CN105865669A - 三层基板的接合方法 - Google Patents

Abstract

一种三层基板的接合方法，能够在硅-玻璃-硅等夹着玻璃基板的三层结构中，没有可移动离子的析出地、分别简便地进行阳极接合。使2次阳极接合工序中的传感器芯片(1)与玻璃基板(2)的阳极接合条件比1次阳极接合工序中的硅管(3)与玻璃基板(2)的阳极接合条件要弱，从而在1次阳极接合工序中被拉到玻璃基板(2)的阴极侧的玻璃基板(2)中的可移动离子在2次阳极接合工序中到达玻璃基板(2)与硅管(3)的接合面之前，使2次阳极接合工序结束。

Description

三层基板的接合方法

技术领域

本发明涉及夹持着玻璃基板而构成的三层基板的接合方法。

背景技术

以往，作为夹持着玻璃基板而构成的三层基板的一例，有由传感器芯片(硅基板)、玻璃底座以及硅管构成的三层结构的压力传感器。在该三层结构的压力传感器中，传感器芯片、玻璃底座以及硅管分别通过阳极接合而接合(例如，参照专利文献1)。

阳极接合是不使第三材料介于接合构件之间的直接的接合方法，是在含有可移动离子(Na⁺或K⁺等金属阳离子)的玻璃与硅或金属重合的状态下对其施加高温、高电压，则在界面上产生静电引力，建立起共价键而将两者接合起来的技术。使用该技术，将传感器芯片与玻璃底座以及硅管接合，得到三层结构的压力传感器。另外，在阳极接合时对接合部进行加热，将此时的加热温度称为接合温度。

[第一次阳极接合(1次阳极接合)]

首先，如图3所示，将玻璃底座12与硅管13重合，将玻璃底座12的上表面作为负电极侧(阴极侧)，将硅管13的下表面作为正电极侧(阳极侧)，在达到了接合温度的状态下施加高电压，对玻璃底座12与硅管13进行阳极接合。由此，形成玻璃底座12与硅管13的接合体(玻璃底座·硅管接合体)14。

[第二次阳极接合(2次阳极接合)]

接着，如图4所示，将传感器芯片(硅基板)11与玻璃底座·硅管接合体14重合，将传感器芯片11的上表面作为正电极侧(阳极侧)，将玻璃底座·硅管接合体14的下表面(硅管13的下表面)作为负电极侧(阴极侧)，在达到了接合温度的状态下施加高电压，对传感器芯片11与玻璃底座·硅管接合体14进行阳极接合。由此，形成传感器芯片11与玻璃底座·硅管接合体14的接合体(传感器芯片·玻璃底座·硅管接合体)15，得到三层结构的压力传感器200。

另外，作为压力传感器200的制造方法，为了高效率地大量生产压力传感器200，采用以下方法：将制作了多个传感器芯片11而成的晶圆(传感器芯片晶圆)、制作了多个玻璃底座12而成的晶圆(玻璃底座晶圆)、制作了多个硅管13而成的晶圆(硅管晶圆)进行接合作为三层晶圆的接合体，通过划片(dicing)来切断该三层晶圆的接合体，从而得到多个压力传感器200。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利特开2009-135190号公报

专利文献2日本专利特开2010-143792号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，这样在同轴(贯通三层结构的轴)上沿相反方向施加电压地进行1次阳极接合和2次阳极接合的话，在1次阳极接合中可移动离子(Na⁺、K⁺)移动后(参照图5的(a)，会在玻璃底座12与硅管13的接合面(1次接合面)附近产生可移动离子的缺乏层，在2次阳极接合中可移动离子(Na⁺、K⁺)集中到缺乏层中(参照图5的(b))，由此，导致钠等在玻璃底座12中偏析，玻璃底座12内产生裂缝，玻璃底座12的强度下降。

