JP4513513B2 - 電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電子部品の製造方法に関し、詳しくは、溶融はんだを用いた接合及び封止の技術に関する。

従来、素子を形成した素子基板に間隔を設けて蓋基板を接合し、基板間を封止して中空部を形成した電子部品が種々提供されている。例えば、一対の電極間に圧電薄膜が挟み込まれたＢＡＷデバイスは、圧電共振する部分の周囲に中空部を設け、圧電振動が阻害されないようされている。このような電子部品は、ウェハの状態で接合された後、個々の電子部品に分割される。

このような接合と封止を行う技術として、溶融はんだを用いて熱圧着する技術が知られている。例えば図１５に示すように、一方の基板（＃１）にはんだ層（３）を形成し、他方の基板（＃２）にメタリゼーション層を設け、これら２層が互いに接した状態でリフローを行い、はんだ層（３）を加熱して溶融するとともに、はんだ層（３）とメタリゼーション層の間に強固な合金化合物を形成して、基板（＃１、＃２）同士を接合する。図示例では、基板（＃１、＃２）間の間隔を一定以上に保つため、リフロー時に溶融しないスペーサー層（９）をさらに設けている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１４１３００号公報

溶融はんだを用いてウェハとウェハの熱圧着接合を行うと、溶融したはんだがウェハ間に流れ出し、はんだのはみ出しが生じる。さらに、はみ出したはんだが凝集し、枠の一箇所に大きく凝集する。このはみ出しは、例えばパッド間をショートさせて特性劣化させたり、ショートさせずとも端子間容量のばらつきを生じさせ、その結果、特性ばらつきを生じさせたり、後のダイシング工程でブレードの摩耗や目詰まりを早めたりする不具合をもたらす。

その対応策として、はみ出しを生じさせないように熱圧着時の圧力を小さくすると、ウェハの反りなどによって未接合部位を生じ、封止できなくなる。また、圧力を小さくすると、熱圧着ヘッドやステージの形状（平坦度や平行度）の影響がでてき、高い加工精度が必要になり、装置が高価になる。

また、別の対応策として、端子間クリアランスを大きくとる方策もある。しかし、ショートなどはなくなるものの、ウェハからの取り個数が滅少し生産性を低下させる。

本発明は、かかる実情に鑑み、溶融層のはみ出しを抑制することができる、電子部品の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した電子部品の製造方法を提供する。

電子部品の製造方法は、第１乃至第３のステップを備える。前記第１のステップにおいて、第１の接合層と第２の接合層におけるＡｕとＳｎの重量比（Ａｕ：Ｓｎ）が８４：１６〜６２：３８の範囲内となるように、第１の基板にＡｕの前記第１の接合層を形成し、第２の基板にＳｎの前記第２の接合層を形成する。前記第２のステップにおいて、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記第１の接合層と前記第２の接合層とが当接するように挟持して、２００℃以上２８０℃未満の温度で熱圧着する。前記第３のステップにおいて、前記第１の基板と前記第２の基板を、加圧を第２のステップより小さくして、２８０℃以上５２１℃未満で熱処理する。

第１のステップにおいて、接合層は基板間の接合目的に応じて、適宜な形状に形成すればよい。例えば、封止する場合には、枠状に接合層を形成する。電気的な接続の場合には、パッドやランドなどの形状に接合層を形成する。

第２のステップにおいて、第１の接合層と第２の接合層とを当接させて圧力をかけながら熱を加えると、ＡｕＳｎ共晶合金の融点は２８０℃、Ｓｎの融点は２３２℃であるが、その温度上昇過程で、ＡｕとＳｎの相互拡散が生じ、ＡｕＳｎ_４，ＡｕＳｎ_２，ＡｕＳｎといった合金が形成される。ＡｕとＳｎの重量比（Ａｕ：Ｓｎ）が８４：１６〜６２：３８の範囲内であるため、加熱を続けると、概ねＡｕＳｎが形成される。その合金の融点は３０９℃であるため、第２のステップにおける２８０℃未満では溶融せず、はみ出しを生ずることはない。

第３のステップにおいて、加圧を第２のステップより小さくし、２８０℃以上に加熱すると、ＡｕとＡｕＳｎの界面からＡｕ−２０ｗｔ％Ｓｎが液相として生じ、これが、第２のステップでの熱圧着時に接合層に生じていたボイドや隙間に流れて埋める。この溶融時には圧力を小さくしているので、はみ出しは生じない。第３のステップが終了し、冷却すると、封止が完了する。

上記方法によれば、熱圧着時に生ずるＡｕＳｎ合金のパターンからのはみ出しを抑制することができる。

好ましくは、前記第１のステップにおいて、前記第１の接合層より小さい面積を有する前記第２の接合層を形成し、かつ、前記第２の接合層と前記第２の基板との間に、前記第１の接合層より小さい面積を有する第３の接合層を形成する。前記第２のステップにおいて、前記第３の接合層が溶融しない。

