專利名稱：接合裝置及接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將芯片、晶片、各種電路基板等、在基材的表面上具有金屬接合部的被接合物彼此接合起來的接合裝置及接合方法。
背景技術(shù)：
作為將具有接合部的被接合物彼此接合的方法，在日本國(guó)特許第2791429號(hào)公報(bào)中公開了以下的硅晶片的接合方法在將硅晶片的接合面彼此接合之際，在接合之前，在室溫的真空條件下用非活性氣體離子束或非活性氣體高速原子束對(duì)其照射來進(jìn)行濺射蝕刻。在該接合法中，利用上述的射束來去掉硅晶片的接合面上的氧化物或有機(jī)物等，在表面上形成了活性化的原子，通過原子間的高結(jié)合力來使其表面之間接合起來。因此，在該方法中，基本上不需要加熱來進(jìn)行接合，僅通過使活性化的表面彼此接觸，即可在常溫或與其接近的低溫下進(jìn)行接合。
可是，在該接合法中，蝕刻后的接合面彼此的接合必須在真空且維持表面活性化的狀態(tài)下進(jìn)行。因此，從由上述射束所進(jìn)行的表面清洗開始到接合為止，都必須保持在規(guī)定的真空狀態(tài)，特別是用于接合的機(jī)構(gòu)的至少一部分必須構(gòu)成在可保持規(guī)定的真空度的腔室內(nèi)，所以密封機(jī)構(gòu)非常復(fù)雜，裝置整體大型化且成本提高。此外，若要將由上述射束所進(jìn)行的表面清洗、與接合的工序兩者分開而在不同場(chǎng)所進(jìn)行，則需要在兩場(chǎng)所之間保持規(guī)定的真空狀態(tài)，并需要在保持著該真空狀態(tài)的狀態(tài)下將被接合物從清洗場(chǎng)所輸送到接合場(chǎng)所的機(jī)構(gòu)，實(shí)際工作中的裝置設(shè)計(jì)變得很難，并且進(jìn)一步導(dǎo)致裝置的大型化。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本申請(qǐng)的發(fā)明人鑒于上述問題，對(duì)為了最大限度地確保利用上述接合面的表面活性化所進(jìn)行的接合的優(yōu)點(diǎn)、且特別謀求接合階段的簡(jiǎn)潔化進(jìn)行了潛心研究及實(shí)驗(yàn)，成功地實(shí)現(xiàn)了可以在大氣中進(jìn)行被接合物的金屬接合部彼此的接合。
即、本發(fā)明的目的在于通過特定的方法來清洗被接合物的金屬接合部、并且在大氣中進(jìn)行清洗后的接合，特別是在于謀求接合工序的簡(jiǎn)潔化、裝置整體的簡(jiǎn)潔化、以及成本降低。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的接合裝置是將在基材的表面上具有金屬接合部的被接合物彼此接合起來的裝置，具有清洗機(jī)構(gòu)，在減壓條件下對(duì)前述金屬接合部的表面照射等離子體，所述等離子體所具有的能量為可在前述金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的能量以上；接合機(jī)構(gòu)，在大氣中將從清洗機(jī)構(gòu)取出的被接合物的金屬接合部彼此接合。
優(yōu)選地，在該接合裝置中，上述接合機(jī)構(gòu)具有加熱機(jī)構(gòu)，由在180℃以下、優(yōu)選地為小于150℃的溫度下對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合的機(jī)構(gòu)構(gòu)成。雖然希望不進(jìn)行加熱而可在常溫下接合，但考慮到通過加熱可使用于接合的原子更加活潑，且接合面變得更軟，可更加良好地閉合接合面間的微小間隙，所以優(yōu)選地同時(shí)采用加熱方法來進(jìn)行接合。其中，例如即使要進(jìn)行加熱，也在180℃以下、優(yōu)選地為小于150℃的溫度下進(jìn)行加熱即可，所以裝置的負(fù)擔(dān)較小。即、在低溫下接合金屬的一般例子是焊錫，需要加熱到焊錫的熔點(diǎn)即183℃以上，但在本發(fā)明中，可以在其以下的(在180℃以下、優(yōu)選地為小于150℃)溫度下進(jìn)行接合。特別是，在金屬接合部為金的情況下，可以進(jìn)行100℃以下的接合。
此外，優(yōu)選地，在該接合裝置中，接合的兩金屬接合部的表面都由金構(gòu)成。雖然也可以由金等來構(gòu)成形成金屬接合部的整個(gè)電極等，但也可僅由金構(gòu)成表面。用于以金來構(gòu)成表面的方式?jīng)]有特別的限定，可以采用鍍金方式或者通過濺射或蒸鍍等形成金薄膜的方式。
