JP2011192847A - 電極構造及び当該電極構造を備えたマイクロデバイス用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】Ｃｕ電極の厚みを薄くすることができ、しかもＣｕ電極の厚みを薄くしてもＣｕ電極にクラックやボイド、剥がれなどが生じにくく、接合強度の高い電極構造を提供する。
【解決手段】カバー基板７１に設けた貫通孔７２にＣｕの貫通配線７５を設ける。カバー基板７１の表面において、貫通配線７５の端部にはＣｕ電極８２を設ける。Ｃｕ電極８２の表面は、Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料、例えばＴｉやＮｉからなる拡散防止膜８３でＣｕ電極８２の全体を覆う。さらに、拡散防止膜８３の上にＡｕからなる濡れ性改善層８４を設け、その上にＡｕ−Ｓｎ系はんだからなる接合用のはんだ層８５を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は電極構造及び当該電極構造を備えたマイクロデバイス用パッケージに関する。

特許文献１には、電子装置をハーメチックシールしたパッケージが開示されている。このパッケージは、図１に示すように、装置基板１１とカバー基板１３からなる。装置基板１１の下面にはＳＡＷデバイスのような電子装置１２を実装してあり、装置基板１１の下面の周囲にはセパレータ／バリア層１６が形成されている。また、カバー基板１３には、その上面から下面に向けて貫通配線（導電経路）１４が貫通しており、カバー基板１３の下面には貫通配線１４と導通した外部電気端子１５が設けられている。また、カバー基板１３の上面の周囲にはセパレータ／バリア層１７が形成されている。

装置基板１１とカバー基板１３は、セパレータ／バリア層１６とセパレータ／バリア層１７をはんだ１８で接合されて内部の電子装置１２をハーメチックシールしている。また、電子装置１２と導通したはんだ端子１９と貫通配線１４の端面に設けた電極２０をはんだ２１で接合させている。

マイクロデバイスを封止するためのパッケージとしては、これ以外にも特許文献２に開示されたものもある。特許文献２のパッケージでも、その基板を貫通する貫通電極が内部の素子に接続されている。

このようなパッケージの貫通配線やその端面の電極としては、熱伝導率の高い材料としてＣｕを用いることがあるが、パッケージの厚みを薄くするためには、貫通配線の端の電極の厚みもできるだけ薄くする必要がある。

しかしながら、図２に示すように、基板３１の貫通配線３２の端面に設けたＣｕ電極３３の上にはんだ層３４を積層した場合、Ｃｕ電極３３とはんだ層３４との界面領域３５ではＣｕとはんだの相互拡散が生じる。そのため、Ｃｕ電極３３の厚みが薄いと、Ｃｕ電極３３とはんだ層３４との間の界面領域３５にクラックが生じたり、ボイドや剥離が生じやすくなる。

したがって、Ｃｕ電極を用いてはんだ接合を行う場合には、Ｃｕ電極もしくは電極部分の厚みを薄くすることができず、パッケージの薄型化が困難であった。

特開平６−３１８６２５号公報 特開２００７−１４９７４２号公報

本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、Ｃｕ電極の厚みを薄くすることができ、しかもＣｕ電極の厚みを薄くしてもＣｕ電極にクラックやボイド、剥がれなどが生じにくく、また、接合強度が高くなるために、気密封止性に優れるとともに熱による環境変化でも劣化しにくい電極構造を提供することにある。また、本発明の別な目的は、一般的なＭＥＭＳ製造プロセスで生産できる、そのような電極構造を備えたパッケージを提供することにある。

本発明の電極構造は、基板の表面に設けたＣｕ電極と、Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料からなり、前記Ｃｕ電極全体を覆う拡散防止膜と、Ａｕ−Ｓｎ系はんだからなる接合用はんだ層とを有することを特徴としている。この電極構造は、Ｃｕ電極が、基板の貫通孔に埋め込まれた貫通配線の端部に設けられたプラグ部となっている貫通配線構造のものでも有効である。

