CN109153098A - 接合材料、接合材料的制造方法、接合结构的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的接合材料(10)含有非晶态银膜(12)。

Description

接合材料、接合材料的制造方法、接合结构的制作方法
技术领域
本发明涉及接合材料、接合材料的制造方法、接合结构的制作方法。
背景技术
已知一种技术，通过使若干个部件彼此接触并接合，将若干个部件一体化。例如，在将半导体元件安装到基板上时，通过接合材料将半导体元件和基板进行接合。
传统上，广泛使用含铅的焊料作为接合材料。不过，近年来为了应对环境保护的问题，正在研究不含铅的焊料(无铅焊料)。然而，一般来说，由于无铅焊料的熔点高于含铅焊料，因此，使用无铅焊料在高温下进行接合时，可能会发生热应力导致接合对象破损的问题或者在焊料接合界面产生真空腔的问题。
于是，已经研究了含有金属纳米颗粒的膏料来作为低熔点的接合材料(例如，专利文献1)。专利文献1中公开了一种方法，将膏料涂布在绝缘基板上之后，再将半导体芯片放到膏料上，进行加热使半导体芯片接合在绝缘基板上。专利文献1中，膏料含有金属纳米颗粒、有机分散材料、分散剂捕捉材料和挥发性有机成分，加热时从膏料中挥发出气体。
〔专利文献〕
专利文献1：日本特开2008-10703号公报。
发明内容
然而，专利文献1的方法中，在制备膏料时需要将多种成分进行混合，膏料的制备较复杂，不能简单地进行接合。还有，专利文献1的方法中，会导致成本增加。
本发明是鉴于上述课题而作出的，其目的是提供接合材料、接合材料的制造方法、接合结构的制作方法，即使在低温环境下它们也能够容易地实现良好接合。
本发明的接合材料含有非晶态银膜。
一实施方式中，所述接合材料还含有银层，所述银层与所述非晶态银膜接触。
一实施方式中，所述银层具有细微结晶、柱状晶、等轴晶或混合晶粒结构。
一实施方式中，所述银层的厚度是10nm以上1mm以下。
本发明的接合材料的制造方法包含：准备银层的工序、加热所述银层并基于所述银层形成非晶态银膜的工序。
一实施方式中，准备所述银层的工序含有：通过溅射处理、镀膜、化学气相沉积或者蒸镀在承载部件上形成所述银层的工序。
一实施方式中，在准备所述银层的工序中，所述银层具有细微结晶、柱状晶、等轴晶或混合晶粒结构。
一实施方式中，在形成所述非晶态银膜的工序中，所述非晶态银膜形成在所述银层之上。
一实施方式中，形成所述非晶态银膜的工序含有：放置与所述银层相对的对置部件的工序、放置了所述对置部件的状态下加热所述银层在所述对置部件上形成所述非晶态银膜的工序。
本发明的接合结构的制作方法包含：第一接合对象和第二接合对象的准备工序、接合材料形成工序、层叠体形成工序、接合工序。所述接合材料形成工序中，在所述第一接合对象和所述第二接合对象中的至少一个接合对象的表面上，形成接合材料。所述层叠体形成工序中，以所述接合材料位于所述第一接合对象与所述第二接合对象之间的方式，形成由所述第一接合对象、所述接合材料和所述第二接合对象层叠而成的层叠体。所述接合工序中，通过加热所述层叠体，利用所述接合材料将所述第一接合对象与所述第二接合对象进行接合。所述接合材料形成工序包含：准备银层的工序、加热所述银层并基于所述银层形成非晶态银膜的工序。
一实施方式中，在形成所述非晶态银膜的工序中，在加热所述层叠体之前形成所述非晶态银膜。
一实施方式中，准备所述银层的工序包含在所述至少一个接合对象的表面上形成所述银层的工序，在形成所述非晶态银膜的工序中，所述非晶态银膜形成在所述银层之上。
一实施方式中，准备所述银层的工序包含在所述至少一个接合对象以外的部件的表面上形成所述银层的工序，形成所述非晶态银膜的工序包含在所述至少一个接合对象的表面上基于所述银层形成所述非晶态银膜的工序。
〔发明效果〕
根据本发明，可以提供即使在低温环境下也能够容易地实现良好接合的接合材料、接合材料的制造方法、接合结构的制作方法。
附图说明
图1是本实施方式的接合材料的示意图。
图2是本实施方式的接合结构的示意图。
图3(a)～图3(d)是用于说明本实施方式的接合结构的制作方法的示意图。
图4(a)～图4(d)是用于说明本实施方式的接合结构的制作方法的示意图。
图5(a)和图5(b)是用于说明本实施方式的接合材料的制造方法的示意图。
图6是本实施方式的接合材料。
图7(a)和图7(b)是用于说明本实施方式的接合材料的制造方法的示意图。
图8(a)～图8(c)是用于说明本实施方式的接合材料的制造方法的示意图。
图9(a)和图9(b)是用于说明本实施方式的接合材料的制造方法的示意图。
图10是本实施方式的接合结构的示意图。
图11(a)～图11(e)是用于说明图10所示接合结构的制作方法的示意图。
图12是实施例中的样品的示意性截面图。
图13是图12的局部放大图。
图14(a)～图14(d)是图13中的P1～P4的X射线荧光分析结果的图表。
图15(a)是图13的局部放大图，图15(b)是图15(a)的局部放大图，图15(c)是图15(b)的局部放大图。
图16表示实施例中的样品，图16(a)是在空气中加热而形成的非晶态银膜，图16(b)是图16(a)的局部放大图，图16(c)是图16(b)的局部放大图。
图17表示实施例中的样品，图17(a)是在真空中加热而形成的非晶态银膜，图17(b)是图17(a)的局部放大图。
具体实施方式
以下，对本发明所涉及的接合材料、接合材料的制造方法以及接合结构的制作方法的实施方式进行说明。不过，本发明不限于以下的实施方式，也可以对以下的实施方式进行适当变更。另外，为了避免冗余的说明，有时适当地省略重复的描述，但并不因此限定发明的要旨。
参照图1，对本发明所涉及的接合材料10的实施方式进行说明。图1是本实施方式的接合材料10的示意图。接合材料10用于将接合对象进行接合。接合材料10一般是薄膜状。