在本發(fā)明的接合裝置中，上述清洗機(jī)構(gòu)由照射等離子體的機(jī)構(gòu)構(gòu)成，在等離子體照射中，其能量為可以在金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的能量以上。通過以這樣的蝕刻能量以上來照射等離子體，可以進(jìn)行在大氣中對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合所需的表面蝕刻。作為清洗機(jī)構(gòu)，Ar等離子體照射機(jī)構(gòu)比較合適，其可以容易地控制等離子體強(qiáng)度且在需要的部位高效地產(chǎn)生規(guī)定的等離子體。
優(yōu)選地，作為上述接合機(jī)構(gòu)，由使金屬接合部彼此結(jié)合時(shí)的間隙的離散最大為4μm以下的機(jī)構(gòu)構(gòu)成。如果間隙的離散在4μm以下，則可以抑制在以適當(dāng)?shù)慕雍陷d荷進(jìn)行金屬接合部彼此的接合所需的間隙的離散以下。
另外，優(yōu)選地，作為上述接合機(jī)構(gòu)，由以下機(jī)構(gòu)構(gòu)成通過施加適當(dāng)?shù)慕雍陷d荷，使至少一個(gè)的金屬接合部的接合后的表面粗糙度為10nm以下。若使表面粗糙度為10nm以下，則可以在低溫下、例如常溫下進(jìn)行接合。又，要實(shí)現(xiàn)這樣的10nm以下的接合后的表面粗糙度，需要預(yù)先使接合前的表面粗糙度不要過大，例如，優(yōu)選地，預(yù)先使至少一個(gè)金屬接合部的接合前的表面粗糙度為100nm以下。
作為接合載荷，優(yōu)選地控制在適于實(shí)用的值以下，這是為了使得不會(huì)發(fā)生突起的損害或在突起上產(chǎn)生過大的變形，尤其是為了不會(huì)對(duì)突起下的電路造成不良影響。即、上述接合機(jī)構(gòu)優(yōu)選地由以例如300Mpa以下的接合載荷對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合的機(jī)構(gòu)構(gòu)成。一般來說，考慮到半導(dǎo)體電路所能承受的應(yīng)力為300Mpa，所以將接合載荷設(shè)為300Mpa以下，這樣可以避免上述問題的產(chǎn)生。
此外，在金屬接合部彼此的接合之際，為了使表面彼此良好地緊貼，優(yōu)選地使金屬接合部的表面硬度為維氏硬度Hv100以下。例如，優(yōu)選地使表面硬度Hv在30～70的范圍內(nèi)(例如，平均Hv為50)。通過預(yù)先達(dá)到這樣的低硬度，在施加接合載荷時(shí)，金屬接合部的表面適當(dāng)?shù)刈冃?，能進(jìn)行更緊密的接合。
又，在本發(fā)明的接合裝置中，為了在接合面的規(guī)定區(qū)域的整個(gè)面上實(shí)現(xiàn)規(guī)定的電氣連接，接合時(shí)的良好的平行度是很重要的條件。因此，優(yōu)選地，作為上述接合機(jī)構(gòu)，由可將金屬接合部彼此接合時(shí)的、基材間的接合區(qū)域中的平行度調(diào)整到4μm以下(最大為4μm以下)的機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
在至少一個(gè)金屬接合部由多個(gè)突起形成的情況下，突起高度的離散優(yōu)選地在4μm以下(最大為4μm以下)。由此，如前所述，可以將金屬接合部彼此接合時(shí)的間隙的離散控制在最大4μm以下。
本發(fā)明的接合方法由具有以下特征的方法構(gòu)成對(duì)在基材的表面上具有金屬接合部的被接合物彼此進(jìn)行接合之際，在減壓條件下，以在前述金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的方式對(duì)前述金屬接合部的表面進(jìn)行等離子體處理，其后在大氣中將金屬接合部彼此接合。
優(yōu)選地，在該接合方法中，也在180℃以下、優(yōu)選地為小于150℃的溫度下對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合。又，可以采用對(duì)表面都由金構(gòu)成的金屬接合部彼此進(jìn)行接合的方式。
