(57)【要約】【課題】  Ａｕ（金）を用いることなくまた高価な接合装置を用いることなく、パッケージ用途に対しても、接合できる金属接合膜を提供する。【解決手段】  金属接合膜（２０）は、基体（１０）の主面上に形成され、酸化物の生成自由エネルギー（−ΔＧ）が３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きく偏析しづらい金属からなる下地層（２２）と、下地層上に形成されるＡｇ層（２４）と、を有する。下地層（２４）は、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）及びＣｒ（クロム）の少なくとも１つの金属であることが好ましい、さらに下地層が、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、及びＹ（イットリウム）の少なくとも１つの金属である。【選択図】  図１
2020131210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体を接合する金属接合膜であって、
前記基体の主面上に形成され、酸化物の生成自由エネルギー（−ΔＧ）が３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きく偏析しづらい金属からなる下地層と、
前記下地層上に形成されるＡｇ層と、
を有する金属接合膜。
【請求項２】
前記下地層が、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）及びＣｒ（クロム）の少なくとも１つの金属から成る層である請求項１記載の金属接合膜。
【請求項３】
前記下地層が、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、及びＹ（イットリウム）の少なくとも１つの金属から成る層である請求項１記載の金属接合膜。
【請求項４】
前記Ａｇ層は（１１１）配向膜であって、Ｘ線回折によるＡｇの（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が１０度未満である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属接合膜。
【請求項５】
前記Ａｇ層は（１１１）配向膜であって、Ｘ線回折によるＡｇの（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が６度未満である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属接合膜。
【請求項６】
第１基体の主面に形成された請求項１から請求項５のいずれか一項の金属接合膜と、
前記第１基体とは異なる第２基体の主面に形成された請求項１から請求項５のいずれか一項の金属接合膜と、を備え、
前記第１基体の金属接合膜と前記第２基体の金属接合膜とが接合した構造体。
【請求項７】
前記第１基体又は前記第２基体の少なくとも一方が凹んだ凹み領域と該凹み領域を除く接合領域とを有し、
前記金属接合膜が前記接合領域に形成されている、
前記凹み領域を封止する請求項６に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２枚の基体を貼り合わせるため基体の主面に形成される金属接合膜に関する。またこの金属接合膜を使った構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚以上の基体を接合する接合技術が、例えば、電子部品の封止接合、ウェハ接合（ボンディング）又はウェハレベルパッケージなどに使われている。代表的な接合技術として、特許文献１に開示されるＡｕ−Ａｕ接合、特許文献２に開示される表面活性化接合、特許文献３に開示される原子拡散接合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１３３７８７号公報
【特許文献２】特許第２７９１４２９号公報
【特許文献３】特開２０１６−８７６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されるＡｕ−Ａｕ接合は、ウェハなどの２枚の基体上に、これらの基体とＡｕ（金）との密着性を高めるためのＣｒ（クロム）などの密着層と、この密着層の上にＣｒのＡｕ中への拡散を防止するためのＲｕ（ルテニウム）やＭｏ（モリブデン）などの拡散抑制層と、拡散抑制層の上にＡｕ層とを形成している。その後、Ａｕ層同士を重ね合わせ、圧接した状態で、例えば３００℃の高温で加熱処理している。しかしながら、Ａｕは希少金属で高価であるため、Ａｕ−Ａｕ接合は、汎用的な接合材料としては使い難い。