この場合、第２のステップにおいて、面積が大きい第１の接合層と、面積が小さい第２の接合層とが当接するので、第２の接合層が第１の接合面に当接する部分及びその近傍部分が溶融して、溶融層（例えば、溶融したはんだ）が形成される。溶融層は、第１及び第２の基板を挟持することによる圧着力により、第１の接合層と第２の接合層の間から押し出されるが、面積が大きい第１の接合層に沿って濡れ広がる。そのため、溶融層を凝集したりせず、はみ出しも生じさせずに、第１の基板と第２の基板を接合することができる。

このように溶融しても、第３の接合層は溶融しない。そのため、第１の基板と第２の基板との間隔を、一定以上に保つことができる。

したがって、接合層の形状や配置を適宜に選択することにより、第２のステップによる熱圧着時に、複雑な圧力コントロールや、圧力均一性を出すための装置上の改良等を施すことなく、より簡便な方法で、溶融層のはみ出しを抑制することができる。

好ましくは、上記各方法の前記第２のステップにおいて、前記第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一方を、柔軟性を有する部材を介して挟持する。

この場合、柔軟性を有する部材を介して基板全面に略均一な圧力を作用させ、その結果、接合も面内で均一にすることができる。熱圧着時の圧力のバラツキを抑制することができるため、基板を挟持する部材の平坦度を上げる精密加工や、基板厚みの面内バラツキを抑制するための加工等が不要となり、さらに簡便に面内の均一な接合が可能になる。

本発明の電子部品の製造方法によれば、溶融層のはみ出しを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態としての実施例を、図１〜図１４を参照しながら説明する。

（実施例１）
圧電薄膜振動子（ダイヤフラムタイプ）を用いたＢＡＷ（バルク弾性波）デバイスについて説明する。ただし、中空形成が必要で、かつ、封止が必要とされる素子、例えばＳＡＷ（弾性表面波）デバイス、可動部を有するＭＥＭＳデバイスなどにも適用可能である。

図１に示すように、ＢＡＷデバイス１０は、空洞１１ｘを有するＳｉ基板１１に支持された絶縁膜１３のダイヤフラム上に、下部電極１４、圧電薄膜１６、上部電極１８を順次形成し、その上下電極１４，１８間にて圧電共振させる素子である。各電極１４，１８には、それぞれバンプ１５，１９が接続されている。共振特性は、電極１４，１８の膜厚や形状、圧電薄膜１６の厚みなどによって制御できる。ＢＡＷ素子１０は、共振子素子を圧電振動させるため、振動を阻害しないよう、中空部が必要となる。また、圧電薄膜１６が湿度により吸湿してその重量が変化すると、振動特性が変化して不具合を生じるため、気密封止が必要とされる。そのため、Ｓｉ基板表面１１ａ側に蓋ガラス基板２０が配置され、外縁に沿って共振子素子を取り囲むように封止枠１７，２８によって接合され、封止される。

蓋ガラス基板２０は、Ｓｉ基板１１と対向する側の面にランド２６，２７が形成され、反対側の面には外部に露出する外部電極２２，２３が形成されている。ランド２６，２７と外部電極２２，２３は、蓋ガラス基板２０を貫通する貫通穴に形成されたスルーホール２４，２５の両端に、それぞれ接続されている。ランド２６，２７は、Ｓｉ基板１１のバンプ１５，１９と接合される。また、そのＳｉ基板裏面１１ｂにも裏ガラス基板３０を接合し、ダイヤフラム部を封止している。これらの３枚の基板１１，２０，３０の接合を集合基板（ウェハ）状態で実施し、接合後にダイシングすることで、小型のチップサイズパッケージが得られる。

なお、Ｓｉ基板裏面には圧電薄膜が露出していないため、気密封止が必要でない場合もあり、その場合には、裏ガラス基板の代りに樹脂基板を用い、樹脂接合して封止してもよい。

次に、蓋ガラス基板２０とＳｉ基板表面１１ａとを接合し封止をするための、はんだ形成と封止工程について、図２〜図６を参照しながら説明する。裏ガラス基板３０とＳｉ基板裏面１１ｂとの接合についても、同様の工程を用いて接合してもよい。

（工程１）図２に示すように、機能素子であるＢＡＷ共振子素子（以下、「共振子素子」という。）が形成されたＳｉウェハ４０の片面４１に、接合パターン４２を形成する。

図２（ａ）に示したように、Ｓｉウェハ４０の片面４１に、共振子素子を形成するとともに、共振子素子の上下電極からの電極取り出しをするためのパッド１５，１９と封止枠１７を形成する。封止枠１７は、共振子素子とパッド１５，１９を取囲むように形成する。なお、封止枠１７を電気的に接地させるために、共振子素子の接地端子と封止枠１７が電気的に接続されるように配線を引き回している。機能素子は、可動部を有する素子など中空部を要する素子であれば、ＢＡＷに限定されない。無論、ウェハ材質も半導体のＳｉウェハに限定されず、圧電ウェハ、絶縁体ウェハなどであってもよい。

