化学键合法及接合结构体制造技术

本发明专利技术涉及通过由形成于接合面的氧化物构成的接合膜进行化学键合。在真空容器内，在具有平滑面的2个基体各自的所述平滑面上形成非晶氧化物薄膜，并且以形成于所述2个基体上的所述非晶氧化物薄膜彼此接触的方式重叠所述2个基体，由此在所述非晶氧化物薄膜的接合界面产生伴随原子扩散的化学键而将所述2个基体接合。体接合。体接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】化学键合法及接合结构体


[0001]本专利技术涉及化学键合法和具有通过化学键合法接合的接合部的接合结构体，更具体地，涉及通过使在作为接合对象的一个基体的接合面上在真空容器中形成的金属或半金属薄膜与另一个基体上形成的金属或半金属薄膜或另一个基体的接合面重叠而接合的原子扩散接合法的改良、以及具有通过该改良的化学键合法接合的接合部的接合结构体。

技术介绍

[0002]将2个以上被接合材料贴合的接合技术在各种领域中被利用，例如在电子部件的领域中，在晶片接合、封装密封等中利用这样的接合技术。
[0003]作为一例，以上述的晶片接合技术为例来说明的话，在以往的一般的晶片接合技术中，一般是在重叠的晶片间施加高压、高热来接合的方法。
[0004]但是，在通过该方法的接合中，无法进行设置有对热和压力敏感的电子器件等的基板的接合和集成化，因此，期望在不产生热、压力等物理损伤的情况下将作为接合对象的基体相互接合的技术。
[0005]作为这样的接合技术之一，提出了被称为“原子扩散接合”的接合法。
[0006]该原子扩散接合如下所示：在作为接合对象的晶片或芯片、基板或封装件、其他各种被接合材料(以下称为“基体”)中的一个平滑面上，通过溅射或离子镀等真空成膜方法以纳米级的厚度形成金属或半金属的微晶薄膜(以下称为“接合膜”)，在通过同样的方法在另一个基体的平滑面上形成的接合膜、或在具有微晶结构的基体的平滑面上形成接合膜后，在同一真空中或大气压中重叠，由此能够进行伴随接合界面或晶界中的原子扩散的接合(参照专利文献1、专利文献2)。
[0007]在该原子扩散接合中，只要能够在真空中形成上述的接合膜，则不论被接合材料的材质如何都能够接合，不仅能够将半导体或陶瓷的晶片作为接合对象，还能够将金属或陶瓷的块体(基体)、聚合物等各种材质的被接合材料作为接合对象，并且，除了同种材料之间的接合以外，不同种材料之间的接合也可以不加热，优选在室温(或低温)下接合。
[0008]在此，固相的金属原子在室温下几乎不能移动，但在原子扩散接合中，如上所述，使用在真空容器中成膜的接合膜所具有的大的表面能作为接合的驱动力，利用接合膜的表面的大的原子扩散性能和接触界面的原子再排列现象，使构成接合膜的物质的原子在室温下移动，由此进行接合。
[0009]这种表面上的原子扩散或原子再排列现象是表面和接合界面上的原子缺陷(空孔)以低能高速运动的现象，利用这种现象可以使金属原子在室温下移动而接合。
[0010]在原子扩散接合中，能够在室温下进行使用所有金属的接合膜的接合，特别是Ti、Au等原子的自扩散系数大的材料，原子越容易在接合界面移动，也越容易产生原子再排列，得到高接合性能。
[0011]在这样的原子扩散接合中，作为在接合面上形成的接合膜，在使用约几埃(使接合膜彼此接合的情况下单侧为几埃)的薄的金属薄膜的真空中的接合中，能够得到透明且几
乎没有导电性的接合界面，因此还研究了将其应用于光学部件、新功能器件的接合。
[0012]但是，即使存在于接合界面的接合膜为单侧约几埃的薄的金属薄膜，由于该薄膜具有接近金属的特性，因此在接合界面吸收1～2％左右的光，并且，也残留有微小的导电性，这样少量残存的光吸收性和导电性有时在高亮度器件和电子器件的形成中成为问题。
[0013]为了解决这样的问题，提出了如下的弹性波器件的制造方法：在进行基于原子扩散接合的接合后，通过使存在于接合界面的金属制接合膜氧化而丧失导电性，从而实现了防止因高频信号泄漏到金属制接合膜中而引起的特性劣化(专利文献3)。
[0014]具体地，在专利文献3中，在将压电体的薄膜与支撑基板贴合而进行的弹性波器件的制造方法中，首先，在双方的接合面上分别形成氧化物的基底层，在其上分别形成金属制接合膜，使接合膜彼此重叠而进行原子扩散接合，然后进行热处理，在该热处理时，利用从氧化基底层脱离的氧使接合膜氧化而成为氧化金属的膜，由此消除因在接合界面存在金属制接合膜而产生的弹性波器件的特性劣化等(参照专利文献3的段落[0012]～[0018]，[0028])。现有技术文献
[0015]专利文献专利文献1：日本专利第5401661号公报专利文献2：日本专利第5569964号公报专利文献3：日本特开2015
‑
222970号公报

