KR20230017201A

KR20230017201A - 원자 확산 접합법 및 접합 구조체

Info

Publication number: KR20230017201A
Application number: KR1020227041727A
Authority: KR
Inventors: 다케히토 시마츠; 미유키 우오모토; 가즈오 미야모토; 요시카즈 미야모토; 노부히코 가토오; 다카유키 모리와키; 다카유키 사이토오
Original assignee: 도호쿠 다이가쿠; 캐논 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2023-02-03
Also published as: EP4159354A1; JP7390619B2; WO2021246245A1; JP2021186837A; CN115697614A; US20230083722A1

Abstract

접합면에 형성한 질화물을 포함하는 접합막에 의해 원자 확산 접합을 행한다. 진공 용기 내에 있어서, 평활면을 갖는 2개의 기체 각각의 상기 평활면에 질화물을 포함하는 접합막을 형성함과 함께, 상기 2개의 기체에 형성된 상기 접합막끼리가 접촉하도록 상기 2개의 기체를 중첩함으로써, 상기 접합막의 접합 계면에 원자 확산을 발생시킴으로써 상기 2개의 기체를 접합한다.

Description

원자 확산 접합법 및 접합 구조체

본 발명은 원자 확산 접합법 및 상기 원자 확산 접합법에 의해 접합된 접합부를 갖는 접합 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 접합의 대상으로 하는 한쪽의 기체(基體)의 접합면에 진공 용기 내에서 형성한 질화물을 포함하는 접합막을, 다른 쪽의 기체에 형성한 접합막, 또는 다른 쪽의 기체의 접합면에 중첩함으로써 원자 확산을 발생시켜서 접합하는 원자 확산 접합법의 개량과, 이 개량된 원자 확산 접합법에 의해 접합된 접합부를 갖는 접합 구조체에 관한 것이다.

2개 이상의 피접합재를 접합하는 접합 기술이 각종 분야에 있어서 이용되고 있고, 예를 들어 전자 부품의 분야에 있어서, 웨이퍼의 본딩, 패키지의 밀봉 등에 있어서 이러한 접합 기술이 이용되고 있다.

일례로서, 전술한 웨이퍼 본딩 기술을 예로 들어 설명하면, 종래의 일반적인 웨이퍼 본딩 기술에서는, 중첩한 웨이퍼 사이에 고압, 고열을 가하여 접합하는 방법이 일반적이다.

그러나, 이 방법에 의한 접합에서는, 열이나 압력에 약한 전자 디바이스 등이 마련되어 있는 기판의 접합이나 집적화를 행할 수 없고, 그 때문에, 열이나 압력 등의 물리적인 대미지를 끼치는 일 없이 접합 대상으로 하는 기체 상호를 접합할 기술이 요망되고 있다.

이러한 접합 기술의 하나로서, 「원자 확산 접합법」이라고 불리는 접합법이 제안되어 있다.

이 원자 확산 접합법은, 접합 대상으로 하는 웨이퍼나 칩, 기판이나 패키지, 그 밖의 각종 피접합재(이하, 「기체」라고 함) 중 한쪽의 평활면에, 스퍼터링이나 이온 플레이팅 등의 진공 성막 방법에 의해 나노 오더의 두께로 미(微)결정 구조나 아몰퍼스 구조(이하, 아몰퍼스를 포함하여 「미결정」이라고 함)를 갖는 금속이나 반금속의 박막(이하, 「접합막」이라고 함)을 형성하고, 마찬가지의 방법으로 다른 쪽의 기체 평활면에 형성된 접합막이나, 미결정 구조를 갖는 기체의 평활면에, 접합막을 형성한 것과 동일 진공 중, 또는 대기압 중에서 중첩함으로써, 접합 계면이나 결정립계에 있어서의 원자 확산을 수반하는 접합을 가능하게 하는 것이다(특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).

이러한 원자 확산 접합법에서는, 진공 중에서 전술한 접합막을 형성할 수 있는 것이라면 피접합재의 재질을 막론하고 접합하는 것이 가능하고, 반도체나 세라믹스의 웨이퍼뿐만 아니라, 금속이나 세라믹스의 블록(기체), 폴리머 등, 각종 재질의 피접합재를 접합 대상으로 할 수 있음과 함께, 동종 재료끼리의 접합 외에, 이종 재료끼리의 접합도 가열하지 않고, 바람직하게는 실온(혹은 저온)에서 접합 할 수 있는 등, 응용 범위가 넓은 접합 방법으로 되어 있다.

또한, 전술한 원자 확산 접합법에서는, 산화물이나 질화물의 접합막을 사용하여 접합할 수는 없다고 되어 있었지만, 본 발명의 발명자들은, 이 중, 산화물의 박막을 접합막으로 한 접합에 성공하여, 이미 특허 출원을 행하였다(일본 특허 출원 제2019-162065호).

또한, 「원자 확산 접합법」에 관한 기술을 개시하는 것은 아니고, 소위 「표면 활성화 접합법」에 대하여 기재한 문헌이지만, 접합 대상으로 하는 기체의 접합면에 무기 접착층을 형성함과 함께, 이 무기 접착층의 표면을 이온빔의 조사 등에 의해 활성화 처리하여 중첩함으로써, 무기 접착층을 통해 기체를 접합하는 표면 활성화 접합법을 기재함과 함께, 전술한 무기 접착층의 재질로서, 산화물이나 질화물의 사용에 대하여 언급한 문헌도 존재하고 있다(특허문헌 3의 요약, 청구항 1, 청구항 23, 도 3 기타).

일본 특허 제5401661호 공보 일본 특허 제6089162호 공보 일본 특허 공개2014-123514호 공보

여기에서, 고상의 금속 원자는, 실온에서는 거의 움직일 수는 없지만, 전술한 원자 확산 접합법에서는, 진공 용기 중에서 성막된 접합막이 갖는 큰 표면 에너지를 접합의 구동력으로서 사용하고, 접합막의 표면에 있어서의 큰 원자 확산 성능, 경우에 따라 또한 접촉 계면에 있어서의 원자 재배열 현상을 이용하여 실온에서 접합막을 구성하는 물질의 원자를 이동시킴으로써 접합을 행하고 있다.

이러한 고상의 벌크 재료의 원자의 이동(원자 확산)이 발생 용이성은, 자기 확산 계수에 의해 평가할 수 있고, 자기 확산 계수가 큰 것일수록 원자의 이동이 발생하기 쉽고, 반대로 자기 확산 계수가 작은 것은 원자의 이동(원자 확산)이 발생하기 어렵다.

실온 근방의 고상에 있어서의 원자 확산의 지배적인 기구는, 결정의 불완전성에 의해 발생한 공공의 이동이다. 상술한 원자 재배열은 공공의 이동이 연속적으로 발생함으로써 결정의 원자가 재배열하는 현상이다. 고체의 표면이나 입계에서는 원자의 구속이 매우 약하고, 공공의 존재 밀도가 크다. 그 때문에, 입계나 계면에 있어서의 원자 확산은 벌크 확산(체 확산)에 비교하여 고속이고, 그 확산 계수는 10 내지 20자릿수나 커진다. 특히, 미결정막은, 고상(결정립)의 체적에 대한 표면(입계)의 비율이 매우 크기 때문에, 매우 큰 확산 계수가 얻어진다. (이 큰 확산 계수가, 금속 박막을 사용한 원자 확산 접합에 있어서 중요해진다.).

그 때문에, 원자 확산 접합법, 특히 실온에서의 원자 확산 접합법에 의한 접합을 행하기 위해서는, 접합막의 재질로서 실온에서 원자의 이동을 가능하게 할 정도의 자기 확산 계수의 크기를 갖는 재질을 선택하는 것이 필요하고, 이것으로부터 원자 확산 접합에 있어서의 접합막의 재질로서 Al이나 Ti 등의 자기 확산 계수가 큰 재료가 선택되는 경우도 많고, 또한, 실온에서의 자기 확산 계수가 낮은 재료(일례로서, 자기 확산 계수가 1×10^-40㎡/s 이하의 재료)를 사용하여 접합막을 형성하는 경우에는, 접합 계면에 있어서 다수의 원자가 접촉함으로써 확산을 높이기 위하여 표면 조도가 작은 박막이 요구되고, 경우에 따라서는 접합 시에 가열을 행하여 자기 확산 계수를 증대시키는 등의 처리가 필요해지는 경우도 발생할 수 있다(특허문헌 1 단락 [0018], 특허문헌 2의 단락 [0063]).

이렇게, 원자 확산 접합법에 의한 접합을 행함에 있어서, 자기 확산 계수의 크기는, 접합막의 재질을 선택함에 있어서 중요한 요인이 되지만, Al₂O₃이나 Si₃N₄ 등의 금속이나 반금속의 산화물이나 질화물은, 고융점 세라믹스로서 알려진 바와 같이 화학적으로 극히 안정된 물질이고, 이들의 산화물이나 질화물을 구성하는 금속이나 반금속에 비교하여 자기 확산 계수가 대폭 낮고, 원자의 이동을 일으키기 어려운 물질인 것이 알려져 있고, 금속이나 반금속의 산화물이나 질화물은, 원자 확산 접합법에 의해 접합을 행할 때에 형성하는 접합막의 재질로서 적합하지 않다고 하는 것이 당업자의 인식이었다.

