特開 2024-153356 Ｃｕピラー接合体、および、Ｃｕピラー接合体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024153356

(43)【公開日】2024-10-29

(54)【発明の名称】Ｃｕピラー接合体、および、Ｃｕピラー接合体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20241022BHJP

【ＦＩ】

H01L21/92 602D

H01L21/92 604A

H01L21/92 603A

H01L21/60 311Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067191

(22)【出願日】2023-04-17

(71)【出願人】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】中川 卓眞

(72)【発明者】

【氏名】古山 大貴

【テーマコード（参考）】

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F044LL13

(57)【要約】

【課題】低温・短時間の条件でも、金属間化合物を十分に形成でき、はんだ層が多く残存せずに熱信頼性に優れたＣｕピラー接合体を提供する。
【解決手段】第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー２１とが接合層３０を介して接合されたＣｕピラー接合体１であって、接合層３０は、第１Ｃｕピラー１１側に形成されたポーラスＣｕ層３１と、第２Ｃｕピラー２１側に形成されたはんだ層３２と、ポーラスＣｕ層と３１はんだ層３２との間に形成された金属間化合物層３３と、を有しており、ポーラスＣｕ層３１における空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとが接合層を介して接合されたＣｕピラー接合体であって、
前記接合層は、前記第１Ｃｕピラー側に形成されたポーラスＣｕ層と、第２Ｃｕピラー側に形成されたはんだ層と、ポーラスＣｕ層とはんだ層との間に形成された金属間化合物層と、を有しており、
前記ポーラスＣｕ層における空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされていることを特徴とするＣｕピラー接合体。

【請求項2】

前記第２Ｃｕピラーと前記はんだ層との間に拡散防止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Ｃｕピラー接合体。

【請求項3】

前記第２Ｃｕピラーと前記はんだ層との間に第２ポーラスＣｕ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Ｃｕピラー接合体。

【請求項4】

前記はんだ層は、ＩｎまたはＩｎ合金で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＣｕピラー接合体。

【請求項5】

第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとが接合されたＣｕピラー接合体の製造方法であって、
前記第１Ｃｕピラーの接合面に、空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされたポーラスＣｕ層を形成するポーラスＣｕ層形成工程と、
前記第２Ｃｕピラーの接合面にはんだ層を形成するはんだ層形成工程と、
前記ポーラスＣｕ層を形成した前記第１Ｃｕピラーと前記はんだ層を形成した前記第２Ｃｕピラーとを積層する積層工程と、
積層した前記第１Ｃｕピラーと前記第２Ｃｕピラーを１２０℃以上２００℃以下の温度で加熱処理して前記ポーラスＣｕ層と前記はんだ層との間に金属間化合物を生成し、前記第１Ｃｕピラーと前記第２Ｃｕピラーとを接合する接合工程と、
を備えていることを特徴とするＣｕピラー接合体の製造方法。

【請求項6】

前記第２Ｃｕピラーの接合面に拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を有し、前記はんだ層形成工程では、前記拡散防止層の上に前記はんだ層を形成することを特徴とする請求項５に記載のＣｕピラー接合体の製造方法。

【請求項7】

前記第２Ｃｕピラーの接合面に第２ポーラスＣｕ層を形成する第２ポーラスＣｕ層形成工程を有し、前記はんだ層形成工程では、前記第２ポーラスＣｕ層の上に前記はんだ層を形成することを特徴とする請求項５に記載のＣｕピラー接合体の製造方法。

【請求項8】

前記はんだ層形成工程は、ＩｎまたはＩｎ合金で構成されたはんだ層を形成することを特徴とする請求項５に記載のＣｕピラー接合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとを接合するＣｕピラーの接合方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの性能は、高性能化が進んでおり、マイクロ接合技術の重要性が増している。
ＩＣチップの実装技術として、フリップチップ実装が広く用いられており、例えば特許文献１に示すように、突起電極上にはんだ層を形成し、はんだによって接合する方法が提供されている。

【0003】

また、さらなる狭ピッチ化に対応するために、固相と液相とを相互に拡散させて接合させるＴＬＰ法（Transient Liquid Phase Diffusion Bonding）、ＳＬＩＤ法（Solid-Liquid Interdiffusion）といった接合技術が提案されている。
ＳＬＩＤ法では、特許文献１，２に示すように、液相を形成する材料としてはんだ材を使用している

