JP6566634B2 - Junction structure and manufacturing method of junction structure - Google Patents

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Description

本発明は、接合構造体、及び、接合構造体の製造方法に関する。   The present invention relates to a bonded structure and a method for manufacturing the bonded structure.

複数の部材を互いに接触させて溶接することにより、複数の部材を一体化させて接合することが知られている。一般的に、溶接として融接またはろう付けが知られている。   It is known that a plurality of members are integrated and joined by bringing a plurality of members into contact with each other and welding. Generally, fusion welding or brazing is known as welding.

融接は、接触させた部材の境界を高温に加熱して局所的に溶解させることによって行われる。しかしながら、融接を行う場合、接合領域およびその近傍に腐食または疲労劣化が生じることがある。   The fusion welding is performed by heating the boundary of the contacted member to a high temperature and dissolving it locally. However, when performing fusion welding, corrosion or fatigue deterioration may occur in the bonding region and its vicinity.

ろう付けは、接合部材の間に接合部材よりも融点の低いろうを充填した状態で溶解させた後、固化させることにより、接合部材を接合する。ろう付けにより、接合部材自体を溶解させることなく接合を行うことができる。ろう付けに用いるろうとして、硬ろう(例えば、銀ろう、および、アルミろう等)を用いることで、機械的強度の比較的高い接合を実現できる(特許文献1)。特許文献1には、セラミックスと金属管との間隙に硬ろうを充填してセラミックスと金属管を接合させた接合体が開示されている。   In the brazing, the joining member is joined by melting the filler in a state in which the solder having a melting point lower than that of the joining member is filled between the joining members and then solidifying. By brazing, joining can be performed without dissolving the joining member itself. By using a hard brazing (for example, silver brazing and aluminum brazing) as a brazing brazing, it is possible to realize a joint having a relatively high mechanical strength (Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a joined body in which a hard solder is filled in a gap between a ceramic and a metal tube to join the ceramic and the metal tube.

特開2013−193094号公報JP 2013-193094 A

しかしながら、硬ろうを用いてろう付けする場合、500℃を超える高温に加熱することが必要となる。また、硬ろうとしてアルミろうを用いる場合、さらに真空雰囲気中でろう付けを行うことが必要であり、低温下で簡便に接合を行うことができなかった。   However, when brazing using a hard solder, it is necessary to heat to a high temperature exceeding 500 ° C. Further, when using aluminum brazing as a hard brazing, it is necessary to braze in a vacuum atmosphere, and it has not been possible to easily perform joining at a low temperature.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温環境下であっても良好かつ容易に接合可能な接合構造体、及び、接合構造体の製造方法を提供することである。   This invention is made | formed in view of said subject, The objective is to provide the manufacturing method of the junction structure which can be favorably and easily joined also in a low-temperature environment, and a junction structure. is there.

本発明による接合構造体は、半導体素子と、配線と、金属膜とを備える。前記金属膜は、前記半導体素子と前記配線とを接合する。前記金属膜を構成する金属はストレスマイグレーションによって拡散している。   A bonded structure according to the present invention includes a semiconductor element, a wiring, and a metal film. The metal film joins the semiconductor element and the wiring. The metal constituting the metal film is diffused by stress migration.

ある実施形態において、前記半導体素子を構成する材質及び/又は前記配線を構成する材質の熱膨張率は、前記金属膜を構成する金属の熱膨張率よりも低い。   In one embodiment, the coefficient of thermal expansion of the material constituting the semiconductor element and / or the material constituting the wiring is lower than the coefficient of thermal expansion of the metal constituting the metal film.

本発明による接合構造体は、第1部材と、第2部材と、金属膜とを備える。前記第1部材は、金属部材または絶縁部材を含む。前記第2部材は、金属部材または絶縁部材を含む。前記金属膜は、前記第1部材と前記第2部材とを接合する。前記金属膜を構成する金属はストレスマイグレーションによって拡散している。   The joined structure according to the present invention includes a first member, a second member, and a metal film. The first member includes a metal member or an insulating member. The second member includes a metal member or an insulating member. The metal film joins the first member and the second member. The metal constituting the metal film is diffused by stress migration.

ある実施形態において、前記第1部材を構成する材質及び/又は前記第2部材を構成する材質の熱膨張率が、前記金属膜を構成する金属の熱膨張率よりも低い。   In a certain embodiment, the thermal expansion coefficient of the material which comprises the said 1st member and / or the material which comprises the said 2nd member is lower than the thermal expansion coefficient of the metal which comprises the said metal film.

ある実施形態において、前記金属膜は、複数の金属層の積層された積層構造を有しており、前記複数の金属層は、同一の金属から構成されている。   In one embodiment, the metal film has a laminated structure in which a plurality of metal layers are laminated, and the plurality of metal layers are made of the same metal.

ある実施形態において、前記金属膜を構成する金属の結晶状態は、微細結晶又は柱状晶である。   In one embodiment, the crystal state of the metal constituting the metal film is a fine crystal or a columnar crystal.

本発明による接合構造体は、第1部材と、熱応力吸収材と、第2部材と、第1金属膜と、第2金属膜とを備える。前記第1部材は、金属部材または絶縁部材を含む。前記第2部材は、金属部材または絶縁部材を含む。前記第1金属膜は、前記第1部材と前記熱応力吸収材とを接着する。前記第2金属膜は、前記熱応力吸収材と前記第2部材とを接着する。前記第1金属膜を構成する金属及び前記第2金属膜を構成する金属の少なくとも一方はストレスマイグレーションによって拡散している。   The bonded structure according to the present invention includes a first member, a thermal stress absorber, a second member, a first metal film, and a second metal film. The first member includes a metal member or an insulating member. The second member includes a metal member or an insulating member. The first metal film bonds the first member and the thermal stress absorber. The second metal film bonds the thermal stress absorbing material and the second member. At least one of the metal constituting the first metal film and the metal constituting the second metal film is diffused by stress migration.

ある実施形態において、前記熱応力吸収材を構成する材質の熱膨張率が、前記第1金属膜を構成する金属の熱膨張率及び前記第2金属膜を構成する金属の熱膨張率よりも低い。   In one embodiment, the coefficient of thermal expansion of the material constituting the thermal stress absorbing material is lower than the coefficient of thermal expansion of the metal constituting the first metal film and the coefficient of thermal expansion of the metal constituting the second metal film. .

ある実施形態において、前記第1金属膜及び前記第2金属膜のうちの少なくとも一方は、複数の金属層の積層された積層構造を有しており、前記複数の金属層は、同一の金属から構成されている。   In one embodiment, at least one of the first metal film and the second metal film has a stacked structure in which a plurality of metal layers are stacked, and the plurality of metal layers are made of the same metal. It is configured.

ある実施形態において、前記第1金属膜を構成する金属及び/又は前記第2金属膜を構成する金属の結晶状態は、微細結晶又は柱状晶である。   In one embodiment, the crystal state of the metal constituting the first metal film and / or the metal constituting the second metal film is a fine crystal or a columnar crystal.

ある実施形態において、前記熱応力吸収材に、貫通孔又は窪みが設けられている。   In one embodiment, the thermal stress absorber is provided with a through hole or a depression.

本発明による接合構造体の製造方法は、金属膜を介して半導体素子と配線とを積層させた積層体を用意する工程と、前記積層体を加熱し、前記金属膜を構成する金属をストレスマイグレーションによって拡散させ、前記半導体素子と前記配線とを接合する接合工程とを包含する。   The method for manufacturing a bonded structure according to the present invention includes a step of preparing a laminated body in which a semiconductor element and a wiring are laminated through a metal film, and heating the laminated body to stress-migrate the metal constituting the metal film. And a bonding step of bonding the semiconductor element and the wiring.

本発明による接合構造体の製造方法は、金属膜を介して、金属部材または絶縁部材を含む第1部材と、金属部材または絶縁部材を含む第2部材とを積層させた積層体を用意する工程と、前記積層体を加熱し、前記金属膜を構成する金属をストレスマイグレーションによって拡散させ、前記第1部材と前記第2部材とを接合する接合工程とを包含する。   The method for manufacturing a bonded structure according to the present invention includes a step of preparing a laminate in which a first member including a metal member or an insulating member and a second member including a metal member or an insulating member are stacked via a metal film. And a bonding step of heating the laminated body, diffusing the metal constituting the metal film by stress migration, and bonding the first member and the second member.

本発明による接合構造体の製造方法は、金属部材または絶縁部材を含む第1部材と、熱応力吸収材と、金属部材または絶縁部材を含む第2部材と、前記第1部材と前記熱応力吸収材との間に位置する第1金属膜と、前記熱応力吸収材と前記第2部材との間に位置する第2金属膜とが積層された積層体を用意する工程と、前記第1金属膜および前記第2金属膜のうちの少なくとも一方を加熱し、前記第1金属膜及び/又は前記第2金属膜を構成する金属をストレスマイグレーションによって拡散させ、前記第1部材及び/又は前記第2部材と前記熱応力吸収材とを接合する接合工程とを包含する。   The manufacturing method of the joined structure according to the present invention includes a first member including a metal member or an insulating member, a thermal stress absorber, a second member including the metal member or the insulating member, the first member, and the thermal stress absorption. A step of preparing a laminate in which a first metal film positioned between a material and a second metal film positioned between the thermal stress absorbing material and the second member is prepared, and the first metal At least one of the film and the second metal film is heated, the metal constituting the first metal film and / or the second metal film is diffused by stress migration, and the first member and / or the second metal film is diffused. A joining step of joining the member and the thermal stress absorbing material.

ある実施形態において、前記接合工程は、100℃以上400℃以下の温度に加熱する工程を含む。   In one embodiment, the joining step includes a step of heating to a temperature of 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.

本発明によれば、低温環境下であっても、良好かつ容易に接合可能な接合構造体を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a bonded structure that can be bonded easily and easily even in a low temperature environment.

本発明による接合構造体の実施形態の模式図である。It is a mimetic diagram of an embodiment of a joined structure by the present invention. (a)はシリコン基板上の加熱された銀膜表面のSEM写真を示す図であり、(b)は(a)の一部拡大図であり、(c)は(b)の断面図である。(A) is a figure which shows the SEM photograph of the heated silver film surface on a silicon substrate, (b) is the elements on larger scale of (a), (c) is sectional drawing of (b). . (a)および(b)は、図1に示した接合構造体の製造方法を説明するための模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the joining structure shown in FIG. (a)〜(d)は、本実施形態の接合構造体の製造方法を説明するための模式図である。(A)-(d) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the joining structure of this embodiment. 本実施形態の接合構造体の模式図である。It is a schematic diagram of the junction structure of this embodiment. 本実施形態の接合構造体の模式図である。It is a schematic diagram of the junction structure of this embodiment. 本発明による接合構造体の実施形態の模式図である。It is a mimetic diagram of an embodiment of a joined structure by the present invention. (a)〜(e)は、図7に示した接合構造体の製造方法を説明するための模式図である。(A)-(e) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the joining structure shown in FIG. 図7に示した接合構造体における熱応力吸収材の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the thermal-stress absorber in the joining structure shown in FIG. 図7に示した接合構造体における熱応力吸収材の別の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the thermal-stress absorption material in the joining structure shown in FIG. 図7に示した接合構造体における熱応力吸収材のさらに別の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the thermal-stress absorber in the joining structure shown in FIG. 本発明による接合構造体の実施形態の模式図である。It is a mimetic diagram of an embodiment of a joined structure by the present invention. (a)〜(d)は、図12に示した接合構造体の製造方法を説明するための模式図である。(A)-(d) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the joining structure shown in FIG. (a)はストレスマイグレーションの発生した銀膜の断面を示した図であり、(b)は(a)の一部拡大図であり、(c)は金属のストレスマイグレーションを説明するための模式図である。(A) is the figure which showed the cross section of the silver film in which stress migration generate | occur | produced, (b) is the elements on larger scale of (a), (c) is the schematic diagram for demonstrating the stress migration of a metal It is. 金属のストレスマイグレーションによる接合を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating joining by the stress migration of a metal. (a)は実施例1の接合構造体の模式的な断面図であり、(b)は実施例1の接合構造体の斜視図である。(A) is typical sectional drawing of the joining structure of Example 1, (b) is a perspective view of the joining structure of Example 1. FIG. (a)は実施例2の接合構造体の構成を説明するための模式図であり、(b)は(a)の領域Bを拡大したSEM写真を示す図であり、(c)は(a)の領域Cを拡大したSEM写真を示す図である。(A) is a schematic diagram for demonstrating the structure of the joining structure of Example 2, (b) is a figure which shows the SEM photograph which expanded the area | region B of (a), (c) is (a) 2) is a view showing an SEM photograph in which a region C of FIG. (a)は実施例3の接合構造体の模式図であり、(b)は(a)の領域Bを拡大したSEM写真を示す図であり、(c)は(b)の一部拡大図である。(A) is a schematic diagram of the junction structure of Example 3, (b) is a diagram showing an SEM photograph in which the region B of (a) is enlarged, and (c) is a partially enlarged view of (b). It is.

以下に、本発明に係る接合構造体、及び、接合構造体の製造方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、以下の実施形態を適宜変更してもよい。なお、冗長な説明を避けるために、重複する記載を適宜省略することがあるが、発明の要旨を限定するものではない。   Embodiments of a bonded structure and a method for manufacturing the bonded structure according to the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the following embodiments may be appropriately changed. In order to avoid redundant description, overlapping descriptions may be omitted as appropriate, but the gist of the invention is not limited.

図1を参照して、本発明に係る接合構造体の実施形態を説明する。図1は、本実施形態の接合構造体100の模式図を示す。接合構造体100は、半導体素子110と、金属膜120と、配線130とを備える。接合構造体100では、半導体素子110、金属膜120および配線130がこの順番に積層されており、金属膜120は、半導体素子110と配線130とを接合している。   With reference to FIG. 1, an embodiment of a bonded structure according to the present invention will be described. FIG. 1 shows a schematic diagram of a bonded structure 100 of the present embodiment. The bonded structure 100 includes a semiconductor element 110, a metal film 120, and a wiring 130. In the bonding structure 100, the semiconductor element 110, the metal film 120, and the wiring 130 are stacked in this order, and the metal film 120 bonds the semiconductor element 110 and the wiring 130 together.

本実施形態の接合構造体100において、金属膜120を構成する金属がストレスマイグレーションによって拡散することにより、半導体素子110および配線130が金属膜120を介して接合される。具体的には、金属膜120において応力勾配が発生した際に金属膜120を構成する金属が拡散し、その結果、接合状態が維持される。ストレスマイグレーションは、半導体素子110と金属膜120との界面、金属膜120と配線130との界面、および、金属膜120の内部のいずれかで発生する。   In the bonded structure 100 of the present embodiment, the metal constituting the metal film 120 diffuses due to stress migration, so that the semiconductor element 110 and the wiring 130 are bonded via the metal film 120. Specifically, when a stress gradient occurs in the metal film 120, the metal constituting the metal film 120 diffuses, and as a result, the bonded state is maintained. Stress migration occurs at any of the interface between the semiconductor element 110 and the metal film 120, the interface between the metal film 120 and the wiring 130, and the inside of the metal film 120.

