(57)【要約】【課題】合金層の機械強度を向上可能とする接合方法および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る接合方法は、第１部材と第２部材とを接合する接合方法である。第１部材は、第１基板と、第１基板の上に設けられた第１金属層と、を有する。第２部材は、第２基板と、第２基板の上に設けられた第２金属層と、を有する。接合方法では、第１金属層と第２金属層とを対向させて接触させた状態で、第１部材および第２部材を、第１金属層の融点より低く、かつ第２金属層の融点より低い第１温度まで加熱し、第１温度に加熱された第１部材と第２部材とを、互いに向けて押圧し、押圧された第１部材および第２部材を、第１金属層の融点以上であり、かつ第２金属層の融点以上である第２温度まで加熱することで第１部材と第２部材とを接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材とを接合する接合方法であって、
前記第１部材は、第１基板と、前記第１基板の上に設けられた第１金属層と、を有し、
前記第２部材は、第２基板と、前記第２基板の上に設けられた第２金属層と、を有し、
前記第１金属層と前記第２金属層とを対向させて接触させた状態で、前記第１部材および前記第２部材を、前記第１金属層の融点より低く、かつ前記第２金属層の融点より低い第１温度まで加熱し、
前記第１温度に加熱された前記第１部材と前記第２部材とを、互いに向けて押圧し、
押圧された前記第１部材および前記第２部材を、前記第１金属層の融点以上であり、かつ前記第２金属層の融点以上である第２温度まで加熱することで前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合方法。
【請求項２】
前記第１部材は、前記第１金属層に隣接し、前記第１基板と前記第１金属層との間に設けられた第３金属層をさらに有し、
前記第３金属層の融点は、前記第１金属層の融点より高く、
前記第２部材は、前記第２金属層に隣接し、前記第２基板と前記第２金属層との間に設けられた第４金属層をさらに有し、
前記第４金属層の融点は、前記第２金属層の融点より高く、
前記第１温度および前記第２温度は、前記第３金属層の前記融点および前記第４金属層の前記融点より低い請求項１記載の接合方法。
【請求項３】
前記第１温度に加熱された前記第１部材と前記第２部材とを押圧する工程において、前記第１金属層の一部と前記第３金属層の一部とを反応させることで第１合金層を形成し、前記第２金属層の一部と前記第４金属層の一部とを反応させることで第２合金層を形成する請求項２記載の接合方法。
【請求項４】
前記第１部材および前記第２部材を前記第２温度まで加熱する工程において、前記第１合金層と前記第２合金層とを一体化させることで前記第１部材と前記第２部材とを接合する請求項３記載の接合方法。
【請求項５】
前記第１部材は、
前記第１基板と前記第３金属層との間に設けられた第１導電形の第１半導体層と、
前記第１半導体層と前記第３金属層との間に設けられた発光層と、
前記発光層と前記第３金属層との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、
をさらに有する請求項４記載の接合方法。
【請求項６】
前記第１部材は、前記第２半導体層の一部と前記第３金属層の一部との間に設けられた第５金属層をさらに有し、
前記第１金属層の表面には、前記第５金属層の位置に応じた凹凸が形成された請求項５記載の接合方法。
【請求項７】
前記第１金属層および前記第２金属層は、スズを含み、
前記第３金属層および前記第４金属層は、ニッケルを含み、
前記第１合金層および前記第２合金層は、Ｎｉ３Ｓｎ４を含む請求項３〜６のいずれか１つに記載の接合方法。
【請求項８】
第１部材と第２部材とを接合する接合方法であって、
前記第１部材は、第１基板と、前記第１基板の上に設けられた第１金属層と、を有し、
前記第２部材は、第２基板と、前記第２基板の上に設けられた第２金属層と、を有し、
前記第１金属層と前記第２金属層とを対向させて接触させた状態で、前記第１部材および前記第２部材を、前記第１金属層の融点より低く、かつ前記第２金属層の融点より低い第１温度まで加熱し、
前記第１温度に加熱された前記第１部材と前記第２部材とを、互いに向けて第１荷重で押圧し、
前記第１荷重で押圧された前記第１部材および前記第２部材を、前記第１金属層の融点以上であり、かつ前記第２金属層の融点以上である第２温度まで加熱し、
