JPH0982588A - 窒化物の直接接合方法及びその直接接合物 - Google Patents
窒化物の直接接合方法及びその直接接合物Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】接合する一方の材料の表面が窒化物の場合に、
高温又は高圧にすることなく、２つの材料を直接接合す
ることを可能とすること。 【解決手段】 第１材料１３、第２材料１４の表面が洗
浄された後、第１材料の表面における窒素原子が水素原
子で終端される。水素原子で表面が終端化された第１材
料の表面と他の第２材料１４との表面とを密着させる。
これにより、第２材料の表面の窒素原子と結合した水素
原子と第２材料の表面の原子と水素結合する。この水素
結合により第１材料の表面と第２材料の表面とは強固に
接合する。又、第２材料の表面が窒化物又は酸化物で形
成されている場合には、第１材料と第２材料とは、Ｎ−
Ｈ…Ｎ、又は、Ｎ−Ｈ…Ｏの水素結合となり、強固な結
合となる。このような結合が可能なため、本発明は、高
温加熱や高圧を必要としない。
高温又は高圧にすることなく、２つの材料を直接接合す
ることを可能とすること。 【解決手段】 第１材料１３、第２材料１４の表面が洗
浄された後、第１材料の表面における窒素原子が水素原
子で終端される。水素原子で表面が終端化された第１材
料の表面と他の第２材料１４との表面とを密着させる。
これにより、第２材料の表面の窒素原子と結合した水素
原子と第２材料の表面の原子と水素結合する。この水素
結合により第１材料の表面と第２材料の表面とは強固に
接合する。又、第２材料の表面が窒化物又は酸化物で形
成されている場合には、第１材料と第２材料とは、Ｎ−
Ｈ…Ｎ、又は、Ｎ−Ｈ…Ｏの水素結合となり、強固な結
合となる。このような結合が可能なため、本発明は、高
温加熱や高圧を必要としない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面が窒化物であ
る材料を、表面が窒化物又は酸化物である他の材料に直
接接合させる方法及びその方法により得られた接合物に
関する。一方の材料としては、表面だけが窒化物で覆わ
れた材料、又は、全体が窒化物であるものである。又、
他の材料としては、同様に表面だけが窒化物や酸化物で
覆われた材料や、全体が窒化物や酸化物であるものの
他、金属、半導体、セラミックス、高分子化合物（生体
も含む）等である。この直接接合方法は、例えば、表面
がＳｉ3 Ｎ4 膜やＴｉＮ等の保護膜で覆われたＩＣチッ
プやセンサと基台との接合に用いられる。その他、ＢＮ
等の超硬材料、超耐熱材料、工具等と他の基台との高精
密接合に用いられる。
る材料を、表面が窒化物又は酸化物である他の材料に直
接接合させる方法及びその方法により得られた接合物に
関する。一方の材料としては、表面だけが窒化物で覆わ
れた材料、又は、全体が窒化物であるものである。又、
他の材料としては、同様に表面だけが窒化物や酸化物で
覆われた材料や、全体が窒化物や酸化物であるものの
他、金属、半導体、セラミックス、高分子化合物（生体
も含む）等である。この直接接合方法は、例えば、表面
がＳｉ3 Ｎ4 膜やＴｉＮ等の保護膜で覆われたＩＣチッ
プやセンサと基台との接合に用いられる。その他、ＢＮ
等の超硬材料、超耐熱材料、工具等と他の基台との高精
密接合に用いられる。
【０００２】
【従来技術】従来、特開平６−３０２４８６号公報に記
載のように、真空雰囲気で材料表面にＯＨ基を化学的に
吸着させた後、その材料を密着させ、材料間の水素結合
を利用して２つの材料を結合させる方法とその方法を実
施する装置が知られている。
載のように、真空雰囲気で材料表面にＯＨ基を化学的に
吸着させた後、その材料を密着させ、材料間の水素結合
を利用して２つの材料を結合させる方法とその方法を実
施する装置が知られている。
【０００３】しかし、上記の方法では、接合させるべき
一方の材料の表面にＯＨ基が吸着すること、換言すれ
ば、表面酸化が可能であることが条件である。従って、
窒化物はＯＨ基が吸着しないため、窒化物や窒化物で表
面が覆われた材料を、ＯＨ基を吸着すべき材料とするこ
とはできない。よって、バルクとしての又は表面にだけ
形成された窒化物材料間や、その窒化物材料と、ＯＨ基
が吸着しない他の材料、例えば、金属、半導体との接合
は不可能であった。
一方の材料の表面にＯＨ基が吸着すること、換言すれ
ば、表面酸化が可能であることが条件である。従って、
窒化物はＯＨ基が吸着しないため、窒化物や窒化物で表
面が覆われた材料を、ＯＨ基を吸着すべき材料とするこ
とはできない。よって、バルクとしての又は表面にだけ
形成された窒化物材料間や、その窒化物材料と、ＯＨ基
が吸着しない他の材料、例えば、金属、半導体との接合
は不可能であった。
【０００４】一方、窒化物と金属とを接合する方法とし
て、窒化物表面から金属原子を高エネルギーで打ち込む
ことで窒化物表面をメタライズした後、その窒化物と金
属と密着させ数１００ＭＰａ程の高加圧力で圧接する
か、又は、接合すべき窒化物と金属材料間に、双方の材