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－０４６１４８号公報

【特許文献2】特許第６０６１２７６号公報

【特許文献3】特許第６３６９６２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ＳＬＩＤ法では上述のようにはんだ材を用いているが、接合後に低融点のはんだ材が多く残存していると、耐熱性に劣り、熱サイクル信頼性、熱信頼性が不十分となるおそれがあった。
はんだ材を拡散させて金属間化合物を形成するためには、長時間の加熱が必要となり、生産効率が低下するといった問題があった。

【0006】

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、低温・短時間の条件でも、金属間化合物を十分に形成でき、はんだ層が多く残存せずに熱信頼性に優れたＣｕピラー接合体、および、Ｃｕピラー接合体の製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、Ｃｕピラーの接合面に、ポーラスなＣｕ層を形成することにより、Ｃｕピラーの接合面の表面積が大きくなると共に拡散速度が速くなり、金属間化合物の生成を促進することができ、接合後に低融点のはんだ材が多く残存することを抑制可能となるとの知見を得た。

【0008】

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の態様１のＣｕピラー接合体は、第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとが接合層を介して接合されたＣｕピラー接合体であって、前記接合層は、前記第１Ｃｕピラー側に形成されたポーラスＣｕ層と、第２Ｃｕピラー側に形成されたはんだ層と、ポーラスＣｕ層とはんだ層との間に形成された金属間化合物層と、を有しており、前記ポーラスＣｕ層における空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされていることを特徴としている。

【0009】

本発明の態様１のＣｕピラー接合体によれば、前記第１Ｃｕピラーおよび前記第２Ｃｕピラーとの間に形成された接合層が、前記第１Ｃｕピラー側に形成されたポーラスＣｕ層と、第２Ｃｕピラー側に形成されたはんだ層と、ポーラスＣｕ層とはんだ層との間に形成された金属間化合物層と、を有しており、前記ポーラスＣｕ層における空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされているので、低温・短時間の条件でも、はんだ層が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層とが十分に相互拡散して金属間化合物の生成が促進されることになり、低融点のはんだ材が多く残存することが抑制されており、熱信頼性に優れている。

【0010】

本発明の態様２のＣｕピラー接合体は、態様１のＣｕピラーの接合方法において、前記第２Ｃｕピラーと前記はんだ層との間に拡散防止層が形成されていることを特徴としている。
本発明の態様２のＣｕピラー接合体によれば、前記第２Ｃｕピラーと前記はんだ層との間に拡散防止層が形成されているので、はんだ層を構成する金属元素が第２Ｃｕピラーへ拡散することを抑制でき、はんだ層が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層とを十分に相互拡散することができ、第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとを確実に接合することができる。

【0011】

本発明の態様３のＣｕピラー接合体は、態様１又は態様２のＣｕピラー接合体において、前記第２Ｃｕピラーと前記はんだ層との間に第２ポーラスＣｕ層が形成されていることを特徴としている。
本発明の態様３のＣｕピラー接合体によれば、前記第２Ｃｕピラーと前記はんだ層との間に第２ポーラスＣｕ層が形成されているので、第２ポーラスＣｕ層側でも金属間化合物の生成を促進することができ、低融点のはんだ材が多く残存することがさらに抑制され、熱信頼性に優れたピラー接合体を作製することができる。

【0012】

本発明の態様４のＣｕピラー接合体は、態様１から態様３のいずれかひとつのＣｕピラー接合体において、前記はんだ層は、ＩｎまたはＩｎ合金で構成されていることを特徴としている。
本発明の態様４のＣｕピラー接合体によれば、前記はんだ層がＩｎまたはＩｎ合金で構成されているので、２００℃以下の低温条件で接合することができる。

【0013】

本発明の態様５のＣｕピラー接合体の製造方法は、第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとが接合されたＣｕピラー接合体の製造方法であって、前記第１Ｃｕピラーの接合面に、空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされたポーラスＣｕ層を形成するポーラスＣｕ層形成工程と、前記第２Ｃｕピラーの接合面にはんだ層を形成するはんだ層形成工程と、前記ポーラスＣｕ層を形成した前記第１Ｃｕピラーと前記はんだ層を形成した前記第２Ｃｕピラーとを積層する積層工程と、積層した前記第１Ｃｕピラーと前記第２Ｃｕピラーを１２０℃以上２００℃以下の温度で加熱処理して前記ポーラスＣｕ層と前記はんだ層との間に金属間化合物を生成し、前記第１Ｃｕピラーと前記第２Ｃｕピラーとを接合する接合工程と、を備えていることを特徴としている。