此外，在上述等離子體處理中，為了進(jìn)行將金屬接合部在大氣中彼此接合所需的表面蝕刻，在金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度。作為等離子體處理，采用Ar等離子體處理。
又，優(yōu)選地，在金屬接合部彼此接合時(shí)，使金屬接合部之間的間隙的離散在4μm以下。進(jìn)而，優(yōu)選地，使至少一個(gè)金屬接合部的接合后的表面粗糙度為10nm以下。優(yōu)選地，使至少一個(gè)金屬接合部的接合前的表面粗糙度為100nm以下。
關(guān)于接合載荷，優(yōu)選地以300Mpa以下的接合載荷對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合。優(yōu)選地，使金屬接合部的表面硬度為維氏硬度Hv100以下。
進(jìn)而，優(yōu)選地，使金屬接合部彼此接合時(shí)的、基材間的接合區(qū)域中的平行度為4μm以下。在至少一個(gè)金屬接合部由多個(gè)突起形成的情況下，突起高度的離散優(yōu)選地在4μm以下。
本發(fā)明還提供通過上述的接合方法而制作的接合體。即、本發(fā)明的接合體是在基材的表面上具有金屬接合部的被接合物彼此的接合體，在減壓條件下，以在前述金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的方式對(duì)前述金屬接合部的表面進(jìn)行等離子體處理，其后在大氣中將金屬接合部彼此接合，從而制作出接合體。
在上述接合體中，接合的被接合物的至少一個(gè)可以由半導(dǎo)體構(gòu)成。
在上述的本發(fā)明的接合裝置及方法中，在規(guī)定的減壓條件下，對(duì)被接合物的金屬接合部的表面進(jìn)行等離子體處理，從而在其上蝕刻出1.6nm以上的深度，其后在大氣中將通過蝕刻而被清洗并活性化的金屬接合部彼此接合。因?yàn)榭梢栽诖髿庵羞M(jìn)行接合，所以不需要用于接合的非常復(fù)雜的真空裝置或者密封裝置，大幅簡(jiǎn)化了整個(gè)工序及整個(gè)裝置，還可降低成本。
該在大氣中的接合在實(shí)際應(yīng)用中如后述的實(shí)施例所示，除了由規(guī)定的蝕刻能量以上的等離子體照射所進(jìn)行的表面清洗、活性化之外，還可將金屬接合部彼此接合時(shí)的間隙的離散抑制得較小，進(jìn)而，可將金屬接合部的表面粗糙度或表面硬度、接合載荷等設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，通過組合這些條件來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的接合裝置及方法，如后所述，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各種條件，采用本發(fā)明的特定方法，可以在大氣中進(jìn)行等離子體清洗后的金屬接合部彼此的接合，由此可大幅簡(jiǎn)化了整個(gè)工序及整個(gè)裝置，還可降低成本。


圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的接合裝置的概略構(gòu)成圖。
圖2表示作為用于試驗(yàn)的被接合物的基板，圖2A是其整體的俯視圖，圖2B是形成有多個(gè)突起的中心部的放大俯視圖，圖2C是配置的突起組的局部放大立體圖。
圖3是作為用于試驗(yàn)的被接合物的芯片的俯視圖。
圖4是等離子體照射時(shí)間與連接電阻的關(guān)系圖。
圖5是等離子體照射時(shí)間與芯片抗剪強(qiáng)度的關(guān)系圖。
圖6是每一突起的接合載荷與連接電阻的關(guān)系圖。
圖7是每一突起的接合載荷與芯片抗剪強(qiáng)度的關(guān)系圖。
標(biāo)記說明1接合裝置2、3 金屬接合部4、5 被接合物6真空泵7腔室8等離子體照射機(jī)構(gòu)9等離子體10 Ar氣體供給泵11 接合部12 待機(jī)部13 反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)14 反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的頭部15 接合頭16 接合工具17 接合工作臺(tái)18 作為加熱機(jī)構(gòu)的加熱器19 壓力缸機(jī)構(gòu)20 上下方向?qū)蚣?1 升降裝置22 位置調(diào)整臺(tái)
