電子器件用的接合構(gòu)造和電子器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異的接合強(qiáng)度的電子器件用的接合構(gòu)造。本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面所涉及的電子器件用的接合構(gòu)造（10）具備包含鎳的第1金屬層（11）、以及形成在第1金屬層（11）之上且包含金、錫和鎳的第2金屬層（12），第2金屬層（12）包含AuSn共晶相。
【專利說(shuō)明】電子器件用的接合構(gòu)造和電子器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子器件用的接合構(gòu)造和具備該接合構(gòu)造的電子器件。

【背景技術(shù)】
[0002]將構(gòu)成電子器件的構(gòu)件彼此經(jīng)由AuSn類釬焊材料來(lái)接合的方法是眾所周知的(例如參照專利文獻(xiàn)I)?！扳F焊材料(braze material)”是指熔點(diǎn)比被接合的構(gòu)件(基板或者導(dǎo)體層等)低的合金。在使用了 AuSn類釬焊材料的接合中，在被接合的一對(duì)構(gòu)件的各表面預(yù)先形成Au鍍層。然后，通過(guò)對(duì)夾在一對(duì)Au鍍層之間的AuSn類釬焊材料進(jìn)行加熱并使其熔融，從而在構(gòu)件間形成有接合構(gòu)造，構(gòu)件彼此被該接合構(gòu)造電連接。在該接合方法中，Au鍍層提高了 AuSn類釬焊材料對(duì)構(gòu)件表面的浸潤(rùn)性。
[0003][專利文獻(xiàn)I]
[0004]日本特開2005-262317號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在使用了現(xiàn)有的AuSn類釬焊材料的接合方法中，在由AuSn類釬焊材料形成的AuSn層與和其相鄰接的Au層(來(lái)自于Au鍍層的層)的界面(接合界面)，容易產(chǎn)生氣泡(void)或裂縫(crack)。若對(duì)在接合界面上形成有氣泡或裂縫的接合構(gòu)造施加剪切力，貝Ij接合構(gòu)造容易在接合界面上破損。即，在使用現(xiàn)有的AuSn類釬焊材料而形成的接合構(gòu)造中，難以達(dá)到構(gòu)件間的足夠的接合強(qiáng)度。因此，若對(duì)具備現(xiàn)有的接合構(gòu)造的電子器件施加掉落等沖擊，則接合構(gòu)造容易破損，構(gòu)件間的電連接破斷。
[0006]本發(fā)明有鑒于上述情況，其目的在于提供具有優(yōu)異的接合強(qiáng)度的電子器件用的接合構(gòu)造、以及具備該接合構(gòu)造的電子器件。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面所涉及的電子器件用的接合構(gòu)造(接合構(gòu)造體)具備包含鎳(Ni)的第I金屬層、以及形成在第I金屬層之上并包含金(Au)、錫(Sn)和鎳(Ni)的第2金屬層，第2金屬層包含AuSn共晶相。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面所涉及的電子器件用的接合構(gòu)造中，在第2金屬層上位于第I金屬層一側(cè)的部分可以存在有AuSnNi合金相。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面所涉及的電子器件用的接合構(gòu)造中，在第2金屬層上位于與第I金屬層相反側(cè)的部分，可以存在有AuSn共晶相。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面所涉及的電子器件用的接合構(gòu)造中，鎳可以在AuSn共晶相內(nèi)不均勻。
[0011 ] 在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面所涉及的電子器件用的接合構(gòu)造中，在AuSn共晶相內(nèi)不均勻的鎳的周圍，Sn可以不均勻。
[0012]在上述樣態(tài)中，在第2金屬層中的位于第I金屬層一側(cè)的部分是包含AuSnNi合金相的AuSnNi合金層，AuSnNi合金層內(nèi)的鎳的濃度可以伴隨著與第I金屬層的距離增加而減小。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面所涉及的電子器件用的接合構(gòu)造中，第I金屬層內(nèi)的鎳的濃度可以伴隨著與第2金屬層的距離減小而減小。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面所涉及的電子器件具備上述接合構(gòu)造(接合構(gòu)造體)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，提供具有優(yōu)異的接合強(qiáng)度的電子器件用的接合構(gòu)造、以及具備該接合構(gòu)造的電子器件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明所涉及的電子器件的實(shí)施方式的截面的示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明所涉及的接合構(gòu)造的實(shí)施方式的截面的示意圖。
