(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接合対象物と該第１の接合対象物と接合させる第２の接合対象物との接合界面となる表面側それぞれを活性化する表面活性化工程と、該表面活性化工程の後に前記第１の接合対象物と前記第２の接合対象物とを接合させる接合工程とを備えた接合方法であって、
前記接合工程は、常温にて第１の所定時間の間、前記第１の接合対象物と前記第２の接合対象物とを加圧する常温加圧工程と、該常温加圧工程後に前記第１の接合対象物と前記第２の接合対象物とを第２の所定時間の間、加熱および加圧することにより、前記第１の接合対象物と前記第２の接合対象物との間で拡散接合を行う加熱・加圧接合工程とを有し、
前記第１の接合対象物および前記第２の接合対象物は、少なくとも一方の前記表面に共晶反応を伴う前記拡散接合が可能な接合層を備え、前記加熱・加圧接合工程の前記加熱の温度を前記接合層における共晶温度以上にすることにより、前記第１の接合対象物と前記第２の接合対象物との間で共晶接合を行うものであり、
前記加熱・加圧接合工程は、第３の所定時間の間、前記共晶温度よりも低い温度に加熱して前記第１の接合対象物と前記第２の接合対象物とを加圧する第１の加熱・加圧過程と、該第１の加熱・加圧過程後に加圧して前記共晶接合を行う第２の加熱・加圧過程とを有することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記第１の接合対象物および前記第２の接合対象物は、少なくとも一方の前記表面に前記拡散接合が可能な接合層を備え、該接合層は、最表面がＡｕからなる表面層を有することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合対象物同士を接合させる接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスや熱型赤外線センサの三次元構造を形成するため、Ｓｉウエハ同士やＳｉウエハとガラスウエハなどとの接合対象物同士を接合させることが行われている。接合対象物同士は、表面活性化法を用いて接合対象物の表面にある接合の妨げになる被膜の除去などにより表面を活性化し、接合対象物の表面の原子の結合手同士を直接結合させることで接合することができる。
【０００３】
この種の接合方法として、たとえば、減圧雰囲気中において、第１の接合対象物と該第１の接合対象物と接合させる第２の接合対象物との接合界面となる表面側それぞれを不活性ガスのイオンビームにより活性化する表面活性化工程と、該表面活性化工程の後に上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを接合させる接合工程とを備え、該接合工程が、常温にて無加圧で上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを接合させる工程を備えてなる接合方法が知られている（たとえば、非特許文献１）。なお、上述の接合方法では、接合後に第１の接合対象物と第２の接合対象物との接合強度を向上させる熱処理を施すことも知られている。
【０００４】
これにより、Ｓｉウエハ同士、Ｓｉウエハと、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）やガドリウムガリウムガーネット（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）などのウエハとを接合することが可能である、とされている。しかしながら、上述の接合方法だけでは、熱処理を施しても、接合対象物同士の接合強度が十分でない場合がある。
【０００５】
また、別の接合方法として、たとえば、ガラスウエハたる第１の接合対象物と該第１の接合対象物と接合させるＳｉウエハたる第２の接合対象物との接合界面となる表面側それぞれにプラズマを利用してＯＨ基を原子的に結合させることにより活性化する表面活性化工程と、該表面活性化工程の後に上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを接合させる接合工程とを備え、該接合工程が、常温にて上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを加圧する常温加圧工程と、該常温加圧工程後に上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを陽極接合させる工程とを備えてなる接合方法も知られている（たとえば、特許文献１。）。
【０００６】
上述の陽極接合を用いた接合方法では、陽極接合の時に加熱してもよいことも知られており、より低温で接合対象物に、そりを発生させずに接合強度を向上させることができる、とされている。
【０００７】
しかしながら、上述の陽極接合を用いる接合方法では、接合対象物の接合界面側がＳｉ、ＳｉＯ２やガラスのいずれかの材料であるものに限られており、種々のＭＥＭＳデバイスの製造などに利用するには十分でない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】高木秀樹著、「特集「ＭＥＭＳ／ＮＥＭＳの最前線」ウエハ常温接合技術」、表面科学 Vol.２６、No.２、２００５、pp.８２-８７
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２４８８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、表面活性化法を利用した接合方法は、接合界面をミクロに見たとき、接合対象物の表面にある原子に何らかの結合力を作用させるものである。表面活性化法による接合のメカニズムは、一見単純に見えるものの、接合対象物の材料と、活性化により変化する接合対象物の表面の状態と深く関係していると考えられ、接合対象物の表面の状態と接合強度との関係についてはほとんどが未解明である。
【００１１】
この種の接合方法では、接合強度および接合の歩留りの更なる向上が求められているものの、上述の接合方法だけでは、十分ではなく、更なる改良が求められている。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、接合強度および接合の歩留りの向上を図ることが可能な接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の接合方法は、第１の接合対象物と該第１の接合対象物と接合させる第２の接合対象物との接合界面となる表面側それぞれを活性化する表面活性化工程と、該表面活性化工程の後に上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを接合させる接合工程とを備えた接合方法であって、上記接合工程は、常温にて第１の所定時間の間、上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを加圧する常温加圧工程と、該常温加圧工程後に上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを加熱および加圧することにより、上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物との間で拡散接合を行う加熱・加圧接合工程とを有し、上記第１の接合対象物および上記第２の接合対象物は、少なくとも一方の上記表面に共晶反応を伴う上記拡散接合が可能な接合層を備え、上記加熱・加圧接合工程の上記加熱の温度を上記接合層における共晶温度以上にすることにより、上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物との間で共晶接合を行うものであり、上記加熱・加圧接合工程は、第３の所定時間の間、上記共晶温度よりも低い温度に加熱して上記第１の接合対象物と上記第２の接合対象物とを加圧する第１の加熱・加圧過程と、該第１の加熱・加圧過程後に加圧して上記共晶接合を行う第２の加熱・加圧過程とを有することを特徴とする。
【００１４】
この接合方法において、上記第１の接合対象物および上記第２の接合対象物は、少なくとも一方の上記表面に上記拡散接合が可能な接合層を備え、該接合層は、最表面がＡｕからなる表面層を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の接合方法においては、接合強度および接合の歩留りの向上を図ることが可能な接合方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１の接合方法の工程を接合装置を用いて説明する工程説明図である。
【図２】同上の接合方法で接合される接合対象物の模式断面図である。
【図３】同上の接合方法の接合工程における加熱と加圧のタイミングチャートである。
【図４】同上の接合方法における接合状態を確認するための積層物たるダミーウエハの説明図である。