【０００５】
特許文献２に開示される表面活性化接合は、ウェハなどの２枚の基体の接合面を高真空下でイオンビームなどを照射することによって清浄化（表面活性化）し、無荷重且つ常温で強固な接合することができる。しかしながら、表面活性化接合は、高真空対応の真空装置及び表面活性化のためのイオンビーム源やプラズマ発生源を備えた接合装置が不可欠である。このため、表面活性化接合は、特殊な用途にしか使われていない。
【０００６】
特許文献３に開示される原子拡散接合は、ウェハなどの２枚の基体の接合面に、ＡｕまたはＡｕ合金を除く、室温における体拡散係数が１×１０−４５（ｍ２／ｓ）以上の金属からなる微結晶構造の金属接合膜とこの上にＡｕまたはＡｕ合金から成る微結晶構造の保護膜を成膜する。原子拡散接合では、その後大気中にて２枚の基体の接合面同士を接触するように重ね合わせると、無荷重で常温であっても強固な接合ができる。しかしながら、原子拡散接合では、表面平坦性が極めて高くなければならず、さらに、成膜後すぐに接合しないと、時間の経過とともに接合強度が劣化してしまう。特に、基体上の金属膜のフォトリソグラフィプロセスによるパターニングが必要とするパッケージ用途に対しては、フォトリソグラフィプロセスによる金属膜表面の汚染を防ぐことは困難である。
【０００７】
本発明は、上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり、希少金属であるＡｕ（金）を用いず、また高価な接合装置を用いることなく、パッケージ用途に対しても、接合できる金属接合膜及びこの金属接合膜を使った構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態は基体を接合する金属接合膜である。金属接合膜は、基体の主面上に形成され、酸化物の生成自由エネルギー（−ΔＧ）が３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きく（すなわちマイナス側に大きく）、偏析しづらい金属からなる下地層と、下地層上に形成されるＡｇ層と、を有する。
【０００９】
下地層は、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）及びＣｒ（クロム）の少なくとも１つの金属であることが好ましい、さらに下地層が、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、及びＹ（イットリウム）の少なくとも１つの金属であることが好ましい。
【００１０】
Ａｇ層は（１１１）配向膜であって、Ｘ線回折によるＡｇの（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が１０度未満であることが好ましくさらに６度未満であることが好ましい。
【００１１】
本実施形態の構造体は、第１基体の主面に形成された金属接合膜と、第１基体とは異なる第２基体の主面に形成された金属接合膜と、を備え、第１基体の金属接合膜と第２基体の金属接合膜とが接合される。構造体は、第１基体又は第２基体の少なくとも一方が凹んだ凹み領域と該凹み領域を除く接合領域とを有し、金属接合膜が接合領域に形成されており、凹み領域を封止してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本実施形態の下地層とＡｇ層から成る金属接合膜を用いれば、真空中はもとより大気中であっても、基体と基体とを強固に接合できる。この金属接合膜により接合は、高価なＡｕを用いることなく、かつ高真空の到達真空度が必要とされる成膜装置や高価な接合装置も不要であるため、接合のコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は２枚の基体が接合される前の状態を示した全体的な斜視図である。  （ｂ）は接合される前の基体の（ａ）図のＩ−Ｉ線に沿った部分的断面図である。  （ｃ）は接合した後の基体の（ｂ）図の断面と対応する部分的断面図である。
【図２】（ａ）は凹み領域を有する基体が接合される前の状態を示した全体的な斜視図である。  （ｂ）は接合される前の基体の（ａ）図のＩＩ−ＩＩ線に沿った部分的断面図である。  （ｃ）は接合された後の基体の（ｂ）図の断面と対応する部分的断面図である。
