＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ合金のＳｎ、及びＩｎがＣｕへ拡散する。それに伴いＢｉ偏析層が形成され、金属結合状態（２）となる。その結果、図６Ａに示すように、Ｂｉ偏析層の融点は、Ｂｉの含有量を９５質量％以上とすることで、金属結合状態（２）の融点が２５０℃以上となることが分かる。
また、二次熱処理により導電性接合材料から、ＳｎのＣｕへの拡散により、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物層が形成され、金属結合状態（２）となる。その結果、図６Ｂに示すように、Ｃｕ−Ｓｎ系金属間化合物層の融点は、Ｃｕの含有量を３質量％以上とすることで、金属結合状態（２）の融点が２５０℃以上となることが分かる。
また、二次熱処理により導電性接合材料から、ＩｎのＣｕへの拡散により、Ｃｕ−Ｉｎ金属間化合物層が形成され、金属結合状態（２）となる。その結果、図６Ｃに示すように、Ｃｕ−Ｉｎ系金属間化合物層の融点は、Ｃｕの含有量を３質量％以上とすることで、金属結合状態（２）の融点が２５０℃以上となることが分かる。
【００２９】
本発明の導電性接合材料は、前記金属成分、前記フラックス成分、及び必要に応じてその他の成分を混合させて調製される。前記混合の方法及び条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の混合装置、撹拌装置などを用いて行うことができ、非酸化雰囲気中で均一に撹拌することが好ましい。
【００３０】
本発明の導電性接合材料は、従来困難であった導電性接合材料供給工程、及び転写工程を選択することができ、基板と電子部品を１５０℃以下の低温で効率よく接合することができるので、導電性接合材料を用いる各種分野に用いることができるが、以下に説明する本発明の導体の接合方法、及び本発明の半導体の製造方法に好適に用いることができる。
【００３１】
（導体の接合方法）
本発明の導体の接合方法は、導電性接合材料供給工程と、一次熱処理工程とを含み、二次熱処理工程、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
【００３２】
＜導電性接合材料供給工程＞
前記導電性接合材料供給工程は、本発明の前記導電性接合材料を、基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに供給する工程である。
【００３３】
＜＜基板＞＞
前記基板としては、その形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記形状としては、例えば平板状などが挙げられ、前記構造としては、単層構造であってもいし、積層構造であってもよく、前記大きさとしては、前記電極層の大きさ等に応じて適宜選択することができる。
前記基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、ＳｉＯ２膜被覆シリコン基板；エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリカーボネート基板、ポリスチレン基板、ポリメチルメタクリレート基板等のポリマー基板、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、及びＳｉＯ２膜被覆シリコン基板から選択されるのが好ましく、シリコン基板及びＳｉＯ２膜被覆シリコン基板が特に好ましい。
前記基板は、適宜合成したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。
前記基板の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１００μｍ以上が好ましく、５００μｍ以上がより好ましい。
【００３４】
前記基板としては、配線パターンが形成された配線回路基板が用いられ、該回路基板は、単層回路基板（単層プリント配線基板）であってもよいし、多層回路基板（多層プリント配線基板）であってもよい。
前記回路基板の電極を構成する金属としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｓｉなどの金属が挙げられる。これらの中でも、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕが特に好ましい。これらはメッキや貼り合わせ等の各種処理で基板上の電極金属の表面部分として形成されていることができる。なお、導電性接合材料を基板上の電極金属に塗布する場合は、導電性接合材料と基板上の電極金属との接続を良好にするために基板上の電極金属に対して表面被覆処理が行われているのが一般的であり、例えば銅電極では、一例として該電極上にメッキで形成したＳｎ、Ａｕ、Ｎｉ等の薄膜が形成されている。特に、上記金属のうちＡｕ以外は、金属表面が酸化され易いため、はんだペーストを塗布する前にフラックス等で表面処理したり、又はプリフラックスコートしたり、各種金属メッキやはんだ被覆を行うことが好ましい。
【００３５】
−電子部品−
前記電子部品としては、端子を有するものである限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択した公知の部材等を有してなり、各種分野において好適に使用可能な半導体素子、半導体パッケージ、例えばフラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ＦＲＡＭ、ＭＯＳトランジスタ等として使用することができる。
【００３６】
＜＜端子＞＞
前記端子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、配線、金属配線、導電性ペーストによる印刷配線などが挙げられる。