【図５】同上の接合方法で接合された積層物たるダミーウエハと、比較のために接合された積層物たるダミーウエハとの接合状態を示す説明平面図である。
【図６】実施形態２の接合方法で接合される接合対象物の模式断面図である。
【図７】同上の接合方法の接合工程における加熱と加圧のタイミングチャートである。
【図８】実施形態３の接合方法の接合工程における加熱と加圧のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下、本実施形態の接合方法の各工程を図１に示す接合装置１０を用いて説明し、図２を用いて、接合装置１０で接合させる第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の構成例を説明する。なお、図１および図２において、同一の構成要素には、同一の符号を付している。
【００２０】
本実施形態の接合方法は、第１の接合対象物１と該第１の接合対象物１と接合させる第２の接合対象物２との接合界面となる表面１ａ，２ａ側それぞれを活性化する表面活性化工程と、該表面活性化工程の後に第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを接合させる接合工程とを備えている。
【００２１】
特に、本実施形態の接合方法は、上記接合工程が、常温にて第１の所定時間の間、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを加圧する常温加圧工程と、該常温加圧工程後に第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを加熱および加圧することにより、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間で拡散接合を行う加熱・加圧接合工程とを有している。
【００２２】
本実施形態の接合方法によって、第１の接合対象物１と、第２の接合対象物２とを接合させる図１に示す接合装置１０は、内部を気密封止することが可能なチャンバ１２を備えている。接合装置１０は、チャンバ１２と接続された排気管１７から真空排気装置１８によって排気することで、チャンバ１２の内部を減圧雰囲気とさせることができる。
【００２３】
より具体的には、接合装置１０のチャンバ１２には、チャンバ１２と連通しチャンバ１２の内部に所定の導入ガス（たとえば、Ａｒガスなどの不活性ガス、酸素ガスや酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスなど）を導入する導入管（図示していない）が接続されている。上記導入管には、該導入管の途中に図示していないバルブ（以下、導入バルブという）が設けられており、該導入バルブの開閉を制御することにより真空チャンバ１２の内部への上記導入ガスのガス流入量の調整を行うことができる。また、接合装置１０は、チャンバ１２と連通しチャンバ１２の内部の上記導入ガスなどを含む排気ガスを排気（図１の黒矢印を参照）する排気管１７が接続されている。排気管１７には、排気管１７に設けられた図示していないバルブ（以下、排気バルブという）を開放し、チャンバ１２の外部へ上記排気ガスを排気して真空度を高める真空排気装置１８が接続されている。また、排気管１７は、上記排気バルブの開閉を制御することなどにより、上記排気ガスのガス流出量や真空度の調整を行うことができる。言い換えれば、接合装置１０は、上記導入ガスのガス流入量の調整と、上記排気ガスのガス流出量の調整とを行うことで、チャンバ１２の内部の真空度を適宜に調整した減圧雰囲気とすることができる。
【００２４】
なお、接合装置１０は、上記導入ガスを導入する上記導入管を複数本備え、図示していない制御装置からの制御信号により、各導入管にそれぞれ設けられた上記導入バルブの開閉を制御してもよい。これにより、接合装置１０は、チャンバ１２の内部に導入する導入ガスの種類を、たとえば、Ａｒガスから窒素ガスに切替えることができる。また、接合装置１０は、チャンバ１２の内部に導入する導入ガスを、たとえば、酸素ガスと窒素ガスとの混合比を適宜に変えた混合ガスとすることもできる。
【００２５】
本実施形態の接合方法に用いられる接合装置１０の真空排気装置１８は、ロータリポンプなどの低真空用の排気ポンプと、ターボ分子ポンプなどの高真空用の排気ポンプとを組み合わせて構成している。第１の接合対象物１の材料、第２の接合対象物２の材料や製造させるデバイスの仕様などにもよるが、真空排気装置１８は、チャンバ１２の内部を所定の真空度（たとえば、１×１０−４Ｐａ）以下の減圧雰囲気に排気できればよい。
【００２６】
また、接合装置１０は、チャンバ１２の内部の下方（図１（ａ）の下側）に第１の接合対象物１を保持する第１のホルダ（以下、下部ホルダという）１４を備えている。下部ホルダ１４は、たとえば、下部ホルダ１４の表面側に設けた誘電体層（図示していない）に、下部ホルダ１４に内蔵させた一対の内部電極（図示していない）から電圧を印加させて正・負の電荷を発生させることができる静電チャックを備えている。下部ホルダ１４は、上記静電チャックが上記誘電体層と第１の接合対象物１との間にクーロン力を働かせ、第１の接合対象物１を下部ホルダ１４に保持させることができる。なお、下部ホルダ１４は、上記静電チャックの代わりに機械的な保持部を備え、第１の接合対象物１を下部ホルダ１４に保持させてもよい。
【００２７】
また、下部ホルダ１４には、下部ホルダ１４に保持された第１の接合対象物１を所定の温度に加熱する第１の加熱ヒータ（以下、下部加熱ヒータという）１４ａが設けられている。なお、下部加熱ヒータ１４ａは、たとえば、第１の接合対象物１を加熱することが可能な電熱線や赤外線ランプなどで構成すればよい。
【００２８】
本実施形態の接合方法に用いられる接合装置１０は、チャンバ１２の内部に、第１の接合対象物１の接合界面となる表面１ａ側を活性化する表面活性化装置１３を備えている。本実施形態の接合方法に用いられる表面活性化装置１３は、チャンバ１２の内部において、第１の接合対象物１を保持する下部ホルダ１４と対向する上方（図１（ａ）の上側）に配置される上部電極１３ａを備えている。表面活性化装置１３は、上部電極１３ａと下部ホルダ１４側との間に高周波の電圧を印加することでプラズマを生起することができるプラズマ照射装置として機能する。
【００２９】
接合装置１０は、導入ガスとしてＡｒガスをチャンバ１２の内部に導入した減圧雰囲気とし、表面活性化装置１３によって生起させたプラズマを第１の接合対象物１の接合界面となる表面１ａ側に照射させる。これにより、接合装置１０は、第１の接合対象物１の上記表面１ａ側を活性化する表面活性化工程を行うことが可能となる（図１（ａ）を参照）。ここにおいて、表面活性化工程に用いる導入ガスは、Ａｒガスだけに限らず、酸素ガスなどを用いてもよいが、これらに限らない。
【００３０】
また、表面活性化装置１３は、第１の接合対象物１の接合界面となる上記表面１ａ側を活性化できるものであればよく、プラズマを照射するプラズマ照射装置だけでなく、イオンビームを照射するイオンビーム照射装置や原子ビームを照射する原子ビーム照射装置などを適宜に用いることもできる。表面活性化装置１３は、第１の接合対象物１の材料や製造するデバイスの仕様などに応じて、プラズマ照射装置、イオンビーム照射装置や原子ビーム照射装置を適宜に選択すればよい。
【００３１】
また、本実施形態の接合方法に用いられる接合装置１０は、表面活性化装置１３をチャンバ１２の内部で移動させ、表面活性化装置１３の代わりにチャンバ１２の内部の上方（図１（ｂ）の上側）に第２の接合対象物２を保持可能な第２のホルダ（以下、上部ホルダ１５という）を配置する搬送機構（図示していない）を備えている。上記搬送機構により、上部ホルダ１５は、下部ホルダ１４に固定された第１の接合対象物１の表面１ａ側と対向した位置に配置することができる。上部ホルダ１５は、下部ホルダ１４と同様に静電チャックにより、上部ホルダ１５に第２の接合対象物２を保持することができる構成としている。また、上部ホルダ１５は、下部ホルダ１４と同様に、上部ホルダ１５に保持された第２の接合対象物２を所定の温度に加熱することができる第２の加熱ヒータ（以下、上部加熱ヒータという）１５ａを備えている。なお、上部ホルダ１５に保持された第２の接合対象物２は、上記搬送機構により図１（ｂ）で示した第１の接合対象物１と対向する位置に搬送されるに先立って、第１の接合対象物１の活性化処理工程と同様にして、第２の接合対象物２の接合界面となる表面２ａ側を活性化する活性化処理工程を別途に行っている。
【００３２】