【図３】Ａｇ（銀）のロッキングカーブ半値幅と平均せん断強度との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあり、金属接合膜の厚み等は誇張して厚く描いている。また説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。
【００１５】
＜基体に関して＞
先ず、図１（ａ）〜（ｃ）を参照して、基体及び金属接合膜の概要について説明する。図１（ａ）は、接合対象である２枚の基体１０Ａ、１０Ｂの接合前の様子を示した斜視図、図１（ｂ）は、基体１０Ａ、１０Ｂの図１（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った部分的断面図、図１（ｃ）は、基体１０Ａ、１０Ｂの接合後の状態を図１（ｂ）と対応する部分的断面図で示したものである。なお、図１（ｂ）、（ｃ）には、後に説明する金属接合膜２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ等を示してあるが、図１（ａ）では、これら構成成分の図示を省略してある。
【００１６】
互いに接合される基体１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、ガラス、セラミックス及びシリコンなどの半導体、または水晶、ＬｉＮｂＯ３及びＬｉＴａＯ３などの圧電体などが適用できる。基体１０には特に制限はないが、少なくとも接合が行われる面については所定の精度で平滑に仕上げられた平滑面を備えていることが好ましい。また、基体１０は、一般的には円形又は矩形状のウェハが使用されるが、特に基体１０の形状やサイズは限定されない。
【００１７】
基体１０Ａ及び基体１０Ｂは、設計に応じ、同じ材料であっても、異なる材料であっても良い。基体１０Ａ及び基体１０Ｂを、例えば異なる材料で構成する場合、互いの特性を生かした素子が実現できる等の可能性がある。例えば、基体１０Ａを水晶で構成し、基体１０ＣをＬｉＮｂＯ３で構成して、例えば圧電デバイスを形成した場合、温度特性に優れるデバイスを実現できる等の可能性がある。
【００１８】
上記した基体１０Ａ、１０Ｂは、少なくとも接合に用いる面の全面が、平滑に仕上げられた平滑面であるウェハの例であったが、接合領域が平滑面であれば、接合領域以外の領域が凹んでいる凹み領域であるウェハであってもよい。この凹み領域１３は、例えば、機能素子、例えば圧電素子を収容するキャビティＣＶとして利用できるからである。
【００１９】
図２はこのような凹み領域１３を有した基体の説明図である。特に図２（Ａ）は、凹み領域１３を多数有した基体１０Ｃと、この基体１０Ｃと接合される平板状の基体１０Ｄとを、接合前の状態で示した斜視図である。また、図２（ｂ）は、基体１０Ｃ、１０Ｄの図２（ａ）中のＩＩ−ＩＩ線に沿った部分の拡大断面図、図１（ｃ）は、基体１０Ｃ、１０Ｄの接合後の状態を図２（ｂ）と対応する部分の拡大断面図で示したものである。なお、図２（ｂ）、（ｃ）には、後に説明する金属接合膜２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ等を示してあるが、図２（ａ）では、これら構成成分の図示を省略してある。
【００２０】
なお、この例の場合も、基体１０Ｃ、１０Ｄは、設計に応じて同じ材料であっても、異なる材料であっても良い。また、凹み領域の平面的形状は設計に応じた任意の形状とでき、また凹み領域の配置も任意な配置とできる。
【００２１】
以上説明したように、基体１０の形状や材料や用途は多様である。例えば、基体１０Ａが電子部品の一部であり、その一部に本発明の接合金属膜を設け、他方の基体１０Ｂの一部にも本発明の金属接合膜を設けて、両者を接合する適用例がある。また、基体１０Ａであるウェハ上に多数作製されたデバイスをウェハ状態のまま積層あるいは封止接合するウェハレベルパッケージにも適用可能である。
【００２２】
＜金属接合膜について＞
金属接合膜２０は下地層２２とＡｇ層２４とからなる。金属接合膜２０の下地層２２とＡｇ層２４とのそれぞれの膜厚に対して制限はなく、成膜工程や成膜工程後の別工程に応じて、それぞれ例えば１０ｎｍ〜５００ｎｍの間の任意の膜厚に設定することができる。
【００２３】
＜下地層について＞