封止枠１７の寸法は、ここでは、幅０．０３ｍｍとし、封止枠１７の外形寸法を１．８×１．４ｍｍとし、コーナー部は内Ｒを０．０３ｍｍとした。

この寸法の封止枠１７、パッド１５，１９のレジストパターンをフォトレジスト法にて形成し、次いで、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉウェハ４０の片面４１に、接合パターン４２の第１層４３としてＴｉ、第２層４４としてＮｉ、第３層４５としてＡｕを順次蒸着し、最後に、レジストを有機溶剤で除去することで、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの枠１７のパターンを形成した。このような蒸着リフトオフ法以外の方法、例えば、メタルマスク蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法などを用いてもよい。

各金属層４３〜４５の膜厚は、第１層４３のＴｉを０．０５μｍ、第２層４４のＮｉを０．３μｍ、第３層４５のＡｕを２．３μｍとした。ここでのＴｉは密着性を確保するための層であって、０．００５μｍ〜０．５μｍ程度でよい。また、材質も、ＮｉＣｒ，Ｃｒなどであってもよい。ＮｉはＴｉのはんだ中への拡散を抑止するバリアメタルであり、Ｐｔなどであってもよく、Ｔｉの膜厚が大きい時は、Ｔｉ自身がバリア性を有するため、Ｎｉはなくても良い。Ａｕは、後述する蓋ガラス基板２０に形成されたＳｎと合金を形成して接合合金となるが、その合金組成が、Ａｕ−２９ｗｔ％Ｓｎ（Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎ共晶点とδ相の中間）になるように、その膜厚を設定した。

共振子素子からの電極取り出し部であるパッド１５，１９として、封止枠１７と同じの膜厚を有する直径１５０μｍのパッド１５，１９を同時に形成した。

（工程２）図３に示すように、蓋ガラス基板２０となる耐熱ガラスの蓋ガラスウェハ５０の接合面５１に、接合パターン５２を形成する。

蓋ガラスウェハ５０には、サンドブラストにより貫通穴を形成し、接合面５１から側壁部を通じて外部端子部に至るめっき用給電膜を形成したのち、電解めっきにてランド、スルーホール、外部電極まで金属膜を形成した。その金属膜は、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕとした。

図３（ａ）に示すように、ウェハ５０の接合面５１側には、（工程１）で形成されたＳｉウェハ４０に対応した封止枠２８やパッド接合用バンプ（ランド）２６，２７の金属膜を形成した。ランド２６，２７はスルーホール（直径１００ｍｍ）を取り囲むリング形状に形成した。図３（ｂ）に示すように、それらの金属膜（接合パターン）５２は、蒸着リフトオフ法で、第１層５３のＴｉ、第２層５４のＮｉ、第３層５５のＳｎを順次成膜した。

各層５３〜５５の膜厚は、第１層５３のＴｉを０．０５μｍ、第２層５４のＮｉを０．３μｍ、第３層５５のＳｎを２．７μｍとした。ここでのＴｉは密着性を確保するための層であって０．００５〜０．５μｍ程度でよく、また、材質もＮｉＣｒ，Ｃｒなどであってもよい。ＮｉはＴｉのはんだ中への拡散を抑止するバリアメタルであり、Ｐｔなどであってもよく、Ｔｉの膜厚が大きい時は、Ｔｉ自身がバリア性を有するため、Ｎｉでなくてもよい。第３層５５のＳｎは、Ｓｉウェハ４０に形成された第３層４５のＡｕと合金を形成して接合合金となるが、その組成が、Ａｕ−２９ｗｔ％Ｓｎ（Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎ共晶点とδ相の中間）になるようにその膜厚を設定した。

ここでは蓋ガラスウェハ５０は、接合されるＳｉウェハ４０と同じ線膨張係数を有する材質であれば、耐熱ガラスに限定されず、Ｓｉなどであってもよい。

（工程３）図４に示すように、Ｓｉウェハ４０と蓋ガラスウェハ５０をアライメントする。

それぞれに形成された封止枠の接合層、バンプ部（バンプとランド）が接合されるよう位置合せし、保持治具（不図示）で固定する。位置合わせには、蓋ガラスウェハ５０を透過して見えるＳｉウェハ４０に形成されたアライメントマーク（不図示）と、蓋ガラスウェハ５０に形成されたアライメントマーク（不図示）を画像認識などの方法でアライメントした後、保持する治具にて固定した。

（工程４）図５に示すように、Ｓｉウェハ４０と蓋ガラスウェハ５０を加圧しながら加熱する。

まず、保持治具で固定されたＳｉウェハ４０と蓋ガラスウェハ５０を熱圧着装置にロードする。熱圧着装置は、図５（ａ）に示すように、ヒータステージ２とヒータヘッド６があって加熱でき、かつ、ステージ２とヘッド６間にウェハ４０，５０を挟み、圧力を加えることができ、その熱圧着が、不活性雰囲気や真空中で可能となる装置である。