また、本実施形態の接合方法に用いられる接合装置１０は、第２の接合対象物２を保持する上部ホルダ１５の一表面側と対向する他表面側に設けられたプッシュロッド１６ａを移動させることが可能な接合機構１６を備えている。接合機構１６は、プッシュロッド１６ａの移動により、第２の接合対象物２が保持された上部ホルダ１５と、第１の接合対象物１が保持された下部ホルダ１４とを近接させたり、離間させたりすることができる。なお、接合機構１６は、プッシュロッド１６ａの移動だけでなく、プッシュロッド１６ａを伸縮させることで、第２の接合対象物２が保持された上部ホルダ１５と、第１の接合対象物１が保持された下部ホルダ１４とを近接させたり、離間させてもよい。また、接合装置１０の上部ホルダ１５には、下部ホルダ１４側に上部ホルダ１５側を圧接させた時の第１の接合対象物１および第２の接合対象物２への荷重に応じた圧力を検出することが可能な圧力検出手段（図示していない）を内蔵している。
【００３３】
上記圧力検出手段からの信号に基づいて、後述する制御装置（図示していない）が接合機構１６の動作を制御する制御信号を出力する。接合機構１６は、上記制御装置からの制御信号により、プッシュロッド１６ａの移動をフィードバック制御することで、第１の接合対象物１が保持された下部ホルダ１４と、第２の接合対象物２が保持された上部ホルダ１５との間に掛ける加圧を制御することができる。言い換えれば、接合装置１０は、下部ホルダ１４に対向して配置された上部ホルダ１５の昇降を制御することが可能な接合機構１６を備えている（図１（ｂ）を参照）。
【００３４】
接合装置１０は、上記表面活性化工程後、第２の接合対象物２が保持された上部ホルダ１５を第１の接合対象物１が保持された下部ホルダ１４側に降下（図１（ｃ）の白抜きの矢印を参照）させ、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを加圧することにより仮接合をさせる常温加圧工程を行うことが可能となる（図１（ｃ）を参照）。
【００３５】
接合装置１０は、上記常温加圧工程の後に、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間の加圧（図１（ｄ）の白抜きの矢印を参照）を維持したまま、下部加熱ヒータ１４ａおよび上部加熱ヒータ１５ａにより、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２を加熱させる。これにより、接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間で本接合となる拡散接合を行う加熱・加圧接合工程を行うことができる（図１（ｄ）を参照）。
【００３６】
なお、接合装置１０は、チャンバ１２の内部に所定の導入ガスを導入する上記導入管に設けられた上記導入バルブ、チャンバ１２の内部を所定の真空度に排気する上記排気バルブや真空排気装置１８、表面活性化装置１３、上記搬送機構、下部加熱ヒータ１４ａ、上部加熱ヒータ１５ａ、プッシュロッド１６ａを移動させる接合機構１６などの動作を制御するプログラムが搭載されたコンピュータからなる制御装置（図示せず）を備えている。
【００３７】
また、接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との上記接合工程に先立って、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２の位置をアライメントさせてもよい。この場合、接合装置１０は、チャンバ１２の内部に第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とをアライメントするアライメント装置（図示していない）を備え、たとえば、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の表面１ａ，２ａ側の隅部にそれぞれに異なるアライメントマークを付けておけばよい。接合装置１０は、上記表面活性化工程時の第１の接合対象物１や第２の接合対象物２の熱膨張に伴う位置ズレが生じても、上記アライメント装置が第１の接合対象物１と第２の接合対象物２それぞれに設けられたアライメントマークを認識して、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを高精度にアライメントさせて接合することができる。
【００３８】
接合装置１０は、上記表面活性化工程と、上記接合工程とをそれぞれ別個のチャンバで行う接合装置の構造としてもよい。上記表面活性化工程と、上記接合工程とをそれぞれ別個のチャンバで行う場合、接合装置は、各チャンバそれぞれを減圧雰囲気にできる搬送室（図示しない）で繋げて、第１の接合対象物１や第２の接合対象物２を搬送手段（図示しない）で搬送させる構造としてもよい。
【００３９】
次に、本実施形態の接合方法で接合される接合対象物について図２を用いて説明する。
【００４０】
本実施形態の接合方法で接合される図２（ａ）に示す第１の接合対象物１は、Ｓｉからなるウエハ１１を用いている。第１の接合対象物１は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合界面となる第１の接合対象物１の表面１ａ側に接合層３を備えている。接合層３は、Ｓｉからなるウエハ１１上に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁層３１と、該絶縁層３１上に形成されたＴｉからなる中間層３２と、該中間層３２上に形成された最表面となるＡｕからなる表面層３３とを備えている。中間層３２は、ＳｉＯ２からなる絶縁層３１と、Ａｕからなる表面層３３との密着性を向上させることができる。
【００４１】
ウエハ１１上に形成された絶縁層３１は、ＳｉＯ２などの熱酸化膜であってもよいし、各種ＣＶＤ法などで成膜させたＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などでもよい。また、絶縁層３１上に形成させた中間層３２や中間層３２上に形成させた表面層３３は、蒸着法やスパッタリング法で適宜に成膜させることができる。接合層３は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して所定の形状に形成してもよいし、第１の接合対象物１の表面１ａの全面に設けてもよい。なお、本実施形態の接合方法においては、第１の接合対象物１の表面１ａ側に、厚さが約０．２μｍのＡｕ膜よりなる表面層３３を蒸着法にて成膜してある。表面層３３の厚みは、上述の膜厚に限られるものではなく、表面層３３の材質などにより適宜に設定すればよい。
【００４２】
本実施形態の接合方法で接合させる第１の接合対象物１は、接合を好適に行うために、第１の接合対象物１の表面１ａに適宜に接合層３を設けているが、本実施形態の拡散接合ができる限り、必ずしも接合層３を設ける必要はない。また、接合層３は、必ずしも絶縁層３１、中間層３２や表面層３３となる複数層に形成させる必要はなく、単層で構成してもよい。接合層３の材料としては、たとえば、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔなどの金属材料を用いることができる。接合層３の材料は、合金でもよい。また、第１の接合対象物１の表面１ａにＳｉＯ２などの絶縁層３１を備えている場合、接合層３は、Ａｕからなる表面層３３と絶縁層３１との密着性を向上させる中間層３２を適宜に設ければよい。また、接合層３は、表面層３３と第１の接合対象物１との間で不要な金属材料の拡散を防止するバリア層として中間層３２を適宜に備えてもよい。このような、中間層３２の材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、ＰｔやＭｏなどの金属材料を用いることができる。
【００４３】
また、第１の接合対象物１は、Ｓｉからなるウエハ１１だけに限られず、他の材料であってもよい。第１の接合対象物１の材料としては、たとえば、ガラス、サファイア、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ガドリウムガリウムガーネットなどを用いることができる。また、これらの第１の接合対象物１の材料において、ＳｉＯ２層などの絶縁層３１が形成されたものでもよい。さらに、第１の接合対象物１の形状は、ウエハ形状のものだけに限られず、チップ形状のものでもよい。すなわち、第１の接合対象物１は、各種の機能性デバイスたるチップを用いてもよい。
【００４４】
また、本実施形態の接合方法で接合される図２（ａ）に示す第２の接合対象物２は、第１の接合対象物１と同様に、Ｓｉからなるウエハ２１で構成されている。第２の接合対象物２は、第２の接合対象物２と第１の接合対象物１との接合界面となる第２の接合対象物２の表面２ａ側に接合層４を備えている。接合層４は、Ｓｉからなるウエハ２１に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁層４１と、該絶縁層４１の表面に形成されたＴｉからなる中間層４２と、中間層４２の表面に形成された最表面となるＡｕからなる表面層４３とを備えている。なお、本実施形態の接合方法においては、第１の接合対象物１の表面２ａ側に、厚さが約０．２μｍのＡｕ膜よりなる表面層３３を蒸着法にて成膜してある。