接合材料10含有非晶态银膜12。非晶态银膜12中的主要成分是非晶态银。不过，非晶态银膜12也可以含有非晶态银以外的杂质。非晶态银膜12中，非晶态银的比例优选为50质量％以上，更优选为80质量％以上，进一步优选为90质量％以上。还有，非晶态银膜12的厚度例如是10nm以上1μm以下。
通常情况下，接合材料10具有2个主表面。图1中，接合材料10的任何一个主表面与任何部件都没有接触，是露出来的。不过，在使接合材料10与接合对象进行接触之前，接合材料10的2个主表面中的至少一个主表面可以与其它部件进行接触。
一般而言，已知非晶态银相对不稳定。本实施方式中，加热接合材料10后，非晶态银膜12内的非晶态银发生晶化而变成结晶性银，从而稳定化。本说明书中，含有结晶性银(非晶态银膜12内的非晶态银发生晶化而变成的结晶性银)的膜有时记载为结晶性银膜。
使接合材料10与接合对象进行接触并进行加热后，非晶态银膜12内的非晶态银发生晶化，非晶态银膜12变成结晶性银膜。非晶态银膜12变成结晶性银膜时，接合材料10就与接合对象进行结合。因此，能够利用本实施方式的接合材料10来制作将接合对象进行了接合的接合结构。
以下，参照图2对本发明所涉及的接合结构100实施方式进行说明。图2是本实施方式的接合结构100的示意图。
接合结构100具备接合材料10、接合对象110和接合对象120。接合材料10是薄膜状。接合结构100中，接合对象110、接合材料10和接合对象120依次层叠，接合材料10将接合对象110与接合对象120接合在一起。其中，接合材料10含有结晶性银膜12L。加热图1所示的非晶态银膜12，使其发生晶化，从而形成结晶性银膜12L。另外，本说明书以下的说明中，接合对象110、接合对象120有时分别记载为第一接合对象110、第二接合对象120。
第一接合对象110可以是任意部件。例如，接合对象110是基板。基板可以是金属基板，也可以是绝缘基板。
构成金属基板的物质例如是：铜、锌、金、钯、铝、镍、钴、铁、氧化铝、钨、铌、钼、钛、不锈钢、离子棒合金(铁、镍、锰和碳构成的合金)或者可伐合金(铁、镍、钴、锰和硅构成的合金)。还有，构成绝缘基板的物质例如是：玻璃、二氧化硅玻璃、硅、碳、陶瓷、碳化硅、氮化镓、在硅基上形成的氮化镓、氮化硅或者氮化铝。
还有，第二接合对象120也可以是任意部件。例如，接合对象120是基板，基板可以是金属基板，也可以是绝缘基板。例如，可以举出上述构成接合对象110的材质，来作为构成第二接合对象120的材质。
或者，第二接合对象120也可以是半导体元件或配线。构成半导体元件的材质例如是：硅、碳、碳化硅、氮化镓、在硅基上形成的氮化镓、氮化硅或者氮化铝。构成配线的物质例如是：铜、锌、金、钯、铝、铌、镍、钴、钼、钨、钛或者铁。为了具有优异的通用性和性价比并且容易与接合材料10进行粘接，构成配线的金属优选为铜或者铁。
本实施方式的接合结构100中，接合材料10含有由非晶态银膜12发生晶化而形成的结晶性银膜12L，接合材料10将接合对象110与接合对象120进行接合。另外，接合对象110优选为在与接合材料10接触的面具有非晶态膜。还有，接合对象120优选为在与接合材料10接触的面具有非晶态膜。
如上所述，结晶性银膜12L是由非晶态银膜12发生晶化而形成的。非晶态银膜12例如是基于银层形成的。例如，在银层的表面上，基于银层来形成非晶态银膜12。或者，也可以在银层以外的部件的表面上，基于银层来形成非晶态银膜12。
本实施方式的接合结构100中，如上所述，利用含有非晶态银膜12的接合材料10，将第一接合对象110与第二接合对象120接合在一起。由于非晶态银膜12的晶化在比普通烧结温度低的温度下就能进行，因此本实施方式的接合结构100在低温环境下也能实现良好接合。还有，即使第一接合对象110和第二接合对象120中有一个的耐热性较低，也能够实现第一接合对象110与第二接合对象120的良好接合。还有，由于不需要加热炉等大型装置，因此能够通过简单的过程以低成本进行接合。而且，能够利用通用性金属方便地进行接合。
接下来，参照图3对本实施方式的接合结构100的制作方法的一个例子进行说明。接合结构100具备上述的接合材料10、接合对象110、接合对象120，避免冗余而省略了重复的记载。
如图3(a)所示，准备第一接合对象110和第二接合对象120。
如图3(b)所示，在第一接合对象110和第二接合对象120中的至少一个接合对象上形成接合材料10。比如在第一接合对象110的表面上形成接合材料10。接合材料10是薄膜状。接合材料10具有主表面10a和主表面10b。其中，接合材料10的主表面10a与第一接合对象110接触，接合材料10的主表面10b露出来。
接合材料10含有非晶态银膜12。非晶态银膜12从接合材料10的主表面10b露出来。另外，非晶态银膜12可以与第一接合对象110直接接触。
还有，非晶态银膜12也可以隔着其它层与第一接合对象110间接接触。例如，可以在非晶态银膜12与第一接合对象110之间设置粘接层。构成粘接层的材质例如是钛或者氮化钛。粘接层的厚度例如是0.01μm以上0.05μm以下。或者，如后面所述，也可以在非晶态银膜12与第一接合对象110之间设置银层。
另外，在第一接合对象110的表面上形成接合材料10之后，根据需要也可以将第一接合对象110和接合材料10暴露在氧气气氛中。
如图3(c)所示，形成层叠体L，层叠体L中，在第一接合对象110与第二接合对象120之间放置了接合材料10。第二接合对象120与接合材料10的主表面10b接触。层叠体L中，接合材料10的非晶态银膜12与第二接合对象120接触，第一接合对象110和第二接合对象120隔着接合材料10层叠。