料となじみの良いインサート材を挟んで高温圧接する方
法が知られている。
て、窒化物表面から金属原子を高エネルギーで打ち込む
ことで窒化物表面をメタライズした後、その窒化物と金
属と密着させ数１００ＭＰａ程の高加圧力で圧接する
か、又は、接合すべき窒化物と金属材料間に、双方の材
料となじみの良いインサート材を挟んで高温圧接する方
法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、窒化物
と窒素化物、窒化物と非金属等は直接接合が出来なかっ
た。又、窒化物と金属との接合においては、接合可能な
金属には延性が要求されると共に、接合に際して、融点
直下の高温熱処理や数１００ＭＰａでの高加圧力が不可
欠であった。従って、これらの方法で接合できる材料の
寸法や形状、接合精度には限界がある。特に、微小で複
雑な形状を有する窒化物でできた部品と金属との接合で
は、接合後にその部品に変形や割れが発生し、高精度で
接合することは出来なかった。
と窒素化物、窒化物と非金属等は直接接合が出来なかっ
た。又、窒化物と金属との接合においては、接合可能な
金属には延性が要求されると共に、接合に際して、融点
直下の高温熱処理や数１００ＭＰａでの高加圧力が不可
欠であった。従って、これらの方法で接合できる材料の
寸法や形状、接合精度には限界がある。特に、微小で複
雑な形状を有する窒化物でできた部品と金属との接合で
は、接合後にその部品に変形や割れが発生し、高精度で
接合することは出来なかった。
【０００６】本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、接合する一方の材料が窒
化物や表面が窒化物で覆われた材料であるとき、高温又
は高圧にすることなく、２つの材料を直接接合すること
を可能とすることである。
れたものであり、その目的は、接合する一方の材料が窒
化物や表面が窒化物で覆われた材料であるとき、高温又
は高圧にすることなく、２つの材料を直接接合すること
を可能とすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するめの
本発明の構成は、少なくとも一方の材料の少なくとも表
面が窒化物で覆われた第１材料の表面と、他の第２材料
の表面とを接合する方法において、第１材料及び第２材
料の表面を清浄し、その後に、第１材料の前記表面にお
いて窒素原子が水素原子で終端された状態を形成し、そ
の後に、第１材料の表面と第２材料の表面とを密着する
窒化物の直接接合方法である。
本発明の構成は、少なくとも一方の材料の少なくとも表
面が窒化物で覆われた第１材料の表面と、他の第２材料
の表面とを接合する方法において、第１材料及び第２材
料の表面を清浄し、その後に、第１材料の前記表面にお
いて窒素原子が水素原子で終端された状態を形成し、そ
の後に、第１材料の表面と第２材料の表面とを密着する
窒化物の直接接合方法である。
【０００８】上記の接合方法において、さらに、下記の
如く具体的に限定することができる。第１材料、第２材
料の表面に水分子が付着している場合には、第１材料の
表面と第２材料の表面とを密着する前、又は、密着した
後において、表面に付着している水分子を除去する。さ
らに、第１材料の表面の洗浄には、溶剤を用いた化学的
方法、高エネルギービームを用いた物理的方法を用いる
ことができる。
如く具体的に限定することができる。第１材料、第２材
料の表面に水分子が付着している場合には、第１材料の
表面と第２材料の表面とを密着する前、又は、密着した
後において、表面に付着している水分子を除去する。さ
らに、第１材料の表面の洗浄には、溶剤を用いた化学的
方法、高エネルギービームを用いた物理的方法を用いる
ことができる。
【０００９】又、水素原子による窒素原子の終端は、希
フッ酸による化学エッチング、水素プラズマを用いる方
法で行うことができる。さらに、その水素プラズマを用
いた水素原子による終端は、ＥＣＲ装置や、真空中に配
置したラジカルビーム源を用いて行うことができる。
又、ラジカルなＮＨX 基を表面に付着させる方法でも良
い。
フッ酸による化学エッチング、水素プラズマを用いる方
法で行うことができる。さらに、その水素プラズマを用
いた水素原子による終端は、ＥＣＲ装置や、真空中に配
置したラジカルビーム源を用いて行うことができる。
又、ラジカルなＮＨX 基を表面に付着させる方法でも良
い。
【００１０】さらに、第２材料の少なくとも表面は、窒
化物又は酸化物で覆われている。その場合に、第２材料
の表面の窒素原子又は酸素原子は、水素原子により終端
されている。
化物又は酸化物で覆われている。その場合に、第２材料
の表面の窒素原子又は酸素原子は、水素原子により終端
されている。
【００１１】
【発明の作用及び効果】第１材料と第２材料の表面が洗
浄された後、第１材料の表面における窒素原子が水素原
子で終端される。これは、窒素原子のダングリングボン
ドが水素原子と結合する他、アミノ基（-NH2) を窒化物
の表面に化学的に吸着させることで行われる。
浄された後、第１材料の表面における窒素原子が水素原
子で終端される。これは、窒素原子のダングリングボン