前記第２温度に加熱された前記第１部材と前記第２部材とを、互いに向けて、前記第１荷重より大きい第２荷重で押圧することで前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合方法。
【請求項９】
第１部材と第２部材とを接合する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記第１部材は、第１半導体基板と、前記第１半導体基板の上に設けられた第１金属層と、を有し、
前記第２部材は、第２半導体基板と、前記第２半導体基板の上に設けられた第２金属層と、を有し、
前記第１部材と前記第２部材とを接合する工程において、
前記第１金属層と前記第２金属層とを対向させて接触させた状態で、前記第１部材および前記第２部材を、前記第１金属層の融点より低く、かつ前記第２金属層の融点より低い第１温度まで加熱し、
前記第１温度に加熱された前記第１部材と前記第２部材とを、互いに向けて押圧し、
押圧された前記第１部材および前記第２部材を、前記第１金属層の融点以上であり、かつ前記第２金属層の融点以上である第２温度まで加熱することで前記第１部材と前記第２部材とを接合する、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、接合方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、金属層を介して２つの部材を接合させる場合がある。接合により、２つの部材の間には合金層が形成される。この合金層の機械強度は、高いことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、合金層の機械強度を向上可能とする接合方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る接合方法は、第１部材と第２部材とを接合する接合方法である。前記第１部材は、第１基板と、前記第１基板の上に設けられた第１金属層と、を有する。前記第２部材は、第２基板と、前記第２基板の上に設けられた第２金属層と、を有する。接合方法では、前記第１金属層と前記第２金属層とを対向させて接触させた状態で、前記第１部材および前記第２部材を、前記第１金属層の融点より低く、かつ前記第２金属層の融点より低い第１温度まで加熱し、前記第１温度に加熱された前記第１部材と前記第２部材とを、互いに向けて押圧し、押圧された前記第１部材および前記第２部材を、前記第１金属層の融点以上であり、かつ前記第２金属層の融点以上である第２温度まで加熱することで前記第１部材と前記第２部材とを接合する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
【図２】第１実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
【図３】第１実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
【図４】第１実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
【図５】第１実施形態に係る接合方法における各工程のタイミングを表すタイミングチャートである。
【図６】ニッケルとスズの二元系平衡状態図である。
【図７】第２実施形態に係る接合方法における各工程のタイミングを表すタイミングチャートである。
【図８】第３実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
【図９】第３実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１〜図５を参照して、第１実施形態に係る接合方法および半導体装置の製造方法について説明する。
図１〜図４は、第１実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
図５は、第１実施形態に係る接合方法における各工程のタイミングを表すタイミングチャートである。
なお、図５（ａ）は、各時間における第１部材１００および第２部材２００の温度を表す。図５（ｂ）は、各時間において第１部材１００および第２部材２００に加えられる荷重を表す。
【０００９】
本実施形態に係る接合方法は、２つの部材を液相状態の金属層を用いて接合する液相拡散接合である。ここでは、第１部材１００と第２部材２００とを接合して半導体発光素子を製造する場合について説明する。
【００１０】
まずは、図１に表すように、第１部材１００と、第２部材２００と、を用意する。