接合構造体100における接合は、金属膜120において発生するストレスマイグレーションによって実現される。ストレスマイグレーションとは、異なる熱膨張率を有する材料を接触させた状態で温度が変化した場合に、温度変化に伴う熱膨張の違いから材料内部に応力勾配が生じた結果、熱膨張率の高い材料の元素が移動する現象である。ストレスマイグレーションは、欠陥(例えば、ボイド又はクラック)を生じさせることがあり、半導体デバイス等の故障原因になることが知られている。   Bonding in the bonding structure 100 is realized by stress migration generated in the metal film 120. Stress migration is a material that has a high coefficient of thermal expansion as a result of a stress gradient generated in the material due to the difference in thermal expansion caused by the temperature change when the temperature changes while materials with different coefficients of thermal expansion are in contact with each other. This is a phenomenon in which these elements move. It is known that stress migration may cause defects (for example, voids or cracks) and cause failure of semiconductor devices and the like.

本実施形態の接合構造体100は、このようなストレスマイグレーションを敢えて利用することにより、良好な接合を実現している。具体的には、熱膨張率の差が大きい2種類の材料を接触させた状態で温度を変化させると、金属膜120に応力勾配が発生する。この勾配によりストレスマイグレーションが生じて、金属膜120の金属が表面から溢れ出すように拡散する。金属膜120の金属が拡散すると、金属は、半導体素子110と金属膜120との界面、金属膜120と配線130との界面、又は、金属膜120の内部の界面の凹凸の空隙を埋めて一体化し、金属膜120によって半導体素子110と配線130とが良好に接合される。なお、ストレスマイグレーションの発生は、接合断面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)などの装置を用いて撮影することで確認できる。また、接合部形成においては、接合雰囲気中の表面反応により、ナノ粒子やアモルファス状ナノ組織を形成させ、接合ネッキングの成長を促進させることもできる。   The bonded structure 100 of the present embodiment realizes good bonding by using such stress migration. Specifically, when the temperature is changed while two kinds of materials having a large difference in thermal expansion coefficient are in contact with each other, a stress gradient is generated in the metal film 120. This gradient causes stress migration, and the metal of the metal film 120 diffuses so as to overflow from the surface. When the metal of the metal film 120 is diffused, the metal is integrated by filling an uneven gap at the interface between the semiconductor element 110 and the metal film 120, the interface between the metal film 120 and the wiring 130, or the interface inside the metal film 120. Thus, the semiconductor element 110 and the wiring 130 are favorably bonded by the metal film 120. Note that the occurrence of stress migration can be confirmed by photographing the junction cross section using an apparatus such as a scanning electron microscope (SEM). Further, in the formation of the bonding portion, the growth of the bonding necking can be promoted by forming nanoparticles or an amorphous nanostructure by a surface reaction in the bonding atmosphere.

これまで、2つの部材を接合する場合、高温での熱処理(例えば、焼結)を行うことが一般的であった。これに対して、本実施形態では、上述したように、金属膜120を構成する金属のストレスマイグレーションを利用して半導体素子110と配線130とを接合している。ストレスマイグレーションは、一般的な焼結温度よりも低い温度で発生するため、本実施形態の接合構造体100は、低温環境下であっても良好な接合を実現できる。また、半導体素子110及び配線130のいずれかの耐熱性が低い場合でも、半導体素子110及び配線130を良好に接合できる。また、加熱炉などの大規模な装置を必要としないので、簡易なプロセスで低コストに接合を行うことができる。さらに、銅のような安価で汎用性のある金属を利用して接合を行うことができる。   Until now, when joining two members, it was common to perform heat treatment (for example, sintering) at a high temperature. On the other hand, in the present embodiment, as described above, the semiconductor element 110 and the wiring 130 are bonded using stress migration of the metal constituting the metal film 120. Since stress migration occurs at a temperature lower than a general sintering temperature, the bonded structure 100 of the present embodiment can realize good bonding even in a low temperature environment. Further, even when the heat resistance of either the semiconductor element 110 or the wiring 130 is low, the semiconductor element 110 and the wiring 130 can be favorably bonded. In addition, since a large-scale apparatus such as a heating furnace is not required, bonding can be performed at a low cost with a simple process. Furthermore, bonding can be performed using inexpensive and versatile metals such as copper.

以下、接合構造体100を構成する半導体素子110、金属膜120、及び配線130について説明する。   Hereinafter, the semiconductor element 110, the metal film 120, and the wiring 130 constituting the bonded structure 100 will be described.

(半導体素子110)
半導体素子110を構成する材質は、例えば、シリコン、炭素、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド、シリコン上に形成したガリウムナイトライド、シリコンナイトライド、または、アルミニウムナイトライドである。
(Semiconductor element 110)
The material constituting the semiconductor element 110 is, for example, silicon, carbon, silicon carbide, gallium nitride, gallium nitride formed on silicon, silicon nitride, or aluminum nitride.

(金属膜120)
金属膜120を構成する金属は、例えば、銅、銀、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト、又は鉄である。汎用性及びコストパフォーマンスに優れ、ストレスマイグレーションを容易に発生し得る熱膨張率を有するために、金属膜120を構成する金属は、銅、銀、亜鉛、アルミニウム、コバルト、又はニッケルであることが好ましい。また、金属膜120の厚さは、接合強度に優れ、容易にストレスマイグレーションを発生するために、0.5μm以上30.0μm以下であることが好ましい。
(Metal film 120)
The metal constituting the metal film 120 is, for example, copper, silver, zinc, gold, palladium, aluminum, nickel, cobalt, or iron. The metal constituting the metal film 120 is preferably copper, silver, zinc, aluminum, cobalt, or nickel in order to have a thermal expansion coefficient that is excellent in versatility and cost performance and can easily generate stress migration. . The thickness of the metal film 120 is preferably 0.5 μm or more and 30.0 μm or less in order to have excellent bonding strength and easily generate stress migration.

なお、金属膜120は、積層された複数の金属層から構成されてもよい。金属膜120が積層構造を有する場合、複数の金属層を構成する金属の各々は、同じ種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。ストレスマイグレーションによって拡散する金属は、半導体素子110と金属膜120との界面、金属膜120内の層間の界面、又は、金属膜120と配線130の界面の凹凸を埋めるように移動する。   The metal film 120 may be composed of a plurality of stacked metal layers. When the metal film 120 has a laminated structure, the metals constituting the plurality of metal layers may be the same type of metal or different types of metals. The metal diffused by the stress migration moves so as to fill the unevenness at the interface between the semiconductor element 110 and the metal film 120, the interface between the layers in the metal film 120, or the interface between the metal film 120 and the wiring 130.

金属膜120を構成する金属の熱膨張率(線膨張率)は、半導体素子110を構成する材質の熱膨張率(線膨張率)よりも高いことが好ましい。例えば、金属膜120を構成する金属の熱膨張率は10.0×10-6以上であり、半導体素子110を構成する材質の熱膨張率は0.1×10-6以上10.0×10-6未満である。特に、半導体素子110を構成する材質の熱膨張率に対する金属膜120を構成する金属の熱膨張率の比(金属膜120を構成する金属の熱膨張率/半導体素子110を構成する材質の熱膨張率)が2.0以上であることが好ましい。 The thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the metal constituting the metal film 120 is preferably higher than the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the material constituting the semiconductor element 110. For example, the thermal expansion coefficient of the metal constituting the metal film 120 is 10.0 × 10 −6 or more, and the thermal expansion coefficient of the material constituting the semiconductor element 110 is 0.1 × 10 −6 or more and 10.0 × 10. Less than -6 . In particular, the ratio of the thermal expansion coefficient of the metal constituting the metal film 120 to the thermal expansion coefficient of the material constituting the semiconductor element 110 (the thermal expansion coefficient of the metal constituting the metal film 120 / the thermal expansion of the material constituting the semiconductor element 110). Ratio) is preferably 2.0 or more.

金属膜120を構成する金属の結晶状態は、微細結晶(サブミクロンを単位とする程度の微細結晶状態)、又は、柱状晶であることが好ましい。結晶状態が柱状晶であると、金属膜120を構成する金属が表面または結晶粒界に沿って拡散するため、結晶状態が粗大な等軸晶である金属と比較すると、より容易にストレスマイグレーションを発生させることができ、接合状態が良好となる。   The crystal state of the metal constituting the metal film 120 is preferably a fine crystal (a fine crystal state with a submicron unit) or a columnar crystal. When the crystal state is a columnar crystal, the metal constituting the metal film 120 diffuses along the surface or the crystal grain boundary, so that stress migration can be performed more easily than a metal having an equiaxed crystal with a coarse crystal state. It can be generated and the bonding state becomes good.

接合構造体100において、半導体素子110を構成する材質と金属膜120を構成する金属との好適な組み合わせ(半導体素子110/金属膜120)は、ストレスマイグレーションを効果的に発生させて接合状態を良好とするために、例えば、ガリウムナイトライド/銀、シリコンカーバイド/銀、ガリウムナイトライド/銅、又は、シリコンカーバイド/銅である。   In the bonded structure 100, a suitable combination of the material forming the semiconductor element 110 and the metal forming the metal film 120 (semiconductor element 110 / metal film 120) effectively generates stress migration and has a good bonding state. For example, gallium nitride / silver, silicon carbide / silver, gallium nitride / copper, or silicon carbide / copper.

(配線130)
配線130を構成する材質は、例えば、例えば、銅、銀、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニオブ、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン、チタン、又は、鉄である。汎用性及びコストパフォーマンスに優れ、ストレスマイグレーションを容易に発生し得る熱膨張率を有するために、配線130を構成する金属は、銅、鉄、又は、銀であることが好ましい。
(Wiring 130)
The material constituting the wiring 130 is, for example, copper, silver, zinc, gold, palladium, aluminum, niobium, nickel, cobalt, molybdenum, tungsten, titanium, or iron. The metal constituting the wiring 130 is preferably copper, iron, or silver in order to have a thermal expansion coefficient that is excellent in versatility and cost performance and can easily generate stress migration.

配線130を構成する材質の熱膨張率(線膨張率)は、ストレスマイグレーションによる接合を良好にするために、金属膜120を構成する金属の熱膨張率(線膨張率)よりも低いことが好ましい。例えば、配線130を構成する材質の熱膨張率は0.1×10-6以上20.0×10-6未満である。特に、配線130を構成する材質の熱膨張率に対する金属膜120を構成する材質の熱膨張率の比(金属膜120を構成する金属の熱膨張率/配線130を構成する材質の熱膨張率)は2.0以上であることが好ましい。 The thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the material forming the wiring 130 is preferably lower than the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the metal forming the metal film 120 in order to improve bonding by stress migration. . For example, the thermal expansion coefficient of the material constituting the wiring 130 is 0.1 × 10 −6 or more and less than 20.0 × 10 −6 . In particular, the ratio of the thermal expansion coefficient of the material constituting the metal film 120 to the thermal expansion coefficient of the material constituting the wiring 130 (thermal expansion coefficient of the metal constituting the metal film 120 / thermal expansion coefficient of the material constituting the wiring 130). Is preferably 2.0 or more.

接合構造体100において、金属膜120を構成する金属と配線130を構成する材質との好適な組み合わせ(金属膜120/配線130)は、ストレスマイグレーションを効果的に発生させて接合状態を良好とするために、例えば、銀/モリブデン、銀/タングステン、銀/ニオブ、銀/チタン、銅/モリブデン、銅/タングステン、銅/ニオブ、又は、銅/チタンである。   In the bonded structure 100, a suitable combination of the metal forming the metal film 120 and the material forming the wiring 130 (metal film 120 / wiring 130) effectively generates stress migration and improves the bonding state. Thus, for example, silver / molybdenum, silver / tungsten, silver / niobium, silver / titanium, copper / molybdenum, copper / tungsten, copper / niobium, or copper / titanium.

以下、半導体素子110を構成する材質の熱膨張率、及び、金属膜120および配線130を構成する材質の熱膨張率の一例を示す。なお、ここでは、熱膨張率は線膨張率であり、熱膨張率の単位は「1/K」である。   Hereinafter, an example of the thermal expansion coefficient of the material constituting the semiconductor element 110 and the thermal expansion coefficient of the material constituting the metal film 120 and the wiring 130 will be shown. Here, the thermal expansion coefficient is a linear expansion coefficient, and the unit of the thermal expansion coefficient is “1 / K”.

半導体素子110を構成する材質の熱膨張率の一例
シリコン:2.6×10-6
シリコンカーバイド:3.7×10-6
ガリウムナイトライド:3.0×10-6
シリコンナイトライド:3.0×10-6
アルミニウムナイトライド:5.0×10-6
アルミナ:7.2×10-6
Example of coefficient of thermal expansion of material constituting semiconductor element 110 Silicon: 2.6 × 10 −6
Silicon carbide: 3.7 × 10 −6
Gallium nitride: 3.0 × 10 −6
Silicon nitride: 3.0 × 10 −6
Aluminum nitride: 5.0 × 10 −6
Alumina: 7.2 × 10 −6

金属膜120、配線130を構成する金属の熱膨張率の一例
アルミニウム:23.0×10-6
鉄:12.0×10-6
コバルト:13.0×10-6
ニッケル:12.8×10-6
金:14.3×10-6
銅:16.8×10-6
亜鉛:30.2×10-6
銀:18.9×10-6
パラジウム:11.8×10-6
タングステン:4.5×10-6
モリブデン:4.8×10-6
ニオブ:8.0×10-6
チタン:11×10-6
Example of thermal expansion coefficient of metal constituting metal film 120 and wiring 130 Aluminum: 23.0 × 10 −6
Iron: 12.0 × 10 -6
Cobalt: 13.0 × 10 −6
Nickel: 12.8 × 10 −6
Gold: 14.3 × 10 −6
Copper: 16.8 × 10 −6
Zinc: 30.2 × 10 −6
Silver: 18.9 × 10 −6
Palladium: 11.8 × 10 −6
Tungsten: 4.5 × 10 −6
Molybdenum: 4.8 × 10 −6
Niobium: 8.0 × 10 -6
Titanium: 11 × 10 −6

なお、金属膜120を構成する金属は酸化しておらず、金属膜120の表面には酸化膜がほとんど存在しないことが好ましい。なぜなら、金属膜120において応力勾配を発生したとしても、酸化の生じた金属では拡散接合が充分には起こらず、接合不良の主要因となるからである。表面酸化を避けるために、接合のための加熱は還元雰囲気又は真空雰囲気で行ってもよい。あるいは、接合は、金属の表面における酸化還元反応を促進する条件(温度または雰囲気)で行うことが好ましい。   It is preferable that the metal constituting the metal film 120 is not oxidized and there is almost no oxide film on the surface of the metal film 120. This is because even if a stress gradient is generated in the metal film 120, diffusion bonding does not occur sufficiently in the oxidized metal, which becomes a main cause of bonding failure. In order to avoid surface oxidation, heating for bonding may be performed in a reducing atmosphere or a vacuum atmosphere. Alternatively, the joining is preferably performed under conditions (temperature or atmosphere) that promote a redox reaction on the surface of the metal.

ここで、図2を参照して金属のストレスマイグレーションについて説明する。図2(a)は、シリコン表面上の銀膜を250℃で加熱した後のSEM写真を示す図である。図2(b)は図2(a)の一部拡大図であり、図2(c)は図2(b)の断面のSEM写真を示す図である。   Here, the stress migration of metal will be described with reference to FIG. FIG. 2 (a) is a view showing an SEM photograph after the silver film on the silicon surface is heated at 250 ° C. 2 (b) is a partially enlarged view of FIG. 2 (a), and FIG. 2 (c) is a view showing an SEM photograph of the cross section of FIG. 2 (b).