또한, 진공 용기 중에서 성막된(금속이나 반도체의) 접합막도, 시간의 경과와 함께 산소 등의 불순물 가스와 반응하여 산화물을 형성하거나 하여 화학적으로 안정된 상태가 되면 접합 자체를 할 수 없게 된다(특허문헌 1의 단락 [0070]).

그 때문에, 상술한 특허문헌 1에 기재된 원자 확산 접합법에서는, 접합막의 성막으로부터 접합까지를, 고진공도의 진공 용기 내에서 행하고(특허문헌 1의 청구항 1, 단락 [0042]), 또한, 기체끼리의 접합을 대기압 중에서 행하는 특허문헌 2에 기재된 원자 확산 접합법에서는, 접합을 불활성 가스 분위기 하에서 행하여(특허문헌 2의 청구항 1), 접합막이 산소 등의 불순물 가스와 반응하지 않도록 하고 있다.

특히, 상술한 특허문헌 2에 기재된 원자 확산 접합에서는, 불활성 가스로서 질소 가스, 또는 질소 가스와 다른 불활성 가스의 혼합 가스를 사용하는 경우에는, 접합막의 재질로서 질화물의 생성 자유 에너지가 작은 재료, 따라서 질화하기 어려운 재료를 선택해야 할 것을 규정하고 있고(특허문헌 2의 청구항 9), 접합막의 산화와 마찬가지로, 질화도 접합 불량의 발생 원인이라고 파악하고 있다(특허문헌 2의 단락 [0059]).

이와 같이, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에서는, 접합막의 형성 후, 접합을 행할 때까지의 근소한 사이에 발생하는 산화나 질화에서조차, 이것을 가급적 배제하고자 하는 것이기 때문에, 이들의 문헌의 기재로부터는, 예를 들어 접합막의 성막 시에 진공 용기 내에 반응성 가스로서 산소나 질소를 적극적으로 도입하여 산화 또는 질화를 발생시켜서 산화물이나 질화물을 포함하는 접합막을 형성하고자 하는 발상은 생길 수 없다.

또한, 이와 같이 산화나 질화 등이 진행한 접합막에 따라서는 원자 확산 접합을 행할 수 없는 점에서도, 산화물이나 질화물에 의해 접합막을 형성한 경우에도, 원자 확산 접합을 행할 수 없게 된다고 당업자에게 생각되고 있고, 이러한 당업자의 인식이 존재한 것은, 본 발명의 출원 전에, 산화물이나 질화물에 의해 형성된 접합막을 사용한, 원자 확산 접합법에 의한 접합 예가 보고되어 있지 않은 점에서도 뒷받침할 수 있다.

이와 같이, 종래, 접합막에 산화물이나 질화물을 사용하여 접합하는 원자 확산 접합법은 존재하고 있지 않았다.

한편, 접합의 용도에 따라서는, 접합막을 산화물이나 질화물에 의해 형성하는 것이 유리한 경우도 상정된다.

예를 들어, 원자 확산 접합 시에 형성되는 접합막은, 수 옹스트롬 정도의 얇은 막이기 때문에, 이것을 금속에 의해 형성한 경우라도 투명에 가깝고, 도전성도 거의 없는 접합 계면을 얻을 수 있지만, 금속의 성질을 갖는 접합막에서는 여전히 접합 계면에서 1 내지 2％ 정도로 근소하기는 하지만 광이 흡수되고, 또한, 근소한 전기 도전성도 잔존하는 점에서, 이렇게 근소하게 잔존하는 광 흡수성이나 도전성이라도 문제가 되는 고휘도 디바이스나 전자 디바이스에 대한 접합 방법으로서, 금속의 접합막을 사용한 원자 확산 접합을 적용할 수 없는 경우도 있다.

이러한 경우에, 예를 들어 Al 등의 금속의 접합막 대신에, 절연성과 투명성을 겸비한 Al₂O₃(사파이어) 등의 산화물의 접합막에 의해 접합할 수 있으면, 종래, 원자 확산 접합법에 의한 접합을 행할 수 없었던 대상까지 접합 대상을 확장할 수 있다.

또한, 예를 들어 파워 디바이스용의 방열용 절연 재료의 접합을 행하는 경우와 같이, 접합막에 대하여 절연성과 열전도성의 양립이 요구되는 경우도 있다.

이 경우, Al의 산화물인 Al₂O₃은, 절연성의 점에서는 요구를 충족시키기는 하지만, 그 열전도율은, Al의 1/6 정도로 낮고(후에 게시하는 표 1 참조), 열전도율의 점에서는 요구를 충족시킬 수 없다.

이에 비해, Al의 질화물인 AlN(질화알루미늄)에서는, Al₂O₃(사파이어)에 비해 약 4배의 열전도율을 갖고, Al에 가까운 열전도성을 갖는 점에서, 파워 디바이스용의 방열용 절연 재료의 접합을 행하는 경우와 같이, 절연성과 열전도성의 양립이 요구되는 용도에서는, AlN과 같은 질화물의 접합막에 의해 원자 확산 접합을 행하는 것이 유리한 경우도 상정된다.

또한, 산화물이나 질화물 중에는, 큰 경도를 갖고, 우수한 내마모성·내열성 등을 갖는 것도 많고, 산화물이나 질화물에 의해 형성한 접합막을 사용한 원자 확산 접합을 행할 수 있으면, 이들의 특성을 접합막에 부여할 수 있고, 원자 확산 접합법의 새로운 용도의 개척에도 이바지하는 것이 된다.

또한, 상술한 특허문헌 3에는, 접합 대상으로 하는 기체의 각각의 접합면에 무기 접착층을 형성하고, 이 무기 접착층의 표면을 이온빔의 조사에 의한 에칭 등에 의해 활성화 처리하여 중첩함으로써 접합하는, 표면 활성화 접합법이 기재되어 있음과 함께, 이 무기 접착층의 재질로서, 산화규소(SiO₂)나 산화알루미늄(Al₂O₃) 등의 산화물, 질화규소(SiNx), 질화알루미늄(AlN), 질화티타늄(TiN) 등의 질화물의 채용에 대해서도 언급하고 있다(청구항 23, 단락 [0032], [0059]).

그러나, 진공 용기 내에서 형성한 접합막을, 별도의 처리를 거치는 일 없이 그대로 중첩하는 것만으로 접합할 수 있는 원자 확산 접합법에 비해, 형성한 무기 접착층의 표면에 이온빔을 조사하거나 하여 활성화 처리를 행함으로써 접합하는 특허문헌 3의 표면 활성화 접합법에서는, 접합 방법이 현저하게 상이한 점에서, 특허문헌 3의 표면 활성화 접합법에 의해 산화물이나 질화물을 포함하는 무기 접착층끼리의 접합을 실시할 수 있다고 하더라도, 전술한 당업자의 인식에 반하여, 산화물이나 질화물의 접합막을 사용하여 원자 확산 접합법에 의한 접합을 실시할 수 있는 것까지 예측할 수는 없었다.

또한, 상기 접합 방법의 상이로부터, 원자 확산 접합에 의한 접합에서는, 활성화 처리를 필요로 하지 않는 만큼, 처리 공정수를 저감시킬 수 있다는 이점도 있다.

이와 같이, 산화물이나 질화물에 의해 형성한 접합막을 사용하여, 원자 확산 접합법에 의한 접합을 행하는 것의 장점을 감안하여, 본 발명의 발명자들은, 우선 첫째로, 산화물에 의해 형성한 접합막을 사용한 원자 확산 접합법에서의 접합 가능성을 찾기 위해, 예의 연구를 행하였다.

그 결과, 전술한 당업자의 인식에 반하여, 산화물에 의해 접합막을 형성한 경우라도, 이것을 아몰퍼스 산화물막으로서 형성하는 경우에는, 표면 활성화 접합과 같은 표면 활성화 처리를 행하지 않아도, 성막한 접합막을 그대로 중첩함으로써 화학 결합에 의한 접합을 발생시킬 수 있는 것을 알아 냈다(상술한 일본 특허 출원 제2019-162065호).

즉, 산화물은, 금속 등의 원소와 산소의 결합 에너지가 크기 때문에, 결정질의 접합막의 형성에 따라서는 원자의 확산(이동)을 발생시킬 수 없지만, 이것을 아몰퍼스 구조로 했을 경우에는, 안정된 화학 양론 조성보다도 산소가 결손 혹은 과포화에 들어간, 말하자면 원자의 결함이 많은 박막이 형성되고, 이러한 박막에서는, 금속 등의 원소의 이온과 산소의 결합 상태에 큰 요동이 발생하여, 박막 표면에 있어서 원자의 확산(이동)을 발생시킬 수 있어, 안정된 화학 결합을 발생시킬 수 있는 것으로 생각된다.

이렇게, 당업자의 인식에 반하여, 산화물의 접합막(아몰퍼스 산화물 박막)에 의해 접합을 행할 수 있는 것을 감안하여, 본 발명의 발명자들은, 또한, 산화물과 함께 접합막의 재질로서 부적합하다고 여겨져 온 질화물의 접합막을 사용한 경우라도 원자 확산을 수반한 접합을 행할 수 있는 것이 아닌가라고 생각하였다.

특히, 질소는, 산소보다도 전기 음성도가 낮고, 하기의 표 2에 나타내는 바와 같이, 질화물에 있어서의 질소와 금속 등의 타 원소와의 결합 괴리 에너지는, 산화물에 있어서의 산소와 타 원소의 결합 괴리 에너지보다도 약하다.