本発明の電極構造においては、Ｃｕ電極を拡散防止膜で覆ってあり、しかも、拡散防止膜は、Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料から構成されているので、Ｃｕ電極のＣｕとはんだ層のＳｎの相互拡散を抑制することができ、電極部分にクラック等が発生するのを防止することができる。

また、Ｃｕ電極を薄くしてもクラック等が発生しにくくなり、特に、Ｃｕ電極の厚さが２μｍ以下に薄くなっても電極部にクラック等が起こりにくい。

特に、Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料としては、Ｔｉ又はＮｉが適している。

本発明の別な実施形態においては、前記拡散防止膜と前記接合用はんだ層との間に、Ａｕ−Ｓｎ系はんだの濡れ性を向上させるための濡れ性改善層が形成されている。かかる実施態様によれば、はんだ層が溶融したときにその濡れ性が安定する。特に、前記濡れ性改善層が、前記拡散防止膜の表面全体を覆っていれば、濡れ性改善層の上に設けたはんだ層の濡れ性がきわめて安定する。

本発明に係る電極構造のさらに別な実施態様にあっては、前記はんだ層の面積が、前記Ｃｕ電極の面積と同等もしくはそれよりも小さいことを特徴としている。かかる実施態様によれば、はんだ層が熱伝導率の高いＣｕ電極の上に位置しているので、はんだ層の接合時にはんだ層が変形しやすくなる。

さらに、拡散防止膜が、前記Ｃｕ電極からはみ出たフランジ部を有していれば、フランジ部の下にはＣｕ電極が位置していないので、フランジ部には熱が伝わりにくく、フランジ部へ流れ出したはんだ層は冷めて固まりやすくなり、外へ流れにくくなる。また、フランジ部は、Ｃｕ電極の部分よりも低くなっているので、一層はんだ層が広がりにくくなる。

本発明に係る電極構造のさらに別な実施態様にあっては、前記拡散防止膜の厚さが、１μｍ以下となっていることが好ましく、またはんだ層の厚さが、５μｍ以下であることが好ましい。

本発明に係る電極構造のさらに別な実施態様は、前記基板が表面を絶縁膜で覆われた半導体基板であって、前記Ｃｕ電極と前記絶縁膜との間には、前記Ｃｕ電極よりも広い面積を有するとともに前記拡散防止膜からはみ出ないように、密着層が形成されていることが好ましい。かかる実施態様によれば、密着層によって銅電極と絶縁膜との密着性を高めることができる。しかも、はんだ層が密着層に触れることがなく、はんだ層と密着層の間で相互拡散を生じることがない。また、密着層は、貫通電極の絶縁層への拡散バリア性能も有していることが好ましい。

密着層は、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａのうち少なくとも一種の材料からなる１又は複数の層であることが好ましい。

本発明に係る第１のマイクロデバイス用パッケージは、マイクロデバイスを実装するための第１の基板と、前記第１の基板に接合されてマイクロデバイスを封止する第２の基板とからなるマイクロデバイス用パッケージであって、前記第２の基板の貫通孔に埋め込まれた貫通配線の端部において前記第２の基板の内面に設けられたＣｕ電極と、Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料からなり、前記Ｃｕ電極全体を覆う拡散防止膜と、Ａｕ−Ｓｎ系はんだからなる接合用はんだ層とによって、マイクロデバイスと接続するための接続用電極部が形成されたことを特徴としている。

かかるマイクロデバイス用パッケージでは、本発明の電極構造が貫通配線部分に用いられており、その部分では、Ｃｕ電極とはんだ層のＳｎの相互拡散を抑制することができ、電極部分にクラック等が発生するのを防止することができる。特に、Ｃｕ電極を薄くしてもクラック等が発生しにくくなる。

本発明に係る第２のマイクロデバイス用パッケージは、マイクロデバイスを実装するための第１の基板と、前記第１の基板と対向する第２の基板とからなるマイクロデバイス用パッケージであって、前記第２の基板の内面外周部に沿って設けられたＣｕ電極と、Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料からなり、前記Ｃｕ電極全体を覆う拡散防止膜と、Ａｕ−Ｓｎ系はんだからなる接合用はんだ層とによって、第１の基板と接合させる封止用パッド部が形成されたことを特徴としている。