図１に示される金属接合膜２０を構成する下地層２２は、基体１０を洗浄した後、スパッタもしくは蒸着によって成膜される。下地層２２を構成する金属は、酸化物の生成自由エネルギーが３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい金属が好ましい。然も、下地層の酸化物の生成自由エネルギーが３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい金属は、圧接後の熱処理、または圧接と同時に行われる熱処理によって、後述するＡｇ（銀）中に拡散しやすい又は偏析しやすい金属は避けることが好ましい。Ａｇ中に拡散しやすい又は偏析しやすい金属は、接合界面となるＡｇ表面に至ってしまってＡｇ表面に吸着している酸素や水分、もしくはフォトリソグラフィプロセスで吸着する汚染物質と結合してしまう。すなわち、Ａｇ（銀）中に拡散しやすい又は偏析しやすい金属は、後述する本実施形態の重要点であるゲッター作用を発現できないからである。
【００２４】
酸化物の生成自由エネルギーが３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい金属は、例えばＴｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）を挙げることができる。これらの下地層の金属は、これら金属から選ばれた金属で構成した下地層は、ガラスの基体、セラミックスの基体、シリコンなどの半導体の基体、または水晶、ＬｉＮｂＯ３もしくはＬｉＴａＯ３などの圧電体の基体に対して密着性に優れている。
【００２５】
＜Ａｇ層について＞
図１に示される金属接合膜２０を構成するＡｇ層２４は、下地層２２の上にスパッタもしくは蒸着によって成膜される。ＡｇはＡｕ（金）ほどではないがＡｇの表面に酸化物層が形成されにくい。しかし、図１（ｂ）に描かれているように、接合界面となるＡｇ表面が酸化したり、もしくは加工処理、例えは露光プロセス等を経ることによってＡｇ表面が微量汚染されたりして酸化物及び汚染物質（以下、酸化物Ｏｘ等という）が形成されることがある。このようなＡｇ表面上の酸化物Ｏｘ等が形成されても、図１（ｂ）の矢印に示されるように、圧接後の熱処理もしくは接合中の熱処理によって、酸化物Ｏｘ等は、Ａｇ層２４を透過して酸化物の生成自由エネルギーが３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい下地層２２に取り込まれる。下地層２２によるいわゆるゲッター作用が発生する。
【００２６】
スパッタもしくは蒸着によって形成されるＡｇ層２４は、ミラー指数 （１１１）の配向膜であって、Ｘ線回折によるＡｇ層２４の（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が１０度未満、望ましくは６度未満である配向膜であることが好ましい。Ａｇ層２４の（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が１０度より大きくなると、接合強度が急激に劣化する。これは、ロッキングカーブ半値幅が大きいと、たとえ接合界面が清浄化しても、接合界面での結晶面の不整合性が顕著であるために、接合界面を挟んで向かいあうＡｇ層２４Ａ及Ａｇ層２４Ｂが結晶粒の一体化が起こりにくくなったからと考えられる。
【００２７】
Ａｇ層２４の（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が１０度未満にするためには、スパッタ条件（スパッタ方式、成膜温度、アルゴンガス圧、もしくはパワーなど）、又は蒸着条件（抵抗加熱や電子ビームの蒸着方式、到達真空度、成膜温度、もしくは成膜速度など）を制御すれば良い。
【００２８】
＜圧接条件、熱処理条件について＞
金属接合膜２０を有する２枚の基体１０は、圧接されてから熱処理されたり同時に圧接及び熱処理されたりして、接合される。圧接される雰囲気は、真空（１ｍＴｏｒｒ（ ミリトル）以下）、大気中又は窒素（Ｎ２）などの不活性ガス中であってもよい。また２枚の基体１０に与える圧力は７ｋＰａ／ｃｍ２から１２ｋＰａ／ｃｍ２までであることが好ましい。
【００２９】
熱処理される雰囲気は、真空（１ｍＴｏｒｒ（ミリトル）以下）、大気中又は窒素（Ｎ２）などの不活性ガス中であってもよい。熱処理の温度は摂氏２００度から摂氏３５０度であることが好ましく、また熱処理時間は０．５時間から４．０時間であることが好ましい。
【実施例１】
【００３０】