이렇게, 산화물에 비교하여 결합 괴리 에너지가 작고, 따라서, 산화물에 비교하여 원자의 이동이 발생하기 쉬운 질화물의 접합막을 사용한 경우에도, 원자 확산을 수반한 접합을 실시할 수 있을 가능성이 있을 뿐만 아니라, 결합 괴리 에너지가 작은 질화물에서는, 산화물의 접합막을 사용한 접합에 비교하여, 보다 완화된 조건, 즉, 금속이나 반금속의 접합막을 사용한 경우에 가까운 조건에서 접합할 수 있는 것은 아닐까라고 생각하였다.

상기 예측 하, 본 발명의 발명자들은, 다년간 시도된 적이 없었던, 질화물의 접합막을 사용한 원자 확산 접합법에 의한 접합에 대하여 실험을 행한 바, 놀랍게도, 다년간 믿어 왔던 당업자의 인식에 반하여, 접합 계면에 원자 확산을 발생시켜서 접합하는 원자 확산 접합을 행할 수 있는 것을 알아 냈다.

본 발명은, 발명자들에 의한 상기 착안점과, 이것에 기초하는 실험의 결과 이루어진 것이고, 종래, 원자 확산 접합의 접합막으로서 채용된 적이 없는 질화물의 접합막을 사용하여 행하는 원자 확산 접합법을 제공함으로써, 접합막에 절연성이나 열전도성, 고경도, 내마모성 등의, 질화물 박막이 갖는 특성을 부여할 수 있고, 이에 의해, 종래 적용할 수 없었던 대상이나 용도 등에 대해서도 적용할 수 있는 원자 확산 접합법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 원자 확산 접합법은,

진공 용기 내에 있어서, 평활면을 갖는 2개의 기체 각각의 상기 평활면에 질화물을 포함하는 접합막을 형성함과 함께, 상기 2개의 기체에 형성된 상기 접합막끼리가 접촉하도록 상기 2개의 기체를 중첩함으로써, 상기 접합막의 접합 계면에 원자 확산을 발생시켜서 상기 2개의 기체를 접합하는 것을 특징으로 한다(청구항 1).

또한, 본 발명의 다른 원자 확산 접합법은,

진공 용기 내에 있어서, 한쪽의 기체의 평활면에 질화물을 포함하는 접합막을 형성함과 함께, 적어도 표면에 질화물의 박막을 갖는 평활면을 구비한 다른 쪽의 기체의 상기 평활면에, 상기 한쪽의 기체에 형성된 상기 접합막이 접촉하도록 상기 한쪽, 다른 쪽의 2개의 기체를 중첩함으로써, 상기 접합막과 상기 다른 쪽의 기체의 상기 평활면의 접합 계면에 원자 확산을 발생시킴으로써 상기 2개의 기체를 접합하는 것을 특징으로 한다(청구항 2).

또한, 본 발명의 또 다른 원자 확산 접합법은,

진공 용기 내에 있어서, 한쪽의 기체의 평활면에 질화물을 포함하는 접합막을 형성함과 함께, 활성화 처리한 평활면을 구비한 다른 쪽의 기체의 상기 평활면에, 상기 한쪽의 기체에 형성된 상기 접합막이 접촉하도록 상기 한쪽, 다른 쪽의 2개의 기체를 중첩함으로써, 상기 접합막과 상기 다른 쪽의 기체의 상기 평활면의 접합 계면에 원자 확산을 발생시킴으로써 상기 2개의 기체를 접합하는 것을 특징으로 한다(청구항 3).

상기 어느 원자 확산 접합에 있어서도, 상기 접합 계면에 원자 확산에 수반하는 원자 재배열을 발생시키는 것이 바람직하다(청구항 4).

또한, 상기 접합막의 표면의 산술 평균 조도는 0.5nm 이하로 하는 것이 바람직하다(청구항 5).

또한, 상기 기체의 중첩은, 상기 기체를 가열하지 않고 행하는 것으로 해도 되지만(청구항 6), 상기 기체를 중첩할 때의 상기 기체 온도를 실온 이상 400℃ 이하의 범위에서 가열하여 원자 확산을 촉진시키는 것으로 해도 된다(청구항 7).

또한, 상기 접합막의 형성 및/또는 상기 기체의 중첩은, 도달 진공 압력이 1×10^-3Pa 내지 1×10^-8Pa의 진공 용기 내에서 행하는 것이 바람직하고(청구항 8), 또한, 상기 접합막의 형성과, 상기 기체의 중첩을 동일 진공 중에서 행하는 것이 바람직하다(청구항 9).

상기 접합막은, 주기율표의 주기 2 내지 5에서 제13 및 14족 원소 군(B, Al, Si, Ga, Ge, In, Sn)에서 선택된 1개 이상의 원소를 포함하는 질화물에 의해 형성하는 것으로 해도 되고(청구항 10), 또는, 주기율표의 주기 4에서 제3 내지 12족 원소 군(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn), 및 주기 5 내지 6에서 제3 내지 6족 원소 군(Y, Zr, Nb, Mo, 란타노이드, Hf, Ta)에서 선택된 1개 이상의 원소를 포함하는 질화물에 의해 형성하는 것으로 해도 된다(청구항 11).

또한, 상기 접합막의 막 두께는, 이것을 0.3nm 내지 5㎛ 로 할 수 있다(청구항 12).

또한, 본 발명의 접합 구조체는,

제1 기체와,

상기 제1 기체와 대향 배치된 제2 기체와,

상기 제1 기체와 상기 제2 기체 사이에 마련되고, 상기 제1 기체에 적층된 질화물을 포함하는 제1 접합막과, 상기 제2 기체에 적층된 질화물을 포함하는 제2 접합막으로 구성된 중간층을 구비하고,

상기 중간층이 상기 제1 접합막과 상기 제2 접합막 사이에 원자 확산이 발생한 계면을 갖는 것을 특징으로 한다(청구항 13).

또한, 본 발명의 다른 접합 구조체는,

제1 기체와,

상기 제1 기체와 대향 배치된 제2 기체와,

상기 제1 기체와 상기 제2 기체 사이에 마련되고, 상기 제1 기체에 적층된 질화물을 포함하는 접합막으로 구성된 중간층을 구비하고,

상기 중간층과 상기 제2 기체 사이에 원자 확산이 발생한 계면을 갖는 것을 특징으로 한다(청구항 14).

상기 접합 구조체의 상기 중간층의 두께는, 이것을 0.3nm 내지 10㎛로 할 수 있다(청구항 15).

또한, 상기 중간층의 질화물을 구성하는 재료는, 상기 제1 기체 또는 상기 제2 기체를 구성하는 재료와 다른 것으로 해도 된다(청구항 16).

이상에서 설명한 본 발명의 구성에 의해, 진공 용기 내에서 성막한 질화물의 박막을 접합막으로 한 원자 확산 접합법을 제공할 수 있었다.

이 접합법에서는, 진공 용기 내에서 성막한 접합막을, 성막한 상태 그대로 중첩함으로써 접합할 수 있고, 표면 활성화 처리에 의해 활성화된 표면을 접촉시켜서 접합을 행하는 표면 활성화 접합 등과는 달리, 성막 후의 접합막의 표면을 활성화시키기 위한, 이온빔의 조사 등의 별도의 처리를 필요로 하지 않는다.

그리고, 이와 같이 질화물의 접합막에 의해 접합을 행함으로써, 접합부에 질화물이 갖는 성질, 예를 들어 절연성, 고전열성, 고경도성, 내마모성 등을 접합막에 부여할 수 있었다.

그 결과, 예를 들어, 파워 디바이스용의 방열용 절연 재료의 접합 등, 접합막에 절연성과 열전도성의 양립이라고 하는, 예를 들어 Al의 접합막에 따라서는 얻을 수 없는 성질을, 그 질화물인 AlN에 의해 접합막을 형성함으로써 부여할 수 있었다.

여기에서, 산화물에 의해 형성된 접합막에 의해 접합을 행하는 경우에는, 접합막을 아몰퍼스 구조로 할 필요가 있었다.

이에 비해, 질화물의 접합막을 형성함으로써 행하는 본 발명의 원자 확산 접합법에서는, 접합막은, 아몰퍼스 구조의 것에 한정되지 않고, 결정질 구조의 것이어도 접합할 수 있음과 함께, 채용하는 질화물의 종류에 따라서는, 접합 계면에 원자 재배열을 발생시켜서 극히 견고한 접합을 행할 수 있었다.

또한, 산화물 정도는 아니지만, 질화물에서도 동종 금속 간의 결합 에너지에 비교하여, 질소와 금속이나 반금속의 원소 결합 에너지가 크기 때문에(상술한 표 2 참조), 확산한 원자는, 근처에 있는 이종 원자에 즉시 트랩되어 버림으로써 이동할 수 있는 범위는 짧고, 떨어진 위치에 있는 이종 원자와는 결합하기 어려운 것으로 되어 있다.

그 때문에, 접합막의 표면이 거친 상태로 되어 있고, 접합 계면에 근소하게라도 간극이 발생하였으면, 이 부분에서는 원자 확산이 발생하지 않기 때문에 접합을 할 수 없고, 또한, 접합할 수 있다고 해도 접합력은 낮은 것이 된다.