另外，在专利文献2中，示出了一种基板的接合方法，防止伴随着相反电压的施加而造成的剥离。在该专利文献2中示出的基板的接合方法中，1次阳极接合中对第一玻璃基板与硅基板进行阳极接合，在2次阳极接合中将第二玻璃基板阳极接合于第一玻璃基板与硅基板的接合体的硅基板侧。此时，通过改变第一玻璃基板和第二玻璃基板的电阻值，从而在通过1次阳极接合被拉到第一玻璃基板的阴极侧的可移动离子在2次阳极接合中向第一玻璃基板的接合面侧产生的离子缺乏层中移动的期间，使2次阳极接合结束。

然而，该专利文献2中示出的基板的接合方法中存在以下等问题：只限于玻璃-硅-玻璃的三层结构的接合，另外必须改变第一玻璃基板和第二玻璃基板的电阻值，玻璃的种类受到限定。

本发明是为了解决这种课题而做出的，其目的在于，提供一种三层基板的接合方法，能够在夹持着硅-玻璃-硅等玻璃基板的三层结构中，没有可移动离子的析出地、分别简便地进行阳极接合。

用于解决课题的手段

为了达成这样的目的，本发明的三层基板的接合方法包括：1次阳极接合工序，将第一基板连接于电源的阳极，将玻璃基板连接于电源的阴极，将玻璃基板的一个面阳极接合在第一基板上；和2次阳极接合工序，将通过1次阳极接合工序接合的第一基板与玻璃基板的接合体的第一基板侧的部分连接于电源的阴极，将第二基板连接于电源的阳极，将第二基板阳极接合在玻璃基板的另一个面上，使2次阳极接合工序中的第二基板与玻璃基板的阳极接合条件比1次阳极接合工序中的第一基板与玻璃基板的阳极接合条件要弱，从而在1次阳极接合工序中被拉到玻璃基板的阴极侧的玻璃基板中的可移动离子在2次阳极接合工序中到达玻璃基板与第一基板的接合面之前，使2次阳极接合工序结束。

在本发明中，作为第一基板以及第二基板，虽然假定了硅基板，但也可以是金属的基板。又，在本发明中，使2次阳极接合工序中的阳极接合条件比1次阳极接合工序中的阳极接合条件要弱，作为该阳极接合条件的一例，考虑施加电压和接合温度。

在令阳极接合条件为施加电压和接合温度的情况下，使2次阳极接合工序中的施加电压以及接合温度的某一方低于1次阳极接合工序中的施加电压以及接合温度，或使2次阳极接合工序中的施加电压以及接合温度的双方低于1次阳极接合工序中的施加电压以及接合温度，由此，也使2次阳极接合工序中的阳极接合条件比1次阳极接合工序中的阳极接合条件要弱。

发明效果

根据本发明，由于使2次阳极接合工序中的第二基板与玻璃基板的阳极接合条件比1次阳极接合工序中的第一基板与玻璃基板的阳极接合条件要弱，从而在1次阳极接合工序中被拉到玻璃基板的阴极侧的玻璃基板中的可移动离子在2次阳极接合工序中到达玻璃基板与第一基板的接合面之前，使2次阳极接合工序结束，因此能够在夹持着硅-玻璃-硅等玻璃基板的三层结构中，没有可移动离子的析出地、分别简便地进行阳极接合。

附图说明

图1是对本发明所涉及的三层基板的接合方法的原理进行说明的图。

图2是示出玻璃基板中流动的电流I随着缺乏层的生长而减少的形态的图。

图3是对1次阳极接合进行说明的图。

图4是对2次阳极接合进行说明的图。

图5是对可移动离子析出的形态进行说明的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施形态进行详细说明。

首先，使用图1，对本发明所涉及的三层基板的接合方法的原理进行说明。在图1中，1是传感器芯片(硅基板)，2是玻璃底座，3是硅管，图1的(a)示出将压力传感器100制造为三层基板时的1次阳极接合工序，图1的(b)示出2次阳极接合工序。

