JP2010177300A

JP2010177300A - 応力評価用ｔｅｇ

Info

Publication number: JP2010177300A
Application number: JP2009015982A
Authority: JP
Inventors: Kimiaki Saito; 公昭齊藤
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】陽極接合によって生じた基材の残留応力を、顕微ラマン分光装置を用いて正確に測定及び評価することができる応力評価用ＴＥＧを提供する。
【解決手段】応力評価用ＴＥＧ１は、基材の平面視において周囲の枠を構成するフレーム部１１と、片持ち梁構造となるようにその一端がフレーム部１１に支持されたメインビーム部１２とを備え、メインビーム部１２の支持されていない他端と、フレーム部１１とは、平面視においてメインビーム部１２の幅よりも細い幅に形成された応力拡大ビーム部１３によって連接されている。この構成によれば、陽極接合後の収縮による残留応力が応力拡大ビーム部１３に集中し、その残留応力の値が、顕微ラマン分光装置で測定できるレベルに達するので、接合界面に生じる残留応力を正確に評価することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、陽極接合された基材に生じる残留応力を評価するための応力評価用ＴＥＧ（test element group）に関する。

従来から、半導体圧力センサやマイクロアクチュエータ等の製造工程においては、ガラス基材と、シリコン等の半導体基材とを接合するために陽極接合が用いられている。陽極接合は、ナトリウムのような可動アルカリイオンを含むアルカリ含有ガラスと、シリコン基材や、アルミニウム等の金属基材とを重ね合わせ、これらを加熱した後に電圧を印加することで、ガラス内部のアルカリイオンの移動により発生する静電引力を利用して各基材を接合する接合方法である。この静電引力が発生する際の電子の授受により、各基材の界面は共有結合により強固に接合される。

しかし、シリコン及びガラスといった熱膨張係数が異なる複数の材料を高温条件で陽極接合させると、接合後の冷却工程において、接合された基材中に熱応力が発生する。半導体加速度センサ等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスは、微小な物理的変化を検知等するため、陽極接合の残留応力によって基材に生じた僅かな反りや歪み等がデバイス特性やその信頼性を低下させる。このような問題を回避するためには、半導体基材の加工工程で生じ得る残留応力を定量的に測定及び評価して、それらの結果を考慮したデバイス設計を行う必要がある。

微細ＬＳＩ等の半導体デバイスでは、製造プロセスで半導体基材上に各種薄膜が形成されることによって発生する残留応力（又はひずみ）を解析する手法として、顕微ラマン分光装置が用いられている（例えば、非特許文献１又は特許文献１参照）。光源から試料へ向けて照射された光は、試料に当たって散乱する。その散乱光のうち、分子の振動によって周波数変調を受けた光成分をラマン散乱光という。また、このラマン散乱光を分光計で測定して、試料の組成分析や結晶構造情報等を得る方法をラマン分光法という。顕微ラマン分光装置は、ラマン分析法と顕微鏡とを融合させたものであり、試料の結晶状態等を可視化させて、局所的な残留応力を評価することができる。

豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー，Vol.29 No. 4 (1994.12)

特開２００７−１３４５３１号公報

しかしながら、上記非特許文献１において、顕微ラマン分光装置を用いたシリコン残留応力計測の精度は２５〜５０ＭＰａと記載されている。ところが、シリコンウェハとガラス基材とを陽極接合させた場合、シリコン界面に生じる残留応力は、通常５〜１０ＭＰａ程度であるため、上述した顕微ラマン分光装置を用いたのでは、陽極接合させたシリコン界面における残留応力を正確に評価することができない。

本発明は、上記課題を解決するものであり、ＭＥＭＳデバイスの信頼性を向上させるため、その製造工程で頻用される陽極接合によって生じた基材の残留応力を、顕微ラマン分光装置を用いて正確に評価できるようにした応力評価用ＴＥＧ（test element group）を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、シリコン又はアルミニウムから成る基材に形成される応力評価用ＴＥＧであって、前記基材の平面視において周囲の枠を構成するフレーム部と、片持ち梁構造となるようにその一端が前記フレーム部に支持されたメインビーム部とを備え、前記メインビーム部の支持されていない他端と、前記フレーム部とは、平面視において前記メインビーム部の幅よりも細い幅に形成された応力拡大ビーム部によって連接されているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の応力評価用ＴＥＧにおいて、前記応力拡大ビーム部は、その断面視において前記メインビーム部の厚みより薄く形成されているものである。

請求項１の発明によれば、陽極接合後の収縮による残留応力が、メインビーム部より細い幅に形成された応力拡大ビーム部に集中し、その残留応力の値が、顕微ラマン分光装置で測定できるレベルに達するので、同装置を用いて接合界面に生じる残留応力を正確に評価することができる。

請求項２の発明によれば、応力拡大ビーム部の幅に加え、その厚みを薄くすることにより、この応力拡大ビーム部に集中する残留応力が大きくなるので、顕微ラマン分光装置を用いて残留応力をより正確に評価することができる。

本発明の一実施形態に係る応力評価用ＴＥＧ及びこの応力評価用ＴＥＧに接合されたガラス基材の斜視図。図１に示すＡ領域の拡大図。（ａ）は同応力評価用ＴＥＧ及びガラス基材の平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線側面図。