ドが水素原子と結合する他、アミノ基（-NH2) を窒化物
の表面に化学的に吸着させることで行われる。
【００１２】次に、水素原子で表面が終端化された第１
材料の表面と他の第２材料との表面とを密着させる。こ
れにより、第２材料の表面の窒素原子と結合した水素原
子と第２材料の表面の原子と水素結合する。この水素結
合により第１材料の表面と第２材料の表面とは強固に接
合する。又、第２材料の表面が窒化物又は酸化物で形成
されている場合には、第１材料と第２材料とは、Ｎ−Ｈ
…Ｎ、又は、Ｎ−Ｈ…Ｏの水素結合となり、強固な結合
となる。尚、第２材料の表面は水素原子で終端されてい
てもいなくとも良い。このような結合が可能なため、本
発明は、高温加熱や高圧を必要としない。
材料の表面と他の第２材料との表面とを密着させる。こ
れにより、第２材料の表面の窒素原子と結合した水素原
子と第２材料の表面の原子と水素結合する。この水素結
合により第１材料の表面と第２材料の表面とは強固に接
合する。又、第２材料の表面が窒化物又は酸化物で形成
されている場合には、第１材料と第２材料とは、Ｎ−Ｈ
…Ｎ、又は、Ｎ−Ｈ…Ｏの水素結合となり、強固な結合
となる。尚、第２材料の表面は水素原子で終端されてい
てもいなくとも良い。このような結合が可能なため、本
発明は、高温加熱や高圧を必要としない。
【００１３】又、第１材料の表面における窒素原子が水
素原子で終端された状態を放置すると、材料の表面に吸
着水分子層が容易に形成される。よって、この場合に
は、この水分子を除去して、表面を水素原子で終端され
た状態にして、他の材料の表面と密着させる。この水分
子の除去は、第１材料と第２材料とを接合させる前に行
っても、それらを接合させた後に行っても良い。水分子
の除去により２つの材料を極めて強固に接合させること
ができる。
素原子で終端された状態を放置すると、材料の表面に吸
着水分子層が容易に形成される。よって、この場合に
は、この水分子を除去して、表面を水素原子で終端され
た状態にして、他の材料の表面と密着させる。この水分
子の除去は、第１材料と第２材料とを接合させる前に行
っても、それらを接合させた後に行っても良い。水分子
の除去により２つの材料を極めて強固に接合させること
ができる。
【００１４】このように、本発明方法は、比較的低温・
低加圧力で信頼性ある接合を実現できるので、微小で複
雑形状を有している窒化物も形状変形や割れを生じるこ
と無く他の材料と高精度で直接接合する事が可能とな
り、高精度加工用バイト等を製造することができる。
低加圧力で信頼性ある接合を実現できるので、微小で複
雑形状を有している窒化物も形状変形や割れを生じるこ
と無く他の材料と高精度で直接接合する事が可能とな
り、高精度加工用バイト等を製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施例にお
ける直接接合方法を高精度加工用バイトの形成に応用し
たものである。従来からＢＮ（窒化ボロン）やＴｉＮ等
は極めて高い硬度を有することが知られており、そのた
め、これらの薄膜を切削工具の表面に成膜して工具寿命
を延ばすことが行われている。しかし、母材となる工具
の形状が複雑であったり微小である場合は薄膜の厚さが
不均一となったり、また、母材によっては薄膜の付着力
が十分ではなかった。
基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施例にお
ける直接接合方法を高精度加工用バイトの形成に応用し
たものである。従来からＢＮ（窒化ボロン）やＴｉＮ等
は極めて高い硬度を有することが知られており、そのた
め、これらの薄膜を切削工具の表面に成膜して工具寿命
を延ばすことが行われている。しかし、母材となる工具
の形状が複雑であったり微小である場合は薄膜の厚さが
不均一となったり、また、母材によっては薄膜の付着力
が十分ではなかった。
【００１６】本接合方法を用いれば、窒化物の刃先５２
を工具５１の先端に直接接合できるので工具形状が複雑
であっても製造が簡便であるばかりでなく、工具として
の強度も母材材質にほとんど依存しないので極めて信頼
性が高くなる。また、本接合方法は従来の圧接や拡散接
合方法等に比べて低温、低加圧で直接接合できるので、
特に切削バイトなどの微小な工具に適用した場合にその
形状精度を損なうことなく形成可能である点で極めて有
益である。
を工具５１の先端に直接接合できるので工具形状が複雑
であっても製造が簡便であるばかりでなく、工具として
の強度も母材材質にほとんど依存しないので極めて信頼
性が高くなる。また、本接合方法は従来の圧接や拡散接
合方法等に比べて低温、低加圧で直接接合できるので、
特に切削バイトなどの微小な工具に適用した場合にその
形状精度を損なうことなく形成可能である点で極めて有
益である。
【００１７】図２は接合装置、図３はホルダーを示して
いる。図４は、本発明の接合原理の概念を示している。
まず図２に基づいて装置の構成を説明する。真空槽１１
は、真空排気口１６から真空ポンプ等によって１０-4Ｐ
ａ程度まで排気される。また、真空槽１１内の右側部分