23 2視野的識(shí)別機(jī)構(gòu)25 接合體31 作為被接合物的基板32 突起33 作為被接合物的芯片具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的接合裝置1。在基材的表面上具有金屬接合部2或3的被接合物4或5，首先，在通過真空泵6而被減壓至規(guī)定的真空度的腔室7內(nèi)，利用從作為清洗機(jī)構(gòu)的等離子體照射機(jī)構(gòu)8照射的等離子體9以蝕刻的方式清洗金屬接合部2、3的表面(清洗工序)。在該清洗工序中，用可在金屬接合部2、3的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的能量以上的能量來進(jìn)行等離子體處理。在本實(shí)施方式中，可以通過泵10向腔室7內(nèi)供給Ar氣體，可在Ar氣體氣氛且規(guī)定的減壓條件下進(jìn)行等離子體照射。清洗后的被接合物4、5從腔室7內(nèi)取出，利用接合工序(接合部11)，在大氣中使金屬接合部2、3彼此接合。
另外，上述被接合物4例如由芯片構(gòu)成，被接合物5例如由基板構(gòu)成。其中，在此所謂芯片，是指例如IC芯片、半導(dǎo)體芯片、光元件、表面安裝零件、晶片、TCP或FPC等、與種類或大小無關(guān)地接合在基板一側(cè)的所有形式的部件。所謂基板，是指樹脂基板、玻璃基板、薄膜基板、芯片、晶片等與種類或大小無關(guān)地接合在芯片一側(cè)的所有形式的部件。作為本發(fā)明的代表形式，可以例舉出接合的被接合物的至少一個(gè)由半導(dǎo)體構(gòu)成的形式。
在接合部11中，例如在規(guī)定的待機(jī)部12上載置有上述清洗后的被接合物4、5。被接合物4通過吸附等而以清洗面不被接觸的方式保持在反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)13的頭部14上，在上下反轉(zhuǎn)后，通過吸附等方式，在金屬接合部2向下的狀態(tài)下保持在設(shè)于接合頭15下部的接合工具16上。被接合物5例如通過吸附等方式，在金屬接合部3向上的狀態(tài)下保持在接合工作臺(tái)17上。在本實(shí)施方式中，在接合工具16中內(nèi)置有作為加熱機(jī)構(gòu)的加熱器18，可以進(jìn)行大氣中的接合、常溫下的接合、加熱下的接合的任一種。
在接合頭15中組裝有壓力缸機(jī)構(gòu)19，可以在保持于接合工具16的被接合物4上施加并控制向下的、即相對(duì)于被接合物5的規(guī)定的接合載荷。在本實(shí)施方式中，接合頭15沿著上下方向?qū)蚣?0，可通過升降裝置21(例如，備有伺服馬達(dá)及絲杠機(jī)構(gòu)的裝置)而在上下方向(Z方向)上移動(dòng)及定位。
又，在本實(shí)施方式中，保持著上述被接合物5的接合工作臺(tái)17通過由設(shè)于下部的位置調(diào)整臺(tái)22所進(jìn)行的控制而可以進(jìn)行其與被接合物4之間的對(duì)位及平行度調(diào)整，位置調(diào)整臺(tái)22所進(jìn)行的控制包括X、Y方向的水平方向位置控制、θ方向的旋轉(zhuǎn)方向位置控制、及圍繞X軸、Y軸的傾角調(diào)整控制，由此可以將金屬接合部彼此接合時(shí)的間隙的離散抑制得較小。該對(duì)位及平行度調(diào)整通過以下方式實(shí)施通過可進(jìn)退地插入到被接合物4、5之間的識(shí)別機(jī)構(gòu)、例如2視野的識(shí)別機(jī)構(gòu)23(例如、2視野攝像機(jī))，讀取附于被接合物4、5或其保持機(jī)構(gòu)上的識(shí)別標(biāo)簽(省略圖示)，基于讀取的信息來進(jìn)行位置或角度的必要修正。2視野的識(shí)別機(jī)構(gòu)23可進(jìn)行X、Y方向的位置調(diào)整，有時(shí)也可進(jìn)行Z方向的位置調(diào)整。在本實(shí)施方式中，該對(duì)位及平行度調(diào)整主要在接合工作臺(tái)17一側(cè)進(jìn)行，但也可以在接合頭15或接合工具16一側(cè)進(jìn)行，也可在兩側(cè)進(jìn)行。在兩側(cè)進(jìn)行對(duì)位及平行度調(diào)整時(shí)，根據(jù)需要，對(duì)接合頭15一側(cè)不僅進(jìn)行升降控制，還進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制及/或平行移動(dòng)控制，對(duì)于接合工作臺(tái)17一側(cè)也進(jìn)行升降控制、旋轉(zhuǎn)控制及平行移動(dòng)控制等，可以根據(jù)需要將這些控制方式任意地組合起來使用。