本発明の一実施形態に係る応力評価用ＴＥＧ（test element group）について、図１、図２及び図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、便宜上、図１ではガラス基材２を上側に、応力評価用ＴＥＧ１を下側に示しており、一方、図３（ａ）（ｂ）では応力評価用ＴＥＧ１を上側に、ガラス基材２を下側に示している。

本実施形態の応力評価用ＴＥＧ１は、シリコン又はアルミニウムから成る基材（以下、ＴＥＧ基材１０という）が加工形成されたものであり、ＴＥＧ基材１０の平面視において周囲の枠を構成するフレーム部１１と、片持ち梁構造となるように、その一端がフレーム部１１に支持されたメインビーム部１２とを備える。また、フレーム部１１に支持されていないメインビーム部１２の他端とフレーム部１１とは、平面視におけるメインビーム部１２の幅Ｄ（図３（ａ）参照）よりも細い幅ｄ（図２参照）に形成された応力拡大ビーム部１３によって連接されている。ＴＥＧ基材１０には、上述したアルミニウム又はシリコンに限らず、酸化によりガラス基材２と接合し得る適宜の金属基材を用いることができる。

ガラス基材２は、応力評価用ＴＥＧ１との接合面側に掘り込み部２１を有している（図１、図３（ｂ）参照）。この掘り込み部２１の幅及び長さは、メインビーム部１２よりも大きくなるように形成されている。そのため、応力評価用ＴＥＧ１とガラス基材２とが接合された状態においても、メインビーム部１２は片持ち梁構造となる（図３（ｂ）参照）。このガラス基材２には、可動アルカリイオンを含む汎用のアルカリ含有ガラスが用いられる。

平面視における応力拡大ビーム部１３の幅ｄは、メインビーム部１２の幅Ｄの１／１０以下であることが好ましく、１／３０以下であることがより好ましい。なお、応力拡大ビーム部１３は、必ずしも図示したように、メインビーム部１２の他端の２箇所のみに設けられるものではない。例えば、応力拡大ビーム部１３は、メインビーム部１２の他端の１箇所に、又は３箇所以上に設けられていてもよい。これらの場合、応力拡大ビーム部１３は、メインビーム部１２の幅Ｄを均しく分割する中心線Ｍ（図１参照）に対して対称となるように設けられる。

また、応力拡大ビーム部１３は、その断面視における厚みｈ（図３参照）が、メインビーム部１２の厚みＨ（図３（ｂ）参照）よりも薄くなるよう形成されることが望ましい。具体的には、応力拡大ビーム部１３の厚みｈは、メインビーム部１２の厚みＨの１／１０以下であることが好ましい。すなわち、この応力拡大ビーム部１３の断面積は、メインビーム部１２の断面積の１／１００以下であることが好ましい。

上記のように形成された応力評価用ＴＥＧ１はガラス基材２と陽極接合される。このとき、メインビーム部１２の四方を囲うフレーム部１１と、ガラス基材２の掘り込み部２１を囲う面とが接合される（図１又は図３（ｂ）参照）。陽極接合された夫々の基材の線張率差による収縮は、シリコン界面において残留応力を生じさせる。この線膨張差による収縮を、局所的に集中させることができれば、その箇所の残留応力を大きくすることができる。本実施形態においては、応力評価用ＴＥＧ１とガラス基材２とが陽極接合された後、この応力拡大ビーム部１３における残留応力が、顕微ラマン分光装置（不図示）を用いて計測される。

シリコンウェハとガラス基材とを単純に接合させたときのシリコン界面に生じる残留応力は５〜１０ＭＰａ程度である。これに対して、例えば、応力拡大ビーム部１３がメインビーム部１２に対する断面積比が０．７％程度になるよう形成された応力評価用ＴＥＧ１において、応力拡大ビーム部１３における残留応力は１００ＭＰａに達した。

すなわち、この応力評価用ＴＥＧ１を用いれば、陽極接合後の収縮による残留応力が応力拡大ビーム部１３に集中し、その残留応力の値が、顕微ラマン分光装置で測定することができるレベル（１５〜５０ＭＰａ以上）を超えるので、シリコン界面に生じる残留応力を同装置により、正確に可視化させて評価することができるようになる。

また、上述したように、応力拡大ビーム部１３の幅ｄだけでなく、その厚みｈを薄くすることにより、応力拡大ビーム１３に集中される残留応力をより大きくすることができ、より正確な応力評価が可能になる。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、応力拡大ビーム部１３の厚みｄは、応力拡大ビーム部１３の長さｌ（図２参照）、ＴＥＧ基材１０の厚みＨ又は陽極接合されるガラス基材２の厚み等に応じて適宜に設定される。

１応力評価用ＴＥＧ
１１フレーム部
１２メインビーム部
１３応力拡大ビーム部
２ガラス基材

Claims

シリコン又はアルミニウムから成る基材に形成される応力評価用ＴＥＧであって、
前記基材の平面視において周囲の枠を構成するフレーム部と、片持ち梁構造となるようにその一端が前記フレーム部に支持されたメインビーム部とを備え、
前記メインビーム部の支持されていない他端と、前記フレーム部とは、平面視において前記メインビーム部の幅よりも細い幅に形成された応力拡大ビーム部によって連接されていることを特徴とする応力評価用ＴＥＧ。
前記応力拡大ビーム部は、その断面視において前記メインビーム部の厚みより薄く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の応力評価用ＴＥＧ。