図2(a)、図2(b)及び図2(c)から、加熱によって、銀のストレスマイグレーションが発現することにより、銀膜の表面に、内部から溢れ出すように粒状に盛り上がった隆起が形成されたことが確認できる。本実施形態では、このような金属のストレスマイグレーションを利用して、盛り上がった金属(例えば、銀)が表面から隆起するように拡散して、半導体素子110と金属膜120との界面、金属膜120の層間の界面、又は、金属膜120と配線130との界面に存在する凹凸を埋めることにより、良好な接合状態を実現している。   2 (a), 2 (b), and 2 (c), when the stress migration of silver is manifested by heating, the surface of the silver film bulges up so as to overflow from the inside. It can be confirmed that it was formed. In the present embodiment, by using such metal stress migration, the raised metal (for example, silver) diffuses so as to rise from the surface, and the interface between the semiconductor element 110 and the metal film 120, the metal film 120. By filling the unevenness present at the interface between these layers or at the interface between the metal film 120 and the wiring 130, a good bonding state is realized.

ここで、図3を参照して、本実施形態の接合構造体100の製造方法を説明する。   Here, with reference to FIG. 3, the manufacturing method of the joining structure 100 of this embodiment is demonstrated.

まず、図3(a)に示すように、積層体Lを用意する。積層体Lは、半導体素子110および配線130が金属膜120を介して積層されている。例えば、半導体素子110上に金属膜120を形成した後に、金属膜120に配線130を接触させて積層体Lを作製してもよい。あるいは、配線130上に金属膜120を形成した後に、金属膜120に半導体素子110を接触させて積層体Lを作製してもよい。   First, as shown to Fig.3 (a), the laminated body L is prepared. In the stacked body L, the semiconductor element 110 and the wiring 130 are stacked via the metal film 120. For example, after the metal film 120 is formed on the semiconductor element 110, the stacked body L may be manufactured by bringing the wiring 130 into contact with the metal film 120. Alternatively, after forming the metal film 120 on the wiring 130, the stacked body L may be manufactured by bringing the semiconductor element 110 into contact with the metal film 120.

金属膜120を構成する金属の結晶状態は、微細結晶又は柱状晶であることが好ましい。また、この場合、配線130の表面の少なくとも一部において、金属の結晶状態が微細結晶又は柱状晶であることが好ましい。例えば、金属膜120は、スパッタリング処理、めっき、又は蒸着によって形成する。   The crystal state of the metal constituting the metal film 120 is preferably a fine crystal or a columnar crystal. In this case, the crystal state of the metal is preferably a fine crystal or a columnar crystal in at least a part of the surface of the wiring 130. For example, the metal film 120 is formed by sputtering, plating, or vapor deposition.

次に、図3(b)に示すように、積層体Lを加熱すると、金属膜120を構成する金属がストレスマイグレーションによって拡散し、半導体素子110と配線130とが接合される。積層体Lの加熱温度は、100℃以上400℃以下であることが好ましく、150℃以上300℃以下であることがさらに好ましい。   Next, as illustrated in FIG. 3B, when the stacked body L is heated, the metal constituting the metal film 120 is diffused by stress migration, and the semiconductor element 110 and the wiring 130 are joined. The heating temperature of the laminate L is preferably 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.

加熱は、大気圧中で行われてもよいし、真空中で行われてもよい。又は、加熱は、不活性ガス若しくは還元(例えば、アルゴン、窒素、水素又はギ酸)雰囲気で行われてもよい。   Heating may be performed at atmospheric pressure or in vacuum. Alternatively, the heating may be performed in an inert gas or reducing (eg, argon, nitrogen, hydrogen, or formic acid) atmosphere.

なお、金属膜120が容易に酸化する金属から構成される場合、金属膜120の表面に酸化膜が形成されることがある。酸化膜が存在すると金属が良好に拡散されないことがあるため、加熱は、真空中で行われるか、又は、酸化膜を除去しながら行われることが好ましい。酸化膜を除去するために、例えば、水素又はギ酸(気体)の雰囲気中で加熱が行われてもよい。例えば、金属膜120を構成する金属が銀の場合、加熱は大気圧中で行われてもよい。あるいは、金属膜120を構成する金属が銅の場合、加熱は真空中で行われることが好ましい。   In the case where the metal film 120 is made of a metal that easily oxidizes, an oxide film may be formed on the surface of the metal film 120. Since the metal may not be diffused well in the presence of the oxide film, the heating is preferably performed in a vacuum or while removing the oxide film. In order to remove the oxide film, for example, heating may be performed in an atmosphere of hydrogen or formic acid (gas). For example, when the metal constituting the metal film 120 is silver, the heating may be performed at atmospheric pressure. Or when the metal which comprises the metal film 120 is copper, it is preferable that a heating is performed in a vacuum.

本実施形態によれば、ストレスマイグレーションによる金属の拡散を利用して半導体素子110および配線130を接合させるため、400℃以下の比較的低い加熱温度でも、良好に接合することができる。したがって、加熱時の熱による半導体素子110又は配線130の破損、または、半導体素子110と配線130との接合部付近におけるボイドの発生を抑制できる。また、本実施形態の製造方法は、ストレスマイグレーションによる金属の拡散を利用するため、比較的低い圧力で接合を行うことができる。例えば、無加圧又は1MPa以下の圧力で接合を行うことができる。   According to the present embodiment, since the semiconductor element 110 and the wiring 130 are bonded by utilizing metal diffusion due to stress migration, the bonding can be performed well even at a relatively low heating temperature of 400 ° C. or less. Therefore, damage to the semiconductor element 110 or the wiring 130 due to heat during heating, or generation of voids in the vicinity of the joint portion between the semiconductor element 110 and the wiring 130 can be suppressed. Moreover, since the manufacturing method of this embodiment uses metal diffusion due to stress migration, bonding can be performed at a relatively low pressure. For example, bonding can be performed with no pressure or a pressure of 1 MPa or less.

次に、図4を参照して、本実施形態の接合構造体100の製造方法を説明する。本実施形態の接合構造体の製造方法は、金属膜形成工程と、積層体作製工程と、接合工程とを包含する。   Next, with reference to FIG. 4, the manufacturing method of the junction structure 100 of this embodiment is demonstrated. The method for manufacturing a bonded structure according to the present embodiment includes a metal film forming step, a laminate manufacturing step, and a bonding step.

(金属膜形成工程)
図4(a)に示すように、半導体素子110の表面に金属膜120aを形成する。金属膜120aは、例えば、スパッタリング処理、めっき、又は蒸着によって形成される。スパッタリング処理の手法は特に限定されず、例えば、RF(高周波)スパッタリング、DC(直流)スパッタリングを採用することができる。また、めっき方法は特に限定されず、例えば、電解めっき、又は無電解めっきを採用することができる。あるいは、蒸着方法は、特に限定されず、例えば、抵抗加熱を用いた真空蒸着を採用することができる。なお、金属膜120aは、複数の金属層から形成されてもよい。
(Metal film forming process)
As shown in FIG. 4A, a metal film 120 a is formed on the surface of the semiconductor element 110. The metal film 120a is formed, for example, by sputtering, plating, or vapor deposition. The method of the sputtering process is not particularly limited, and for example, RF (high frequency) sputtering and DC (direct current) sputtering can be employed. The plating method is not particularly limited, and for example, electrolytic plating or electroless plating can be employed. Alternatively, the deposition method is not particularly limited, and for example, vacuum deposition using resistance heating can be employed. Note that the metal film 120a may be formed of a plurality of metal layers.

また、図4(b)に示すように、配線130の表面に金属膜120bを形成する。典型的には、金属膜120bを構成する金属は、金属膜120aを構成する金属と同じであるが、金属膜120bを構成する金属は、金属膜120aを構成する金属と異なってもよい。金属膜120bも、金属膜120aと同様に、例えば、スパッタリング処理、めっき、又は蒸着によって形成できる。なお、金属膜120bは、複数の金属層から形成されてもよい。   Further, as shown in FIG. 4B, a metal film 120b is formed on the surface of the wiring. Typically, the metal constituting the metal film 120b is the same as the metal constituting the metal film 120a, but the metal constituting the metal film 120b may be different from the metal constituting the metal film 120a. Similarly to the metal film 120a, the metal film 120b can be formed by sputtering, plating, or vapor deposition, for example. Note that the metal film 120b may be formed of a plurality of metal layers.

(積層体作製工程)
次に、図4(c)に示すように、半導体素子110上の金属膜120aおよび配線130上の金属膜120bが互いに接触するように、半導体素子110および配線130を積層させて積層体Lを作製する。この場合、積層体Lは、半導体素子110、金属膜120a、120bおよび配線130の積層された構成を有する。
(Laminate production process)
Next, as illustrated in FIG. 4C, the semiconductor element 110 and the wiring 130 are stacked so that the metal film 120 a on the semiconductor element 110 and the metal film 120 b on the wiring 130 are in contact with each other, thereby forming the stacked body L. Make it. In this case, the stacked body L has a configuration in which the semiconductor element 110, the metal films 120a and 120b, and the wiring 130 are stacked.

(接合工程)
次に、図4(d)に示すように、積層体Lを加熱して半導体素子110および配線130を接合して接合構造体100を作製する。加熱により、半導体素子110上の金属膜120aを構成する金属、及び/又は、配線130上の金属膜120bを構成する金属がストレスマイグレーションによって拡散すると、金属膜120aと金属膜120bとの界面間の空間が埋められて、金属膜120aおよび金属膜120bの一体化した金属膜120が形成され、その結果、金属膜120によって半導体素子110および配線130が接合される。
(Joining process)
Next, as illustrated in FIG. 4D, the stacked body L is heated to bond the semiconductor element 110 and the wiring 130, thereby manufacturing the bonded structure 100. When the metal constituting the metal film 120a on the semiconductor element 110 and / or the metal constituting the metal film 120b on the wiring 130 are diffused by stress migration due to heating, between the interfaces of the metal film 120a and the metal film 120b. The space is filled, and the metal film 120 in which the metal film 120a and the metal film 120b are integrated is formed. As a result, the semiconductor element 110 and the wiring 130 are joined by the metal film 120.

加熱後の金属膜120において、金属膜120aおよび金属膜120bに由来する2つの層の界面は、明確に特定可能であってもよく、あるいは、特定可能でなくてもよい。積層体Lの加熱温度は、100℃以上400℃以下であることが好ましく、150℃以上300℃以下であることがさらに好ましい。   In the heated metal film 120, the interface between the two layers derived from the metal film 120a and the metal film 120b may or may not be clearly specified. The heating temperature of the laminate L is preferably 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.

なお、上述した説明では、金属膜120、120a、120bは半導体素子110又は配線130上に直接形成されたが、本発明はこれに限定されない。金属膜120、120a、120bは、接着層を介して半導体素子110または配線130上に形成されてもよい。   In the above description, the metal films 120, 120a, and 120b are formed directly on the semiconductor element 110 or the wiring 130, but the present invention is not limited to this. The metal films 120, 120a, 120b may be formed on the semiconductor element 110 or the wiring 130 via an adhesive layer.

図5に、本実施形態の接合構造体100の模式図を示す。接合構造体100は、半導体素子110、金属膜120および配線130に加えて、接着層140a、140bを備えている。接着層140aは、半導体素子110と金属膜120との間に位置しており、接着層140bは、金属膜120と配線130との間に位置している。接着層140a、140bにより、半導体素子110と金属膜120との間の接着、および、金属膜120と配線130との間の接着を強固にできる。   In FIG. 5, the schematic diagram of the joining structure 100 of this embodiment is shown. The bonded structure 100 includes adhesive layers 140 a and 140 b in addition to the semiconductor element 110, the metal film 120, and the wiring 130. The adhesive layer 140 a is located between the semiconductor element 110 and the metal film 120, and the adhesive layer 140 b is located between the metal film 120 and the wiring 130. The adhesion between the semiconductor element 110 and the metal film 120 and the adhesion between the metal film 120 and the wiring 130 can be strengthened by the adhesion layers 140a and 140b.

接着層140a、140bを構成する材質は、例えば、チタンまたはチタンナイトライドである。また、接着層140a、140bの厚さは、例えば、0.01μm以上0.05μm以下である。   The material constituting the adhesive layers 140a and 140b is, for example, titanium or titanium nitride. The thickness of the adhesive layers 140a and 140b is, for example, not less than 0.01 μm and not more than 0.05 μm.

なお、図5に示した接合構造体100では、金属膜120の両側に接着層140a、140bが設けられたが、金属膜120の一方の側に、接着層140aまたは接着層140bの一方のみが設けられてもよい。このように、接合構造体100において、半導体素子110と金属膜120との間、又は、金属膜120と配線130との間に接着層を形成してもよい。   In the bonding structure 100 shown in FIG. 5, the adhesive layers 140a and 140b are provided on both sides of the metal film 120, but only one of the adhesive layer 140a or the adhesive layer 140b is provided on one side of the metal film 120. It may be provided. As described above, in the bonding structure 100, an adhesive layer may be formed between the semiconductor element 110 and the metal film 120 or between the metal film 120 and the wiring 130.

なお、上述した説明では、金属膜120を介して半導体素子110の一方側と配線130とを接合する形態を説明したが、半導体素子110の他方側は基板に接合されてもよい。   In the above description, the mode in which one side of the semiconductor element 110 and the wiring 130 are bonded via the metal film 120 has been described, but the other side of the semiconductor element 110 may be bonded to the substrate.

図6に、本実施形態の接合構造体100の模式図を示す。本実施形態の接合構造体100は、半導体素子110、金属膜120および配線130に加えて、金属膜150および接続基板160を備えている。半導体素子110および接続基板160は金属膜150によって接合されている。   In FIG. 6, the schematic diagram of the joining structure 100 of this embodiment is shown. The bonded structure 100 of this embodiment includes a metal film 150 and a connection substrate 160 in addition to the semiconductor element 110, the metal film 120, and the wiring 130. The semiconductor element 110 and the connection substrate 160 are joined by a metal film 150.

半導体素子110の一方の主面には、金属膜120が設けられているのに対して、半導体素子110の他方の主面には、金属膜150が設けられている。例えば、金属膜150は、上述した金属膜120を構成する金属のうちのいずれか金属から構成される。金属膜150を構成する金属は、金属膜120を構成する金属と同じであってよく、異なってもよい。   The metal film 120 is provided on one main surface of the semiconductor element 110, whereas the metal film 150 is provided on the other main surface of the semiconductor element 110. For example, the metal film 150 is made of any one of the metals constituting the metal film 120 described above. The metal constituting the metal film 150 may be the same as or different from the metal constituting the metal film 120.

接続基板160は、絶縁基板160aと、電極160bと、電極160cとを有する。電極160bは、絶縁基板160aの一方の主面に設けられており、電極160cは、絶縁基板160aの他方の主面に設けられている。   The connection substrate 160 includes an insulating substrate 160a, an electrode 160b, and an electrode 160c. The electrode 160b is provided on one main surface of the insulating substrate 160a, and the electrode 160c is provided on the other main surface of the insulating substrate 160a.