又，在本實(shí)施方式中，被接合物4、5接合后的接合體25也暫時(shí)載置在待機(jī)部12上，通過省略了圖示的適當(dāng)輸送機(jī)構(gòu)將接合體25從待機(jī)部12向下一個(gè)工序或儲(chǔ)存場(chǎng)所輸送。
實(shí)施例使用上述的接合裝置，對(duì)本發(fā)明的接合方法進(jìn)行了如下的試驗(yàn)。作為用于試驗(yàn)的被接合物5的基板31如圖2所示，圖2A表示基板31整體的俯視圖，圖2B表示形成有多個(gè)突起的中心部的放大圖，圖2C是配置的突起32組的局部放大立體圖。作為用于試驗(yàn)的被接合物4的芯片33如圖3所示，與基板的中心部的突起32組相對(duì)應(yīng)地形成了規(guī)定的電路圖形。
這些基板及芯片的樣品規(guī)格如下所述。
·基板Si基板、在Al焊盤上形成有鍍Au突起基板尺寸20mm×20mm、突起形成區(qū)域中心部4mm×4mm內(nèi)突起尺寸40μm×40μm×高度30μm(間距80μm)突起數(shù)400個(gè)(突起圖形參照?qǐng)D2(B))·芯片Si熱氧化基板上、Au濺射膜(Au-0.3μm/Cr-0.1μm)尺寸6mm×6mm、圖形形成區(qū)域中心部4mm×4mm內(nèi)形成3端子測(cè)定用L型電極圖形(作為后述的電阻值，測(cè)定L字角部的連接電阻、各邊10×4)在以下的條件下，對(duì)于由短時(shí)間的等離子體照射所得到的金屬接合部的表面活性化效果，在由等離子體照射進(jìn)行表面清洗之后，進(jìn)行氮?dú)夥障碌慕雍霞按髿庵械慕雍系谋容^試驗(yàn)，用平均連接電阻及芯片抗剪強(qiáng)度來測(cè)定各個(gè)氣氛中的接合中的等離子體照射時(shí)間的影響。另外，對(duì)于大氣中的連接，對(duì)等離子體照射后放置3.5分鐘后進(jìn)行接合的情況和放置15分鐘以后進(jìn)行接合的情況的兩者情況進(jìn)行了試驗(yàn)。其結(jié)果如表1、表2、圖4、圖5所示。
等離子體照射的效果確認(rèn)試驗(yàn)的條件·等離子體投入電力100W·Ar流量30ccm·Ar導(dǎo)入時(shí)的真空度10Pa·照射時(shí)的真空度7.5Pa以下·接合載荷20kgf(50gf/突起、300Mpa)·載荷施加時(shí)間1秒·接合溫度100℃(373K)·芯片內(nèi)的電極的高度的最大離散值2.3μm·Si基板內(nèi)的突起高度的最大離散值3.0μm表1由照射時(shí)間所引起的芯片抗剪強(qiáng)度的變化(gf)


表2由照射時(shí)間所引起的電阻值的變化(mΩ)

如表2、圖4所示，若在等離子體照射后放置15分鐘，其后在大氣中進(jìn)行接合，則在這種情況下也可實(shí)現(xiàn)與氮?dú)夥障陆雍舷嗤慕雍?，確認(rèn)了可在大氣中進(jìn)行充分且良好的接合。此外，如表1、圖5所示，確認(rèn)了對(duì)于等離子體照射來說，進(jìn)行5秒左右的照射就足夠了。
又，對(duì)等離子體照射、和作為接合表面的鍍Au突起表面上的蝕刻深度的關(guān)系進(jìn)行了調(diào)查，其結(jié)果，在等離子體投入電力為50W的情況下蝕刻深度約為20nm/分，而在等離子體投入電力為100W的情況下蝕刻深度約為30nm/分。無論在哪種投入電力的情況下，只要如上所述地進(jìn)行5秒左右以上的等離子體照射，就可在大氣中進(jìn)行接合。因此，作為可在大氣中進(jìn)行接合的蝕刻深度來說，確認(rèn)了只要在20nm×(5秒/60秒)＝1.6nm以上即可。
此外，如表3、表4及圖6、圖7所示，示出了將接合溫度作為參數(shù)時(shí)，每一突起的接合載荷、與得到的連接電阻及芯片抗剪強(qiáng)度的關(guān)系。條件為大氣中進(jìn)行接合、載荷施加時(shí)間1秒、等離子體投入電力100W、照射時(shí)間30秒、照射后的放置(暴露)時(shí)間3.5分鐘，其他的條件與前述條件相同。
表3
由載荷所引起的電阻值的變化(mΩ)

