(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写基板上の金属サブミクロン粒子を含む導電材料の導体パターンを第１基板上に転写し、
加熱加圧により前記第１基板の前記導体パターンを第２基板に接合する
工程を含み、
前記導体パターンの転写を、０．１〜１０％のＨ2もしくはＨｅを混合した不活性ガス雰囲気中、又はＨｅガス雰囲気中で行うことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記Ｈ2若しくはＨｅを混合した不活性ガス雰囲気中、又は前記Ｈｅガス雰囲気中で、前記導体パターンをベークする工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記ベークの温度は、１５０℃〜３００℃の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記導体パターンの転写は、前記Ｈ2若しくはＨｅを混合した不活性ガス雰囲気中、又は前記Ｈｅガス雰囲気中で、１５０℃〜３００℃の温度で、前記導体パターンを前記第１基板上のランドに接続する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板等の接合対象物を接合する接合方法に関し、特に前処理を含む接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、気密性と導通を同時に確保する基板接合方法として、金（Ａｕ）等の貴金属のサブミクロン微粒子を接合材料として用いる手法が提案されている。この接合方法では、Ａｕ等の微粒子と有機溶剤を混合してペースト状の材料にし、導電ペーストを接合対象物である基板上に印刷、あるいはレジストパターンの隙間に埋め込むことによって、導電ペーストを配置する。その後、Ａｕ微粒子の仮焼成やレジスト除去のための洗浄が行われる。
【０００３】
このとき、有機溶剤や界面活性剤ならびにレジスト、そのリムーバ成分などがＡｕの微粒子間に残留する。これらの有機成分をあらかじめ除去するために、塗布した導電ペーストを低温で乾燥し、その後所定の温度範囲で焼結を行なった後に、加熱・加圧により基板同士を接合する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、Ａｕ微粒子間の距離が非常に小さいため、乾燥、焼結した後も、Ａｕ微粒子間に有機成分が残留する。この残留物は、加熱・加圧工程でＡｕ微粒子の隙間から押し出され、基板に形成された気密キャビティ内にアウトガスとして放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３２４５２３号公報
【発明の概要】
【０００６】
Ａｕ微粒子から放出される有機成分のアウトガスの量は微量であるため、封止されるデバイスによっては影響を無視できる場合もある。しかし、スイッチのような接点を有するデバイスでは、アウトガスにより接点が劣化する。また、共振体をもつデバイスでは、共振周波数やＱ値が変動するという問題がある。
【０００７】
そこで、有機性アウトガスの影響を低減した接合方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の一態様では、接合方法は、
転写基板上の金属サブミクロン粒子を含む導電材料の導体パターンを第１基板上に転写し、
加熱加圧により前記第１基板の前記導体パターンを第２基板に接合する
工程を含み、
前記導体パターンの転写を、０．１〜１０％のＨ2もしくはＨｅを混合した不活性ガス雰囲気中、又はＨｅガス雰囲気中で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
接合時の有機性アウトガスの放出を低減し、接合後のデバイスへの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の基板接合プロセスを示す図である。
【図２】実施形態の基板接合プロセスを示す図である。
【図３】実施形態の基板接合プロセスを示す図である。
【図４】実施形態の基板接合プロセスを示す図である。