には接合ホルダー１２が設けられている。接合ホルダー
１２は、図３に示すようにアーム部１２Ａとジョイント
部１２Ｂとから構成される。このアーム部１２Ａは、予
め鏡面研磨した第１材料１３、第２材料１４の接合面を
露出して保持することが可能である。ジョイント部１２
Ｂはアーム部１２Ａが回動可能に連結されて、回動時に
は第１材料１３と第２材料１４の接合表面が平行に密着
できるように構成されている。この回動操作は、真空槽
１１の外部からの操作レバー１２Ｃを介して行われる。
また、接合面に印加する荷重量もレバー１２Ｃにより制
御可能である。
いる。図４は、本発明の接合原理の概念を示している。
まず図２に基づいて装置の構成を説明する。真空槽１１
は、真空排気口１６から真空ポンプ等によって１０-4Ｐ
ａ程度まで排気される。また、真空槽１１内の右側部分
には接合ホルダー１２が設けられている。接合ホルダー
１２は、図３に示すようにアーム部１２Ａとジョイント
部１２Ｂとから構成される。このアーム部１２Ａは、予
め鏡面研磨した第１材料１３、第２材料１４の接合面を
露出して保持することが可能である。ジョイント部１２
Ｂはアーム部１２Ａが回動可能に連結されて、回動時に
は第１材料１３と第２材料１４の接合表面が平行に密着
できるように構成されている。この回動操作は、真空槽
１１の外部からの操作レバー１２Ｃを介して行われる。
また、接合面に印加する荷重量もレバー１２Ｃにより制
御可能である。
【００１８】また、真空槽１１の上部には、イオン源２
１が設けられており、これは第１材料１３、第２材料１
４の接合表面をイオンエッチングによって清浄化するた
めに用いられる。イオン源２１には、不活性ガス供給手
段２３からアルゴンなどの不活性ガスが導入される。
１が設けられており、これは第１材料１３、第２材料１
４の接合表面をイオンエッチングによって清浄化するた
めに用いられる。イオン源２１には、不活性ガス供給手
段２３からアルゴンなどの不活性ガスが導入される。
【００１９】さらに、図２の真空層１１の左側部分に
は、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）型のプラズマ生
成源３１が設けられている。このＥＣＲ型のプラズマ生
成源３１は、真空槽１１に連通する電離室３２と、この
電離室３２内に磁界を加える電磁コイル３３を備え、マ
グネトロン（図示せず）で発生したマイクロ波が、導波
管を通して電離室３２内に導入される。
は、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）型のプラズマ生
成源３１が設けられている。このＥＣＲ型のプラズマ生
成源３１は、真空槽１１に連通する電離室３２と、この
電離室３２内に磁界を加える電磁コイル３３を備え、マ
グネトロン（図示せず）で発生したマイクロ波が、導波
管を通して電離室３２内に導入される。
【００２０】一方、この電離室３２には、放電ガスとし
てのアルゴンガスを供給する不活性ガス供給装置２３
と、水素、アンモニアなどの反応性ガスを供給する反応
性ガス供給装置３４、３５とが接続されていて、それぞ
れのガスを供給することが可能である。この状態で電離
室３２内の混合ガスはマイクロ波放電励起によって電離
されプラズマが発生する。この場合、電離室３２内に導
入されるマイクロ波の周波数は、電磁コイル３３による
磁界で決まる電子のサイクロトロン共鳴周波数に一致し
ている。これにより、ガス分子の電子が共鳴的に加速さ
れることで、ガス分子が励起・電離されてプラズマ化さ
れるものである。
てのアルゴンガスを供給する不活性ガス供給装置２３
と、水素、アンモニアなどの反応性ガスを供給する反応
性ガス供給装置３４、３５とが接続されていて、それぞ
れのガスを供給することが可能である。この状態で電離
室３２内の混合ガスはマイクロ波放電励起によって電離
されプラズマが発生する。この場合、電離室３２内に導
入されるマイクロ波の周波数は、電磁コイル３３による
磁界で決まる電子のサイクロトロン共鳴周波数に一致し
ている。これにより、ガス分子の電子が共鳴的に加速さ
れることで、ガス分子が励起・電離されてプラズマ化さ
れるものである。
【００２１】次に、本装置を用いて２つの材料を接合す
る方法について説明する。工具５１の刃先５２を構成す
る窒化物の第１材料１３と、工具の母体金属の第２材料
１４とを鏡面研磨した後、上述のように接合ホルダー１
２のアーム部１２Ａに配設する。尚、第２材料１４の表
面には酸化膜が形成されているものとする。そして、こ
の材料が配設された接合ホルダー１２が上記の真空槽１
１に配設される。
る方法について説明する。工具５１の刃先５２を構成す
る窒化物の第１材料１３と、工具の母体金属の第２材料
１４とを鏡面研磨した後、上述のように接合ホルダー１
２のアーム部１２Ａに配設する。尚、第２材料１４の表
面には酸化膜が形成されているものとする。そして、こ
の材料が配設された接合ホルダー１２が上記の真空槽１
１に配設される。
【００２２】次に、不活性ガス供給手段２３からアルゴ
ンガスを供給して、イオン源２１を作動させることによ
り、アルゴンガスはイオン化され所定のエネルギーを持
ったイオンビーム２２として第１材料１３、第２材料１
４の表面に照射される。このときのイオンエネルギー
は、接合面の平滑度を損なうことのない程度、例えば１
００〜２００ｅＶ程度の低エネルギーに設定し、またエ
ッチング量（照射時間）も第１材料１３と第２材料１４
の表層約１０ｎｍ程度が除去される程度のエッチング時
間に設定される。この処理により、第１材料１３の表面
は、図４の（ａ）に示すように、窒素原子のダングリン
グボンドが形成される。ただし、これらのダングリング
ボンドは極めて活性であるからそのまま放置すると、た
とえ真空槽１１を高真空に維持しても、真空槽１１中に
残留している窒素や炭素、炭化水素等の不純物が表面に
化学吸着して表面を不活性化してしまう。そこで、上記
清浄化の工程が完全に終了してしまう前に次に示す水素
原子による終端工程を開始する。
ンガスを供給して、イオン源２１を作動させることによ
り、アルゴンガスはイオン化され所定のエネルギーを持
ったイオンビーム２２として第１材料１３、第２材料１
４の表面に照射される。このときのイオンエネルギー
は、接合面の平滑度を損なうことのない程度、例えば１
００〜２００ｅＶ程度の低エネルギーに設定し、またエ
ッチング量（照射時間）も第１材料１３と第２材料１４
の表層約１０ｎｍ程度が除去される程度のエッチング時
間に設定される。この処理により、第１材料１３の表面
は、図４の（ａ）に示すように、窒素原子のダングリン
グボンドが形成される。ただし、これらのダングリング
ボンドは極めて活性であるからそのまま放置すると、た
とえ真空槽１１を高真空に維持しても、真空槽１１中に
残留している窒素や炭素、炭化水素等の不純物が表面に
化学吸着して表面を不活性化してしまう。そこで、上記
清浄化の工程が完全に終了してしまう前に次に示す水素
原子による終端工程を開始する。
【００２３】次に、水素ガスを反応性ガス供給素３４か
ら供給し、電磁コイル３３を駆動し、マイクロ波を電離
室３２に供給することで、電離室３２内で生成された水
素ガスプラズマは電離室３２の開口部から真空槽１１内
の第１材料１３、第２材料１４の表面に向かってプラズ
マビーム３６として放出される。この結果、表面に窒化
物の形成された第１材料１３の表面の窒素原子のダング
リングボンドが水素原子で終端されることになる。又、
第２材料１４の表面の酸素原子のダングリングボンドが
水素原子で終端されることになる。この水素プラズマビ
ームのエネルギーは、プラズマビーム３６によって第１
材料１３、第２材料１４の温度を上昇させることがない
約１０ｅＶに設定されている。この処理により、図４の
（ｃ）に示すように、第１材料１３の表面の窒素原子は
水素原子で終端され、第２材料１４の表面の酸素原子は
水素原子で終端された状態となる。
ら供給し、電磁コイル３３を駆動し、マイクロ波を電離
室３２に供給することで、電離室３２内で生成された水
素ガスプラズマは電離室３２の開口部から真空槽１１内
の第１材料１３、第２材料１４の表面に向かってプラズ
マビーム３６として放出される。この結果、表面に窒化
物の形成された第１材料１３の表面の窒素原子のダング
リングボンドが水素原子で終端されることになる。又、
第２材料１４の表面の酸素原子のダングリングボンドが
水素原子で終端されることになる。この水素プラズマビ
ームのエネルギーは、プラズマビーム３６によって第１
材料１３、第２材料１４の温度を上昇させることがない
約１０ｅＶに設定されている。この処理により、図４の
（ｃ）に示すように、第１材料１３の表面の窒素原子は
水素原子で終端され、第２材料１４の表面の酸素原子は
水素原子で終端された状態となる。
【００２４】次に、第１材料１３及び第２材料１４の表
面の水素原子の活性度を維持した状態で、第１材料１３
と第２材料１４の表面との接合を行う。接合ホルダー１
２をレバー１２Ｃにより真空槽１１の外部から操作し、
第１材料１３と第２材料１４の接合表面を、図６に示す
ように、密着させる。すると、図４の（ｄ）に示すよう
に接合面において、第１材料１３の表面のＮＨ基の水素
原子と第２材料１４の表面の酸素原子との間でＮ−Ｈ…
Ｏの水素結合が発生し、又、第２材料１４の表面のＯＨ
基の水素原子と第１材料１４の表面の窒素原子との間で
Ｏ−Ｈ…Ｎの水素結合が発生する。この水素結合により
第１材料１３と第２材料１４との強固な接合が完了す
る。
面の水素原子の活性度を維持した状態で、第１材料１３
と第２材料１４の表面との接合を行う。接合ホルダー１
２をレバー１２Ｃにより真空槽１１の外部から操作し、
第１材料１３と第２材料１４の接合表面を、図６に示す
ように、密着させる。すると、図４の（ｄ）に示すよう
に接合面において、第１材料１３の表面のＮＨ基の水素
原子と第２材料１４の表面の酸素原子との間でＮ−Ｈ…
Ｏの水素結合が発生し、又、第２材料１４の表面のＯＨ
基の水素原子と第１材料１４の表面の窒素原子との間で
Ｏ−Ｈ…Ｎの水素結合が発生する。この水素結合により
第１材料１３と第２材料１４との強固な接合が完了す
る。
【００２５】第１材料１３と第２材料１４の表面が十分
に平滑であれば、きわめて低い加圧力、例えば、０．５
ＭＰａ程度で、信頼性の高い、十分な接合強度を有した
接合を実現できる。これは、表面の密着度に応じて、水
素原子と窒素原子又は酸素原子との間の水素結合のボン
ド密度が増大するためである。
に平滑であれば、きわめて低い加圧力、例えば、０．５
ＭＰａ程度で、信頼性の高い、十分な接合強度を有した
接合を実現できる。これは、表面の密着度に応じて、水
素原子と窒素原子又は酸素原子との間の水素結合のボン
ド密度が増大するためである。
【００２６】尚、上記の実施例において、第１材料１３
と第２材料１４の表面の洗浄には、アルゴンガスによる
イオンエッチングを用いたが、スパッタエッチングを用
いることもできる。スパッタエッチングの場合には、第
１材料１３と第２材料１４を陰極として、バイアス電源
５０によって直流電力あるいは高周波電力を供給し、そ
の表面をスパッタエッチングする。
と第２材料１４の表面の洗浄には、アルゴンガスによる
イオンエッチングを用いたが、スパッタエッチングを用
いることもできる。スパッタエッチングの場合には、第
１材料１３と第２材料１４を陰極として、バイアス電源
５０によって直流電力あるいは高周波電力を供給し、そ
の表面をスパッタエッチングする。
【００２７】また、第１材料１３の表面の窒素原子の水
素原子による終端処理は、ＥＣＲ装置を用いた水素ガス
のプラズマにより行った。しかし、水素プラズマの生成
は、他の手段を用いても良い。要は、活性種である水素
ラジカル又は単原子の水素イオンを高密度で発生させれ
ば良い。さらに、プラズマを発生させなくとも、結果と
して、これら活性な水素原子をあるエネルギーで材料の
表面に照射することで、表面に露出している窒素原子に
水素原子を化学結合によって終端させれば良い。即ち、
図４の（ｃ）の表面状態を生成させれば良い。
素原子による終端処理は、ＥＣＲ装置を用いた水素ガス
のプラズマにより行った。しかし、水素プラズマの生成
は、他の手段を用いても良い。要は、活性種である水素
ラジカル又は単原子の水素イオンを高密度で発生させれ
ば良い。さらに、プラズマを発生させなくとも、結果と
して、これら活性な水素原子をあるエネルギーで材料の
表面に照射することで、表面に露出している窒素原子に
水素原子を化学結合によって終端させれば良い。即ち、
図４の（ｃ）の表面状態を生成させれば良い。
【００２８】さらに、この水素原子による表面終端処理
は、希ＨＦ溶液による化学エッチングなどウェットプロ
セスで実施しても良い。また、第１材料１３と第２材料
１４の表面が共に窒化物の場合には、それらの結合は、
図５に示すようになり、Ｎ−Ｈ…Ｎの水素結合となる。
また、第１材料１３と第２材料１４の表面が共に窒化物
の場合には、それらの表面で、＋ＮＨx の表面化学反応
を発生させ、結果として材料表面の窒素原子を水素原子
終端しても良い。このプロセスも、ウェットプロセスを
使用しても良いし、またはドライプロセスでもよい。ド
ライプロセスの場合には、反応性ガス供給装置３５から
アンモニアガスを電離室３２に供給し、マイクロ波放電
励起によって、ＮＨx ラジカルを生成し、それを材料表
面に照射するようにしても良い。
は、希ＨＦ溶液による化学エッチングなどウェットプロ
セスで実施しても良い。また、第１材料１３と第２材料
１４の表面が共に窒化物の場合には、それらの結合は、
図５に示すようになり、Ｎ−Ｈ…Ｎの水素結合となる。
また、第１材料１３と第２材料１４の表面が共に窒化物
の場合には、それらの表面で、＋ＮＨx の表面化学反応
を発生させ、結果として材料表面の窒素原子を水素原子
終端しても良い。このプロセスも、ウェットプロセスを
使用しても良いし、またはドライプロセスでもよい。ド
ライプロセスの場合には、反応性ガス供給装置３５から
アンモニアガスを電離室３２に供給し、マイクロ波放電
励起によって、ＮＨx ラジカルを生成し、それを材料表
面に照射するようにしても良い。
【００２９】ところで、上記の水素原子による終端処理
において、ウェットプロセスでもドライプロセスでも表
面にＮＨのボンドが露出していると、このボンドと水分
子との間の水素結合は容易であるため、水素終端化と同
時にこの水素原子にはＨ2 Ｏ分子が吸着する（図４の
（ｂ））。ドライプロセスであっても残留ガスの形で水
分子が存在すると、短時間で試料表面はＨ2 Ｏ分子層で
被覆される。
において、ウェットプロセスでもドライプロセスでも表
面にＮＨのボンドが露出していると、このボンドと水分
子との間の水素結合は容易であるため、水素終端化と同
時にこの水素原子にはＨ2 Ｏ分子が吸着する（図４の
（ｂ））。ドライプロセスであっても残留ガスの形で水
分子が存在すると、短時間で試料表面はＨ2 Ｏ分子層で
被覆される。
【００３０】これら表面吸着水分子は接合後に界面に残
留すると接合強度を大きく低下させる。そこで、接合す
べき第１材料１３と第２材料１４との表面を密着させる
前、又は、密着させた後に、表面又は界面から水分子を
除去する必要がある。表面の水分子を除去した後に２つ
の材料を密着させる方法として、熱処理により、又は、
マイクロ波や紫外光等のエネルギーを材料の表面に加え
ることで、材料との酸化反応により表面の水分子を除去
し、高真空に保持することで水分子の再吸着を防ぎなが
ら２つの材料を密着させる方法がある。又、２つの材料
を密着した後に界面に存在する水分子を除去する方法と
しては、２つの材料を密着した後、熱処理を加えたり、
マイクロ波や紫外光等のエネルギーを材料の表面に与え
ることで、材料との酸化反応により水分子を除去する方
法がある。
留すると接合強度を大きく低下させる。そこで、接合す
べき第１材料１３と第２材料１４との表面を密着させる
前、又は、密着させた後に、表面又は界面から水分子を
除去する必要がある。表面の水分子を除去した後に２つ
の材料を密着させる方法として、熱処理により、又は、
マイクロ波や紫外光等のエネルギーを材料の表面に加え
ることで、材料との酸化反応により表面の水分子を除去
し、高真空に保持することで水分子の再吸着を防ぎなが
ら２つの材料を密着させる方法がある。又、２つの材料
を密着した後に界面に存在する水分子を除去する方法と
しては、２つの材料を密着した後、熱処理を加えたり、
マイクロ波や紫外光等のエネルギーを材料の表面に与え
ることで、材料との酸化反応により水分子を除去する方
法がある。
【００３１】上記の装置によって、マイクロ波を第１材
料１３及び第２材料１４に直接印加するには、プラズマ
生成源３１においてプラズマを発生させず、プラズマ生
成源３１を通してマイクロ波のみを真空槽１１中に導入
する。すると、第１材料１３と第２材料１４の表面に吸
着している水分子がマイクロ波によって生じた振動電場
によって激しく振動せられ、水分子が除去される。
料１３及び第２材料１４に直接印加するには、プラズマ
生成源３１においてプラズマを発生させず、プラズマ生
成源３１を通してマイクロ波のみを真空槽１１中に導入
する。すると、第１材料１３と第２材料１４の表面に吸
着している水分子がマイクロ波によって生じた振動電場
によって激しく振動せられ、水分子が除去される。
【図１】本発明の具体的な実施例の方法を用いて形成さ
れる高精度加工用バイトを示した斜視図。
れる高精度加工用バイトを示した斜視図。
【図２】同実施例の方法を実施するＥＣＲを用いた接合
装置を示した概略図。
装置を示した概略図。
【図３】接合装置で用いられている接合ホルダーを示し
た斜視図。
た斜視図。
【図４】同実施例の方法による水素結合を示した原理
図。
図。
【図５】同実施例の方法による水素結合を示した原理
図。
図。
【図６】接合ホルダーにより２つの資料を接合させた状
態を示した概略図。
態を示した概略図。
１１…真空層 １２…接合ホルダー １３…第１材料 １４…第２材料 ２３…不活性ガス供給装置 ３１…プラズマ生成源 ３２…電離室 ３３…電磁コイル ３４、３５…反応性ガス供給装置 ５１…工具 ５２…刃先（窒化物）
Claims (12)
- 【請求項１】 少なくとも一方の材料の少なくとも表面
が窒化物で覆われた第１材料の表面と、他の第２材料の
表面とを接合する方法において、 前記第１材料及び前記第２材料の表面を清浄し、 その後に、前記第１材料の前記表面において窒素原子が
水素原子で終端された状態を形成し、 その後に、前記第１材料の前記表面と前記第２材料の前
記表面とを密着することを特徴とする窒化物の直接接合
方法。 - 【請求項２】 前記第１材料、前記第２材料の表面に水
分子が付着している場合には、前記第１材料の前記表面
と前記第２材料の前記表面とを密着する前、又は、密着
した後において、前記表面に付着している水分子を除去
することを特徴とする請求項１に記載の窒化物の直接接
合方法。 - 【請求項３】 前記第１材料の前記表面は、溶剤を用い
て化学的に清浄されることを特徴とする請求項１に記載
の窒化物の直接接合方法。 - 【請求項４】 前記第１材料の前記表面は、高エネルギ
ービームを用いて物理的に清浄されることを特徴とする
請求項１に記載の窒化物の直接接合方法。 - 【請求項５】 前記水素原子による前記窒素原子の終端
は、希フッ酸による化学エッチングにより行われること
を特徴とする請求項１に記載の窒化物の直接接合方法。 - 【請求項６】 前記水素原子による前記窒素原子の終端
は、水素プラズマを用いて行われることを特徴とする請
求項１に記載の窒化物の直接接合方法。 - 【請求項７】 前記水素プラズマを用いた水素原子によ
る終端は、ＥＣＲ装置を用いて行われることを特徴とす
る請求項６に記載の窒化物の直接接合方法。 - 【請求項８】 前記水素プラズマを用いた水素原子によ
る終端は、真空中に配置したラジカルビーム源を用いて
行われることを特徴とする請求項６に記載の窒化物の直
接接合方法。 - 【請求項９】 前記第２材料の少なくとも前記表面は、
窒化物で覆われていることを特徴とする請求項１に記載
の窒化物の直接接合方法。 - 【請求項１０】 前記第２材料の少なくとも前記表面
は、酸化物で覆われていることを特徴とする請求項１に
記載の窒化物の直接接合方法。 - 【請求項１１】 前記第２材料の前記表面の窒素原子又
は酸素原子は、水素原子により終端されていることを特
徴とする請求項９又は請求項１０に記載の窒化物の直接
接合方法。 - 【請求項１２】 請求項１乃至請求項１１のいずれかに
記載の方法により直接接合された直接接合物。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7260895A JPH0982588A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 窒化物の直接接合方法及びその直接接合物 |
| DE19637162A DE19637162A1 (de) | 1995-09-12 | 1996-09-12 | Verfahren zum Direktverbinden von Nitridkörpern |
| US08/713,033 US5904860A (en) | 1995-09-12 | 1996-09-12 | Method for direct bonding nitride bodies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7260895A JPH0982588A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 窒化物の直接接合方法及びその直接接合物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0982588A true JPH0982588A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=17354252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7260895A Pending JPH0982588A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 窒化物の直接接合方法及びその直接接合物 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5904860A (ja) |
| JP (1) | JPH0982588A (ja) |
| DE (1) | DE19637162A1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009502534A (ja) * | 2005-07-30 | 2009-01-29 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 両面をプラズマ処理し、片面だけを湿式処理することによって面同士を互いに接着する方法 |
| JP2014013898A (ja) * | 2000-02-16 | 2014-01-23 | Ziptronix Inc | 低温結合方法および結合構成物 |
| JP2016117092A (ja) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | ボンドテック株式会社 | 接合方法、接合装置及び接合物を含む構造体 |
| JP2019186288A (ja) * | 2018-04-03 | 2019-10-24 | 東京エレクトロン株式会社 | 接合方法および接合システム |
| JP2021158248A (ja) * | 2020-03-27 | 2021-10-07 | 住友金属鉱山株式会社 | 接合基板の製造方法 |
| JP2022034745A (ja) * | 2020-08-19 | 2022-03-04 | 住友金属鉱山株式会社 | 基板接合装置および接合基板の製造方法 |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000252359A (ja) * | 1999-03-03 | 2000-09-14 | Sony Corp | 絶縁膜のエッチング方法および配線層の形成方法 |
| US6500694B1 (en) * | 2000-03-22 | 2002-12-31 | Ziptronix, Inc. | Three dimensional device integration method and integrated device |
| US6984571B1 (en) | 1999-10-01 | 2006-01-10 | Ziptronix, Inc. | Three dimensional device integration method and integrated device |
| US6559007B1 (en) * | 2000-04-06 | 2003-05-06 | Micron Technology, Inc. | Method for forming flash memory device having a tunnel dielectric comprising nitrided oxide |
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