熱圧着装置で、ステージ２上に保持治具で固定されたウェハ４０，５０をロードし、そのウェハ４０，５０上に厚み０．５ｍｍのフッ素樹脂シート４を載置し、Ｎ_２を装置内に導入して不活性雰囲気にした後、上からヘッド６を当接させて荷重を加えた。この荷重により、Ｓｉウェハ４０側に形成された第３層４５のＡｕと、蓋ガラスウェハ５０側に形成された第３層５５のＳｎを当接させた。なお、Ｓｉウェハ４０と蓋ガラスウェハ５０の高さばらつき等により、Ｓｉウェハ４０側に形成された第３層４５のＡｕと、蓋ガラスウェハ５０側の第３層５５のＳｎとが部分的に当接していない箇所が発生する可能性もある。図５（ａ）の右側の接合パターンはそのような状態を示している。

ここで、厚み０．５ｍｍのフッ素樹脂シート４を用いることにより、ウェハ４０，５０全面で、圧力均一性が向上し、ウェハ４０，５０全面において、Ｓｉウェハ４０側の第３層４５のＡｕと、蓋ガラスウェハ５０側の第３層５５のＳｎとを当接させることができる。圧力均一性を向上させる別の方策として、ヒータステージ２とヒータヘッド６の平坦性を上げ、かつ、ウェハ４０，５０自身の厚みの面内バラツキを小さくする方法もあるが、費用が高価になる上、ヒータステージ２やヒータヘッド６が熱で歪んだり、作業中にキズが付いたりと、製造上の問題が多い。それに比べ、フッ素樹脂シートは安価であり、装置やウェハ自体の公差を許容できる優れた方法である。

ここでは、柔軟性を有する部材として耐熱性を考慮に入れてフッ素樹脂シートを用いたが、フッ素樹脂シート以外にも圧力が均一になるようなものであれば、ゴム系（例えば、シリコンゴムやバイトンゴム）、この熱圧着温度で軟化する金属やガラスの板、あるいはガラス繊維を樹脂材料で固めたコンポジット材料等であってもよく、無論、厚み０．５ｍｍ以外であってもよい。また、表面に凸凹を持たせて変形しやすくしたりしてもよい。凸凹の形状としては、円錐、角錐、円柱、角柱、半球などをシート上に配列させると、圧力均一性が向上したりする。

雰囲気は、接合金属の酸化が防げれば、Ｎ_２，Ａｒなどのガス雰囲気や真空雰囲気、あるいは還元雰囲気であってもよい。

また、荷重は、直径１００ｍｍのウェハ４０，５０を２０００Ｎで加圧するように設定したが、ウェハ４０，５０が割れない程度でウェハ４０，５０同士を密着させることができる荷重であれば、これより大きくても、小さくてもよい。なお、荷重が大きい方が固相拡散時に生ずるボイドなどを無くせる場合もある。

次いで、２４０℃まで、３０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱する。この昇温過程でＳｉウェハ４０側に形成された第３層４５のＡｕと蓋ガラスウェハ５０側に形成された第３層５５のＳｎの当接部において、相互に固相拡散が生じ、ＡｕとＳｎの界面にＡｕＳｎ_４，ＡｕＳｎ_２，ＡｕＳｎが形成され、成長していき、最終的にＡｕＳｎとＡｕＳｎ_２が中間層として形成される。図７の状態図に示すように、Ａｕ−９０ｗｔ％Ｓｎの共晶点は２１９℃であるが、昇温過程で２１９℃まで達したときには、固相拡散によりＡｕＳｎ_２やＡｕＳｎが形成されているため、この昇温過程では、ＡｕやＳｎは溶融せず、それらの合金の液相も生じない。それゆえ、熱圧着時にはんだが溶融して流れ出したり、はみ出したはんだが凝集したりすることがない。

なお、本ステップにおいては、固相拡散であるため、例えば図５（ｂ）に示すように、封止枠全周が均一に当接せず、固相拡散されていない場合もあり、この時点では、未接合部位５７が残り、封止できていない部分もありうる。

また、２４０℃まで昇温したが、ここに記載したメカニズムが可能ならば、その昇温速度や到達温度は、これに限定されない。ただし、到達温度が低いと固相拡散による合金相の成長が遅いため、一般には、２００℃以上が望ましい。一方で、２８０℃を超えると再溶融をするため、実質上２７５℃以下の到達温度とすることが必要である。また、昇温速度が大きいと固相拡散が十分進む前に温度が高くなり、ＳｎとＡｕＳｎ_４の界面から２１９℃で液相が生じ、圧力によって液相成分がはみ出し、また凝集したりしてしまう。そのため、その昇温速度も適正化する必要がある。

