[發明專利]原子擴散接合法及接合結構體

在審

• 申請號: 202180038999.7
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN115697614A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 島津武仁;魚本幸;宮本和夫;宮本嘉和;加藤延彥;森脇崇行;齋藤孝之
• 申請（專利權）人: 國立大學法人東北大學;佳能安內華股份有限公司
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 張智慧

本發明涉及原子擴散接合法及接合結構體。利用形成于接合面的由氮化物構成的接合膜進行原子擴散接合。在真空容器內，在具有平滑面的2個基體各自的所述平滑面上形成由氮化物構成的接合膜，并且以形成于所述2個基體的所述接合膜彼此接觸的方式使所述2個基體重疊，從而在所述接合膜的接合界面產生原子擴散，由此將所述2個基體接合。

技術領域

本發明涉及原子擴散接合法及具有采用所述原子擴散接合法接合的接合部的接合結構體，更詳細而言，涉及通過使在作為接合對象的一個基體的接合面在真空容器內形成的由氮化物構成的接合膜與形成于另一個基體的接合膜、或另一個基體的接合面重疊從而產生原子擴散而接合的原子擴散接合法的改良、和具有采用該改良后的原子擴散接合法進行接合的接合部的接合結構體。

背景技術

將2個以上的被接合材料進行貼合的接合技術在各種領域中被利用，例如在電子部件的領域中，在晶片的結合(bonding)、封裝件的密封等中利用了這樣的接合技術。

作為一個例子，以上述的晶片結合技術為例進行說明，在以往的一般的晶片結合技術中，一般是在重疊的晶片間施加高壓、高熱而進行接合的方法。

但是，在根據該方法的接合中，無法進行設置有不耐熱或不耐壓力的電子器件等的基板的接合、集成化，因此，期望在不給予熱、壓力等物理上的損傷的情況下將作為接合對象的基體相互接合的技術。

作為這樣的接合技術之一，提出了被稱為“原子擴散接合法”的接合法。

該原子擴散接合法是在作為接合對象的晶片或芯片、基板或封裝件、其他各種被接合材料(以下稱為“基體”)中的一個的平滑面，采用濺射、離子鍍等真空成膜方法以納米級的厚度形成具有微晶結構或無定形結構(以下包含無定形在內稱為“微晶”)的金屬或半金屬的薄膜(以下稱為“接合膜”)，在與形成接合膜的同一真空中或大氣壓中，與采用同樣的方法在另一個基體的平滑面形成的接合膜、具有微晶結構的基體的平滑面重疊，由此能夠進行伴隨著接合界面或晶界中的原子擴散的接合(參照專利文獻1、專利文獻2)。

在這樣的原子擴散接合法中，只要能夠在真空中形成上述的接合膜，則無論被接合材料的材質如何，都能夠進行接合，不僅能夠將半導體、陶瓷的晶片作為接合對象，還能夠將金屬、陶瓷的塊體(基體)、聚合物等各種材質的被接合材料作為接合對象，并且除了同種材料彼此的接合之外，異種材料彼此的接合也不必加熱，能夠優選在室溫(或者低溫)下進行接合等，成為應用范圍廣泛接合方法。

應予說明，雖然在前述的原子擴散接合法中，認為無法使用氧化物或氮化物的接合膜進行接合，但本發明的發明人在其中成功地將氧化物的薄膜作為接合膜進行了接合，已經進行了專利申請(日本專利申請第2019-162065號)。

另外，雖然不是公開與“原子擴散接合法”相關的技術的文獻，而是記載了所謂的“表面活化接合法”的文獻，但存在記載了通過在作為接合對象的基體的接合面形成無機粘接層，并且通過離子束的照射等對該無機粘接層的表面進行活化處理并使其重疊，從而經由無機粘接層將基體接合的表面活化接合法，并且作為上述無機粘接層的材質，提及了使用氧化物、氮化物(參照專利文獻3的摘要、權利要求1、權利要求23、圖3等)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第5401661號公報

專利文獻2：日本專利第6089162號公報

專利文獻3：日本特開2014-123514號公報

發明內容

發明所要解決的課題

在此，固相金屬的原子在室溫下幾乎不能運動，但在上述的原子擴散接合法中，使用在真空容器中成膜的接合膜所具有的大的表面能作為接合的驅動力，利用接合膜的表面的大的原子擴散性能、有時進一步利用接觸界面處的原子再排列現象，在室溫下使構成接合膜的物質的原子移動，由此進行接合。