【００４５】
なお、第２の接合対象物２や接合層４は、上述の拡散接合ができる限り、第１の接合対象物１や接合層３と同様に適宜の構成、膜厚や材料を用いることができる。したがって、第２の接合対象物２は、Ｓｉからなるウエハ２１だけに限られず、各種材料のものや各種の機能性デバイスたるチップを用いてもよい。同様に、接合層４も各種の材料や形状とすることができる。
【００４６】
ここで、本実施形態の接合方法における拡散接合とは、第１の接合対象物１の表面１ａ側と第２の接合対象物２の表面２ａ側とを密着させ、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧し、接合界面で生じる原子の拡散を利用して接合する方法をいう。なお、接合界面では、第１の接合対象物１の表面１ａ側と第２の接合対象物２の表面２ａ側とに接合されていない未接合領域（ボイド）が生ずることを減少させる塑性変形を生じさせてもよい。
【００４７】
したがって、拡散接合は、拡散接合を行う接合界面が固相状態で接合される固相拡散接合と、拡散接合を行う際に接合界面に挿入される金属などを一時的に溶融、液化した後に、拡散を利用し等温凝固させて接合する液相拡散接合とを含む。本実施形態の接合方法では、接合を広く解釈するものとし、ＡｕとＡｕとを接合させたＡｕ−Ａｕの直接接合も拡散接合に含まれる。
【００４８】
本実施形態の接合方法は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合界面が、上述した第１の接合対象物１の接合層３と第２の接合対象物２の接合層４とを用いて接合させたＡｕ-Ａｕの他、たとえば、Ｃｕ-Ｃｕ、Ａｌ-Ａｌ、Ｃｕ-Ｓｉ、Ｐｔ-Ｓｉ等などの拡散接合を行うことが可能となる。
【００４９】
これにより、本実施形態の接合方法は、たとえば、接合対象物として、第１の接合対象物１の材料をＳｉとし、第２の接合対象物２の材料をサファイア、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムやガドリウムガリウムガーネットなどの異種材料としても、十分な接合強度を得ることが可能となる。
【００５０】
同様に、図２（ｂ）に示す第１の接合対象物１は、Ｓｉからなるウエハ１１で構成されている。第１の接合対象物１は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合界面となる第１の接合対象物１の表面１ａ側に接合層３を備えている。接合層３は、Ｓｉからなるウエハ１１上に形成されたＴｉからなる中間層３２と、該中間層３２上に形成されたＡｕからなる表面層３３とを備えている。
【００５１】
また、図２（ｂ）に示す第２の接合対象物２は、Ｓｉからなるウエハ２１で構成されている。第２の接合対象物２は、第２の接合対象物２と第１の接合対象物１との接合界面となる第２の接合対象物２の表面２ａ側に接合層４を備えている。接合層４は、Ｓｉからなるウエハ２１の表面に形成されたＴｉからなる中間層４２と、中間層４２の表面に形成されたＡｕからなる表面層４３とを備えている。
【００５２】
本実施形態の接合方法では、図１の接合装置１０を用いた同様の接合工程で、図２（ａ）や図２（ｂ）で示した第１の接合対象物１と、第２の接合対象物２との間でＡｕ−Ａｕの拡散接合をさせることができる。
【００５３】
以下、本実施形態の接合方法を上述した接合装置１０によって、第１の接合対象物１と、第２の接合対象物２とを接合させる各工程について順に説明する。
【００５４】
本実施形態の接合方法に用いられる図１に示す接合装置１０では、最初に、第１の接合対象物１をチャンバ１２の下方（図１（ｂ）の下側）に設けられた下部ホルダ１４に配置し、第２の接合対象物２をチャンバ１２の上方（図１（ｂ）の上側）に設けられた上部ホルダ１５に配置して上下に対向した位置に保持させた状態でチャンバ１２を閉じている（図示していない）。
【００５５】
続いて、接合装置１０は、チャンバ１２の内部と連通する上記導入管の導入バルブを閉止した状態で、排気管１７の上記排気バルブを開放し、真空排気装置１８によりチャンバ１２の内部を排気してチャンバ１２の内部の真空度を高める。
【００５６】
次に、接合装置１０は、上記導入バルブを開放し、上記導入管から導入ガス（たとえば、Ａｒガス）をチャンバ１２の内部に導入する。接合装置１０は、排気管１７から排気される排気量と、上記導入管から導入される上記導入ガスの導入量とを調整することで、チャンバ１２の内部の真空度を一定に保った上記導入ガスの減圧雰囲気とする。
【００５７】
その後、接合前の第１の接合対象物１と第２の接合対象物２に吸着している不要な水分などのガス成分を除去する脱ガス処理を好適に行う。脱ガス処理は、下部ホルダ１４の下部加熱ヒータ１４ａや上部ホルダ１５の上部加熱ヒータ１５ａで接合前の第１の接合対象物１や第２の接合対象物２を加熱すればよい。接合装置１０は、第１の接合対象物１や第２の接合対象物２の加熱により、接合前の第１の接合対象物１や第２の接合対象物２に吸着している不要なガス成分を放出（脱離）させる。接合装置１０は、不要なガス成分を排気管１７からチャンバ１２の外部に排気することで適宜に除去することができる。
【００５８】
ここで、上記脱ガス処理は、たとえば、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２の接合界面となる表面１ａ，２ａの清浄度を維持するために適宜の温度（たとえば、１００℃以上）に加熱すればよい。なお、上記脱ガス処理における加熱時間は、温度の面内均一性、再現性などの観点から、２〜１０分程度の範囲で適宜に設定すればよいが、特に限定するものではない。また、上記脱ガス処理の温度は、第１の接合対象物１や第２の接合対象物２が熱ダメージを受けない範囲で適宜に設定すればよい。
【００５９】
次に、接合装置１０は、上記搬送機構により上部ホルダ１５を移動させて、チャンバ１２の下方に下部ホルダ１４に保持した第１の接合対象物１と対向する上方に表面活性化装置１３の上部電極１３ａを配置させる（図１（ａ）を参照）。
【００６０】
本実施形態の接合方法は、図示しない脱ガス処理を行った後、接合装置１０のチャンバ１２の内部に導入ガスとしてＡｒガスを導入しながら排気することで、チャンバ１２の内部を所定の真空度（たとえば、数Ｐａ程度）の減圧雰囲気に維持している。続いて、接合装置１０は、表面活性化装置１３の上部電極１３ａと下部ホルダ１４側との間に高周波の交流電圧を印加することでプラズマを発生させる。接合装置１０の表面活性化装置１３は、下部ホルダ１４に保持された第１の接合対象物１の表面１ａ側をプラズマに所定時間（たとえば、６０秒）の間、照射させる。これにより、接合装置１０の表面活性化装置１３は、第１の接合対象物１の表面１ａ側をプラズマにより活性化する表面活性化工程を行うことができる。
【００６１】
なお、接合装置１０は、上述の第１の接合対象物１への活性化と同様にして、図示しない表面活性化装置で第２の接合対象物２の表面２ａ側をプラズマにより別途に活性化する表面活性化工程を行っている。
【００６２】
第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側は、通常、大気中において、酸化物や有機物などからなる被膜で覆われている。そのため、第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側は、より内部側と組成も化学結合も異なる状態にある。第１の接合対象物１の表面１ａ側と、第２の接合対象物２の表面２ａ側とを接合させる際には、上記被膜が第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合を阻害する要因になっていると考えられる。
【００６３】
本実施形態の接合方法において、上記表面活性化工程は、第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側に形成されている上記被膜を除去することができる。上記表面活性化工程は、第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側を、露出した原子が化学結合を形成する結合手の一部に結合相手を失った状態にすることが可能となる。そのため、第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側は、接合時の反応性を高くすることができる。
【００６４】
すなわち、図２で例示した接合対象物では、第１の接合対象物１の表面１ａ側に設けられた表面層３３や第２の接合対象物２の表面２ａ側に設けられた表面層４３が活性化されることになる。
【００６５】
なお、上記表面活性化工程は、減圧雰囲気だけでなく、大気圧でプラズマを発生させ第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側を活性化させることもできるが、減圧雰囲気中で行うことが好ましい。