かかるマイクロデバイス用パッケージでは、本発明の電極構造が封止接合の部分に用いられており、その部分では、Ｃｕ電極とはんだ層のＳｎの相互拡散を抑制することができ、電極部分にクラック等が発生するのを防止することができる。特に、Ｃｕ電極を薄くしてもクラック等が発生しにくくなる。

上記第１又は第２のマイクロデバイス用パッケージの接合後における前記接合用はんだ層の厚さは、３μｍ以下であることが望ましい。はんだ層の厚さを３μｍ以下にすれば、パッケージの厚みを薄くすることができるとともに、一般的なＭＥＭＳ製造プロセスを用いて容易にはんだ層を形成することができる。

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。

図１は、特許文献１に開示されたパッケージの断面図である。 図２は、Ｃｕ電極の表面にはんだ層を積層した電極部分の概略断面図である。 図３は、本発明の一実施形態によるパッケージの断面図である。 図４（ａ）は、図３のＸ部、すなわち接続用電極構造を上下反転して示す拡大図である。図４（ｂ）は、その一部の層を分離して示した拡大図である。 図５（ａ）は、図３のＹ部、すなわち封止用パッド構造を上下反転して示す拡大図である。図５（ｂ）は、その一部の層を分離して示した拡大図である。 図６は、接続用電極構造及び封止用パッド構造を接合させた状態を模式的に表した概略斜視図である。 図７（ａ）は、カバー基板の断面図である。図７（ｂ）は、接続用電極構造の下面形状を示す図である。図７（ｃ）は、カバー基板の別な下面形状を示す図である。 図８は、ＳｎがＣｕに拡散したときの様子を示すものである。 図９（ａ）は、ＳｎがＴｉに拡散したときの様子を示すものである。図９（ｂ）は、ＳｎがＮｉに拡散したときの様子を示すものである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。

図３は、静電リレーを封止したパッケージの構造を示す断面図である。パッケージは装置基板４１とカバー基板７１によって構成される。静電リレー４３は、装置基板４１の上面に形成されており、高周波用のスイッチ部とスイッチ部を駆動する静電アクチュエータからなる。スイッチ部は、一対の固定接点４４を有する固定接点部４５と、固定接点４４間を開閉する可動接点４６を有する可動接点部４７によって構成されている。また、静電アクチュエータは、絶縁層４８を介して装置基板４１の上面に固定されたアクチュエータ固定部４９と、静電力によって変位し可動接点部４７を移動させるアクチュエータ可動部５０と、アクチュエータ可動部５０を変位可能に弾性バネで保持する保持部５１によって構成されている。また、装置基板４１の上面周囲には、静電リレー４３を囲むようにして封止部５２が額縁状に形成されている。（スイッチ部と静電アクチュエータとは共通のＳｉ基板等を用いて形成されており、当該Ｓｉ基板等の外周部が封止部５２となっている。）

さらに、封止部５２の最上面には接合用パッド５３が額縁状に形成されている。固定接点部４５の上方には各固定接点４４に導通した一対の固定接点用パッド５４が形成され、アクチュエータ固定部４９の上方にはアクチュエータ固定部４９に導通したアクチュエータ用パッド５５が設けられている。同様に、アクチュエータ可動部５０の上方にはアクチュエータ可動部５０に導通したアクチュエータ用パッド（図示せず）が設けられている。ここで、接合用パッド５３の上面と、固定接点用パッド５４の上面と、アクチュエータ用パッド５５の上面などは、同一高さに位置している。