（工程５）図６に示すように、加圧をゼロにし、温度をＡｕ−２０ｗｔ％Ｓｎの融点以上にし、その後冷却する。

ウェハ４０，５０にかかる加圧（荷重）を小さくし、あるいは、ゼロにし、その後、Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎの融点（２８０℃）を超える温度にする。ここでは、図６（ａ）に示すように、ヒータヘッド６を上昇させてウェハ４０，５０にかかる荷重をゼロにし、ヒータステージ２の表面温度のバラツキが±１０℃あるため、余裕をみて、３００℃まで加熱した。３００℃に到達後、ヒータ２を冷却する。

ここで３００℃に加熱することにより、前工程で形成された、ＡｕＳｎやＡｕＳｎ_２とパターン上に残っているＡｕとが相互に反応して液相部を形成する。その液相は、先の熱圧着時では接合しなかった部位５７に流れ、図６（ｂ）に示すように、未接合部５７が接合される。これにより、封止枠全周が接合され、封止される。また、荷重がゼロになっており、溶融成分が封止枠から流れ出してはみ出したりすることがない。また、圧着による潰れがないので、はんだ接合部の厚みが成膜時の厚みと概ね同等にでき、共振子素子の振動空問を確保できる。同様に、バンプ部も接合され導通を確実なものにすると共に、スルーホールの周囲が接合されるので、スルーホールから素子を封止できる。なお、荷重をゼロにしなくても（工程４）より小さくすることで、溶融成分の封止枠からのはみ出しや封止枠の潰れを抑制することができる。

なお、ここで生じた液相の成分は、成膜されたＡｕとＳｎの組成比であり、Ａｕ−２９ｗｔ％Ｓｎ（Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｎ共晶点とδ相の中間）程度になる。なお、本工程でバリアとして形成したＮｉもＡｕＳｎ液相中に一部溶食され、実際には接合合金は、Ｎｉをわずかに含むＡｕＳｎ合金となっているものの、接合強度・信頼性は十分確保でき、不具合はない。

以上の（工程１）〜（工程５）により、ＢＡＷ素子が形成されたＳｉウェハ表面１１ａと蓋ガラスウェハ５０とをウェハ状態で接合し封止した。同様の方法にてＳｉウェハ裏面１１ｂも裏ガラス３０と接合し封止した後、ダイシングして、ＢＡＷデバイスを形成した。次いで、封止や電気特性の検査を行なうため、ＢＡＷデバイスをチャンバー内で減圧し、減圧した状態でフロリナート（表面張力の小さい不活性液体）に浸漬し、浸漬した状態でフロリナートの液体の圧力を上昇させた。これにより、封止が不完全なものは、ＢＡＷデバイス内にフロリナートが侵入し、共振子素子に付着することで電気特性が変動し、劣化した状態になる。そうしたＢＡＷデバイスの電気特性を測定することで、特性と封止の検査を行なった。このようにして、高い信頼性を有し、小型のＢＡＷデバイスを得ることができる。

実施例１の作用・効果は、次のとおりである。

第１に、はみ出しの発生を抑制できる。すなわち、ＡｕＳｎはんだが溶融するときには加圧しておらず、はんだがはみ出さない。そのため、ショート不良などを生じさせたり、後のダイシング工程への悪影響を与えたりするなどの不具合が生じないので、不良が低減する。

第２に、ウェハ面内の均一な加圧ができ、封止不良が生じにくい。すなわち、柔軟性を有する材料でウェハ面内の均一な荷重ができ、装置価格やウェハ価格を上げることなく、安価に、低温での圧着時に面内を概ね均一に固相拡散させることができる。それゆえ、未圧着部位が少ないため、後の溶融接合を行った後の封止不良が低減できる。

第３に、小型化でき、さらに生産性も向上する。すなわち、はみ出しの発生を抑制できるので、枠と枠の間の距離や枠とバンプや配線パターンとの間隔を小さくでき、素子の小型化に寄与できる。さらに、小型化することで、ウェハからの取り個数を増加させることができ、生産性が向上する。

第４に、振動空間を確保できる。すなわち、接合はんだ厚み（高さ）が成膜値とほぼ同等になり、素子の振動空間を十分に確保できる。

（実施例２）
実施例１と同じ構成であるが、接合はんだの構成と熱圧着法が異なるＢＡＷフィルタについて、図８〜図１４を参照しながら説明する。以下では、工程フローに沿って、実施例１との相違点を中心に説明する。

（工程１）図８に示すように、機能素子が形成されたＳｉウェハ４０の片面４１に、枠電極１７を含む接合パターン６２を形成する。

図８（ａ）に示したように、実施例１と同様、Ｓｉウェハ４０の片面４１に、共振子素子を形成するとともに、蒸着リフトオフ法により、共振子素子の上下電極からの電極取り出しをするためのパッド１５，１９と封止枠１７を形成する。封止枠１７は、共振子素子とパッド１５，１９を取囲むように形成する。なお、封止枠１７を電気的に接地させるために、共振子素子の接地端子と封止枠１７が電気的に接続されるように配線を引き回している。