【００３７】
前記端子の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ等の金属、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の金属酸化物、及びそれらの積層体又は複合体、などが挙げられる。
【００３８】
−供給方法−
前記導電性接合材料の供給方法としては、導電性接合材料を一定の厚み又は一定の塗布量で付与できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スクリーン印刷、転写印刷、ディスペンス吐出、インクジェット法、などが挙げられる。
【００３９】
前記スクリーン印刷では、マスク版を用いた印刷機を使用できる。印刷機は、典型的には、基板又は電子部品を固定する機構と、メタルマスクと基板の電極又は電子部品の端子の位置合わせを行う機構と、マスク版を基板又は電子部品に圧接し、そのマスク上からマスク下にある基板の電極又は電子部品の端子に対して開口部から導電性接合材料を塗布用のスキージで刷り込む機構とを有している。マスク版としてはメッシュタイプやメタルタイプなどの各種材質が存在するが、粒子サイズに幅広く対応し、工程での清掃も容易なメタルマスクタイプが一般に広く用いられている。
【００４０】
前記転写印刷は、導電性接合材料の一定塗膜厚みの平塗り塗膜を一定のクリアランスを持つスキージなどで形成した後に、その塗膜をスタンパーで抜き取って基板の電極又は電子部品の端子にスタンプすることで、基板の電極又は電子部品の端子に導電性接合材料を一定量配置する方式であり、専用の転写印刷装置が用いられる。転写印刷装置は、平塗り塗膜を塗布する塗布機構と、基板を固定し基板の電極位置を合わせる機構と、三次元的にスタンパーを駆動させて抜き取り及び転写押印を行う機構とを有している。転写印刷はスクリーン印刷に比べて塗布量がばらつきやすく、スタンパーの清掃管理など連続運転に注意を要することもあり、印刷方式としてはスクリーン印刷が主流になっている。
【００４１】
前記ディスペンス吐出は、基板上の電極又は電子部品の端子に、一定量の導電性接合材料を吐出していく方式であり、ディスペンサー装置が用いられる。ディスペンサーは、シリンジ内に収められた導電性接合材料に対して吐出に必要な圧力をオンデマンドでかけることによって一定量の導電性接合材料をシリンジ先端のニードルから押し出すものであり、シリンジ自体を三次元的に駆動させ基板上の電極部分の位置を決めることで電極上に必要量の導電性接合材料を吐出塗布する装置である。ニードルからの吐出という手法に起因して、ペースト自体がスクリーン印刷に比べて薄くなりにくいという欠点はあるが、工程上でのペーストのロスも少なく、吐出の位置や量がプログラムによって可変であるため、印刷マスク版を圧接しにくい段差や凹凸のある基板及び電子部品への導電性接合材料の塗布が可能である。
【００４２】
前記インクジェット法は、微細なノズルから導電性接合材料を吐出させて基板上の電極又は電子部品の端子に塗布する方法である。
【００４３】
＜一次熱処理工程＞
前記一次熱処理工程は、供給された導電性接合材料を、中融点金属粒子の融点未満の温度で熱処理し、前記基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着させる工程である。
前記一次熱処理は、中融点金属粒子の融点未満の温度で５秒行うことが好ましく、具体的には、７０℃〜１００℃で３秒〜７秒行うことが好ましい。
前記一次熱処理は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば窒素リフロー装置などにより行うことができる。
前記一次熱処理は、大気中で行ってもよいが、窒素雰囲気中で行うことがより好ましい。
【００４４】
＜二次熱処理工程＞
前記二次熱処理工程は、溶着した導電性接合材料を加熱し、基板の電極と電子部品の端子を接合する工程である。
【００４５】
前記二次熱処理工程は、基板の電極又は電子部品の端子に供給され、溶着された導電性接合材料に電子部品又は基板を配置した状態で、一定の温度を印加する工程であり、一般的に、はんだ熱処理に適合する炉を持つリフロー装置、高温槽などが用いられる。
前記リフロー装置を用いたリフロー熱処理の際の加熱方式としては、赤外線印加や熱風印加などの方式が主流であり、リフロー熱処理時の炉内の雰囲気は空気の場合と窒素の場合があるが、電子部品やはんだ接合部の酸化による劣化を防ぐ意味で、近年の高密度高精度実装においては窒素雰囲気のリフロー炉が多用されている。
前記二次熱処理は、中融点金属粒子の融点以上１５０℃以下の温度で３０分以上行うことが好ましく、８５℃〜１５０℃で３０分〜１２０分行うことが好ましい。
前記二次熱処理は、大気中で行ってもよいが、窒素雰囲気中で行うことがより好ましい。
ここで、図７は、本発明の導体の接合方法の一例を示す概略図である。
まず、Ｃｕ電極７を設けた基板６に、本発明の導電性接合材料２０をスクリーン印刷により印刷する。本発明の導電性接合材料２０の初期融点は７９℃である。
次に、印刷した導電性接合材料２０を一次熱処理（７９℃〜１３９℃）し、導電性接合材料２０を基板の電極７上に溶着（プリコート）させる。一次熱処理後においても導電性接合材料０には融点が１３９℃以下の低融点成分が残っている。
次に、導電性接合材料２０が溶着した基板６上にＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を配置し、これを二次熱処理（１５０℃）し、Ａｕバンプ９付きＳｉチップ８を基板６に実装する。この二次熱処理により、金属結合状態が変化して融点が２５０℃以上となっている。
【００４６】
また、図８は、本発明の導体の接合方法の他の一例を示す概略図である。