絶縁基板160aを構成する材質は、例えば、ガラス、シリカガラス、シリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド、シリコン上に形成したガリウムナイトライド、シリコンナイトライド又はアルミニウムナイトライドである。また、電極160b、160cを構成する材質は、例えば、銅、鉄、又は、銀である。なお、絶縁基板160aが窒化ケイ素から構成され、また、電極160b、160cが銅から構成される場合、接続基板160は、DCB(Direct Copper Bonding)基板とも呼ばれる。この場合、金属膜150は、熱膨張率の比較的高い電極160bと直接接触しているが、電極160bを介して、熱膨張率の比較的低い絶縁基板160aと接続されており、金属膜150と絶縁基板160aとの熱膨張率の差に起因したストレスマイグレーションが発生する。   The material constituting the insulating substrate 160a is, for example, glass, silica glass, silicon, silicon carbide, gallium nitride, gallium nitride formed on silicon, silicon nitride, or aluminum nitride. The material constituting the electrodes 160b and 160c is, for example, copper, iron, or silver. When the insulating substrate 160a is made of silicon nitride and the electrodes 160b and 160c are made of copper, the connection substrate 160 is also called a DCB (Direct Copper Bonding) substrate. In this case, the metal film 150 is in direct contact with the electrode 160b having a relatively high coefficient of thermal expansion, but is connected to the insulating substrate 160a having a relatively low coefficient of thermal expansion via the electrode 160b. And stress migration due to the difference in thermal expansion coefficient between the insulating substrate 160a and the insulating substrate 160a.

なお、上述した説明では、接合対象の2つの部材が同一の金属膜を介して接合されていたが、本発明はこれに限定されない。また、上述した説明では、能動素子である半導体素子と配線とが接合されたが、本発明はこれに限定されない。   In the above description, the two members to be joined are joined via the same metal film, but the present invention is not limited to this. In the above description, the semiconductor element which is an active element and the wiring are joined, but the present invention is not limited to this.

以下に、図7を参照して、本発明の別の実施形態に係る接合構造体を説明する。図7は、本実施形態の接合構造体200の模式図である。   Below, with reference to FIG. 7, the junction structure which concerns on another embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 7 is a schematic diagram of the bonded structure 200 of the present embodiment.

接合構造体200は、部材210と、金属膜220と、熱応力吸収材230と、金属膜240と、部材250とを備える。接合構造体200において、部材210、金属膜220、熱応力吸収材230、金属膜240及び部材250はこの順番に積層されている。なお、本明細書の以下の説明において、部材210、部材250をそれぞれ、第1部材210、第2部材250と記載することがあり、また、金属膜220、金属膜240をそれぞれ、第1金属膜220、第2金属膜240と記載することがある。   The bonded structure 200 includes a member 210, a metal film 220, a thermal stress absorber 230, a metal film 240, and a member 250. In the bonded structure 200, the member 210, the metal film 220, the thermal stress absorber 230, the metal film 240, and the member 250 are laminated in this order. In the following description of the present specification, the member 210 and the member 250 may be referred to as a first member 210 and a second member 250, respectively, and the metal film 220 and the metal film 240 are respectively referred to as a first metal. The film 220 and the second metal film 240 may be described.

第1部材210は、金属部材または導通部の設けられた絶縁部材を含む。第1部材210は、半導体等の能動素子の設けられていない受動素子である。第1金属膜220は、第1部材210と熱応力吸収材230と接着している。   The first member 210 includes a metal member or an insulating member provided with a conduction portion. The first member 210 is a passive element not provided with an active element such as a semiconductor. The first metal film 220 is bonded to the first member 210 and the thermal stress absorber 230.

第2部材250は、金属部材または導通部の設けられた絶縁部材を含む。第2部材250は、半導体等の能動素子の設けられていない受動素子である。第2金属膜240は、熱応力吸収材230と第2部材250と接着している。   The second member 250 includes a metal member or an insulating member provided with a conduction portion. The second member 250 is a passive element not provided with an active element such as a semiconductor. The second metal film 240 is bonded to the thermal stress absorber 230 and the second member 250.

接合構造体200では、第1部材210および第2部材250が第1金属膜220、熱応力吸収材230、第2金属膜240を介して接合されている。本実施形態の接合構造体200において、第1金属膜220を構成する金属がストレスマイグレーションによって拡散しており、また、第2金属膜240を構成する金属がストレスマイグレーションによって拡散している。   In the bonded structure 200, the first member 210 and the second member 250 are bonded via the first metal film 220, the thermal stress absorber 230, and the second metal film 240. In the bonded structure 200 of the present embodiment, the metal constituting the first metal film 220 is diffused by stress migration, and the metal constituting the second metal film 240 is diffused by stress migration.

以下、接合構造体200における第1部材210、第1金属膜220、熱応力吸収材230、第2金属膜240及び第2部材250について説明する。   Hereinafter, the first member 210, the first metal film 220, the thermal stress absorbing material 230, the second metal film 240, and the second member 250 in the bonded structure 200 will be described.

(第1部材210)
第1部材210が絶縁部材を含む場合、第1部材210は主成分として絶縁材料を有することが好ましく、典型的には、第1部材210は絶縁部材から構成されることが好ましい。ただし、絶縁部材の導通部は、第1金属膜220と接触している。なお、第1部材210を構成する絶縁部材の材質は、例えば、ガラス、シリカガラス、シリコン、炭素、又は、セラミックスである。
(First member 210)
When the first member 210 includes an insulating member, the first member 210 preferably includes an insulating material as a main component, and typically, the first member 210 is preferably formed of an insulating member. However, the conduction part of the insulating member is in contact with the first metal film 220. In addition, the material of the insulating member which comprises the 1st member 210 is glass, silica glass, silicon | silicone, carbon, or ceramics, for example.

また、第1部材210が金属部材を含む場合、第1部材210は主成分として金属材料を有していることが好ましく、典型的には、第1部材210は金属部材から構成されることが好ましい。第1部材210を構成する金属部材の材質は、例えば、銅、銀、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミナ、タングステン、ニオブ、モリブデン、チタン、ステンレス鋼、イオンバー合金(鉄、ニッケル、マンガン及び炭素を構成成分とする合金)、又はコバール合金(鉄、ニッケル、コバルト、マンガン及びシリコンを構成成分とする合金)である。   When the first member 210 includes a metal member, the first member 210 preferably includes a metal material as a main component, and typically, the first member 210 is configured from a metal member. preferable. The material of the metal member constituting the first member 210 is, for example, copper, silver, zinc, gold, palladium, aluminum, nickel, cobalt, iron, alumina, tungsten, niobium, molybdenum, titanium, stainless steel, ion bar alloy ( An alloy containing iron, nickel, manganese and carbon as constituents) or a kovar alloy (an alloy containing iron, nickel, cobalt, manganese and silicon as constituents).

(第1金属膜220)
第1金属膜220を構成する金属は、例えば、銅、銀、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト、又は鉄である。汎用性及びコストパフォーマンスに優れ、ストレスマイグレーションを容易に発生し得る熱膨張率を有するために、第1金属膜220を構成する金属は、銅、銀、亜鉛、アルミニウム、コバルト、又はニッケルであることが好ましい。
(First metal film 220)
The metal constituting the first metal film 220 is, for example, copper, silver, zinc, gold, palladium, aluminum, nickel, cobalt, or iron. The metal constituting the first metal film 220 is copper, silver, zinc, aluminum, cobalt, or nickel in order to have a thermal expansion coefficient that is excellent in versatility and cost performance and can easily generate stress migration. Is preferred.

第1金属膜220は、積層された複数の金属層から構成されてもよい。第1金属膜220が積層構造を有する場合、複数の金属層を構成する金属の各々は、同じ種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。ストレスマイグレーションによって拡散する金属は、第1部材210と第1金属膜220との界面、第1金属膜220と熱応力吸収材230との界面、又は、第1金属膜220内の層間の界面の凹凸を埋めるように移動する。   The first metal film 220 may be composed of a plurality of stacked metal layers. When the first metal film 220 has a laminated structure, each of the metals constituting the plurality of metal layers may be the same type of metal or a different type of metal. The metal diffused by the stress migration is an interface between the first member 210 and the first metal film 220, an interface between the first metal film 220 and the thermal stress absorber 230, or an interface between layers in the first metal film 220. Move to fill the unevenness.

第1金属膜220の厚さは、接合強度に優れ、容易にストレスマイグレーションを発生するために、0.5μm以上30.0μm以下であることが好ましい。   The thickness of the first metal film 220 is preferably 0.5 μm or more and 30.0 μm or less in order to have excellent bonding strength and easily generate stress migration.

第1金属膜220を構成する金属の熱膨張率(線膨張率)は、第1部材210を構成する材質の熱膨張率(線膨張率)よりも高いことが好ましい。例えば、第1金属膜220を構成する金属の熱膨張率は10.0×10-6以上であり、第1部材210を構成する材質の熱膨張率は0.1×10-6以上10.0×10-6未満である。 The thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the metal constituting the first metal film 220 is preferably higher than the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the material constituting the first member 210. For example, the coefficient of thermal expansion of the metal constituting the first metal film 220 is 10.0 × 10 −6 or more, and the coefficient of thermal expansion of the material constituting the first member 210 is 0.1 × 10 −6 or more. It is less than 0 × 10 −6 .

特に、第1部材210を構成する材質の熱膨張率に対する第1金属膜220を構成する金属の熱膨張率の比(第1金属膜220を構成する金属の熱膨張率/第1部材210を構成する材質の熱膨張率)は2.0以上であることが好ましい。ただし、第1金属膜220を構成する金属の熱膨張率は、必ずしも、第1部材210を構成する材質の熱膨張率よりも高くなくてもよく、第1部材210は、熱膨張率の比較的高い材質から構成されてもよい。   In particular, the ratio of the thermal expansion coefficient of the metal constituting the first metal film 220 to the thermal expansion coefficient of the material constituting the first member 210 (the thermal expansion coefficient of the metal constituting the first metal film 220 / the first member 210). The thermal expansion coefficient of the constituent material is preferably 2.0 or more. However, the coefficient of thermal expansion of the metal constituting the first metal film 220 is not necessarily higher than the coefficient of thermal expansion of the material constituting the first member 210, and the first member 210 is compared with the coefficient of thermal expansion. It may be made of a high-quality material.

第1金属膜220を構成する金属の結晶状態は、微細結晶又は柱状晶であることが好ましい。結晶状態が柱状晶であると、第1金属膜220を構成する金属が表面または結晶粒界に沿って拡散するため、結晶状態が粗大な等軸晶である金属と比較すると、より容易にストレスマイグレーションを発生させることができるので、接合状態が良好となる。   The crystal state of the metal constituting the first metal film 220 is preferably a fine crystal or a columnar crystal. When the crystal state is a columnar crystal, the metal constituting the first metal film 220 diffuses along the surface or the grain boundary, so that stress is more easily compared with a metal having a coarse equiaxed crystal state. Since migration can be generated, the bonding state is improved.

接合構造体200において、第1部材210を構成する材質と第1金属膜220を構成する金属との好適な組み合わせ(第1部材210/第1金属膜220)は、ストレスマイグレーションを効果的に発生させて接合状態を良好とするために、例えば、シリコン/銀、炭素/銀、モリブデン/銀、タングステン/銀、ステンレス鋼/銀、シリコン/銅、炭素/銅、モリブデン/銅、又は、タングステン/銅である。   In the joint structure 200, a suitable combination of the material constituting the first member 210 and the metal constituting the first metal film 220 (first member 210 / first metal film 220) effectively generates stress migration. For example, silicon / silver, carbon / silver, molybdenum / silver, tungsten / silver, stainless steel / silver, silicon / copper, carbon / copper, molybdenum / copper, or tungsten / Copper.

(第2金属膜240)
第2金属膜240を構成する金属は、例えば、銅、銀、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト、又は鉄である。汎用性及びコストパフォーマンスに優れ、ストレスマイグレーションを容易に発生し得る熱膨張率を有するために、銅、銀、亜鉛、アルミニウム、コバルト、又はニッケルが好ましい。
(Second metal film 240)
The metal constituting the second metal film 240 is, for example, copper, silver, zinc, gold, palladium, aluminum, nickel, cobalt, or iron. Copper, silver, zinc, aluminum, cobalt, or nickel is preferable because it has excellent versatility and cost performance and has a coefficient of thermal expansion that can easily generate stress migration.

第2金属膜240は、積層された複数の金属層から構成されてもよい。第2金属膜240が積層構造を有する場合、複数の金属層を構成する金属の各々は、同じ種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。ストレスマイグレーションによって拡散する金属は、熱応力吸収材230と第2金属膜240との界面、第2金属膜240と第2部材250との界面、又は、第2金属膜240内の層間の界面の凹凸を埋めるように移動する。   The second metal film 240 may be composed of a plurality of stacked metal layers. When the second metal film 240 has a laminated structure, each of the metals constituting the plurality of metal layers may be the same type of metal or a different type of metal. The metal diffused by the stress migration is an interface between the thermal stress absorber 230 and the second metal film 240, an interface between the second metal film 240 and the second member 250, or an interface between layers in the second metal film 240. Move to fill the unevenness.

第2金属膜240の厚さは、接合強度に優れ、容易にストレスマイグレーションを発生するために、0.5μm以上30.0μm以下であることが好ましい。   The thickness of the second metal film 240 is preferably 0.5 μm or more and 30.0 μm or less in order to have excellent bonding strength and easily generate stress migration.

また、第2金属膜240を構成する金属の結晶状態は、微細結晶又は柱状晶であることが好ましい。結晶状態が柱状晶であると、第2金属膜240を構成する金属が表面または結晶粒界に沿って拡散するため、結晶状態が粗大な等軸晶である金属と比較すると、より容易にストレスマイグレーションを発生させることができるので、接合状態が良好となる。   The crystal state of the metal constituting the second metal film 240 is preferably a fine crystal or a columnar crystal. When the crystal state is a columnar crystal, the metal constituting the second metal film 240 diffuses along the surface or the crystal grain boundary. Therefore, stress is more easily compared with a metal whose crystal state is a coarse equiaxed crystal. Since migration can be generated, the bonding state is improved.

(第2部材250)
第2部材250を構成する材質としては、例えば、第1部材210を構成する材質として上記に例示されたものが挙げられる。
(Second member 250)
Examples of the material constituting the second member 250 include those exemplified above as the material constituting the first member 210.

第2部材250を構成する材質の熱膨張率(線膨張率)は、ストレスマイグレーションによる接合を良好にするために、第2金属膜240を構成する金属の熱膨張率(線膨張率)よりも低いことが好ましい。例えば、第2部材250を構成する材質の熱膨張率は0.1×10-6以上10.0×10-6未満であり、第2金属膜240を構成する金属の熱膨張率は10.0×10-6以上である。 The thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the material forming the second member 250 is higher than the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the metal forming the second metal film 240 in order to improve the bonding by stress migration. Preferably it is low. For example, the thermal expansion coefficient of the material constituting the second member 250 is 0.1 × 10 −6 or more and less than 10.0 × 10 −6 , and the thermal expansion coefficient of the metal constituting the second metal film 240 is 10.4. It is 0 × 10 −6 or more.