Ｓｉ基板からなるカバー基板７１は複数個の貫通孔７２を有しており、カバー基板７１の下面及び貫通孔７２の内面は、ＳｉＯ_２からなる絶縁層７３によって覆われている。貫通孔７２内には絶縁層７３及び密着層７４を介してＣｕからなる貫通配線７５が埋め込まれている。カバー基板７１の上面及び貫通配線７５の上面はさらに絶縁層７３で覆われている。カバー基板７１の上面には外部接続端子７６が設けられており、外部接続端子７６は絶縁層７３にあけたコンタクト孔を通して貫通配線７５に接続されている。また、カバー基板７１の下面において貫通配線７５の下端部には、固定接点用パッド５４やアクチュエータ用パッド５５などに接合させるための接続用電極構造８１が設けられている。

また、カバー基板７１の下面外周部には、接合用パッド５３に接合させてカバー基板７１と装置基板４１の間の空間を封止するための封止用パッド構造９１が額縁状に形成されている。

よって、装置基板４１の上にカバー基板７１を重ねて封止用パッド構造９１のはんだ層８５を接合用パッド５３に重ね、また接続用電極構造８１のはんだ層８５を固定接点用パッド５４やアクチュエータ用パッド５５などに位置合わせする。この状態で、加熱してはんだ層８５を溶融させると、封止用パッド構造９１が接合用パッド５３にはんだ接合されて静電リレー４３がパッケージ内に封止される。はんだは十分な変形を有しているので、封止用にはんだを用いることで、高い気密性と信頼性を得ることができる。また、接続用電極構造８１が固定接点用パッド５４やアクチュエータ用パッド５５などに接続されて固定接点用パッド５４やアクチュエータ用パッド５５などが貫通配線７５を通じて外部接続端子７６に接続される。よって、静電リレー４３は外部接続端子７６から信号を取り出される。

（接続用電極構造について）
つぎに、接続用電極構造８１の構造を説明する。図４（ａ）は、図３のＸ部すなわち接続用電極構造８１を拡大して示す図であって、上下を反転して示す。また、図４（ｂ）は、一部の層を分離して接続用電極構造８１を示す。図６は接合された接続用電極構造８１と封止用パッド構造９１を模式的に表した概略斜視図である。Ｓｉからなるカバー基板７１には貫通孔７２が開口されている。この貫通孔７２の内面とカバー基板７１の表面は、ＳｉＯ_２からなる絶縁層７３により覆われている。さらに、貫通孔７２の内周面からカバー基板７１表面の貫通孔７２の周囲にかけては、絶縁層７３の表面に密着層７４が形成されている。貫通孔７２内には、Ｃｕが埋め込まれて貫通配線７５が形成されており、さらにカバー基板７１の表面において貫通配線７５の端面及びその周囲には、貫通孔７２よりも直径の大きなＣｕ電極８２が設けられている。なお、貫通配線７５及びＣｕ電極８２はＣｕの電解メッキによって一度に形成される。

密着層７４は、絶縁層７３と貫通配線７５の間に設けられていて貫通配線７５が絶縁層７３から剥離しにくくする働きをしている。同様に、絶縁層７３とＣｕ電極８２の間に設けた密着層７４は、Ｃｕ電極８２が絶縁層７３から剥離しにくくする働きをしている。密着層７４はＣｕと絶縁層７３（ＳｉＯ_２）との密着性を高め、貫通配線７５の絶縁層７３（ＳｉＯ_２）への拡散を防ぐものであればよく、例えばＴｉ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａなどをスパッタリングして成膜すればよい。

図４に示すように、Ｃｕ電極８２の上には順次拡散防止膜８３、濡れ性改善層８４、はんだ層８５が形成されている。

Ｃｕ電極８２の表面は拡散防止膜８３によって覆われている。拡散防止膜８３は、Ｃｕ電極８２の全体を覆っている。また、拡散防止膜８３は、密着層７４も露出しないように完全に覆っている。拡散防止膜８３は、下側の材料（Ｃｕ電極８２）と上側の材料（濡れ性改善層８４）のそれぞれと金属化合物を形成し、高い接合強度を得ることができる。その一方で、Ｃｕ電極８２のＣｕがはんだ層８５側へ拡散するのを妨げ、またはんだ層８５のはんだがＣｕ電極８２側へ拡散するのを妨げる。拡散防止膜８３の材料は、はんだ層８５に含まれているＳｎの拡散係数が、３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下であるものが好ましく、Ｎｉ又はＴｉが用いられる。