まず、ザグリ治具３１の凹部に、本発明の前記導電性接合材料２０をスキージにより充填し、これにＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を押し付け、一次熱処理（７９℃〜１３９℃）し、導電性接合材料２０をＳｉチップ８のＡｕバンプ９上に溶着（プリコート）する。一次熱処理後においても導電性接合材料２０には融点が１３９℃以下の低融点成分が残っている。
次に、導電性接合材料２０が溶着したＡｕバンプ９付きチップ８をＣｕ電極７を設けた基板６上に配置し、これを二次熱処理（１５０℃）し、Ａｕバンプ９付きＳｉチップ８を基板６にフェイスダウン実装する。この二次熱処理により、金属結合状態が変化して融点が２５０℃以上となっている。
【００４７】
（半導体装置の製造方法）
本発明の半導体装置の製造方法は、本発明の前記導体の接合工程を少なくとも含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
前記導体の接合工程は、本発明の導体の接合方法と同様にして行うことができる。
【００４８】
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属配線をパターニングする工程、絶縁膜を形成する工程などが挙げられる。
【００４９】
本発明の半導体装置の製造方法によると、例えば、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ＦＲＡＭ、等を初めとする各種半導体装置を効率よく製造することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら制限されるものではない。
なお、実施例において、金属粒子の融点、金属粒子の平均粒径、並びに低融点金属層及び中融点金属層の平均厚みは、以下のようにして測定した。
【００５１】
＜金属粒子の融点の測定＞
金属粒子の融点は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）（セイコーインスツル株式会社製、ＤＳＣ６２００）にて、温度勾配０．５℃／ｓｅｃ、測定温度範囲２５℃〜２５０℃の条件で測定した。
【００５２】
＜金属粒子の平均粒径の測定＞
金属粒子の平均粒径は、粒度分布計（島津レーザ回折式粒度分布測定装置、ＳＡＬＤ−３１００）を用い、金属粒子を気相分散し、赤色半導体レーザを照射し、受光素子に入力された粒子の回折・散乱光のパターンを標準パターンと比較解析し、粒子径とカウント数を集計し、平均粒径を算出した。
【００５３】
＜低融点金属層及び中融点金属層の平均厚みの測定＞
低融点金属層及び中融点金属層の平均厚みは、断面研磨（ＢＵＥＨＬＥＲ社製、ＧＲＩＮＯＥＲ−ＰＯＬＩＳＨＥＲ（Ｂｅｔａ））で低融点金属層及び中融点金属層の厚みを１０回測定し、平均値で表した。
【００５４】
（実施例１）
−導電性接合材料の作製−
・高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）８０質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）１０質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）１０質量％とからなる金属成分・・・９０質量％
・エポキシ系フラックス材料（富士通クオリティラボ株式会社製、Ｆ・Ｓｔｉｃｋ ＦＴＬＤ５）からなるフラックス成分・・・１０質量％
前記金属成分と前記フラックス成分を非酸化雰囲気中で均一に撹拌することにより、実施例１の導電性接合材料を作製した。
【００５５】
（実施例２）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）８０質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）１５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例２の導電性接合材料を作製した。
【００５６】
（実施例３）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）８０質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）１５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例３の導電性接合材料を作製した。
【００５７】
（実施例４）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）８５質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）７．５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）７．５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例４の導電性接合材料を作製した。
【００５８】
（実施例５）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）９０質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例５の導電性接合材料を作製した。
【００５９】
（実施例６）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）９５質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）２．５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）２．５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例６の導電性接合材料を作製した。