【0014】

本発明の態様５のＣｕピラー接合体の製造方法によれば、第１Ｃｕピラーの接合面に空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされたポーラスＣｕ層を形成し、はんだ材を介して第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとを積層し、１２０℃以上２００℃以下の温度で加熱処理しているので、はんだ層が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層とが十分に相互拡散して金属間化合物の生成が促進され、低融点のはんだ材が多く残存することが抑制され、熱信頼性に優れたピラー接合体を作製することができる。

【0015】

本発明の態様６のＣｕピラー接合体の製造方法は、態様５のＣｕピラー接合体の製造方法において、前記第２Ｃｕピラーの接合面に拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を有し、前記はんだ層形成工程では、前記拡散防止層の上に前記はんだ層を形成することを特徴としている。
本発明の態様６のＣｕピラー接合体の製造方法によれば、前記第２Ｃｕピラーの接合面に拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を有しているので、はんだ層を構成する金属元素が第２Ｃｕピラーへ拡散することを抑制でき、はんだ層が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層とを十分に相互拡散することができ、第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとを確実に接合することができる。

【0016】

本発明の態様７のＣｕピラー接合体の製造方法は、態様５または態様６のＣｕピラー接合体の製造方法において、前記第２Ｃｕピラーの接合面に第２ポーラスＣｕ層を形成する第２ポーラスＣｕ層形成工程を有し、前記はんだ層形成工程では、前記第２ポーラスＣｕ層の上に前記はんだ層を形成することを特徴としている。
本発明の態様７のＣｕピラー接合体の製造方法によれば、前記第２Ｃｕピラーの接合面に第２ポーラスＣｕ層を形成する第２ポーラスＣｕ層形成工程を有しているので、前記第２Ｃｕピラーの接合面に形成された第２ポーラスＣｕ層側でも金属間化合物の生成を促進することができ、熱信頼性に優れたピラー接合体を作製することができる。

【0017】

本発明の態様８のＣｕピラー接合体の製造方法は、態様５から態様７のいずれかひとつのＣｕピラー接合体の製造方法において、前記はんだ層形成工程は、ＩｎまたはＩｎ合金で構成されたはんだ層を形成することを特徴としている。
本発明の態様８のＣｕピラー接合体の製造方法によれば、前記はんだ層形成工程においてＩｎまたはＩｎ合金で構成されたはんだ層を形成しているので、２００℃以下の低温条件で接合することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、低温・短時間の条件でも、金属間化合物を十分に形成でき、はんだ層が多く残存せずに熱信頼性に優れたＣｕピラー接合体、および、Ｃｕピラー接合体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るＣｕピラー接合体の説明図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るＣｕピラー接合体の製造方法のフロー図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るＣｕピラーの接合方法（Ｃｕピラー接合体の製造方法）の説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るＣｕピラー接合体の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本発明の実施形態であるＣｕピラー接合体、および、Ｃｕピラー接合体の製造方法について、図面を参照して説明する。

【0021】

本実施形態に係るＣｕピラー接合体１は、例えば、半導体デバイスにおいて、半導体チップに形成された突起電極（Ｃｕピラー）同士が接合されたものである。
図１に示すように、本実施形態におけるＣｕピラー接合体１は、第１ウェハ１０に形成された第１Ｃｕピラー１１と、第２ウェハ２０に形成された第２Ｃｕピラー２１とが、接合層３０を介して接合された構造とされている。

【0022】

接合層３０においては、第１Ｃｕピラー１１側に形成されたポーラスＣｕ層３１と、第２Ｃｕピラー２１側に形成されたはんだ層３２と、ポーラスＣｕ層３１とはんだ層３２との間に形成された金属間化合物層３３と、を備えている。

