[发明专利]金属接合方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属接合方法，进一步具体涉及铜与铜的接合方法。

背景技术

在半导体芯片的元件电极表面、构成配线基板的配线层等中，作为导电性材料广泛使用铜。目前，作为将半导体芯片的元件电极等第二被接合部件与配线基板的配线层等第一被接合部件电连接的金属接合方法，已知有使用焊料对接合面进行焊料接合的方法、将接合面加热到高温并在加压下接合的方法、在真空中通过离子照射等使接合面活化而接合的方法等。

专利文献1：特开2003-100811号公报

在使用焊料将铜彼此接合的方法中，在铜与焊料的接合界面产生Cu-SN合金。Cu-SN合金由于电阻较大且缺乏延展性，因此存在接合部分的电特性及连接可靠性降低的课题。在将接合面加热到高温并通过加压来接合的方法中，可能对配线基板及半导体芯片产生加热和加压引起的损伤。另外，在真空中使接合面活化而接合的方法中，需要真空装置等大规模的设备，因此增加成本是不可避免的。

发明内容

本发明是鉴于所述课题而研发的，其目的在于提供能够确保连接可靠性的同时在较低温度下通过简单的方法接合铜彼此的技术。

本发明的一实施方式为金属接合方法。该金属接合方法的特征在于，包括：准备具有第一基体材料部和第一覆膜部的第一被接合部和具有第二基体材料部和第二覆膜部的第二被接合部的工序，第一基体材料部由以铜为主成分的金属构成，第一覆膜部由以覆盖第一基体材料部表面的氧化铜为主成分的氧化物构成，第二基体材料部由以铜为主成分的金属构成，第二覆膜部由以覆盖第二基体材料部表面的氧化铜为主成分的氧化物构成；在第一覆膜部和第二覆膜部之间填充溶液，使得在第一被接合部的最表面及第二被接合部的最表面，分别露出以第一基体材料部的铜为主成分的金属及以第二基体材料部的铜为主成分的金属的工序，在该溶液中熔析以第一覆膜部的氧化铜为主成分的氧化物及以第二覆膜部的氧化铜为主成分的氧化物；对第一被接合部和第二被接合部进行加压以缩小第一被接合部和第二被接合部之间距离的工序；在对第一被接合部和第二被接合部进行加压的状态下，通过加热接合第一被接合部的铜和第二被接合部的铜的工序。

根据该实施方式的金属接合方法，不使用真空装置等大规模设备就可以在较低温度条件下接合铜彼此。通过第一覆膜部及第二覆膜部在溶液中熔析，在第一被接合部及第二被接合部的接合面分别露出铜，换言之，第一被接合部及第二被接合部的接合面被活化。在第一被接合部的接合面和第二被接合部的接合面被活化后，通过析出铜进行接合。由此，可以抑制在第一被接合部的接合面和析出铜之间，以及在第二被接合部的接合面和析出铜之间产生空隙或者夹杂副生成物，因此可以提高第一被接合部和第二被接合部的连接可靠性。

在上述实施方式的金属接合方法中，也可以进一步具有使第一被接合部的铜和第二被接合部的铜接合后冷却接合部分的工序。而且，溶液也可以对于铜呈惰性。而且溶液也可以包含与铜形成络合物的配位体。而且，络合物也可以具有加热分解性。而且，溶液也可以是氨水或羧酸水溶液。含于羧酸水溶液的羧酸也可以是多啮配位体。而且，多啮配位体中也可以至少两个配位体对一个铜离子进行配位。

此外，在上述实施方式的金属接合方法中，也可以在第一覆膜部和第二覆膜部之间填充液体之前，还具有从外部对第一被接合部的表面及第二接合部的表面施加应力的工序。在该情况下，从外部施加应力的工序也可以是对第一被接合部的表面及第二接合部的表面进行研磨的工序。

需要说明的是，即使将上述各要素适当组合的实施方式，也落在本发明要求保护的范围内。

根据本发明，能够确保连接可靠性的同时在较低温度下通过简单的方法接合铜彼此。

附图说明

图1是表示实施方式1的金属接合方法的工序图；

图2是表示实施方式1的金属接合方法的工序图；

图3(A)及图3(B)分别是通过实施例1及比较例1的接合方法得到的接合部的SIM照片；

图4是在实施例2、比较例2及实施例3的接合方法中施加应力或进行湿式蚀刻后的第一接合部的剖面SIM像。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在所有附图中，对相同的构成要素标注相同的符号并适当省略说明。

(实施方式1)

图1及图2是表示实施方式1的金属接合方法的工序图。参照图1及图2对实施方式1的金属接合方法进行说明。