【００６０】
（実施例７）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）７５質量％と、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）１２．５質量％と、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）１２．５質量％とからなる金属成分を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例７の導電性接合材料を作製した。
【００６１】
（実施例８）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子）を、高融点金属粒子（ＡｇめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例８の導電性接合材料を作製した。
【００６２】
（実施例９）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子）を、高融点金属粒子（ＡｕめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例９の導電性接合材料を作製した。
【００６３】
（実施例１０）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）を、中融点金属粒子（Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ、融点１３９℃）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例１０の導電性接合材料を作製した。
【００６４】
（実施例１１）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）を、低融点金属粒子（１２Ｓｎ−４１Ｂｉ−４７Ｉｎ、融点５９℃）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例１１の導電性接合材料を作製した。
【００６５】
（実施例１２）
−導電性接合材料の作製−
実施例４において、エポキシ系フラックス材料を、ロジン系フラックス材料（富士通クオリティラボ株式会社製、Ｆ・Ｓｔｉｃｋ ＦＴＬＤ４）に代えた以外は、実施例４と同様にして、実施例１２の導電性接合材料を作製した。
【００６６】
（実施例１３）
＜導電性接合材料の作製＞
−多層金属粒子の作製−
高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４０μｍ）の表面に、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）からなる中融点金属層を平均厚みが１μｍとなるように無電解めっきにより形成した。
次に、中融点金属層上に、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）からなる低融点金属層を平均厚みが１μｍとなるように無電解めっきにより形成した。以上により、金属成分としての多層金属粒子を作製した。
【００６７】
−導電性接合材料の作製−
・作製した多層金属粒子・・・９０質量％
・エポキシ系フラックス材料（富士通クオリティラボ株式会社製、Ｆ・Ｓｔｉｃｋ ＦＴＬＤ５）・・・１０質量％
前記金属成分と前記フラックス成分を非酸化雰囲気中で均一に撹拌することにより、実施例１３の導電性接合材料を作製した。
【００６８】
（実施例１４）
−導電性接合材料の作製−
実施例１３において、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４０μｍ）を、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径３５μｍ）に代えた以外は、実施例１３と同様にして、実施例１４の導電性接合材料を作製した。
【００６９】
（実施例１５）
−導電性接合材料の作製−
実施例１３において、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４０μｍ）を、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４５μｍ）に代えた以外は、実施例１３と同様にして、実施例１５の導電性接合材料を作製した。
【００７０】
（実施例１６）
−導電性接合材料の作製−
実施例１３において、中融点金属層及び低融点金属層の平均厚みを０．５μｍとした以外は、実施例１３と同様にして、実施例１６の導電性接合材料を作製した。
【００７１】
（実施例１７）
−導電性接合材料の作製−
実施例１３において、高融点金属粒子（Ｃｕ粒子、融点１，０８３℃、平均粒径４０μｍ）の表面に、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）からなる低融点金属層を平均厚みが１μｍとなるように無電解めっきにより形成し、次に、低融点金属層上に、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）からなる中融点金属層を平均厚みが１μｍとなるように無電解めっきにより形成した以外は、実施例１３と同様にして、実施例１７の導電性接合材料を作製した。
【００７２】
（比較例１）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子、融点７９℃）を添加しない以外は、実施例１と同様にして、比較例１の導電性接合材料を作製した。
【００７３】