特に、第2部材250を構成する材質の熱膨張率に対する第2金属膜240を構成する材質の熱膨張率の比(第2金属膜240を構成する金属の熱膨張率/第2部材250を構成する材質の熱膨張率)は2.0以上であることが好ましい。ただし、第2部材250を構成する材質の熱膨張率(線膨張率)は、必ずしも第2金属膜240を構成する金属の熱膨張率(線膨張率)よりも低くなくてもよい。第2部材250は、熱膨張率の比較的高い材質から構成されてもよい。   In particular, the ratio of the thermal expansion coefficient of the material constituting the second metal film 240 to the thermal expansion coefficient of the material constituting the second member 250 (the thermal expansion coefficient of the metal constituting the second metal film 240 / the second member 250). The thermal expansion coefficient of the constituent material is preferably 2.0 or more. However, the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the material constituting the second member 250 is not necessarily lower than the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the metal forming the second metal film 240. The second member 250 may be made of a material having a relatively high coefficient of thermal expansion.

接合構造体200において、第2金属膜240を構成する金属と第2部材250を構成する材質との好適な組み合わせ(第2金属膜240/第2部材250)は、ストレスマイグレーションを効果的に発生させて接合状態を良好とするために、例えば、銀/シリコン、銀/炭素、銀/モリブデン、銀/タングステン、銀/ステンレス鋼、銅/シリコン、銅/炭素、銅/モリブデン、又は、銅/タングステンである。   In the bonded structure 200, a suitable combination of the metal constituting the second metal film 240 and the material constituting the second member 250 (second metal film 240 / second member 250) effectively generates stress migration. For example, silver / silicon, silver / carbon, silver / molybdenum, silver / tungsten, silver / stainless steel, copper / silicon, copper / carbon, copper / molybdenum, or copper / Tungsten.

(熱応力吸収材230)
熱応力吸収材230を設けることにより、加熱時の熱衝撃を抑えることができ、良好なストレスマイグレーションを発現させることができる。熱応力吸収材230を構成する材質としては、例えば、上記の第1部材210を構成する材質又は第2部材250を構成する材質と同様のものが挙げられる。良好なストレスマイグレーションを発現させるために、熱応力吸収材230を構成する材質として、モリブデン、タングステン、ニオブ、チタン、シリコン、炭素、グラファイト、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、アルミニウムナイトライド、アルミナ、又はインバー合金を用いてもよい。
(Thermal stress absorber 230)
By providing the thermal stress absorbing material 230, it is possible to suppress thermal shock during heating and to develop good stress migration. Examples of the material constituting the thermal stress absorber 230 include the same materials as those constituting the first member 210 or the second member 250. In order to develop good stress migration, the material constituting the thermal stress absorber 230 is molybdenum, tungsten, niobium, titanium, silicon, carbon, graphite, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, alumina, or invar. An alloy may be used.

熱応力吸収材230を構成する材質の熱膨張率(線膨張率)は、ストレスマイグレーションによる接合を良好にするために、第1、第2金属膜220、240を構成する金属の熱膨張率(線膨張率)よりも低いことが好ましい。例えば、熱応力吸収材230を構成する材質の熱膨張率は0.1×10-6以上10.0×10-6未満であり、第1、第2金属膜220、240を構成する金属の熱膨張率は10.0×10-6以上である。特に、熱応力吸収材230を構成する材質の熱膨張率に対する第1、第2金属膜220、240を構成する材質の熱膨張率の比(第1、第2金属膜220、240を構成する金属の熱膨張率/熱応力吸収材230を構成する材質の熱膨張率)は2.0以上であることが好ましい。 The thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the material constituting the thermal stress absorbing material 230 is such that the thermal expansion coefficient of the metal forming the first and second metal films 220 and 240 ( It is preferable that it is lower than the linear expansion coefficient. For example, the coefficient of thermal expansion of the material constituting the thermal stress absorbing material 230 is 0.1 × 10 −6 or more and less than 10.0 × 10 −6 , and the metal constituting the first and second metal films 220 and 240 is formed. The coefficient of thermal expansion is 10.0 × 10 −6 or more. In particular, the ratio of the thermal expansion coefficient of the material constituting the first and second metal films 220 and 240 to the thermal expansion coefficient of the material constituting the thermal stress absorbing material 230 (the first and second metal films 220 and 240 are constituted. The thermal expansion coefficient of the metal / the thermal expansion coefficient of the material constituting the thermal stress absorber 230 is preferably 2.0 or more.

なお、熱応力吸収材230の表面の少なくとも一部が、金属膜で被覆されていることが好ましい。そうすることにより、ストレスマイグレーションをより効果的に発現させて、良好な接合を行うことができる。熱応力吸収材230の表面を被覆するための金属膜を構成する金属としては、例えば、第1金属膜220を構成する金属、又は第2金属膜240を構成する金属と同様のものが挙げられる。   In addition, it is preferable that at least a part of the surface of the thermal stress absorber 230 is covered with a metal film. By doing so, stress migration can be expressed more effectively and good bonding can be performed. Examples of the metal constituting the metal film for covering the surface of the thermal stress absorber 230 include the same metal as the metal constituting the first metal film 220 or the metal constituting the second metal film 240. .

本実施形態の接合構造体200は、ストレスマイグレーションを敢えて利用することにより、良好な接合を実現している。具体的には、熱膨張率の差が大きい2種類の材料を接触させた状態で温度を変化させると、金属膜220に応力勾配が発生する。この勾配によりストレスマイグレーションが生じて、金属膜220、240の金属が表面から溢れ出すように拡散する。金属膜220の金属が拡散すると、金属は、第1部材210と金属膜220との界面、金属膜220と熱応力吸収材230との界面、又は、金属膜220の内部の界面の凹凸の空隙を埋めて一体化し、金属膜220によって第1部材210と熱応力吸収材230とが良好に接着する。また、金属膜240の金属が拡散すると、金属は、熱応力吸収材230と金属膜240との界面、金属膜240と第2部材250との界面、又は、金属膜240の内部の界面の凹凸の空隙を埋めて一体化し、金属膜220によって熱応力吸収材230と第2部材250とが良好に接合される。   The bonded structure 200 of the present embodiment realizes good bonding by using stress migration. Specifically, when the temperature is changed while two kinds of materials having a large difference in thermal expansion coefficient are in contact with each other, a stress gradient is generated in the metal film 220. This gradient causes stress migration, and the metal of the metal films 220 and 240 diffuses so as to overflow from the surface. When the metal of the metal film 220 diffuses, the metal is an uneven gap at the interface between the first member 210 and the metal film 220, the interface between the metal film 220 and the thermal stress absorber 230, or the interface inside the metal film 220. The first member 210 and the thermal stress absorbing material 230 are well bonded by the metal film 220. Further, when the metal of the metal film 240 is diffused, the metal is uneven at the interface between the thermal stress absorber 230 and the metal film 240, the interface between the metal film 240 and the second member 250, or the interface inside the metal film 240. The thermal stress absorbing material 230 and the second member 250 are satisfactorily bonded by the metal film 220.

本実施形態では、金属膜220、240を構成する金属のストレスマイグレーションを利用して第1部材210と第2部材250とを接合している。ストレスマイグレーションは、一般的な焼結温度よりも低い温度で発生するため、本実施形態の接合構造体200は、低温環境下であっても良好な接合を実現できる。また、第1部材210及び第2部材250のいずれかの耐熱性が低い場合でも、第1部材210及び第2部材250を良好に接合できる。また、加熱炉などの大規模な装置を必要としないので、簡易なプロセスで低コストに接合を行うことができる。さらに、銅のような安価で汎用性のある金属を利用して接合を行うことができる。さらに、第1部材210及び第2部材250の大きさに関わらず、第1部材210及び第2部材250を良好に接続できる。   In the present embodiment, the first member 210 and the second member 250 are joined using stress migration of the metal constituting the metal films 220 and 240. Since stress migration occurs at a temperature lower than a general sintering temperature, the bonding structure 200 of the present embodiment can realize good bonding even in a low temperature environment. Moreover, even when the heat resistance of either the first member 210 or the second member 250 is low, the first member 210 and the second member 250 can be satisfactorily joined. In addition, since a large-scale apparatus such as a heating furnace is not required, bonding can be performed at a low cost with a simple process. Furthermore, bonding can be performed using inexpensive and versatile metals such as copper. Furthermore, regardless of the size of the first member 210 and the second member 250, the first member 210 and the second member 250 can be connected well.

また、図5を参照して上述したのと同様に、接合構造体200においても、第1部材210と第1金属膜220との間、第1金属膜220と熱応力吸収材230との間、熱応力吸収材230と第2金属膜240との間、及び/又は、第2金属膜240と第2部材250との間に、接着層を形成してもよい。接着層により、第1部材210と第1金属膜220との間の接着、第1金属膜220と熱応力吸収材230との間の接着、熱応力吸収材230と第2金属膜240との間の接着、及び/又は、第2金属膜240と第2部材250との間の接着を強固にすることができる。接着層を構成する材質は、例えばチタンまたはチタンナイトライドである。接着層の厚さは、例えば、0.01μm以上0.05μm以下である。   Further, as described above with reference to FIG. 5, also in the bonded structure 200, between the first member 210 and the first metal film 220 and between the first metal film 220 and the thermal stress absorber 230. In addition, an adhesive layer may be formed between the thermal stress absorber 230 and the second metal film 240 and / or between the second metal film 240 and the second member 250. By the adhesive layer, adhesion between the first member 210 and the first metal film 220, adhesion between the first metal film 220 and the thermal stress absorber 230, and between the thermal stress absorber 230 and the second metal film 240 are achieved. Adhesion between and / or adhesion between the second metal film 240 and the second member 250 can be strengthened. The material constituting the adhesive layer is, for example, titanium or titanium nitride. The thickness of the adhesive layer is, for example, not less than 0.01 μm and not more than 0.05 μm.

ここで、図8を参照して本実施形態の接合構造体200の製造方法を説明する。本実施形態の接合構造体200の製造方法は、金属膜形成工程と、積層体作製工程と、接合工程とを包含する。   Here, with reference to FIG. 8, the manufacturing method of the joining structure 200 of this embodiment is demonstrated. The manufacturing method of the bonded structure 200 of the present embodiment includes a metal film forming step, a laminate manufacturing step, and a bonding step.

(金属膜形成工程)
図8(a)に示すように、第1部材210の表面に金属膜220aを形成する。例えば、金属膜220aは、スパッタリング処理、めっき、又は蒸着によって形成される。スパッタリング処理の手法は特に限定されず、例えば、RF(高周波)スパッタリング、DC(直流)スパッタリングを採用することができる。また、めっき方法は特に限定されず、例えば、電解めっき、又は無電解めっきを採用することができる。あるいは、蒸着方法は、特に限定されず、例えば、抵抗加熱を用いた真空蒸着を採用することができる。なお、金属膜220aは、複数の金属層から形成されてもよい。
(Metal film forming process)
As shown in FIG. 8A, a metal film 220a is formed on the surface of the first member 210. For example, the metal film 220a is formed by sputtering, plating, or vapor deposition. The method of the sputtering process is not particularly limited, and for example, RF (high frequency) sputtering and DC (direct current) sputtering can be employed. The plating method is not particularly limited, and for example, electrolytic plating or electroless plating can be employed. Alternatively, the deposition method is not particularly limited, and for example, vacuum deposition using resistance heating can be employed. Note that the metal film 220a may be formed of a plurality of metal layers.

図8(b)に示すように、第2部材250の表面に金属膜240aを形成する。金属膜240aは、金属膜220aと同様の手法で形成できる。なお、金属膜240aは、複数の金属層から形成されてもよい。   As shown in FIG. 8B, a metal film 240 a is formed on the surface of the second member 250. The metal film 240a can be formed by a method similar to that for the metal film 220a. Note that the metal film 240a may be formed of a plurality of metal layers.

図8(c)に示すように、熱応力吸収材230の両面に金属膜220b、240bを形成する。金属膜220b、240bは、金属膜220aと同様の手法で形成できる。なお、金属膜220b、240bは、複数の金属層から形成されてもよい。   As shown in FIG. 8C, metal films 220 b and 240 b are formed on both surfaces of the thermal stress absorber 230. The metal films 220b and 240b can be formed in the same manner as the metal film 220a. The metal films 220b and 240b may be formed from a plurality of metal layers.

(積層体作製工程)
図8(d)に示すように、第1部材210上の金属膜220aが熱応力吸収材230上の金属膜220bと接触するように第1部材210に熱応力吸収材230を積層させ、また、熱応力吸収材230上の金属膜240bが第2部材250上の金属膜240aと接触するように熱応力吸収材230に第1部材210を積層させる。以上のようにして、第1部材210、金属膜220a、220b、熱応力吸収材230、金属膜240b、240aおよび第2部材250が積層した積層体Lを作製する。
(Laminate production process)
As shown in FIG. 8D, the thermal stress absorber 230 is laminated on the first member 210 so that the metal film 220a on the first member 210 is in contact with the metal film 220b on the thermal stress absorber 230. The first member 210 is laminated on the thermal stress absorber 230 such that the metal film 240b on the thermal stress absorber 230 is in contact with the metal film 240a on the second member 250. As described above, the stacked body L in which the first member 210, the metal films 220a and 220b, the thermal stress absorber 230, the metal films 240b and 240a, and the second member 250 are stacked is manufactured.

(接合工程)
次に、図8(e)に示すように、積層体Lを加熱することによって、金属膜220、熱応力吸収材230および金属膜240によって第1部材210と第2部材250とを接合した接合構造体200を作製する。積層体Lを加熱すると、第1部材210上の金属膜220aを構成する金属、熱応力吸収材230上の金属膜220b、240b及び/又は第2部材250上の金属膜240aを構成する金属がストレスマイグレーションによって拡散する。これにより、金属膜220aと金属膜220bとの界面間及び/又は金属膜240aと金属膜240bとの界面間の空間が埋められて、金属膜220aおよび金属膜220bの一体化された金属膜220及び/又は金属膜240aおよび金属膜240bの一体化された金属膜240を形成し、第1部材210および第2部材250が接合される。
(Joining process)
Next, as illustrated in FIG. 8E, the stacked body L is heated to join the first member 210 and the second member 250 with the metal film 220, the thermal stress absorber 230, and the metal film 240. The structure 200 is produced. When the stacked body L is heated, the metal constituting the metal film 220a on the first member 210, the metal films 220b and 240b on the thermal stress absorber 230, and / or the metal constituting the metal film 240a on the second member 250 are formed. It spreads by stress migration. Thereby, a space between the interface between the metal film 220a and the metal film 220b and / or between the interface between the metal film 240a and the metal film 240b is filled, and the metal film 220 in which the metal film 220a and the metal film 220b are integrated. And / or the metal film 240 with which the metal film 240a and the metal film 240b were integrated is formed, and the 1st member 210 and the 2nd member 250 are joined.

なお、金属膜220において、金属膜220aおよび金属膜220bに由来する2つの層の界面が明確に特定可能であってもよく、あるいは、特定可能でなくてもよい。同様に、金属膜240において、金属膜240aおよび金属膜240bに由来する2つの層の界面が明確に特定可能であってもよく、あるいは、特定可能でなくてもよい。   In the metal film 220, the interface between the two layers derived from the metal film 220a and the metal film 220b may or may not be clearly specified. Similarly, in the metal film 240, the interface between the two layers derived from the metal film 240a and the metal film 240b may be clearly specified or may not be specified.