技术实现思路

专利技术要解决的课题
[0016]在上述专利文献3记载的弹性波器件的制造方法中采用的压电体与支撑基板的接合方法中，通过进行原子扩散接合后的热处理，使存在于接合界面的金属制接合膜氧化，从而能够恰当消除因接合界面存在金属制接合膜而引起的特性劣化。
[0017]但是，在该接合方法中，不仅需要用于形成约数的非常薄的金属制接合膜的膜厚管理，而且需要新设形成氧化基底膜的工序，并且需要进行原子扩散接合后的用于氧化的热处理、以及在该热处理中用于稳定地将从氧化基底膜脱离的氧量供给到接合膜的控制等，在量产方面应管理的参数变多，这些成为提高生产率时的阻碍。
[0018]在此，新设置氧化基底层的形成和原子扩散接合后的热处理工序、并且在热处理等时需要复杂的参数管理等的理由，都是为了在进行原子扩散接合后，事后使存在于接合界面的金属制接合膜氧化，原本只要能利用由氧化物形成的接合膜进行原子扩散接合，则无需事后氧化接合膜，因此形成氧化基底层的工序也不需要用于氧化的热处理、以及热处理时的参数管理等繁杂的作业。
[0019]这样，为了将氧化物薄膜作为接合膜进行原子扩散接合，需要原子在氧化物薄膜的表面上来回移送，并在与另一个氧化物薄膜(或基体)的表面之间产生化学键。
[0020]但是，上述专利文献1和专利文献2记载的原子扩散接合以形成于接合面的接合膜由金属或半金属形成为前提，不仅启示“接合膜由氧化物形成，而且在氧化物的薄膜中不能进行原子扩散接合，而且没有公开或暗示利用由这样的氧化物形成的接合膜能够进行原子扩散接合。
[0021]即，在原子扩散接合中，如上所述，是利用接合膜表面的大的原子扩散性能和接触界面处的原子再排列现象，在室温下使金属原子移动来进行接合，因此认为，接合面上形成的接合膜必须容易产生原子的扩散，表示这样的原子扩散容易度的表面扩散系数越高，越容易接合，若表面扩散系数小，则在室温下不能接合。
[0022]因此，在上述的专利文献1和专利文献2中，记载了根据作为接合膜材料的金属或半金属的表面扩散系数Ds来规定接合条件，在使用室温下的表面扩散系数Ds低的金属或半金属接合膜进行接合时，优选通过加热使表面扩散系数上升(专利文献1的权利要求4)，以及伴随着表面扩散系数的降低应该使接合时的加热温度条件上升(专利文献2的段落[0070]～[0073])。
[0023]这样，在上述的专利文献1和专利文献2中，教导了在使用由未氧化的金属或半金属形成的接合膜进行接合时，在由表面扩散系数小的材质形成接合膜时，有时在常温下不能接合。
[0024]对此，相对于金属和半金属的表面扩散系数Ds，它们的氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.化学键合法，其特征在于，在真空容器内，在具有平滑面的2个基体各自的所述平滑面上形成非晶氧化物薄膜，并且以形成于所述2个基体上的所述非晶氧化物薄膜彼此接触的方式重叠所述2个基体，由此在所述非晶氧化物薄膜的接合界面上产生化学键，从而将所述2个基体接合。2.化学键合法，其特征在于，在真空容器内，在一个基体的平滑面上形成非晶氧化物薄膜，并且以至少表面具备具有氧化物薄膜的平滑面的另一个基体的平滑面与形成于所述一个基体上的所述非晶氧化物薄膜接触的方式将所述一个、另一个这2个基体重叠，由此在所述非晶氧化物薄膜与所述另一个基体的所述平滑面的接合界面上产生化学键，由此将所述2个基体接合。3.化学键合法，其特征在于，在真空容器内，在一个基体的平滑面上形成非晶氧化物薄膜，并且以具备经活化处理的平滑面的另一个基体的平滑面与形成于所述一个基体上的所述非晶氧化物薄膜接触的方式将所述一个、另一个这2个基体重叠，由此在所述非晶氧化物薄膜与所述另一个基体的所述平滑面的接合界面上产生化学键，由此将所述2个基体接合。4.权利要求1～3任一项所述的化学键合法，其特征在于，伴随着接合界面处的原子扩散，产生所述化学键。5.权利要求1～4任一项所述的化学键合法，其特征在于，所述非晶氧化物薄膜的表面的算术平均粗糙度为0.5nm以下。6.权利要求1～5任一项所述的化学键合法，其特征在于，通过伴随所述基体平滑面上的原料原子骤冷的方法，形成所述非晶氧化物薄膜。7.权利要求1～6任一项所述的化学键合法，其特征在于，作为所述非晶氧化物薄膜，形成缺陷多的非晶氧化物薄膜。8.权利要求1～7任一项所述的化学键合法，其特征在于，在不加热所述基体的情况下进行所述基体的重叠。9.权利要求1～7任一项所述的化学键合法，其特征在于，将重叠所述基体时的所述基体在室温以上且400℃以下的温度范围内加热以促进所述化学键合。10.权利要求1～9任一项所述的化学键合法，其特征在于，在真空压力达到1
×
10
‑3Pa～1
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‑8Pa的真空容器内进行所述非晶氧化物薄膜的形成和所述基体的重叠。11.权利要求1～10任一项所述的化学键合法，其特征在于，在同一真空中进行所述非晶氧化物薄膜的形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：岛津武仁，鱼本幸，宫本和夫，宫本嘉和，加藤延彦，森脇崇行，斋藤孝之，
申请(专利权)人：佳能安内华股份有限公司，
类型：发明
国别省市：