【図５】ピーク成分で規格化した気密キャビティ内のガス分析結果を示す図である。
【図６】図５の分析結果をグラフ化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下で、図面を参照して発明の実施形態を説明する。実施形態では、導電パターンの転写処理、接合の各工程で、雰囲気ガスとしてＨ2ガス、Ｈｅガスなどの分子量の小さいガスや、これらを混合した不活性ガスを用いる。これにより、貴金属の微粒子間に残留する有機成分をあらかじめ排除する。
【００１２】
図１は、一実施形態の基板接合プロセスを示す図である。図１（Ａ）は概略断面図、図（Ｂ）は平面図である。実施形態では、導電材料として金（Ａｕ）を使用する。
【００１３】
まず、剥離層１２が形成された第１基板（転写ウエハ）１１上に、平均粒径が数十ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍの金粒子を含む導電パターンがある。
【００１４】
剥離層１２は、ポリマー層、グラフェン層、金属薄膜とポリマーの積層など、導電パターン１３，１４の転写の再現性が高い材料で形成されている。
【００１５】
この例では、導電パターン１３は、矩形の気密領域を区画する壁状のパターンである。導電パターン１４は、気密領域内に配置される突起電極パターンである。
【００１６】
図２は、図１の工程に続く転写の前処理工程を示す。図２（Ａ）は概略断面図、図２（Ｂ）は平面図である。図２では、導電パターン１３，１４が形成された転写ウエハ１１を、Ｈ2混合ガス、Ｈｅ混合ガス、あるいはＨｅガス雰囲気中でベークする。混合ガスとして、Ｈ2またはＨｅを体積比で０．１〜１０％、好ましくは１〜１０％含む不活性ガス（Ｎ2ガス、Ａｒガスなど）を用いる。Ｈ2の量が０．１％より少ないと、有機成分をあらかじめ放出させる効果が十分に現れない。Ｈ2の量が１０％よりも多いと、酸素に触れた場合の取り扱いの危険が生じるおそれがある。実施形態では、４％のＨ2を含むＡｒ雰囲気中でベークする。ベークは、たとえば２００℃で３０分行うが、１５０℃〜３００℃の範囲で、適宜時間調整できる。
【００１７】
転写の前処理で、導電パターン１３，１４を、Ｈ2ガスを含む不活性ガスやＨｅガスにさらすことで、導電パターンのＡｕ微粒子間に残留する有機成分や不純物成分を追い出すことができる。ベーク温度１５０℃〜３００℃は燃焼という観点からはそれほど高い温度ではないが、分子量の小さいガスを用いることで、Ａｕ粒子間の有機溶剤成分を分解し、揮発を促進することができる。
【００１８】
図３は、図２の工程に続く転写工程を示す。図３（Ａ）は概略断面図、図３（Ｂ）は平面図である。転写ウエハ１１上の導体パターン２３，２４を封止用基板３１に転写する。具体的には、図２の転写基板の上下を逆にして、導体パターン２３，２４を下側に向けて転写ウエハ１１を保持し、封止用基板３１に形成されているランド電極３３，３４上に導体パターン２３，２４を転写する。
【００１９】
封止用基板３１は、たとえばＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramic：低温焼成セラミック）ウエハである。ランド電極３３、３４は、たとえば貫通ビア３５、３６により、反対側の主面の電極３７，３８と電気的に接続されている。
【００２０】
この転写工程を、Ｈ2を４％含むＮ2ガス、Ｈ2を４％含むＡｒガスなどのＨ2混合ガス雰囲気中、あるいはＨｅガス雰囲気中で、１５０〜３００℃、圧力２０〜３０ＭＰａ（一例として２００℃、２５ＭＰａ）の条件で行う。分子量の小さいＨ2混合ガスまたはＨｅガス雰囲気中で転写を行うことにより、導体パターン２３、２４中に残留する有機成分がさらに分解され大気中に押し出される。また、Ａｕ粒子同士の点接触の状態が進み、導体パターン２３，２４の緻密性が増す。
【００２１】
図４は、図３の工程に続く接合工程を示す。図４（Ａ）は概略断面図、図４（Ｂ）は平面図である。図４（Ｂ）では便宜上、ＬＣＴＴ基板３１を省略してある。図３の工程で作製したＬＣＴＴ基板３１を、デバイス基板５０に接合する。
【００２２】
