JP2013221175A - 金属触媒下及び不活性ガス雰囲気下で有機酸ガスを用いた表面酸化物除去方法及び接合装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも表面部に金属領域と樹脂領域とを有する第1の部材の金属領域3上の酸化膜と、少なくとも表面部に金属領域と樹脂領域とを有する第2の部材の金属領域5上の酸化膜とを、触媒を通した有機酸ガスおよび有機酸ガスが分解して生成される水素をノズル6の開口部11から吹き付けることで除去する工程と、酸化膜が除去された金属領域が互いに接触するように第1の部材と第2の部材とを接合する工程とを有する。
【選択図】図1
Description
ギ酸(有機ガス)は、CHOOHの分子式であることから、炭酸ガスと水素に分解できる。該分解を加熱したPt触媒下で行なう。このため、接合表面の表面酸化膜を除去する工程で、ギ酸分解のために該試験片表面を加熱する必要がない。このため、該酸化膜除去を低い温度で可能にする。すなわち、熱的な負荷が少ない。さらに、アルゴンをキャリアガスとして用いているため、遊離炭素を生成することなく、ギ酸を分解できる。この手法により、接合表面の酸化膜除去の際に、遊離炭素が該表面に残留しない。さらに、他の元素が入り込むことなく、且つ残留することなく、接合試料表面を清浄化でき、且つ強固な接合を可能にする。さらに、アルゴン雰囲気中の大気圧下で行なうため、雰囲気を構成する槽は、例えば大掛かりな真空槽を必要とすることもなく、例えば透明なアクリル樹脂でも可能である。このため装置の製作が容易であり、位置寸法精度の高い接合の場合においても、アライメント動作を容易に可能にする。
本発明の接合表面の酸化膜除去方法は、試験表面を加熱する必要がなく、且つ大気圧下で可能であり、高真空排気の必要がなく、及び大きな加熱源を必要とすることもなく、極めてシンプルな構造であるため、安価な装置を提供できる。厚い酸化膜の除去においても、非破壊で除去可能であり、且つ選択的に酸素を取り除くことが可能である。このため例えば、銅酸化膜を本発明の手法で処理した場合、微粒子からなる銅を生成できる。そして、該微粒子を介して低温での接合を可能にする。還元ガスを用いているため、微細な構造の中にまで入り込んで酸化膜を除去できる。特に、本発明は他の元素の飛散・混入が生じないため、半導体の微少な電極間直接接合、あるいはMEMSのような複雑な三次元構造を製造する際の接合に好適である。
図1に示す表面処理装置1を用いて、銅(Cu)試料の表面酸化膜の除去実験を行なった。先ず、本装置のステージ2に酸化膜を有する、銅試料3を載置し、ステージ4に酸化膜を有する、銅試料5を載置し、ステージ2及びステージ4を200℃に加熱した。ノズル6内に配置されたPt触媒7を通電(13Vx0.76A)により加熱されたヒータ8により加熱した。そして、Arキャリアガス(600ml/min)とギ酸ガス(70ml/min)の混合ガス9をノズル6の導入口10からノズル6内に導入し、加熱されたPt触媒7を通過させて、ノズル6の開口部11から銅試料3及び銅試料5に向けて10分間照射し、銅試料3及び銅試料5の表面処理をした。その結果、銅試料3及び銅試料5の表面上に存在していた酸化膜が除去された。そして、銅試料3及び銅試料5の表面にギ酸塩は測定されず、銅の清浄な表面を得ることが出来た。
図4及び図5に示すように、第1の実施例と同様に、Pt触媒を内部に有するノズル6からArキャリアガスを用いて有機酸ガスを上下接合試験片である銅試料3と銅試料5の表面に照射して表面処理をした後(図4)、上下の銅試料3及び5を接触させ、加荷重1000Nを5分間印加した(図5)。本接合工程により、接合破断応力が17MPaの高い強度が得られた。本接合により形成された接合界面には、銅電極以外の物質以外は確認されなかった。さらに、シリコン上に3ミクロン径、6ミクロンピッチの銅電極を形成したチップ上において、銅電極同士の接合を150℃で行い、良好な接続を得た。
チップ間での微小な電極部の接合と機械的な結合を同時に行うために、チップ間に接着性のある樹脂をいれ、電極と樹脂を同時に接合する方法が提案されている。本方式はウエハ状でのWOW(ウエハオンウエハ)接合にも適用が可能で、銅電極と樹脂による封止接合が同時にできるため、ファインピッチのみならず生産性アップのためには有効な方法である。しかし、通常銅表面には酸化膜が伴い、400℃程度の高温下で拡散接合させる必要がある。また、その温度に耐えることができ、かつ、接合する樹脂を選択しなければならない。そのため、信頼の高い従来の樹脂を使用することはできず、信頼性上の課題と、高温であるが上の熱膨張による位置ずれや異種材料間でのそりの問題があった。これを解決するためには1つ目に低温での接合が要望され、また、銅電極と樹脂による封止の一括接合させるためには、処理後に残渣が残らない酸化膜除去方法が必要となる。本発明においては、樹脂の耐熱以下の温度で、かつ、残渣が残らない処理であるため、電極接合と樹脂封止の同時接合が達成できた。
Claims (12)
- 少なくとも表面部に金属領域を有する部材を接合するために、有機酸により金属領域上の酸化膜を除去する工程を有する、表面酸化物除去方法。
- 有機酸がギ酸であることを特徴とする、請求項1に記載された表面酸化物除去方法。
- 触媒を用いて有機酸を分解して水素または水素ラジカルを発生させ、発生された水素または水素ラジカルにより金属領域上の酸化膜を除去することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された表面酸化物除去方法。
- 触媒を用いて有機酸を分解する際に、触媒を加熱することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載された表面酸化物除去方法。
- 有機酸のキャリアガスとして、不活性ガスが用いられることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された表面酸化物除去方法。
- 少なくとも表面部に金属領域を有する第1の部材の金属領域上の酸化膜と、少なくとも表面部に金属領域を有する第2の部材の金属領域上の酸化膜とを、有機酸を用いて除去する酸化膜除去手段と、
酸化膜が除去された金属領域が互いに接触するように第1の部材と第2の部材とを接合する接合手段とを有して構成される接合方法。 - 少なくとも表面部に有機酸により酸化膜が除去された銅電極と樹脂領域とを有する第1の部材と、少なくとも表面部に有機酸により酸化膜が除去された銅電極と樹脂領域とを有する第2の部材とを、互いの銅電極が接触するように接合する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記表面酸化物除去後に250℃以下の加熱により前記金属を接合する請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも表面部に金属領域を有する第1の部材の金属領域上の酸化膜と、少なくとも表面部に金属領域を有する第2の部材の金属領域上の酸化膜とを、有機酸を用いて除去する酸化膜除去手段と、
酸化膜が除去された金属領域が互いに接触するように第1の部材と第2の部材とを接合する接合手段とを有して構成される接合装置。 - 有機酸の分解により発生するガスを密閉するガス密閉槽を備えることを特徴とする請求項9記載の接合装置。
- 少なくとも表面部に樹脂領域と銅電極とを有する部材を接合するために、有機酸により銅電極上の酸化膜を除去する工程を有する表面酸化物除去方法。
- 少なくとも表面部に有機酸により酸化膜が除去された銅電極と樹脂領域とを有する第1の部材と、少なくとも表面部に有機酸により酸化膜が除去された銅電極と樹脂領域とを有する第2の部材とを、互いの銅電極が接触するように接合することで得られるデバイス。
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