封止枠１７のサイズは、ここでは、幅０．０５ｍｍとし、封止枠１７の外形寸法を１．１×０．９ｍｍとし、コーナー部は内Ｒを０．０３ｍｍとした。この寸法のレジストパターンをフォトレジスト法にて形成し、次いで、図８（ｂ）に示したように、接合パターン６２の第１層６３のＴｉ，第２層６４のＣｕ，第３層６５のＡｕを順次蒸着し、最後に、レジストを有機溶剤で除去することで、Ｓｉウェハ４０上にＴｉ／Ｃｕ／Ａｕの枠１７のパターンを形成した。

各層６３〜６５の膜厚は、第１層６３のＴｉを０．０５μｍ、第２層６４のＣｕを５．０μｍ、第３層６５のＡｕを０．１μｍとした。ここでのＴｉは密着性を確保するための層であって０．００５μｍ〜０．５μｍ程度でよく、また、材質もＮｉＣｒ，Ｃｒなどであってもよい。Ｃｕは、後述する蓋ガラスウェハ５０に形成される第３層７５のＳｎと相互拡散して接合合金を形成する。接合合金の組成が、Ｃｕ_３Ｓｎの組成よりもＣｕリッチになるように、その膜厚を設定した。第３層６５のＡｕは、第２層６４のＣｕ表面の酸化防止膜である。Ａｕが薄いと接合前にＣｕと相互拡散し、Ｃｕが表面で酸化物を形成するため、適度な厚みが必要である。その厚みとしては０．０５μｍ以上が望ましい。一方で、厚みが大きいと高価になる。これらを考慮して、前述の膜厚とした。共振子素子からの電極取り出し部に、封止枠１７と同じ膜厚を有するバンプ１５，１９を、同時に形成した。ここでは、実施例１と異なり、直径１００μｍとした。

また、Ｃｕの配線は共振子素子からの電極引き回し配線に用いられるものと共通化できるため、引きまわし配線と同時形成してもよい。

（工程２）図９に示すように、耐熱ガラスの蓋ガラスウェハ５０の接合面５１に、封止枠２８を含む接合パターン７２を形成する。

蓋ガラスウェハ５０には、ランド、スルーホール、外部電極を形成するため、貫通穴をサンドブラスト形成し、接合面７１から側壁部を通じて外部端子部に至るめっき用給電膜を形成した後、電解めっきにてバンプ接合面、側壁、外部端子部まで金属膜を形成した。その金属膜はＴｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕとした。

図９（ａ）に示すように、蓋ガラスウェハ５０の接合面５１側には、（工程１）で形成されたＳｉウェハ４０に対応し、かつ、Ｓｉウェハ４０上に形成された封止枠１７の幅やバンプ１５，１９の径に比べ線幅が小さくなるように、封止枠２８やランド２６，２７の金属膜を形成した。ここでは、蓋ガラスウェハ５０側の封止枠２８の幅を２５μｍとし、バンプ部（ランド）２６，２７はスルーホールを取り囲む幅２０μｍのリング形状とした。それらの金属膜（接合パターン）７２は、図９（ｂ）に示すように、第１層７３のＴｉ、第２層７４のＣｕ、第３層７５のＳｎを、順次、蒸着リフトオフ法で成膜した。

各層７３〜７５の膜厚は、第１層７３のＴｉを０．０５μｍ、第２層７４のＣｕを７．５μｍ、第３層７５のＳｎを５．０μｍとした。ここでのＴｉは密着性を確保するための層であって、０．００５μｍ〜０．５μｍ程度でよく、また、材質もＮｉＣｒ，Ｃｒなどであってもよい。Ｓｎは接合時に溶融し、Ｃｕと相互拡散して接合金属を形成するが、その膜厚については、ウェハレベル接合におけるＳｉや耐熱ガラスのウェハ厚みの面内バラツキや、接合ヘッドやステージの平坦度を考慮して、確実に溶融したＳｎが当接して接合できる厚みとして５μｍとした。Ｃｕは、後述する蓋ガラスウェハ５０に形成される第３層７５のＳｎと相互拡散して接合合金を形成する。接合合金の組成が、Ｃｕ_３Ｓｎの組成よりもＣｕリッチになるようにし、Ｃｕの膜厚を設定した。

この金属層の膜厚や線幅については、次のような寸法関係に設定するのがよい。図１４に示すように、一方の封止枠の幅をＷ_１とし、その封止枠の接合時の温度によって溶融しない金属層の厚みをＨ_１とし、接合時の温度によって溶融する金属層の厚みをＨ_２とする。また、他方の封止枠の幅をＷ_２とし、その封止枠の金属層の内、接合時に溶融する金属層の厚みをＨ_３とした場合に、次の式（１）及び（２）の関係を満たすように金属層を形成することがよい。
Ｗ_１・Ｈ_２＋Ｗ_２・Ｈ_３≦（Ｗ_２−Ｗ_１）・Ｈ_１ ・・・ （１）
Ｗ_２>Ｗ_１ ・・・（２）
なお、他方の封止枠側に接合時に溶融する金属層がない場合には、Ｈ_３＝０として計算し、金属層を形成すればよい。