即，示出了以下工序：通过1次阳极接合形成玻璃底座2与硅管3的接合体(玻璃底座·硅管接合体)4的工序(图1的(a))；以及这之后，将传感器芯片1重合于玻璃底座·硅管接合体4的玻璃底座2上，将传感器芯片1的上表面作为正电极侧(阳极侧)，将玻璃底座·硅管接合体4的下表面(硅管3的下表面)作为负电极侧(阴极侧)，在达到了接合温度的状态下施加高电压，对传感器芯片1和玻璃底座·硅管接合体4进行阳极接合，形成传感器芯片·玻璃底座·硅管接合体5(压力传感器100)的工序(图1的(b))。

另外，作为压力传感器100的制造方法，为了高效率地大量生产压力传感器100，采用以下方法：对制作了多个传感器芯片1而成的晶圆(传感器芯片晶圆)、制作了多个玻璃底座2而成的晶圆(玻璃底座晶圆)、制作了多个硅管3而成的晶圆(硅管晶圆)进行接合以作为三层晶圆的接合体，通过划片(dicing)来切断该三层晶圆的接合体，从而得到多个压力传感器100。

在进行2次阳极接合的情况下(图1的(b))，玻璃底座2中的可移动离子(Na⁺、K⁺)在1次阳极接合中移动，由此，在玻璃底座2与硅管3的接合面(1次接合面)附近产生可移动离子的缺乏层。在2次阳极接合中，把玻璃底座2中的可移动离子集中到该缺乏层中。

在此，玻璃底座2中的可移动离子的移动速度v取决于电极间施加的电场E。在这种情况下，令u为可移动离子的迁移率，则可移动离子的移动速度v就由下式(1)表示。

v＝u·E····(1)

上述(1)式中，令电极间的距离为d1，令施加电压为V，则被表示为E＝V/d1，因此

v＝u·V/d1····(2)

在此，电极间的距离d1为一定，可移动离子的迁移率u在接合温度T下取一定的值，因此可移动离子的移动速度v就由施加电压V来决定。另外，接合温度T越高，可移动离子的迁移率u就变得越大。

在电极间施加了t个小时的电压V时，向着阴极侧的可移动离子的移动距离D为

D＝v×t····(3)

传感器芯片1和玻璃底座2的接合面附近的玻璃中的可移动离子向阴极侧移动，在接合面附近的玻璃底座2中形成可移动离子的缺乏层，其与传感器芯片1之间产生静电吸引力，建立起共价键。缺乏层的电阻与原来的玻璃相比变得非常大，在玻璃底座2中流动的电流I随着缺乏层的生长而显著减少(参照图2)。

一旦缺乏层开始产生，在玻璃底座2中流动的电流就减少，因此玻璃底座2中向着1次接合面的可移动离子的移动速度v就随着电流的时间变化而变化。

即，在令v＝f(t)时，t个小时后的可移动离子的移动距离D就成为

[式1]

$D={\∫}_0^{t}f\left(t\right)dt\mathrm{....}\left(4\right)$

若令玻璃的厚度为d2，则为了不使可移动离子聚集于1次接合面，通过在满足

d2-D＞0····(5)即

[式2]

$d2>{\∫}_0^{t}f\left(t\right)dt\mathrm{....}\left(6\right)$

这样的条件下实施第二次的阳极接合，能够实现可移动离子不聚集的阳极接合。

又，由于可移动离子在1次阳极接合中移动至1次接合面的相反侧，因此如使2次阳极接合中的移动距离小于1次阳极接合中的移动距离，就不会产生可移动离子的析出。

在此，若令1次阳极接合中的可移动离子的移动距离为D1，2次阳极接合中的可移动离子的移动距离为D2，则在

D1-D2＞0····(7)

的条件下进行阳极接合的话，就不会产生可移动离子的析出。

已知D1、D2分别依据上述的(1)、(2)、(3)、(4)式而取决于施加电压V、以及与可移动离子的迁移率u相关联的接合温度T。

于是，在将1次阳极接合的施加电压V1和接合温度T1作为1次阳极接合的接合条件，将2次阳极接合的施加电压V2和接合温度T2作为2次阳极接合条件的情况下，只要2次阳极接合条件比1次阳极接合条件要弱，就不会引起可移动离子的析出。