表4由載荷所引起的芯片抗剪強(qiáng)度的變化(gf)

從上表可以確認(rèn)即使每一突起的接合載荷在50gf以下，也可以得到足以實(shí)際應(yīng)用的低電阻條件下的連接狀態(tài)，芯片抗剪強(qiáng)度也足夠了，且，即使在373K(100℃)以下或者常溫300K(27℃)附近，也可得到足以實(shí)際應(yīng)用的連接狀態(tài)。
進(jìn)而，在表5中示出了每一突起的接合載荷與接合后的突起表面粗糙度的關(guān)系。因?yàn)樵摻雍虾蟮耐黄鸨砻娲植诙仍趯?shí)際接合后難于測(cè)定，所以采用模擬方式，不進(jìn)行等離子體照射地施加接合載荷，對(duì)由該接合載荷所引起的突起表面的按壓變形后的表面粗糙度進(jìn)行測(cè)定。為了得到足夠低電阻下的連接狀態(tài)，優(yōu)選地使接合后的突起表面粗糙度為10nm以下。為了實(shí)現(xiàn)該目的，從表5可知，施加20kgf左右的載荷就足夠了，在其以下也可以實(shí)現(xiàn)上述目的，該值相當(dāng)于每一突起50kgf的接合載荷。因此，即使是每一突起50kgf以下的接合載荷，也可實(shí)現(xiàn)10nm以下的接合后的突起表面粗糙度。即、可以采用300Mpa以下的接合載荷。其中，為了實(shí)現(xiàn)按壓后的10nm以下的突起表面粗糙度，優(yōu)選地使接合前的突起表面粗糙度為100nm以下。
表5突起表面粗糙度的變化(nm)


通過上述的試驗(yàn)可確認(rèn)在本發(fā)明中，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各種條件，可以在等離子體照射后進(jìn)行大氣中的接合。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的接合裝置及方法可應(yīng)用于具有金屬接合部的被接合物所有的彼此接合中，特別適用于至少一個(gè)被接合物是半導(dǎo)體的情況。
權(quán)利要求
1.一種接合裝置，是將在基材的表面上具有金屬接合部的被接合物彼此接合起來的裝置，其特征在于，具有清洗機(jī)構(gòu)，在減壓條件下對(duì)前述金屬接合部的表面照射等離子體，所述等離子體所具有的能量為可在前述金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的能量以上；接合機(jī)構(gòu)，在大氣中將從該清洗機(jī)構(gòu)取出的被接合物的金屬接合部彼此接合。
2.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，上述接合機(jī)構(gòu)具有加熱機(jī)構(gòu)，由在180℃以下對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合的機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，接合的兩金屬接合部的表面都由金構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，上述清洗機(jī)構(gòu)由Ar等離子體照射機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，前述接合機(jī)構(gòu)由以下機(jī)構(gòu)構(gòu)成使金屬接合部彼此接合時(shí)的間隙的離散最大在4μm以下。
6.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，優(yōu)選地，作為上述接合機(jī)構(gòu)，由以下機(jī)構(gòu)構(gòu)成使至少一個(gè)金屬接合部的接合后的表面粗糙度為10nm以下。
7.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，使至少一個(gè)金屬接合部的接合前的表面粗糙度為100nm以下。
8.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，上述接合機(jī)構(gòu)由以300Mpa以下的接合載荷對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合的機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，使金屬接合部的表面硬度為維氏硬度Hv100以下。