[0018]圖3 (a)和圖3 (b)是表示本發(fā)明所涉及的接合構(gòu)造的制造方法的實(shí)施方式的示意圖。
[0019]圖4是由掃描電子顯微鏡(SEM)拍攝的實(shí)施例1的接合構(gòu)造的截面的照片，并且是表示由能量色散X射線光譜儀(EDS)分析的部位的圖。
[0020]圖5是由SEM拍攝的實(shí)施例2的接合構(gòu)造的截面的照片，并且是表示由EDS分析的部位的圖。
[0021]圖6是由SEM拍攝的實(shí)施例4的接合構(gòu)造的截面的照片，并且是表示由EDS分析的部位的圖。
[0022]圖7 (a)是由SEM拍攝的實(shí)施例5的接合構(gòu)造的截面的照片，圖7 (b)是圖7 (a)的放大圖，并且是表示由EDS分析的部位的圖。
[0023]圖8是由SEM拍攝的比較例I的接合構(gòu)造的截面的照片，并且是表示由EDS分析的部位的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，根據(jù)情況參照附圖并就本發(fā)明所涉及的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。但是，本發(fā)明并不限定于以下所述實(shí)施方式。再有，在各個(gè)附圖中，對(duì)相同或者同等的構(gòu)成要素賦予相同的符號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。圖1?3只不過(guò)是示意圖，接合構(gòu)造和電子器件的形狀和縱橫比不限定于圖1?3所示的情況。
[0025](接合構(gòu)造和電子器件)
[0026]圖1是本實(shí)施方式的電子器件100 (模塊)的截面圖。在此，截面是指在垂直于第I基板40和第2基板60的表面的方向(基板互相相對(duì)的方向)上的截面。本實(shí)施方式的電子器件100可以具備第I基板40、第2基板60、芯片90、以及接合構(gòu)造10。接合構(gòu)造10位于第I基板40與第2基板60之間，接合第I基板40與第2基板60，并將它們電連接。另夕卜，接合構(gòu)造10位于第2基板60與芯片90之間，接合第2基板60與芯片90，并將它們電連接。再有，電子器件100可以具備被接合構(gòu)造10接合的一對(duì)電子部件(例如半導(dǎo)體元件)。
[0027]第I基板40和第2基板60可以是由Si或陶瓷等無(wú)機(jī)物構(gòu)成的基板。另外，第I基板40和第2基板60也可以是由樹脂等有機(jī)化合物構(gòu)成的基板(例如主機(jī)板)。但是，第I基板40和第2基板60可以由具有比接合構(gòu)造10的形成所需要的加熱溫度更高的熔點(diǎn)的無(wú)機(jī)物構(gòu)成。原因在于，由熔點(diǎn)高的無(wú)機(jī)物構(gòu)成的第I基板40和第2基板60難以通過(guò)接合構(gòu)造10的形成所需要的加熱而熔融，難以損傷。芯片90只要是半導(dǎo)體元件等電子部件即可。
[0028]圖2是本實(shí)施方式所涉及的電子器件用的接合構(gòu)造10的截面圖。在此，截面是指在垂直于第I基板40和第2基板60的表面的方向(基板互相相對(duì)的方向)上的截面。在第I基板40上形成有導(dǎo)體層15。接合構(gòu)造10具備層疊在導(dǎo)體層15上的第I金屬層11、以及層疊在第I金屬層11上的第2金屬層12。第I金屬層11包含鎳。第2金屬層12包含金、錫和鎳。第2金屬層12還包含AuSn共晶相。在此，共晶是指通過(guò)2種以上的熔融的金屬的冷卻而同時(shí)晶析的2種以上的合金的混合物。在AuSn共晶相的一部分中除了金和錫以外還可以包含鎳。導(dǎo)體層15對(duì)于接合構(gòu)造10來(lái)說(shuō)并不是必須的，但是通過(guò)設(shè)置由金、銀、銅、或鋁等在電傳導(dǎo)性上優(yōu)異的物質(zhì)所構(gòu)成的導(dǎo)體層15，能夠提高第I基板40與第2基板60之間的電傳導(dǎo)性。另外，在導(dǎo)體層15與各基板之間，也可以設(shè)置由鈦等構(gòu)成的籽晶(seed)層16，17。通過(guò)籽晶層16，17，能夠提高導(dǎo)體層15與各基板的密接性。
[0029]第I金屬層11和第2金屬層12的組成在含有鎳的這點(diǎn)上是連續(xù)的，且第2金屬層12包含AuSn共晶相。因此，在接合構(gòu)造10中，在大致平行于第I基板40或第2基板60的表面的方向上的剪切力作用于接合構(gòu)造10的情況下，第2金屬層12的第2基板60側(cè)的界面上的破損、以及第I金屬層11與第2金屬層12的界面上的破損被抑制。在這點(diǎn)上，本實(shí)施方式的接合構(gòu)造10與現(xiàn)有的接合構(gòu)造相比在接合強(qiáng)度上優(yōu)異。換言之，本實(shí)施方式的接合構(gòu)造10在對(duì)剪切力的耐久性上優(yōu)異。因此，即使對(duì)電子器件100施加沖擊(例如掉落所引起的沖擊)，接合構(gòu)造10也難以破損，并且接合構(gòu)造10上的電連接也難以破斷。另外，接合構(gòu)造10與現(xiàn)有的接合構(gòu)造相比在耐熱性上也優(yōu)異。