デバイス基板５０は、その表面にグランド電極５７や、圧電素子６１やスイッチＳＷなどのデバイスが形成され、内部に可動用のキャビティ４４を有する。圧電素子６１は、一対のアクチュエータ電極パターン５３、５５に挟まれた圧電薄膜５４を有する。ブリッジ状上部接点パターン５１と下部接点パターン５２はスイッチＳＷを構成する。キャビティ４４は、たとえばシリコン基板４１上に熱酸化膜などのＳｉＯ2層４２を形成し、所定の形状の開口を有するマスク（不図示）を用いてシリコン基板４１をエッチングし、薄いシリコン層４３を接合したものである。
【００２３】
このデバイス基板５０のランド又は電極（不図示）に対し、ＬＣＴＴ基板４１の導体パターン２３、２４を下向きにして位置合わせし、ＬＣＴＴ基板４１とデバイス基板５０を導体パターン２３，２４により接合する。接合工程は、Ｈ2を４％含むＮ2ガス、Ｈ2を４％含むＡｒガスなどのＨ2混合ガス雰囲気中、あるいはＨｅガス雰囲気中で、２００〜３００℃、圧力８０〜１２０ＭＰ（一例として２５０℃、１００ＭＰａ）の条件で行う。必要に応じて超音波を印加してもよい。
【００２４】
この接合工程で、導体パターン２３，２４は、Ａｕ粒子の融点よりもはるかに低い温度で強固に接合される。導体パターン２３は、緻密で気密性の高い気密壁２３となり、内部空間を外部から遮断する。図２の前処理工程及び図３の転写工程で、導電パターンの金属粒子間の有機成分はあらかじめ放出されているため、図４の接合工程で気密空間内に放出される有機成分ガスは無視できる程度である。
【００２５】
なお、図２の前処理のみ、あるいは図３の転写工程のみをＨ2混合ガス又はＨｅガス雰囲気中で行っても、接合に先立って有機成分をあらかじめ除去する効果は現れるが、図２の前処理と図３の転写処理の双方と、それぞれの装置でＨ2混合ガス又はＨｅガス雰囲気中で行うことによって、残留有機成分をさらに低減することができる。
【００２６】
導体パターン２３，２４の金属粒子間に有機成分が残留していると、加熱、加圧による接合工程で有機成分が機密な空間内に有機成分が放出される。気密空間内にスイッチや共振デバイスがあると有機性アウトガスによりデバイスの性能が劣化するが、実施形態の方法により、デバイス基板５０の動作を高性能に維持することができる。
【００２７】
接合後のデバイス７０は、たとえば通信デバイスやＭＥＭＳデバイスとして用いることができる。通信デバイス７０の場合、たとえば電極２４ａから高周波（ＲＦ）信号が入力され、電極２４ｂから高周波（ＲＦ）信号が出力されるＲＦスイッチの例であるが、有機性アウトガスによる接点汚染を回避することができるため、繰り返しＯＮ−ＯＦＦをおこなっても出力劣化の少ない長寿命なＲＦスイッチを提供することができる。
【００２８】
図５は、図２〜４の工程に従って作製したサンプルを用いて、気密キャビティ４４内に封止されたガスを分析した結果を示す。比較例として、従来方法で作製した同じ構成のサンプルを用いて同様の分析を行った。いずれも、２つずつサンプルを作製して、分析を行った。図６は図５の結果をグラフ化したものである。
【００２９】
図５は、どのようなガス成分がどの程度含まれているかを質量スペクトルの形で検出しており、それぞれのピークの質量数のもので規格化している。図６は、図５の検出結果の検出ピークを１００００００に規格化してグラフ化したものである。
【００３０】
実施形態のガスはＨ2を４％含むＡｒガスである。このガス雰囲気中で２００℃、２５ＭＰでＬＴＣＣウエハ３１上に導体パターン２３、２４を転写し、同じガスを用いて、２５０℃、１００ＭＰａでＬＴＣＣウエハ３１をキャビティ４４付きのデバイス基板５０に接合した。このサンプルを２つ（Ａｒ-４％Ｈ2（１）とＡｒ-４％Ｈ2（２））作製した。
【００３１】
比較例として、Ｎ2ガス雰囲気中で、２００℃、２５ＭＰａでＬＴＣＣウエハ３１上に導体パターン２３、２４を転写し、Ｎ2ガス雰囲気中で２５０℃、１００ＭＰａの条件で接合を行った。このサンプル２を２つ（Ｎ2（１）とＮ2（２））作製した。
【００３２】