ここで、第１部材１００および第２部材２００の具体的な構造について説明する。
【００１１】
第１部材１００は、第１基板１０１と、ｎ形半導体層１０３（第１導電形の第１半導体層）と、発光層１０５と、ｐ形半導体層１０７（第２導電形の第２半導体層）と、反射層１０９（第５金属層）と、バリア層１１１と、第３金属層１１３と、第１金属層１１５と、を有する。
【００１２】
ｎ形半導体層１０３は、第１基板１０１の上に設けられる。発光層１０５は、ｎ形半導体層１０３の上に設けられる。ｐ形半導体層１０７は、発光層１０５の上に設けられる。
以降の実施形態の説明では、ｎ形半導体層１０３、発光層１０５、およびｐ形半導体層１０７が積層された方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向に対して垂直であり、互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とする。
【００１３】
反射層１０９は、ｐ形半導体層１０７の一部の上に設けられている。バリア層１１１は、反射層１０９の上に設けられるとともに、Ｘ方向およびＹ方向を含む面（Ｘ−Ｙ面）に沿って反射層１０９を囲んでいる。第３金属層１１３は、バリア層１１１の上に設けられる。第１金属層１１５は、第３金属層１１３の上に設けられる。
【００１４】
バリア層１１１の上面、第３金属層１１３の上面、および第１金属層１１５の上面には、例えば、反射層１０９が設けられた位置に応じて、凹凸が形成されている。すなわち、これらの上面のうち、Ｚ方向において反射層１０９と対向する部分は、Ｚ方向において反射層１０９と対向しない部分よりも上方（Ｚ方向側）に位置している。
【００１５】
第２部材２００は、第２基板２０１と、下地層２０３と、第４金属層２０５と、第２金属層２０７と、を有する。
下地層２０３は、第２基板２０１の上に設けられる。第４金属層２０５は、下地層２０３の上に設けられる。第２金属層２０７は、第４金属層２０５の上に設けられる。
【００１６】
ここで、各構成要素の材料の一例について説明する。
第１基板１０１および第２基板２０１には、シリコン基板、サファイア基板などの半導体基板を用いることができる。ｎ形半導体層１０３は、シリコンなどのｎ形不純物を含む窒化ガリウム層である。発光層１０５は、アンドープの窒化ガリウム層である。ｐ形半導体層１０７は、マグネシウムなどのｐ形不純物を含む窒化ガリウム層である。反射層１０９は、銀などの屈折率の低い金属を含む。バリア層１１１は、ニッケルやチタンを含む。
【００１７】
第３金属層１１３および第１金属層１１５の材料は、第１金属層１１５の融点が第３金属層１１３の融点よりも低くなるように、選択される。より望ましくは、第３金属層１１３および第１金属層１１５の材料は、加熱された際に第３金属層１１３に含まれる金属と第１金属層１１５に含まれる金属とが合金を形成し、当該合金の融点が第１金属層１１５の融点を超えるように、選択される。
【００１８】
同様に、第４金属層２０５および第２金属層２０７の材料は、第２金属層２０７の融点が第４金属層２０５の融点よりも低くなるように、選択される。より望ましくは、第４金属層２０５および第２金属層２０７の材料は、加熱された際に第４金属層２０５に含まれる金属と第２金属層２０７に含まれる金属とが合金を形成可能であり、当該合金の融点が第２金属層２０７の融点を超えるように、選択される。
【００１９】
上述した条件を満たす材料として、第３金属層１１３および第４金属層２０５にはニッケルを用い、第１金属層１１５および第２金属層２０７にはスズを用いることができる。第１金属層１１５および第２金属層２０７がスズからなる場合、第１金属層１１５および第２金属層２０７の融点は、約２３０度である。
【００２０】
次に、用意した第１部材１００と第２部材２００とを、図２に表すように、第１金属層１１５と第２金属層２０７とを対向させて接触させる。これらの金属層の表面に凹凸が形成されている場合は、第１金属層１１５の少なくとも一部と第２金属層２０７の少なくとも一部とが接していればよい。このとき、第１部材１００および第２部材２００の温度は、例えば室温ＲＴ（図５のタイミングｔ０〜ｔ１）である。
【００２１】
次に、第１金属層１１５と第２金属層２０７とを接触させた状態で、第１部材１００および第２部材２００を、温度Ｔ１まで加熱する（タイミングｔ１）。温度Ｔ１は、第１金属層１１５および第２金属層２０７の融点より低い温度である。第１金属層１１５および第２金属層２０７がスズから構成される場合、温度Ｔ１は、例えば、１７０度以上１９０度以下に設定される。