另外，由于1次阳极接合中的可移动离子的移动距离D1≦d2，因此也就同时满足了上述的d2-D＞0。

基于这样的发明原理，在本发明的实施形态中，在图1的(b)所示的2次阳极接合时，使2次阳极接合条件比1次阳极接合条件要弱。

例如，通过使2次阳极接合的施加电压V2以及接合温度T2的某一方低于1次阳极接合的施加电压V1以及接合温度T1(V2＜V1或T2＜T1)，从而在1次阳极接合工序(图1的(a))中被拉到玻璃底座2的阴极侧的玻璃底座2中的可移动离子在2次阳极接合工序(图1的(b))中到达玻璃底座2与硅管3的接合面之前，使2次阳极接合工序结束。

或者，通过使2次阳极接合的施加电压V2以及接合温度T2的双方低于1次阳极接合的施加电压V1以及接合温度T1(V2＜V1并且T2＜T1)，从而在1次阳极接合工序(图1的(a))中被拉到玻璃底座2的阴极侧的玻璃底座2中的可移动离子在2次阳极接合工序(图1的(b))中到达玻璃底座2与硅管3的接合面之前，使2次阳极接合工序结束。

由此，就能够在传感器芯片1和玻璃底座2和硅管3的三层结构、即硅-玻璃-硅的三层结构中，没有可移动离子的析出地、分别简便地进行阳极接合。

另外，在使用图1说明的例子中，令玻璃底座2为玻璃基板，将硅管3作为第一基板并阳极接合于玻璃底座2的一个面上，将传感器芯片(硅基板)1作为第二基板并阳极接合于玻璃底座2的另一个面上，但第一基板或第二基板也可以是金属的基板。

又，对于1次阳极接合条件和2次阳极接合条件，先决定2次阳极接合条件再决定1次阳极接合条件，从而可靠地进行2次阳极接合。即，先决定进行良好的阳极接合的2次阳极接合条件，再决定1次阳极接合条件，以使其比该2次阳极接合条件要强，由此，结果是，使得2次阳极接合条件比1次阳极接合条件要弱。

[实施形态的扩张]

以上，参照实施形态对本发明进行了说明，但是本发明不仅限于上述的实施形态。本发明的结构和细节，可以在本发明的技术思想的范围内做出本发明技术领域技术人员可理解的各种各样的变更。

符号说明

1：传感器芯片(硅基板)，2：玻璃基板，3：硅管，4：玻璃底座·硅管接合体，5：传感器芯片·玻璃底座·硅管接合体，100：压力传感器。

Claims (3)

1.一种三层基板的接合方法，其特征在于，包括：

1次阳极接合工序，将第一基板连接于电源的阳极，将玻璃基板连接于电源的阴极，将所述玻璃基板的一个面阳极接合在所述第一基板上；和

2次阳极接合工序，将通过所述1次阳极接合工序接合的所述第一基板与所述玻璃基板的接合体的所述第一基板侧的部分连接于电源的阴极，将第二基板连接于电源的阳极，将所述第二基板阳极接合在所述玻璃基板的另一个面上，

使所述2次阳极接合工序中的所述第二基板与所述玻璃基板的阳极接合条件比所述1次阳极接合工序中的所述第一基板与所述玻璃基板的阳极接合条件要弱，从而在所述1次阳极接合工序中被拉到所述玻璃基板的阴极侧的所述玻璃基板中的可移动离子在所述2次阳极接合工序中到达所述玻璃基板与所述第一基板的接合面之前，使所述2次阳极接合工序结束。

2.如权利要求1所述的三层基板的接合方法，其特征在于，

所述阳极接合条件是施加电压以及接合温度，

所述2次阳极接合工序中的施加电压以及接合温度的某一方低于所述1次阳极接合工序中的施加电压以及接合温度。

3.如权利要求1所述的三层基板的接合方法，其特征在于，

所述阳极接合条件是施加电压以及接合温度，

所述2次阳极接合工序中的施加电压以及接合温度的双方低于所述1次阳极接合工序中的施加电压以及接合温度。