積層体Lの加熱温度は、100℃以上400℃以下であることが好ましく、150℃以上300℃以下であることがさらに好ましい。加熱は、大気圧下で行われてもよいし、真空中で行われてもよい。又は、加熱は、不活性ガス若しくは還元(例えば、アルゴン、窒素、水素又はギ酸)雰囲気で行われてもよい。   The heating temperature of the laminate L is preferably 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. Heating may be performed under atmospheric pressure or in a vacuum. Alternatively, the heating may be performed in an inert gas or reducing (eg, argon, nitrogen, hydrogen, or formic acid) atmosphere.

本実施形態の製造方法は、ストレスマイグレーションによる金属の拡散を利用するため、比較的低い圧力で接合を行うことができる。例えば、無加圧又は1MPa以下の圧力で接合を行うことができる。   Since the manufacturing method of this embodiment uses metal diffusion due to stress migration, bonding can be performed at a relatively low pressure. For example, bonding can be performed with no pressure or a pressure of 1 MPa or less.

なお、図8(c)を参照したように、熱応力吸収材230の両面に金属膜220b、240bを形成する場合、金属膜220b、240bは、熱応力吸収材230の両面に同時に形成することが好ましい。金属膜220b、240bの形成は加熱条件下において行われることがあるが、金属膜220b、240bを順番に形成する場合、先に形成された金属膜による接着強度が低下してしまうことがあるからである。   As shown in FIG. 8C, when the metal films 220b and 240b are formed on both surfaces of the thermal stress absorber 230, the metal films 220b and 240b are simultaneously formed on both surfaces of the thermal stress absorber 230. Is preferred. The formation of the metal films 220b and 240b may be performed under heating conditions. However, when the metal films 220b and 240b are formed in order, the adhesive strength due to the previously formed metal film may be reduced. It is.

また、図8を参照した上述の説明では、第1部材210上に金属膜220aに形成し、熱応力吸収材230上に金属膜220bに形成した上で、金属膜220aおよび金属膜220bから金属膜220を形成したが、本発明はこれに限定されない。金属膜220aおよび金属膜220bの一方のみを形成し、形成した金属膜によって第1部材210および熱応力吸収材230を接着してもよい。   In the above description with reference to FIG. 8, the metal film 220 a is formed on the first member 210, the metal film 220 b is formed on the thermal stress absorber 230, and then the metal film 220 a and the metal film 220 b are made of metal. Although the film 220 is formed, the present invention is not limited to this. Only one of the metal film 220a and the metal film 220b may be formed, and the first member 210 and the thermal stress absorbing material 230 may be bonded by the formed metal film.

同様に、図8を参照した上述の説明では、第2部材250上に金属膜240aに形成し、熱応力吸収材230上に金属膜240bに形成した上で、金属膜240aおよび金属膜240bから金属膜240を形成したが、本発明はこれに限定されない。金属膜240aおよび金属膜240bの一方のみを形成し、形成した金属膜によって熱応力吸収材230および第2部材250を接着してもよい。   Similarly, in the above description with reference to FIG. 8, the metal film 240 a is formed on the second member 250, the metal film 240 b is formed on the thermal stress absorber 230, and then the metal film 240 a and the metal film 240 b are used. Although the metal film 240 is formed, the present invention is not limited to this. Only one of the metal film 240a and the metal film 240b may be formed, and the thermal stress absorbing material 230 and the second member 250 may be bonded by the formed metal film.

なお、熱応力吸収材230に、貫通孔又は窪みが設けられていることが好ましい。この場合、熱応力吸収材230の貫通孔又は窪みに金属が導入され、金属と熱応力吸収材230との間の応力勾配をより顕著にできる。その結果、貫通孔又は窪みから溢れ出すように金属が拡散し、ストレスマイグレーションをより効果的に発現させて、良好な接合状態とすることができる。   The thermal stress absorber 230 is preferably provided with a through hole or a depression. In this case, the metal is introduced into the through hole or the depression of the thermal stress absorber 230, and the stress gradient between the metal and the thermal stress absorber 230 can be made more remarkable. As a result, the metal diffuses so as to overflow from the through-hole or the depression, and stress migration can be expressed more effectively to achieve a good bonded state.

図9〜図11は、それぞれ、熱応力吸収材230の模式図である。図9に、熱応力吸収材230の一形態を示す。図9に示した熱応力吸収材230は直方体の形状を有しており、熱応力吸収材230には、一方の平坦な主面から他方の平坦な主面にまで貫通する貫通孔260が等間隔に配置されている。例えば、直径0.2mm程度の貫通孔260が、5mm程度の等間隔で配置される。なお、ここでは図示していないが、貫通孔260は、熱応力吸収材230にランダムに設けられてもよい。   9 to 11 are schematic views of the thermal stress absorber 230, respectively. FIG. 9 shows one form of the thermal stress absorber 230. The thermal stress absorbing material 230 shown in FIG. 9 has a rectangular parallelepiped shape, and the thermal stress absorbing material 230 has a through-hole 260 penetrating from one flat main surface to the other flat main surface. Arranged at intervals. For example, the through holes 260 having a diameter of about 0.2 mm are arranged at equal intervals of about 5 mm. Although not shown here, the through holes 260 may be provided in the thermal stress absorber 230 at random.

図10に、熱応力吸収材230の別の形態を示す。図10に示した熱応力吸収材230には、2つの主面のそれぞれに、窪みとして、複数の溝270が等間隔で並列に配置されている。なお、ここでは、図示していないが、窪みは、円形に陥没した形状であってもよい。   FIG. 10 shows another form of the thermal stress absorbing material 230. In the thermal stress absorbing material 230 shown in FIG. 10, a plurality of grooves 270 are arranged in parallel at equal intervals as depressions on each of the two main surfaces. In addition, although not shown here, the recess may have a shape depressed in a circular shape.

図11に、熱応力吸収材230のさらに別の形態を示す。図11に示した熱応力吸収材230は直方体の形状を有しており、貫通孔260は等間隔に配置された円環状部材280によって形成される。なお、ここでは図示していないが、円環状部材は、ランダムに配置されてもよい。   FIG. 11 shows still another form of the thermal stress absorbing material 230. The thermal stress absorbing material 230 shown in FIG. 11 has a rectangular parallelepiped shape, and the through holes 260 are formed by annular members 280 arranged at equal intervals. Although not shown here, the annular members may be arranged at random.

なお、図7および図8を参照して上述した接合構造体200では、第1部材210および第2部材250は金属膜220、熱応力吸収材230および金属膜240を介して接合されたが、本発明はこれに限定されない。第1部材および第2部材は熱応力吸収材を介することなく接合されてもよい。   In the bonded structure 200 described above with reference to FIGS. 7 and 8, the first member 210 and the second member 250 are bonded via the metal film 220, the thermal stress absorber 230, and the metal film 240. The present invention is not limited to this. The first member and the second member may be joined without interposing a thermal stress absorber.

図12を参照して、本発明に係る接合構造体の実施形態を説明する。図12は、本実施形態の接合構造体100Aの模式図を示す。接合構造体100Aは、部材110Aと、金属膜120と、部材130Aとを備える。部材110Aは、金属部材または導通部の設けられた絶縁部材を含む。また、部材130Aは、金属部材または導通部の設けられた絶縁部材を含む。本明細書の以下の説明において、部材110A、部材130Aをそれぞれ、第1部材110A、第2部材130Aと記載することがある。   With reference to FIG. 12, an embodiment of a bonded structure according to the present invention will be described. FIG. 12 is a schematic diagram of the bonded structure 100A of the present embodiment. The bonded structure 100A includes a member 110A, a metal film 120, and a member 130A. The member 110A includes a metal member or an insulating member provided with a conduction portion. The member 130A includes a metal member or an insulating member provided with a conduction portion. In the following description of the present specification, the member 110A and the member 130A may be referred to as a first member 110A and a second member 130A, respectively.

金属膜120は、第1部材110Aと第2部材130Aとを接合している。接合構造体100Aでは、第1部材110A、金属膜120および第2部材130Aがこの順番に積層されている。   The metal film 120 joins the first member 110A and the second member 130A. In the bonded structure 100A, the first member 110A, the metal film 120, and the second member 130A are stacked in this order.

本実施形態の接合構造体100Aにおいて、金属膜120を構成する金属がストレスマイグレーションによって拡散することにより、第1部材110Aと第2部材130Aとが金属膜120を介して接合されている。具体的には、金属膜120の内部では応力勾配が発生し、金属膜120を構成する金属が拡散して接合状態が維持されている。ストレスマイグレーションは、第1部材110Aと金属膜120との界面、金属膜120と第2部材130Aとの界面、および、金属膜120の内部のいずれかにおいて発生する。   In the bonded structure 100A of the present embodiment, the metal constituting the metal film 120 is diffused by stress migration, so that the first member 110A and the second member 130A are bonded via the metal film 120. Specifically, a stress gradient is generated inside the metal film 120, and the metal constituting the metal film 120 is diffused to maintain the bonded state. Stress migration occurs at any of the interface between the first member 110A and the metal film 120, the interface between the metal film 120 and the second member 130A, and the inside of the metal film 120.

以下、接合構造体100Aを構成する第1部材110A、金属膜120、及び第2部材130Aについて説明する。   Hereinafter, the first member 110A, the metal film 120, and the second member 130A constituting the bonded structure 100A will be described.

(第1部材110A)
第1部材110Aが絶縁部材を含む場合、第1部材110Aは主成分として絶縁材料を有することが好ましく、典型的には、第1部材110Aは絶縁部材から構成されることが好ましい。ただし、この絶縁部材には、導通部が設けられており、第1金属膜220は導通部と接触する。なお、第1部材110Aを構成する絶縁部材の材質は、例えば、ガラス、シリカガラス、シリコンまたはセラミックスである。
(First member 110A)
When 110 A of 1st members contain an insulating member, it is preferable that 110 A of 1st members have an insulating material as a main component, and it is preferable that 110 A of 1st members are typically comprised from an insulating member. However, this insulating member is provided with a conducting portion, and the first metal film 220 is in contact with the conducting portion. The material of the insulating member constituting the first member 110A is, for example, glass, silica glass, silicon, or ceramics.

また、第1部材110Aが金属部材を含む場合、第1部材110Aは主成分として金属材料を有していることが好ましく、典型的には、第1部材110Aは金属部材から構成されることが好ましい。第1部材110Aを構成する金属部材の材質は、例えば、銅、銀、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミナ、タングステン、ニオブ、モリブデン、チタン、ステンレス鋼、イオンバー合金(鉄、ニッケル、マンガン及び炭素を構成成分とする合金)、又はコバール合金(鉄、ニッケル、コバルト、マンガン及びシリコンを構成成分とする合金)である。   In addition, when the first member 110A includes a metal member, the first member 110A preferably includes a metal material as a main component. Typically, the first member 110A is formed of a metal member. preferable. The material of the metal member constituting the first member 110A is, for example, copper, silver, zinc, gold, palladium, aluminum, nickel, cobalt, iron, alumina, tungsten, niobium, molybdenum, titanium, stainless steel, ion bar alloy ( An alloy containing iron, nickel, manganese and carbon as constituents) or a kovar alloy (an alloy containing iron, nickel, cobalt, manganese and silicon as constituents).

(金属膜120)
金属膜120を構成する金属は、例えば、銅、銀、亜鉛、金、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、コバルト、又は鉄である。汎用性及びコストパフォーマンスに優れ、ストレスマイグレーションを容易に発生し得る熱膨張率を有するために、金属膜120を構成する金属は、銅、銀、亜鉛、アルミニウム、コバルト、又はニッケルが好ましい。
(Metal film 120)
The metal constituting the metal film 120 is, for example, copper, silver, zinc, gold, palladium, aluminum, nickel, cobalt, or iron. The metal constituting the metal film 120 is preferably copper, silver, zinc, aluminum, cobalt, or nickel in order to have a thermal expansion coefficient that is excellent in versatility and cost performance and can easily generate stress migration.

金属膜120は、複数の金属層の積層された構成を有してもよい。金属膜120が積層構造を有する場合、複数の金属層を構成する金属の各々は、同じ種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。また、この場合は、ストレスマイグレーションによって拡散する金属が、第1部材110Aと金属膜120との界面、金属膜120の層間の界面、又は、金属膜120と第2部材130Aとの界面の凹凸を埋めるように移動する。   The metal film 120 may have a configuration in which a plurality of metal layers are stacked. When the metal film 120 has a laminated structure, the metals constituting the plurality of metal layers may be the same type of metal or different types of metals. Further, in this case, the metal diffused by stress migration is uneven at the interface between the first member 110A and the metal film 120, the interface between the metal films 120, or the interface between the metal film 120 and the second member 130A. Move to fill.

金属膜120の厚さは、接合強度に優れ、容易にストレスマイグレーションを発生するために、0.5μm以上30.0μm以下であることが好ましい。   The thickness of the metal film 120 is preferably 0.5 μm or more and 30.0 μm or less in order to have excellent bonding strength and easily generate stress migration.

金属膜120を構成する金属の熱膨張率(線膨張率)は、第1部材110Aを構成する材質の熱膨張率(線膨張率)よりも高いことが好ましい。特に、第1部材110Aを構成する材質の熱膨張率に対する金属膜120を構成する金属の熱膨張率の比(金属膜120を構成する金属の熱膨張率/第1部材110Aを構成する材質の熱膨張率)は2.0以上であることが好ましい。例えば、金属膜120を構成する金属の熱膨張率は、10.0×10-6以上であり、第1部材110Aを構成する材質の熱膨張率は、例えば、0.1×10-6以上10.0×10-6未満である。 The coefficient of thermal expansion (linear expansion coefficient) of the metal constituting the metal film 120 is preferably higher than the coefficient of thermal expansion (linear expansion coefficient) of the material constituting the first member 110A. In particular, the ratio of the thermal expansion coefficient of the metal constituting the metal film 120 to the thermal expansion coefficient of the material constituting the first member 110A (the thermal expansion coefficient of the metal constituting the metal film 120 / the material constituting the first member 110A). The coefficient of thermal expansion is preferably 2.0 or more. For example, the thermal expansion coefficient of the metal constituting the metal film 120 is 10.0 × 10 −6 or more, and the thermal expansion coefficient of the material constituting the first member 110A is, for example, 0.1 × 10 −6 or more. It is less than 10.0 × 10 −6 .

なお、図5を参照して接合構造体200について上述したのと同様に、接合構造体100Aにおいても、第1部材110Aと金属膜120との間、及び/又は、第2部材130Aと金属膜120との間に、接着層を形成してもよい。接着層は、第1部材110Aと金属膜120との間の接着、及び/又は、金属膜120と第2部材130Aとの間の接着を強固とする目的で形成される。接着層を構成する材質は、例えばチタンまたはチタンナイトライドである。接着層の厚さは、例えば、0.01μm以上0.05μm以下である。   Note that, as described above with respect to the bonded structure 200 with reference to FIG. 5, also in the bonded structure 100A, between the first member 110A and the metal film 120 and / or the second member 130A and the metal film. An adhesive layer may be formed between 120 and 120. The adhesive layer is formed for the purpose of strengthening the adhesion between the first member 110A and the metal film 120 and / or the adhesion between the metal film 120 and the second member 130A. The material constituting the adhesive layer is, for example, titanium or titanium nitride. The thickness of the adhesive layer is, for example, not less than 0.01 μm and not more than 0.05 μm.

