JP2012223792A - 原子拡散接合方法及び前記方法で封止されたパッケージ型電子部品 - Google Patents
原子拡散接合方法及び前記方法で封止されたパッケージ型電子部品 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012223792A JP2012223792A JP2011093428A JP2011093428A JP2012223792A JP 2012223792 A JP2012223792 A JP 2012223792A JP 2011093428 A JP2011093428 A JP 2011093428A JP 2011093428 A JP2011093428 A JP 2011093428A JP 2012223792 A JP2012223792 A JP 2012223792A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- bonding
- atomic diffusion
- microcrystalline
- substrates
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 117
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 115
- 238000005304 joining Methods 0.000 title abstract description 30
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 255
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 167
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 96
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 95
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 83
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 57
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 142
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 58
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 47
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 30
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 6
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 claims description 6
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 59
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 31
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 12
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 11
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 5
- -1 that is Substances 0.000 description 5
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000005300 metallic glass Substances 0.000 description 2
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000005340 laminated glass Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Abstract
【解決手段】真空容器内において,平滑面を有する2つの基体それぞれの前記平滑面に,単金属又は合金から成る微結晶構造の薄膜を形成する。その後,大気圧の高純度不活性ガス雰囲気下で前記2つの基体に形成された前記薄膜同士が接触するように前記2つの基体を重ね合わせることにより前記微結晶薄膜の接合界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせて前記2つの基体を接合する。
【選択図】図1
Description
真空容器内において,平滑面を有する2つの基体それぞれの前記平滑面に,単金属あるいは合金から成る微結晶構造の薄膜(以下,「微結晶薄膜」と略称する。)を形成すると共に,1×10-4Paを越える圧力の不活性ガス雰囲気下において,前記2つの基体に形成された前記微結晶薄膜同士が接触するように前記2つの基体を重ね合わせることにより,前記微結晶薄膜の接合界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせて前記2つの基体を接合することを特徴とする(請求項1)。
真空容器内において,一方の基体の平滑面に,単金属あるいは合金から成る微結晶薄膜を形成すると共に,1×10-4Paを越える圧力の不活性ガス雰囲気下において,少なくとも表面が微結晶構造を有する平滑面を備えた他方の基体の平滑面に前記一方の基体に形成された前記微結晶薄膜が接触するように前記一方,他方の2つの基体を重ね合わせることにより,前記微結晶薄膜と前記他方の基体の前記平滑面との接合界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせることにより前記2つの基体を接合することを特徴とする(請求項2)。