그러나, 접합막의 산술 평균 조도를 0.5nm 이하로 한 구성에서는, 접합 시에 원자 레벨에서 막 표면을 전역에 걸쳐서 접촉시킬 수 있어, 견고한 원자 확산 접합을 행할 수 있었다.

또한, 본 발명의 원자 확산 접합법에서는, 접합 후에 열처리를 행하지 않는 경우에 있어서도 접합을 행할 수 있고, 비가열에서 접합을 행함으로써, 열팽창 계수가 다른 기체여도 접합할 수 있다.

또한, 접합 후에 400℃ 이하의 열처리를 행함으로써, 접합 계면의 원자 확산을 보다 한층 촉진시켜서, 더 견고한 접합을 행할 수 있었다.

도 1은, AlN 접합막을 사용한 원자 확산 접합 시험에 있어서의 (A)는 석영 웨이퍼의 접합 강도의 측정 결과를, (B)는 AlN 접합막의 막 두께에 대한 표면 조도 Sa의 변화를 나타낸 그래프.
도 2는, AlN 접합막을 사용한 원자 확산 접합 시험에 있어서의 Si 웨이퍼의 접합 강도의 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 3은, 본 발명의 원자 확산 접합법(AlN 접합막)으로 접합한 Si 웨이퍼의 (A)는 단면 TEM상, (B)는 FFT 회절 결과.
도 4는, 본 발명의 원자 확산 접합법(Si₃N₄ 접합막)으로 접합한 Si 웨이퍼의 단면 TEM상.
도 5는, 본 발명의 원자 확산 접합법(TaN 접합막)으로 접합한 Si 웨이퍼의 단면 TEM상.
도 6은, 블레이드법에 의한 접합 강도의 측정 방법의 설명도.

이하에, 본 발명의 원자 확산 접합법을 설명한다.

〔접합 방법 개략〕

본 발명의 원자 확산 접합법에서는, 진공 용기 내에 있어서 스퍼터링이나 이온 플레이팅 등의 진공 성막에 의해 형성한 질화물의 박막을 접합막으로서 원자 확산 접합을 행하는 것으로, 접합 대상으로 하는 2개의 기체 각각의 평활면 상에 형성된 질화물의 접합막끼리를 중첩함으로써, 또는,

접합 대상으로 한쪽의 기체의 평활면 상에 형성된 질화물의 접합막을, 적어도 표면이 질화물의 박막이 형성된 다른 쪽의 기체 평활면에 중첩함으로써, 나아가,

접합 대상으로 하는 한쪽의 기체 평활면 상에 형성된 질화물의 접합막을, 활성화 처리한 평활면을 구비한 다른 쪽의 기체 평활면에 중첩함으로써, 접합 계면에 있어서 원자 확산을 발생시켜서, 양쪽 기체의 접합을 행하는 것이다.

〔기체(피접합재)〕

(1) 재질

본 발명의 원자 확산 접합법에 의한 접합 대상으로 하는 기체로서는, 스퍼터링이나 이온 플레이팅 등, 일례로서 도달 진공도가 1×10^-3 내지 1×10^-8Pa, 바람직하게는 1×10^-4 내지 1×10^-8Pa의 고진공도인 진공 용기를 사용한 고진공도 분위기에 있어서의 진공 성막에 의해 전술한 질화물의 접합막을 형성 가능한 재질이면 어떤 것도 대상으로 할 수 있고, 각종 순금속, 합금 외에, Si 기판, SiO₂ 기판 등의 반도체, 유리, 세라믹스, 수지, 산화물, 질화물 등이며 상기 방법에 의한 진공 성막이 가능한 것이면 본 발명에 있어서의 기체(피접합재)로 할 수 있다.

또한, 기체는, 예를 들어 금속끼리의 접합과 같이 동일 재질 사이의 접합뿐만 아니라, 금속과 세라믹스 등과 같이, 이종 재질 사이에서의 접합을 행하는 것도 가능하다.

(2) 접합면의 상태 등

기체의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 평판상의 것으로부터 각종 복잡한 입체 형상의 것까지, 그 용도, 목적에 따라 각종 형상의 것을 대상으로 할 수 있지만, 다른 쪽의 기체와의 접합이 행하여지는 부분(접합면)에 대해서는 소정의 정밀도로 평활하게 형성된 평활면을 구비하고 있을 필요가 있다.

또한, 다른 기체와의 접합이 행하여지는 이 평활면은, 1개의 기체에 복수 마련함으로써, 1개의 기체에 대하여 복수의 기체를 접합하는 것으로 해도 된다.

이 평활면의 표면 조도는, 이 평활면에 후술하는 질화물의 접합막을 형성하는 경우에는, 형성된 접합막의 표면 조도를 산술 평균 높이 Sa(ISO 4287)에서 0.5nm 이하로 할 수 있는 평활면으로 형성하고, 또한, 표면 활성화 처리하여 전술한 접합막과 중첩시키는 경우에는, 기체의 평활면 자체를, 산술 평균 높이 Sa에서 0.5nm 이하로 형성한다.

기체의 평활면은, 접합막을 형성하기 전에 표면의 가스 흡착층이나 자연 산화층 등의 변질층이 제거되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들어 약액에 의한 세정 등에 의한 기지의 웨트 프로세스에 의해 전술한 변질층을 제거하고, 또한, 상기 변질층의 제거 후, 다시 가스 흡착 등을 방지하기 위하여 수소 종단화 등이 행하여진 기체를 적합하게 사용할 수 있다.

또한, 변질층의 제거는 전술한 웨트 프로세스에 한정되지 않고, 드라이 프로세스에 의해 행할 수도 있고, 진공 용기 중에 있어서의 희가스 이온의 봄버드 등에 의해 가스 흡착층이나 자연 산화층 등의 변질층을 역스퍼터링 등에 의해 제거할 수도 있다.

특히, 전술한 바와 같은 드라이 프로세스에 의해 변질층을 제거하는 경우, 변질층을 제거한 후, 후술하는 접합막을 형성할 때까지 동안에, 기체 표면에 가스 흡착이나 산화가 발생하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 이러한 변질층의 제거를, 후술하는 접합막을 형성하면 동일한 진공 중에 있어서 행함과 함께, 변질층의 제거에 계속하여 접합막을 형성하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 변질층의 제거를 초고순도의 불활성 가스를 사용하여 행하고, 변질층의 제거 후에 산화 등에 의해 변질층이 재형성되는 것을 방지한다.

또한, 기체는, 단결정, 다결정, 아몰퍼스, 유리 상태 등, 그 구조는 특별히 한정되지 않고 각종 구조의 것을 접합 대상으로 하는 것이 가능하지만, 2개의 기체의 한쪽에 대해서만 후술하는 접합막을 형성하고, 다른 쪽의 기체에 대해서는 접합막의 형성을 행하지 않고 양자의 접합을 행하는 경우에는, 이 접합막의 형성을 행하지 않는 다른 쪽의 기체의 접합면에는, 원자 확산을 발생시킬 수 있도록 적어도 표면에 미리 질화물의 박막, 바람직하게는 미결정 또는 아몰퍼스 구조의 질화물 박막을 형성하거나, 또는, 진공 용기 외에서 표면을 친수화 처리한 기체를 진공 용기 내에 투입함으로써, 또는, 접합막의 형성과 동일 진공 중에서, 기체 표면의 산화층이나 오염층을 건식 에칭에 의해 제거함으로써 활성화시킬 필요가 있다.

〔질화물 접합막〕

(1) 재질

(1-1) 재질 일반

질소와 그것보다 양성의 원소는, 희가스나 일부의 백금족 원소를 제외하고 대부분 모든 원소가 질화물을 형성하는 것이 알려져 있고, 이들의 질화물 중, 진공 중 및 대기 중에서 안정적으로 존재하는 질화물이라면, 그 재질에 한정은 없고, 본 발명의 원자 확산 접합에서 사용하는 접합막의 재질로 할 수 있다.

이러한 안정적으로 존재하는 질화물로서는, 제13 및 제14족 원소를 포함하는 질화물과, 전이 금속을 포함하는 질화물이 있고, 이들은 모두 본 발명에 있어서의 접합막이 될 수 있다.

또한, 한쪽의 기체, 및 다른 쪽의 기체의 양쪽에 전술한 질화물의 접합막을 형성하는 경우, 한쪽의 기체에 형성하는 접합막과, 다른 쪽의 기체에 형성하는 접합막의 재질을 다른 것으로 해도 된다.

(1-2) 제13 및 제14족 원소를 포함하는 질화물

전술한 질화물의 한쪽인, 제13 및 제14족 원소를 포함하는 질화물로서는, 주기율표에 있어서의 주기 2 내지 5의 제13족 및 제14족의 원소(B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn)에서 선택된 1개 이상의 원소를 포함하는 질화물을 들 수 있고, 예를 들어 이들의 원소와 질소(N)의 화합물을 들 수 있고, BN, AlN, Si₃N₄ 등의 질화물이 이것에 해당한다.

또한, 이들 2개 이상의 원소와 질소의 화합물을 사용하여 접합에 사용해도 된다. 예를 들어, AlN의 Al의 일부를 Si로 치환한 (Al-Si)N은, AlN의 우수한 열전도성을 유지하면서 큰 경도를 실현할 수 있는 것이 알려져 있다.

