JP2005294800A

Joining method, device created thereby, surface activating device and joining device provided therewith

Abstract

Problem to be solved.To provide a method of hydrophilizing the bonding surfaces of objects to be bonded with plasma and solid-layer bonding at a low temperature. In the conventional method of handling and bonding in the atmosphere, organic substances in the atmosphere adhere and bond. Since the strength is reduced, diffusion bonding must be performed at a high temperature of 1100 ° C. Therefore, the present invention enables strong bonding at a low temperature.

Solution.In a method of hydrophilizing the bonding surfaces of objects to be bonded with plasma and joining them, after a physical treatment step of physically treating both objects to be bonded with an energy wave such as an atomic beam, an ion beam or plasma. By performing a chemical treatment process that hydrophilizes with plasma without exposing to the atmosphere and joining both objects to be bonded, good bonding without deposits such as organic substances is possible, and at a low temperature of 500 ° C or less. Allows for strong bonding. [Selection diagram] Fig. 2

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38 claims: 2 independent, 36 dependent

  1. 1
    被接合物同士の接合面をプラズマにて親水化処理して500°C以内で固層で接合する接合方法において、 両被接合物を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるイオン衝突力の強いエネルギー波により物理処理する物理処理工程の後、イオン衝突力の弱いプラズマにて化学処理する化学処理工程を行い、両被接合物を接合する接合方法。
  2. 2
    前記物理処理工程のエネルギー波照射手段がプラズマである請求項1に記載の接合方法。
  3. 3
    前記化学処理工程の反応ガスが酸素または窒素である請求項1または2に記載の接合方法。
  4. 4
    前記物理処理工程の後、さらに真空引きした後、前記化学処理工程を行う請求項1~3のいずれかに記載の接合方法。
  5. 5
    化学処理時または処理後、H 2 OまたはH、OH基を含むガスを混入させた後、接合する請求項1~4のいずれかに記載の接合方法。
  6. 6
    前記物理処理工程の反応ガスが化学処理工程と異なるガスであり、ArまたはCF 4 である請求項1~5のいずれかに記載の接合方法。
  7. 7
    前記物理処理工程と前記化学処理工程を大気に暴露することなく行う請求項1~6のいずれかに記載の接合方法。
  8. 8
    イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段を備え、プラズマ処理後半においてイオン衝突力を弱め、化学処理を促進する請求項2~5のいずれかに記載の接合方法。
  9. 9
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、プラズマ電極を被接合物保持電極と対向面電極の2箇所に切り替え可能に配置したものからなり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行い、次いで対向面電極側に電源を印加してイオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
  10. 10
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、Vdcが調整可能であるRFプラズマ電源からなり、プラズマ処理後半においてVdc値を変化させ、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
  11. 11
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、パルス幅が調整可能であるパルス波プラズマ電源からなり、プラズマ処理後半においてパルス幅を変化させ、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
  12. 12
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、2つの減圧プラズマ照射手段を切り替える手段であり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行う第1のプラズマ照射手段と、プラズマ処理後半において別室で発生したプラズマをイオンをトラップしてラジカルを照射する第2のプラズマ照射手段に切り替えて、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
  13. 13