実施例１は、基体１０（１０Ａ及び１０Ｂ）として、３インチφのガラスウェハ（ショット社、Ｄ２６３ホウ珪酸ガラス、厚さ０．４ｍｍ、典型的な面粗さＲａ値は０．２〜０．３ｎｍ）を使用した。また、実施例１は、ガラスウェハの主面に、酸化物の生成自由エネルギーが３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい金属の下地層としてＴｉ層２２（２２Ａ、２２Ｂ）が形成され、その上にＡｇ層２４が形成されて、金属接合層２０（２０Ａ、２０Ｂ）が成膜された。Ｔｉ層２２及びＡｇ層２４は、ＤＣマグネトロンスパッタにて形成された。ＤＣマグネトロンスパッタの成膜条件は、アルゴン圧０．１Ｐａであり、ＤＣパワーはＴｉ層に対して５００Ｗ、Ａｇ層に対して２５０Ｗとした。また成膜した膜厚は、Ｔｉ層１０ｎｍ〜２００ｎｍ、Ａｇ層１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で成膜された。
【００３１】
基体１０であるガラスウェハにＴｉ層及びＡｇ層からなる金属接合膜２０が成膜された後、金属接合膜２０同士が重ね合わせられ、大気中、室温、荷重０．６ＭＰａで圧接された。その後、圧接したガラスウェハは大気中で２５０℃、２時間の熱処理が施された。接合した２枚のガラスウェハがダイシングされ、２ｍｍ×２ｍｍに個片化された。この個片に対し、接合面をせん断するようにせん断強度測定が行われた。
【００３２】
＜膜厚とせん断強度＞
実施例１のこの欄では、金属接合膜の膜厚を変化させて膜厚とせん断強度との関係を説明する。発明者は、表１のＴｉ層およびＡｇ層の膜厚のマトリックスに示すＴｉ／Ａｇの金属接合膜で接合したガラスウェハから２ｍｍ×２ｍｍの個片サンプルを１０個取り出して、せん断強度（shear strength）を調べた。表１のせん断力は１０個の平均値が示されている。Ｔｉ層２２とＡｇ層２４との膜厚いかんにかかわらず、せん断強度は２００Ｎ以上を示しており、強固な接合が実現していることが理解できる。なお、下記の表のせん断強度（Ｎ）は、２ｍｍ×２ｍｍの面積におけるせん断強度である。
【表１】
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【００３３】
＜ロッキングカーブ半値幅とせん断強度＞
実施例１のこの欄では、金属接合膜のＡｇ層のＡｇ（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅とせん断強度との関係を説明する。図３は、Ａｇ（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅に対し、平均せん断強度（図中○印）並びにエラーバーでせん断強度の最大値／最小値がプロットされたものである。
【００３４】
Ｔｉ層２２を５０ｎｍ及びＡｇ層２４を１００ｎｍとした金属接合膜２０が成膜される際に、Ａｇ層２４の成膜条件を変更した。このＡｇ層２４に対して、Ｘ線回折によりＡｇ（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が測定された。Ｘ線回折は、ダイバージェンススリット幅及びレシービングスリット幅は１度とした集中光学系で測定された。ロッキングカーブ半値幅の測定後、同一条件で成膜された２枚のガラスウェハが、Ｎ２雰囲気中、２５０℃、０．５時間、０．１ＭＰａの荷重で接合された。接合されたガラスウェハは、２ｍｍ×２ｍｍの個片にダイシングされ、１０個の個片についてせん断強度試験が実施された。
【００３５】
図３から理解できるように、Ａｇ（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が１０度を超えると平均せん断強度が急激に小さくなる。例えば、せん断強度試験中に、ダイシング中に個片のガラスとガラスとが剥離してしまうこともあった。ダイシング中に個片のガラスとガラスとが剥離した場合は、図３ではせん断強度ゼロとして描かれている。ロッキングカーブ半値幅が１０度を超えると、ガラスとガラスとが剥離してしまいガラス破壊を起こすことがまれであった。つまり、ロッキングカーブ半値幅が１０度を超えると、Ａｇ層２４同士の接合界面で剥離して、個片のガラスとガラスとが分離していることが観察できた。
【００３６】
一方、Ａｇ（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が１０度より小さいと、平均せん断強度は１５０Ｎを越え、せん断強度試験ではガラス破壊に至るものが半数以上になった。さらに、Ａｇ（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が６度未満になると、平均せん断強度は２００Ｎ以上となり、すべてガラス破壊となった。Ａｇ（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が６度未満と、６度〜１０度とで最小せん断強度を比較してみると、前者の方がより大きい値となっていることからも、ロッキングカーブ半値幅が６度未満の領域では、より強固な接合が得られることが分かる。以上より、（１１１）配向性が良好、すなわち、Ａｇ（１１１）反射のロッキングカーブ半値幅が１０度未満の金属接合膜が好ましく、望ましくは６度未満のＴｉ／Ａｇの金属接合膜を用いれば、強固な接合が実現できる。
