[發(fā)明專(zhuān)利]金屬接合方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180003586.1
• 申請(qǐng)日: 2011-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102665997A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊藤浩一;岡山芳央
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 三洋電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): B23K20/00
• 分類(lèi)號(hào): B23K20/00;B23K20/24;H01L21/60
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 岳雪蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬接合方法，進(jìn)一步具體涉及銅與銅的接合方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體芯片的元件電極表面、構(gòu)成配線(xiàn)基板的配線(xiàn)層等中，作為導(dǎo)電性材料廣泛使用銅。目前，作為將半導(dǎo)體芯片的元件電極等第二被接合部件與配線(xiàn)基板的配線(xiàn)層等第一被接合部件電連接的金屬接合方法，已知有使用焊料對(duì)接合面進(jìn)行焊料接合的方法、將接合面加熱到高溫并在加壓下接合的方法、在真空中通過(guò)離子照射等使接合面活化而接合的方法等。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：特開(kāi)2003-100811號(hào)公報(bào)

在使用焊料將銅彼此接合的方法中，在銅與焊料的接合界面產(chǎn)生Cu-SN合金。Cu-SN合金由于電阻較大且缺乏延展性，因此存在接合部分的電特性及連接可靠性降低的課題。在將接合面加熱到高溫并通過(guò)加壓來(lái)接合的方法中，可能對(duì)配線(xiàn)基板及半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生加熱和加壓引起的損傷。另外，在真空中使接合面活化而接合的方法中，需要真空裝置等大規(guī)模的設(shè)備，因此增加成本是不可避免的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是鑒于所述課題而研發(fā)的，其目的在于提供能夠確保連接可靠性的同時(shí)在較低溫度下通過(guò)簡(jiǎn)單的方法接合銅彼此的技術(shù)。

本發(fā)明的一實(shí)施方式為金屬接合方法。該金屬接合方法的特征在于，包括：準(zhǔn)備具有第一基體材料部和第一覆膜部的第一被接合部和具有第二基體材料部和第二覆膜部的第二被接合部的工序，第一基體材料部由以銅為主成分的金屬構(gòu)成，第一覆膜部由以覆蓋第一基體材料部表面的氧化銅為主成分的氧化物構(gòu)成，第二基體材料部由以銅為主成分的金屬構(gòu)成，第二覆膜部由以覆蓋第二基體材料部表面的氧化銅為主成分的氧化物構(gòu)成；在第一覆膜部和第二覆膜部之間填充溶液，使得在第一被接合部的最表面及第二被接合部的最表面，分別露出以第一基體材料部的銅為主成分的金屬及以第二基體材料部的銅為主成分的金屬的工序，在該溶液中熔析以第一覆膜部的氧化銅為主成分的氧化物及以第二覆膜部的氧化銅為主成分的氧化物；對(duì)第一被接合部和第二被接合部進(jìn)行加壓以縮小第一被接合部和第二被接合部之間距離的工序；在對(duì)第一被接合部和第二被接合部進(jìn)行加壓的狀態(tài)下，通過(guò)加熱接合第一被接合部的銅和第二被接合部的銅的工序。

根據(jù)該實(shí)施方式的金屬接合方法，不使用真空裝置等大規(guī)模設(shè)備就可以在較低溫度條件下接合銅彼此。通過(guò)第一覆膜部及第二覆膜部在溶液中熔析，在第一被接合部及第二被接合部的接合面分別露出銅，換言之，第一被接合部及第二被接合部的接合面被活化。在第一被接合部的接合面和第二被接合部的接合面被活化后，通過(guò)析出銅進(jìn)行接合。由此，可以抑制在第一被接合部的接合面和析出銅之間，以及在第二被接合部的接合面和析出銅之間產(chǎn)生空隙或者夾雜副生成物，因此可以提高第一被接合部和第二被接合部的連接可靠性。

在上述實(shí)施方式的金屬接合方法中，也可以進(jìn)一步具有使第一被接合部的銅和第二被接合部的銅接合后冷卻接合部分的工序。而且，溶液也可以對(duì)于銅呈惰性。而且溶液也可以包含與銅形成絡(luò)合物的配位體。而且，絡(luò)合物也可以具有加熱分解性。而且，溶液也可以是氨水或羧酸水溶液。含于羧酸水溶液的羧酸也可以是多嚙配位體。而且，多嚙配位體中也可以至少兩個(gè)配位體對(duì)一個(gè)銅離子進(jìn)行配位。

此外，在上述實(shí)施方式的金屬接合方法中，也可以在第一覆膜部和第二覆膜部之間填充液體之前，還具有從外部對(duì)第一被接合部的表面及第二接合部的表面施加應(yīng)力的工序。在該情況下，從外部施加應(yīng)力的工序也可以是對(duì)第一被接合部的表面及第二接合部的表面進(jìn)行研磨的工序。

需要說(shuō)明的是，即使將上述各要素適當(dāng)組合的實(shí)施方式，也落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明，能夠確保連接可靠性的同時(shí)在較低溫度下通過(guò)簡(jiǎn)單的方法接合銅彼此。

附圖說(shuō)明

圖1是表示實(shí)施方式1的金屬接合方法的工序圖；

圖2是表示實(shí)施方式1的金屬接合方法的工序圖；

圖3(A)及圖3(B)分別是通過(guò)實(shí)施例1及比較例1的接合方法得到的接合部的SIM照片；

圖4是在實(shí)施例2、比較例2及實(shí)施例3的接合方法中施加應(yīng)力或進(jìn)行濕式蝕刻后的第一接合部的剖面SIM像。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在所有附圖中，對(duì)相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的符號(hào)并適當(dāng)省略說(shuō)明。

(實(shí)施方式1)

圖1及圖2是表示實(shí)施方式1的金屬接合方法的工序圖。參照?qǐng)D1及圖2對(duì)實(shí)施方式1的金屬接合方法進(jìn)行說(shuō)明。