なお、拡散とは、媒質Ａ中に原子Ｂがまばらに存在している場合、原子Ｂがその濃度の高い領域から濃度の低い領域へと広がっていき、最終的にＢの分布が一様になる現象をいう。かかる拡散過程においては、原子Ｂが拡散していく過程で単位断面積を通過する原子Ｂの量（流れ密度）Ｊは、原子Ｂの濃度勾配（ｄｃ／ｄｘ）に比例し、
Ｊ＝−Ｄ（ｄｃ／ｄｘ）
（ただし、ｘは、前記断面に垂直な方向の距離）
で表される。この比例係数Ｄ［ｃｍ^２／sec］が拡散係数と呼ばれる。

はんだ層８５は、加熱によって変形し気密封止を可能にする層であって、鉛を含まないＡｕ−Ｓｎ系のはんだが好ましい。

はんだ層８５と拡散防止膜８３の間に設けられている濡れ性改善層８４は、Ａｕ−Ｓｎ系のはんだ層８５の溶融時の濡れ性を安定させ、はんだ層８５による接合不良が起きにくくするとともに接合強度を向上させる。濡れ性改善層８４には、ＡｕあるいはＡｕを含んだ金属材料が用いられる。特にＡｕは酸化などがなく安定しているから、濡れ性改善層８４にＡｕを用いればＣｕ電極８２を外部環境から保護することができる。

パッケージの厚みを薄くするためにはＣｕ電極８２の厚みは薄いことが好ましく、２μｍ以下の厚みであることが望ましい。また、拡散防止膜８３は、１μｍ以下の厚みとすることが望ましい。はんだ層８５の厚みは、接合後においては３μｍ以下になることが望ましい。従って、濡れ性改善層８４の上に設けられているだけの、接合前におけるはんだ層８５の厚みは、１０μｍ以下とすることが好ましく、さらには５μｍ以下とすることが望ましい。濡れ性改善層８４の厚みは３μｍ以下とするのが好ましいが、下地の材料によっては省略してもよい。

図４に示したような接続用電極構造８１によれば、拡散防止膜８３の働きではんだ層８５のＳｎがＣｕ電極８２側へ拡散するのを妨げることができる。したがって、Ｃｕ電極８２を２μｍ以下の厚みにした場合でも、Ｃｕ電極８２又ははんだ層８５との界面でクラックやボイド、剥離などが発生しにくくなり、高い接合強度を得られるようにする。

また、好ましい寸法関係はつぎのとおりである。図４（ｂ）を参照すれば、カバー基板７１の表面においては、密着層７４の外形寸法Ｄ５はＣｕ電極８２の外形寸法Ｄ４よりも大きくなっている。拡散防止膜８３の外形寸法Ｄ３は、Ｃｕ電極８２の外形寸法Ｄ４よりも大きく、Ｃｕ電極８２からはみ出たフランジ部６１を有している。また、拡散防止膜８３の外形寸法Ｄ３は、カバー基板７１の表面の密着層７４の外形寸法Ｄ５と等しいか、それよりも大きい。また、濡れ性改善層８４の外形寸法Ｄ２は、拡散防止膜８３の外形寸法Ｄ３と等しいか、それよりも大きくて、濡れ性改善層８４は、拡散防止膜８３の表面全体を覆っている。はんだ層８５の外形寸法Ｄ１は、Ｃｕ電極８２の外形寸法Ｄ４と同等か、それよりも小さくなっている。

なお、接続用電極構造８１が例えば図７（ｂ）に示すような矩形状や多角形状をしている場合には、各層の外形寸法とはその一辺の長さを表わす。接続用電極構造８１が例えば図７（ｃ）に示すような円形状や楕円形状をしている場合には、各層の外形寸法とはその直径を表わす。また、封止用パッド構造９１のようにある方向に延びた帯状をしている場合には、各層の外形寸法とはその幅を表す。以下においては、円形である場合を想定して外形寸法という代わりに直径と言うことがある。