【実施例２】
【００３７】
＜酸化物の生成自由エネルギーとせん断強度＞
実施例２は、金属接合膜の下地層に適した金属を調べた実施例である。酸化物の生成自由エネルギーが３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい金属として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｄを検討した。この金属から成る層Ｘ（５０ｎｍ）／Ａｇ層（１００ｎｍ）の金属接合膜２０が基体１０であるガラスウェハ上に、電子ビーム蒸着法にて各２枚ずつ成膜された。なお、ガラスウエハは、ショット社、Ｄ２６３ホウ珪酸ガラス、厚さ０．４ｍｍ、典型的な面粗さＲａ値は０．２〜０．３ｎｍを用いた。金属接合膜の成膜後、２４時間以上、室温で大気中に放置した。その後、２枚のガラスウェハの金属接合膜２０が重ね合わせられて、大気中、室温で、０．５ＭＰａの荷重で圧接され、その後Ｎ２中で２５０℃、２時間の熱処理が行われた。そして、ナイフエッジによる簡易せん断テストがこれらのガラスウェハに対して行われた。
【００３８】
ここで簡易せん断テストとは、接合された２枚のガラスウェハ端の接合境界部に剃刀をあて、ガラスウェハ面に平行に剃刀を押し込むことで接合強度（せん断力）を定性的に判断する方法である。剃刀が接合界面に容易に挿入できる場合は接合強度が不十分と判断され、一方、剃刀が接合界面に挿入できないもしくは無理に挿入しようとするとガラスウェハの一部が破れてしまう場合は、十分な接合強度がある判断される。
【００３９】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙでは剃刀が全く挿入できず、無理やり挿入しようとすると少なくとも一方のガラスウェハが割れてしまった。また、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒでは、外周部から剃刀は挿入できるものの途中でガラスウェハが割れてしまった。一方、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｄでは、剃刀が容易に挿入できガラスウェハが割れることなく剥離した。この結果から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒでは強固な接合が実現できた。特にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙは非常に良好な接合が実現できた。一方、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｄでは両行な接合ができていないと判断される。
【００４０】
接合不良の原因を探るため、成膜後２４時間放置したＡｌ（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）の金属接合膜と、Ｚｒ（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）の金属接合膜とについて、オージェ電子分光分析による深さ方向の組成分析を行った。接合不良を起こすＡｌ／Ａｇの金属接合膜では、ＡｌがＡｇ表面に偏析し、酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）が形成されていた。一方、良好な接合が得られたＺｒ／Ａｇの金属接合膜では、表面のみならずＡｇ層中にはＺｒの拡散が認められなかった。この結果より、接合不良は、表面に酸化物の生成自由エネルギーが３５０ｋＪ／ｍｏｌよりも大きい下地金属がＡｇ表面に表出し、酸化層が形成され、接合界面を挟んだＡｇの結晶粒同士が一体化できないことが原因で生じるものと推定される。
【００４１】
なお、金属の酸化物の生成自由エネルギー（−ΔＧ）は、以下の通りである。
【表２】
2020131210.tif 000004
【実施例３】
【００４２】
＜金属接合膜のパターニング形状とせん断強度＞