이들의 질화물은, 공유 결합성이 강한 화합물로, 원자가 규칙을 따른 화합물을 형성하기 쉽고, 열 및 기계적 성질에도 특색이 있기 때문에 기능성 재료로서의 용도가 넓어지고 있다.

특히, AlN이나 Si₃N₄는, 전기적으로는 절연체의 재료임에도 불구하고 금속에 가까운 열전도율을 갖는 점에서, 절연성 방열 기판 등에도 이용되고 있다.

(1-3) 전이 금속을 포함하는 질화물

전술한 질화물의 다른 쪽인 전이 금속을 포함하는 질화물로서, 주기율표의 주기 4의 제3 내지 12족의 원소(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn), 제5 및 6 주기의 제3 내지 6족의 원소〔Y, Zr, Nb, Mo, 란타노이드(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Td, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), Hf, Ta, W〕에서 선택된, 1개 이상의 원소를 포함하는 질화물을 들 수 있고, 이들의 원소와 질소(N)의 화합물인 TiN, CrN, MnN, Fe₃N 등이 이것에 해당한다.

또한, 전이 금속의 질화물의 대부분은, 금속 격자에 질소 원자가 침입하여 발생하는 침입형 화합물이고, 원인이 되는 금속 격자가 2개 이상의 원소에 의해 구성되어 있는 합금의 질화물이어도 된다. 예를 들어, Ti-Zr-N이나, Fe-Cr-N 등이다.

이 중, TiN이나 CrN 등은 큰 경도를 갖고, 우수한 내마모성·내열성 등을 갖고, 코팅 재료 등으로서도 널리 이용되고 있다.

이들의 질화물은, 금속 격자에 질소 원자가 침입하여 발생하는 침입형 화합물로, 조성이 원자가를 따르지 않고 화학식이 부정비가 되는 것도 있다.

(2) 접합막의 구조

접합막을 형성하는 원소의 조성은, 막 두께 방향 또는 면 내 방향으로 균일한 구조여도 되고, 또는, 막 두께 방향 또는 면 내 방향에서 변화시킨 조성 변조막이어도 되고, 나아가 다층 구조여도 된다.

특히, TiN, CrN 등의 전이 금속의 질화물은, 전술한 바와 같이 침입형 화합물의 형태를 취하는 점에서, 예를 들어 반응성 스퍼터링에 의해 성막할 때에, 반응성 가스인 질소의 도입량을 조정함으로써 질소와의 결합 상태를 용이하게 조정할 수 있고, 금속적인 성질로부터 질화물로서의 성질까지 예를 들어 막 두께 방향으로 연속적으로 변화시킬 수 있고, 이러한 질소의 조성 변조막이나 다층 구조를 갖는 접합막을 형성하는 것으로 해도 된다.

이와 같이, 막 두께 방향의 일부에 질소를 포함하지 않는, 또는 질소와의 결합 상태가 결핍된 상태의 질화물 막도, 본 발명에 있어서의 접합막에 포함할 수 있다.

이들의 질화물에 의해 형성되는 전술한 접합막은, 결정질 및 아몰퍼스의 어느 것이어도 되지만, 원자 확산이 발생하기 쉬운, 미결정 구조 또는 아몰퍼스 구조인 것이 바람직하다. 특히, 아몰퍼스 박막에서는, 결정질에서는 형성할 수 없는 조성이어도 비평형상태의 질화물막을 형성할 수 있기 때문에, 원자가 움직이기 쉬운 상태를 얻을 수도 있다.

또한, 이러한 접합막은, 접합 후에 있어서 접합 계면의 밀도가, 접합 전의 접합막의 밀도보다도 저하되는 경우가 있지만, 이러한 밀도의 저하는, 공학적으로 충분한 접합 강도가 얻어지는 한, 응용상, 문제는 없다.

이상에서 설명한 접합막을, 어떠한 조성의 질화물로 할지는, 공학적 응용상의 시점에서, 해당 응용 분야에서 요구되는 물성을 구비하는 것을 선택하는 것으로 해도 된다.

일례로서, 접합하는 기체 사이에 열전도가 필요해지는 용도에서의 접합이라면, 접합막을 구성하는 질화물로서 큰 열전도율을 갖는 것을 선택하고, 또한, 전파, 초음파 등을 응용한 전자 디바이스의 접합에 이용하는 경우에는, 적절한 경도나 전기 기계 계수 등을 갖는 질화물에 의해 접합막을 형성한다.

(3) 접합막의 표면 조도

접합하는 접합막끼리의 계면이나, 접합막과 다른 쪽의 기체 표과의 계면 사이에 있어서의 견고한 접합을 얻기 위해서는, 접합 계면에 있어서 일정 이상의 범위에서 원자가 확산할 필요가 있다.

접촉 계면에서 원자가 이동하여 충분한 강도로 접합하기 위해서는, 접합 계면에 있어서 결정질 구조의 단위포와 동일 정도 크기의 원자 확산이 필요하다고 생각되고, 접촉 계면에 있어서의 표면 조도는, 그것과 동등 이하인 것이 바람직하다.

하기의 표 3에, 대표적인 질화물의 결정 구조와 격자 상수를 나타내었다.

AlN 등의 대표적인 질화물의 장축 길이는 모두 0.5nm 정도이고, 접촉 계면에 있어서의 표면 조도를, 산술 평균 조도〔산술 평균 높이 Sa(ISO 4287)〕로 0.5nm 이하, 바람직하게는, 0.5nm보다도 충분히 작은 것으로 하고, 더욱 바람직하게는 상기 격자 상수의 수치 범위의 하한인 0.3nm 이하로 함으로써, 접합 계면을 원자 레벨에서 확실하게 접촉시키는 것이 가능하게 된다.

(4) 성막 방법

접합막의 성막 방법은, 진공 중에서 기체의 평활면에 접합막으로서 질화물의 박막을 형성할 수 있는 진공 성막법이라면 특별히 한정되지 않고, 기지의 각종 방법으로 성막 가능하다.

형성하는 접합막 중의 질소 결손이나 과포화 질소를 제어함으로써 막 내부의 결손을 증가시켜서 원자 이동도를 높임으로써 접합 성능을 높여도 되고, 이들을 제어하기 쉬운 스퍼터링법이나, 질소 플라스마(질소 라디칼)를 병용한 증착법 등은, 접합막의 성막 방법으로서 적합하게 채용할 수 있다.

또한, 이들의 성막 방법의 채용에 의해, 접합막의 표층의 수 원자층만을 이러한 결함이 많은 상태로 하도록 해도 된다.

스퍼터링법이나 질소 플라스마(질소 라디칼)를 병용한 증착법 등에 의해 접합막을 형성하는 경우, 질화물 타깃을 스퍼터하는 방법이나, 질화물의 고체를 증발시켜서 형성하는 방법으로 질화물의 접합막을 성막하는 것으로 해도 되고, 또는, Al, Si, Ti 등의 질화물 형성 원소를 포함하는 타깃을 스퍼터함과 함께, 반응성 가스로서 진공 용기 내에 도입한 질소를 반응시켜서 질화물인 접합막을 성막하는 반응성 스퍼터법 등의 방법으로 성막하는 것으로 해도 된다.

일반적으로, 스퍼터링이나 증착에 의해 접합막을 형성하는 경우, 막 두께가 증대함에 따라서 표면 조도도 증대하는 한편, 접합막의 표면 조도 증대는, 전술한 바와 같이 접합 강도를 저하시킨다.

따라서, 접합막의 표면 조도의 증대를 억제하기 위해, 스퍼터링에 의한 성막과 이온 에칭을 동시에 행하는 에너지·트리트먼트·스퍼터법(ETS법)을 사용한 성막은, 표면 조도가 작은 상태를 유지하면서 두꺼운 질화물 박막의 형성이 가능한 점에서, 접합막의 성막 방법, 특히 비교적 두꺼운 막 두께를 필요로 하는 접합막을 형성하는 경우에 적합하게 채용할 수 있다.

이 ETS법을 사용하여 성막하는 경우, 기체의 표면 조도가 큰 경우라도, 접합막을 표면 조도가 작은 두꺼운 막으로 형성할 수 있고, 접합 시에, 기체 표면을 고정밀도로 연마할 필요가 없어지는 등, 번잡한 공정을 일부 생략할 수 있는 등, 공업적인 이점도 크다.

(5) 진공도

접합막의 형성 시에 진공 용기 내에 불순물로서 존재하는 산소나 물, 탄소 등의 불순물 가스는, 형성하는 질화물 박막의 내부에 도입되어, 접합막의 물성을 열화시킨다.

또한, 형성된 접합막의 표면에, 진공 용기 내에 불순물로서 존재하는 산소나 물, 탄소 등의 불순물 가스가 흡착하면, 표면의 화학 상태를 안정화시켜 버려, 접합 계면에 있어서의 접합막 사이에 있어서의 원자의 상호 확산을 저해한다.

그 때문에, 진공 용기의 도달 진공도는, 잔류 기체의 평균 자유 행정이 진공 용기의 크기와 동일 정도가 되는 10^-1Pa보다도 100분의1 이하의 크기인 10^-3Pa보다도 우수한 것이 필요하다.

또한, 접합막의 표면으로의 가스 흡착을 억제하기 위해서는, 1 랭뮤어에 상당하는 10^-4Pa보다도 우수한 쪽이 더욱 좋고, 또한, 10^-6Pa 이하의 초고진공 환경에 있어서, 필요에 따라 아르곤이나 질소 등의 첨가 가스의 순도를 유지하면서 박막 형성과 접합을 행하는 쪽이, 더욱 좋고, 이상적이다.