【００２２】
次に、第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ１に加熱した状態で、第１部材１００と第２部材２００とを互いに向けて荷重Ｌ２で押圧する（タイミングｔ２）。一例として、第１基板１０１および第２基板２０１が、直径２００ｍｍの基板である場合、第１部材１００と第２部材２００とは、互いに向けて、５０ｋＮ以上６０ｋＮ以下の荷重で押圧される。
【００２３】
このとき、第１部材１００では、第１金属層１１５に含まれる金属が第３金属層１１３に拡散する。これにより、第３金属層１１３に含まれる金属と第１金属層１１５に含まれる金属との合金を含む第１合金層１１７が形成される。同様に、第２部材２００においても、第２金属層２０７に含まれる金属が第４金属層２０５に拡散する。これにより、第４金属層２０５に含まれる金属と第２金属層２０７に含まれる金属との合金を含む第２合金層２０９が形成される。このときの様子を、図３に表す。
【００２４】
次に、第１部材１００と第２部材２００とを押圧した状態で、第１部材１００および第２部材２００を、温度Ｔ２まで加熱する（タイミングｔ３）。温度Ｔ２は、第１金属層１１５および第２金属層２０７の融点以上の温度であり、第３金属層１１３および第４金属層２０５の融点未満の温度である。一例として、第１金属層１１５および第２金属層２０７がスズからなる場合、第１金属層１１５および第２金属層２０７の融点は、約２３０度であり、温度Ｔ２は、２３０度以上に設定される。
【００２５】
第１部材１００および第２部材２００を、温度Ｔ２まで加熱することで、第１金属層１１５および第２金属層２０７が溶融する。このとき、第１金属層１１５に含まれる金属が第３金属層１１３に拡散し、第２金属層２０７に含まれる金属が第４金属層２０５に拡散する。これにより、合金化されずに残存していた第１金属層１１５と第３金属層１１３との合金化が進行し、第１合金層１１７の厚みが増加する。同様に、合金化されずに残存していた第２金属層２０７と第４金属層２０５との合金化が進行し、第２合金層２０９の厚みが増加する。そして、最終的に、第１合金層１１７と第２合金層２０９が一体となり、１つの合金層１１９が形成され、この合金が凝固していくことで、図４に表すように、第１部材１００と第２部材２００が接合される。
【００２６】
なお、このとき、合金層１１９からバリア層１１１への金属の拡散を抑制するために、第３金属層１１３は、一部が合金化せずに残存することが望ましい。同様に、合金層１１９から下地層２０３への金属の拡散を抑制するために、第４金属層２０５は、一部が合金化せずに残存することが望ましい。また、合金層１１９の機械強度を高めるためには、図４に表すように、第１金属層１１５および第２金属層２０７は全て合金化し、残存していないことが望ましい。
【００２７】
合金層１１９が形成され、第１部材１００と第２部材２００とが接合された後は、第１部材１００および第２部材２００に対する加熱および押圧を停止し、プロセスを終了する（タイミングｔ４）。
【００２８】
なお、図５に表すタイミングチャートでは、各タイミングにおいて、温度および荷重を緩やかに変化させているが、温度および荷重をより急峻に、ステップ状に変化させてもよい。また、ｔ０〜ｔ４のそれぞれの間の間隔は、適宜変更可能である。第１部材１００および第２部材２００に対する加熱を停止するタイミングと、第１部材１００および第２部材２００に対する押圧を停止するタイミングと、は異なっていてもよい。
【００２９】
また、図５に表す例では、温度を荷重よりも緩やかに変化させているが、荷重を温度よりも緩やかに変化させても良い。あるいは、加熱を開始してから停止するまでの時間と、荷重を加え始めてから停止するまでの時間と、をほぼ同程度としても良い。
【００３０】
次に、本実施形態による効果について説明する。
第１部材１００と第２部材２００との接合を行う前の状態では、第１金属層１１５の表面および第２金属層２０７の表面には、酸化膜が存在する。この酸化膜は、例えば、各金属層に含まれる金属が、大気中の酸素と反応することで形成される。
ここで、実施形態に係る接合方法の比較例として、第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ２まで加熱し、その後これらの部材を押圧する場合について考える。この比較例に係る接合方法を用いた場合、第１金属層１１５および第２金属層２０７の表面には酸化膜が存在するため、当該酸化膜によって、溶融した第１金属層１１５および第２金属層２０７の流動が阻害される。この結果、第１金属層１１５と第２金属層２０７とが混ざり合わず、また、第１合金層１１７と第２合金層２０９との一体化も阻害されるため、合金層１１９の中に空隙が形成され、合金層１１９の機械強度が低下してしまう。