D=D0exp(−Q/RT)
D0:振動数項(エントロピー項)
Q:活性化エネルギー
R:気体定数
T:絶対温度
によって表すことができ,温度Tを上昇させると,体拡散係数Dは指数関数的に増加する。
本発明の原子拡散接合方法は,真空容器内においてスパッタリングやイオンプレーティング等の真空成膜により真空中で成膜した単金属,あるいは合金から成る微結晶構造の薄膜同士を重ね合わせることにより,又は,前記微結晶構造の薄膜と,少なくとも表面が単金属,あるいは合金から成る微結晶構造を有する平坦面に重ね合わせることにより,この重ね合わせを1×10-4Paを越える圧力の雰囲気下,例えば大気圧,乃至はそれ以上の圧力の雰囲気下で行った場合であっても,不活性ガス雰囲気下でこの接合を行うことにより,接合界面及び結晶粒界において原子拡散が生じて両者間で強固な接合が行われることを見出し,これを基体間の接合に適応したものであり,下記の条件において基体同士の接合を行うものである。
材質
本発明の原子拡散接合方法による接合の対象である基体としては,スパッタリングやイオンプレーティング等,一例として到達真空度が1×10-3〜1×10-8Pa,好ましくは1×10-4〜1×10-8Paの高真空度である真空容器を用いた高真空度雰囲気における真空成膜により前述した微結晶構造の薄膜を形成可能な材質であれば如何なるものをも対象とすることができ,各種の純金属,合金の他,Si基板,SiO2基板等の半導体,ガラス,セラミックス,樹脂,酸化物等であって前記方法による微結晶構造の薄膜が形成可能であれば本発明における基体(被接合材)とすることができる。
基体の形状は特に限定されず,例えば平板状のものから各種の複雑な立体形状のもの迄,その用途,目的に応じて各種の形状のものを対象とすることができるが,他方の基体との接合が行われる部分(接合面)については所定の精度で平滑に形成された平滑面を備えていることが必要である。
材質
形成する微結晶薄膜の材質としては,基体と同種材質の薄膜を形成しても良く,また,目的に応じて基体とは異種材質の微結晶薄膜を形成しても良く,さらに,基体の一方に形成する微結晶薄膜の材質と,基体の他方に形成する微結晶薄膜の材質とをそれぞれ異なる材質としても良く,両者間の固溶が可能な組合せのみならず,CoとCuのように非固溶となる組合せであっても良く,また,金属と半金属等,その組合せは目的に応じて適宜任意に行うことができる。
形成する膜厚は特に限定されないが,それぞれの微結晶薄膜を,構成元素1層分の厚みで形成した場合であっても接合を行うことが可能であり,一例としてTiの微結晶薄膜を形成した後述する実施例では,膜厚0.1nm(2層で0.2nm)とした場合であっても接合可能であり,接合される基体間に介在する微結晶薄膜の厚さを,電子やスピン電流の平均自由工程以下の厚みで形成することが可能である。
形成する微結晶薄膜は,同微結晶金属の固体内に比べて原子の拡散速度が大きく,特に,拡散速度が極めて大きくなる粒界の占める割合が大きい微結晶構造であることが好ましく,結晶粒の薄膜面内方向の平均粒径は50nm以下であれば良く,より好ましくは20nm以下である。
さらに,上記微結晶薄膜の形成は,接合対象とする2つの基体のそれぞれに形成しても良いが,一方の基体に対してのみ前記微結晶薄膜を形成し,他方の基体に対しては微結晶薄膜を形成することなく接合を得ることも可能である。
成膜技術
本発明の原子拡散接合方法において,被接合材である基体の接合面に形成する微結晶薄膜の形成方法としては,スパッタリングやイオンプレーティング等のPVDの他,CVD,各種蒸着等,到達真空度が1×10-4〜1×10-8Paの高真空度である真空容器において真空雰囲気における真空成膜を行う各種の成膜法を挙げることができ,拡散速度が比較的遅い材質及びその合金や化合物等については,好ましくは形成された薄膜の内部応力を高めることのできるプラズマの発生下で成膜を行う真空成膜方法,例えばスパッタリングによる成膜が好ましい。
薄膜形成の際の真空容器内の圧力は,到達真空度が1×10-3〜1×10-8Paの真空雰囲気であれば良く,より低い圧力(高真空度)である程好ましい。
成膜方法がスパッタリングである場合,成膜時における不活性ガス(一般的にはArガス)の圧力は,放電可能な領域,例えば0.01Pa以上であることが好ましく,また30Pa(300μbar)を越えると接合を行うことができない場合が生じるため,上限は30Pa(300μbar)程度とすることが好ましい。これは,Arガス圧が上昇すると,形成された薄膜の表面粗さが増加すると共に,膜密度が著しく低下し,膜中の酸素等の不純物濃度が著しく増加する場合が生じるためである。
雰囲気の圧力
以上のようにして,表面に微結晶薄膜が形成された基体相互,又は微結晶薄膜が形成された基体と微結晶構造の基体表面とが,1×10-4Paを越える圧力の雰囲気下,例えば,大気圧,乃至はそれ以上の圧力雰囲気下において重ね合わされることにより,接合界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせて前記2つの基体の接合が行われる。
2つの基体の重ね合わせは,不活性ガス雰囲気下において行い,このような不活性ガスとしては,狭義の不活性ガスであるアルゴン(Ar),ヘリウム(He),ネオン(Ne),クリプトン(Kr),キセノン(Xe)の他,化学反応を起こし難い窒素,メタン,二酸化炭素,及び一酸化炭素等の広義の不活性ガスを使用可能であり,これらの群から選択されたいずれか1種のガス,あるいは,前記群のガスから選択された2種以上のガスの混合ガスを使用することができる。
微結晶薄膜としてTi膜を形成した例では,Ti膜を1気圧(1×105Pa)の純Arガス雰囲気中に10分(600秒)間暴露した後に基体の重ね合わせを行った場合においても十分な接合力が得られることが確認されており,10分に対して十分に長い時間,大気圧の不活性ガス雰囲気中に暴露した後においても接合を行うことが可能である。
