接合方法及びこの方法を利用して製造された電子装置
【課題】被接合物を汚染せずに低温の熱処理で被接合物同士を容易に接合でき、半導体プロセスにも良好な適合性を有する接合方法を提供する。
【解決手段】水との相溶性を持たない有機溶媒でポリシラザンを希釈して低粘度化させ（ステップＳ１０）、ポリシラザン希釈液を適宜手法で被接合物の接合面に塗布する（ステップＳ１２）。ポリシラザン希釈液の塗付は、真空で行うのが好ましい。次に、前記被接合物をシリカ転化し難い温度で乾燥し、塗布したポリシラザン希釈液から有機溶媒のみを除去する（ステップＳ１４）。そして、被接合物の接合面に残ったポリシラザンを挟むように、もう一方の被接合物を重ねる（ステップＳ１６）。次に、水蒸気か酸素の存在する環境で加熱してポリシラザンをシリカ転化させると、ＳｉＯ２を接合層として、被接合物同士が接合される（テップＳ１８）。
【解決手段】水との相溶性を持たない有機溶媒でポリシラザンを希釈して低粘度化させ（ステップＳ１０）、ポリシラザン希釈液を適宜手法で被接合物の接合面に塗布する（ステップＳ１２）。ポリシラザン希釈液の塗付は、真空で行うのが好ましい。次に、前記被接合物をシリカ転化し難い温度で乾燥し、塗布したポリシラザン希釈液から有機溶媒のみを除去する（ステップＳ１４）。そして、被接合物の接合面に残ったポリシラザンを挟むように、もう一方の被接合物を重ねる（ステップＳ１６）。次に、水蒸気か酸素の存在する環境で加熱してポリシラザンをシリカ転化させると、ＳｉＯ２を接合層として、被接合物同士が接合される（テップＳ１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法及びこの方法を利用して製造された電子装置（半導体デバイスや電子デバイスなど）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の無機接合剤（無機接着剤）は、骨格に接合力を持たないアルミナやシリカ等のフィラーに接合能力を持つ珪酸ナトリウム（水ガラス）や珪酸カリウム、燐酸アンモニウムが添加されたものや、珪酸カルシウム（セメント）などに分類される。水ガラス法による接合技術としては、例えば、下記特許文献１に記載される基板接合方法があるが、耐水性が十分ではない。また、前記珪酸ナトリウムは、半導体に有害なナトリウムを多く含んでおり、半導体のトランジスタ等の動作に悪影響を及ぼしてしまう。また、燐酸アルミニウムは、外部の湿り空気を吸収して強い酸となり、周囲の金属などを腐食させるという不都合がある。このような理由から、半導体分野では無機の接合剤が使われることはなく、有機系の接合剤や軟ろう材（俗称ハンダ）が使われてきた。
【特許文献１】特開２００２−８８３１８号公報
【０００３】
金属アルコシド法は、上述したいずれの方法にも分類されないもので、これは、ＣＶＤ等に使用される金属アルコシドを接合面に入れて加熱し、金属酸化物を析出させて接合する手法である。このような金属アルコシドを用いた接合技術としては、例えば、下記特許文献２の技術がある。しかしながら、当該技術では、大量のガスが発生して大きな体積収縮も伴うため、接合層中にボイドが生じてしまうという不都合がある。
【特許文献２】特開２００２−１３７９７３号公報
【０００４】
近年のＴＥＯＳ接合は、上述した金属アルコシド法の応用であり、前記金属アルコシド法は液体を塗布する方法に限定されているが、当該ＴＥＯＳ接合は、気相成長に限定されている。ＴＥＯＳ法は、重量減少率と体積減少率が高く、接合面は緻密なものが出来難いため、緻密化のために大きな荷重を接合中に印加している。このため、ＭＥＭＳ（微小電気機械素子）のような応力に対する感度が極めて高い素子に応用し難いという不都合がある。
【０００５】
ところで、半導体で使われる接合剤としては、半導体の構成材料か、半導体を製造する工程で使われる材料のみが、汚染とならない最も優れた材料であるとされている。実際に半導体分野では、半導体の製造工程で用いられるレジスト材料が有機接合剤として使われている。しかしながら、上述した背景からも分かるように、半導体プロセスに適合性を持つ条件としては、(1)半導体の動作に悪影響を及ぼす汚染源をもたない，(2)酸化や拡散プロセスの温度に耐える，(3)異種材料を低応力で接合できる，(4)各種の薬品に耐える，(5)プラズマに耐える，(6)０．１μｍ程度の段差を被覆して接合できる、などが挙げられる。このような条件を満たす最も理想的な接合材料は、シリコンかシリコン酸化物である。ＳｉＯ２を接合層とする技術は、例えば、下記特許文献３に開示されたフッ酸接合がある。
【特許文献３】特開平１０−３６１４５号公報
【０００６】
前記特許文献３に記載の技術は、被接合部材の表面のＳｉＯ２層と、他の被接合部材の表面のＳｉＯ２層を重ねて貼り合わせる前に、バッファードのフッ酸水溶液を塗布する方法である。バッファードのフッ酸水溶液を塗布すると、フッ酸水溶液はＳｉＯ２の極表層を溶解する。この状態で被接合部材同士を貼り合わせて加熱乾燥させると、ＳｉＦ４として残るのではなく、多くのフッ素は揮発してＳｉＯ２に戻る。従って、結果的には被接合部材の表層のＳｉＯ２の層と別の被接合部材の表層のＳｉＯ２が、何も介在物なしで接合されたように見える。
【０００７】
このような被接合部材の表層における化学反応は、下記の反応式によって表わされる。その接合のメカニズムは、荷重による凸部（被接合物が出会っている部分）の溶解反応促進と無荷重の凹部の析出反応促進による平坦化と再結合部の増大，更に、フッ素化合物と水の拡散除去による接合強度の増大化である。
【化１】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した背景から、最も理想的な接合材料はＳｉＯ２といえるが、現在、唯一それを可能とするフッ酸接合は、強い腐食性を有するフッ酸を用いるため、接合過程でフッ酸に犯される材料を存在させられないという制約を有する。そこで、何らかの液体を塗布して被接合部材を貼り合わせ、簡単な処理によってシリコンかシリコン酸化物に転化（以下、シリカ転化とする）し、しかも強い接合力を発揮できる材料を利用した接合剤（ないし接着剤）があれば好都合である。
【０００９】
ところで、シリカ転化する性質を有する物質としては、ポリシラザン（正式名称：Perhydropolysilazane（ＰＨＰＳ））がある。ポリシラザンは、水蒸気や酸素で酸化してシリカ転化する性質を有しているが、極めて高粘度の液体であるため、希釈せずに接合面に塗布することは大変困難である。更に、高濃度のポリシラザンは空気中の水蒸気や酸素と触れるだけでシリコン酸化物に転化してしまい、一旦、高純度のシリコン酸化物に転化すると、接合能力を失うことは公知の事実である。従って、前記ポリシラザンがシリカ転化する前に被接合部材同士を接合できなければ、接合剤として利用することができない。
【００１０】
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、被接合物を汚染せずに低温の熱処理で被接合物同士を容易に接合でき、半導体プロセスにも良好な適合性を有する接合方法を提供することである。他の目的は、前記接合方法を利用して製造した電子装置（半導体デバイスや電子デバイスなど）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明の接合方法は、被接合物の接合面に塗布可能な粘度となるように水との相溶性をもたない有機溶媒で希釈したポリシラザンを、前記接合面に塗布する工程，ポリシラザンのシリカ転化温度よりも低い温度で前記被接合物を乾燥し、前記有機溶媒のみを除去して接合面にポリシラザンを残す工程，接合面がポリシラザンで覆われた被接合物に、他の被接合物を重ねる工程，該工程によって重ね合わせた一対の被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザンをシリカ転化させて、前記一対の被接合物を接合する工程，を含むことを特徴とする。
【００１２】
主要な形態の一つは、前記有機溶媒のみを除去する工程は、真空下で、無加熱又は冷却状態において行うこと，あるいは、不活性ガス中で、ポリシラザンのシリカ転化温度よりも低い温度での加熱により行うことを特徴とする。