(6) 형성하는 접합막의 막 두께

접합막을 구성하는 질화물의 물성을 갖게 하기 위해서, 최저라도 격자 상수와 동일 정도의 막 두께가 필요하고, 0.3nm 이상의 막 두께가 필요하다.

한편, 접합막에 절연성을 갖게 하는 경우 등에서는, 파괴 전압의 관점 등에서 두꺼운 박막이 요구되는 경우도 있다.

이 경우, 일반의 성막 방법으로 막 두께를 증가시키면 표면 조도가 증대하고, 접합 성능을 열화시켜 버리는 점에서, 전술한 ETS에 의한 방법에서는, 표면 조도가 작은 질화물 박막의 형성에 유용하다.

단, 5㎛ 이상의 접합막을 형성하기 위해서는 매우 긴 성막 시간이 필요해지고, 공업적으로는 성막하는 것이 어려워지기 때문에, 질화물 박막의 막 두께는, 바람직하게는 0.3nm 내지 5㎛이고, 보다 바람직하게는 0.5nm 내지 1㎛이다.

(7) 기타

또한, 본 발명의 원자 확산 접합법에서는, 접합할 한쪽의 기체의 평활면에만 접합막을 형성하고, 다른 쪽의 기체의 평활면은, 표면을 활성화하여, 이것에 접합막이 형성된 한쪽의 기체의 평활면을 중첩함으로써도 접합할 수도 있다.

이러한 접합 방법에 있어서, 다른 쪽의 기체 평활면의 활성화는, 진공 용기의 밖에서 평활면을 친수화 처리한 기체를 진공 용기 내에 투입함으로써 행하는 것이어도 되고, 또한, 접합막을 형성하는 것과 동일 진공 중에서, 다른 쪽의 기체 평활면에 발생한 산화층이나 오염층을 건식 에칭 등으로 제거함으로써 행하는 것이어도 된다.

또한, 활성화함으로써 전술한 접합막과의 접촉에 의해 표면이 원자 확산을 발생하기 쉬운 상태로 할 수 있는 기체라면, 다른 쪽의 기체의 재질은, 질화물에 한정되지 않고 산화물이나 Si 등의 반도체여도 되고, 그 재질은 한정되지 않는다.

이와 같이, 한쪽의 기체의 평활면에만 접합막을 형성하는 접합 방법을 사용함으로써, 접합막을, 접합하는 기체 사이의 전기적 절연이나, 기체 사이의 광학적인 특성의 조정을 위해 사용할 수도 있다.

실시예

이하에, 본 발명의 원자 확산 접합법에 의해 행한 접합 시험에 대하여 설명한다.

(1) 시험예 1(접합막으로서 AlN 박막을 사용한 접합)

(1-1) 시험 방법

전술한 질화물 중, 제13족 원소의 질화물에 의해 형성한 접합막에 의한 접합 시험예로서, AlN 박막을 사용하여 본 발명의 원자 확산 접합법에 의한 접합을 행하였다.

접합은, 모두 직경 2인치의 석영 웨이퍼끼리, 및 Si 웨이퍼끼리에 대하여 행하고, 석영 웨이퍼는, 접합면의 표면 조도를 산술 평균 높이 Sa(ISO 4287)에서 0.16nm, Si 웨이퍼는 접합면의 표면 조도를 산술 평균 높이 Sa에서 0.14nm으로서 행하였다.

접합막의 형성은, 도달 진공도가 1Х10^-6Pa 이하인 진공 용기 내에 접합 대상으로 하는 한 쌍의 웨이퍼를 세트하고, RF 마그네트론 스퍼터법으로 각각의 웨이퍼의 접합면에, 접합막으로서 AlN 박막을 형성하였다.

2매의 웨이퍼의 각각에 접합막으로서 AlN 박막을 형성한 후, 계속해서, 동일 진공 중에서 2매의 웨이퍼에 형성된 접합막끼리를, 가열하지 않고 약 1MPa의 압력으로 10초간 중첩하여 접합하였다.

석영 웨이퍼끼리의 접합, Si 웨이퍼끼리의 접합 각각에 대해서, 접합막의 막 두께를, 편측당 1nm, 2nm, 5nm, 10nm, 15nm, 20nm로 변화시켜서, 막 두께의 변화에 대한, AlN 박막(접합 전)의 표면 조도의 변화를 원자간력 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)을 사용하여 측정함과 함께, 각 막 두께의 AlN 박막을 사용하여 접합을 행하고, 접합 후, 미가열 상태의 것, 100℃, 200℃의 각 온도에서 5분간, 대기 중에서 열처리를 행한 것을 각각 샘플로서 제작하였다.

상기 각 접합 조건에서 접합한 각각의 샘플에 대하여, 접합 강도(접합 계면의 표면 자유 에너지) γ의 크기를, 「블레이드법」으로 측정하였다.

이 「블레이드법」은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 2매의 기체의 접합 계면에 블레이드를 삽입했을 때의 블레이드 선단으로부터의 박리 길이 L에 기초하여 접합 강도(접합 계면의 표면 자유 에너지) γ를 평가하는 것으로, 접합 강도 γ는, 다음 식으로 표시된다 〔M.P. Maszara. G. Goetz. A. Cavigila and J. B. McKitterick: J. Appl. Phys.64(1988) 4943〕.

γ=3/8×Et³y²/L⁴

여기에서, E는 웨이퍼의 영률, t는 웨이퍼의 두께, y는 블레이드의 두께의 1/2이다.

(1-2) 시험 결과

(1-2-1) 접합 강도의 측정 결과

상기 접합 시험 중, 석영 웨이퍼(Sa=0.16nm)끼리를 접합하여 얻은 샘플의 접합 강도(접합 계면의 자유 에너지) γ를 측정한 결과를 도 1의 (A)에, AlN 박막의 막 두께 변화에 대한 표면 조도 Sa의 변화를 도 1의 (B)에 각각 도시한다.

접합 강도 γ는, 접합 후, 비가열의 상태에서, 또한, 접합막의 두께가 1nm 및 2nm의 경우라도, 약 2J/㎡라고 하는 큰 값을 나타내고 있고, 충분한 접합 강도 γ가 얻어지고 있는 것이 확인되고 있다.

또한, 접합막의 막 두께를 5nm, 10nm로 한 샘플에서는, 비가열의 것에 있어서도 접합 강도 γ는 3J/㎡를 초과하고 있고, 접합막의 막 두께가 1nm, 2nm인 경우에 비교하여 접합 강도 γ의 증대가 보였다.

그러나, 막 두께가 10nm보다도 더 커지면 접합 강도 γ의 저하가 확인되었다.

한편, 표면 조도 Sa의 값은, 막 두께의 증가에 따라 증가하고 있는 점에서, 막 두께가 10nm보다도 커지면 접합 강도 γ가 저하되는 원인은, 이 표면 조도의 증가에 기인하는 것으로 생각된다. 접합 후에 가열을 행한 샘플에서는, 100℃, 200℃의 어느 온도 조건에서 가열한 것도 접합 강도 γ의 증대가 보이고, 접합막의 막 두께 1nm에서의 비교에 있어서, 비가열의 경우에 비교하여, 100℃의 가열에서는 약 1.25배, 200℃의 가열에서는 약 1.5배의 접합 강도 γ의 증가가 얻어지고 있다.

또한, 200℃에서 가열한 것에서는, 막 두께가 5nm이고 접합 강도 γ는 4.2J/㎡에나 달하고 있어, 극히 견고한 접합이 행하여지고 있는 것이 확인되었다.

또한, 막 두께 15, 20nm의 샘플에 있어서도 열처리에 의해 접합 강도 γ의 상승이 확인되고 있다.

도 2에, 막 두께 5nm 및 15nm의 AlN 박막을 사용하여, 표면 조도 Sa가 0.14nm인 Si 웨이퍼를 마찬가지의 방법으로 접합한 결과를 도시하였다.

Si 웨이퍼끼리를 접합한 예에서는, 석영 기판을 접합한 경우보다도 더 높은 접합 강도 γ가 측정되고, 비가열의 샘플이어도, 막 두께 5nm, 15nm의 어느 접합막을 사용하여 접합한 것도 접합 강도 γ는 4.7J/㎡에 달하고 있었다.

또한, 200℃ 열처리 후에는, 막 두께 20nm에서도 2.8J/㎡라고 하는 큰 값이 되었다.

이상의 결과로부터, 접합막으로서 AlN 박막을 사용한 접합에서는, 석영 웨이퍼, Si 웨이퍼의 어느 기체를 접합한 경우라도, 가열의 유무에 무관하게, 어느 막 두께의 접합막을 사용한 경우에 있어서도 높은 접합 강도 γ가 얻어지는 것이 확인되었다.

(1-2-2) 접합 상태의 확인 결과

도 3의 (A)에, 편측당 막 두께 5nm의 AlN 박막을 접합막으로서 Si 웨이퍼(Sa=0.14nm)끼리를 접합한 비가열의 샘플 단면 TEM 사진을 도시한다.

도 3의 (A)에 있어서, Si 웨이퍼와 접합막(AlN 박막) 사이에 보이는 층은, Si 웨이퍼 표면의 Si의 자연 산화층이다.