以下に、図13を参照して、本実施形態の接合構造体100Aの製造方法を説明する。本実施形の接合構造体100Aの製造方法は、金属膜形成工程と、積層体作製工程と、接合工程とを包含する。   Below, with reference to FIG. 13, the manufacturing method of 100 A of joining structures of this embodiment is demonstrated. The manufacturing method of the bonded structure 100A of the present embodiment includes a metal film forming process, a laminate manufacturing process, and a bonding process.

(金属膜形成工程)
図13(a)に示すように、第1部材110Aの表面に金属膜120aを形成する。金属膜120aは、例えば、スパッタリング処理、めっき、又は蒸着によって形成される。スパッタリング処理の手法は特に限定されず、例えば、RF(高周波)スパッタリング、DC(直流)スパッタリングを採用することができる。また、めっき方法は特に限定されず、例えば、電解めっき、又は無電解めっきを採用することができる。あるいは、蒸着方法は、特に限定されず、例えば、抵抗加熱を用いた真空蒸着を採用することができる。なお、金属膜120aは、複数の金属層から形成されてもよい。
(Metal film forming process)
As shown in FIG. 13A, a metal film 120a is formed on the surface of the first member 110A. The metal film 120a is formed, for example, by sputtering, plating, or vapor deposition. The method of the sputtering process is not particularly limited, and for example, RF (high frequency) sputtering and DC (direct current) sputtering can be employed. The plating method is not particularly limited, and for example, electrolytic plating or electroless plating can be employed. Alternatively, the deposition method is not particularly limited, and for example, vacuum deposition using resistance heating can be employed. Note that the metal film 120a may be formed of a plurality of metal layers.

また、図13(b)に示すように、第2部材130Aの表面に金属膜120bを形成する。典型的には、金属膜120bを構成する金属は、金属膜120aを構成する金属と同じであるが、金属膜120bを構成する金属は、金属膜120aを構成する金属と異なってもよい。金属膜120bの形成も、金属膜120aと同様に、例えば、スパッタリング処理、めっき、又は蒸着のような手法を用いることができる。なお、金属膜120bは、複数の金属層から形成されてもよい。   Further, as shown in FIG. 13B, a metal film 120b is formed on the surface of the second member 130A. Typically, the metal constituting the metal film 120b is the same as the metal constituting the metal film 120a, but the metal constituting the metal film 120b may be different from the metal constituting the metal film 120a. For the formation of the metal film 120b, a technique such as sputtering, plating, or vapor deposition can be used as in the case of the metal film 120a. Note that the metal film 120b may be formed of a plurality of metal layers.

(積層体作製工程)
次に、図13(c)に示すように、第1部材110A上の金属膜120aおよび第2部材130A上の金属膜120bが互いに接触するように、第1部材110Aおよび第2部材130Aを積層させて積層体Lを作製する。この場合、積層体Lは、第1部材110A、金属膜120a、120bおよび第2部材130Aの積層された構成を有する。
(Laminate production process)
Next, as shown in FIG. 13C, the first member 110A and the second member 130A are laminated so that the metal film 120a on the first member 110A and the metal film 120b on the second member 130A are in contact with each other. Thus, the laminate L is manufactured. In this case, the stacked body L has a configuration in which the first member 110A, the metal films 120a and 120b, and the second member 130A are stacked.

(接合工程)
次に、図13(d)に示すように、積層体Lを加熱することによって、金属膜120によって第1部材110Aと第2部材130Aとを接合した接合構造体100Aを作製する。積層体Lを加熱すると、第1部材110A上の金属膜120aを構成する金属及び/又は第2部材130A上の金属膜120bを構成する金属がストレスマイグレーションによって拡散し、金属膜120aと金属膜120bとの界面間の空間を金属で埋めて、第1部材110Aおよび第2部材130Aを接合する。
(Joining process)
Next, as illustrated in FIG. 13D, by heating the stacked body L, a bonded structure 100 </ b> A in which the first member 110 </ b> A and the second member 130 </ b> A are bonded by the metal film 120 is manufactured. When the stacked body L is heated, the metal constituting the metal film 120a on the first member 110A and / or the metal constituting the metal film 120b on the second member 130A are diffused by stress migration, and the metal film 120a and the metal film 120b are diffused. The first member 110A and the second member 130A are joined by filling the space between the first member 110A and the second member 130 with a metal.

なお、金属膜120において、金属膜120aおよび金属膜120bに由来する2つの層の界面が明確に特定可能であってもよく、あるいは、特定可能でなくてもよい。積層体Lの加熱温度は、100℃以上400℃以下であることが好ましく、150℃以上300℃以下であることがさらに好ましい。   In the metal film 120, the interface between the two layers derived from the metal film 120a and the metal film 120b may or may not be clearly specified. The heating temperature of the laminate L is preferably 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.

詳細は現在検討中であるが、ストレスマイグレーションによって金属膜の表面が隆起するとき、隆起部分の近傍に粒子間のネッキング形成を促進するようにナノ粒子が観察される。   Although details are currently under consideration, when the surface of the metal film is raised by stress migration, nanoparticles are observed to promote the formation of necking between particles in the vicinity of the raised portion.

図14(a)はストレスマイグレーションの発生した銀膜の断面を示した図であり、図14(b)は図14(a)の領域Bを拡大した図であり、図14(c)は金属のストレスマイグレーションを説明するための模式図である。   14A is a diagram showing a cross section of a silver film in which stress migration has occurred, FIG. 14B is an enlarged view of region B in FIG. 14A, and FIG. It is a schematic diagram for demonstrating the stress migration.

図14(a)および図14(b)から明らかであるように、ストレスマイグレーションによって銀膜の表面が隆起した場合、隆起部分の近傍にナノ粒子が形成されている。なお、図14(b)において矢印Dで示された銀膜の最表面の層は酸化層であり、酸化層により、還元反応が進行して焼結を促進すると考えられる。   As is apparent from FIGS. 14A and 14B, when the surface of the silver film is raised by stress migration, nanoparticles are formed in the vicinity of the raised portion. In addition, it is thought that the outermost layer of the silver film indicated by arrow D in FIG. 14B is an oxide layer, and the reduction reaction proceeds by the oxide layer to promote sintering.

現在のところ、図14(c)に示すように、ナノサイズの粒子が銀膜の内部から酸化層に沿って表面の法線方向に向かって移動してきており、このナノサイズの粒子がストレスマイグレーションに密接に関連していると考えられる。   At present, as shown in FIG. 14C, nano-sized particles are moving from the inside of the silver film along the oxide layer toward the normal direction of the surface, and these nano-sized particles are subjected to stress migration. It seems to be closely related to

図15は、金属のストレスマイグレーションによる接合を説明するための模式図である。図15に示すように、接合の開始直後に、2つの金属膜のそれぞれの内部から溢れ出すように金属が粒状に盛り上がって互いに接触し、接合ネッキングが形成される。接触した領域のエネルギーは比較的高いため、2つの金属膜のそれぞれの内部から接触した領域に向かって金属のナノ粒子が移動して、接合ネッキングの窪みが埋められ、その結果、盛り上がった領域が横方向に拡大していき、最終的に2つの金属膜が接着すると考えられる。   FIG. 15 is a schematic diagram for explaining joining by metal stress migration. As shown in FIG. 15, immediately after the start of bonding, the metal swells in a granular form so as to overflow from the inside of each of the two metal films and comes into contact with each other to form a bonding necking. Since the energy of the contact area is relatively high, the metal nanoparticles move from the inside of each of the two metal films toward the contact area, filling the junction necking depression, and as a result, the raised area is It expands in the horizontal direction, and it is thought that two metal films are finally bonded.

以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。なお、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to the examples.

(実施例1)
以下に、図16を参照して、実施例1の接合構造体100を説明する。図16(a)は実施例1の接合構造体100の模式的な断面図である。また、図16(b)は実施例1の接合構造体100を示す斜視図である。
Example 1
Below, with reference to FIG. 16, the junction structure 100 of Example 1 is demonstrated. FIG. 16A is a schematic cross-sectional view of the bonded structure 100 of the first embodiment. FIG. 16B is a perspective view showing the joint structure 100 according to the first embodiment.

実施例1の接合構造体100は、半導体素子110と、金属膜120と、配線130と、接着層140a〜140cと、金属膜150と、接続基板160とを備えていた。実施例1の接合構造体100を以下のように作製した。   The bonding structure 100 of Example 1 was provided with the semiconductor element 110, the metal film 120, the wiring 130, the adhesive layers 140a to 140c, the metal film 150, and the connection substrate 160. The joined structure 100 of Example 1 was produced as follows.

(金属膜形成工程)
半導体素子110としてSiCチップを準備した。SiCチップの一方の主面に、接着層140aとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。チタン層の表面に、金属膜120aとして、厚さ約1μmの銀膜を形成した。
(Metal film forming process)
A SiC chip was prepared as the semiconductor element 110. On one main surface of the SiC chip, a titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as a bonding layer 140a by sputtering. A silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 120a on the surface of the titanium layer.

また、SiCチップの他方の主面に、接着層140cとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。チタン層の表面に、金属膜150aとして厚さ約1μmの銀膜をスパッタリング処理によって形成した。   Further, a titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as the adhesive layer 140c on the other main surface of the SiC chip by a sputtering process. A silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 150a on the surface of the titanium layer by sputtering.

配線130としてのCuワイヤを準備した。Cuワイヤの一端の表面に、接着層140bとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。このチタン層の表面に、金属膜120bとして、厚さ約1μmの銀膜をスパッタリング処理によって形成した。   A Cu wire as the wiring 130 was prepared. On the surface of one end of the Cu wire, a titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as a bonding layer 140b by sputtering. On the surface of the titanium layer, a silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 120b by sputtering.

接続基板160として表面に銅膜を形成した窒化ケイ素基板を準備した。絶縁基板160aとしての窒化ケイ素基板の両面に、電極160b、160cとしての厚さ約0.1μmの銅膜をスパッタリング処理によって形成した。その後、銅膜の上に、金属膜150bとして厚さ約1μmの銀膜をスパッタリング処理によって形成した。   A silicon nitride substrate having a copper film formed on the surface was prepared as the connection substrate 160. A copper film having a thickness of about 0.1 μm as the electrodes 160b and 160c was formed on both surfaces of the silicon nitride substrate as the insulating substrate 160a by sputtering. Thereafter, a silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 150b on the copper film by a sputtering process.

(積層体作製工程)
続いて、SiCチップの一方の銀膜を窒化ケイ素基板上の銀膜と接触するように配置し、Cuワイヤの銀膜をSiCチップの他方の銀膜と接触するように配置して積層体を作製した。その後、作製された積層体を動かないようにクリップで固定した。
(Laminate production process)
Subsequently, one silver film of the SiC chip is disposed so as to be in contact with the silver film on the silicon nitride substrate, and the silver film of the Cu wire is disposed so as to be in contact with the other silver film of the SiC chip. Produced. Thereafter, the produced laminate was fixed with a clip so as not to move.

(接合工程)
積層体を大気圧雰囲気において、250℃で60分間加熱した。加熱により、実施例1の接合構造体100を製造した。接合構造体100は良好に接合されていることが確認された。
(Joining process)
The laminate was heated at 250 ° C. for 60 minutes in an atmospheric pressure atmosphere. The joined structure 100 of Example 1 was manufactured by heating. It was confirmed that the bonded structure 100 was bonded well.

(実施例2)
以下に、図17を参照して、実施例2の接合構造体200を説明する。図17(a)は実施例2の接合構造体200の構成を説明するための模式図であり、図17(b)は図17(a)の領域Bを拡大したSEM写真を示す図であり、図17(c)は図17(a)の領域Cを拡大したSEM写真を示す図である。
(Example 2)
Below, with reference to FIG. 17, the joining structure 200 of Example 2 is demonstrated. FIG. 17A is a schematic diagram for explaining the configuration of the joint structure 200 of Example 2, and FIG. 17B is a diagram showing an SEM photograph in which the region B of FIG. 17A is enlarged. FIG. 17C is a diagram showing an SEM photograph in which the region C in FIG. 17A is enlarged.

実施例2の接合構造体200は、部材210と、金属膜220と、熱応力吸収材230と、金属膜240と、接着層242a〜242dと、部材250とを備えていた。実施例2の接合構造体200を以下のように作製した。   The joint structure 200 of Example 2 was provided with a member 210, a metal film 220, a thermal stress absorber 230, a metal film 240, adhesive layers 242a to 242d, and a member 250. The joined structure 200 of Example 2 was produced as follows.

(金属膜形成工程)
部材210としてステンレス鋼(SUS316)基板を準備した。ステンレス鋼の一方の主面に、接着層242cとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。このチタン層の表面に、金属膜220aとして、厚さ約1μmの銀膜をメッキ処理によって形成した。図17(b)はメッキ処理によって銀膜の形成されたステンレス鋼を示す。
(Metal film forming process)
A stainless steel (SUS316) substrate was prepared as the member 210. A titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as a bonding layer 242c on one main surface of the stainless steel by a sputtering process. On the surface of this titanium layer, a silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 220a by plating. FIG. 17B shows stainless steel on which a silver film has been formed by plating.

部材250として実装ステンレス鋼(SUS316)を準備した。実装ステンレス鋼の一方の主面に、接着層242dとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。このチタン層の表面に、金属膜240aとして、厚さ約1μmの銀膜をメッキ処理によって形成した。   Mounted stainless steel (SUS316) was prepared as the member 250. A titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as a bonding layer 242d on one main surface of the mounted stainless steel by a sputtering process. On the surface of this titanium layer, a silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 240a by plating.

熱応力吸収材230としてモリブデン材を準備した。モリブデン材の一方の主面に、接着層242aとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。このチタン層の表面に、金属膜220bとして、厚さ約1μmの銀膜をスパッタリング処理によって形成した。図17(c)はスパッタリング処理によって銀膜の形成されたモリブデン材を示す。   A molybdenum material was prepared as the thermal stress absorbing material 230. A titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as a bonding layer 242a on one main surface of the molybdenum material by a sputtering process. A silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 220b on the surface of the titanium layer by a sputtering process. FIG. 17C shows a molybdenum material on which a silver film is formed by a sputtering process.

また、モリブデン材の他方の主面に、接着層242bとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。このチタン層の表面に、金属膜240bとして、厚さ約1μmの銀膜をスパッタリング処理によって形成した。   Further, a titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as the adhesive layer 242b on the other main surface of the molybdenum material by a sputtering process. On the surface of the titanium layer, a silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 240b by a sputtering process.

(積層体作製工程)
続いて、ステンレス鋼基板上の銀膜がモリブデン材上の一方の銀膜と接触するようにステンレス鋼基板にモリブデン材を積層させ、また、モリブデン材上の他方の銀膜が実装ステンレス鋼上の銀膜と接触するようにモリブデン材上に実装ステンレス鋼を積層させた。このようにして積層した積層体が動かないように重さ20kgの重りを実装ステンレス鋼上に載置した。
(Laminate production process)
Subsequently, the molybdenum material is laminated on the stainless steel substrate so that the silver film on the stainless steel substrate is in contact with one silver film on the molybdenum material, and the other silver film on the molybdenum material is on the mounted stainless steel. Mounted stainless steel was laminated on the molybdenum material so as to be in contact with the silver film. A weight of 20 kg was placed on the mounted stainless steel so that the laminated body thus laminated did not move.