【0023】

そして、第１Ｃｕピラー１１側に形成されたポーラスＣｕ層３１は、ナノサイズの空孔を有するものとされている。
ここで、ポーラスＣｕ層３１においては、その平均空孔度Ｐ_ａｖｅが５％以上８０％以下の範囲内とされている。
平均空孔度Ｐ_ａｖｅは、以下のようにして算出される空孔度Ｐの平均値である。本実施形態では、空孔度Ｐを３箇所で算出し、空孔度Ｐの平均値として平均空孔度Ｐ_ａｖｅを算出している。
空孔度Ｐは、ポーラスＣｕ層３１の断面を走査型電子顕微鏡で画像解析することにより、ポーラスＣｕ層３１の全面積Ｓ１と、ポーラスＣｕ層３１中の空孔部分の面積Ｓ２を求め、以下の式により、空孔度Ｐを算出する。
空孔度Ｐ（％）＝（Ｓ２／Ｓ１）×１００

【0024】

一方、本実施形態においては、第２Ｃｕピラー２１側に形成されたはんだ層３２と第２Ｃｕピラー２１との間に拡散防止層２２が形成されている。

【0025】

拡散防止層２２は、はんだ層２３を構成する金属元素が第２Ｃｕピラー２１側に拡散することを抑制するものである。本実施形態においては、拡散防止層２２はＮｉで構成されたものとされている。
ここで、拡散防止層２２の厚さは、０．５μｍ以上３μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。

【0026】

はんだ層３２は、溶融温度の低い金属からなるはんだ材で構成されており、その溶融温度が２００℃以下であることが好ましい。
本実施形態では、はんだ層３２は、ＩｎまたはＩｎ合金で構成されており、具体的には、はんだ層３２は、Ｉｎ－Ｓｎ合金（Ｓｎ濃度は０ｍａｓｓ％以上７５ｍａｓｓ％以下）とされている。
また、はんだ層３２を構成するはんだ材は、α線の発生量が少ない低α線材料を用いることが好ましい。

【0027】

そして、はんだ層３２とポーラスＣｕ層３１との間に形成された金属間化合物層３３は、はんだ層３２が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層３１が相互に拡散することによって形成されたものである。
ここで、接合層３０の厚さ（ポーラスＣｕ層３１とはんだ層３２と金属間化合物層３３の合計厚さ）は３μｍ以上２０μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
また、接合層３０における金属間化合物層３３が占める面積割合は５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。

【0028】

次に、本実施形態であるＣｕピラー接合体１の製造方法は、図２に示すように、ピラー形成工程Ｓ０１と、ポーラスＣｕ層形成工程Ｓ０２と、拡散防止層形成工程Ｓ０３と、はんだ材配設成工程Ｓ０４と、積層工程Ｓ０５と、接合工程Ｓ０６と、を備えている。

【0029】

＜ピラー形成工程Ｓ０１＞
まず、図３に示すように、第１ウェハ１０および第２ウェハ２０の一面にレジスト層４１，５１を形成する。レジスト層４１，５１を形成した状態でＣｕめっきを行うことにより、第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー２１とを形成する。
なお、第１Ｃｕピラー１１および第２Ｃｕピラー２１を形成する前に、第１ウェハ１０および第２ウェハ２０の一面に密着層（例えばＴｉ層）およびシード層（Ｃｕ層）を形成しておいてもよい。

【0030】

＜ポーラスＣｕ層形成工程Ｓ０２＞
次に、図３に示すように、第１Ｃｕピラー１１の接合面にポーラスＣｕ層３１を形成する。本実施形態においては、レジスト層４１を形成した状態で、以下のように、めっきを行うことで、ポーラスＣｕ層形成工程Ｓ０２を形成する。
ここで、ポーラスＣｕ層３１の形成方法について説明する。ポーラスＣｕ層３１の形成方法のとしては、例えば、脱合金法、直接めっき法が挙げられる。

【0031】

（脱合金法）
脱合金法においては、銅と銅より電気化学的に卑な金属種を電解めっきによって、第１Ｃｕピラー１１の接合面の接合面に共析して銅合金めっき皮膜を形成し、その後、銅合金めっき皮膜中の卑な金属種を脱合金することにより、ポーラスＣｕ層１２を形成する。
この脱合金法では、銅と銅より卑な金属種の析出割合や析出形態をそれぞれ制御することにより、所望の空孔率と形状を有するポーラスＣｕ層３１を形成することができる。