如图3(d)所示，加热层叠体L，由接合材料10的非晶态银膜12形成结晶性银膜12L，制作出接合结构100。层叠体L的加热例如通过加热板、加热炉或快速加热处理(RapidThermal Anneal：RTA)来进行。
用于加热层叠体L的加热温度优选为100℃以上400℃以下，更优选为150℃以上300℃以下。例如，层叠体L的加热时间优选为15分以上5小时以下，更优选为30分以上3小时以下。
层叠体L的加热可以在大气压中进行，也可以在真空中进行。或者，层叠体L的加热也可以在惰性气体或还原性气体(例如，氩气、氮气、氢气或甲酸气体)的气氛中进行。
通过加热层叠体L，非晶态银膜12发生晶化，由非晶态银膜12形成结晶性银膜12L。接合材料10的非晶态银膜12变成结晶性银膜12L后，接合材料10的结晶性银膜12L与第二接合对象120在它们的交界面进行结合，接合材料10将第一接合对象110和第二接合对象120进行接合。由此，制作出接合结构100。
另外，第一接合对象110和第二接合对象120的接合也可以通过对层叠体L施加压力来进行。另外，本实施方式中，接合结构100由于是利用含有非晶态银膜12的接合材料10，因此能够以较低的压力进行接合。例如，可以在无压力或1MPa以下的压力下进行接合。
根据本实施方式，由于是利用含有非晶态银膜12的接合材料10将第一接合对象110和第二接合对象120进行接合，因此以较低的加热温度也能够进行良好接合。因此，能够抑制加热时产生的热导致第一接合对象110和/或第二接合对象120破损，或者能够抑制第一接合对象110与第二接合对象120的接合部附近产生真空腔。
另外，加热层叠体L后，有时非晶态银膜12变厚。然后，可以继续加热层叠体L，使非晶态银膜12变成结晶性银膜12L。
还有，上述说明中，在第一接合对象110和第二接合对象120中的第一接合对象110上形成了接合材料10，但本发明不限于此。也可以在第一接合对象110和第二接合对象120中的第二接合对象120上形成接合材料10。不过，在第一接合对象110和第二接合对象120中的一个接合对象上形成接合材料10的情况下，优选为在第一接合对象110和第二接合对象120中较大的接合对象上形成接合材料10。
或者，也可以将接合材料10形成在第一接合对象110和第二接合对象120这两个接合对象上。
接下来，参照图4对本实施方式的接合结构100的制作方法的一个例子进行说明。参照图4说明的本实施方式的制作方法除了在第一接合对象110和第二接合对象120这两个接合对象上形成接合材料之外，与上述参照图3说明的接合结构100的制作方法相同，避免冗余而省略了重复的记载。
如图4(a)所示，准备第一接合对象110和第二接合对象120。
如图4(b)所示，在第一接合对象110和第二接合对象120这两个接合对象上形成接合材料。其中，在第一接合对象110的表面上形成接合材料10A，在第二接合对象120的表面上形成接合材料10B。接合材料10A含有非晶态银膜12a，接合材料10B含有非晶态银膜12b。
接合材料10A中，非晶态银膜12a露出来。另外，非晶态银膜12a与第一接合对象110可以直接接触，也可以隔着其它层间接接触。例如，可以在非晶态银膜12a与第一接合对象110之间设置粘接层。构成粘接层的材质例如是钛或者氮化钛。还有，粘接层的厚度例如是0.01μm以上0.05μm以下。或者，如后面所述，也可以在非晶态银膜12a与第一接合对象110之间设置银层。
还有，接合材料10B中，非晶态银膜12b露出来。另外，非晶态银膜12b与第二接合对象120可以直接接触，也可以隔着其它层间接接触。还有，可以在非晶态银膜12b与第二接合对象120之间设置粘接层。或者，如后面所述，也可以在非晶态银膜12b与第二接合对象120之间设置银层。
另外，在第一接合对象110的表面上形成接合材料10A之后，根据需要也可以将第一接合对象110和接合材料10A暴露在氧气气氛中。同样地，在第二接合对象120的表面上形成接合材料10B之后，根据需要也可以将第二接合对象120和接合材料10B暴露在氧气气氛中。
如图4(c)所示，形成层叠体L，层叠体L中，在第一接合对象110与第二接合对象120之间放置了接合材料10A、10B。层叠体L中，接合材料10A与接合材料10B面对面，非晶态银膜12a与非晶态银膜12b接触。层叠体L中，第一接合对象110和第二接合对象120隔着接合材料10A、10B层叠。
如图4(d)所示，加热层叠体L，由接合材料10A、10B的非晶态银膜12a、12b形成结晶性银膜12L，制作出接合结构100。通过加热层叠体L，非晶态银膜12a、12b发生晶化，非晶态银膜12a、12b的交界面消失，由交界面消失后的非晶态银膜12a、12b形成结晶性银膜12L。
接合材料10的非晶态银膜12a、12b变成结晶性银膜12L后，形成接合材料10A、10B一体化的接合材料10，接合材料10将第一接合对象110与第二接合对象120进行接合。由此，制作出接合结构100。另外，在加热后的接合材料10中，接合材料10A、10B的两层间交界面可以是清晰可识别的，也可以是无法识别的。
层叠体L的加热例如通过加热板、加热炉或快速加热处理来进行。用于加热层叠体L的加热温度优选为100℃以上400℃以下，更优选为150℃以上300℃以下。
还有，层叠体L的加热可以在大气压中进行，也可以在真空中进行。或者，层叠体L的加热也可以在惰性气体或还原性气体(例如，氩气、氮气、氢气或甲酸气体)的气氛中进行。
另外，第一接合对象110和第二接合对象120的接合也可以通过对层叠体L施加压力来进行。另外，本实施方式的制造方法由于是利用含有非晶态银膜12a、12b的接合材料10A、10B，因此能够以较低的压力进行接合。例如，可以在无压力或1MPa以下的压力下进行接合。