도 3의 (A)에 도시하는 단면에 있어서, 2개의 접합막(AlN 박막) 사이에 원래 존재하고 있었던 접합 계면은 완전히 소실되어 있고, 이것은 큰 접합 강도에서 접합되고 있는 것을 뒷받침하고 있다.

또한, 접합막(AlN 박막) 내에는 결정 격자의 존재가 관찰되고 있어, 접합막(AlN 박막)이 결정질의 박막인 것이 확인되고 있다.

또한, 도 3의 (A) 중에, 파선의 원으로 둘러싼 (a) 및 (b)의 부분에 있어서의 격자상을 FFT 해석한 결과를 도 3의 (B)에 도시한다.

도 3의 (B)의 결과로부터, 이 접합막(AlN 박막)에서는, 1/2면 간격이 약 2.4nm의 결정 격자가 막면에 평행하게 배향하고 있는 것을 알 수 있고, 이 측정값은, 육방정계의 우르트 구조의 질화알루미늄(AlN)의 c면의 면 간격(표 3 참조c=0.498nm)에 대응하고 있다.

이것으로부터, 접합막이 육방정계의 우르트 구조의 결정 배향을 갖는 AlN의 막인 것을 알 수 있고, 또한, 접합막끼리의 접촉 계면에서는 원자 확산에 의한 원자 재배열이 발생하고 있는 것으로 생각된다.

(1-3) 고찰

이상의 결과로부터, 종래, 원자 확산 접합에 사용할 수 없다고 생각되고 있었던 질화물의 접합막을 사용한 경우라도, 실온에서 원자 확산을 수반한 견고한 접합을 행할 수 있는 것이 확인되었다.

게다가, 접합막을 산화물에 의해 형성하는 경우에는, 접합막을 아몰퍼스 구조로 할 필요가 있었던 것에 비해, 질화물에 의해 접합막을 형성하는 경우에는, 결정질의 박막 형성에 의해서도 원자 확산이나, 원자 확산에 수반하는 재결정을 수반하는 접합이 가능한 것, 따라서, 질화 등 되어 있지 않은 금속에 의해 접합막을 형성한 경우와 마찬가지의 조건에서 원자 확산 접합법에 의한 접합을 행할 수 있는 것이 확인되었다.

(2) 시험예 2(접합막으로서 BN 박막을 사용한 접합)

(2-1) 시험 방법

전술한 질화물 중, 제13족 원소의 질화물인 BN 박막을 사용하여 본 발명의 원자 확산 접합법에 의한 접합을 행하였다.

접합 대상으로서, 접합면을 시험예 1과 마찬가지인 표면 조도로 한 직경 2인치의 석영 웨이퍼끼리를, 형성하는 접합막의 질화물을 변경한 점을 제외하고, 시험예 1과 마찬가지의 방법으로 접합하였다.

접합막의 막 두께를, 편측당 0.3, 0.5, 1, 2, 5nm로 변화시켜서, 막 두께의 변화에 대한, BN 박막(접합 전)의 표면 조도의 변화를 원자간력 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)을 사용하여 측정함과 함께, 접합 후, 미가열의 상태의 것, 100℃, 200℃, 300℃의 각 온도에서 5분간, 대기 중에서 열처리를 행한 것을 각각 샘플로서 제작하였다.

상기에서 얻은 각 샘플에 대하여, 접합 강도(접합 계면의 표면 자유 에너지) γ의 크기를, 시험예 1과 마찬가지로 「블레이드법」으로 측정하여 평가하였다.

(2-2) 시험 결과

각 샘플의 표면 조도 Sa와 접합 강도 γ를 측정한 결과를, 표 4에 나타낸다.

(2-3) 고찰

BN 박막의 표면 조도 Sa는, 막 두께가 0.3, 0.5, 1, 2nm에 있어서 0.13nm였지만, 막 두께가 5nm에서는 0.15nm로 근소하게 증가하였다.

AlN 박막을 접합막으로 한 시험예와 마찬가지로, BN 박막을 접합막으로 한 접합 시험에 있어서도, 접합을 행할 수 있는 것이 확인되었다.

BN 박막을 접합막으로서 접합을 행한 샘플에 있어서, 비가열의 상태에서의 접합 강도 γ는, 막 두께가 0.3nm에 있어서 0.16J/㎡, 그 이외의 막 두께에서 약 0.1J/㎡였다. 시험예 1에서 사용한 AlN 박막을 접합막으로 한 샘플 정도가 높은 접합 강도 γ는 얻어지지 않기는 하지만, 접합 계면에 있어서의 원자 확산을 수반한 접합을 실시할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 이 접합 강도 γ는 열처리에 의해 증가하고, 300℃의 열처리 후에는 0.6J/㎡전후로까지 증가하고 있어, 열처리에 의해 접합 강도를 증가시킬 수 있다.

(3) 시험예 3(접합막으로서 Si₃N₄ 박막을 사용한 접합)

(3-1) 시험 방법

전술한 질화물 중, 제14족 원소의 질화물인 Si₃N₄ 박막을 사용하여 본 발명의 원자 확산 접합법에 의한 접합을 행하였다.

접합 대상으로서, 접합면을 시험예 1과 마찬가지의 표면 조도로 한 직경 2인치의 석영 웨이퍼끼리, 및 Si 웨이퍼끼리를, 형성하는 접합막의 질화물을 변경한 점을 제외하고, 시험예 1과 마찬가지의 방법으로 접합하였다.

석영 웨이퍼끼리의 접합, Si 웨이퍼끼리의 접합의 모두, 접합막의 막 두께를, 편측당 5nm로 하고, 접합 후, 미가열의 상태의 것, 100℃, 200℃, 300℃의 각 온도에서 5분간, 대기 중에서 열처리를 행한 것을 각각 샘플로서 제작하였다.

(3-2) 시험 결과

각 샘플의 접합 강도 γ를 측정한 결과를, 표 5에 나타낸다.

또한, 도 4에, 편측당 막 두께 5nm의 Si₃N₄ 박막을 사용하여 Si 웨이퍼를 접합한 샘플(접합 후, 300℃에서 열처리한 것)의 단면 TEM 사진을 도시한다.

(3-3) 고찰

AlN 박막을 접합막으로 한 시험예와 마찬가지로, Si₃N₄ 박막을 접합막으로 한 접합 시험에 있어서도, 석영 웨이퍼, Si 웨이퍼의 어느 것 모두에 접합을 행할 수 있는 것이 확인되었다.

Si₃N₄ 박막을 접합막으로서 접합을 행한 샘플에 있어서, 비가열의 상태에서의 접합 강도 γ는, 석영 웨이퍼끼리의 접합으로 0.4J/㎡, Si 웨이퍼끼리의 접합으로 0.33J/㎡가 되고 있어, 시험예 1에서 사용한 AlN 박막을 접합막으로 한 샘플 정도의 높은 접합 강도 γ는 얻어지지 않기는 하지만, 접합 계면에 있어서의 원자 확산을 수반한 접합을 실시할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 이 접합 강도 γ는 열처리에 의해 증가하고, 300℃의 열처리 후에는, 석영 웨이퍼끼리의 접합으로 1.21J/㎡, Si 웨이퍼끼리의 접합으로 1.53J/㎡로까지 증대하고 있어, 높은 접합 강도가 필요한 용도에 사용하는 경우, 열처리에 의해 대응 가능하다.

도 4의 TEM 사진에 있어서, Si 기판과 Si₃N₄ 박막 사이에는, Si 기판 표면의 Si의 자연 산화층이 존재하고 있다. Si₃N₄ 박막의 접합 계면이 밝게 보이고 있어, 접합 계면의 밀도가 Si₃N₄ 박막 내부보다도 낮은 것을 나타내고 있지만, 간극 없이 접합할 수 있다.

또한, Si₃N₄ 박막에는 격자 줄무늬 등은 확인되지 않고, 구조는 아몰퍼스였다.

(4) 시험예 4(접합막으로서 TaN 박막을 사용한 접합)

(4-1) 시험 방법

전술한 질화물 중, 전이 금속의 질화물(침입형 질화물)에 의해 형성한 접합막을 사용한 접합 시험예로서, TaN 박막을 접합막으로서 사용한 접합을 행하였다.

접합 대상으로서, 접합면을 시험예 1과 마찬가지의 표면 조도로 한 직경 2인치의 석영 웨이퍼끼리를, 형성하는 접합막을 TaN 박막으로 변경한 점을 제외하고, 시험예 1과 마찬가지의 방법으로 접합하였다.

접합막의 막 두께를, 편측당 2nm, 5nm, 10nm, 20nm, 30nm, 50nm로 변화시켜서, 막 두께의 변화에 대한, TaN 박막(접합 전)의 표면 조도의 변화를 원자간력 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)을 사용하여 측정함과 함께, 각 막 두께의 TaN 박막을 사용하여 접합을 행하고, 접합 후, 미가열의 상태의 것, 100℃, 200℃, 300℃의 각 온도에서 5분간, 대기 중에서 열처리를 행한 것을 각각 샘플로서 제작하였다.

상기 각 접합 조건에서 접합한 각각의 샘플에 대하여, 접합 강도(접합 계면의 표면 자유 에너지) γ의 크기를, 전술한 「블레이드법」으로 측정하였다.