このような寸法関係によれば、密着層７４や拡散防止膜８３、濡れ性改善層８４が８２よりも外にはみ出してＣｕ電極８２の周囲に厚みの薄いフランジ部８６が形成されている。Ｃｕ電極８２は熱伝導率が高いので、はんだ層８５の直径をＣｕ電極８２と同等又はそれよりも小さくしてあれば、加熱時にＣｕ電極８２の真上に位置するはんだ層８５が熱で変形しやすくなる。また、変形したはんだ層８５がＣｕ電極８２の上からフランジ部６１に流れ出ると、フランジ部６１ではんだ層８５が冷めて固まりやすくなり、それ以上そとへ流れ出にくくなる。

（封止用パッド構造について）
図５（ａ）は、図３のＹ部すなわち封止用パッド構造９１を拡大して示す図であって、上下を反転して示す。また、図５（ｂ）は、一部の層を分離して封止用パッド構造９１を示す。封止用パッド構造９１では、カバー基板７１の表面に薄膜状のＣｕ電極８２が形成され、その上方に順次拡散防止膜８３、濡れ性改善層８４、はんだ層８５が設けられている。封止用パッド構造９１では、カバー基板７１に貫通孔がなく、したがって貫通配線が設けられていない点を除けば、接続用電極構造８１において説明した構成や作用効果がそのまま当てはまる。

（拡散防止膜の選定について）
つぎに、本発明において、Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下の拡散防止膜を用いる根拠について説明する。各種金属に対するＣｕの拡散係数（単位：ｃｍ^２／sec、温度：６００°Ｋ）は、次の通りである。なお、矢印は、拡散される物質←拡散する物質で拡散方向を示している。
Ａｇ←Ｃｕ ： ２×１０^−１６〜２×１０^−１７
Ａｌ←Ｃｕ ： ０.９〜１×１０^−１２
Ｎｉ←Ｃｕ ： ２〜４×１０^−２３
Ｓｎ←Ｃｕ ： ３×１０^−６
Ｔｉ←Ｃｕ ： ５×１０^−１４〜４×１０^−１８
ＴｉＮ←Ｃｕ ： ６×１０^−３０
ＴａＮ←Ｃｕ ： ３×１０^−１８
Ｌｉ←Ｃｕ ： ２×１０^−１６
Ｐｂ←Ｃｕ ： ２×１０^−１６
これらの値のうち、ＣｕからＳｎへの拡散係数を基準とし、それよりも拡散係数の小さな材料を選択すると、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｌｉ、Ｐｂが候補に挙がる。

一方、拡散防止膜を選定する基準としては、つぎの２つの基準を考えることができる。
（基準１） 貫通配線材料であるＣｕと拡散防止膜との関係
（基準２） はんだ材料であるＳｎと拡散防止膜との関係

まず、貫通配線材料であるＣｕと拡散防止膜の関係（基準１）について考える。この関係では、接合温度が２６０℃〜４００℃という環境において、貫通配線材料（Ｃｕ）と拡散防止膜の材料が溶融し合わない高融点金属であることが第１の条件となる。そして、一般的な物理的成膜や化学的成膜で成膜可能であり、フォトリソグラフィプロセスに適した材料であることが第２の条件となる。この観点で言うと、上記のＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴａＮはどれも当てはまる。最も融点の低いＡlでも、融点が６６０℃であるためである。