【0032】

銅合金めっきは、例えば銅塩、亜鉛塩、銅と亜鉛の析出を制御する添加剤及び溶媒を含む銅亜鉛合金めっき液を用いて形成する。この銅合金めっきは、無電解めっき法又は電解めっき法により、行うことができる。銅より電気化学的に卑な金属種（例えばＦｅ、Ｍｎ等）も合金種として選択することができる。

【0033】

銅亜鉛合金めっきでは、金属塩として硫酸銅、硫酸亜鉛、ピロリン酸亜鉛、リン酸亜鉛等を用いることができる。
銅亜鉛合金めっき液中の銅イオンと亜鉛イオンは、それぞれ０．００１～１．０モルとすることが好ましく、銅イオンと亜鉛イオンのモル比がＣｕ：Ｚｎ＝１：１～１；１０００の範囲内とすることが好ましい。亜鉛イオン濃度を銅イオン濃度より高くするのは、標準酸化還元電位の違いから、銅が亜鉛に比べて優先析出するためである。

【0034】

また、支持塩（錯体化剤）として、クエン酸、ピロリン酸を加えてもよい。
光沢剤として、例えばアルカノールアミン等の界面活性剤や、グリシン、セリン、アラニン、チロシンアスパラギン酸、グルタミン酸、ヒスチジン等、もしくはこれらの塩が挙げられる。
めっき液のｐＨは、銅と亜鉛の析出バランスを調整する理由で２．５以上であるとよい。また、カソード電流密度を０．３Ａ／ｄｍ^２以上０．８Ａ／ｄｍ^２以下の範囲内に設定する。

【0035】

銅亜鉛合金めっき皮膜を形成した後に、レジスト剥離液を用いてレジスト層４１を除去し、その後、脱合金処理を行う。
形成された銅亜鉛合金めっき皮膜の脱合金処理としては、薬液によるエッチング反応や電気化学的にアノード反応を進行させる方法等が挙げられる。本実施形態では、酸による脱合金を実施し、銅合金被膜を濃度が０．００２ｍｏｌ／Ｌ以上０．５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内の塩酸を含む２０℃以上３５℃以下の範囲内の温度の溶液に、めっき膜の厚さにもよるが３０分以上浸漬及び撹拌することにより銅亜鉛合金めっき皮膜から亜鉛を除去する脱合金を行う。これにより、第１Ｃｕピラー１１の接合面にポーラスＣｕ層３１が形成される。

【0036】

次いで、形成したポーラスＣｕ層３１を、エタノール、水、アセトン等の洗浄用溶媒で洗浄し、大気中で乾燥空気を用いて乾燥する。
なお、表面酸化を防ぐために、ベンゾトリアゾール及び界面活性剤を主成分とした防錆剤に所定時間浸漬することが好ましい。

【0037】

（直接めっき法）
直接めっき法においては、銅イオン電析抑制剤であるアゾール系の添加剤を用いたＣｕめっき液を用いて、第１Ｃｕピラー１１の接合面に対して電解めっきすることにより、ポーラスな構造のポーラスＣｕ層３１を形成する。ポーラスＣｕ層３１を形成した後に、レジスト剥離液を用いてレジスト層４１を除去する。
この直接めっき法では、Ｃｕめっき液に含まれる添加剤の種類および含有量、めっき条件を制御することにより、所望の空孔率と形状を有するポーラスＣｕ層３１を形成することが可能となる。

【0038】

Ｃｕめっき液としては、可溶性銅塩と、銅イオン電析抑制剤である五員環中に２個以上３個以下の窒素原子を有するアゾール化合物と、酸と、水とを含む酸性電解銅めっき液を用いる。なお、必要に応じて、光沢剤、界面活性剤、酸化防止剤等を添加することも可能である。
なお、Ｃｕめっき液においては、銅濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ以上であり、前記アゾール化合物濃度が１０ｍｍｏｌ／Ｌ以上５０ｍｍｏｌ／Ｌ以下であり、塩素塩化物イオン濃度が１０ｐｐｍ以下のものを用いる。

【0039】

可溶性銅塩の具体例としては、硫酸銅、酸化銅、炭酸銅；メタンスルホン酸銅、プロパン酸銅等のアルカンスルホン酸銅；イセチオン酸銅、プロパノールスルホン酸銅等のアルカノールスルホン酸銅；酢酸銅、クエン酸銅、酒石酸銅などの有機酸銅などが挙げられる。これらは１種又は２種以上混合して使用することができる。