（比較例２）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子、融点１３９℃）を添加しない以外は、実施例１と同様にして、比較例２の導電性接合材料を作製した。
【００７４】
（比較例３）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、高融点金属粒子（Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子、融点１，０８３℃（Ｃｕ）、平均粒径４０μｍ）を添加しない以外は、実施例１と同様にして、比較例３の導電性接合材料を作製した。
【００７５】
次に、作製した各導電性接合材料を用いて、以下のようにして、諸特性を評価した。結果を表１に示す。
【００７６】
＜導電性接合材料を供給時の性能評価＞
各導電性接合材料を用い、導電性接合材料を供給時の性能評価として、スクリーン印刷により基板に印刷（供給）し、スクリーン印刷版の抜け性を下記基準で判定した。
〔評価基準〕
○：版の抜けが良く、良好
△：版の抜けが悪いが、実使用可能なレベル
×：版の抜けが悪く、不良
【００７７】
＜電子部品実装時の性能評価＞
各導電性接合材料を用い、電子部品実装時の性能評価として、はんだの濡れ性を外観検査することにより、下記基準で判定した。
〔評価基準〕
○：はんだの濡れ性が良好である
△：はんだの濡れ性がやや悪い（実使用可能レベル）
×：はんだの濡れ性が不良である
【００７８】
＜半導体装置の性能評価＞
各導電性接合材料を用い、半導体装置の性能評価として、デージーチェーン付きＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）を製作し、導通テスタにより導通チェックを行い、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
○：導通が良好である
△：導通がやや悪い（実使用可能レベル）
×：導通が不良である
【００７９】
【表１−１】
【表１−２】
【表１−３】
【表１−４】
【００８０】
（実施例１８）
実施例１８の半導体装置の製造方法について、図９を参照して説明する。
（１）直径３０μｍのＣｕ電極７を設けた基板（サブストレート基板）６に実施例１の導電性接合材料２０をスクリーン印刷により印刷（供給）した。
（２）印刷した導電性接合材料２０を１００℃で５間加熱（一次熱処理）し、導電性接合材料２０を基板の電極７上に溶着（プリコート）した。
（３）導電性接合材料２０が溶着した基板上にＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を配置し、これを１５０℃で３０分加熱（二次熱処理）し、Ａｕバンプ９付きＳｉチップ８を基板６にフェイスダウン実装した。
（４）基板６とＳｉチップ８の間に、アンダーフィル材（エポキシ系熱硬化材料）３２を充填した。
（５）アンダーフィル材３２のキュア（導電性接合材料２０の融点変化のためのキュアを兼ねる）を１５０℃で１時間３０分行い、Ｓｉチップ８を実装した。この際、導電性接合材料２０の融点は２５０℃以上となっている。
以上により、図９に示すフリップチップ実装された半導体装置が作製された。
【００８１】
（実施例１９）
実施例１９の半導体装置の製造方法について、図９を参照して説明する。
（１）直径２５μｍのＡｕめっき電極７を設けた基板（サブストレート基板）６に、実施例１３の導電性接合材料２０をスクリーン印刷により印刷（供給）した。
（２）印刷した導電性接合材料２０を１００℃で５秒間加熱（一次熱処理）し、導電性接合材料２０を基板の電極７上に溶着（プリコート）した。
（３）導電性接合材料２０が溶着した基板上にＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を配置し、これを１５０℃で３０分加熱（二次熱処理）し、Ａｕバンプ９付きＳｉチップ８を基板６にフェイスダウン実装した。
（４）基板６とＳｉチップ８の間に、アンダーフィル材（エポキシ系熱硬化材料）３２を充填した。
（５）アンダーフィル材３２のキュア（導電性接合材料２０の融点変化のためのキュアを兼ねる）を１５０℃で１時間３０分行い、Ｓｉチップ８を実装した。この際、導電性接合材料２０の融点は２５０℃以上となっている。
以上により、図９に示すフリップチップ実装された半導体装置が作製された。
【００８２】
（実施例２０）
実施例２０の半導体装置の製造方法について、図１０を参照して説明する。
（１）ザグリ治具（シリコン基板）３１の凹部に実施例１の導電性接合材料２０をスキージ（メタルスキージ）により充填し、これに直径２５μｍのＡｕバンプ９付きＳｉチップ８を押し付け、１００℃で５秒間加熱（一次熱処理）し、導電性接合材料２０をＳｉチップ８のＡｕバンプ９上に溶着（プリコート）した。
（２）導電性接合材料２０が溶着したＡｕバンプ付きチップ８を直径３０μｍのＣｕ電極７を設けた基板６上に配置し、これを１５０℃で３０分間加熱（二次熱処理）し、Ａｕバンプ付きＳｉチップ８を基板（サブストレート基板）６にフェイスダウン実装した。
（３）基板６とＳｉチップ８の間に、アンダーフィル材（エポキシ系熱硬化材料）３２を充填した。
（４）アンダーフィル材３２のキュア（導電性接合材料２０の融点変化のためのキュアを兼ねる）を１５０℃で１時間３０分行い、Ｓｉチップ８を実装した。この際、導電性接合材料の融点は２５０℃以上となっている。
以上により、図１０に示すフリップチップ実装された半導体装置が作製された。
【００８３】
（実施例２１）
実施例２１の半導体装置の製造方法について、図１１を参照して説明する。
（１）一対のＣｕ電極３３を設けた基板（サブストレート基板）６上に、実施例１３の導電性接合材料３０をスクリーン印刷により印刷（供給）した。
（２）印刷した導電性接合材料３０を１００℃で５秒間加熱（一次熱処理）し、導電性接合材料３０を基板の電極３３上に溶着（プリコート）した。