つぎに、はんだ材料であるＳｎと拡散防止膜との関係（基準２）について考える。この基準では、はんだ材料であるＳｎからＣｕの方向へと拡散していく経路を防止できるか否かが重要となる。よって、拡散係数として考慮すべきものは、Ｓｎ→拡散防止膜の方向における拡散係数が判断基準となる。拡散防止膜→Ｓｎへの拡散係数は、どれも値が低いものである。これは、その接合温度付近ではんだ材料であるＳｎがすでに溶融しているため、拡散防止膜の材料の拡散していく深さはより深くＳｎ側へと入り込んでいくと考えられるからである。しかし、それは本発明の課題解決には直接関係の無いものであり、拡散防止膜は、Ｃｕの拡散係数や前記基準１、２などから総合的に判断して選定されるべきものであり、さらに拡散防止膜に求められる機能としては、Ｓｎから拡散防止膜へ拡散し、ＣｕとＳｎが拡散を生じないようにすることであるため、Ｓｎ→拡散係数の値を判断基準とすべきであると考えられる。

Ｓｎから各種金属への拡散係数（単位：ｃｍ^２／sec、温度：６００°Ｋ）を示すと、次の通りである。
Ｃｕ←Ｓｎ ： ４×１０^−１７
Ｔｉ←Ｓｎ ： ２×１０^−２８
Ｎｉ←Ｓｎ ： ３×１０^−２３
Ａｇ←Ｓｎ ： １×１０^−１５
Ａｌ←Ｓｎ ： ４×１０^−１１
参考までに課題を生じたＣｕの拡散係数も記載している。また、ＣｕにＳｎを拡散させた（Ｃｕ←Ｓｎ）場合における、Ｃｕ層とＳｎ層との界面付近の断面写真を図８に示す。したがって、これらのデータによれば、Ｃｕ←Ｓｎの拡散係数以上の値では、Ｓｎの拡散が生じると考えられるので、ＡｇやＡｌは採用できないと判断できた。また、図９（ａ）はＳｎをＴｉに拡散させた場合の断面写真であり、図９（ｂ）はＳｎをＮｉに拡散させた場合の断面写真である。図９（ａ）及び（ｂ）によれば、Ｔｉ又はＮｉの場合にはクラックなどが生じていないことが分かる。

よって、拡散防止膜８３として、Ｔｉ又はＮｉを用いることにより電極部分にクラック等の欠点が生じるのを防ぐことができる。また、このときの拡散値より、拡散防止膜８３としては、Ｓｎの拡散定数が ３×１０^−２３ｃｍ^２／sec 以下のものを用いればよいことが分かる。

（製造工程について）
上記カバー基板７１は、次のようにして製造される。まず、ＭＥＭＳ製造技術を用いて装置基板４１の上面にスイッチ部や静電アクチュエータ、封止部５２などを作製しておく。また、カバー基板７１には、貫通配線７５や接続用電極構造８１、封止用パッド構造９１などを作製しておく。ついで、スイッチ部や静電アクチュエータ、封止部５２などを形成したＳｉ基板等の上にカバー基板７１を重ね合わせ、接続用電極構造８１を固定接点用パッド５４やアクチュエータ用パッド５５に位置合わせし、封止用パッド構造９１を接合用パッド５３に位置合わせする。この状態を保ちながら、温度：２６０〜４００℃、荷重圧力：０.１〜１０ＭＰａという条件のもとで加熱及び加圧を行い、はんだ層８５を変形させて接続用電極構造８１を固定接点用パッド５４やアクチュエータ用パッド５５に接合するとともに封止用パッド構造９１を接合用パッド５３に接合する。また、接合処理を行なう際には、周囲（チャンバ内）の環境は３０Torr前後の窒素雰囲気、もしくはそれよりも高真空の雰囲気であればよい。この結果、カバー基板７１と装置基板４１が接合一体化され、スイッチ部や静電アクチュエータが封止される。

これまでの状態では、貫通配線７５はカバー基板７１の凹部内に埋め込まれていてカバー基板７１の外面側には露出していなかったので、カバー基板７１の外面を研削又は研磨してカバー基板７１の外面に貫通配線７５の端面を露出させる。ついで、カバー基板７１の外面に、蒸着やスパッタ等で絶縁層７３を形成し、貫通配線７５の端面に当たる位置で絶縁層７３にコンタクト孔をあける。このコンタクト孔の上に外部接続端子７６を設け、コンタクト孔を通して外部接続端子７６を貫通配線７５の端面に接続する。