蓋ガラスウェ５０は、接合されるＳｉウェハ４０と同じ線膨張係数を有する材質であれば、耐熱ガラスに限定されず、Ｓｉなどであってもよい。

（工程３）図１０に示すように、Ｓｉウェハ４０と蓋ガラスウェハ５０をアライメントする。

実施例１と同様に、それぞれに形成された封止枠、バンプ部が接合されるよう位置合せし、保持治具で固定する。

（工程４）図１１に示すように、ウェハ４０，５０を加圧しながら加熱する。

まず、図１１（ａ）に示すように、実施例１と同様、保持治具で固定されたウェハ４０，５０を熱圧着装置にロードする。

熱圧着装置で、ステージ２上に保持治具固定されたウェハ４０，５０をロードし、不活性雰囲気にした後、上からヘッド６を当接させて荷重を加えた。この荷重は、荷重／接合面積＝７．５ＭＰａとなるように荷重を加えた。雰囲気は、接合金属の酸化が防げれば、Ｎ_２，Ａｒなどのガス雰囲気や真空雰囲気であってもよい。また、７．５ＭＰａの荷重は、これよりも大きくても、小さくてもよい。

次いで、２８０℃まで加熱する。この昇温過程で蓋ガラスウエハ５０に形成された第３層７５のＳｎが溶融し、Ｓｉウェハ４０に形成されたＣｕやＡｕの接合パターン６２に濡れ、接合される。このとき、蓋ガラスウェハ５０側の第３層のＳｎが溶融するときにもウェハ４０，５０に荷重が加わっているため、溶融したＳｎは流動し蓋ガラスウェハ５０側に形成された第２層のＣｕ上に留まらない。Ｓｉウェハ４０側の電極に形成された第２層６４の第２層のＣｕの幅が広いため、それに沿ってＳｎが流動する。そのため、ＳｎがＳｉウェハ４０側の接合パターン７２よりも外側にはみ出すことはほとんど無い。また、加圧時には実施例１で述べたように、フッ素樹脂シートやゴムシートなど柔軟性を有する材料を挿間して熱圧着すると圧力均一性が高まり封止良品率をさらに向上させることができる。

こうして、Ｓｉウェハ４０側の封止枠に沿ってＳｎが濡れ広がり、封止枠全周が接合されたのち、冷却することで、封止が完了する。同時にバンプ部も接合される。

この方法により、蓋ガラスウェハ５０側の第２層のＣｕは溶融しないので、ウェハ４０，５０間の接合高さを一定以上にでき、共振子素子の振動空間を確保することができる。

次いで、２８０℃で７．５ＭＰａの圧力を加え、３０分間の熱アニールを施した。このとき、図１２（ａ）の要部拡大図に示したように、当初は、Ｃｕ層６４，７４近傍にＣｕ_３Ｓ_ｎ，Ｃｕ_６Ｓｎ_５などを含むＣｕとＳｎの合金部分８１，８３が形成され、Ｃｕ層６４，７４の間にＳｎの部分８２が介在した状態であるが、最終的には、図１２（ｂ）に示すように、Ｃｕ層６４，７４間にＣｕ_３Ｓｎを主成分とするＣｕとＳｎの合金部分８４が連続的に形成され、Ｓｎの部分８５がほとんどなくなる。これにより、マザーボードヘの実装時（約２４０℃）に再溶融しない接合状態となる。すなわち、図１３の状態図に示すようにＣｕ_６Ｓｎ_５（η）やＣｕ_３Ｓｎ（ε）が形成され、接合合金の融点を上昇させ、高耐熱の接合封止合金を形成した。温度と時間に関しては、高融点合金が形成される条件であれば、この限りではない。加圧については、ＣｕとＳｎの拡散速度の差にてカーケンダルボイドが生じ、これが封止不良になったりする場合があり、これ抑制するため数ＭＰａ以上の加圧が必要である。

ここでは、ＣｕとＳｎを用いたが、Ｃｕ以外でも、接合時の温度ではんだ中へ溶融しない金属であればよいし、またＳｎ以外にも、接合温度で溶融する金属であればよい。例えば、Ｃｕの上にＮｉを成膜しておき、ＮｉＳｎの高融点合金としたり、あるいは、Ｃｕの上にＡｕＳｎを成膜しＡｕＳｎ共晶接合させたりする方法、Ｉｎはんだを使いＣｕやＡｕやＡｇと反応させ高融点合金を得る方法などであってもよい。