[0030]AuSn共晶相中的金的濃度并沒(méi)有特別的限定，相對(duì)于AuSn共晶相整體可以為60?80原子％或66?77原子％左右。AuSn共晶相中的錫的濃度并沒(méi)有特別的限定，相對(duì)于AuSn共晶相整體可以為20?40原子％或23?32原子％左右。AuSn共晶相中的鎳的濃度并沒(méi)有特別的限定，相對(duì)于AuSn共晶相整體可以為O?10原子％或O?6原子％左右。再有，在本實(shí)施方式中元素的濃度與元素含有率同義。
[0031]在第2金屬層12中的位于第I金屬層一側(cè)的部分，AuSnNi合金相可以不均勻。AuSnNi合金相是指由包含Au、Sn和Ni的合金所構(gòu)成的相。該AuSnNi合金相可以抵接于第I金屬層11的表面。第2金屬層12中的位于第I金屬層一側(cè)的部分是包含AuSnNi合金相的AuSnNi合金層13。AuSnNi合金層13可以僅由AuSnNi合金相所構(gòu)成。通過(guò)第2金屬層12內(nèi)的AuSnNi合金相在第I金屬層一側(cè)不均勻，從而會(huì)有接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度進(jìn)一步提高的傾向。再有，AuSnNi合金相可以是金、錫和鎳的金屬間化合物。
[0032]AuSnNi合金相中的金的濃度并沒(méi)有特別的限定,相對(duì)于AuSnNi合金相整體可以為25?55原子％或30?49原子％左右。AuSnNi合金相中的錫的濃度并沒(méi)有特別的限定，相對(duì)于AuSnNi合金相整體可以為25?45原子％或31?39原子％左右。AuSnNi合金相中的鎳的濃度并沒(méi)有特別的限定，相對(duì)于AuSnNi合金相整體可以為10?40原子％或15?35原子％左右。
[0033]在第2金屬層12中的位于與第I金屬層11相反側(cè)的部分，AuSn共晶相不均勻。即，在第2金屬層12中的位于第2基板60側(cè)的部分，可以存在有AuSn共晶相。第2金屬層12中的位于與第I金屬層相反側(cè)的部分可以是包含AuSn共晶相的AuSn共晶層14。AuSn共晶層14可以僅由AuSn共晶相所構(gòu)成。AuSn共晶相可以與第I金屬層11分隔。AuSn共晶相的一部分可以抵接于第I金屬層11的表面。通過(guò)上述般的AuSn共晶相的不均勻，從而會(huì)有接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度進(jìn)一步提高的傾向。
[0034]第2金屬層12可以包含富Au相或富Sn相。富Au相是指AuSn共晶相的一部分且金不均勻的部分。富Au相中的金的濃度(單位:原子％)有比AuSn共晶相整體中的金的濃度(平均的濃度)更高的傾向。富Au相中的金的濃度有與富Sn相中的金的濃度相比要高的傾向。富Sn相是指AuSn共晶相的一部分且錫不均勻的部分。富Sn相中的錫的濃度(單位:原子％)有比AuSn共晶相整體中的錫的濃度(平均的濃度)更高的傾向。富Sn相中的錫的濃度有與富Au相中的錫的濃度相比要高的傾向。富Au相中的金的濃度并沒(méi)有特別的限定，可以為75?95原子％或80?90原子％。富Au相中的錫的濃度并沒(méi)有特別的限定，可以為5?25原子％或10?20原子％左右。富Sn相中的金的濃度并沒(méi)有特別的限定，可以為50?70原子％或51?65原子％左右。富Sn相中的錫的濃度并沒(méi)有特別的限定，可以為30?50原子％或35?49原子％左右。
[0035]鎳可以在AuSn共晶相內(nèi)不均勻。即，在AuSn共晶相內(nèi)，可以存在有鎳不均勻的相(Ni不均勻相)。Ni不均勻相是指AuSn共晶相的一部分即合金相且是鎳的濃度比AuSn共晶相整體中的鎳的濃度(平均的濃度)更高的相。通過(guò)Ni在AuSn共晶相內(nèi)不均勻，從而有接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度進(jìn)一步提高且接合構(gòu)造10的耐熱性也提高的傾向。
[0036]在AuSn共晶相內(nèi)不均勻的鎳的周圍，Sn不均勻。即，Ni不均勻相可以被富Sn相包圍。即，Ni不均勻相可以被富Sn相包合。通過(guò)Ni不均勻相僅被富Sn相包圍，從而有接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度進(jìn)一步提高且接合構(gòu)造10的耐熱性也提高的傾向。再有，Ni不均勻相可以被富Sn相和富Au相這兩相包圍。
[0037]第2金屬層12中的位于第I金屬層11 一側(cè)的部分是上述的AuSnNi合金層13，AuSnNi合金層13內(nèi)的鎳的濃度可以伴隨著與第I金屬層11的距離的增加而減小?；蛘?，AuSnNi合金相內(nèi)的鎳的濃度可以從最接近于第I金屬層11的位置朝著離第I金屬層11最遠(yuǎn)的位置而減小。即，AuSnNi合金層13或AuSnNi合金相中的鎳的濃度分布可以具有梯度，鎳的濃度在從第I金屬層11朝著第2金屬層12的方向上可以大致連續(xù)減小。通過(guò)第2金屬層12和第I金屬層11中的鎳的濃度分布是大致連續(xù)的，從而有接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度進(jìn)一步提聞的傾向。