10.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，作為上述接合機(jī)構(gòu)，由可將金屬接合部彼此接合時(shí)的、基材間的接合區(qū)域中的平行度調(diào)整到4μm以下的機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，至少一個(gè)金屬接合部由多個(gè)突起形成。
12.如權(quán)利要求11所述的接合裝置，突起高度的離散在4μm以下。
13.一種接合方法，對(duì)在基材的表面上具有金屬接合部的被接合物彼此進(jìn)行接合之際，在減壓條件下，以在前述金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的方式對(duì)前述金屬接合部的表面進(jìn)行等離子體處理，其后在大氣中將金屬接合部彼此接合。
14.如權(quán)利要求13所述的接合方法，在180℃以下對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合。
15.如權(quán)利要求13所述的接合方法，對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合，所述金屬接合部的表面都是由金構(gòu)成的。
16.如權(quán)利要求13所述的接合方法，進(jìn)行Ar等離子體處理。
17.如權(quán)利要求13所述的接合方法，在金屬接合部彼此接合時(shí)，使金屬接合部之間的間隙的離散最大在4μm以下。
18.如權(quán)利要求13所述的接合方法，使至少一個(gè)金屬接合部的接合后的表面粗糙度為10nm以下。
19.如權(quán)利要求13所述的接合方法，使至少一個(gè)的金屬接合部的接合前的表面粗糙度為100nm以下。
20.如權(quán)利要求13所述的接合方法，以300Mpa以下的接合載荷對(duì)金屬接合部彼此進(jìn)行接合。
21.如權(quán)利要求13所述的接合方法，使金屬接合部的表面硬度為維氏硬度Hv100以下。
22.如權(quán)利要求13所述的接合方法，使金屬接合部彼此接合時(shí)的、基材間的接合區(qū)域中的平行度為4μm以下。
23.如權(quán)利要求13所述的接合方法，至少一個(gè)金屬接合部由多個(gè)突起形成。
24.如權(quán)利要求23所述的接合方法，突起高度的離散在4μm以下。
25.一種接合體，是在基材的表面上具有金屬接合部的被接合物彼此的接合體，通過以下方式制作、即、在減壓條件下，以在前述金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的方式對(duì)前述金屬接合部的表面進(jìn)行等離子體處理，其后在大氣中將金屬接合部彼此接合。
26.如權(quán)利要求25所述的接合體，上述被接合的被接合物中的至少一個(gè)由半導(dǎo)體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種接合裝置及接合方法，所述接合裝置是將在基材的表面上具有金屬接合部的被接合物彼此接合起來的裝置，具有清洗機(jī)構(gòu)，在減壓條件下對(duì)金屬接合部的表面照射等離子體，所述等離子體所具有的能量為可在金屬接合部的整個(gè)接合表面上蝕刻出1.6nm以上的深度的能量以上；接合機(jī)構(gòu)，在大氣中將從該清洗機(jī)構(gòu)取出的被接合物的金屬接合部彼此接合。通過采用特定的方法，可以將等離子體清洗后的金屬接合部在大氣中使其彼此接合，從而實(shí)現(xiàn)接合工序的大幅簡(jiǎn)化、裝置整體的簡(jiǎn)潔化以及成本下降。
文檔編號(hào)H01L21/60GK1685490SQ0382281
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者須賀唯知, 伊藤壽浩, 山內(nèi)朗 申請(qǐng)人:須賀唯知, 東麗工程株式會(huì)社, 沖電氣工業(yè)株式會(huì)社, 三洋電機(jī)株式會(huì)社, 夏普株式會(huì)社, 索尼株式會(huì)社, 株式會(huì)社東芝, 富士通株式會(huì)社, 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社, 羅姆股份有限公司, 株式會(huì)社瑞薩科技