【００６６】
減圧雰囲気中で上記表面活性化工程を行う場合、上記表面活性化工程は、大気圧で上記表面活性化工程を行うものと比較して、反応性をより高めることが可能となる。すなわち、減圧雰囲気中で上記表面活性化工程を行う場合、上記表面活性化工程は、上記導入管から上記導入ガスを導入しつつ、排気管１７から上記排気ガスを排気して真空チャンバ１２の内部を減圧雰囲気に維持している。そのため、接合装置１０は、第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側に形成されている上記被膜を除去し、上記被膜の成分をチャンバ１２の外部へ効率よく排気させることができる。これにより、接合装置１０は、第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側が上記表面活性化工程で除去された上記被膜の成分と結合して再び汚染されることを抑制することができる。
【００６７】
本実施形態の接合方法において、接合装置１０は、第２の接合対象物２を保持した上部ホルダ１５ごと上記搬送機構で搬送し、第１の接合対象物１の上記表面活性化工程とは異なる位置で、第２の接合対象物２の接合界面となる表面２ａ側を活性化する表面活性化工程を別途に行っている。すなわち、接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とが対向して配置された位置とは異なる場所で上記表面活性化工程をそれぞれ行っている。これにより、接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを対向して配置させて上記表面活性化工程を行うものと比較して、除去された上記被膜の成分が対向する第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側へ飛翔して付着する恐れを抑制することが可能となる。
【００６８】
なお、上記被膜の成分が再び付着する恐れがあるものの、接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とが対向配置された位置で上記表面活性化工程を行うことにより、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との上記表面活性化工程を一度に行って簡略化させることもできる。
【００６９】
続いて、本実施形態の接合方法において、接合装置１０は、上記表面活性化工程の後、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを接触させて接合する接合工程を行う。
【００７０】
接合装置１０は、上記表面活性化工程の後、上記搬送機構により、チャンバ１２の下方に下部ホルダ１４に保持した第１の接合対象物１と対向する上方に再び上部ホルダ１５に保持された第２の接合対象物２を配置させる（図１（ｂ）を参照）。
【００７１】
減圧雰囲気中のチャンバ１２の内部において、接合機構１６は、上部ホルダ１５が下部ホルダ１４に近づく方向（図１（ｃ）中の白抜きの矢印を参照）へ接合機構１６のプッシュロッド１６ａを移動させる（図１（ｃ）を参照）。これにより、接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間に荷重を徐々に加え加圧することができる（図３のＩａを参照）。
【００７２】
ここで、接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを接触させ第１の所定時間（たとえば、１時間）の間、常温で所定の荷重（たとえば、５０００Ｎ）で加圧を維持することにより仮接合をさせる常温加圧工程を行う（図３のＩｂを参照）。なお、常温加圧工程の加圧にて付与する荷重は、第１の接合対象物１の材料、第２の接合対象物２の材料や製造するデバイスの接合性能の仕様などにより適宜に設定すればよい。
【００７３】
次に、接合装置１０は、上記常温加圧工程の後に、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間の加圧（図１（ｄ）の白抜きの矢印を参照）を維持したまま下部ホルダ１４に備えられた下部加熱ヒータ１４ａおよび上部ホルダ１５に備えられた上部加熱ヒータ１５ａそれぞれを昇温させる。第１の接合対象物１および第２の接合対象物２は、下部加熱ヒータ１４ａおよび上部加熱ヒータ１５ａにより徐々に加熱される（図３のＩＩａを参照）。
【００７４】
接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを第２の所定時間（たとえば、１時間）の間、所定の温度（たとえば、２００℃）に維持し、本接合となる拡散接合をさせるための加熱・加圧接合工程を行う（図３のＩＩｂを参照）。
【００７５】
なお、加熱・加圧接合工程における加圧にて付与する荷重は、常温加圧工程と同じ荷重に維持する必要もなく、第１の接合対象物１の材料、第２の接合対象物２の材料や製造するデバイスの接合性能の仕様などにより適宜に設定すればよい。
【００７６】
その後、接合装置１０は、下部加熱ヒータ１４ａおよび上部加熱ヒータ１５ａの加熱をそれぞれ止めて、チャンバ１２の内部において、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２の温度を徐々に降温させる（図３のＩＩｃを参照）。
【００７７】
第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の温度が常温（たとえば、３０℃）まで降温した後、接合装置１０は、排気管１７の上記排気バルブを閉じる。また、接合装置１０は、チャンバ１２の内部に上記導入管から窒素ガスを供給し、チャンバ１２の内部を減圧雰囲気から大気圧に戻す。接合装置１０は、下部ホルダ１４および上部ホルダ１５それぞれの静電チャックを解除した上で、接合機構１６によって上部ホルダ１５を下部ホルダ１４から離れる方向へ接合機構１６のプッシュロッド１６ａを移動させる。すなわち、接合装置１０は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間にかかる荷重を徐々に低下させることができる（図３のＩＩＩａを参照）。
【００７８】
これにより、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とが接合された積層物をチャンバ１２から取り出すことが可能となる。
【００７９】
次に、本実施形態の接合方法により第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とが接合された積層物の接合状態ついて詳述する。ここで、本実施形態の接合方法で接合された上記積層物の接合状態は、図４に例示する積層物たるダミーウエハ５の超音波顕微鏡画像により、確認することができる。なお、図４（ａ）は、ダミーウエハ５の平面視を示し、図４（ａ）中の右側には、ダミーウエハ５の中央部から破線で示すように抜き出した拡大部を図示している。また、図４（ｂ）は、ダミーウエハ５の拡大部におけるＡＡ断面を示している。
【００８０】
ダミーウエハ５は、外形が略同一でオリエンテーションフラット面５ａで向きを合わせた一対のウエハをそれぞれ第１の接合対象物１と第２の接合対象物２として接合させて構成している（図４（ａ）を参照）。一対の上記ウエハは、それぞれ図２（ｂ）に示す第１の接合対象物１や第２の接合対象物２と略同一の構成のものを用いており、一方のウエハが第１の接合対象物１の表面１ａ側に後述するパターンにパターニングして形成させた接合層３を備えている点が異なる。
【００８１】
すなわち、ダミーウエハ５は、一方のウエハの第１の接合対象物１をＳｉからなるウエハ１１で形成させている。また、ダミーウエハ５は、他方のウエハの第２の接合対象物２をＳｉからなるウエハ２１で形成させている。第１の接合対象物１には、蒸着法により第１の接合対象物１の表面１ａ側に接合層３を形成させている。接合層３は、Ｓｉからなるウエハ１１上に形成されたＴｉからなる中間層３２と、該中間層３２上に形成されたＡｕからなる表面層３３とを備えている。
【００８２】
第２の接合対象物２には、蒸着法により第２の接合対象物２の表面２ａ側に接合層４を形成させている。接合層４は、Ｓｉからなるウエハ２１の表面に形成されたＴｉからなる中間層４２と、中間層４２の表面に形成されたＡｕからなる表面層４３とを備えている。
【００８３】
ここで、ダミーウエハ５を構成する第１の接合対象物１の表面１ａ側に形成させた接合層３は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して所定の形状にパターニングされている。すなわち、ダミーウエハ５を構成する一方の上記ウエハには、平面視において上記ウエハの全面に接合層３が形成させておらず、一方の上記ウエハの場所によっては接合層３が設けられていない（図４（ｂ）を参照）。