[0038]第I金屬層11內(nèi)的鎳的濃度可以伴隨與第2金屬層12的距離的減小而減小。即，第I金屬層11中的鎳的濃度分布可以具有梯度，第I金屬層11內(nèi)的鎳的濃度在從第I金屬層11的內(nèi)部朝著第2金屬層12的方向上可以大致連續(xù)減小。由于第2金屬層12和第I金屬層11中的鎳的濃度分布是大致連續(xù)的，從而有接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度進(jìn)一步提高的傾向。
[0039]接合構(gòu)造10可以具備第I金屬層11、層疊在第I金屬層11上的上述AuSnNi合金層13、以及層疊在AuSnNi合金層13上的上述AuSn共晶層14。S卩，第2金屬層12包含AuSnNi合金層13和AuSn共晶層14,接合構(gòu)造10可以由上述3個(gè)層構(gòu)成。在接合構(gòu)造10具有這樣的三層構(gòu)造的情況下，各層容易相互密接，難以產(chǎn)生AuSn共晶層14與和其鄰接的層的界面(接合界面)上的破損。因此，有接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度容易提高的傾向。在AuSn共晶層14與第2基板60 (或籽晶層17)之間可以存在有僅由金構(gòu)成的Au相。在AuSn共晶層14與第2基板60(或籽晶層17)之間可以存在有僅由Au相構(gòu)成的Au相。S卩，Au層可以層疊在AuSn共晶層14上。在AuSn共晶層14與第2基板60 (或籽晶層17)之間可以存在有僅由AuSn合金構(gòu)成的AuSn合金相。在AuSn共晶層14與第2基板60 (或籽晶層17)之間可以存在有僅由AuSn合金相構(gòu)成的AuSn合金層。S卩,AuSn合金層可以層疊在AuSn共晶層14上。
[0040]第I金屬層11內(nèi)的鎳濃度并沒(méi)有特別的限定，相對(duì)于第I金屬層整體可以為70?100原子％左右。第I金屬層11可以含有磷、硫黃、碳等。通過(guò)含有這些元素，從而有第I金屬層11的硬度提高且接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度提高的傾向。
[0041]第I金屬層11的厚度并沒(méi)有特別的限定，可以為1.0?20 μ m左右。
[0042]第2金屬層12的厚度并沒(méi)有特別的限定，可以為1.0?10 μ m左右。
[0043]再有，接合構(gòu)造10內(nèi)的任意的位置上的各元素的濃度由以下的方法測(cè)定。首先，沿著第I金屬層11和第2金屬層12的層疊方向切斷接合構(gòu)造10。通過(guò)由上述EDS或俄歇電子光譜儀(AES)等方法來(lái)分析露出的接合構(gòu)造10的截面，從而各元素的濃度被指定。
[0044]接合構(gòu)造10所具備的各層的厚度由以下的方法測(cè)定。首先，沿著層疊方向切斷接合構(gòu)造10。使用例如上述SEM或透射電子顯微鏡(TEM)將露出的接合構(gòu)造10的截面放大10萬(wàn)倍左右來(lái)進(jìn)行觀察。然后，通過(guò)將在從截面任意挑選的多個(gè)部位(例如3個(gè)部位)上所測(cè)定的各層厚度進(jìn)行平均，而算出各層的厚度。
[0045](接合構(gòu)造的制造方法)
[0046]以下說(shuō)明本實(shí)施方式的接合構(gòu)造10的制造方法的一個(gè)例子。接合構(gòu)造10的制造方法具備在第I基板40表面形成第I前驅(qū)體構(gòu)造的工序、在第2基板60表面形成第2前驅(qū)體構(gòu)造的工序、以及接合第I前驅(qū)體構(gòu)造與第2前驅(qū)體構(gòu)造的工序。
[0047][第I前驅(qū)體構(gòu)造的形成工序]
[0048]圖3 (b)是示意性地表示形成在第I基板40上的第I前驅(qū)體構(gòu)造21的截面圖。第I前驅(qū)體構(gòu)造21由形成在第I基板40上的籽晶層16、形成在籽晶層16上的導(dǎo)體層15、形成在導(dǎo)體層15上且包含鎳作為主成分的鎳層23、以及形成在鎳層23上且包含錫作為主成分的錫層24所構(gòu)成。第I前驅(qū)體構(gòu)造21由以下的方法形成。
[0049]在第I基板40之上形成籽晶層16和導(dǎo)體層15。籽晶層16和導(dǎo)體層15只要通過(guò)濺射、化學(xué)氣相蒸鍍或鍍覆等形成即可。作為籽晶層16的材料，可以使用一般所使用的鈦或鉻等。籽晶層16提高第I基板40與導(dǎo)體層15的密接性。也可以不使籽晶層16介于中間而在第I基板40表面直接形成導(dǎo)體層15。作為構(gòu)成導(dǎo)體層15的金屬，只要使用例如銅、金、銀或鋁等在電傳導(dǎo)性上優(yōu)異的金屬即可。也可以進(jìn)行使用抗蝕膜的導(dǎo)體層15的圖案。在從第I基板40的表面(除去形成有導(dǎo)體層15的部分)剝離抗蝕膜和籽晶層16之前的時(shí)間點(diǎn)，可以通過(guò)電鍍或無(wú)電鍍來(lái)形成構(gòu)成第I前驅(qū)體構(gòu)造21的各層。在從第I基板40表面(除去形成有導(dǎo)體層15的部分)剝離抗蝕膜和籽晶層16之后，可以通過(guò)無(wú)電鍍?cè)趯?dǎo)體層15上形成構(gòu)成第I前驅(qū)體構(gòu)造21的各層。通過(guò)無(wú)電鍍，能夠容易地調(diào)整各層的位置和形狀。