【0040】

更に、酸としては、有機酸又は無機酸が挙げられる。これらを例示すれば、硫酸；メタンスルホン酸、プロパンスルホン酸等のアルカンスルホン酸類；イセチオン酸、プロパノールスルホン酸等のアルカノールスルホン酸類；クエン酸、酒石酸などの有機酸類等が挙げられる。これらは、１種又は２種以上混合して使用することができる。水としては、イオン交換水、蒸留水等の純水が挙げられる。

【0041】

また、めっき条件としては、例えば、直流電源を用いて、電流密度を０．１Ａ／ｄｍ^２～５Ａ／ｄｍ^２程度、好ましくは０．４Ａ／ｄｍ^２～１．０Ａ／ｄｍ^２にし、所望のポーラスＣｕ層１２が形成できるめっき時間を選択する。
上記条件でＣｕめっきを行うと、銅イオンとともに銅イオン電析抑制剤であるアゾール化合物も、第１Ｃｕピラー１１の接合面であるカソード面に吸着する。アゾール化合物の存在により銅イオンの電析が強く抑制され、銅の核生成が優先され、カソード面に銅めっき皮膜としてポーラスＣｕ層３１が形成される。

【0042】

＜拡散防止層形成工程Ｓ０３＞
第２Ｃｕピラー２１の接合面に拡散防止層２２を形成する。本実施形態では、レジスト層５１を形成した状態で、Ｎｉめっきを行うことにより、Ｎｉからなる拡散防止層２２を形成する。

【0043】

＜はんだ層形成工程Ｓ０４＞
次に、第２Ｃｕピラー２１の接合面に形成した拡散防止層２２に積層するように、はんだ材を配設してはんだ層３２を形成する。本実施形態では、レジスト層５１を形成した状態で、はんだ材をめっきすることにより、はんだ層３２を形成する。はんだ層３２を形成した後に、レジスト剥離液を用いてレジスト層５１を除去する。
ここで、はんだ層３２の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
また、はんだ材としては、ＩｎまたはＩｎ合金で構成されており、具体的には、はんだ層３２は、Ｉｎ－Ｓｎ合金（Ｓｎ濃度は０ｍａｓｓ％以上７５ｍａｓｓ％以下）とされている。
なお、はんだ層３２を構成するはんだ材は、α線の発生量が少ない低α線材料を用いることが好ましい。

【0044】

＜積層工程Ｓ０５＞
次に、図３に示すように、接合面にポーラスＣｕ層３１を形成した第１Ｃｕピラー１１と、接合面に拡散防止層２２およびはんだ層３２を形成した第２Ｃｕピラー２１を積層する。

【0045】

＜接合工程Ｓ０６＞
次に、図３に示すように、積層した第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー２１とを積層方向に加圧しながら加熱し、第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー２１とを接合する。これにより、第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー２１とが接合されたピラー接合体１が製造される。

【0046】

本実施形態では、はんだ層３２が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層３１とが相互に拡散することによって接合するＳＬＩＤ法によって、第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー２１とを接合している。
すなわち、はんだ層３２が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層３１とが相互に拡散することにより、金属間化合物層３３が形成され、第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー２１とが接合することになる。

【0047】

本実施形態においては、接合工程Ｓ０６における加圧荷重が０．１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の範囲内であることが好ましい。
また、本実施形態においては、接合工程Ｓ０６における接合温度は１２０℃以上２００℃以下の範囲内であることが好ましい。
さらに、本実施形態においては、接合工程Ｓ０６における接合温度での保持時間は１０秒以上３分以下の範囲内であることが好ましい。

【0048】

以上のような構成とされた本実施形態であるＣｕピラー接合体１によれば、第１Ｃｕピラー１１および第２Ｃｕピラー２１との間に形成された接合層３０が、第１Ｃｕピラー１１側に形成されたポーラスＣｕ層３１と、第２Ｃｕピラー２１側に形成されたはんだ層３２と、ポーラスＣｕ層３１とはんだ層３２との間に形成された金属間化合物層３３と、を有しており、ポーラスＣｕ層３１における空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされているので、低温・短時間の条件でも、はんだ層３２が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層３１とが十分に相互拡散して金属間化合物の生成が促進されることになり、低融点のはんだ材が多く残存することが抑制され、熱信頼性に優れている。