第１部材１００および第２部材２００を押圧して酸化膜を破壊することも考えられるが、第１金属層１１５および第２金属層２０７が溶融した状態では酸化膜に荷重が伝わりにくい。このため、第１部材１００および第２部材２００には非常に大きな荷重を加える必要があり、装置コストの上昇が生じる。また、荷重を大きくすることでも溶融した金属の流動が阻害されるため、酸化膜を破壊できたとしても、結果的に合金層１１９中に空隙が生じやすくなってしまう。
【００３１】
この課題に対して、本実施形態では、第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ１まで加熱し、これらの部材を押圧した後に、第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ２まで加熱する。
まず、第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ１まで加熱すると、第１金属層１１５および第２金属層２０７は溶融しないものの、これらの金属層の硬さが低下する。
この状態で、第１部材１００および第２部材２００を押圧することで、比較例に係る接合方法に比べて、第１金属層１１５および第２金属層２０７の表面に形成された酸化膜を、より小さな荷重で破壊することが可能となる。また、第１金属層１１５および第２金属層２０７の硬さを低下させた後に押圧するため、第１部材１００および第２部材２００に含まれる他の層に負荷が加わったことによる亀裂などの損傷が生じる可能性を低減することができる。
次に、第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ２まで加熱することで、第１金属層１１５および第２金属層２０７が溶融する。このとき、第１金属層１１５および第２金属層２０７の表面に形成されていた酸化膜は既に破壊されているため、溶融した第１金属層１１５および第２金属層２０７は、酸化膜に阻害されずに流動し、合金層１１９を形成する。この結果、合金層１１９におけるボイドの発生が抑制され、合金層１１９の機械強度を向上させることができる。
【００３２】
すなわち、本実施形態に係る接合方法を用いることで、第１部材１００および第２部材２００に損傷が生じる可能性を低減しつつ、合金層１１９の機械強度を向上させることが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、上述した通り、第１金属層１１５および第２金属層２０７の表面に形成された酸化膜を破壊してからこれらの金属層を溶融させるため、酸化膜によって溶融した金属の流動が阻害されない。このため、第１金属層１１５および第２金属層２０７の表面に凹凸が形成されている場合であっても、これらの凹凸に応じて溶融した金属層が流れ込むため、合金層１１９に空隙が生じにくい。すなわち、本実施形態に係る接合方法は、第１金属層１１５および第２金属層２０７の少なくともいずれかの表面に凹凸が形成されている場合に、特に有効である。
例えば、図１に表す例では、第１金属層１１５の表面には、反射層１０９に応じて凹凸が形成されている。本実施形態に係る接合方法を用いることで、このような場合でも、合金層１１９における空隙の発生を抑制し、合金層１１９の機械強度を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、第３金属層１１３および第４金属層２０５がニッケルを含み、第１金属層１１５および第２金属層２０７がスズを含む場合、温度Ｔ２は、２３０度以上であることが望ましい。この点について、図６を用いて説明する。
【００３５】
図６は、ニッケルとスズの二元系平衡状態図である。
図６において、横軸は、ニッケルとスズとの合金におけるスズの原子組成割合（ａｔ％）および質量組成割合（ｗｔ％）を表し、縦軸は、温度を表している。
【００３６】
図６ほぼ中央の一点鎖線で囲っている部分に表されるように、ニッケルとスズとの合金は、２３０度以上において、Ｎｉ３Ｓｎ４を形成することがわかる。Ｎｉ３Ｓｎ４の融点は７９０度であり、一般的な後工程において、第１部材１００および第２部材２００が加熱される温度よりも高い。このため、後工程において合金層１１９が溶融し、膜剥がれなどが生じる可能性を低減することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る接合方法における各工程のタイミングを表すタイミングチャートである。