以上の（工程１）〜（工程４）により共振子素子が形成されたＳｉウェハ表面１１ａと蓋ガラスウェハ５０とをウェハ状態で接合し封止した。同様の方法にてＳｉウェハ裏面１１ｂも、裏ガラス板３０と接合し封止した後、ダイシングしてＢＡＷデバイスを形成した。次いで、封止や電気特性の検査を行なうため、ＢＡＷデバイスをチャンバー内で減圧し、減圧した状態でフロリナート（表面張力の小さい不活性液体）に浸漬し、浸漬した状態でフロリナートの液体の圧力を上昇させた。これにより、封止が不完全なものは、ＢＡＷデバイス内にフロリナートが侵入し、共振子素子に付着することで電気特性が変動し、劣化した状態になる。そうしたＢＡＷデバイスの電気特性を測定することで、特性と封止の検査を行なった。このようにして、高い信頼性を有し、小型のＢＡＷデバイスを得ることができる。

実施例２の作用・効果は次の通りである。

第１に、はみ出しの発生を抑制できる。すなわち、はんだが溶融してもＳｉ側の電極によりその濡れをコントロールしているため、はんだがはみ出さない。そのため、ショート不良などを生じさせたり、後のダイシング工程への悪影響を与えたりするなどの不具合がなくなり、不良が低減する。

第２に、バラツキを吸収できる溶融Ｓｎ厚みを設けることで、封止不良が生じにくい。すなわち、ウェハ面内バラツキや装置のヘッドとステージの平坦度バラツキを吸収できる溶融はんだの厚みがあり、封止不良が低減できる。

第３に、小型化でき、さらに生産性も向上する。すなわち、はみ出しの発生を抑制できるので、枠と枠の間の距離や枠とバンプや配線パターンとの間隔を小さくでき、素子の小型化に寄与できる。さらに、小型化することで、ウェハからの取り個数を増加させることができ、生産性が向上する。もっとも、実施例１に比べ、その効果は小さい。

第４に、Ｃｕの未溶融層により高さ制御でき、振動空間を確保できる。Ｃｕポストは、熱圧着時に溶融しないためである。

第５に、実施例１にくらべ材料費が安い。Ａｕの使用量が少ないからである。

なお、本発明の電子部品の製造方法及びそれを用いた電子部品は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施可能である。

本発明は、振動空間を保持するため中空部の形成が必要で、かつ振動部を水分や挨等から保護するため中空部を封止することが必要とされる素子、特に通信分野における弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）や圧電薄膜共振子を用いた圧電フィルタ（ＢＡＷフィルタ）に好適であるが、これに限定されるものではなく、その他の素子はもとより、可動部を有するマイクロマシン（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）等に広く適用することができる。

ＢＡＷデバイスの構成図である。（実施例１） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例１） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例１） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例１） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例１） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例１） ＡｕＳｎ合金の状態図である。（実施例１） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例２） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例２） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例２） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例２） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例２） ＣｕＳｎ合金の状態図である。（実施例２） ＢＡＷデバイスの製造工程の説明図である。（実施例２） ＢＡＷデバイスの構成図である。（従来例）

符号の説明

１０ ＢＡＷデバイス（電子部品）
４０ Ｓｉウェハ（第１の基板）
４２ 接合パターン
４３ 第１層
４４ 第２層
４５ 第３層（第１の接合層）
５０ 蓋ガラスウェハ（第２の基板）
５２ 接合パターン
５３ 第１層
５４ 第２層
５５ 第３層（第２の接合層）
６２ 接合パターン
６３ 第１層
６４ 第２層
６５ 第３層（第１の接合層）
７２ 接合パターン
７３ 第１層
７４ 第２層（第３の接合層）
７５ 第３層（第２の接合層）

Claims (3)

1. 第１の接合層と第２の接合層におけるＡｕとＳｎの重量比（Ａｕ：Ｓｎ）が８４：１６〜６２：３８の範囲内となるように、第１の基板にＡｕの前記第１の接合層を形成し、第２の基板にＳｎの前記第２の接合層を形成する第１のステップと、
   前記第１の基板と前記第２の基板を、前記第１の接合層と前記第２の接合層とが当接するように挟持して、２００℃以上２８０℃未満の温度で熱圧着する第２のステップと、
   前記第１の基板と前記第２の基板を、加圧を第２のステップより小さくして、２８０℃以上５２１℃未満で熱処理する第３のステップとを備えたことを特徴とする電子部品の製造方法。
2. 前記第１のステップにおいて、前記第１の接合層より小さい面積を有する前記第２の接合層を形成し、かつ、前記第２の接合層と前記第２の基板との間に、前記第１の接合層より小さい面積を有する第３の接合層を形成し、
   前記第２のステップにおいて、前記第３の接合層が溶融しないことを特徴とする、請求項１に記載の電子部品の製造方法。
3. 前記第２のステップにおいて、前記第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一方を、柔軟性を有する部材を介して挟持することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の製造方法。

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