【0049】

本実施形態であるＣｕピラー接合体１において、第２Ｃｕピラー２１の接合面に拡散防止層２２が形成されている場合には、はんだ層１３を構成する金属元素が第２Ｃｕピラー２１側へ拡散することを抑制でき、はんだ層３２が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層３１とが十分に相互拡散して金属間化合物の生成が促進されることになり、第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー１２とを確実に接合することができる。

【0050】

本実施形態であるＣｕピラー接合体１において、はんだ層３２が、ＩｎまたはＩｎ合金で構成されている場合には、２００℃以下の低温条件でも液相を生じさせることができ、ＳＬＩＤ法によって、第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー１２とを確実に接合することができる。

【0051】

本実施形態であるＣｕピラー接合体１の製造方法によれば、第１Ｃｕピラー１１の接合面に空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされたポーラスＣｕ層３１を形成し、はんだ層３２を介して第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー１２とを積層し、１２０℃以上２００℃以下の温度で加熱処理しているので、はんだ層３２が溶融した液相と固相のポーラスＣｕ層３１とが十分に相互拡散して金属間化合物の生成が促進され、低融点のはんだ材が多く残存することが抑制され、熱信頼性に優れたピラー接合体１を作製することができる。

【0052】

本実施形態であるＣｕピラー接合体１の製造方法において、第２Ｃｕピラー２１の接合面に拡散防止層２２を形成する拡散防止層形成工程Ｓ０３を有している場合には、はんだ層３２を構成する金属元素が第２Ｃｕピラー２１へ拡散することを抑制でき、第１Ｃｕピラー１１と第２Ｃｕピラー２１とを確実に接合することができる。

【0053】

また、本実施形態において、はんだ層３２を構成するはんだ材として、α線の発生量が少ない低α線材料を用いた場合には、本実施形態であるピラー接合体１を備えた半導体デバイスにおけるソフトエラーの発生を抑制でき、安定して使用可能な半導体デバイスを構成することができる。

【0054】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、Ｎｉからなる拡散防止層２２を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、拡散防止層を形成しないものであってもよい。

【0055】

また、本実施形態では、第１Ｃｕピラー側にポーラスＣｕ層を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、図４に示すピラー接合体１０１のように、第２Ｃｕピラー２１側に第２ポーラスＣｕ層３４を形成し、この第２ポーラスＣｕ層３４に接するようにはんだ層３１を形成してもよい。この場合、はんだ層３１とポーラスＣｕ層３４との間に第２金属間化合物層３５が形成されることになる。

【実施例0056】

以下に、本発明の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。

【0057】

まず、ウェハ表面にシード層が形成されたＳｉウェハ（厚さ：０．８ｍｍ）を用いた。シード層は、ウェハ表面にチタン層（厚さ：１００ｎｍ）とこのチタン層の上に銅層（厚さ：５００ｎｍ）をそれぞれスパッタリングにより形成した。
このＳｉウェハ表面をフォトレジストで７５μｍ径バンプパターン（バンプ総数６２５）を有するようにパターニングして、シード層上に開口部付きのレジスト層を形成した。

【0058】

本発明例１～１２においては、上述のウェハを第１ウェハとし、この第１ウェハの一面に、第１ＣｕピラーおよびポーラスＣｕ層を形成した。なお、比較例１においては、ポーラスＣｕ層を形成しなかった。

【0059】

ここで、本発明例１～６および比較例２においては、脱合金法によってポーラスＣｕ層を形成した。
銅－亜鉛合金電気めっき液を用いて銅－亜鉛合金電気めっきを行った。表１に本発明例１～７の脱合金法のめっき条件を示す。
銅－亜鉛合金めっき層を形成した後に、ドライフィルム用レジスト剥離液によりレジスト層を溶解して除去した。次いで、エッチング液を用いて、銅－亜鉛合金めっき層が形成されていない部分のシード層を除去した。次に、銅－亜鉛合金めっき層を、濃度１．００モル／Ｌの塩酸を含む２７℃の溶液に浸漬し、溶液を７０分間攪拌することにより、銅－亜鉛合金めっき層から亜鉛を除去して脱合金した。