【００１３】
他の形態は、希釈したポリシラザンを接合面に塗布する工程の前に、前記接合面を、ポリシラザンを利用したシリカ含浸によって平坦化する処理を行うことを特徴とする。更に他の形態は、前記シリカ含浸によって接合面を平坦化する処理は、前記接合面に塗布可能な粘度となるように有機溶媒で希釈したポリシラザンを、前記接合面に塗布する工程，不活性ガス中で前記被接合物を加熱し、前記有機溶媒を除去する工程，該工程で有機溶媒が除去された被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、接合面を被覆したポリシラザンをシリカ転化する工程，を含むことを特徴とする。
【００１４】
更に他の形態は、希釈したポリシラザンを接合面に塗布する工程の前に、前記接合面に水酸化珪素の膜を形成する処理を行うことを特徴とする。更に他の形態は、前記一対の被接合物を接合する工程において、重ね合わせた被接合物に荷重をかけることを特徴とする。更に他の形態は、接合される被接合物の少なくとも一方が、半導体材料又は半導体素子であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電子装置は、前記いずれかに記載の方法によって接合された接合部を含むことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、有機溶媒で希釈したポリシラザンを被接合物の接合面に塗布し、前記ポリシラザンがシリカ転化しない温度で前記被接合物を乾燥させることで有機溶媒のみを除去してから他の被接合物を重ねる。そして、重ね合わせた被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザンをシリカ転化することで、被接合物同士を接合することとした。このため、被接合部物を汚染せずに低温の熱処理で容易に接合でき、半導体プロセスにも良好な適合性を示すという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
最初に、図１〜図６を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１は、本発明の接合方法の基本工程を示すフローチャート，図２は、前記基本工程を示す主要断面図である。図３は、実施例１におけるシリカ含浸工程（接合面平坦化処理）を示すフローチャート，図４は、接合前工程を示すフローチャート，図５は、接合工程を示すフローチャートである。図６は、表面に水酸基を有する被成膜物に対するポリシラザンの成膜工程を示す説明図である。
【００１９】
本発明は、ポリシラザンを利用して各種被接合物同士を接合するもので、上述した背景技術に示す各種の半導体プロセスに示す条件も満たすものである。ポリシラザン（ペルヒドロポリシラザン）は、珪素，窒素，水素のみからなり、炭素などの一切の有機成分を含まない無機ポリマーであって、下記構造式に一例を示すような分子構造をもっている。
【化２】
【００２０】
前記ポリシラザンは水や酸素と出合うと低温で酸化反応を生じ、反応生成物にアンモニアガスや水素を放出しながらＳｉＯ２に転化する性質を有している。しかしながら、ポリシラザンは、極めて高い粘度の液体であるため、そのまま接合面に塗布することは極めて困難であり、更に、高濃度のポリシラザンは空気中の水蒸気や酸素と触れるだけでシリコン酸化物に転化してしまう。仮に、有機溶媒（例えば、キシレンなど）で希釈したポリシラザンをスピンコートし、貼り合わせ熱処理した場合、接合面積は接合面の約１／４程度である。また、接合強度は接合面積にほぼ比例することが分析により判明しているため、接合強度も全面接合の場合の１／４程度となる。そこで本発明では、このような接合面積の減少問題を解決し、接合界面を１００％の面積で接合するために、ポリシラザンが無溶媒状態でも高粘度の液体であることを利用して、接合初期のタッキング状態を生み出すこととした。
【００２１】
＜基本工程＞・・・図１及び図２を参照して、本発明の接合方法の基本工程を説明する。まず、水との相溶性を持たない有機溶媒（例えば、キシレン等）でポリシラザンを希釈して低粘度化させる（図１のステップＳ１０）。希釈によりポリシラザンのシリカ転化も防ぐことができる。希釈濃度は、後述の塗付工程で用いる手法により異なるが、例えば、スピンコート法の場合は１０％程度，ディップコートや滴下の場合で１％程度である。そして、図２(A)に示すように、ポリシラザン希釈液１２を、スピンコータ，ディップコータ，滴下等の方法で被接合物１０の接合面に塗布する（ステップＳ１２）。ポリシラザン希釈液１２の塗布は、例えば、(1)真空中で行う，(2)大気圧中でポリシラザンの希釈液１２を塗布し、その後真空にし、再び大気圧にして接合面の凹凸の穴に押し込む，(3)大気圧でポリシラザン希釈液１２を塗布し、大気圧中で乾燥させる（ポリシラザンの浸透力に頼る），のいずれかの方法によって行われるが、(1)の真空中での塗付が最も望ましい。
【００２２】
次に、前記被接合物１０を、シリカ転化し難い温度で乾燥し、塗布したポリシラザン希釈液１２から、有機溶媒のみを除去する（ステップＳ１４）と、図２(B)に示すように、被接合物１０の接合面には、ポリシラザン１４のみが残る。このときの有機溶媒の除去工程において、ポリシラザンがシリカ転化してしまうと接合力を失うため、シリカ転化させずに溶媒のみを除去する必要がある。具体的には、無加熱か冷却状態での真空溶媒除去，あるいは、不活性ガス中でのシリカ転化し難い温度（８０〜１２０℃程度）での加熱，のいずれかにより行われる。その後、図２(C)に示すように、もう一方の被接合物１６を重ね（ステップＳ１６）、被接合物１０と１６で、有機溶媒を除去したポリシラザン１４を挟む。そして、水蒸気または酸素の存在する環境で加熱してポリシラザン１４をシリカ転化させると、図２(D)に示すように、ＳｉＯ２を接合層１８として、被接合物１０と１６が接合される（ステップＳ１８）。
【００２３】
この方法では、少量のガスの出入を伴いシリカ転化が進む。この時に、小さな重量変化と体積変化で抑えられる。なお、前記ステップＳ１８において、水蒸気中でシリカ転化させた場合の反応は、下記反応式の通りとなり、アンモニアと水素ガスを生成する。
【化３】
また、前記ステップＳ１８において、酸素中でシリカ転化させた場合の反応は、下記反応式の通りとなり、アンモニアを生成する。
【化４】
【００２４】
＜具体例＞・・・次に、図３〜図６を参照して、実施例１の接合方法によるフェライト基板同士の接合手順を具体的に示す。
(1)シリカ含浸工程・・・本実施例では、図３に示すシリカ含浸工程によるフェライト基板の平坦化（接合面の平坦化）処理から開始する。まず、被接合物であるフェライト基板をアルコールやアセトン等の有機溶媒で洗浄し（ステップＳ２０）、該フェライト基板を、真空，乾燥窒素，水蒸気の３種類の雰囲気に設定可能な冷却機能付きの熱処理炉に入れる（ステップＳ２２）。次に、前記熱処理炉の温度を−１０℃に下げたのち（ステップＳ２４）、熱処理炉を真空にする（ステップＳ２６）。この状態で、前記フェライト基板の表面に、例えば、キシレン等の有機溶媒で希釈したポリシラザンを、スピンコート，スプレーコート，ディップコートなどの適宜手法により滴下する（ステップＳ２８）。
【００２５】
前記フェライト基板の表面がポリシラザンの希釈液で覆われたことを確認したら（ステップＳ３０）、前記熱処理炉に乾燥窒素を導入し大気圧に設定する（ステップＳ３２）。そして、熱処理炉を乾燥窒素で満たした状態で温度を８０℃に設定して溶媒を除去し（ステップＳ３４）、更に、熱処理炉を乾燥窒素で満たした状態で温度を２５０℃〜４５０℃に設定し除去する（ステップＳ３６）。仮に、ステップＳ３４，Ｓ３６のように２段階で加熱せず、キシレンのような有機溶媒が多量にある状態で高い温度で加熱すると、急激な沸騰を生じ接合面の平坦性を損なってしまう。これを防ぐため、本実施例では、多量に有機溶媒がある状態では、低温で有機溶媒を徐々に揮発除去させ（ステップＳ３４）、接合面の平坦性を確保する。その後、極めて微量な有機溶媒を含有した状態となってから高温を用い（ステップＳ３６）、有機溶媒を高精度に除去している。また、乾燥窒素の代わりに大気中等で乾燥を行うと、有機溶媒が抜ける前にポリシラザンの表面からシリカ転化し、内部にある有機溶媒が閉じ込められてしまうため、本実施例では有機溶媒が閉じ込められるのを防止するために、乾燥窒素中で乾燥を行うこととしている。