図７（ａ）は、各時間における第１部材１００および第２部材２００の温度を表す。図７（ｂ）は、各時間において第１部材１００および第２部材２００に加えられる荷重を表す。
本実施形態に係る接合方法は、例えば、第１部材１００および第２部材２００に加える荷重を段階的に変化させる点で、第１実施形態と異なる。
【００３８】
まず、第１実施形態と同様に、第１金属層１１５と第２金属層２０７とを接触させ、第１部材１００および第２部材２００を、温度Ｔ１まで加熱する（図７のタイミングｔ１）。温度Ｔ１は、第１金属層１１５および第２金属層２０７の融点より低い温度である。
【００３９】
次に、第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ１に加熱した状態で、第１部材１００と第２部材２００とを互いに向けて、荷重Ｌ１で押圧する（タイミングｔ２）。一例として、第１基板１０１および第２基板２０１が直径２００ｍｍの基板である場合、荷重Ｌ１は、３０ｋＮ以上４０ｋＮ以下である。このとき、例えば、図３に表す工程と同様に、第１部材１００において第１合金層１１７が形成され、第２部材２００において第２合金層２０９が形成される。
【００４０】
次に、第１部材１００と第２部材２００とを荷重Ｌ１で押圧した状態で、第１部材１００および第２部材２００を、温度Ｔ２まで加熱する（タイミングｔ３）。温度Ｔ２は、第１金属層１１５および第２金属層２０７の融点以上の温度であり、第３金属層１１３および第４金属層２０５の融点未満の温度である。
【００４１】
次に、第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ２に加熱した状態で、第１部材１００と第２部材２００とを互いに向けて、荷重Ｌ２で押圧する（タイミングｔ４）。荷重Ｌ２は、荷重Ｌ１より大きく、例えば、５０ｋＮ以上６０ｋＮ以下である。この工程により、合金層１１９が形成される。
【００４２】
合金層１１９が形成され、第１部材１００と第２部材２００とが接合された後は、第１部材１００および第２部材２００に対する加熱および押圧を停止し、プロセスを終了する（タイミングｔ５）。
【００４３】
本実施形態に係る接合方法によれば、温度Ｔ１に加熱された第１部材１００および第２部材２００を押圧することで、第１金属層１１５および第２金属層２０７の表面に形成された酸化膜が破壊される。そして、荷重Ｌ１で押圧された第１部材１００および第２部材２００を温度Ｔ２まで加熱することで、第１金属層１１５および第２金属層２０７が溶融する。溶融した第１金属層１１５および第２金属層２０７は、第１金属層１１５および第２金属層２０７の表面の凹凸によって生じる第１部材１００と第２部材２００との間隙に流れ込む。このとき、第１部材１００および第２部材２００に加える荷重を大きくすることで、溶融した第１金属層１１５および第２金属層２０７の流動性が向上し、第１部材１００と第２部材２００との間隙が、より埋め込まれやすくなる。第１部材１００と第２部材２００との間隙が埋め込まれやすくなることで、合金層１１９におけるボイドの発生がさらに抑制される。
すなわち、本実施形態は、図１に表すように、少なくとも一方の表面に凹凸が形成された部材同士を接合する場合により有効である。このような部材同士の接合に本実施形態を適用することで、合金層１１９におけるボイドの発生を効果的に抑制し、合金層１１９における機械強度を向上させることが可能となる。
【００４４】
（第３実施形態）
図８〜図１０は、第３実施形態に係る接合方法を表す工程断面図である。
本実施形態では、ＭＥＭＳ素子を有する第３部材３００と、第４部材４００と、を接合し、ＭＥＭＳ素子を封止する場合について説明する。また、ここでは、第１実施形態の図５に表すタイミングチャートを適用した場合について説明する。図５に表すタイミングチャートに代えて、第２実施形態の図７に表すタイミングチャートを適用することも可能である。
【００４５】
まず、図８に表すように、第１部材３００と、第２部材４００と、を用意する。
以下では、第１部材３００および第２部材４００の構造について、具体的に説明する。
【００４６】
第１部材３００は、第１基板３０１と、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)素子３０３と、第３金属層３０５と、第１金属層３０７と、を有する。