ここまでの工程は、ウエハサイズで実施され、一組のウエハによって複数個の静電リレー４３が一度に製作されている。従って、これをダイシング等により個片カットすることで、多数の静電リレー４３が量産される。

４１ 装置基板
４３ 静電リレー
５２ 封止部
５３ 接合用パッド
５４ 固定接点用パッド
５５ アクチュエータ用パッド
６１ フランジ部
７１ カバー基板
７２ 貫通孔
７３ 絶縁層
７４ 密着層
７５ 貫通配線
７６ 外部接続端子
８１ 接続用電極構造
８２ Ｃｕ電極
８３ 拡散防止膜
８４ 濡れ性改善層
８５ はんだ層
９１ 封止用パッド構造

Claims (15)

1. 基板の表面に設けたＣｕ電極と、
   Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料からなり、前記Ｃｕ電極全体を覆う拡散防止膜と、
   前記拡散防止膜の上方に設けた、Ａｕ−Ｓｎ系はんだからなる接合用はんだ層と、
   を有することを特徴とする電極構造。
2. 前記拡散防止膜は、Ｎｉ又はＴｉであることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
3. 前記Ｃｕ電極は、基板の貫通孔に埋め込まれた貫通配線の端部に設けられたプラグ部であることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
4. 前記拡散防止膜と前記接合用はんだ層との間に、Ａｕ−Ｓｎ系はんだの濡れ性を向上させるための濡れ性改善層が形成されていることを特徴とする、請求項１の電極構造。
5. 前記Ｃｕ電極の厚さが、２μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
6. 前記拡散防止膜は、前記Ｃｕ電極からはみ出たフランジ部を有することを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
7. 前記拡散防止膜の厚さが、１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
8. 前記濡れ性改善層は、前記拡散防止膜の表面全体を覆っていることを特徴とする、請求項４に記載の電極構造。
9. 前記はんだ層の厚さが、５μｍ以下である、請求項１に記載の電極構造。
10. 前記はんだ層の面積は、前記Ｃｕ電極の面積と同等もしくはそれよりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
11. 前記基板は表面を絶縁膜で覆われた半導体基板であって、
    前記Ｃｕ電極と前記絶縁膜との間には、前記Ｃｕ電極よりも広い面積を有するとともに前記拡散防止膜からはみ出ないように、密着層が形成されている、請求項１に記載の電極構造。
12. 前記密着層は、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａのうち少なくとも一種の材料からなる１又は複数の層である、請求項１１に記載の電極構造。
13. マイクロデバイスを実装するための第１の基板と、前記第１の基板に接合されてマイクロデバイスを封止する第２の基板とからなるマイクロデバイス用パッケージであって、
    前記第２の基板の貫通孔に埋め込まれた貫通配線の端部において前記第２の基板の内面に設けられたＣｕ電極と、
    Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料からなり、前記Ｃｕ電極全体を覆う拡散防止膜と、
    Ａｕ−Ｓｎ系はんだからなる接合用はんだ層と、
    によって、マイクロデバイスと接続するための接続用電極部が形成されたことを特徴とするマイクロデバイス用パッケージ。
14. マイクロデバイスを実装するための第１の基板と、前記第１の基板と対向する第２の基板とからなるマイクロデバイス用パッケージであって、
    前記第２の基板の内面外周部に沿って設けられたＣｕ電極と、
    Ｓｎの拡散係数が３×１０^−２３ｃｍ^２／sec以下である材料からなり、前記Ｃｕ電極全体を覆う拡散防止膜と、
    Ａｕ−Ｓｎ系はんだからなる接合用はんだ層と、
    によって、第１の基板と接合させる封止用パッド部が形成されたことを特徴とするマイクロデバイス用パッケージ。
15. 接合後における前記接合用はんだ層の厚さが、３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載のマイクロデバイス用パッケージ。

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