(接合工程)
重りを載置したまま、積層体を大気圧雰囲気において、300℃で60分間加熱した。加熱により、実施例2の接合構造体200を製造した。接合構造体200が良好に接合されていることが確認された。
(Joining process)
While the weight was placed, the laminate was heated at 300 ° C. for 60 minutes in an atmospheric pressure atmosphere. The joined structure 200 of Example 2 was manufactured by heating. It was confirmed that the bonded structure 200 was bonded well.

(実施例3)
以下に、図18を参照して、実施例3の接合構造体200を説明する。図18(a)は実施例3の接合構造体200の模式図であり、図18(b)は図18(a)の領域BのSEM写真を示す図であり、図18(c)は図18(b)の一部拡大図である。
(Example 3)
Below, with reference to FIG. 18, the joining structure 200 of Example 3 is demonstrated. 18A is a schematic diagram of the bonding structure 200 of Example 3, FIG. 18B is a diagram showing an SEM photograph of region B in FIG. 18A, and FIG. 18C is a diagram. FIG. 18B is a partially enlarged view of FIG.

実施例3の接合構造体200は、部材210と、金属膜220と、熱応力吸収材230と、金属膜240と、接着層242c、242dと、部材250とを備えていた。実施例3の接合構造体200を以下のように作製した。   The joint structure 200 of Example 3 was provided with a member 210, a metal film 220, a thermal stress absorber 230, a metal film 240, adhesive layers 242c and 242d, and a member 250. The joined structure 200 of Example 3 was produced as follows.

(金属膜形成工程)
部材210としてステンレス鋼(SUS316)基板を準備した。ステンレス鋼基板の一方の主面に、接着層242cとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。このチタン層の表面に、金属膜220aとして、厚さ約1μmの銀膜をメッキ処理によって形成した。
(Metal film forming process)
A stainless steel (SUS316) substrate was prepared as the member 210. A titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as a bonding layer 242c on one main surface of the stainless steel substrate by a sputtering process. On the surface of this titanium layer, a silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 220a by plating.

部材250として実装ステンレス鋼(SUS316)を準備した。実装ステンレス鋼の一方の主面に、接着層242dとして、スパッタリング処理によって厚さ約0.04μmのチタン層を形成した。このチタン層の表面に、金属膜240aとして、厚さ約1μmの銀膜をメッキ処理によって形成した。   Mounted stainless steel (SUS316) was prepared as the member 250. A titanium layer having a thickness of about 0.04 μm was formed as a bonding layer 242d on one main surface of the mounted stainless steel by a sputtering process. On the surface of this titanium layer, a silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 240a by plating.

熱応力吸収材230としてチタン材を準備した。チタン材の一方の主面に、金属膜220bとして、厚さ約1μmの銀膜をスパッタリング処理によって形成した。チタン材の他方の主面に、金属膜240bとして、厚さ約1μmの銀膜をスパッタリング処理によって形成した。   A titanium material was prepared as the thermal stress absorbing material 230. On one main surface of the titanium material, a silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 220b by a sputtering process. A silver film having a thickness of about 1 μm was formed as a metal film 240b on the other main surface of the titanium material by a sputtering process.

(積層体作製工程)
続いて、ステンレス鋼基板上の銀膜がチタン材上の一方の銀膜と接触するようにステンレス鋼基板にチタン材を積層させ、また、チタン材上の他方の銀膜が実装ステンレス鋼上の銀膜と接触するようにチタン材上に実装ステンレス鋼を積層させた。このようにして作製された積層体が動かないように重さ20kgの重りを実装ステンレス鋼上に載置した。
(Laminate production process)
Subsequently, the titanium material is laminated on the stainless steel substrate so that the silver film on the stainless steel substrate is in contact with one silver film on the titanium material, and the other silver film on the titanium material is on the mounted stainless steel. Mounted stainless steel was laminated on the titanium material so as to be in contact with the silver film. A weight of 20 kg was placed on the mounted stainless steel so that the laminate thus produced would not move.

(接合工程)
重りを載置したまま、積層体を大気圧雰囲気において、300℃で60分間加熱した。加熱により、実施例3の接合構造体200を製造した。図18(b)に製造された接合構造体200のSEM写真を示し、図18(c)に図18(b)の一部拡大図を示す。接合構造体200が良好に接合されていることが確認された。
(Joining process)
While the weight was placed, the laminate was heated at 300 ° C. for 60 minutes in an atmospheric pressure atmosphere. The joined structure 200 of Example 3 was manufactured by heating. FIG. 18B shows a SEM photograph of the manufactured bonded structure 200, and FIG. 18C shows a partially enlarged view of FIG. 18B. It was confirmed that the bonded structure 200 was bonded well.

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態および実施例を説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。また、図面は、理解を容易にするために、必要に応じてそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数等は、図面作成の観点から実際とは異なる場合がある。また、上記の実施形態および実施例で示す各構成要素の形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。   The embodiments and examples of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. In addition, for ease of understanding, the drawings schematically show each component mainly as necessary, and the thickness, length, number, etc. of each component shown in the drawings are prepared. It may be different from the actual point of view. Moreover, the shape, dimension, etc. of each component shown by said embodiment and an Example are examples, Comprising: It cannot be overemphasized that various changes are possible without being specifically limited.

本発明に係る接合構造体は、複数の部材を一体化する構成を実現するために好適に用いられる。   The joint structure according to the present invention is suitably used for realizing a configuration in which a plurality of members are integrated.

100 接合構造体
110 半導体素子
120 金属膜
120a 金属膜
120b 金属膜
130 配線
100A 接合構造体
110 第1部材
120 金属膜
130 第2部材
140a 接着層
140b 接着層
150 金属膜
160 接続基板
200 接合構造体
210 第1部材
220 第1金属膜
230 熱応力吸収材
240 第2金属膜
250 第2部材
260 貫通孔
270 溝
280 円環状部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Junction structure 110 Semiconductor element 120 Metal film 120a Metal film 120b Metal film 130 Wiring 100A Joining structure 110 1st member 120 Metal film 130 2nd member 140a Adhesion layer 140b Adhesion layer 150 Metal film 160 Connection board 200 Joining structure 210 First member 220 First metal film 230 Thermal stress absorber 240 Second metal film 250 Second member 260 Through-hole 270 Groove 280 Annular member

Claims (15)

半導体素子と、
配線と、
前記半導体素子と前記配線とを接合する金属膜と
前記半導体素子と前記金属膜との間、および、前記配線と前記金属膜との間のうちの少なくとも一方に設けられた接着層と
を備える接合構造体であって、
前記金属膜を構成する金属はストレスマイグレーションによって拡散している、接合構造体。
A semiconductor element;
Wiring and
A metal film that joins the semiconductor element and the wiring ;
A bonding structure comprising: an adhesive layer provided between at least one of the semiconductor element and the metal film and between the wiring and the metal film ;
A joining structure in which the metal constituting the metal film is diffused by stress migration.
前記半導体素子を構成する材質及び/又は前記配線を構成する材質の熱膨張率は、前記金属膜を構成する金属の熱膨張率よりも低い、請求項1に記載の接合構造体。   The bonding structure according to claim 1, wherein a coefficient of thermal expansion of a material constituting the semiconductor element and / or a material constituting the wiring is lower than a coefficient of thermal expansion of a metal constituting the metal film. 金属部材または絶縁部材を含む第1部材と、
金属部材または絶縁部材を含む第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とを接合する金属膜と
前記第1部材と前記金属膜との間、および、前記第2部材と前記金属膜との間のうちの少なくとも一方に設けられた接着層と
を備える接合構造体であって、
前記金属膜を構成する金属はストレスマイグレーションによって拡散しており、
前記第1部材および前記第2部材の組み合わせは、基板および半導体素子の組み合わせであることを除く、接合構造体。
A first member including a metal member or an insulating member;
A second member including a metal member or an insulating member;
A metal film that joins the first member and the second member ;
A bonding structure comprising: an adhesive layer provided between at least one of the first member and the metal film and between the second member and the metal film ;
The metal constituting the metal film is diffused by stress migration ,
A bonded structure except that the combination of the first member and the second member is a combination of a substrate and a semiconductor element .
前記第1部材を構成する材質及び/又は前記第2部材を構成する材質の熱膨張率が、前記金属膜を構成する金属の熱膨張率よりも低い、請求項3に記載の接合構造体。   The joining structure according to claim 3, wherein a coefficient of thermal expansion of a material constituting the first member and / or a material constituting the second member is lower than a coefficient of thermal expansion of a metal constituting the metal film. 前記金属膜は、複数の金属層の積層された積層構造を有しており、
前記複数の金属層は、同一の金属から構成されている、請求項1から4のいずれかに記載の接合構造体。
The metal film has a laminated structure in which a plurality of metal layers are laminated,
The joined structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of metal layers are made of the same metal.
前記金属膜を構成する金属の結晶状態は、微細結晶又は柱状晶である、請求項1から5のいずれかに記載の接合構造体。   The bonded structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a crystal state of a metal constituting the metal film is a fine crystal or a columnar crystal. 金属部材または絶縁部材を含む第1部材と、
熱応力吸収材と、
金属部材または絶縁部材を含む第2部材と、
前記第1部材と前記熱応力吸収材とを接着する第1金属膜と、
前記熱応力吸収材と前記第2部材とを接着する第2金属膜と
を備える接合構造体であって、
前記第1金属膜を構成する金属及び前記第2金属膜を構成する金属の少なくとも一方はストレスマイグレーションによって拡散しており、
前記第1部材および前記第2部材の組み合わせは、基板および半導体素子の組み合わせであることを除く、接合構造体。
A first member including a metal member or an insulating member;
A thermal stress absorber;
A second member including a metal member or an insulating member;
A first metal film that bonds the first member and the thermal stress absorber;
A bonded structure comprising a second metal film that bonds the thermal stress absorbing material and the second member,
At least one of the metal constituting the first metal film and the metal constituting the second metal film is diffused by stress migration ,
A bonded structure except that the combination of the first member and the second member is a combination of a substrate and a semiconductor element .
前記熱応力吸収材を構成する材質の熱膨張率が、前記第1金属膜を構成する金属の熱膨張率及び前記第2金属膜を構成する金属の熱膨張率よりも低い、請求項7に記載の接合構造体。   The thermal expansion coefficient of the material constituting the thermal stress absorber is lower than the thermal expansion coefficient of the metal constituting the first metal film and the thermal expansion coefficient of the metal constituting the second metal film. The joint structure according to the description. 前記第1金属膜及び前記第2金属膜のうちの少なくとも一方は、複数の金属層の積層された積層構造を有しており、
前記複数の金属層は、同一の金属から構成されている、請求項7または8に記載の接合構造体。
At least one of the first metal film and the second metal film has a stacked structure in which a plurality of metal layers are stacked,
The joined structure according to claim 7 or 8, wherein the plurality of metal layers are made of the same metal.
前記第1金属膜を構成する金属及び/又は前記第2金属膜を構成する金属の結晶状態は、微細結晶又は柱状晶である、請求項7から9のいずれかに記載の接合構造体。   The bonded structure according to any one of claims 7 to 9, wherein a crystal state of a metal constituting the first metal film and / or a metal constituting the second metal film is a fine crystal or a columnar crystal. 前記熱応力吸収材に、貫通孔又は窪みが設けられている、請求項7から10のいずれかに記載の接合構造体。   The joint structure according to any one of claims 7 to 10, wherein a through hole or a depression is provided in the thermal stress absorbing material. 金属膜を介して半導体素子と配線とを積層させた積層体を用意する工程と、
前記積層体を加熱し、前記金属膜を構成する金属をストレスマイグレーションによって拡散させ、前記半導体素子と前記配線とを接合する接合工程と
を包含し、
前記積層体を用意する工程において、前記積層体には、前記半導体素子と前記金属膜との間、および、前記配線と前記金属膜との間のうちの少なくとも一方に接着層が設けられている、接合構造体の製造方法。
Preparing a laminate in which a semiconductor element and a wiring are laminated via a metal film;
Heating the laminated body, diffusing the metal constituting the metal film by stress migration, and joining the semiconductor element and the wiring ,
In the step of preparing the stacked body, the stacked body is provided with an adhesive layer between at least one of the semiconductor element and the metal film and between the wiring and the metal film. The manufacturing method of a joining structure.
金属膜を介して、金属部材または絶縁部材を含む第1部材と、金属部材または絶縁部材を含む第2部材とを積層させた積層体を用意する工程と、
前記積層体を加熱し、前記金属膜を構成する金属をストレスマイグレーションによって拡散させ、前記第1部材と前記第2部材とを接合する接合工程と
を包含し、
前記積層体を用意する工程において、前記積層体には、前記第1部材と前記金属膜との間、および、前記第2部材と前記金属膜との間のうちの少なくとも一方に接着層が設けられており、
前記第1部材および前記第2部材の組み合わせは、基板および半導体素子の組み合わせであることを除く、接合構造体の製造方法。
Preparing a laminate in which a first member including a metal member or an insulating member and a second member including a metal member or an insulating member are stacked via a metal film;
Heating the laminated body, diffusing the metal constituting the metal film by stress migration, and joining the first member and the second member ,
In the step of preparing the laminated body, the laminated body is provided with an adhesive layer between at least one of the first member and the metal film and between the second member and the metal film. And
The method for manufacturing a bonded structure , except that the combination of the first member and the second member is a combination of a substrate and a semiconductor element .
金属部材または絶縁部材を含む第1部材と、熱応力吸収材と、金属部材または絶縁部材を含む第2部材と、前記第1部材と前記熱応力吸収材との間に位置する第1金属膜と、前記熱応力吸収材と前記第2部材との間に位置する第2金属膜とが積層された積層体を用意する工程と、
前記第1金属膜および前記第2金属膜のうちの少なくとも一方を加熱し、前記第1金属膜及び/又は前記第2金属膜を構成する金属をストレスマイグレーションによって拡散させ、前記第1部材及び/又は前記第2部材と前記熱応力吸収材とを接合する接合工程と
を包含し、
前記第1部材および前記第2部材の組み合わせは、基板および半導体素子の組み合わせであることを除く、接合構造体の製造方法。
A first member including a metal member or an insulating member, a thermal stress absorber, a second member including a metal member or an insulating member, and a first metal film positioned between the first member and the thermal stress absorber And preparing a laminate in which a second metal film located between the thermal stress absorber and the second member is laminated,
Heating at least one of the first metal film and the second metal film, diffusing the metal constituting the first metal film and / or the second metal film by stress migration, and the first member and / or Or including a joining step of joining the second member and the thermal stress absorbing material ,
The method for manufacturing a bonded structure , except that the combination of the first member and the second member is a combination of a substrate and a semiconductor element .
前記接合工程は、100℃以上400℃以下の温度に加熱する工程を含む、請求項12から14のいずれかに記載の接合構造体の製造方法。   The method for manufacturing a joined structure according to claim 12, wherein the joining step includes a step of heating to a temperature of 100 ° C. or more and 400 ° C. or less.
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