基体の重ね合わせを行う雰囲気は,接合面に塵埃等が介在することによる接合不良を防止するために,塵埃の除去された空間内において行うことが好ましく,塵埃の除去されたグローブボックス等において行うことができる。
基体の接合は,これを室温において行っても良く,また,必要に応じて400℃以下の温度で加熱するものとしても良い。
本発明による原子拡散接合方法による接合工程の一例を,図1を参照して説明する。図1において,微結晶薄膜の形成を行う真空容器内の上部に,スパッタを行うためのマグネトロンカソードを配置すると共に,このマグネトロンカソードの下部に,相互に貼り合わされる基体を載置する治具を配置し,この治具に取り付けた基体の接合面に対して微結晶薄膜を形成する。
実験方法
スパッタリング法による微結晶薄膜の形成後,直ちに,スパッタリングを行った真空容器内にArガスを導入して真空容器内を所定圧力の不活性ガス雰囲気として接合を実施した(実施例1〜12)。
膜厚の変化に伴う接合状態の変化の確認
形成する微結晶薄膜の膜厚を,片側2nm(実施例1),片側0.2nm(実施例2),片側0.1nm(実施例3),及び片側0.05nm(実施例4)のTi膜とし,SiウエハとSiO2ウエハを0.1気圧(1×104Pa)の超高純度Arガス雰囲気下で貼り合わせた。
容器内圧力の変化が,接合状態に及ぼす影響を確認すべく,実施例5として,片側2nmのTi微結晶薄膜を形成したSi/SiO2基板を1気圧(1×105Pa)の超高純度Arガス雰囲気中で接合した。なお,その他の条件は実施例1と同じである。
形成する微結晶薄膜を,片側2nmのTa膜(実施例7)及び片側2nmのW膜(実施例8)とし,形成する微結晶薄膜の材質の相違による接合状態の影響を確認した。
D=D0exp(−Q/RT)
不活性ガスに対する暴露時間の変化が接合状態に及ぼす影響を確認すべく,実施例1では真空容器内を所定の圧力に上昇させた後〔薄膜形成から5分(300秒)後〕に接合したのに対し,実施例10では,真空容器内を所定の圧力に上昇させた後,更に10分(600秒)不活性ガス雰囲気に暴露した後〔薄膜形成から15分(900秒)後〕,接合を行った。その他の条件は実施例1と同じである。
不活性ガス雰囲気中における不純物の影響を確認すべく,実施例1では超高純度Arガス(不純物濃度約2〜3ppb)雰囲気下で行っていた接合を,実施例11ではG1−Arガス(不純物濃度約1ppm)雰囲気下で行った。その他の条件は,実施例1と同じである。
実験方法
スパッタリング法による微結晶薄膜の形成後,直ちに,スパッタリングを行った真空容器内にN2窒素ガスを導入して真空容器内を所定圧力の不活性ガス雰囲気として接合を実施した(実施例13〜17)。
上記試験の結果,0.1気圧(1×104Pa)の窒素ガス雰囲気下で接合を行った場合(実施例13),及び1気圧(1×105Pa)の窒素ガス雰囲気下で接合を行った場合(実施例14)のいずれにおいても,微結晶薄膜の接合面の全体に亘り接合できており,本発明の接合方法が,不活性ガスとして窒素ガスを使用した場合あっても好適に行うことができることが確認された。
なお,図6に示した実施例12の接合界面では,低コントラスト層は微結晶薄膜の表面を部分的に覆うように形成されていたのに対し,図7に示した実施例17の接合界面には,低コントラスト層が微結晶薄膜の表面全体に亘り均一に形成されていた。
以上のように,Arガス雰囲気下,及び窒素ガス雰囲気下における接合において,1×10-4Paよりも高い圧力下においても接合が可能であることから,Arガス,窒素ガス以外の他の不活性ガス雰囲気中においても,同様に接合が可能であると考えられる。
ウエハレベルで積層化,集積化した新機能デバイスの創製への利用
集積回路と短波長光デバイスの集積化(例えば,Siデバイス/GaN,フォトニクス結晶,LED),新機能光−電子変換デバイス創製の際の接合。
超ハイブリッド基板・部材の形成等を目的として,半導体ウエハを微結晶薄膜を挟んで積層化した電位障壁ハイブリッド・ウエハの製造や,ガラスを微結晶薄膜を挟んで積層した特殊光学ウエハ(光フィルタリング)の製造に際し,本発明の方法を使用することができる。
本発明の方法により,発光ダイオードに鏡面のレイヤーを接合し,輝度を上げる。
本発明の方法により,水晶に例えば金の薄膜を形成して水晶同士を接着することで,比較的接着が困難な水晶同士の接合を行う。
SiP技術のための三次元スタック化,パッケージ基板高機能化(三次元実装);本接合方法によりSiデバイスとSiデバイスの積層や基板を立体的に貼り合わせることにより高集積化を図る。
三次元配線を兼ねた微細素子の封止,特に不活性ガスを封入した封止。Siデバイスとの積層に本接合方法を利用する。この用途での利用の場合,接合面に界面があっても良く,内部に不活性ガスを封止した状態を保持できれば良い。
熱放散係数の大きな材料,例えば銅,ダイヤモンド,DLC等で作製したヒートシンク,ヒートスプレッダを本発明の方法により半導体デバイス等に直接ボンディングして,放熱性能,熱拡散性能等を向上させる。
なお,以上で説明した用途では,いずれも本発明の接合方法を電気,電子部品等の分野において使用する例を説明したが,本発明の方法は,上記で例示した利用分野に限定されず,接合を必要とする各種分野,各種用途において利用可能である。
Claims (23)
- 真空容器内において,平滑面を有する2つの基体それぞれの前記平滑面に,単金属あるいは合金から成る微結晶構造の薄膜を形成すると共に,1×10-4Paを越える圧力の不活性ガス雰囲気下において,前記2つの基体に形成された前記微結晶構造の薄膜同士が接触するように前記2つの基体を重ね合わせることにより,前記微結晶構造の薄膜の接合界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせて前記2つの基体を接合することを特徴とする原子拡散接合方法。