実施例３は、金属接合膜を用いた矩形や配線パターン間の接合性や電気的接続性を調べた実施例である。３インチφのガラスウェハ（ショット社、Ｄ２６３ホウ珪酸ガラス、厚さ０．４ｍｍ、典型的な面粗さＲａ値は０．２〜０．３ｎｍ）上に、ＤＣマグネトロンスパッタにてＺｒ（１００ｎｍ）／Ａｇ（５０ｎｍ）の金属接合膜２０が成膜された。その後、発明者は、フォトリソグラフィプロセスにより、金属接合膜２０をエッチングして、矩形パターンの金属接合膜２０、枠パターンの金属接合膜２０、及びラインアンドスペースパターンの金属接合膜２０を作製した。これらパターンはすべて、３ｍｍ角の個片内に収まるようにし，個片内は，同一パターンのみが存在するようにした。
【００４３】
矩形パターンの金属接合膜２０は、辺長さＬの正方形パターンを３ｍｍ角内に配置した。同じ個片内には，同一の辺長Ｌからなる矩形パターンが複数配置されている。辺長Ｌは２０μｍ〜３００μｍで複数の幅で形成された。
【００４４】
枠パターンの金属接合膜２０は、外枠サイズが２ｍｍ角で、枠幅Ｗの枠パターンが３ｍｍ角個片の中心に１個配置され，枠幅Ｗは２０μｍ〜３００μｍの範囲で複数形成された。
【００４５】
ラインアンドスペースパターンの金属接合膜２０は、長さ０．８ｍｍ、幅０．８ｍｍの領域内に、ラインアンドスペースが１：１、ライン幅Ｓのラインアンドスペースパターン配置したブロックを、３ｍｍ角個片内に、３×３ブロック配置した。ライン幅Ｓは２０μｍ〜３００μｍの範囲で複数形成された。
【００４６】
同一種の同一寸法のパターン同士が接合されるようにして、ガラスウェハの金属接合膜２０の面が重ね合せられてから、真空中、室温の下で０．５ＭＰａ相当の荷重で圧接された。その後、Ｎ２雰囲気中で３００℃、２時間の熱処理が施された。ダイシングにより、パターン種類や寸法の異なる３ｍｍ角の個片が用意された。作製した個片について、せん断強度試験を行ったところ、パターンの種類や寸法によらず、ガラス破壊もしくは一方のパターンがガラス破片に付随した状態で剥離された。この結果から、金属接合膜２０のパターニング形状は、どのようであっても強固な接合ができていると判断できる。
【実施例４】
【００４７】
＜パッケージングとせん断強度＞
実施例４は、パターニングされた金属接合膜を用いた模擬パッケージを作製し、その気密封止性を調べた実施例である。図２（ａ）に示すように、発明者は、まず、３インチφのガラスウェハ（ショット社、Ｄ２６３ホウ珪酸ガラス、厚さ０．４ｍｍ、典型的な面粗さＲａ値は０．２〜０．３ｎｍ）に、２ｍｍ×２ｍｍ、深さ０．２ｍｍの凹み領域１３が並んだガラスウェハ１０Ｃを作製した。
【００４８】
その作製は次の通りである。まずガラスウェハの表主面及び裏主面にＣｒ／Ａｕマスク膜が成膜される。その後、フォトリソグラフィプロセスにより、凹み領域１３用に表主面からＣｒ／Ａｕマスク膜が除去され、フッ酸による等方エッチングが処理され凹み領域１３が形成される。さらに、凹み領域１３の周囲及び裏主面のＣｒ／Ａｕマスク膜がエッチング除去される。このガラスウェハ１０Ｃと、ガラスウェハと接合する無加工のガラスウェハ１０Ｄ（図２参照）上にＤＣマグネトロンスパッタにてＴｉ（５０ｎｍ）／Ａｇ（１００ｎｍ）が成膜される。凹み領域１３が形成されたガラスウェハは、フォトリソグラフィプロセスにより、凹み領域１３を取り囲むような枠パターンの金属接合膜２０が形成される。発明者は、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ及び３００μｍ幅の４種類の枠パターンの金属接合膜２０を用意した。
【００４９】
その後、凹み領域１３が形成されたガラスウェハの金属接合膜２０と無加工のガラスウェハの金属接合膜２０とが重ね合わせられ、真空中、室温で、０．６ＭＰａの荷重で圧接された。さらに、圧接されたガラスウェハは、大気中で３００℃、１時間の熱処理が施されて、３ｍｍ×３ｍｍの個片にダイシングされた。このようにして、模擬パッケージチップが作製された。作製した模擬パッケージに対して、ヘリウムリーク試験及びバブル試験が施された。４種類の枠パターンの金属接合膜２０を用意し多側、幅の大小にかかわらず、微小なリークが発生していないことが確認できた。
【符号の説明】
【００５０】
１０…基体、  １３…凹み領域
２０…金属接合膜、  ２２…下地層、  ２４…Ａｇ層
ＣＶ…キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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