【００８４】
具体的には、第１の接合対象物１の接合層３が縦方向（図４（ａ）の上下方向）に平行なライン状の接合部３ａ，３ａと、横方向（図４（ａ）の左右方向）に平行なライン状の接合部３ｂ，３ｂとで形成されている。また、第１の接合対象物１の接合層３は、縦横のライン状の接合部３ａ，３ａ，３ｂ，３ｂで囲まれた中央部に矩形状の接合部３ｃを形成している。
【００８５】
すなわち、ダミーウエハ５では、第１の接合対象物１のパターニングされた接合層３の各接合部３ａ，３ｂ，３ｃと、第２の接合対象物２の接合層４とが接合される部位が接合領域ＢＲとなる。
【００８６】
ダミーウエハ５は、第１の接合対象物１のパターニングされた接合層３と、第２の接合対象物２の表面２ａの全面に形成された接合層４とを接合させてＡｕ−Ａｕの拡散接合をしている。超音波顕微鏡画像で観測したダミーウエハ５の平面視により、ダミーウエハ５のＡｕ−Ａｕにより拡散接合がされている接合領域と、接合されていない未接合領域とを判別することが可能となる。
【００８７】
ここで、図５に示すダミーウエハ５における接合状態により、本実施形態の接合方法と、比較のための接合方法とを比較する。
【００８８】
図５（ａ）に示すダミーウエハ５は、上述した表面活性化工程の後で常温加圧工程を行わずに、上述した加熱・加圧接合工程だけで接合させた接合状態を例示してある。図５（ａ）に示すダミーウエハ５では、ダミーウエハ５における接合領域ＢＲが図５（ａ）の上側、右側および下側の左右などにパターニングされた接合層３による非接合領域とは別に接合されていない未接合領域（ボイド）５ｄａが現れている。
【００８９】
また、図５（ｂ）に示すダミーウエハ５は、上述した表面活性化工程の後に上述した常温加圧工程を行っただけで接合させた接合状態を示してある。図５（ｂ）に示すダミーウエハ５では、ダミーウエハ５における接合領域ＢＲが図５（ａ）と比較して未接合領域５ｄｂが小さくなっていることが分かる。これにより、図５（ｂ）の接合方法は、図５（ａ）の接合方法よりも接合強度および接合の歩留りがよいことが分かる。
【００９０】
さらに、本実施形態の接合方法を示す図５（ｃ）のダミーウエハ５では、ダミーウエハ５における接合領域ＢＲが図５（ｂ）と比較して、未接合領域５ｄｃがより小さくなっている。これにより、本実施形態の接合方法は、図５（ａ）や図５（ｂ）で用いた接合方法よりも、接合強度および接合の歩留りが良いことが分かる。
【００９１】
本実施形態における接合方法の接合強度や接合の歩留りが優れている理由は定かではないが、以下の如く考えられる。
【００９２】
第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側を活性化させて接合させる表面活性化法を利用した接合方法では、接合のための表面の状態（表面粗さなど）が制約される。
【００９３】
ここで、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とが接合により固定される前に加熱処理が行われた場合、第１の接合対象物１や第２の接合対象物２の熱膨張により接合界面において、第１の接合対象物１や第２の接合対象物２などを構成する材料に移動が起こる。第１の接合対象物１や第２の接合対象物２などを構成する材料に移動が起こると、第１の接合対象物１の表面１ａ側と第２の接合対象物２の表面２ａ側に表面荒れやうねりが生ずる場合がある。第１の接合対象物１の表面１ａ側と第２の接合対象物２の表面２ａ側に表面荒れやうねりが生ずると、第１の接合対象物１の表面１ａ側と第２の接合対象物２の表面２ａ側とを安定的に接合させることが困離になると考えられる。
【００９４】
また、接合により固定される前に加熱処理が行われた場合、第１の接合対象物１や第２の接合対象物２は、内部に含有されていた水分が接合界面の方向に拡散する。第１の接合対象物１の表面１ａ側や第２の接合対象物２の表面２ａ側に表面荒れやうねりにより生じた微小な空洞がある場合、上記水分は、上記空洞に滞留し第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間の接合を阻害する要因となる。さらに、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とは、拡散した上記水分が気化し、上記空洞に閉じ込められた場合においても、接合強度が低下する要因となることが推測される。
【００９５】
本実施形態の接合方法は、一旦、チャンバ１２の内部で第１の接合対象物１と、第２の接合対象物２との間を常温で加圧する常温加圧工程にて仮接合が行われている。また、本実施形態の接合方法は、常温加圧工程後に第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合強度を向上させるための加熱および加圧を行う加熱・加圧接合工程にて本接合となる拡散接合を行っている。
【００９６】
そのため、本実施形態の接合方法では、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを仮接合する常温加圧工程では、熱により第１の接合対象物１、第２の接合対象物２の膨張や第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の内部に含有されていた水分が接合界面方向に拡散し、脱離することが実質的にない。また、本実施形態の接合方法における本接合をさせる加熱・加圧接合工程では、加熱および加圧に伴い第１の接合対象物１や第２の接合対象物２に熱膨張などが生じたとしても、既に仮接合が施されているので、第１の接合対象物１や第２の接合対象物２の材料の移動、接合界面における水分の滞留、水分の脱離などを抑制することが可能となると考えられる。なお、上記空洞は、接合界面に酸化物や有機物の成分となる不純物などが介在しなければ、接合工程における加熱・加圧接合工程により変形する。そのため、上記空洞は閉じられ、その後、接合界面での上記材料の拡散が起こって接合することができる。
【００９７】
その結果、本実施形態の接合方法は、最終的に第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間の接合において、未接合領域の少ない接合を安定的に実現することができ、接合強度および接合の歩留りの向上を図ることが可能となる。
【００９８】
本実施形態の接合方法では、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２が、少なくとも一方の上記表面１ａ，２ａに拡散接合が可能な接合層３，４を備え、該接合層３，４は、最表面がＡｕからなる表面層３３，４３を有している。
【００９９】
ところで、Ａｕは、Ｃｕなどと比較して比較的柔らかい金属材料のため、加熱および加圧により形状が変形しやすく、Ａｕ-Ａｕの固相拡散も起こりやすい。そのため、上述した加熱・加圧接合工程により、拡散接合を比較的容易に行うことができる。
【０１００】
しかしながら、Ａｕは、固相拡散接合には適しているが、線膨張係数が大きく、また内部に水分を吸蔵している場合もある。
【０１０１】
そのため、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間をＡｕからなる表面層３３，４３を用いて上述の常温加圧工程を行わず加熱・加圧接合工程だけで接合させた場合、熱膨張、表面の水分の滞留や水分の脱離の影響を受けてしまう恐れがある。
【０１０２】
本実施形態の接合方法においては、表面活性化工程を行った後、常温にて第１の所定時間の間、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを加圧する常温加圧工程を行い、該常温加圧工程後に第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを第２の所定時間の間、加熱および加圧することにより、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間で拡散接合を行う加圧・加熱接合工程を行っている。本実施形態の接合方法は、上述した常温加圧工程と、上述した加圧・加熱接合工程とを行うことで、表面層３３，４３の熱膨張、接合界面における水分の滞留や水分の脱離の影響を抑制し、良好な接合を実現することが可能となる。
【０１０３】
また、通常、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２として異種材料を用いて接合する場合、熱膨張係数の違いに起因する熱応力のために接合強度を向上させる熱処理の温度が制限され、多くの場合は、十分な接合強度が得られない傾向にある。すなわち、熱処理の温度が高すぎると接合された第１の接合対象物１や第２の接合対象物２の破損、接合界面からの剥離が生じる。また、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間を接合した後に、第１の接合対象物１や第２の接合対象物２の内部に内部応力が残留する恐れがある。しかしながら、本実施形態の接合方法では、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２として、上述の異種材料を接合させても、比較的低温で内部応力が残留することを抑制しつつ、十分な接合強度を得ることが可能となる。