【００２６】
前記ステップＳ３４，Ｓ３６によって有機溶媒を除去したら、前記熱処理炉に水蒸気を導入し（ステップＳ３８）、該熱処理炉を水蒸気で満たした状態で温度を２５０℃〜４５０°に設定し、ポリシラザンをシリカに転化させ（ステップＳ４０）、最後に応力を除去しながら冷却（除冷）する（ステップＳ４２）。以上のようなステップＳ２０〜ステップＳ４２によるシリカ含浸工程は、接合面（ここでは、フェライト基板の表面）にポアが多い場合に行われる処理であって、接合面にポアが少なく十分な平坦性が確保されている場合には省略可能である。
【００２７】
(2)接合前工程・・・次に、前記シリカ含浸工程によって接合面の平坦化処理を行ったフェライト基板に、図４に示す接合前工程によってポリシラザンを塗布する。まず、フェライト基板をアルコールやアセトン等の有機溶媒で洗浄し（ステップＳ５０）、必要に応じてフェライト基板の表面に水酸化珪素の膜を形成する（ステップＳ５２）。水酸化珪素の膜は、必ずしも必要なものではないが、接合面積が大きく水分の拡散に時間を要する場合には、水酸化珪素の膜を利用すると都合がよい。例えば、図６(A)に示すように、表面に水酸基（＝構造水）２２が存在し、該水酸基２２に水分子２４が吸着しているような被成膜物２０に対して、有機溶媒で希釈したポリシラザン２６を滴下する。このとき、前記反応式（化３）に示すシリカ転化反応によってシリカ２８が形成する際に、図６(B)に示すように構造水からの脱水反応が生じる。吸水による酸化反応が強く生じる材料は強い接着力を得られ、膜としても強い密着力が得られる。多くの化学結合を用いない接着材の接着力は、分子間引力とアンカー効果が主な因子とされている。これと同様な理由で、前記ステップＳ５２によりフェライト基板の表面に水酸基を導入することにより、水酸基のもつ強い極性，すなわちクーロン力により強い接合性を誘起することが可能である。
【００２８】
次に、前記ステップＳ５０で洗浄したフェライト基板，あるいは、ステップＳ５２で水酸化珪素の膜を形成したフェライト基板を、真空，乾燥窒素，水蒸気の３種類の雰囲気に設定可能な冷却機能付きの熱処理炉に入れる（ステップＳ５４）。そして、前記熱処理炉の温度を−１０℃に下げた後（ステップＳ５６）、熱処理炉を真空にする（ステップＳ５８）。次に、キシレンなどの有機溶媒で希釈して低粘度化したポリシラザンを、前記フェライト基板の表面に、スピンコート，スプレーコート，ディップコートなどの適宜手法で滴下する（ステップＳ６０）。前記フェライト基板の表面が、ポリシラザンの希釈液で覆われたことを確認したら（ステップＳ６２）、熱処理炉に乾燥窒素を導入して大気圧にし（ステップＳ６４）、次いで熱処理炉を真空にする（ステップＳ６６）。そして、熱処理炉を真空状態かつ室温にして有機溶媒を除去する（ステップＳ６８）。
【００２９】
(3)接合工程・・・次に、図５に示す接合工程について説明する。まず、張り合わせる２枚のフェライト基板は、大気中で真空チャックにより固定される（ステップＳ７０）。張り合わせる２枚のフェライト基板は、双方とも前記図４に示す接合前工程によってポリシラザンを塗布されたものであってもよいし、いずれか一方のフェライト基板の表面にのみポリシラザンを塗布したものであってもよい。次に、熱処理炉に水蒸気や湿り空気を導入し（ステップＳ７２）、張り合わせる２枚のフェライト基板を重ねる（ステップＳ７４）。そして、張り合わせる２枚のフェライト基板間に０．０１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度の荷重をかけ（ステップＳ７６）、熱処理炉を水蒸気で満たした状態で温度を４０℃〜８０℃程度まで加熱し、ポリシラザンを軟化させ密着性を上げる（ステップＳ７８）。なお、前記ステップＳ７６における荷重は、フェライト基板間に隙間ができる場合に矯正のためにかけるものであって、フェライト基板に歪みがない場合には省略してもよい。次に、前記熱処理炉内を水蒸気で満たした状態で温度を２５０℃〜４５０℃程度まで加熱し、ポリシラザンをシリカに転化させて２枚のフェライト基板を接合する（ステップＳ８０）。最後に、応力を除去しながら接合体を冷却（除冷）する（ステップＳ８２）。
【００３０】
このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)有機溶媒で希釈したポリシラザン希釈液１２を被接合物１０の接合面に塗布し、ポリシラザンがシリカ転化しない温度で前記被接合物１０を乾燥させることで有機溶媒のみを除去し、ポリシラザン１４のみを被接合物１０の表面に残す。そして、他の被接合物１６を重ね合わせて水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザン１４をシリカ転化することで、被接合物１０，１６を接合することとした。このため、被接合物１０，１６を汚染せずに、低温の熱処理で被接合物１０，１６同士を容易に接合できる。また、接合前にシリカ転化することがなく、被接合物１０，１６間にボイドが形成されることがない。
(2)ポリシラザンの塗付前に、シリカ含浸工程によって被接合物の表面を平坦化することとしたので、密着性を高めることができる。特に、前記平坦化により被接合物の表面が鏡面となっており、かつ、被接合物が歪んでいない場合は、非常に高い密着性が得られる。また、被接合物が歪んでいたとしても、鏡面であれば接合時の荷重によって歪みが改善されるため、十分な密着性を得ることが可能となる。
(3)必要に応じて被接合物の表面に水酸化珪素の膜を形成することとしたので、水酸基のもつ強い極性，すなわちクーロン力により強い接合性を誘起することができる。
【００３１】
＜応用例＞・・・次に、図７〜図９を参照して、本発明の応用例を説明する。まず、図７(A-1)及び(A-2)に示す例は、本発明を小型アンテナに適用した例である。図７(A-2)は、図７(A-1)を＃７Ａ−＃７Ａ線に沿って切断した端面図である。図７(A-1)及び(A-2)に示すアンテナ素子３０は、フェライト基板３２に形成された溝部３６に埋め込まれた導体３８によって、微小ループアンテナの導体パターン３４が形成されている。前記導体パターン３４は、給電部３４Ａ，３４Ｂを除いたループ状の部分に、他のフェライト基板４０が接合層４２を介して重ね合わせられており、図７(A-2)に示すように、前記導体パターン３４とフェライト基板４０の間にはギャップが設けられている。前記接合層４２は、上述した実施例１で示す接合方法のシリカ転化により生じたＳｉＯ２であって、その厚さは、例えば、０．１μｍ程度である。また、前記導体３８は、Ａｇペーストなどの塗付・乾燥により形成されている。
【００３２】
図７(B-1)及び(B-2)に示す例は、本発明をコモンモードチョークコイルに適用した例である。図７(B-2)は、図７(B-1)を＃７Ｂ−＃７Ｂ線に沿って切断した端面図である。図７(B-1)及び(B-2)に示すコモンモードチョークコイル５０は、基板５２の上に設けられたフェライト基板５４中に、導体パターン５６が２つ形成された構造となっている。前記導体パターン５６は、図７(B-2)に示すように、フェライト基板５４Ａの溝部５８Ａに埋め込まれた導体６０Ａと、フェライト基板５４Ｂの溝部５８Ｂに埋め込まれた導体６０Ｂを含んでおり、これら導体６０Ａ，６０Ｂが向き合うように、前記フェライト基板５４Ａ，５４Ｂが接合層６２によって接合されている。該接合層６２は、上述した実施例１で示す接合方法のポリシラザンのシリカ転化により生じたＳｉＯ２であって、その厚さは、例えば、０．１μｍ程度である。
【００３３】
上述したアンテナ素子３０及びコモンモードチョークコイル５０は、半導体を用いていないため、半導体の相互作用とは無関係となるが、本発明のポリシラザンを用いた接合技術は、このような電子装置での応用についても有効である。それは、本発明の接合方法における溶媒除去において粘度を制御することにより、接合層４２や６２の厚さを制御でき、０．１μｍ以下とすることも可能になるからである。前記アンテナ素子３０及びコモンコモンモードチョークコイル５０のいずれも高周波部品であり、また、どちらもフェライトの透磁率の高さを利用して製品の機能を向上させている。従って、比誘電率が空気や真空よりも大きな材料を厚く挟み込むことは性能を低下させることになり好ましくないが、本発明の接合方法を用いることにより、接合層の厚さ制御して薄くすることができる。
【００３４】
図８及び図９に示す例は、本発明を半導体デバイスに適用した例である。まず、図８(A)に示す例は、バルク圧電加速度センサ７０と集積回路（ＬＳＩ）８０の接合に、本発明のポリシラザンによる接合方法を用いた例である。前記集積回路８０は、シリコン基板８２上にＭＯＳトランジスタ８４を形成したものであって、最表層のパッシベーション膜８６と前記加速度センサ７０の底面が、ＳｉＯ２からなる接合層７２により接合されている。また、図８(B)に示す例は、水晶ジャイロ素子９０とパッケージ用セラミックス９２とが、ＳｉＯ２からなる接合層９４によって接合された例である。更に、図８(C)に示す例は、平面（２次元）構造の集積回路１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃを、ＳｉＯ２からなる接合層１０４によって立体的（３次元的）に集積した積層型集積回路１００を示している。前記接合層１０４に設けた金属マイクロバンプ１０６は、埋め込み配線１０８と接続している。図８(A)〜(C)に示す例では、半導体を汚染せずに、容易に接合することが可能となる。
【００３５】
次に、図９(A)に示す例は、貫通孔１１４Ａが形成された台座１１４とシリコン基板１１２を、陽極酸化によって接合した従来の圧力センサ１１０である。前記台座１１４は、アルカリホウ珪酸ガラスにより形成されている。前記圧力センサ１１０では、半導体で有害とされるＮａやＫが接合を司る重要物質であり、アルカリ金属なしでは接合できないため、半導体との融合ができない。これに対し、図９(B)に示す圧力センサ１２０は、貫通孔１２４Ａを有する台座１２４とシリコン基板１２２を、ポリシラザン１２６によって接合するもので、前記台座１２４は、例えば、ホウ珪酸ガラスやＳｉＯ２で構成されている。このためアルカリ金属が存在せず、接合後に前記ポリシラザン１２６が純粋なＳｉＯ２に転化するため、熱膨張率差による接合応力が小さく強い接合が可能になるとともに、半導体との融合が可能となる。
【００３６】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(2)前記実施例で示した溶媒や被接合物も一例であり、同様の効果を奏するように適宜変更してよい。
(3)前記実施例で示したシリカ含浸工程や、水酸化珪素の膜形成も一例であり、必要に応じて工程を導入すればよい。
(4)図７〜９に示した応用例も一例であり、本発明は、半導体のみならず、被接合物同士の接合部を含む公知の各種の電子装置全般に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、有機溶媒で希釈したポリシラザンを被接合物の接合面に塗布し、前記ポリシラザンがシリカ転化しない温度で前記被接合物を乾燥させることで有機溶媒のみを除去してから他の被接合物を重ねる。そして、重ね合わせた被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザンをシリカ転化することとしたので、被接合部物同士を接合する際に適用できる。特に、被接合物を汚染せずに低温の熱処理で容易に接合でき、半導体プロセスにも良好な適合性を示すことから、半導体分野での接合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の接合方法の基本工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明の接合方法の基本工程を示す主要断面図である。
【図３】本発明の実施例１におけるシリカ含浸工程（接合面平坦化処理）を示すフローチャートである。
【図４】前記実施例１における接合前工程を示すフローチャートである。
【図５】前記実施例１における接合工程を示すフローチャートである。
【図６】表面に水酸基を有する被成膜物に対するポリシラザンの成膜工程を示す説明図である。
【図７】本発明の応用例を示す図である。
【図８】本発明の他の応用例を示す図である。
【図９】本発明の他の応用例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１６：被接合物
１２：ポリシラザン希釈液
１４：ポリシラザン
１８：接合層
２０：被成膜物
２２：水酸基（構造水）
２４：水分子
２６：ポリシラザン
２８：シリカ
３０：アンテナ素子
３２，４０：フェライト基板
３４：導体パターン
３４Ａ，３４Ｂ：給電部
３６：溝部
３８：導体
４２：接合層
５０：コモンモードチョークコイル
５２：基板
５４，５４Ａ，５４Ｂ：フェライト基板
５６：導体パターン
５８Ａ，５８Ｂ：溝部
６０Ａ，６０Ｂ：導体
６２：接合層
７０：加速度センサ
７２：接合層
８０：集積回路（ＬＳＩ）
８２：シリコン基板
８４：ＭＯＳトランジスタ
８６：パッシベーション膜
９０：水晶ジャイロ素子
９２：パッケージ用セラミックス
９４：接合層
１００：積層型集積回路
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ：集積回路
１０４：接合層
１０６：金属マイクロバンプ
１０８：埋め込み配線
１１０，１２０：圧力センサ
１１２，１２２：シリコン基板
１１４，１２４：台座
１１４Ａ，１２４Ａ：貫通孔
１２６：ポリシラザン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法及びこの方法を利用して製造された電子装置（半導体デバイスや電子デバイスなど）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の無機接合剤（無機接着剤）は、骨格に接合力を持たないアルミナやシリカ等のフィラーに接合能力を持つ珪酸ナトリウム（水ガラス）や珪酸カリウム、燐酸アンモニウムが添加されたものや、珪酸カルシウム（セメント）などに分類される。水ガラス法による接合技術としては、例えば、下記特許文献１に記載される基板接合方法があるが、耐水性が十分ではない。また、前記珪酸ナトリウムは、半導体に有害なナトリウムを多く含んでおり、半導体のトランジスタ等の動作に悪影響を及ぼしてしまう。また、燐酸アルミニウムは、外部の湿り空気を吸収して強い酸となり、周囲の金属などを腐食させるという不都合がある。このような理由から、半導体分野では無機の接合剤が使われることはなく、有機系の接合剤や軟ろう材（俗称ハンダ）が使われてきた。
【特許文献１】特開２００２−８８３１８号公報
【０００３】
金属アルコシド法は、上述したいずれの方法にも分類されないもので、これは、ＣＶＤ等に使用される金属アルコシドを接合面に入れて加熱し、金属酸化物を析出させて接合する手法である。このような金属アルコシドを用いた接合技術としては、例えば、下記特許文献２の技術がある。しかしながら、当該技術では、大量のガスが発生して大きな体積収縮も伴うため、接合層中にボイドが生じてしまうという不都合がある。
【特許文献２】特開２００２−１３７９７３号公報
【０００４】
近年のＴＥＯＳ接合は、上述した金属アルコシド法の応用であり、前記金属アルコシド法は液体を塗布する方法に限定されているが、当該ＴＥＯＳ接合は、気相成長に限定されている。ＴＥＯＳ法は、重量減少率と体積減少率が高く、接合面は緻密なものが出来難いため、緻密化のために大きな荷重を接合中に印加している。このため、ＭＥＭＳ（微小電気機械素子）のような応力に対する感度が極めて高い素子に応用し難いという不都合がある。
【０００５】
ところで、半導体で使われる接合剤としては、半導体の構成材料か、半導体を製造する工程で使われる材料のみが、汚染とならない最も優れた材料であるとされている。実際に半導体分野では、半導体の製造工程で用いられるレジスト材料が有機接合剤として使われている。しかしながら、上述した背景からも分かるように、半導体プロセスに適合性を持つ条件としては、(1)半導体の動作に悪影響を及ぼす汚染源をもたない，(2)酸化や拡散プロセスの温度に耐える，(3)異種材料を低応力で接合できる，(4)各種の薬品に耐える，(5)プラズマに耐える，(6)０．１μｍ程度の段差を被覆して接合できる、などが挙げられる。このような条件を満たす最も理想的な接合材料は、シリコンかシリコン酸化物である。ＳｉＯ２を接合層とする技術は、例えば、下記特許文献３に開示されたフッ酸接合がある。
【特許文献３】特開平１０−３６１４５号公報
【０００６】
前記特許文献３に記載の技術は、被接合部材の表面のＳｉＯ２層と、他の被接合部材の表面のＳｉＯ２層を重ねて貼り合わせる前に、バッファードのフッ酸水溶液を塗布する方法である。バッファードのフッ酸水溶液を塗布すると、フッ酸水溶液はＳｉＯ２の極表層を溶解する。この状態で被接合部材同士を貼り合わせて加熱乾燥させると、ＳｉＦ４として残るのではなく、多くのフッ素は揮発してＳｉＯ２に戻る。従って、結果的には被接合部材の表層のＳｉＯ２の層と別の被接合部材の表層のＳｉＯ２が、何も介在物なしで接合されたように見える。
【０００７】
このような被接合部材の表層における化学反応は、下記の反応式によって表わされる。その接合のメカニズムは、荷重による凸部（被接合物が出会っている部分）の溶解反応促進と無荷重の凹部の析出反応促進による平坦化と再結合部の増大，更に、フッ素化合物と水の拡散除去による接合強度の増大化である。
【化１】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した背景から、最も理想的な接合材料はＳｉＯ２といえるが、現在、唯一それを可能とするフッ酸接合は、強い腐食性を有するフッ酸を用いるため、接合過程でフッ酸に犯される材料を存在させられないという制約を有する。そこで、何らかの液体を塗布して被接合部材を貼り合わせ、簡単な処理によってシリコンかシリコン酸化物に転化（以下、シリカ転化とする）し、しかも強い接合力を発揮できる材料を利用した接合剤（ないし接着剤）があれば好都合である。
【０００９】
ところで、シリカ転化する性質を有する物質としては、ポリシラザン（正式名称：Perhydropolysilazane（ＰＨＰＳ））がある。ポリシラザンは、水蒸気や酸素で酸化してシリカ転化する性質を有しているが、極めて高粘度の液体であるため、希釈せずに接合面に塗布することは大変困難である。更に、高濃度のポリシラザンは空気中の水蒸気や酸素と触れるだけでシリコン酸化物に転化してしまい、一旦、高純度のシリコン酸化物に転化すると、接合能力を失うことは公知の事実である。従って、前記ポリシラザンがシリカ転化する前に被接合部材同士を接合できなければ、接合剤として利用することができない。
【００１０】
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、被接合物を汚染せずに低温の熱処理で被接合物同士を容易に接合でき、半導体プロセスにも良好な適合性を有する接合方法を提供することである。他の目的は、前記接合方法を利用して製造した電子装置（半導体デバイスや電子デバイスなど）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明の接合方法は、被接合物の接合面に塗布可能な粘度となるように水との相溶性をもたない有機溶媒で希釈したポリシラザンを、前記接合面に塗布する工程，ポリシラザンのシリカ転化温度よりも低い温度で前記被接合物を乾燥し、前記有機溶媒のみを除去して接合面にポリシラザンを残す工程，接合面がポリシラザンで覆われた被接合物に、他の被接合物を重ねる工程，該工程によって重ね合わせた一対の被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザンをシリカ転化させて、前記一対の被接合物を接合する工程，を含むことを特徴とする。
【００１２】
主要な形態の一つは、前記有機溶媒のみを除去する工程は、真空下で、無加熱又は冷却状態において行うこと，あるいは、不活性ガス中で、ポリシラザンのシリカ転化温度よりも低い温度での加熱により行うことを特徴とする。
【００１３】
他の形態は、希釈したポリシラザンを接合面に塗布する工程の前に、前記接合面を、ポリシラザンを利用したシリカ含浸によって平坦化する処理を行うことを特徴とする。更に他の形態は、前記シリカ含浸によって接合面を平坦化する処理は、前記接合面に塗布可能な粘度となるように有機溶媒で希釈したポリシラザンを、前記接合面に塗布する工程，不活性ガス中で前記被接合物を加熱し、前記有機溶媒を除去する工程，該工程で有機溶媒が除去された被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、接合面を被覆したポリシラザンをシリカ転化する工程，を含むことを特徴とする。
【００１４】
更に他の形態は、希釈したポリシラザンを接合面に塗布する工程の前に、前記接合面に水酸化珪素の膜を形成する処理を行うことを特徴とする。更に他の形態は、前記一対の被接合物を接合する工程において、重ね合わせた被接合物に荷重をかけることを特徴とする。更に他の形態は、接合される被接合物の少なくとも一方が、半導体材料又は半導体素子であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電子装置は、前記いずれかに記載の方法によって接合された接合部を含むことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、有機溶媒で希釈したポリシラザンを被接合物の接合面に塗布し、前記ポリシラザンがシリカ転化しない温度で前記被接合物を乾燥させることで有機溶媒のみを除去してから他の被接合物を重ねる。そして、重ね合わせた被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザンをシリカ転化することで、被接合物同士を接合することとした。このため、被接合部物を汚染せずに低温の熱処理で容易に接合でき、半導体プロセスにも良好な適合性を示すという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
最初に、図１〜図６を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１は、本発明の接合方法の基本工程を示すフローチャート，図２は、前記基本工程を示す主要断面図である。図３は、実施例１におけるシリカ含浸工程（接合面平坦化処理）を示すフローチャート，図４は、接合前工程を示すフローチャート，図５は、接合工程を示すフローチャートである。図６は、表面に水酸基を有する被成膜物に対するポリシラザンの成膜工程を示す説明図である。
【００１９】
本発明は、ポリシラザンを利用して各種被接合物同士を接合するもので、上述した背景技術に示す各種の半導体プロセスに示す条件も満たすものである。ポリシラザン（ペルヒドロポリシラザン）は、珪素，窒素，水素のみからなり、炭素などの一切の有機成分を含まない無機ポリマーであって、下記構造式に一例を示すような分子構造をもっている。
【化２】
【００２０】
前記ポリシラザンは水や酸素と出合うと低温で酸化反応を生じ、反応生成物にアンモニアガスや水素を放出しながらＳｉＯ２に転化する性質を有している。しかしながら、ポリシラザンは、極めて高い粘度の液体であるため、そのまま接合面に塗布することは極めて困難であり、更に、高濃度のポリシラザンは空気中の水蒸気や酸素と触れるだけでシリコン酸化物に転化してしまう。仮に、有機溶媒（例えば、キシレンなど）で希釈したポリシラザンをスピンコートし、貼り合わせ熱処理した場合、接合面積は接合面の約１／４程度である。また、接合強度は接合面積にほぼ比例することが分析により判明しているため、接合強度も全面接合の場合の１／４程度となる。そこで本発明では、このような接合面積の減少問題を解決し、接合界面を１００％の面積で接合するために、ポリシラザンが無溶媒状態でも高粘度の液体であることを利用して、接合初期のタッキング状態を生み出すこととした。
【００２１】
＜基本工程＞・・・図１及び図２を参照して、本発明の接合方法の基本工程を説明する。まず、水との相溶性を持たない有機溶媒（例えば、キシレン等）でポリシラザンを希釈して低粘度化させる（図１のステップＳ１０）。希釈によりポリシラザンのシリカ転化も防ぐことができる。希釈濃度は、後述の塗付工程で用いる手法により異なるが、例えば、スピンコート法の場合は１０％程度，ディップコートや滴下の場合で１％程度である。そして、図２(A)に示すように、ポリシラザン希釈液１２を、スピンコータ，ディップコータ，滴下等の方法で被接合物１０の接合面に塗布する（ステップＳ１２）。ポリシラザン希釈液１２の塗布は、例えば、(1)真空中で行う，(2)大気圧中でポリシラザンの希釈液１２を塗布し、その後真空にし、再び大気圧にして接合面の凹凸の穴に押し込む，(3)大気圧でポリシラザン希釈液１２を塗布し、大気圧中で乾燥させる（ポリシラザンの浸透力に頼る），のいずれかの方法によって行われるが、(1)の真空中での塗付が最も望ましい。
【００２２】
次に、前記被接合物１０を、シリカ転化し難い温度で乾燥し、塗布したポリシラザン希釈液１２から、有機溶媒のみを除去する（ステップＳ１４）と、図２(B)に示すように、被接合物１０の接合面には、ポリシラザン１４のみが残る。このときの有機溶媒の除去工程において、ポリシラザンがシリカ転化してしまうと接合力を失うため、シリカ転化させずに溶媒のみを除去する必要がある。具体的には、無加熱か冷却状態での真空溶媒除去，あるいは、不活性ガス中でのシリカ転化し難い温度（８０〜１２０℃程度）での加熱，のいずれかにより行われる。その後、図２(C)に示すように、もう一方の被接合物１６を重ね（ステップＳ１６）、被接合物１０と１６で、有機溶媒を除去したポリシラザン１４を挟む。そして、水蒸気または酸素の存在する環境で加熱してポリシラザン１４をシリカ転化させると、図２(D)に示すように、ＳｉＯ２を接合層１８として、被接合物１０と１６が接合される（ステップＳ１８）。
【００２３】
この方法では、少量のガスの出入を伴いシリカ転化が進む。この時に、小さな重量変化と体積変化で抑えられる。なお、前記ステップＳ１８において、水蒸気中でシリカ転化させた場合の反応は、下記反応式の通りとなり、アンモニアと水素ガスを生成する。
【化３】
また、前記ステップＳ１８において、酸素中でシリカ転化させた場合の反応は、下記反応式の通りとなり、アンモニアを生成する。
【化４】
【００２４】
＜具体例＞・・・次に、図３〜図６を参照して、実施例１の接合方法によるフェライト基板同士の接合手順を具体的に示す。
(1)シリカ含浸工程・・・本実施例では、図３に示すシリカ含浸工程によるフェライト基板の平坦化（接合面の平坦化）処理から開始する。まず、被接合物であるフェライト基板をアルコールやアセトン等の有機溶媒で洗浄し（ステップＳ２０）、該フェライト基板を、真空，乾燥窒素，水蒸気の３種類の雰囲気に設定可能な冷却機能付きの熱処理炉に入れる（ステップＳ２２）。次に、前記熱処理炉の温度を−１０℃に下げたのち（ステップＳ２４）、熱処理炉を真空にする（ステップＳ２６）。この状態で、前記フェライト基板の表面に、例えば、キシレン等の有機溶媒で希釈したポリシラザンを、スピンコート，スプレーコート，ディップコートなどの適宜手法により滴下する（ステップＳ２８）。
【００２５】
前記フェライト基板の表面がポリシラザンの希釈液で覆われたことを確認したら（ステップＳ３０）、前記熱処理炉に乾燥窒素を導入し大気圧に設定する（ステップＳ３２）。そして、熱処理炉を乾燥窒素で満たした状態で温度を８０℃に設定して溶媒を除去し（ステップＳ３４）、更に、熱処理炉を乾燥窒素で満たした状態で温度を２５０℃〜４５０℃に設定し除去する（ステップＳ３６）。仮に、ステップＳ３４，Ｓ３６のように２段階で加熱せず、キシレンのような有機溶媒が多量にある状態で高い温度で加熱すると、急激な沸騰を生じ接合面の平坦性を損なってしまう。これを防ぐため、本実施例では、多量に有機溶媒がある状態では、低温で有機溶媒を徐々に揮発除去させ（ステップＳ３４）、接合面の平坦性を確保する。その後、極めて微量な有機溶媒を含有した状態となってから高温を用い（ステップＳ３６）、有機溶媒を高精度に除去している。また、乾燥窒素の代わりに大気中等で乾燥を行うと、有機溶媒が抜ける前にポリシラザンの表面からシリカ転化し、内部にある有機溶媒が閉じ込められてしまうため、本実施例では有機溶媒が閉じ込められるのを防止するために、乾燥窒素中で乾燥を行うこととしている。
【００２６】
前記ステップＳ３４，Ｓ３６によって有機溶媒を除去したら、前記熱処理炉に水蒸気を導入し（ステップＳ３８）、該熱処理炉を水蒸気で満たした状態で温度を２５０℃〜４５０°に設定し、ポリシラザンをシリカに転化させ（ステップＳ４０）、最後に応力を除去しながら冷却（除冷）する（ステップＳ４２）。以上のようなステップＳ２０〜ステップＳ４２によるシリカ含浸工程は、接合面（ここでは、フェライト基板の表面）にポアが多い場合に行われる処理であって、接合面にポアが少なく十分な平坦性が確保されている場合には省略可能である。
【００２７】
(2)接合前工程・・・次に、前記シリカ含浸工程によって接合面の平坦化処理を行ったフェライト基板に、図４に示す接合前工程によってポリシラザンを塗布する。まず、フェライト基板をアルコールやアセトン等の有機溶媒で洗浄し（ステップＳ５０）、必要に応じてフェライト基板の表面に水酸化珪素の膜を形成する（ステップＳ５２）。水酸化珪素の膜は、必ずしも必要なものではないが、接合面積が大きく水分の拡散に時間を要する場合には、水酸化珪素の膜を利用すると都合がよい。例えば、図６(A)に示すように、表面に水酸基（＝構造水）２２が存在し、該水酸基２２に水分子２４が吸着しているような被成膜物２０に対して、有機溶媒で希釈したポリシラザン２６を滴下する。このとき、前記反応式（化３）に示すシリカ転化反応によってシリカ２８が形成する際に、図６(B)に示すように構造水からの脱水反応が生じる。吸水による酸化反応が強く生じる材料は強い接着力を得られ、膜としても強い密着力が得られる。多くの化学結合を用いない接着材の接着力は、分子間引力とアンカー効果が主な因子とされている。これと同様な理由で、前記ステップＳ５２によりフェライト基板の表面に水酸基を導入することにより、水酸基のもつ強い極性，すなわちクーロン力により強い接合性を誘起することが可能である。
【００２８】
次に、前記ステップＳ５０で洗浄したフェライト基板，あるいは、ステップＳ５２で水酸化珪素の膜を形成したフェライト基板を、真空，乾燥窒素，水蒸気の３種類の雰囲気に設定可能な冷却機能付きの熱処理炉に入れる（ステップＳ５４）。そして、前記熱処理炉の温度を−１０℃に下げた後（ステップＳ５６）、熱処理炉を真空にする（ステップＳ５８）。次に、キシレンなどの有機溶媒で希釈して低粘度化したポリシラザンを、前記フェライト基板の表面に、スピンコート，スプレーコート，ディップコートなどの適宜手法で滴下する（ステップＳ６０）。前記フェライト基板の表面が、ポリシラザンの希釈液で覆われたことを確認したら（ステップＳ６２）、熱処理炉に乾燥窒素を導入して大気圧にし（ステップＳ６４）、次いで熱処理炉を真空にする（ステップＳ６６）。そして、熱処理炉を真空状態かつ室温にして有機溶媒を除去する（ステップＳ６８）。
【００２９】
(3)接合工程・・・次に、図５に示す接合工程について説明する。まず、張り合わせる２枚のフェライト基板は、大気中で真空チャックにより固定される（ステップＳ７０）。張り合わせる２枚のフェライト基板は、双方とも前記図４に示す接合前工程によってポリシラザンを塗布されたものであってもよいし、いずれか一方のフェライト基板の表面にのみポリシラザンを塗布したものであってもよい。次に、熱処理炉に水蒸気や湿り空気を導入し（ステップＳ７２）、張り合わせる２枚のフェライト基板を重ねる（ステップＳ７４）。そして、張り合わせる２枚のフェライト基板間に０．０１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度の荷重をかけ（ステップＳ７６）、熱処理炉を水蒸気で満たした状態で温度を４０℃〜８０℃程度まで加熱し、ポリシラザンを軟化させ密着性を上げる（ステップＳ７８）。なお、前記ステップＳ７６における荷重は、フェライト基板間に隙間ができる場合に矯正のためにかけるものであって、フェライト基板に歪みがない場合には省略してもよい。次に、前記熱処理炉内を水蒸気で満たした状態で温度を２５０℃〜４５０℃程度まで加熱し、ポリシラザンをシリカに転化させて２枚のフェライト基板を接合する（ステップＳ８０）。最後に、応力を除去しながら接合体を冷却（除冷）する（ステップＳ８２）。
【００３０】
このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)有機溶媒で希釈したポリシラザン希釈液１２を被接合物１０の接合面に塗布し、ポリシラザンがシリカ転化しない温度で前記被接合物１０を乾燥させることで有機溶媒のみを除去し、ポリシラザン１４のみを被接合物１０の表面に残す。そして、他の被接合物１６を重ね合わせて水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザン１４をシリカ転化することで、被接合物１０，１６を接合することとした。このため、被接合物１０，１６を汚染せずに、低温の熱処理で被接合物１０，１６同士を容易に接合できる。また、接合前にシリカ転化することがなく、被接合物１０，１６間にボイドが形成されることがない。
(2)ポリシラザンの塗付前に、シリカ含浸工程によって被接合物の表面を平坦化することとしたので、密着性を高めることができる。特に、前記平坦化により被接合物の表面が鏡面となっており、かつ、被接合物が歪んでいない場合は、非常に高い密着性が得られる。また、被接合物が歪んでいたとしても、鏡面であれば接合時の荷重によって歪みが改善されるため、十分な密着性を得ることが可能となる。
(3)必要に応じて被接合物の表面に水酸化珪素の膜を形成することとしたので、水酸基のもつ強い極性，すなわちクーロン力により強い接合性を誘起することができる。
【００３１】
＜応用例＞・・・次に、図７〜図９を参照して、本発明の応用例を説明する。まず、図７(A-1)及び(A-2)に示す例は、本発明を小型アンテナに適用した例である。図７(A-2)は、図７(A-1)を＃７Ａ−＃７Ａ線に沿って切断した端面図である。図７(A-1)及び(A-2)に示すアンテナ素子３０は、フェライト基板３２に形成された溝部３６に埋め込まれた導体３８によって、微小ループアンテナの導体パターン３４が形成されている。前記導体パターン３４は、給電部３４Ａ，３４Ｂを除いたループ状の部分に、他のフェライト基板４０が接合層４２を介して重ね合わせられており、図７(A-2)に示すように、前記導体パターン３４とフェライト基板４０の間にはギャップが設けられている。前記接合層４２は、上述した実施例１で示す接合方法のシリカ転化により生じたＳｉＯ２であって、その厚さは、例えば、０．１μｍ程度である。また、前記導体３８は、Ａｇペーストなどの塗付・乾燥により形成されている。
【００３２】
図７(B-1)及び(B-2)に示す例は、本発明をコモンモードチョークコイルに適用した例である。図７(B-2)は、図７(B-1)を＃７Ｂ−＃７Ｂ線に沿って切断した端面図である。図７(B-1)及び(B-2)に示すコモンモードチョークコイル５０は、基板５２の上に設けられたフェライト基板５４中に、導体パターン５６が２つ形成された構造となっている。前記導体パターン５６は、図７(B-2)に示すように、フェライト基板５４Ａの溝部５８Ａに埋め込まれた導体６０Ａと、フェライト基板５４Ｂの溝部５８Ｂに埋め込まれた導体６０Ｂを含んでおり、これら導体６０Ａ，６０Ｂが向き合うように、前記フェライト基板５４Ａ，５４Ｂが接合層６２によって接合されている。該接合層６２は、上述した実施例１で示す接合方法のポリシラザンのシリカ転化により生じたＳｉＯ２であって、その厚さは、例えば、０．１μｍ程度である。
【００３３】
上述したアンテナ素子３０及びコモンモードチョークコイル５０は、半導体を用いていないため、半導体の相互作用とは無関係となるが、本発明のポリシラザンを用いた接合技術は、このような電子装置での応用についても有効である。それは、本発明の接合方法における溶媒除去において粘度を制御することにより、接合層４２や６２の厚さを制御でき、０．１μｍ以下とすることも可能になるからである。前記アンテナ素子３０及びコモンコモンモードチョークコイル５０のいずれも高周波部品であり、また、どちらもフェライトの透磁率の高さを利用して製品の機能を向上させている。従って、比誘電率が空気や真空よりも大きな材料を厚く挟み込むことは性能を低下させることになり好ましくないが、本発明の接合方法を用いることにより、接合層の厚さ制御して薄くすることができる。
【００３４】
図８及び図９に示す例は、本発明を半導体デバイスに適用した例である。まず、図８(A)に示す例は、バルク圧電加速度センサ７０と集積回路（ＬＳＩ）８０の接合に、本発明のポリシラザンによる接合方法を用いた例である。前記集積回路８０は、シリコン基板８２上にＭＯＳトランジスタ８４を形成したものであって、最表層のパッシベーション膜８６と前記加速度センサ７０の底面が、ＳｉＯ２からなる接合層７２により接合されている。また、図８(B)に示す例は、水晶ジャイロ素子９０とパッケージ用セラミックス９２とが、ＳｉＯ２からなる接合層９４によって接合された例である。更に、図８(C)に示す例は、平面（２次元）構造の集積回路１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃを、ＳｉＯ２からなる接合層１０４によって立体的（３次元的）に集積した積層型集積回路１００を示している。前記接合層１０４に設けた金属マイクロバンプ１０６は、埋め込み配線１０８と接続している。図８(A)〜(C)に示す例では、半導体を汚染せずに、容易に接合することが可能となる。
【００３５】
次に、図９(A)に示す例は、貫通孔１１４Ａが形成された台座１１４とシリコン基板１１２を、陽極酸化によって接合した従来の圧力センサ１１０である。前記台座１１４は、アルカリホウ珪酸ガラスにより形成されている。前記圧力センサ１１０では、半導体で有害とされるＮａやＫが接合を司る重要物質であり、アルカリ金属なしでは接合できないため、半導体との融合ができない。これに対し、図９(B)に示す圧力センサ１２０は、貫通孔１２４Ａを有する台座１２４とシリコン基板１２２を、ポリシラザン１２６によって接合するもので、前記台座１２４は、例えば、ホウ珪酸ガラスやＳｉＯ２で構成されている。このためアルカリ金属が存在せず、接合後に前記ポリシラザン１２６が純粋なＳｉＯ２に転化するため、熱膨張率差による接合応力が小さく強い接合が可能になるとともに、半導体との融合が可能となる。
【００３６】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(2)前記実施例で示した溶媒や被接合物も一例であり、同様の効果を奏するように適宜変更してよい。
(3)前記実施例で示したシリカ含浸工程や、水酸化珪素の膜形成も一例であり、必要に応じて工程を導入すればよい。
(4)図７〜９に示した応用例も一例であり、本発明は、半導体のみならず、被接合物同士の接合部を含む公知の各種の電子装置全般に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、有機溶媒で希釈したポリシラザンを被接合物の接合面に塗布し、前記ポリシラザンがシリカ転化しない温度で前記被接合物を乾燥させることで有機溶媒のみを除去してから他の被接合物を重ねる。そして、重ね合わせた被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザンをシリカ転化することとしたので、被接合部物同士を接合する際に適用できる。特に、被接合物を汚染せずに低温の熱処理で容易に接合でき、半導体プロセスにも良好な適合性を示すことから、半導体分野での接合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の接合方法の基本工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明の接合方法の基本工程を示す主要断面図である。
【図３】本発明の実施例１におけるシリカ含浸工程（接合面平坦化処理）を示すフローチャートである。
【図４】前記実施例１における接合前工程を示すフローチャートである。
【図５】前記実施例１における接合工程を示すフローチャートである。
【図６】表面に水酸基を有する被成膜物に対するポリシラザンの成膜工程を示す説明図である。
【図７】本発明の応用例を示す図である。
【図８】本発明の他の応用例を示す図である。
【図９】本発明の他の応用例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１６：被接合物
１２：ポリシラザン希釈液
１４：ポリシラザン
１８：接合層
２０：被成膜物
２２：水酸基（構造水）
２４：水分子
２６：ポリシラザン
２８：シリカ
３０：アンテナ素子
３２，４０：フェライト基板
３４：導体パターン
３４Ａ，３４Ｂ：給電部
３６：溝部
３８：導体
４２：接合層
５０：コモンモードチョークコイル
５２：基板
５４，５４Ａ，５４Ｂ：フェライト基板
５６：導体パターン
５８Ａ，５８Ｂ：溝部
６０Ａ，６０Ｂ：導体
６２：接合層
７０：加速度センサ
７２：接合層
８０：集積回路（ＬＳＩ）
８２：シリコン基板
８４：ＭＯＳトランジスタ
８６：パッシベーション膜
９０：水晶ジャイロ素子
９２：パッケージ用セラミックス
９４：接合層
１００：積層型集積回路
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ：集積回路
１０４：接合層
１０６：金属マイクロバンプ
１０８：埋め込み配線
１１０，１２０：圧力センサ
１１２，１２２：シリコン基板
１１４，１２４：台座
１１４Ａ，１２４Ａ：貫通孔
１２６：ポリシラザン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合物の接合面に塗布可能な粘度となるように水との相溶性をもたない有機溶媒で希釈したポリシラザンを、前記接合面に塗布する工程，
ポリシラザンのシリカ転化温度よりも低い温度で前記被接合物を乾燥し、前記有機溶媒のみを除去して接合面にポリシラザンを残す工程，
接合面がポリシラザンで覆われた被接合物に、他の被接合物を重ねる工程，
該工程によって重ね合わせた一対の被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザンをシリカ転化させて、前記一対の被接合物を接合する工程，
を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記有機溶媒のみを除去する工程は、真空下で、無加熱又は冷却状態において行うことを特徴とする請求項１記載の接合方法。
【請求項３】
前記有機溶媒のみを除去する工程は、不活性ガス中で、ポリシラザンのシリカ転化温度よりも低い温度での加熱により行うことを特徴とする請求項１記載の接合方法。
【請求項４】
希釈したポリシラザンを接合面に塗布する工程の前に、前記接合面を、ポリシラザンを利用したシリカ含浸によって平坦化する処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記シリカ含浸によって接合面を平坦化する処理は、
前記接合面に塗布可能な粘度となるように有機溶媒で希釈したポリシラザンを、前記接合面に塗布する工程，
不活性ガス中で前記被接合物を加熱し、前記有機溶媒を除去する工程，
該工程で有機溶媒が除去された被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、接合面を被覆したポリシラザンをシリカ転化する工程，
を含むことを特徴とする請求項４記載の接合方法。
【請求項６】
希釈したポリシラザンを接合面に塗布する工程の前に、前記接合面に水酸化珪素の膜を形成する処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項７】
前記一対の被接合物を接合する工程において、重ね合わせた被接合物に荷重をかけることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
接合される被接合物の少なくとも一方が、半導体材料又は半導体素子であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の接合方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の方法によって接合された接合部を含むことを特徴とする電子装置。
【請求項１】
被接合物の接合面に塗布可能な粘度となるように水との相溶性をもたない有機溶媒で希釈したポリシラザンを、前記接合面に塗布する工程，
ポリシラザンのシリカ転化温度よりも低い温度で前記被接合物を乾燥し、前記有機溶媒のみを除去して接合面にポリシラザンを残す工程，
接合面がポリシラザンで覆われた被接合物に、他の被接合物を重ねる工程，
該工程によって重ね合わせた一対の被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、前記ポリシラザンをシリカ転化させて、前記一対の被接合物を接合する工程，
を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記有機溶媒のみを除去する工程は、真空下で、無加熱又は冷却状態において行うことを特徴とする請求項１記載の接合方法。
【請求項３】
前記有機溶媒のみを除去する工程は、不活性ガス中で、ポリシラザンのシリカ転化温度よりも低い温度での加熱により行うことを特徴とする請求項１記載の接合方法。
【請求項４】
希釈したポリシラザンを接合面に塗布する工程の前に、前記接合面を、ポリシラザンを利用したシリカ含浸によって平坦化する処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記シリカ含浸によって接合面を平坦化する処理は、
前記接合面に塗布可能な粘度となるように有機溶媒で希釈したポリシラザンを、前記接合面に塗布する工程，
不活性ガス中で前記被接合物を加熱し、前記有機溶媒を除去する工程，
該工程で有機溶媒が除去された被接合物を水蒸気又は酸素の存在下で加熱し、接合面を被覆したポリシラザンをシリカ転化する工程，
を含むことを特徴とする請求項４記載の接合方法。
【請求項６】
希釈したポリシラザンを接合面に塗布する工程の前に、前記接合面に水酸化珪素の膜を形成する処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項７】
前記一対の被接合物を接合する工程において、重ね合わせた被接合物に荷重をかけることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
接合される被接合物の少なくとも一方が、半導体材料又は半導体素子であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の接合方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の方法によって接合された接合部を含むことを特徴とする電子装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−９５６６６（Ｐ２０１０−９５６６６Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９２３４（Ｐ２００８−２６９２３４）
【出願日】平成２０年１０月１８日（２００８．１０．１８）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１８日（２００８．１０．１８）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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