- 真空容器内において,一方の基体の平滑面に,単金属あるいは合金から成る微結晶構造の薄膜を形成すると共に,1×10-4Paを越える圧力の不活性ガス雰囲気下において,少なくとも表面が微結晶構造を有する平滑面を備えた他方の基体の平滑面に前記一方の基体に形成された前記微結晶構造の薄膜が接触するように前記一方,他方の2つの基体を重ね合わせることにより,前記微結晶構造の薄膜と前記他方の基体の前記平滑面との接合界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせることにより前記2つの基体を接合することを特徴とする原子拡散接合方法。
- 前記微結晶構造の薄膜を,室温における体拡散係数が1×10-55(m2/s)未満の金属あるいは合金,又は,室温における酸化物の生成自由エネルギーが−330(kJ/mol of compounds)未満の単金属あるいは合金により形成することを特徴とする請求項1又は2記載の原子拡散接合方法。
- 前記微結晶薄膜が,室温における体拡散係数が6.7×10−110m2/sのタングステン(W)から成ることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記基体の重ね合わせを,大気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記不活性ガスが,アルゴン,ヘリウム,ネオン,クリプトン,キセノン,窒素,メタン,二酸化炭素,及び一酸化炭素の群から選択されたいずれか1種のガス,あるいは,前記群のガスから選択された2種以上のガスの混合ガスであることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記基体の重ね合わせを行う空間に,不純物濃度が1ppm以下の不活性ガスを供給するガス源からのガスを単独で又は混合して導入することによりガス置換し,前記不活性ガス雰囲気を生成したことを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記ガス源からの不活性ガスを純化器を通過させて不純物を除去した後,前記基体の重ね合わせを行う空間に導入したことを特徴とする請求項6記載の原子拡散接合方法。
- 前記不活性ガス雰囲気を窒素ガス,あるいは,窒素ガスと他の不活性ガスとの混合ガスにより形成すると共に,前記微結晶薄膜を,室温における窒化物の生成自由エネルギーが−310(kJ/mol of compounds)以上の単金属あるいは合金で形成したことを特徴とする請求項1〜8いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記基体の重ね合わせを,塵埃の除去された雰囲気下で行うことを特徴とする請求項1〜9いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記基体を重ね合わせる力の強さが101kPa以下であることを特徴とする請求項1〜10いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 上記基体を重ね合わせる際の前記基体温度を室温以上400℃以下の範囲で加熱して体拡散係数を上昇させることを特徴とする請求項1〜11いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記基体の加熱を,前記微結晶薄膜の形成材料の室温における体拡散係数が1×10-40m2/s以下の場合に行うことを特徴とする請求項12記載の原子拡散接合方法。
- 前記基体の重ね合わせを,前記基体を加熱することなく行うことを特徴とする請求項1〜11いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記微結晶薄膜の形成と,前記基体の重ね合わせを同一あるいは隣接する容器中で行うことを特徴とする請求項1〜14いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 到達真空圧力が1×10-4Pa〜1×10-8Paの真空容器内で前記微結晶薄膜の形成を行うことを特徴とする請求項1〜15いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記微結晶薄膜を,Al,Si,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,In,Sn,Hf,Ta,Pt,Au,Wの元素群より選択されたいずれか1つの単金属により形成し,又は前記元素群より選択された1つ以上の元素を含む合金により形成したことを特徴とする請求項1又2記載の原子拡散接合方法。
- 前記微結晶薄膜を形成する前に,前記微結晶薄膜の形成と同一真空中において,前記微結晶薄膜の形成を行う基体の平滑面に生じている変質層を除去することを特徴とする請求項1〜17いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記微結晶薄膜が形成される前記基体の平滑面に,前記微結晶薄膜とは異なる材料の薄膜から成る下地層を1層以上形成し,当該下地層上に前記微結晶薄膜を形成することを特徴とする請求項1〜18いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 前記下地層を,Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの元素群より選択されたいずれか1つの単金属により形成し,又は前記元素群より選択された1つ以上の元素を含む合金により形成したことを特徴とする請求項19記載の原子拡散接合方法。
- 前記下地層を形成する前記単金属又は合金として,当該下地層上に形成される微結晶薄膜を形成する単金属又は合金よりも高融点で,且つ,前記微結晶薄膜を形成する単金属又は合金に対して融点の差が大きいものを使用することを特徴とする請求項19又は20記載の原子拡散接合方法。
- 前記微結晶薄膜の膜厚を0.1nm〜1μmとしたことを特徴とする請求項1〜20いずれか1項記載の原子拡散接合方法。