根据本实施方式，由于是利用含有非晶态银膜12a、12b的接合材料10A、10B将第一接合对象110和第二接合对象120进行接合，因此以较低的加热温度也能够进行良好接合。因此，能够抑制加热时产生的热导致第一接合对象110和/或第二接合对象120破损，或者能够抑制第一接合对象110与第二接合对象120的接合部附近产生真空腔。
另外，上述参照图3(b)和图4(b)的说明中，在第一接合对象110和/或第二接合对象120上形成接合材料10、10A、10B。如上所述，本实施方式中，接合材料10的非晶态银膜12、12a、12b能够基于银层来形成。
以下，参照图5和图6对本实施方式的接合材料10的制造方法的一个例子进行说明。
如图5(a)所示，在承载部件S上形成银层11。例如，银层11由承载部件S进行承载。
通过溅射处理、镀膜、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition：CVD)或者蒸镀，在承载部件S上形成银层11。另外，溅射处理的方法没有特别限定，例如是RF(高频)溅射或者DC(直流)溅射。还有，镀膜方法没有特别限定，例如是电镀或者化学镀。而且，蒸镀方法没有特别限定，例如是使用电阻加热的真空蒸镀。
承载部件S例如是基板状。还有，构成承载部件S的材质的热膨胀系数优选为小于银的热膨胀系数。另外，承载部件S优选为是上述参照图2说明的接合结构100的接合对象110、120中的其中之一。
银层11优选为是细微结晶(以亚微米为单位的微结晶状态)、柱状晶、等轴晶或混合晶粒结构。还有，银层11的厚度优选为10nm以上1mm以下，更优选为100nm以上30μm以下。
如图5(b)所示，对银层11进行加热，基于银层11形成非晶态银膜12，制造出接合材料10。其中，通过银层11的加热，在银层11的表面上形成非晶态银膜12。
银层11的加热例如通过加热板、加热炉或快速加热处理来进行。还有，银层11的加热可以在大气压下、真空下、超高真空、减压下或者氧气气氛下进行。
例如，银层11的加热时间优选为1毫秒以上1小时以下，银层11的加热时间更优选为1分以上45分以下。银层11的加热时间优选为短于上述参照图3(d)和图4(d)说明的层叠体L的加热时间。
还有，例如银层11的加热温度是200℃以上500℃以下。另外，银层11的加热温度优选为高于上述参照图3(d)和图4(d)说明的层叠体L的加热温度。
对银层11进行加热后，银层11的应力被释放，基于银层11形成非晶态银膜12。非晶态银膜12的厚度例如是10nm以上1μm以下。另外，如上述参照图3(d)和图4(d)的说明，使接合材料10与其它部件接触并进行加热时，非晶态银膜12发生晶化，其结果是形成接合。
图6表示本实施方式的接合材料10。其中，通过以250℃对厚度约1μm的银层11进行5分钟的加热，在银层11之上形成了非晶态银膜12。非晶态银膜12的厚度约为30nm。
图6中，非晶态银膜12内存在的黑点表示细微的晶种。银层11的加热时间变长后，非晶态银膜12的厚度增加和/或非晶态银膜12发生晶化。
如上所述，基于银层11形成非晶态银膜12。根据本实施方式，能够制造含有非晶态银膜12的接合材料10。另外，作为将接合对象进行接合的接合材料10，不仅仅只使用非晶态银膜12，也可以连同银层11一起使用。或者，作为接合材料10，不仅仅只使用非晶态银膜12和银层11，也可以连同承载部件S一起使用。
通常情况下，非晶态银膜12比银层11薄。因此，在接合材料10含有非晶态银膜12和银层11的情况下，有时表面上看起来是银层11单独与接合对象进行结合，实际上非晶态银膜12发生晶化而形成的结晶性银膜12L对于接合的贡献很大。
还有，对银层11进行加热后，基于银层11形成非晶态银膜12。其中，银层11的加热时间优选为不要过长。加热时间过长的情况下，有时非晶态银膜12的晶化持续进行，导致接合材料10的接合性能降低。还有，基于同样的理由，银层11的加热温度优选为不要过高。
在制造接合材料10时，通常情况下，银层11承载在承载部件S上。例如，承载部件S由绝缘性材料或导线性材料形成。另外，承载部件S的热膨胀系数优选为小于银的热膨胀系数。例如，银的热膨胀系数相对于构成承载部件S的材质的热膨胀系数之比(银的热膨胀系数/构成承载部件S的材质的热膨胀系数)优选为2.0以上。
银的热膨胀系数是18.9×10-6。另外，所记载的热膨胀系数是线膨胀系数，热膨胀系数的单位是“1/K”。
以下，表示构成承载部件S的材质的热膨胀系数的例子。另外，所记载的热膨胀系数是线膨胀系数，热膨胀系数的单位是“1/K”。
硅：2.6×10-6
碳化硅：3.7×10-6
氮化镓：3.0×10-6
氮化硅：3.0×10-6
氮化铝：5.0×10-6
氧化铝：7.2×10-6
铝：23.0×10-6
铁：12.0×10-6
钴：13.0×10-6
镍：12.8×10-6
金：14.3×10-6
铜：16.8×10-6
钯：11.8×10-6
钨：4.5×10-6
钼：4.8×10-6
铌：8.0×10-6
钛：11×10-6
如上所述，对银层11进行加热后，基于银层11形成非晶态银膜12。可以认为非晶态银膜12的形成机制如下。以下，参照图7对非晶态银膜12的形成机制进行说明。
如图7(a)所示，在承载部件S之上形成银层11。其中，银层11是细微结晶、柱状晶、等轴晶或混合晶粒结构。例如，通过溅射处理、镀膜、化学气相沉积或者蒸镀，形成银层11。
如图7(b)所示，加热银层11，在银层11之上形成薄的非晶态银膜12。例如，银层11的加热温度是200℃以上500℃以下。可以认为如下那样基于银层11来形成非晶态银膜12。