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマと大気圧プラズマを切り替える手段であり、被接合物表面を減圧プラズマにてイオン衝突力を高めて処理した後、大気圧プラズマにてイオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項8に記載の接合方法。
  14. 14
    前記反応ガスが酸素と窒素を含んだ混合ガスからなる請求項8~13のいずれかに記載の接合方法。
  15. 15
    前記プラズマ反応ガスが、酸素を含んだ反応ガスを用い、イオン衝突力を弱めたプラズマ処理時に窒素を含んだ反応ガスに切り替える請求項8~13のいずれかに記載の接合方法。
  16. 16
    前記接合時に両被接合物間に電圧を印加し、加熱下で固層で接合する請求項1~15のいずれかに記載の接合方法。
  17. 17
    被接合物の少なくとも一方がSi、SiO 2 、ガラス、セラミックである請求項1~16のいずれかに記載の接合方法。
  18. 18
    被接合物がウエハーまたはウエハーから切り出されたチップである請求項1~17のいずれかに記載の接合方法。
  19. 19
    請求項1~18のいずれかに記載の接合方法で作られた半導体デバイスまたはMEMSデバイスなどのデバイス。
  20. 20
    被接合物同士の接合面をプラズマにて親水化処理して500°C以内で固層で接合するものにおいて、エネルギー波照射手段及び/またはプラズマ照射手段を備え、両被接合物を原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるイオン衝突力の強いエネルギー波により物理処理する物理処理工程の後、イオン衝突力の弱いプラズマにて化学処理する化学処理工程を行う表面活性化装置。
  21. 21
    前記物理処理工程のエネルギー波照射手段がプラズマである請求項20に記載の表面活性化装置。
  22. 22
    前記化学処理工程の反応ガスが酸素または窒素である請求項20または21に記載の表面活性化装置。
  23. 23
    前記物理処理工程の後、さらに真空引きした後、前記化学処理工程を行う請求項20~22のいずれかに記載の表面活性化装置。
  24. 24
    水ガス発生手段を備え、化学処理時または処理後、H 2 0またはH、OH基を含むガスを混入させた後、接合する請求項20~23のいずれかに記載の表面活性化装置。
  25. 25
    前記物理処理工程の反応ガスが化学処理工程と異なるガスであり、ArまたはCF 4 である請求項20~24のいずれかに記載の表面活性化装置。
  26. 26
    前記物理処理工程と前記化学処理工程を大気に暴露することなく行う請求項20~25のいずれかに記載の表面活性化装置。
  27. 27
    イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段を備え、プラズマ処理後半においてイオン衝突力を弱め、化学処理を促進する請求項21~24のいずれかに記載の表面活性化装置。
  28. 28
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、プラズマ電極を被接合物保持電極と対向面電極の2箇所に切り替え可能に配置したものからなり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行い、次いで対向面電極側に電源を印加してイオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
  29. 29
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、Vdcが調整可能であるRFプラズマ電源からなり、プラズマ処理後半においてVdc値を変化させ、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
  30. 30
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマであり、パルス幅が調整可能であるパルス波プラズマ電源からなり、プラズマ処理後半においてパルス幅を変化させ、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
  31. 31
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、2つの減圧プラズマ照射手段を切り替える手段であり、被接合物保持電極側に電源を印加してプラズマ処理を行う第1のプラズマ照射手段と、プラズマ処理後半において別室で発生したプラズマをイオンをトラップしてラジカルを照射する第2のプラズマ照射手段に切り替えて、イオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
  32. 32
    前記イオン衝突力を切り替えるプラズマ処理手段が、減圧プラズマと大気圧プラズマを切り替える手段であり、被接合物表面を減圧プラズマにてイオン衝突力を高めて処理した後、大気圧プラズマにてイオン衝突力を弱め、化学処理を促進するプラズマ処理を行う請求項27に記載の表面活性化装置。
  33. 33
    前記反応ガスが酸素と窒素を含んだ混合ガスからなる請求項26~32のいずれかに記載の表面活性化装置。
  34. 34
    前記プラズマ反応ガスが、酸素を含んだ反応ガスを用い、イオン衝突力を弱めたプラズマ処理時に窒素を含んだ反応ガスに切り替える請求項26~32のいずれかに記載の表面活性化装置。
  35. 35
    前記接合時に両被接合物間に電圧を印加し、加熱下で固層で接合する請求項20~34のいずれかに記載の表面活性化装置。
  36. 36
    被接合物の少なくとも一方がSi、SiO 2 、ガラス、セラミックである請求項20~35のいずれかに記載の表面活性化装置。
  37. 37
    被接合物がウエハーまたはウエハーから切り出されたチップである請求項20~36のいずれかに記載の表面活性化装置。
  38. 38
    請求項20~37のいずれかに記載の表面活性化装置を備え、前記プラズマ親水化処理から接合までを一括して行う接合装置。
Independent claims38