【0060】

【表1】

【0061】

本発明例７～１２および比較例３においては、直接めっき法によってポーラスＣｕ層を形成した。
銅めっき浴を用いて銅めっきを行った。表２に本発明例７～１２および比較例３の直接めっき法のめっき条件を示す。
直接めっき法では、ポーラス銅めっきを行った後に、ドライフィルム用レジスト剥離液によりレジスト層を溶解して除去し、シード層のエッチングを行った。

【0062】

【表2】

【0063】

また、上述のウェハを第２ウェハとし、この第２ウェハの一面に、第２Ｃｕピラー、Ｎｉからなる拡散防止層、はんだ材層を、めっきによって形成した。それぞれの厚さは、表３に示すものとした。

【0064】

そして、表３に示す第１Ｃｕピラー第２Ｃｕピラーを積層し、Ｔｒｅｋｙ製の高精度フリップチップボンダーＴ－３００－ＰＲＯを用いて、位置合わせを実施した後、窒素雰囲気中で０．１ＭＰａの圧力で加圧し、表３に示す接合温度で１分保持の条件で加熱処理することにより、第１Ｃｕピラーと第２Ｃｕピラーとを接合し、ピラー接合体を得た。

【0065】

ここで、形成したポーラスＣｕ層における平均空孔度Ｐ_ａｖｅを、以下のようにして算出した。
ポーラスＣｕ層の断面を走査型電子顕微鏡で画像解析することにより、ポーラスＣｕ層の全面積Ｓ１と、ポーラスＣｕ層中の空孔部分の面積Ｓ２を求め、以下の式により、空孔度Ｐを算出した。
空孔度Ｐ（％）＝（Ｓ２／Ｓ１）×１００
そして、空孔度Ｐを３箇所で算出し、空孔度Ｐの平均値として平均空孔度Ｐ_ａｖｅを算出した。評価結果を表３に示す。

【0066】

また、ピラー接合体の接合部分を断面観察し、接合部分における金属化合物の生成状況（ＩＭＣ化）を評価した。
ピラー接合体の接合層の断面をＣＰ加工し、ＳＥＭ像と、Ｃｕおよびはんだ材の金属（Ｉｎ，Ｓｎ）のＥＤＳマップを得た。はんだ材の金属（Ｉｎ，Ｓｎ）とＣｕのＥＤＳマップの重複した部分を金属間化合物とした。そして、以下の式によって、接合部分における金属化合物の面積率（ＩＭＣ化率）を算出した。
ＩＭＣ化率（％）＝（はんだ材（Ｉｎ，Ｓｎ）とＣｕのＥＤＳ重複面積）／（はんだ材（Ｉｎ，Ｓｎ）のＥＤＳ面積）×１００

【0067】

上述のＩＭＣ化率（％）が９０％以上の場合を「良」、ＩＭＣ化率（％）が５０％以上９０％未満の場合を「可」、ＩＭＣ化率（％）が５０％未満の場合を「不可」と評価した。評価結果を表３に示す。

【0068】

【表3】

【0069】

ポーラスＣｕ層を形成しなかった比較例１においては、２００℃、１分の条件では、金属間化合物が十分に生成せず、低融点のはんだ層が多く残存した。
ポーラスＣｕ層の空孔率が８５％とされた比較例２においては、１５０℃、１分の条件では、金属間化合物が十分に生成せず、低融点のはんだ層が多く残存した。
ポーラスＣｕ層の空孔率３％とされた比較例３においては、２００℃、１分の条件では、金属間化合物が十分に生成せず、低融点のはんだ層が多く残存した。

【0070】

これに対して、空孔率が５％以上８０％以下の範囲内とされたポーラスＣｕ層を形成した本発明例１～１２においては、金属間化合物が十分に生成し、低融点のはんだ層の残存を抑えることができた。

【0071】

以上の確認実験の結果から、本発明例によれば、低温・短時間の条件でも、金属間化合物を十分に形成でき、はんだ層が多く残存せずに熱信頼性に優れたＣｕピラー接合体、および、Ｃｕピラー接合体の製造方法を提供可能であることが確認された。

【符号の説明】

【0072】

１，１０１ Ｃｕピラー接合体
１１ 第１Ｃｕピラー
２１ 第２Ｃｕピラー
３０ 接合層
３１ ポーラスＣｕ層
３２ はんだ層
３３ 金属間化合物層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】