- 請求項1〜22いずれか1項記載の方法により原子拡散を伴うパッケージの接合を行うことにより,内部に1×10-4Paを越える圧力の不活性ガスを封止したパッケージ型電子部品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011093428A JP6089162B2 (ja) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | 原子拡散接合方法及び前記方法で封止されたパッケージ型電子部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011093428A JP6089162B2 (ja) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | 原子拡散接合方法及び前記方法で封止されたパッケージ型電子部品の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012223792A true JP2012223792A (ja) | 2012-11-15 |
JP6089162B2 JP6089162B2 (ja) | 2017-03-08 |
Family
ID=47274571
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011093428A Active JP6089162B2 (ja) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | 原子拡散接合方法及び前記方法で封止されたパッケージ型電子部品の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6089162B2 (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2819188A1 (en) | 2013-06-26 | 2014-12-31 | Nichia Corporation | Light-emitting device and manufacturing method thereof |
JP2015051452A (ja) * | 2013-09-09 | 2015-03-19 | 株式会社ムサシノエンジニアリング | 接合方法及び前記方法により接合された接合部を有する構造体 |
JP2016050863A (ja) * | 2014-09-01 | 2016-04-11 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 光学セル及びその製造方法 |
JP2016103635A (ja) * | 2014-11-18 | 2016-06-02 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2016207924A (ja) * | 2015-04-27 | 2016-12-08 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置及びその製造方法 |
US9991434B2 (en) | 2014-12-25 | 2018-06-05 | Nichia Corporation | Semiconductor device with metal-bonded heat dissipator and manufacturing method for the same |
US10115877B2 (en) | 2016-03-23 | 2018-10-30 | Nichia Corporation | Method for manufacturing semiconductor device |
US10451508B2 (en) | 2016-06-03 | 2019-10-22 | Schlumberger Technology Corporation | Pressure transducer and method for fabricating the same |
JP2020080429A (ja) * | 2020-02-27 | 2020-05-28 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置及びその製造方法 |
WO2021246245A1 (ja) * | 2020-06-01 | 2021-12-09 | 国立大学法人東北大学 | 原子拡散接合法及び接合構造体 |
CN114080146A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-22 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种低温无压的传感器金属外壳密封方法 |
JP2023002767A (ja) * | 2019-12-23 | 2023-01-10 | エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー | 基板をボンディングする装置および方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5279724A (en) * | 1991-12-26 | 1994-01-18 | Xerox Corporation | Dual sputtering source |
JPH07211681A (ja) * | 1994-01-19 | 1995-08-11 | Hitachi Ltd | 洗浄方法および洗浄装置 |
JPH11226752A (ja) * | 1998-02-10 | 1999-08-24 | Daido Steel Co Ltd | 金属材料の接合方法 |
JP2007015018A (ja) * | 2005-06-08 | 2007-01-25 | Asahi Kasei Chemicals Corp | マグネシウム複合材およびその製造方法 |
JP2008155245A (ja) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 接合方法 |
JP2008207221A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Takehito Shimazu | 常温接合方法 |