（３）一対のＣｕ電極３３間に、０．６ｍｍ×０．３ｍｍの０６３０の角型のＳＭＤチップ８を配置し、これを１５０℃で３０分加熱（二次熱処理）し、ＳＭＤチップ８を基板６に実装した。この際、導電性接合材料の融点は２５０℃以上となっている。
以上により、図１１に示すＳＭＤチップが実装された半導体装置が作製された。
【００８４】
以上の実施例１〜２１を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含むことを特徴とする導電性接合材料。
（付記２）高融点金属粒子の金属成分における含有量が８０質量％〜９０質量％、中融点金属粒子の金属成分における含有量が５質量％〜１５質量％、低融点金属粒子の金属成分における含有量が５質量％〜１５質量％である付記１に記載の導電性接合材料。
（付記３）高融点金属粒子が、Ａｕ粒子、Ａｇ粒子、Ｃｕ粒子、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、及びＡｇめっきＣｕ粒子から選択される少なくとも１種である付記１から２のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記４）高融点金属粒子が、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、及びＡｇめっきＣｕ粒子のいずれかである付記１から３のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記５）低融点金属粒子がＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ粒子であり、中融点金属粒子がＳｎ−Ｂｉ粒子である付記１から４のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記６）金属成分が、高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子から形成された中融点金属層と、低融点金属粒子から形成された低融点金属層とをこの順に有する多層金属粒子である付記１から５のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記７）高融点金属粒子の平均粒径が４０μｍ以下であり、中融点金属層の平均厚みが１μｍ以上であり、低融点金属層の平均厚みが１μｍ以上である付記６に記載の導電性接合材料。
（付記８）金属成分の含有量が、導電性接合材料に対し５０質量％〜９５質量％である付記１から７のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記９）エポキシ系フラックス材料及びロジン系フラックス材料の少なくともいずれかからなるフラックス成分を含有する付記１から８のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記１０）フラックス成分の含有量が、導電性接合材料に対し５質量％〜５０質量％である付記９に記載の導電性接合材料。
（付記１１）付記１から１０のいずれかに記載の導電性接合材料を、基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに供給する工程と、
供給された導電性接合材料を中融点金属粒子の融点未満の温度で加熱し、前記基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着させる工程とを少なくとも含むことを特徴とする導体の接合方法。
（付記１２）基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着した導電性接合材料を加熱して、前記基板と前記電子部品を接合する工程を含む付記１１に記載の導体の接合方法。
（付記１３）中融点金属粒子の融点以上１５０℃以下の温度で加熱する付記１２に記載の導体の接合方法。
（付記１４）付記１１から１３のいずれかに記載の導体の接合工程を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００８５】
１ 高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)
２ 低融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）
３ フラックス成分
４ Ｂｉ偏析層
５ Ｃｕ−Ｓｎ系金属間化合物
６ 基板
７ 電極
８ 電子部品
９ 端子
１０ 従来の導電性接合材料（融点変化型低温金属ペースト）
１１ 中融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）
２０ 導電性接合材料
２１ 高融点金属粒子(Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子)
２２ 中融点金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ粒子）
２２’ 中融点金属層
２３ 低融点金属粒子（１７Ｓｎ−５８Ｂｉ−２５Ｉｎ粒子）
２３’ 低融点金属層
３０ 導電性接合材料
３１ ザグリ治具
３２ アンダーフィル材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含むことを特徴とする導電性接合材料。
【請求項２】
高融点金属粒子の金属成分における含有量が８０質量％〜９０質量％、中融点金属粒子の金属成分における含有量が５質量％〜１５質量％、低融点金属粒子の金属成分における含有量が５質量％〜１５質量％である請求項１に記載の導電性接合材料。
【請求項３】