一般而言，氧化银的熔点要比银的熔点低得多，加热银层11时，在银层11内，银层11所含的氧化银就发生熔融。如图7(b)的箭头所示，熔融了的液状氧化银沿着银层11内的晶界移动到银层11的表面。氧化银到达银层11的表面后，氧化银被还原而分离成银和氧。另外，氧化银的熔融·移动导致银层11内的应力释放，因此液状的氧化银通过之后的路径被相邻的银结晶填充。
从银层11的内部向银层11的表面移动的液状氧化银在表面被还原，并气化。因此，银层11朝向对置部件CS喷出气化了的银。不过，银较弱地喷出时，银掉落在银层11之上，以非晶态进行堆积。因此，通过加热银层11，能够在与银层11有一定距离的对置部件CS之上形成非晶态银膜12。
银层11的结晶状态是柱状晶时，在银层11的表面分离出的银沿着银层11的表面或晶界进行扩散。因此，能够更容易地在银层11的表面形成非晶态银。如上所述，通过加热银层11，能够在银层11之上形成非晶态银膜12。
另外，上述参照图5～图7的说明中，非晶态银膜12形成在作为非晶态银膜12的起源的银层11之上，但本发明不限于此。非晶态银膜12也可以形成在银层11以外的部件上。例如，也可以在放置了与银层11相对的对置部件的状态下，加热银层11在对置部件上形成非晶态银膜12。
以下，参照图8对本实施方式的接合材料10的制造方法的另一例子进行说明。另外，参照图8的制造方法除了在对置部件上形成非晶态银膜12之外，与上述参照图5～图7说明的制造方法一样，避免冗余而省略了重复的记载。
如图8(a)所示，在承载部件S之上形成银层11。其中，银层11是细微结晶、柱状晶、等轴晶或混合晶粒结构。例如，通过溅射处理、镀膜、化学气相沉积或者蒸镀，形成银层11。银层11的厚度优选为10nm以上1mm以下，更优选为100nm以上30μm以下。
如图8(b)所示，在与银层11有一定距离的位置，将对置部件CS放置成与银层11相对。例如，对置部件CS与银层11之间的距离优选为100nm以上20cm以下，更优选为1μm以上10cm以下。
与上述参照图7说明的承载部件S一样，构成对置部件CS的材质优选为其热膨胀系数小于银的热膨胀系数。例如，银的热膨胀系数相对于构成对置部件CS的材质的热膨胀系数之比(银的热膨胀系数/构成对置部件CS的材质的热膨胀系数)优选为2.0以上。例如，对置部件CS是金属基板。例如，对置部件CS由金、铜或镍构成。另外，对置部件CS优选为是上述参照图2说明的接合结构100的接合对象110、120中的其中之一。
如图8(c)所示，加热银层11在对置部件CS上形成非晶态银膜12，制造出接合材料10。通过加热银层11，基于银层11产生的非晶态银微粒喷向对置部件CS，从而在对置部件CS上形成非晶态银膜12。
银层11的加热例如通过加热板、加热炉或快速加热处理来进行。还有，银层11的加热可以在大气压下、真空下、超高真空、减压下或者氧气气氛下进行。
例如，银层11的加热时间优选为1毫秒以上1小时以下，银层11的加热时间更优选为1分以上45分以下。银层11的加热时间优选为短于上述参照图3(d)和图4(d)说明的层叠体L的加热时间。
还有，例如，银层11的加热温度是200℃以上500℃以下。另外，银层11的加热温度优选为高于上述参照图3(d)和图4(d)说明的层叠体L的加热温度。
因此，通过加热银层11，能够在与银层11有一定距离的对置部件CS上形成非晶态银膜12。可以认为非晶态银膜12的形成机制如下。以下，参照图9对非晶态银膜12的形成机制进行说明。
如图9(a)所示，在承载部件S之上形成银层11。其中，银层11是细微结晶、柱状晶、等轴晶或混合晶粒结构。而且，如图9(a)所示，将对置部件CS放置在与银层11有一定距离的位置。
如图9(b)所示，加热银层11，在对置部件CS上形成非晶态银膜12。例如，银层11的加热温度是200℃以上500℃以下。可以认为如下那样基于银层11来形成非晶态银膜12。
一般而言，氧化银的熔点要比银的熔点低得多，加热银层11时，在银层11内，银层11所含的氧化银就发生熔融。如图9(b)的箭头所示，熔融了的液状氧化银沿着银层11内的晶界移动到表面。在银层11的表面，氧化银被分离成银和氧。另外，氧化银的熔融/移动导致银层11内的应力释放，因此液状的氧化银通过之后的路径被相邻的银结晶填充。
从银层11的内部向银层11的表面移动的液状氧化银在表面被还原，并气化。因此，银层11朝向对置部件CS喷出气化了的银。到达对置部件CS的银冷却，并以非晶态进行堆积。因此，通过加热银层11，能够在与银层11有一定距离的对置部件CS之上形成非晶态银膜12。
如上述参照图5～图9的说明，在基于银层11形成非晶态银膜12的情况下，非晶态银膜12能够形成在银层11之上，或者形成在与银层11有一定距离的对置部件CS上。另外，非晶态银膜12的形成位置能够根据加热银层11时的环境气氛和/或银层11的朝向进行控制。
例如，加热银层11时，银层11的周围压力较低的情况下，银从银层11中猛烈地喷出，从银层11飞到对置部件CS上。或者，加热银层11时，银层11的周围压力较高的情况下，银不从银层11中喷出，或者是很弱地喷出，并堆积在银层11之上。
还有，加热银层11时，银层11朝下(沿着铅垂方向向下)的情况下，非晶态银从银层11中猛烈地喷出，从银层11飞到对置部件CS上。或者，银层11朝上(沿着铅垂方向向上)的情况下，非晶态银不从银层11中喷出，或者是很弱地喷出，并堆积在银层11之上。
另外，上述参照图3(d)和图4(d)的说明中，接合材料10的非晶态银膜12由于加热而发生晶化，实际上，接合材料10中，只是将非晶态银膜12在室温下长时间放置，非晶态银膜12有时也会发生晶化。因此，在制造了含有非晶态银膜12的接合材料10之后，优选为尽快使用接合材料10进行接合。还有，在形成了非晶态银膜12之后对接合材料10进行保管的情况下，接合材料10优选为在低于或等于室温的环境下进行保管。
还有，上述说明中，加热时银层11内的氧化银熔融，液状氧化银通过银层11内的晶界移动到银层11的表面并气化，但银层11内的氧化银或银的移动机制不限于此。银层11内的氧化银也可以通过银层11内的晶界移动到银层11的表面上而不发生气化。无论哪种情况下，加热银层11后，银层11的应力都得到释放，银层11内部的一部分微粒移动到表面。以这种方式，随着应力迁移而形成非晶态银膜12。
另外，一般而言，已知应力迁移有时会导致缺陷(例如，真空腔或开裂)的产生，成为半导体器件等的故障原因。还有，银层11上的非晶态银膜12发生晶化而形成的结晶性银膜一般也称为突起(Hillock)。
另外，上述参照图1～图9的说明中，2个接合对象是由相同的接合材料或一体化后的1个接合材料进行了接合，但本发明不限于此。
以下，参照图10对本实施方式所涉及的接合结构200进行说明。图10是本实施方式的接合结构200的示意图。
接合结构200具备：接合对象210、接合材料10F、热应力吸收材料230、接合材料10S和接合对象220。接合结构200中，接合对象210、接合材料10F、热应力吸收材料230、接合材料10S和接合对象220依次层叠。另外，本说明书的以下说明中，接合对象210、接合对象220有时分别记载为第一接合对象210、第二接合对象220。还有，本说明书的以下说明中，接合材料10F、接合材料10S有时分别记载为第一接合材料10F、第二接合材料10S。
第一接合材料10F含有结晶性银膜12Lf。第一接合材料10F将第一接合对象210和热应力吸收材料230粘接在一起。
还有，第二接合材料10S含有结晶性银膜12Ls。第二接合材料10S将热应力吸收材料230和第二接合对象220粘接在一起。接合结构200中，第一接合对象210和第二接合对象220隔着第一接合材料10F、热应力吸收材料230、第二接合材料10S接合在一起。
第一接合对象210和第二接合对象220可以是任意部件。例如，可以举出上述构成第一接合对象110、120的材质，来作为构成第一接合对象210和第二接合对象220的材质。例如，接合对象210和/或第二接合对象220是基板。基板可以是金属基板，也可以是绝缘基板。
构成第一接合对象210的材质的热膨胀系数(线膨胀系数)优选为低于银的热膨胀系数。同样地，构成第二接合对象220的材质的热膨胀系数(线膨胀系数)优选为低于银的热膨胀系数。
银的热膨胀系数相对于构成接合对象210、220的材质的热膨胀系数之比(银的热膨胀系数/构成接合对象210、220的材质的热膨胀系数)特别优选为2.0以上。不过，构成接合对象210、220的材质的热膨胀系数也不是必须低于银的热膨胀系数，接合对象210、220也可以由热膨胀系数较高的材质构成。
本实施方式的接合结构200通过具备热应力吸收材料230，能够抑制加热时的热冲击，从而能够实现良好接合。例如，可以举出上述构成接合对象210、220的材质，来作为构成热应力吸收材料230的材质。构成热应力吸收材料230的材质例如是：钼、钨、铌、钛、硅、碳、石墨、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝或者因瓦合金。
构成热应力吸收材料230的材质的热膨胀系数(线膨胀系数)优选为低于银的热膨胀系数(线膨胀系数)。例如，构成热应力吸收材料230的材质的热膨胀系数是0.1×10-6以上且小于10.0×10-6。银的热膨胀系数相对于构成热应力吸收材料230的材质的热膨胀系数之比(银的热膨胀系数/构成热应力吸收材料230的材质的热膨胀系数)特别优选为2.0以上。
还有，优选为热应力吸收材料230的至少一部分表面由金属膜包覆。通过以金属膜包覆热应力吸收材料230，能够实现良好接合。例如，可以用银来包覆热应力吸收材料230的表面。
本实施方式的接合结构200使用含有结晶性银膜12Lf、12Ls的接合材料10F、10S，实现良好接合。本实施方式中，无论第一接合对象210和第二接合对象220的大小如何，都能够将第一接合对象210和第二接合对象220进行良好接合。
以下，参照图11对本实施方式的接合结构200的制造方法进行说明。
如图11(a)所示，在第一接合对象210的表面上形成接合材料10Fa。接合材料10Fa具有非晶态银膜12fa。例如，如上述参照图5～图9说明的那样制造接合材料10Fa。
如图11(b)所示，在第二接合对象220的表面上形成接合材料10Sa。接合材料10Sa具有非晶态银膜12sa。例如，如上述参照图5～图9说明的那样制造接合材料10Sa。
如图11(c)所示，在热应力吸收材料230的两个表面上形成接合材料10Fb、10Sb。接合材料10Fb、10Sb具有非晶态银膜12fb、12sb。例如，如上述参照图5～图9说明的那样制造接合材料10Fb、10Sb。
如图11(d)所示，以第一接合对象210上的接合材料10Fa与热应力吸收材料230上的接合材料10Fb进行接触的方式，使热应力吸收材料230层叠在第一接合对象210上，还有，以热应力吸收材料230上的接合材料10Sb与第二接合对象220上的接合材料10Sa进行接触的方式，使第一接合对象210层叠在热应力吸收材料230上。如上所述，制作出层叠体L，层叠体L中，第一接合对象210、接合材料10Fa、接合材料10Fb、热应力吸收材料230、接合材料10Sb、接合材料10Sa和第二接合对象220进行了层叠。
接下来，如图11(e)所示，加热层叠体L，制作出接合结构200。通过加热层叠体L，由接合材料10Fa、10Fb的非晶态银膜12fa、12fb形成结晶性银膜12Lf，由接合材料10Sa、10Sb的非晶态银膜12sa、12sb形成结晶性银膜12Ls。
加热层叠体L后，非晶态银膜12fa、12fb发生晶化，非晶态银膜12fa、12fb的交界面消失，由交界面消失后的非晶态银膜12fa、12fb形成结晶性银膜12Lf。接合材料10Fa、10Fb的非晶态银膜12fa、12fb变成结晶性银膜12Lf后，接合材料10Fa、10Fb一体化而形成接合材料10F。另外，在加热后的接合材料10F中，接合材料10Fa、10Fb的两层间交界面可以是清晰可识别的，也可以是无法识别的。
同样地，加热层叠体L后，非晶态银膜12sa、12sb发生晶化，非晶态银膜12sa、12sb的交界面消失，由交界面消失后的非晶态银膜12sa、12sb形成结晶性银膜12Ls。接合材料10Sa、10Sb的非晶态银膜12sa、12sb变成结晶性银膜12Ls后，接合材料10Sa、10Sb一体化而形成接合材料10S。另外，在加热后的接合材料10S中，接合材料10Sa、10Sb的两层间交界面可以是清晰可识别的，也可以是无法识别的。由此，制作出接合结构200。
另外，层叠体L的加热例如通过加热板、加热炉或快速加热处理来进行。用于加热层叠体L的加热温度优选为100℃以上400℃以下，更优选为150℃以上300℃以下。还有，层叠体L的加热可以在大气压中进行，也可以在真空中进行。或者，层叠体L的加热也可以在惰性气体或还原性气体(例如，氩气、氮气、氢气或甲酸气体)的气氛中进行。
另外，与上述参照图3和图4的说明同样地，在接合结构200中，第一接合对象210与非晶态银膜12fa之间、非晶态银膜12fb与热应力吸收材料230之间、热应力吸收材料230与非晶态银膜12sb之间和/或非晶态银膜12sa与第二接合对象220之间也可以设置粘接层。利用粘接层，能够使第一接合对象210与第一接合材料10F之间的粘接、第一接合材料10F与热应力吸收材料230之间的粘接、热应力吸收材料230与第二接合材料10S之间的粘接和/或第二接合材料10S与第二接合对象220之间的粘接变得牢固。构成粘接层的材质例如是钛或者氮化钛。粘接层的厚度例如是0.01μm以上0.05μm以下。
或者，与上述参照图5～图9的说明同样地，第一接合对象210与非晶态银膜12fa之间、非晶态银膜12fb与热应力吸收材料230之间、热应力吸收材料230与非晶态银膜12sb之间和/或非晶态银膜12sa与第二接合对象220之间也可以设置银层。
本实施方式的制造方法由于是利用含有非晶态银膜12fa、12fb、12sa、12sb的接合材料10Fa、10Fb、10Sa、10Sb，因此能够以较低的压力进行接合。例如，可以在无压力或1MPa以下的压力下进行接合。
另外，如参照图11(c)所述那样，在热应力吸收材料230的两个表面上形成接合材料10Fb、10Sb的情况下，接合材料10Fb、10Sb优选为同时形成在热应力吸收材料230的两个表面上。如果在加热条件下形成接合材料10Fb、10Sb，那么在依次形成接合材料10Fb、10Sb的情况下，有时先形成的接合材料的粘接强度就会降低。
还有，在上述参照图11的说明中，在第一接合对象210上形成接合材料10Fa，在热应力吸收材料230上形成接合材料10Fb，然后由接合材料10Fa和接合材料10Fb形成接合材料10F，但本发明不限于此。也可以只形成接合材料10Fa和接合材料10Fb中的一个，并利用形成的接合材料将第一接合对象210和热应力吸收材料230进行粘接。
还有，在上述参照图11的说明中，在第二接合对象220上形成接合材料10Sa，在热应力吸收材料230上形成接合材料10Sb，然后由接合材料10Sa和接合材料10Sb形成接合材料10S，但本发明不限于此。也可以只形成接合材料10Sa和接合材料10Sb中的一个，并利用形成的接合材料将应力吸收材料230和第二接合对象220进行粘接。
【实施例】
以下，使用实施例对本发明实施方式进行更具体的说明。另外，本发明不以任何方式限定于实施例。
(样品1)
通过溅射在硅基板上形成银层。接下来，将银层以250℃加热5分钟，制作出样品1。再拍摄样品1的SEM照片。
图12是样品1的图，图13是图12的区域A放大图。图12和图13表示在银层11之上形成了非晶态银膜12。对于图13的点P1～点P4，在真空下进行X射线荧光分析。图13中，点P1位于非晶态银膜12内，点P2位于银层11内，点P3位于用于粘接样品1的粘接剂内，点P4位于真空区域。X射线荧光分析中，点大小设定为25nm，LiveTime设定为100秒，以最小光束的状态进行测量。
图14(a)～图14(d)分别是图13的点P1～P4的X射线荧光分析结果。图14(b)中，3.0eV附近的峰值表示在银层11中存在银。还有，图14(b)中，2.0～2.5eV附近的峰值表示在银层11中存在杂质(硅和钼)。
还有，图14(a)中，3.0eV附近的峰值表示在非晶态银膜12中存在银。还有，图14(a)中，2.0～2.5eV附近的峰值表示在非晶态银膜12中也存在杂质(硅和钼)。综上所述，可以得出非晶态银膜12的成分来自银层的结论。
另外，图14(c)所示的谱图表示在粘接剂中存在作为杂质的硅，但不存在银。同样地，图14(d)所示的谱图表示在真空中存在作为杂质的硅，但不存在银。
图15(a)是图13的局部放大图，图15(b)是图15(a)的区域B放大图，图15(c)是图15(b)的局部放大图。银层11的厚度约为300nm，相对地，非晶态银膜12的厚度约为30nm。
图15(b)和图15(c)中，在非晶态银膜12内确认到多个黑点。可以认为该黑点是晶种。
综上所述，通过样品1，可知在银层11之上形成了非晶态银膜12。
(样品2)
准备薄板上的硅基板。硅基板的外围尺寸是长宽都约为8mm。接下来，在硅膜上形成银层。银层的外围尺寸是长宽都约为7mm。
还有，准备铜板。铜板的外围尺寸是长宽都约为7mm。在铜板的中央附近，钻出2列字符串的孔，由此形成铜掩膜。铜掩膜中，第一列的字符是“ISIR”，第二列的字符是“NCKU”。1个字符的长度是长约600μm、宽约300μm。