JP2010046696A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Musashino Eng:Kk | 原子拡散接合方法及び前記方法により接合された構造体 |
JP2010247229A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-11-04 | Bondtech Inc | 接合装置、接合方法および半導体装置 |
-
2011
- 2011-04-19 JP JP2011093428A patent/JP6089162B2/ja active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5279724A (en) * | 1991-12-26 | 1994-01-18 | Xerox Corporation | Dual sputtering source |
JPH07211681A (ja) * | 1994-01-19 | 1995-08-11 | Hitachi Ltd | 洗浄方法および洗浄装置 |
JPH11226752A (ja) * | 1998-02-10 | 1999-08-24 | Daido Steel Co Ltd | 金属材料の接合方法 |
JP2007015018A (ja) * | 2005-06-08 | 2007-01-25 | Asahi Kasei Chemicals Corp | マグネシウム複合材およびその製造方法 |
JP2008155245A (ja) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 接合方法 |
JP2008207221A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Takehito Shimazu | 常温接合方法 |
JP2010046696A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Musashino Eng:Kk | 原子拡散接合方法及び前記方法により接合された構造体 |
JP2010247229A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-11-04 | Bondtech Inc | 接合装置、接合方法および半導体装置 |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2819188A1 (en) | 2013-06-26 | 2014-12-31 | Nichia Corporation | Light-emitting device and manufacturing method thereof |
JP2015029079A (ja) * | 2013-06-26 | 2015-02-12 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置およびその製造方法 |
US9257619B2 (en) | 2013-06-26 | 2016-02-09 | Nichia Corporation | Light-emitting device and manufacturing method thereof |
JP2015051452A (ja) * | 2013-09-09 | 2015-03-19 | 株式会社ムサシノエンジニアリング | 接合方法及び前記方法により接合された接合部を有する構造体 |
JP2016050863A (ja) * | 2014-09-01 | 2016-04-11 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 光学セル及びその製造方法 |
JP2016103635A (ja) * | 2014-11-18 | 2016-06-02 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
US9991434B2 (en) | 2014-12-25 | 2018-06-05 | Nichia Corporation | Semiconductor device with metal-bonded heat dissipator and manufacturing method for the same |
JP2016207924A (ja) * | 2015-04-27 | 2016-12-08 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置及びその製造方法 |
US10115877B2 (en) | 2016-03-23 | 2018-10-30 | Nichia Corporation | Method for manufacturing semiconductor device |
US10451508B2 (en) | 2016-06-03 | 2019-10-22 | Schlumberger Technology Corporation | Pressure transducer and method for fabricating the same |
JP2023002767A (ja) * | 2019-12-23 | 2023-01-10 | エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー | 基板をボンディングする装置および方法 |
JP2020080429A (ja) * | 2020-02-27 | 2020-05-28 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置及びその製造方法 |
JP7011195B2 (ja) | 2020-02-27 | 2022-01-26 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