[0050]根據(jù)需要進(jìn)行對(duì)導(dǎo)體層15的前處理后，將鎳層23形成在導(dǎo)體層15上。在導(dǎo)體層15由金、銀或銅或者主要包含它們的合金所構(gòu)成的情況下，作為前處理只要進(jìn)行脫脂、酸洗和活化處理等即可。在導(dǎo)體層15由鋁或鋁合金構(gòu)成的情況下，作為前處理只要脫脂、酸洗和鋅酸鹽(zincate)處理等即可。
[0051]鎳層23只要通過(guò)無(wú)電鍍鎳或電鍍鎳來(lái)形成即可。在無(wú)電鍍鎳中，從例如包含鎳鹽、絡(luò)合劑和還原劑的鍍液形成鎳層23?？梢允褂冒瑏喠姿嶙鳛檫€原劑的鍍液。通過(guò)使用包含次亞磷酸的鍍液，從而無(wú)電鍍鎳的作業(yè)性(鍍?cè)〉姆€(wěn)定性、以及鎳的析出速度)提高。無(wú)電鍍鎳液的溫度只要為50?95°C或60?90°C即可。無(wú)電鍍鎳液可以包含磷。無(wú)電鍍鎳液的PH只要為4.0?6.0左右即可。pH只要使用例如稀硫酸或氨水來(lái)調(diào)整即可。
[0052]在電鍍鎳中，只要使用例如包含硫酸鎳、氯化鎳以及硼酸的鍍液即可。另外，電鍍鎳液也可以包含磷。在此情況下，鍍液的PH只要為4.5?5.5即可。鍍液的溫度只要為40?60°C即可。鍍覆時(shí)的電流密度只要為I?7A/cm2即可。
[0053]在鎳層23上形成錫層24。錫層24可以例如通過(guò)還原性無(wú)電鍍錫或電鍍錫來(lái)形成。
[0054]在還原性無(wú)電鍍錫中，只要使用例如包含錫化合物、有機(jī)絡(luò)合劑、有機(jī)硫化合物、防氧化劑、以及還原劑(鈦化合物)的鍍液即可。鍍液的溫度只要為40?90°C左右或50?80°C左右即可。
[0055]在電鍍鎳中，只要采用弗洛斯坦法(ferrostan process)、鹵化法或堿法等即可。在弗洛斯坦法和鹵化法中，使用酸性鍍?cè)?。在弗洛斯坦法中，使用苯酚磺酸錫。在鹵化法中，使用氯化亞錫。在堿法中，使用以錫酸鈉為主成分的鍍液。
[0056]通過(guò)以上的工序，依次層疊有籽晶層16、導(dǎo)體層15、鎳層23和錫層24的第I前驅(qū)體構(gòu)造21形成在第I基板40上。
[0057][第2前驅(qū)體構(gòu)造的形成工序]
[0058]圖3 Ca)是示意性地表示形成在第2基板60上的第2前驅(qū)體構(gòu)造22的截面圖。第2前驅(qū)體構(gòu)造22由設(shè)置在第2基板60上的籽晶層17、以及形成在籽晶層17上的包含金的金層25所構(gòu)成。與第I前驅(qū)體構(gòu)造21的情況同樣地，通過(guò)在第2基板60之上形成籽晶層17并在籽晶層17上形成金層25，從而形成有第2前驅(qū)體構(gòu)造22。作為金層25的形成方法，可以列舉濺射法、化學(xué)氣相蒸鍍法、鍍覆法等。作為鍍覆，可以列舉無(wú)電鍍金或電鍍金。鍍液的種類沒(méi)有限定。
[0059][第I前驅(qū)體構(gòu)造21和第2前驅(qū)體構(gòu)造22的接合工序]
[0060]以第I前驅(qū)體構(gòu)造21的錫層24與第2前驅(qū)體構(gòu)造22的金層25相對(duì)的方式在第I基板40上載置第2基板60。
[0061]對(duì)第I前驅(qū)體構(gòu)造21和第2前驅(qū)體構(gòu)造22 —邊加熱一邊壓合。通過(guò)加熱，熔點(diǎn)低的錫層24比金層25更先熔融，錫層24浸潤(rùn)金層25的整個(gè)表面，并擴(kuò)展至金層25的整個(gè)表面。另外，鎳層23的一部分向錫層24內(nèi)移動(dòng)(擴(kuò)散)。然后，熔融的錫層24、金層25的至少一部分、以及向錫層24內(nèi)移動(dòng)的鎳發(fā)生混合。通過(guò)冷卻這些金屬，從而鎳層23成為第
I金屬層11，包含金、錫和鎳的第2金屬層12形成在第I金屬層11上且在第2金屬層12中AuSn共晶相析出。金層25的一部分可以無(wú)助于AuSn共晶相的形成而作為殘留層(鄰接于第2金屬層12的層)殘存下來(lái)。另外，該殘留層可以是金層25的一部分單獨(dú)殘存的Au相，也可以是金層25的一部分與熔融的錫相混合的AuSn合金相。但是，在該殘留層實(shí)質(zhì)上僅由單一金屬(Au單質(zhì))或單一合金(AuSn合金)中的任一種所構(gòu)成方面上,殘留層與AuSn共晶相有區(qū)別。
[0062]通過(guò)上述的工序，形成有接合構(gòu)造10，且第I基板40與第2基板60經(jīng)由接合構(gòu)造10而接合。
[0063]假如不存在鎳層23的情況下，有時(shí)在接合工序中構(gòu)成錫層24的錫原子向?qū)w層15過(guò)度地移動(dòng)(擴(kuò)散)而形成有脆的錫合金。但是，在本實(shí)施方式中，鎳層23抑制錫從錫層24向?qū)w層15的移動(dòng)，并抑制從導(dǎo)體層15和錫生成脆的錫合金的反應(yīng)。通過(guò)抑制脆的錫合金的生成，從而接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度提高。
[0064]在接合工序中，可以將第I前驅(qū)體構(gòu)造21和第2前驅(qū)體構(gòu)造22加熱至280?400°C。另外，可以將第I前驅(qū)體構(gòu)造21和第2前驅(qū)體構(gòu)造22加熱0.1?120秒。在加熱溫度和加熱時(shí)間為這些范圍內(nèi)的情況下，錫層24容易熔融，并容易形成有在接合強(qiáng)度上優(yōu)異的接合構(gòu)造10。
[0065]在接合工序中，只要使用倒裝貼片焊接機(jī)(flip chip bonder)或回流爐(reflowoven)來(lái)加熱第I前驅(qū)體構(gòu)造21和第2前驅(qū)體構(gòu)造22即可。
[0066]第I金屬層11的組成和厚度、第2金屬層12的組成和厚度、第2金屬層12內(nèi)的各相的組成根據(jù)以下的條件自由控制。
[0067]鎳層23的組成、厚度和鍍覆法。
[0068]錫層24的組成、厚度和鍍覆法。
[0069]金層25的組成、厚度和鍍覆法。
[0070]接合工序中的加熱溫度和加熱時(shí)間。
[0071]根據(jù)上述的接合構(gòu)造10的制造方法,抑制在構(gòu)成接合構(gòu)造10的各層間發(fā)生氣泡(void)和裂縫(crack),且接合構(gòu)造10的接合強(qiáng)度提高。
[0072]在使用現(xiàn)有的AuSn釬焊材料的接合構(gòu)造中，有必要在被接合的一對(duì)構(gòu)件的雙方設(shè)置金層。但是，在本實(shí)施方式中，通過(guò)僅在構(gòu)件的一方(第2基板60)設(shè)置金層25，從而能夠制造在接合強(qiáng)度上優(yōu)異的接合構(gòu)造10。因此，在本實(shí)施方式中，昂貴的金的使用量少，接合構(gòu)造10的制造成本降低。
[0073]第2金屬層12中的AuSn共晶相的熔點(diǎn)比Sn-Ag類合金等現(xiàn)有焊料的熔點(diǎn)高。因此，在需要2次以上的接合的電子器件的制造中，形成本實(shí)施方式的接合構(gòu)造10作為I次接合。在該I次接合之后，使用熔點(diǎn)比AuSn共晶相低的焊料來(lái)進(jìn)行2次接合。在2次接合中被加熱的焊料的溫度(焊料的熔點(diǎn))下，包含AuSn共晶相的第2金屬層12難以熔融?？傊?，本實(shí)施方式的接合構(gòu)造10在耐熱性上優(yōu)異，因而在需要多次的接合(加熱工序)的電子器件的制造過(guò)程中難以劣化。
[0074]再有，以與上述的本實(shí)施方式同樣的方法，可以通過(guò)接合構(gòu)造10來(lái)接合基板與電子部件，也可以通過(guò)接合構(gòu)造10來(lái)接合電子部件彼此。
[0075][實(shí)施例]
[0076]以下，使用實(shí)施例和比較例來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，但是本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施例。
[0077](實(shí)施例1)
[0078][第I前驅(qū)體構(gòu)造的形成工序]
[0079]準(zhǔn)備硅基板作為第I基板。第I基板的尺寸為10 X IOmm,第I基板的厚度為0.6mm。在第I基板的表面(被接合部位)形成由鈦構(gòu)成的籽晶層后，通過(guò)電鍍將由銅構(gòu)成的導(dǎo)體層形成在籽晶層上。此時(shí)，通過(guò)使用了抗蝕膜的圖案來(lái)調(diào)整導(dǎo)體層的尺寸和厚度。導(dǎo)體層的厚度為5 μ m，導(dǎo)體層的尺寸為100X 100 μ m。
[0080]將抗蝕膜和籽晶層從第I基板的表面(除去形成有導(dǎo)體層的部分)剝離。將形成了導(dǎo)體層的第I基板浸潰于包含次亞磷酸根離子(還原劑)的無(wú)電鍍鎳液，從而將厚度為3μπι的鎳層形成在導(dǎo)體層的表面。鎳層是由主成分即鎳和磷構(gòu)成。鎳層中的磷的濃度為17at%(原子％)。
[0081]將形成了鎳層的第I基板浸潰于包含3價(jià)鈦離子(還原劑)的無(wú)電鍍錫液，從而將厚度為0.5 μ m的錫層形成鎳層的表面。通過(guò)以上的工序，將第I前驅(qū)體構(gòu)造形成在第I基板上。
[0082][第2前驅(qū)體構(gòu)造的形成工序]
[0083]準(zhǔn)備硅基板作為第2基板。第2基板的尺寸為0.2X0.2mm，第2基板的厚度為
0.6_。接著，在第2基板的被接合部位，以上述方法形成籽晶層。通過(guò)電鍍金，將金層形成在籽晶層的表面。此時(shí)，通過(guò)使用了抗蝕膜的圖案來(lái)調(diào)整金層的尺寸和厚度。金層的尺寸為100X 100 μ m，金層的厚度為1.7μπι。通過(guò)以上的工序，將第2前驅(qū)體構(gòu)造形成在第2基板上。
[0084][第I前驅(qū)體構(gòu)造和第2前驅(qū)體構(gòu)造的接合工序]
[0085]以第I前驅(qū)體構(gòu)造的錫層與第2前驅(qū)體構(gòu)造的金層相對(duì)的方式，在第I基板上載置第2基板。通過(guò)將該第I前驅(qū)體構(gòu)造和第2前驅(qū)體構(gòu)造在氮氛圍氣中加熱至300°C保持60秒，從而壓合兩者并驟冷。在該熱壓合中使用倒裝貼片焊接機(jī)。通過(guò)以上的工序，制作實(shí)施例I的接合構(gòu)造。
[0086](實(shí)施例2)
[0087]除了令第I前驅(qū)體構(gòu)造的錫層的厚度為1.1 μ m以外，以與實(shí)施例1同樣的方法制作實(shí)施例2的接合構(gòu)造。
[0088](實(shí)施例3)
[0089]除了在熱壓合中將第I前驅(qū)體構(gòu)造和第2前驅(qū)體構(gòu)造加熱至320°C以外，以與實(shí)施例2同樣的方法制作實(shí)施例3的接合構(gòu)造。
[0090](實(shí)施例4)
[0091]除了令第I前驅(qū)體構(gòu)造的錫層的厚度為1.6 μ m以外，以與實(shí)施例3同樣的方法制作實(shí)施例4的接合構(gòu)造。
[0092](實(shí)施例5)
[0093]除了在熱壓合中將第I前驅(qū)體構(gòu)造和第2前驅(qū)體構(gòu)造加熱至340°C以外，以與實(shí)施例4同樣的方法制作實(shí)施例5的接合構(gòu)造。
[0094](實(shí)施例6)
[0095]除了令第2前驅(qū)體構(gòu)造的金層的厚度為3.0 μ m以外，以與實(shí)施例4同樣的方法制作實(shí)施例6的接合構(gòu)造。
[0096](實(shí)施例7)
[0097]除了在熱壓合中將第I前驅(qū)體構(gòu)造和第2前驅(qū)體構(gòu)造加熱至340°C以外，以與實(shí)施例6同樣的方法制作實(shí)施例7的接合構(gòu)造。
[0098](實(shí)施例8)
[0099]在實(shí)施例8的第I前驅(qū)體構(gòu)造的制作過(guò)程中，在將抗蝕膜和籽晶層從第I基板的表面剝離之前，使用不含磷的電鍍鎳液來(lái)形成鎳層，由電鍍錫來(lái)形成錫層。其后，將抗蝕膜和籽晶層從第I基板的表面(除去形成有導(dǎo)體層的部分)剝離。實(shí)施例8的鎳層僅由鎳構(gòu)成。除了鎳層和錫層的形成方法以外，以與實(shí)施例6同樣的方法制作實(shí)施例8的接合構(gòu)造。
[0100](實(shí)施例9)
[0101]除了由包含磷的電鍍鎳液來(lái)形成第I前驅(qū)體構(gòu)造的鎳層以外，以與實(shí)施例8同樣的方法制作實(shí)施例9的接合構(gòu)造。
[0102](實(shí)施例10)
[0103]除了由電鍍金來(lái)形成第I前驅(qū)體構(gòu)造的導(dǎo)體層以外，以與實(shí)施例6同樣的方法制作實(shí)施例10的接合構(gòu)造。實(shí)施例10的第I前驅(qū)體構(gòu)造的導(dǎo)體層是由金構(gòu)成的層，其厚度為 I μ m。
[0104](比較例I)
[0105]準(zhǔn)備與實(shí)施例相同的硅基板作為第I基板。在第I基板的被接合部位形成由鈦構(gòu)成的籽晶層。通過(guò)電鍍銅，將由銅構(gòu)成的導(dǎo)體層形成在籽晶層的表面。此時(shí)，通過(guò)使用了抗蝕膜的圖案來(lái)調(diào)整導(dǎo)體層的尺寸和厚度。導(dǎo)體層的尺寸為100X 100 μ m，導(dǎo)體層的厚度為
5μ m0
[0106]將抗蝕膜和籽晶層從第I基板的表面(除去形成有導(dǎo)體層的部分)剝離。將形成了導(dǎo)體層的第I基板浸潰于包含次亞磷酸根離子(還原劑)的無(wú)電鍍鎳液，從而將厚度為3μπι的鎳層形成在導(dǎo)體層的表面。鎳層是由主成分即鎳和磷所構(gòu)成。鎳層中的磷的濃度為17at%(原子％)。
[0107]通過(guò)無(wú)電鍍金，將厚度為1.Ομπι的金層形成在鎳層的表面。
[0108]通過(guò)濺射法，將厚度為2 μ m的AuSn釬焊層形成在金層的表面。AuSn釬焊層由現(xiàn)有的AuSn類釬焊材料所構(gòu)成。即，AuSn釬焊層由金和錫所構(gòu)成。AuSn釬焊層中的金的濃度為71at% (原子％)。通過(guò)以上的工序，制作比較例I的第I前驅(qū)體構(gòu)造。
[0109]通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，制作比較例I的第2前驅(qū)體構(gòu)造。
[0110]以第I前驅(qū)體構(gòu)造的AuSn釬焊層與第2前驅(qū)體構(gòu)造的AuSn的金層相對(duì)的方式在第I基板上載置第2基板。通過(guò)將該第I前驅(qū)體構(gòu)造和第2前驅(qū)體構(gòu)造在氮氛圍氣中加熱至320°C保持60秒，將兩者壓合并驟冷。在該熱壓合中使用倒裝貼片焊接機(jī)。通過(guò)以上的工序制作比較例I的接合構(gòu)造。
[0111](比較例2)
[0112]準(zhǔn)備與實(shí)施例相同的硅基板作為第I基板。在第I基板的被接合部位形成由鈦構(gòu)成的籽晶層。通過(guò)電鍍金，將由金構(gòu)成的導(dǎo)體層形成在籽晶層的表面。此時(shí)，通過(guò)使用了抗蝕膜的圖案來(lái)調(diào)整導(dǎo)體層的尺寸和厚度。導(dǎo)體層的尺寸為10X 100 μ m，導(dǎo)體層的厚度為
Iμ m0
[0113]通過(guò)電鍍金，將厚度為2.0 μ m的金層形成在導(dǎo)體層的表面。
[0114]將抗蝕膜和籽晶層從第I基板的表面(除去形成有導(dǎo)體層的部分)剝離。通過(guò)濺射法，將厚度為2 μ m的AuSn釬焊層形成在金層的表面。AuSn釬焊層由現(xiàn)有的AuSn類釬焊材料所構(gòu)成。S卩，AuSn釬焊層由金和錫構(gòu)成。AuSn釬焊層中的金的濃度為69at% (原子％)。通過(guò)以上的工序，制作比較例2的第I前驅(qū)體構(gòu)造。
[0115]除了第I前驅(qū)體構(gòu)造的制作方法不同以外，以與比較例I同樣的方法制作比較例2的接合構(gòu)造。
[0116](比較例3)
[0117]準(zhǔn)備與實(shí)施例相同的硅基板作為第I基板。在第I基板的被接合部位形成由鈦構(gòu)成的籽晶層。通過(guò)電鍍金，將由金構(gòu)成的導(dǎo)體層形成在籽晶層的表面。此時(shí)，通過(guò)使用了抗蝕膜的圖案來(lái)調(diào)整導(dǎo)體層的尺寸和厚度。導(dǎo)體層的尺寸為100X 100 μ m，導(dǎo)體層的厚度為I μ m0
[0118]通過(guò)電鍍鎳，將厚度為3μπι的鎳層(僅由鎳構(gòu)成的層)形成在導(dǎo)體層的表面。
[0119]通過(guò)電鍍金，將厚度為0.5 μ m的金層形成在鎳層的表面。
[0120]將抗蝕膜和籽晶層從第I基板的表面(除去形成有導(dǎo)體層的部分)剝離。通過(guò)濺射法，將與比較例I同樣的AuSn釬焊層形成在金層的表面。通過(guò)以上的工序，制作比較例3的第I前驅(qū)體構(gòu)造。
[0121]通過(guò)與實(shí)施例1同樣的方法，制作比較例3的第2前驅(qū)體構(gòu)造。
[0122]以第I前驅(qū)體構(gòu)造的AuSn釬焊層與第2前驅(qū)體構(gòu)造的金層相對(duì)的方式在第I基板上載置第2基板。通過(guò)將該第I前驅(qū)體構(gòu)造和第2前驅(qū)體構(gòu)造在氮氛圍氣體中加熱至340°C保持60秒，將兩者壓合并驟冷。在該熱壓合中使用倒裝貼片焊接機(jī)。通過(guò)以上的工序，制作比較例3的接合構(gòu)造。
[0123]將上述實(shí)施例和比較例的接合構(gòu)造的制作工序中的諸條件表示在下述表I中。表I所記載的“基底層”是指形成在導(dǎo)體層的表面的層。“表層”是指形成在基底層的表面的層。但是，在比較例2的第I前驅(qū)體構(gòu)造中，表層直接形成在導(dǎo)體層的表面。
[0124][表I]

【權(quán)利要求】
1.一種電子器件用的接合構(gòu)造，其特征在于: 具備: 第I金屬層，其包含鎳；以及 第2金屬層，其形成在所述第I金屬層之上，并包含金、錫和鎳， 所述第2金屬層包含AuSn共晶相。
2.如權(quán)利要求1所述的電子器件用的接合構(gòu)造，其特征在于: 在所述第2金屬層中的位于所述第I金屬層一側(cè)的部分，存在AuSnNi合金相。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電子器件用的接合構(gòu)造，其特征在于: 在所述第2金屬層中的位于與所述第I金屬層相反側(cè)的部分，存在所述AuSn共晶相。
4.如權(quán)利要求1?3中的任一項(xiàng)所述的電子器件用的接合構(gòu)造，其特征在于: 鎳在所述AuSn共晶相內(nèi)不均勻。
5.如權(quán)利要求4所述的電子器件用的接合構(gòu)造，其特征在于: 在所述AuSn共晶相內(nèi)不均勻的鎳的周圍，錫不均勻。
6.如權(quán)利要求2?5中的任一項(xiàng)所述的電子器件用的接合構(gòu)造，其特征在于: 在所述第2金屬層中的位于所述第I金屬層一側(cè)的部分是包含所述AuSnNi合金相的AuSnNi合金層， 所述AuSnNi合金層內(nèi)的鎳的濃度伴隨著與所述第I金屬層的距離的增加而減小。
7.如權(quán)利要求1?6中的任一項(xiàng)所述的電子器件用的接合構(gòu)造，其特征在于: 所述第I金屬層內(nèi)的鎳的濃度伴隨著與所述第2金屬層的距離的減小而減小。
8.一種電子器件，其特征在于: 具備權(quán)利要求1?7中的任一項(xiàng)所述的接合構(gòu)造。
【文檔編號(hào)】B23K33/00GK104070294SQ201410123211
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】吉田健一, 堀川雄平, 阿部壽之 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社