接下来，将铜掩膜放置在与银层隔着一段距离的位置，与银层相对。在空气中以250℃加热5分钟，制作出样品2。接下来，拍摄样品2的光学显微照片。
图16(a)表示样品2。还有，图16(b)是图16(a)的局部放大图，图16(c)是图16(b)的局部放大图。
图16(a)～图16(c)中，亮的部分(白色部分)表示存在非晶态银膜，暗的部分(黑色部分)表示不存在非晶态银膜。由图16(a)～图16(c)可知，对应于铜掩膜中存在着板的区域，相应地形成了非晶态银膜，而对应于铜掩膜中钻了孔的区域，相应地没有形成非晶态银膜。
可以认为：在空气中，气化了的银即使从银层喷出，冲撞到板之后在大气压的力量下也返回到下方的银层，并堆积在银层上。另一方面，可以认为：在空气中，气化了的银从银层喷出，如果不冲撞到板，就不返回到银层，而继续飞行。
综上所述，通过样品2，可知在空气中加热银层时银从银层中较弱地喷出。
(样品3)
准备薄板上的硅基板。硅基板的外围尺寸是长宽都约为8mm。接下来，在硅膜上形成银层。银层的外围尺寸是长宽都约为7mm。
还有，准备铜板。在铜板的中央附近，钻出1列字符串的孔，由此形成铜掩膜。铜掩膜中，字符串是“NCKU”。1个字符的长度是长约600μm、宽约300μm。
接下来，将铜掩膜放置在与银层隔着一段距离的位置，与银层相对。在真空下以250℃加热5分钟，制作出样品3。接下来，拍摄样品3的光学显微照片。
图17(a)表示样品3，图17(b)是图17(a)中围着的区域的放大图。
图17(a)和图17(b)中，亮的部分(白色部分)表示存在非晶态银膜，暗的部分(黑色部分)表示不存在非晶态银膜。由图17(a)和图17(b)可知，对应于铜掩膜中存在着板的区域，相应地没有形成非晶态银膜，而对应于铜掩膜中钻了孔的区域，相应地形成了非晶态银膜。
可以认为：在真空下，气化了的银从银层喷出，即使冲撞到板之后，也是向各个方向飞散，不会返回到银层，而是继续飞行。另一方面，可以认为：在真空下，气化了的银从银层喷出之后，如果冲撞到铜掩膜的孔的边界，就返回到下方的银层，并堆积在银层上。
综上所述，通过样品2，可知在真空中加热银层时银从银层中猛烈喷出。
如上所述，参照附图对本发明实施方式和实施例进行了说明。但是，本发明不限于上述的实施方式和实施例，可以在不脱离其要旨的范围内以各种方式进行实施。还有，附图中，为了便于理解，主要对各结构要素进行了示意性地表示，为了方便作图，图示各结构要素的厚度、长度、个数等可能与实际有出入。还有，上述的实施方式所示的各结构要素的形状、尺寸等只是一个例子，不是特别限定，可以在实质上不脱离本发明效果的范围内进行各种变更。
〔产业可利用性〕
本发明所涉及的接合材料可适用于若干个部件的接合。
〔附图标记说明〕
10 接合材料
11 银层
12 非晶态银膜
100 接合结构
110 接合对象
120 接合对象
200 接合结构
210 接合对象
220 接合对象。

Claims (13)

1.一种接合材料，
含有非晶态银膜。
2.根据权利要求1所述的接合材料，其特征在于，
还含有银层，所述银层与所述非晶态银膜接触。
3.根据权利要求2所述的接合材料，其特征在于，
所述银层具有细微结晶、柱状晶、等轴晶或混合晶粒结构。
4.根据权利要求2或3所述的接合材料，其特征在于，
所述银层的厚度是10nm以上1mm以下。
5.一种接合材料的制造方法，包含：
准备银层的工序；和
加热所述银层并基于所述银层形成非晶态银膜的工序。
6.根据权利要求5所述的接合材料的制造方法，其特征在于，
准备所述银层的工序含有：通过溅射处理、镀膜、化学气相沉积或者蒸镀在承载部件上形成所述银层的工序。
7.根据权利要求5或6所述的接合材料的制造方法，其特征在于，
在准备所述银层的工序中，所述银层具有细微结晶、柱状晶、等轴晶或混合晶粒结构。
8.根据权利要求5至7中的任意一项所述的接合材料的制造方法，其特征在于，
在形成所述非晶态银膜的工序中，所述非晶态银膜形成在所述银层之上。
9.根据权利要求5至7中的任意一项所述的接合材料的制造方法，其特征在于，
形成所述非晶态银膜的工序含有：
放置与所述银层相对的对置部件的工序；和
放置了所述对置部件的状态下、加热所述银层在所述对置部件上形成所述非晶态银膜的工序。
10.一种接合结构的制作方法，包含：
第一接合对象和第二接合对象的准备工序；
接合材料形成工序，在所述第一接合对象和所述第二接合对象中的至少一个接合对象的表面上，形成接合材料；
层叠体形成工序，以所述接合材位于所述第一接合对象与所述第二接合对象之间的方式，形成由所述第一接合对象、所述接合材料和所述第二接合对象层叠而成的层叠体；以及
接合工序，通过加热所述层叠体，利用所述接合材料将所述第一接合对象与所述第二接合对象进行接合，
所述接合材料形成工序包含：
准备银层的工序；和
加热所述银层并基于所述银层形成非晶态银膜的工序。
11.根据权利要求10所述的接合结构的制作方法，其特征在于，
在形成所述非晶态银膜的工序中，在加热所述层叠体之前形成所述非晶态银膜。
12.根据权利要求10或11所述的接合结构的制作方法，其特征在于，
准备所述银层的工序包含在所述至少一个接合对象的表面上形成所述银层的工序，
在形成所述非晶态银膜的工序中，所述非晶态银膜形成在所述银层之上。
13.根据权利要求10或11所述的接合结构的制作方法，其特征在于，
准备所述银层的工序包含在所述至少一个接合对象以外的部件的表面上形成所述银层的工序，
形成所述非晶态银膜的工序包含在所述至少一个接合对象的表面上基于所述银层形成所述非晶态银膜的工序。
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