図６から明らかなように、Ｎ2ガス雰囲気中で転写および接合を行ったサンプルでは、気密キャビティ４４内に窒素原子（Ｎ）または窒素分子（Ｎ2）の他に、ＣＯ2を多く含む。この二酸化炭素は、キャビティ内に放出された有機性アウトガスが酸化分解されて発生したものと考えられる。
【００３３】
他方、４％のＨ2を含むＡｒガス雰囲気中で転写、接合されたサンプルでは、ＡｒとＡｒ同位体が多く検出されるが、ＣＯ2の量がＮ2雰囲気の場合と比較して非常に少ない。これは、転写工程や前処理工程でＡｕ粒子間に残留する有機物質があらかじめ大気中に放出されているためと考えられる。そして、前処理工程や転写工程で有機物質の放出が促進されているのは、Ｈ2という小さな分子量のガスを使用したためと考えられる。
【００３４】
さらに、実施形態の方法で作製したサンプルの分析結果によると、検出されるガス成分の種類が限られている。これに対し、比較例の方法で作製したサンプルは広範囲な質量数にわたってガス成分が存在している。このことからも、Ａｕ導体パターン自体から有機成分があらかじめ除去されていることがわかる。
【００３５】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
転写基板上の金属サブミクロン粒子の導電材料の導体パターンを第１基板上に転写し、
加熱加圧により前記第１基板の前記導体パターンを第２基板に接合する
工程を含み、
前記導体パターンの転写を、０．１〜１０％のＨ2もしくはＨｅを混合した不活性ガス雰囲気中、又はＨｅガス雰囲気中で行うことを特徴とする接合方法。
（付記２）
前記Ｈ2若しくはＨｅを混合した不活性ガス雰囲気中、又は前記Ｈｅガス雰囲気中で、前記導体パターンをベークする工程を含むことを特徴とする付記１に記載の接合方法。
（付記３）
前記ベークの温度は、１５０℃〜３００℃の範囲であることを特徴とする付記２に記載の接合方法。
（付記４）
前記導体パターンの転写は、前記Ｈ2若しくはＨｅを混合した不活性ガス雰囲気中、又は前記Ｈｅガス雰囲気中で、１５０℃〜３００℃の温度で、前記導体パターンを前記第１基板上のランド上に接続する工程を含むことを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の接合方法。
（付記５）
前記導体パターンの転写は、前記導体パターンを前記第１基板に接続した後に前記転写基板を剥離することを特徴とする付記４に記載の接合方法。
（付記６）
前記第１基板と前記第２基板の接合は、２００℃〜３００℃の温度、８０〜１２０ＭＰａの圧力で行うことを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載の接合方法。
（付記７）
前記導体パターンは閉じた領域を形成する壁状のパターンであり、前記接合により、前記第１基板と前記第２基板の間に前記導体パターンで囲まれた気密空間が形成されることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の接合方法。
（付記８）
前記導体パターンは電気的な接続のための突起電極であり、前記接合により、前記第１基板と前記第２基板が電気的に接続されることを特徴とする付記１〜７のいずれかに記載の接合方法。
（付記９）
前記第２基板は内部キャビティ、共振素子、スイッチ素子の少なくとも１つを有することを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の接合方法。
（付記１０）
前記導電材料は、前記金属のサブミクロン粒子と有機溶剤を混合して生成されることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の接合方法。
【符号の説明】
【００３６】
１１  転写ウエハ
１２  剥離層
１３，１４  導電（Ａｕ）パターン
２３、２４  導体パターン
３１  ＬＴＣＣウエハ（第１基板）
４４  キャビティ
５０  デバイス基板（第２基板）
６１  圧電素子
ＳＷ  スイッチ
【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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