WO2021246245A1 (ja) * | 2020-06-01 | 2021-12-09 | 国立大学法人東北大学 | 原子拡散接合法及び接合構造体 |
JP2021186837A (ja) * | 2020-06-01 | 2021-12-13 | 国立大学法人東北大学 | 原子拡散接合法及び接合構造体 |
JP7390619B2 (ja) | 2020-06-01 | 2023-12-04 | 国立大学法人東北大学 | 原子拡散接合法及び接合構造体 |
CN114080146A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-22 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种低温无压的传感器金属外壳密封方法 |
CN114080146B (zh) * | 2021-11-02 | 2023-12-05 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种低温无压的传感器金属外壳密封方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6089162B2 (ja) | 2017-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6089162B2 (ja) | 原子拡散接合方法及び前記方法で封止されたパッケージ型電子部品の製造方法 | |
JP5401661B2 (ja) | 原子拡散接合方法及び前記方法により接合された構造体 | |
JP5569964B2 (ja) | 原子拡散接合方法 | |
JP5070557B2 (ja) | 常温接合方法 | |
US9070547B2 (en) | Composite substrate and method for manufacturing composite substrate | |
JP5765037B2 (ja) | 複合基板の製造方法 | |
JP6504555B2 (ja) | 原子拡散接合方法及び前記方法により接合された構造体 | |
TWI600178B (zh) | III -nitride composite substrate, a method of manufacturing the same, a laminated III-nitride compound substrate, a group III nitride semiconductor device, and a method of fabricating the same | |
WO2005101473A1 (ja) | バリア膜の形成方法、及び電極膜の形成方法 | |
US8748890B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor wafer, and composite base and composite substrate for use in that method | |
JP4577382B2 (ja) | 貼り合わせウェーハの製造方法 | |
JP2017523603A (ja) | 基板を表面処理するための方法及び装置 | |
JP6369566B2 (ja) | ナノカーボン膜作製用複合基板及びナノカーボン膜の作製方法 | |
JP5948533B2 (ja) | 原子拡散接合方法 | |
US9548202B2 (en) | Method for bonding by means of molecular adhesion | |
US20230083722A1 (en) | Method for atomic diffusion bonding and bonded structure | |
JP4056829B2 (ja) | 基板処理装置 | |
Matsumae et al. | Surface activated bonding of Au/Ta layers after degas annealing for MEMS packaging | |
WO2007007537A1 (ja) | ボンドウエーハの再生方法及びボンドウエーハ並びにssoiウエーハの製造方法 | |
JP6318441B2 (ja) | 接合方法 | |
WO2022172349A1 (ja) | 化学結合法及びパッケージ型電子部品 | |
JP2022020710A (ja) | 基板を表面処理するための方法及び装置 | |
JP6146041B2 (ja) | Iii族窒化物複合基板および積層iii族窒化物複合基板、ならびにiii族窒化物半導体デバイスおよびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140417 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150311 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150427 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150529 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151027 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151125 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160310 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160408 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6089162 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |