接合装置及接合方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种接合装置及接合方法，所述接合装置是将在基材的表面上具有金属接合部的被接合物彼此接合起来的装置，具有：清洗机构，在减压条件下对金属接合部的表面照射等离子体，所述等离子体所具有的能量为可在金属接合部的整个接合表面上蚀刻出１．６ｎｍ以上的深度的能量以上；接合机构，在大气中将从该清洗机构取出的被接合物的金属接合部彼此接合。通过采用特定的方法，可以将等离子体清洗后的金属接合部在大气中使其彼此接合，从而实现接合工序的大幅简化、装置整体的简洁化以及成本下降。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将芯片、晶片、各种电路基板等、在基材的表面上具有金属接合部的被接合物彼此接合起来的。
技术介绍
作为将具有接合部的被接合物彼此接合的方法，在日本国特许第2791429号公报中公开了以下的硅晶片的接合方法在将硅晶片的接合面彼此接合之际，在接合之前，在室温的真空条件下用非活性气体离子束或非活性气体高速原子束对其照射来进行溅射蚀刻。在该接合法中，利用上述的射束来去掉硅晶片的接合面上的氧化物或有机物等，在表面上形成了活性化的原子，通过原子间的高结合力来使其表面之间接合起来。因此，在该方法中，基本上不需要加热来进行接合，仅通过使活性化的表面彼此接触，即可在常温或与其接近的低温下进行接合。可是，在该接合法中，蚀刻后的接合面彼此的接合必须在真空且维持表面活性化的状态下进行。因此，从由上述射束所进行的表面清洗开始到接合为止，都必须保持在规定的真空状态，特别是用于接合的机构的至少一部分必须构成在可保持规定的真空度的腔室内，所以密封机构非常复杂，装置整体大型化且成本提高。此外，若要将由上述射束所进行的表面清洗、与接合的工序两者分开而在不同场所进行，则需要在两场所之间保持规定的真空状态，并需要在保持着该真空状态的状态下将被接合物从清洗场所输送到接合场所的机构，实际工作中的装置设计变得很难，并且进一步导致装置的大型化。
技术实现思路
于是，本申请的专利技术人鉴于上述问题，对为了最大限度地确保利用上述接合面的表面活性化所进行的接合的优点、且特别谋求接合阶段的简洁化进行了潜心研究及实验，成功地实现了可以在大气中进行被接合物的金属接合部彼此的接合。即、本专利技术的目的在于通过特定的方法来清洗被接合物的金属接合部、并且在大气中进行清洗后的接合，特别是在于谋求接合工序的简洁化、装置整体的简洁化、以及成本降低。为了实现上述目的，本专利技术的接合装置是将在基材的表面上具有金属接合部的被接合物彼此接合起来的装置，具有清洗机构，在减压条件下对前述金属接合部的表面照射等离子体，所述等离子体所具有的能量为可在前述金属接合部的整个接合表面上蚀刻出1.6nm以上的深度的能量以上；接合机构，在大气中将从清洗机构取出的被接合物的金属接合部彼此接合。优选地，在该接合装置中，上述接合机构具有加热机构，由在180℃以下、优选地为小于150℃的温度下对金属接合部彼此进行接合的机构构成。虽然希望不进行加热而可在常温下接合，但考虑到通过加热可使用于接合的原子更加活泼，且接合面变得更软，可更加良好地闭合接合面间的微小间隙，所以优选地同时采用加热方法来进行接合。其中，例如即使要进行加热，也在180℃以下、优选地为小于150℃的温度下进行加热即可，所以装置的负担较小。即、在低温下接合金属的一般例子是焊锡，需要加热到焊锡的熔点即183℃以上，但在本专利技术中，可以在其以下的(在180℃以下、优选地为小于150℃)温度下进行接合。特别是，在金属接合部为金的情况下，可以进行100℃以下的接合。此外，优选地，在该接合装置中，接合的两金属接合部的表面都由金构成。虽然也可以由金等来构成形成金属接合部的整个电极等，但也可仅由金构成表面。用于以金来构成表面的方式没有特别的限定，可以采用镀金方式或者通过溅射或蒸镀等形成金薄膜的方式。在本专利技术的接合装置中，上述清洗机构由照射等离子体的机构构成，在等离子体照射中，其能量为可以在金属接合部的整个接合表面上蚀刻出1.6nm以上的深度的能量以上。通过以这样的蚀刻能量以上来照射等离子体，可以进行在大气中对金属接合部彼此进行接合所需的表面蚀刻。作为清洗机构，Ar等离子体照射机构比较合适，其可以容易地控制等离子体强度且在需要的部位高效地产生规定的等离子体。优选地，作为上述接合机构，由使金属接合部彼此结合时的间隙的离散最大为4μm以下的机构构成。如果间隙的离散在4μm以下，则可以抑制在以适当的接合载荷进行金属接合部彼此的接合所需的间隙的离散以下。另外，优选地，作为上述接合机构，由以下机构构成通过施加适当的接合载荷，使至少一个的金属接合部的接合后的表面粗糙度为10nm以下。若使表面粗糙度为10nm以下，则可以在低温下、例如常温下进行接合。又，要实现这样的10nm以下的接合后的表面粗糙度，需要预先使接合前的表面粗糙度不要过大，例如，优选地，预先使至少一个金属接合部的接合前的表面粗糙度为100nm以下。作为接合载荷，优选地控制在适于实用的值以下，这是为了使得不会发生突起的损害或在突起上产生过大的变形，尤其是为了不会对突起下的电路造成不良影响。即、上述接合机构优选地由以例如300Mpa以下的接合载荷对金属接合部彼此进行接合的机构构成。一般来说，考虑到半导体电路所能承受的应力为300Mpa，所以将接合载荷设为300Mpa以下，这样可以避免上述问题的产生。此外，在金属接合部彼此的接合之际，为了使表面彼此良好地紧贴，优选地使金属接合部的表面硬度为维氏硬度Hv100以下。例如，优选地使表面硬度Hv在30～70的范围内(例如，平均Hv为50)。通过预先达到这样的低硬度，在施加接合载荷时，金属接合部的表面适当地变形，能进行更紧密的接合。又，在本专利技术的接合装置中，为了在接合面的规定区域的整个面上实现规定的电气连接，接合时的良好的平行度是很重要的条件。因此，优选地，作为上述接合机构，由可将金属接合部彼此接合时的、基材间的接合区域中的平行度调整到4μm以下(最大为4μm以下)的机构构成。在至少一个金属接合部由多个突起形成的情况下，突起高度的离散优选地在4μm以下(最大为4μm以下)。由此，如前所述，可以将金属接合部彼此接合时的间隙的离散控制在最大4μm以下。本专利技术的接合方法由具有以下特征的方法构成对在基材的表面上具有金属接合部的被接合物彼此进行接合之际，在减压条件下，以在前述金属接合部的整个接合表面上蚀刻出1.6nm以上的深度的方式对前述金属接合部的表面进行等离子体处理，其后在大气中将金属接合部彼此接合。优选地，在该接合方法中，也在180℃以下、优选地为小于150℃的温度下对金属接合部彼此进行接合。又，可以采用对表面都由金构成的金属接合部彼此进行接合的方式。此外，在上述等离子体处理中，为了进行将金属接合部在大气中彼此接合所需的表面蚀刻，在金属接合部的整个接合表面上蚀刻出1.6nm以上的深度。作为等离子体处理，采用Ar等离子体处理。又，优选地，在金属接合部彼此接合时，使金属接合部之间的间隙的离散在4μm以下。进而，优选地，使至少一个金属接合部的接合后的表面粗糙度为10nm以下。优选地，使至少一个金属接合部的接合前的表面粗糙度为100nm以下。关于接合载荷，优选地以300Mpa以下的接合载荷对金属接合部彼此进行接合。优选地，使金属接合部的表面硬度为维氏硬度Hv100以下。进而，优选地，使金属接合部彼此接合时的、基材间的接合区域中的平行度为4μm以下。在至少一个金属接合部由多个突起形成的情况下，突起高度的离散优选地在4μm以下。本专利技术还提供通过上述的接合方法而制作的接合体。即、本专利技术的接合体是在基材的表面上具有金属接合部的被接合物彼此的接合体，在减压条件下，以在前述金属接合部的整个接合表面上蚀刻出1.6nm以上的深度的方式对前述金属接合部的表面进行等离子体处理，其后在大气中将金属接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接合装置，是将在基材的表面上具有金属接合部的被接合物彼此接合起来的装置，其特征在于，具有：清洗机构，在减压条件下对前述金属接合部的表面照射等离子体，所述等离子体所具有的能量为可在前述金属接合部的整个接合表面上蚀刻出１．６ｎｍ以上的深度的能量以上；接合机构，在大气中将从该清洗机构取出的被接合物的金属接合部彼此接合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：须贺唯知，伊藤寿浩，山内朗，
申请(专利权)人：须贺唯知，东丽工程株式会社，冲电气工业株式会社，三洋电机株式会社，夏普株式会社，索尼株式会社，株式会社东芝，富士通株式会社，松下电器产业株式会社，罗姆股份有限公司，株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]