【０１０４】
ところで、本実施形態の接合方法を用いて、たとえば、ＭＥＭＳデバイスを製造する場合、たとえば、ＳＯＩウエハとＳｉウエハとを、図１に示す本実施形態の接合装置１０を用いてウエハレベルで接合することでウエハレベルのパッケージ構造体を形成してから、個々に分割する分割工程（ダイシング工程）により、個別のＭＥＭＳデバイスを形成することができる。
【０１０５】
すなわち、接合装置１０は、ＭＥＭＳデバイスなどを製造する場合、２種類の接合対象物で構成する場合に限られず、３種類以上の接合対象物を接合させ、ウエハレベルのパッケージ構造体からなる積層物を製造させることもできる。この場合、接合装置１０は、各接合対象物ごとに本実施形態における上述した表面活性化工程を繰り返し、各接合対象物を接合させる接合工程を行えばよい。
【０１０６】
なお、本実施形態の接合方法を利用して製造するデバイスは、加速度センサ、ジャイロセンサ、熱型の赤外線センサなどのセンサ素子に限らず、たとえば、集積回路装置などの電子デバイスなどでもよい。また、本実施形態の接合方法は、異種材料の接合による複合基板の製造にも利用することができるため、たとえば、光デバイスや高周波デバイスの製造などヘも応用することができる。
【０１０７】
（実施形態２）
本実施形態の接合方法は、実施形態１の接合方法と略同一であり、図２で示した第１の接合対象物１と、第２の接合対象物２との間の拡散接合をＡｕ−Ａｕの固相拡散接合により接合させる代わりに、図６で示す第１の接合対象物１と、第２の接合対象物２とを用いて、第１の接合対象物１と、第２の接合対象物２との間の拡散接合を共晶接合により接合させた点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【０１０８】
本実施形態の接合方法に用いられる第１の接合対象物１および第２の接合対象物２は、少なくとも一方の上記表面１ａ，２ａに共晶反応を伴う拡散接合が可能な接合層３，４を備えている。
【０１０９】
本実施形態の接合方法では、表面活性化工程後の接合工程が、常温にて第１の所定時間の間、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを加圧する常温加圧工程と、該常温加圧工程後に第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを接合層３，４における共晶温度以上で加熱および加圧することにより、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間で共晶接合をさせている。
【０１１０】
より具体的には、本実施形態の接合方法として、Ｓｉウエハたる第１の接合対象物１とＳｉウエハたる第２の接合対象物２とをＡｕ−Ｓｉの共晶接合により接合させた例を図６の構成に基づいて説明する。
【０１１１】
図６（ａ）に示す第１の接合対象物１は、Ｓｉからなるウエハ１１で構成されている。第１の接合対象物１は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合界面となる第１の接合対象物１の表面１ａ側に接合層３を備えている。接合層３は、Ｓｉからなるウエハ１１上に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁層３１と、該絶縁層３１上に形成されたＴｉからなる中間層３２と、該中間層３２上に形成されたＡｕからなる表面層３３とを備えている。
【０１１２】
また、図６（ａ）に示す第２の接合対象物２は、Ｓｉからなるウエハ２１で構成されている。第２の接合対象物２は、第２の接合対象物２と第１の接合対象物１との接合界面となる第２の接合対象物２の表面２ａ側に接合層４を備えている。接合層４は、Ｓｉからなるウエハ２１の表面に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁層４１と、該絶縁層４１の表面に形成されたＳｉからなる半導体層２２と、該半導体層２２の表面に形成されたＡｕからなる表面層４３とを備えている。
【０１１３】
同様に、図６（ｂ）に示す第１の接合対象物１は、Ｓｉからなるウエハ１１で構成されている。第１の接合対象物１は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合界面となる第１の接合対象物１の表面１ａ側に接合層３を備えている。接合層３は、Ｓｉからなるウエハ１１上に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁層３１と、該絶縁層３１上に形成されたＴｉからなる中間層３２と、該中間層３２上に形成されたＡｕからなる表面層３３とを備えている。
【０１１４】
また、図６（ｂ）に示す第２の接合対象物２は、Ｓｉからなるウエハ２１で構成されている。第２の接合対象物２は、第２の接合対象物２と第１の接合対象物１との接合界面となる第２の接合対象物２の表面２ａ側に接合層４を備えている。接合層４は、Ｓｉからなるウエハ２１の表面に形成されたＡｕからなる表面層４３だけで構成している。
【０１１５】
図６（ｃ）に示す第１の接合対象物１は、Ｓｉからなるウエハ１１で構成されている。第１の接合対象物１は、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合界面となる第１の接合対象物１の表面１ａ側に接合層３を備えている。接合層３は、Ｓｉからなるウエハ１１上に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁層３１と、該絶縁層３１上に形成されたＴｉからなる中間層３２と、該中間層３２上に形成されたＡｕからなる表面層３３とを備えている。
【０１１６】
これに対し、図６（ｃ）に示す第２の接合対象物２は、Ｓｉからなるウエハ２１で構成され、第２の接合対象物２は、図６（ａ）や図６（ｂ）で示したような接合層４を備えていない。
【０１１７】
本実施形態の接合方法では、実施形態１と同様の表面活性化工程を行った後、図６に示す第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間の接合を図７に示すタイミングチャートにしたがって加熱および加圧する接合工程により行っている。以下、本実施形態の接合工程について、図７を用いて詳述する。
【０１１８】
本実施形態の接合工程では、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間に荷重を徐々に加え加圧する（図７のＩａを参照）。
【０１１９】
第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを接触させ第１の所定時間（たとえば、１時間）の間、常温で所定の荷重（たとえば、５０００Ｎ）で加圧を維持することにより仮接合をさせる常温加圧工程を行う（図７のＩｂを参照）。
【０１２０】
次に、上記常温加圧工程の後、加圧した荷重を維持したまま第１の接合対象物１および第２の接合対象物２を加熱して徐々に昇温させる（図７のＩＩａを参照）。
【０１２１】
第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを第２の所定時間（たとえば、１時間）の間、接合層３，４の共晶温度（たとえば、４００℃）以上とし、本接合たる拡散接合としてＳｉ−Ａｕの共晶接合をさせる加熱・加圧接合工程を行う（図７のＩＩｂを参照）。
【０１２２】
その後、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２の温度を徐々に降温させる（図７のＩＩｃを参照）。
【０１２３】
第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の温度が常温（たとえば、３０℃）まで降温した後、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間にかかる荷重を徐々に低下させる（図７のＩＩＩａを参照）。
【０１２４】
これにより、本実施形態の接合方法における接合工程を行うことが可能となる。
【０１２５】