高融点金属粒子が、Ａｕ粒子、Ａｇ粒子、Ｃｕ粒子、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、及びＡｇめっきＣｕ粒子から選択される少なくとも１種である請求項１から２のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項４】
低融点金属粒子がＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ粒子であり、中融点金属粒子がＳｎ−Ｂｉ粒子である請求項１から３のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項５】
金属成分が、高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子から形成された中融点金属層と、低融点金属粒子から形成された低融点金属層とをこの順に有する多層金属粒子である請求項１から４のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項６】
高融点金属粒子の平均粒径が４０μｍ以下であり、中融点金属層の平均厚みが１μｍ以上であり、低融点金属層の平均厚みが１μｍ以上である請求項５に記載の導電性接合材料。
【請求項７】
エポキシ系フラックス材料及びロジン系フラックス材料の少なくともいずれかからなるフラックス成分を含有する請求項１から６のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の導電性接合材料を、基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに供給する工程と、
供給された導電性接合材料を中融点金属粒子の融点未満の温度で加熱し、前記基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着させる工程とを少なくとも含むことを特徴とする導体の接合方法。
【請求項９】
基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着した導電性接合材料を加熱して、前記基板と前記電子部品を接合する工程を含む請求項８に記載の導体の接合方法。
【請求項１０】
請求項８から９のいずれかに記載の導体の接合工程を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
融点が１５０℃以上の高融点金属粒子と、融点が８０℃以上１３９℃以下の中融点金属粒子と、融点が７９℃以下の低融点金属粒子とからなる金属成分を含むことを特徴とする導電性接合材料。
【請求項２】
高融点金属粒子の金属成分における含有量が８０質量％〜９０質量％、中融点金属粒子の金属成分における含有量が５質量％〜１５質量％、低融点金属粒子の金属成分における含有量が５質量％〜１５質量％である請求項１に記載の導電性接合材料。
【請求項３】
高融点金属粒子が、Ａｕ粒子、Ａｇ粒子、Ｃｕ粒子、ＡｕめっきＣｕ粒子、Ｓｎ−ＢｉめっきＣｕ粒子、及びＡｇめっきＣｕ粒子から選択される少なくとも１種である請求項１から２のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項４】
低融点金属粒子がＳｎ−Ｂｉ−Ｉｎ粒子であり、中融点金属粒子がＳｎ−Ｂｉ粒子である請求項１から３のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項５】
金属成分が、高融点金属粒子表面に、中融点金属粒子から形成された中融点金属層と、低融点金属粒子から形成された低融点金属層とをこの順に有する多層金属粒子である請求項１から４のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項６】
高融点金属粒子の平均粒径が４０μｍ以下であり、中融点金属層の平均厚みが１μｍ以上であり、低融点金属層の平均厚みが１μｍ以上である請求項５に記載の導電性接合材料。
【請求項７】
エポキシ系フラックス材料及びロジン系フラックス材料の少なくともいずれかからなるフラックス成分を含有する請求項１から６のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の導電性接合材料を、基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに供給する工程と、
供給された導電性接合材料を中融点金属粒子の融点未満の温度で加熱し、前記基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着させる工程とを少なくとも含むことを特徴とする導体の接合方法。
【請求項９】
基板の電極及び電子部品の端子のいずれかに溶着した導電性接合材料を加熱して、前記基板と前記電子部品を接合する工程を含む請求項８に記載の導体の接合方法。
【請求項１０】
請求項８から９のいずれかに記載の導体の接合工程を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６Ｃ】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７４３３２（Ｐ２０１２−１７４３３２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３１６４３（Ｐ２０１１−３１６４３）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【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９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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