ＭＥＭＳ素子３０３は、第１基板３０１の上に設けられる。例えば、第１基板３０１の上面には凹部が形成されている。ＭＥＭＳ素子３０３は、凹部の底面から離間した状態で、凹部の側壁と連結されて支持される。
第３金属層３０５は、第１基板３０１の上であって、第１基板３０１上面の凹部の周りに設けられる。第１金属層３０７は、第３金属層３０５の上に設けられる。すなわち、ＭＥＭＳ素子３０３は、第３金属層３０５および第１金属層３０７によって囲まれている。
【００４７】
第２部材４００は、第２基板４０１と、構造体４０３と、第４金属層４０５と、第２金属層４０７と、を有する。
構造体４０３は、第２基板４０１の上に環状に設けられる。構造体４０３は、例えば、ＭＥＭＳ素子３０３と電気的に接続される不図示の配線層を含む。第４金属層４０５は、構造体４０３の上に設けられる。第２金属層４０７は、第４金属層４０５の上に設けられる。
【００４８】
第１基板３０１および第２基板４０１は、例えば、シリコン基板である。
第１金属層３０７および第２金属層４０７の材料には、第１実施形態で説明した第１金属層１１５および第２金属層２０７と同様の材料を用いることができる。第３金属層３０５および第４金属層４０５の材料には、第１実施形態で説明した第３金属層１１３および第４金属層２０５と同様の材料を用いることができる。
【００４９】
次に、図９に表すように、第１金属層３０７と第２金属層４０７とを対向させて接触させる。このとき、第１部材３００および第２部材４００の温度は、例えば室温ＲＴ（図５のタイミングｔ０〜ｔ１）である。続いて、第１部材３００および第２部材４００を温度Ｔ１まで加熱し、その状態で、第１部材３００と第２部材４００とを互いに向けて荷重Ｌ２で押圧する（タイミングｔ１〜ｔ２）。このとき、図３に表す工程と同様に、第３金属層３０５と第１金属層３０７との合金層および第４金属層４０５と第２金属層４０７との合金層が形成される。
【００５０】
次に、第１部材３００と第２部材４００とを押圧した状態で、第１部材３００および第２部材４００を、温度Ｔ２まで加熱する（タイミングｔ３）。温度Ｔ２は、第１金属層１１５および第２金属層２０７の融点以上の温度であり、第３金属層１１３および第４金属層２０５の融点未満の温度である。これにより、第３金属層３０５と第１金属層３０７との合金化および第４金属層４０５と第２金属層４０７との合金化が進行する。そして、最終的に、図１０に表すように、１つの合金層３０９が形成されて第１部材３００と第２部材４００が接合される。
【００５１】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１部材３００および第２部材４００に損傷が生じる可能性を低減しつつ、合金層３０９の機械強度を向上させることが可能となる。
【００５２】
以上では、半導体発光素子の製造方法およびＭＥＭＳ素子を有する半導体装置の製造方法に、実施形態に係る接合方法を適用した場合について説明したが、実施形態に係る接合方法は、他の半導体装置の製造方法に適用することも可能である。例えば、実施形態に係る接合方法は、BiCS（Bit Cost Scalable）フラッシュメモリなどの製造方法にも適用することが可能である。
【００５３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１００…第１部材、  １０１…第１基板、  １０３…ｎ形半導体層、  １０５…発光層、  １０７…ｐ形半導体層、  １０９…反射層、  １１１…バリア層、  １１３…第３金属層、  １１５…第１金属層、  １１９…合金層、  ２００…第２部材、  ２０１…第２基板、  ２０３…下地層、  ２０５…第４金属層、  ２０７…第２金属層、  ３００…第１部材、  ３０１…第１基板、  ３０３…ＭＥＭＳ素子、  ３０５…第３金属層、  ３０７…第１金属層、  ４００…第２部材、  ４０１…第２基板、  ４０３…構造体、  ４０５…第４金属層、  ４０７…第２金属層
【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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【図９】
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【図１０】
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