なお、本実施形態の接合方法では、図７のＩＩｂに示す加熱・加圧接合工程を、更に第１の加熱・加圧過程と、第２の加熱・加圧過程とに分けて行うこともできる。すなわち、第１の加熱・加圧過程は、第３の所定時間（たとえば、１時間）の間、共晶温度よりも低い温度（たとえば、２００℃）に加熱し、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを所定の荷重（たとえば、５０００Ｎ）により加圧して、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間で固相拡散接合を行わせる。続いて、第２の加熱・加圧過程は、上記共晶温度以上の温度（たとえば、４００℃）で所定の荷重（たとえば、５０００Ｎ）により加圧して、液相拡散接合となる共晶接合を行ってもよい。なお、本実施形態の接合方法において、加熱・加圧接合工程は、第１の加熱・加圧過程における加圧と、第２の加熱・加圧過程における加圧とを異なる荷重で行ってもよい。
【０１２６】
これにより、本実施形態の接合方法は、固相拡散接合の段階において上記空洞を大きくすることを抑制しつつ、共晶反応をより均一に行うことができ、最終的な接合強度をさらに強くすることが可能となる。
【０１２７】
本実施形態の接合方法における接合工程で行う拡散接合としては、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｌ−Ｓｉなどの共晶接合が挙げられる。
【０１２８】
したがって、第１の接合対象物１に形成される接合層３や第２の接合対象物２に形成される接合層４などの材料としては、たとえば、ＡｕとＡｕ、ＡｕとＳｉ、ＡｕとＳｎ、ＡｌとＳｉ等を適宜に選択して用いればよい。なお、接合層３に絶縁層３１を設ける場合、一般的に、絶縁層３１とＡｕからなる表面層３３との密着性が低い。そのため、絶縁層３１とＡｕからなる表面層３３との中間層３２を形成させることで表面層３３との密着性を向上させてもよい。表面層３３とＳｉからなるウエハ１１との間に中間層３２を形成する場合、中間層３２を介して表面層４３のＡｕと、ウエハ１１側のＳｉとのＡｕ−Ｓｉの拡散を起こさせるため、中間層３２の膜厚は、たとえば、数１０ｎｍ程度の厚み以下とすることが好ましい。
【０１２９】
本実施形態における接合方法は、常温加圧工程と、該常温加圧工程後に共晶接合により接合する加熱・加圧接合工程とを有している。
【０１３０】
第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との接合にあたり、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の接合界面となる表面１ａ，２ａ側それぞれを活性化する表面活性化工程後に、単に、加熱および加圧する加熱・加圧接合工程を行う場合、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の接合界面となる表面１ａ，２ａ側に存在する上述した空洞により、均一に接合することができず、上記接合界面に未接合領域が生じる恐れがある。
【０１３１】
これに対し、本実施形態における接合方法は、上述した第１の接合対象物１および第２の接合対象物２との間を共晶接合により接合する前に、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２との間を常温加圧工程で固相接合させている。
【０１３２】
そのため、本実施形態における接合方法は、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２との間で上記空洞が新たに発生することや上記空洞が大きくなることを抑制することができる。また、本実施形態における接合方法は、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２とを常温加圧工程による固相接合した後、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２とを共晶接合することで、接合層３の材料などが液相化し、微小な上記空洞が埋められ、より均一に接合することで接合強度を更に向上することが可能となる。
【０１３３】
したがって、本実施形態における接合方法は、上述した第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の接合界面となる表面の粗さがある程度大きく、表面活性化工程と加熱・加圧接合工程による固相拡散のみでは十分に未接合領域を低減することが困難な場合においても、接合強度および接合の歩留りの向上を図ることが可能となる。
【０１３４】
（実施形態３）
本実施形態の接合方法は、実施形態２の接合方法と略同一であり、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２との間をＡｕ−Ｓｉの共晶接合を用いて接合させる代わりに、第１の接合対象物１および第２の接合対象物２との間をＡｕ−Ｓｎの共晶接合を用いて接合させた点が異なる。
【０１３５】
本実施形態の接合方法では、図示していない一対のウエハを接合させている。一対のウエハの一方は、第１の接合対象物１をＳｉからなるウエハ１１とし、該ウエハ１１にＡｕＳｎ合金をメッキさせた接合層３を備えている。また、他方のウエハは、第２の接合対象物２をＳｉからなるウエハ２１とし、ウエハ２１にメッキさせたＮｉからなる下地層と該下地層に形成させたＡｕからなる表面層４３とを有する接合層４を備えている。
【０１３６】
本実施形態の接合方法では、実施形態１と同様の表面活性化工程を行った後、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間を図８に示すタイミングチャートにしたがって加熱および加圧する接合工程により接合を行っている。以下、本実施形態の接合工程について、図８を用いて詳述する。
【０１３７】
本実施形態の接合工程では、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間に荷重を徐々に加え加圧する（図８のＩａを参照）。
【０１３８】
第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを接触させ第１の所定時間（たとえば、１時間）の間、常温で所定の荷重（たとえば、５０００Ｎ）で加圧を維持することにより仮接合をさせる常温加圧工程を行う（図８のＩｂを参照）。
【０１３９】
次に、上記常温加圧工程の後、加圧した荷重を維持したまま第１の接合対象物１および第２の接合対象物２を加熱して徐々に昇温させる（図８のＩＩａを参照）。
【０１４０】
第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを第２の所定時間（たとえば、１時間）の間、接合層３，４の共晶温度（たとえば、３００℃）以上とし、本接合たる拡散接合としてＡｕ−Ｓｎの共晶接合をさせる加熱・加圧接合工程を行う（図８のＩＩｂを参照）。
【０１４１】
その後、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２の温度を徐々に降温させる（図７のＩＩｃを参照）。
【０１４２】
その後、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２の温度を徐々に降温させる（図８のＩＩｃを参照）。
【０１４３】
第１の接合対象物１および第２の接合対象物２の温度が常温（たとえば、３０℃）まで降温した後、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間にかかる荷重を徐々に低下させる（図８のＩＩＩａを参照）。
【０１４４】
これにより、本実施形態の接合方法における接合工程を行うことが可能となる。
【０１４５】
なお、本実施形態の接合方法では、図８のＩＩｂに示す加熱・加圧接合工程を、更に第１の加熱・加圧過程と、第２の加熱・加圧過程とに分けて行うこともできる。すなわち、第１の加熱・加圧過程は、第３の所定時間（たとえば、１時間）の間、共晶温度よりも低い温度（たとえば、２００℃）に加熱して第１の接合対象物１と第２の接合対象物２とを所定の荷重（たとえば、５０００Ｎ）により加圧して、第１の接合対象物１と第２の接合対象物２との間で固相拡散接合を行わせる。続いて、第２の加熱・加圧過程は、上記共晶温度以上の温度（たとえば、３００℃）で所定の荷重（たとえば、５０００Ｎ）により加圧して、液相拡散接合となる共晶接合を行ってもよい。なお、本実施形態の接合方法において、加熱・加圧接合工程は、第１の加熱・加圧過程における加圧と、第２の加熱・加圧過程における加圧とを異なる荷重で行ってもよい。
【０１４６】
本実施形態の接合方法における接合工程で行う拡散接合は、Ａｕ−Ｓｎの共晶接合であり、実施形態２で接合したＡｕ−Ｓｉの共晶接合と同様に、接合強度および接合の歩留りの向上を図ることが可能なる。
【符号の説明】
【０１４７】
１  第１の接合対象物
１ａ，２ａ  表面
２  第２の接合対象物
３，４  接合層
１０  接合装置
４３  表面層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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