(4-2) 시험 결과

표면 조도 Sa와 접합 강도 γ의 측정 결과를 표 6에 나타낸다.

또한, 도 5에, 막 두께 5nm의 TaN 박막을 사용하여 Si 웨이퍼를 접합한 샘플(비가열)의 단면 TEM 사진을 도시한다.

(4-3) 고찰 등

TaN은 막에서는, 막 두께의 증가에 수반하는 표면 조도 Sa의 증가는 작고, 막 두께 30nm에서도 0.16nm에 머무르고 있고, 막 두께가 50nm에서도 0.19nm였다.

접합 강도 γ는, 막 두께 2nm, 5nm에서는, 비가열의 상태에서 이미 블레이드법으로 접합 강도 γ를 측정할 수 없는 강도(무리하게 측정하려고 하면 석영 웨이퍼가 파단하는 강도, 즉, 석영의 파단 강도를 초과하는 접합 강도)에서의 접합이 얻어지고 있고, 막 두께 10nm, 20nm, 30nm의 접합 강도 γ는, 접합 후, 비가열의 상태라도 3J/㎡에 가까운 값이 얻어지고 있고, 열처리 온도의 증가에 수반하여 접합 강도 γ는 증대하였다.

막 두께 10nm 및 30nm에서는, 각각, 300℃ 및 200℃ 이상의 열처리 후에는 블레이드법에 의해 평가할 수 없는 높은 접합 강도(석영의 파단 강도를 초과하는 접합 강도)가 되었다.

막 두께 50nm의 접합 강도 γ는, 30nm 이하의 접합 강도 γ에 비교하면 낮게 되어 있지만, 미가열에서도 2.31J/㎡이고, 300℃의 열처리 후에는, 3.94J/㎡에 달하였다.

이렇게, TaN 박막을 사용한 접합예에서는, 2 내지 50nm의 넓은 막 두께 범위에 있어서 고강도로 접합할 수 있는 것이 확인되고 있지만, 그 요인은, 접합 전의 TaN 박막의 표면 조도 Sa가 막 두께의 증가에 의해서도 작은 값을 유지하고 있기 때문이다.

도 5에 도시한 SEM상으로부터, Si 웨이퍼와 TaN 박막 사이에 희게 보이는 층은 Si 웨이퍼의 표면에 발생한 Si 산화물의 층이다.

TaN 박막끼리의 접합 계면이 여기저기에서 밝게 보이고 있고, 접합 계면의 밀도가 TaN 박막 내부보다도 약간 낮은 것을 나타내고 있기는 하지만, TaN 박막의 접합 계면은 간극 없이 접합할 수 있다.

또한, TaN 박막은 아몰퍼스 구조였다. 결정질의 TaN은 원자 최밀 구조인 육방정 구조를 갖고 있기 때문에, 아몰퍼스화해도 원자의 공간 밀도가 높게 유지되고 있는 것으로 추정되고, 이것이, TaN 박막의 표면 조도 Sa를 낮게 유지함과 함께, TaN 박막 표면의 원자 확산 성능을 높게 유지하고, TaN 박막의 우수한 접합 성능에 결부되어 있는 것으로 추정된다.

(5) 시험예 5(접합막으로서 TiN 박막을 사용한 접합)

(5-1) 시험 방법

전술한 전이 금속의 질화물(침입형 질화물)에 의해 형성한 접합막을 사용한 접합 시험예로서, 또한, TiN 박막을 접합막으로서 사용한 접합을 행하였다.

접합 대상으로서, 접합면을 시험예 1과 마찬가지의 표면 조도로 한 직경 2인치의 석영 웨이퍼끼리를, 형성하는 접합막을 TiN 박막으로 변경한 점을 제외하고, 시험예 1과 마찬가지의 방법으로 접합하였다.

접합막의 막 두께를, 편측당 1nm, 2nm로 변화시켜서, 막 두께의 변화에 대한, TiN 박막(접합 전)의 표면 조도의 변화를 원자간력 현미경(AFM)을 사용하여 측정함과 함께, 각 막 두께의 TiN 박막을 사용하여 접합을 행하고, 접합 후, 미가열의 상태의 것, 300℃에서 5분간, 대기 중에서 열처리를 행한 것을 각각 샘플로서 제작하였다.

상기 각 접합 조건에서 접합한 각각의 샘플에 대하여 접합 강도(접합 계면의 표면 자유 에너지) γ의 크기를, 전술한 「블레이드법」으로 측정하였다.

(5-2) 시험 결과

표면 조도 Sa와 접합 강도 γ의 측정 결과를 표 7에 나타낸다.

(5-3) 고찰 등

TiN 박막에서는, 접합 후, 비가열의 접합 강도 γ는, 막 두께 1nm에서는 0.44J/㎡였지만, 막 두께 2nm에서는 0.09J/㎡로 저하되었다.

접합 강도 γ는, 300℃의 열처리에 의해 증가하고, 막 두께 1nm, 2nm에서, 각각, 0.63J/㎡, 0.45J/㎡로까지 상승하였다.

TiN 박막은 아몰퍼스 구조이지만, 결정질의 TiN의 구조는 원자의 공간 밀도가 낮은 NaCl형 구조이고, 아몰퍼스화해도 원자의 공간 밀도가 낮은 것으로 추정된다. 그 때문에, 동일한 전이 금속의 질화물인 TaN에 비하여 원자의 표면 확산 성능이 낮고, 접합 성능도 낮은 것으로 추정된다.

Claims

진공 용기 내에 있어서, 평활면을 갖는 2개의 기체(基體) 각각의 상기 평활면에 질화물을 포함하는 접합막을 형성함과 함께, 상기 2개의 기체에 형성된 상기 접합막끼리가 접촉하도록 상기 2개의 기체를 중첩함으로써, 상기 접합막의 접합 계면에 원자 확산을 발생시켜서 상기 2개의 기체를 접합하는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
진공 용기 내에 있어서, 한쪽의 기체의 평활면에 질화물을 포함하는 접합막을 형성함과 함께, 적어도 표면에 질화물의 박막을 갖는 평활면을 구비한 다른 쪽의 기체의 상기 평활면에, 상기 한쪽의 기체에 형성된 상기 접합막이 접촉하도록 상기 한쪽, 다른 쪽의 2개의 기체를 중첩함으로써, 상기 접합막과 상기 다른 쪽의 기체의 상기 평활면의 접합 계면에 원자 확산을 발생시킴으로써 상기 2개의 기체를 접합하는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
진공 용기 내에 있어서, 한쪽의 기체의 평활면에 질화물을 포함하는 접합막을 형성함과 함께, 활성화 처리한 평활면을 구비한 다른 쪽의 기체의 상기 평활면에, 상기 한쪽의 기체에 형성된 상기 접합막이 접촉하도록 상기 한쪽, 다른 쪽의 2개의 기체를 중첩함으로써, 상기 접합막과 상기 다른 쪽의 기체의 상기 평활면의 접합 계면에 원자 확산을 발생시킴으로써 상기 2개의 기체를 접합하는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 계면에 원자 확산에 수반하는 원자 재배열을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합막의 표면의 산술 평균 조도를 0.5nm 이하로 한 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기체의 중첩을, 상기 기체를 가열하지 않고 행하는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기체를 중첩할 때의 상기 기체의 온도를, 실온 이상 400℃ 이하의 범위에서 가열하여 원자 확산을 촉진시키는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합막의 형성 및/또는 상기 기체의 중첩을, 도달 진공 압력이 1×10^-3Pa 내지 1×10^-8Pa의 진공 용기 내에서 행하는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합막의 형성과, 상기 기체의 중첩을 동일 진공 중에서 행하는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합막을, 주기율표의 주기 2 내지 5에서 제13 및 14족 원소 군에서 선택된 1개 이상의 원소를 포함하는 질화물에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합막을, 주기율표의 주기 4에서 제3 내지 12족 원소 군, 및 주기 5 내지 6에서 제3 내지 6족 원소 군에서 선택된 1개 이상의 원소를 포함하는 질화물에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합막의 막 두께를 0.3nm 내지 5㎛로 한 것을 특징으로 하는, 원자 확산 접합법.
제1 기체와,
상기 제1 기체와 대향 배치된 제2 기체와,
상기 제1 기체와 상기 제2 기체 사이에 마련되고, 상기 제1 기체에 적층된 질화물을 포함하는 제1 접합막과, 상기 제2 기체에 적층된 질화물을 포함하는 제2 접합막으로 구성된 중간층을 구비하고,
상기 중간층의 상기 제1 접합막과 상기 제2 접합막 사이에 원자 확산이 발생한 계면을 갖는 것을 특징으로 하는, 접합 구조체.
제1 기체와,
상기 제1 기체와 대향 배치된 제2 기체와,
상기 제1 기체와 상기 제2 기체 사이에 마련되고, 상기 제1 기체에 적층된 질화물을 포함하는 접합막으로 구성된 중간층을 구비하고,
상기 중간층과 상기 제2 기체 사이에 원자 확산이 발생한 계면을 갖는 것을 특징으로 하는, 접합 구조체.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 접합 구조체의 상기 중간층의 두께를, 0.3nm 내지 10㎛로 한 것을 특징으로 하는, 접합 구조체.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간층의 질화물을 구성하는 재료가, 상기 제1 기체 또는 상기 제2 기체를 구성하는 재료와 다른 것을 특징으로 하는, 접합 구조체.