JP2012049298A - 多孔質金属を電気的接続に用いたデバイス、及び配線接続方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の基板40と第2の基板45とが陽極接合され、かつ前記第1の基板と前記第2の基板とが、純度99.9質量%以上で、平均粒径0.005μm〜1.0μmの金、銀、白金及びパラジウムから選択される1種以上の金属からなる多孔質金属51,52を介して電気的に接続されたデバイス4、及び第1の基板の接続電極部及び第2の基板の接続電極部の少なくとも一方に多孔質金属(バンプ)を形成し、前記第1及び第2基板の接続電極部同士がバンプを挟んで対向するように前記第1及び第2基板を重ね合わせた後、両基板を陽極接合すると同時に多孔質金属を介して前記第1及び第2基板の接続電極部間を電気的に接続する配線接続方法。
【選択図】図5
Description
また、本発明の他の課題は、第1の基板と第2の基板を陽極接合する際に電気的な接続を確実に行うことができる配線接続方法を提供することにある。
すなわち、本発明は下記の1〜9の多孔質金属を介して電気的に接続されたデバイス、及び10〜16の配線接続方法を提供する。
2.前記多孔質金属が、金、銀、白金及びパラジウムから選択される1種以上の金属からなる前項1に記載のデバイス。
3.前記多孔質金属が、金、または金を主要成分とする金属混合物である請求項2に記載のデバイス。
4.前記多孔質金属が、純度99.9質量%以上で、平均粒径0.005μm〜1.0μmの金属粉からなる多孔質体である前項1〜3のいずれかに記載のデバイス。
5.前記第1の基板及び第2の基板のいずれか一方が、ガラス基板またはLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)基板である前項1に記載のデバイス。
6.第1の基板及び第2の基板の少なくとも一方に貫通配線または内部配線が形成されている前項5に記載のデバイス。
7.前記LTCC基板が金系合金からなる貫通配線または内部配線を有する前項5に記載のデバイス。
8.前記第1の基板及び第2の基板の少なくとも一方が、電子回路及び/またはMEMS(Micro Electronic Mechanical Systems)が形成されているチップである前項5〜7のいずれかに記載のデバイス。
9.前記第1の基板と第2の基板とで画成された内部空間が気密封止されている前項8に記載のデバイス。
11.前記バンプを設ける前の段階で、前記第1の基板と前記第2の基板とを重ね合わせた状態で前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とが接触しない空間部を有しており、前記バンプを前記第1基板または前記第2基板のいずれかから突出した状態で設ける前項10に記載の配線接続方法。
12.第1の基板の接続電極部及び第2の基板の接続電極部の少なくとも一方に多孔質金属からなるバンプを形成し、80〜300℃の温度で焼成し、前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とが前記バンプを挟んで対向するように前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせた後、次いで200〜500℃の温度に昇温し、その温度を維持しながら前記第1基板と前記第2基板に直流電圧を印加することにより、前記第1基板と前記第2基板とを陽極接合すると同時に多孔質金属を介して前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とを電気的に接続する前項10または11に記載の配線接続方法。
13.前記第1基板の接続電極部及び第2基板の接続電極部の電気的接点となる表面に、金薄膜を最表面にもつ薄膜構造体を設け、その少なくとも一方に多孔質金属からなるバンプを形成する前項10〜12のいずれかに記載の配線接続方法。
14.前記多孔質金属が、金、銀、白金及びパラジウムから選択される1種以上の金属からなる前項10に記載の配線接続方法。
15.前記多孔質金属が、金、または金を主要成分とする金属混合物である前項14に記載の配線接続方法。
16.前記多孔質金属が、純度99.9質量%以上で、平均粒径0.005μm〜1.0μmの金属粉からなる多孔質体である前項10〜14のいずれかに記載の配線接続方法。
サブミクロン金属粒子からなる多孔質体のバンプは、変形しやすく段差吸収力が高いこと、高く積むことができるのでMEMSを収める大きな掘り込み(キャビティ)の底に付けられることから、陽極接時される2つの基板間の電気接続を容易に行うことができ、製品の歩留りが高くなる。
MEMSと実装基板を陽極接合という接合力と信頼性の高い接合方法でしっかりと接合でき、その接合内部で同時に形成される電気的接続(電気接点の接合)機構が圧接に加え金属間の拡散による接合という安定した接合力に基づくとともに、化学的に安定な金属粒子単体を接点材料に用いているために、製造プロセスの安定性と材料的な安定性に優れ、信頼性に富んだMEMS製品を製造することができる。
本発明によれば、陽極接合時に、多孔質金属からなるバンプを接続電極部に配置することによって、陽極接合との一括プロセスの中で接続電極部間の電気的接続を確実に行うことができる。
サブミクロン金属粒子としては、純度99.9質量%以上で、平均粒径0.005μm〜1.0μmの金、銀、白金及びパラジウムから選択される1種以上の金属を使用する。これら金属の中でも、金及び金を主要成分とする金属混合物が好ましい。
本発明では、この多孔質金属を加熱圧着することにより、金属粒子同士及び基板の接合面(接続電極部)と金属粒子との間に互いに点接触した近接状態を形成させ、圧接力と金属間の拡散接合によって電気接続を形成した多孔質金属体とする。具体的には、多孔質金属を、前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とが前記多孔質金属を挟んで対向するように前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせた後、80〜300℃、好ましくは150〜300℃の温度で加熱する。80℃未満の温度では上記の点接触が生じない。
本発明では、前記多孔質金属体を挟んで対向する前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせた状態で200〜500℃の温度に昇温し、その温度を維持しながら前記第1基板と前記第2基板に直流電圧を印加することにより、前記第1基板と前記第2基板とを陽極接合すると同時に多孔質金属を介して前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部との電気接点が確立する。
図1(A)及び(B)は本発明の実施形態に係る配線接続方法の工程を模式的に示す図である。陽極接合する第1の基板10と第2の基板15とを用意する(A)。第1の基板10、第2の基板15には互いに対向する面に接続電極部12、17をそれぞれ備えている。図示する例では、第1の基板10はSi基板11上にMEMS構造体(図示せず)が搭載されており、かつ接続電極部12として電極パッドが対向面に形成されている、接続電極部12はSi基板11を部分的エッチングにより除去した凹陥部13内に設けられている。この接続電極部12の下には、必要に応じて絶縁層を設ける(図示せず)。第2の基板15は、例えば絶縁材16に接続電極部17を電極パッドとして設けたガラス基板である。この状態では第1の基板10と第2の基板15とを重ね合わせても接続電極部12、17同士は接触しないで所定の間隔を有する。
図9(A)及び(B)は、実施例1の配線接続方法の工程を示す模式図である。
第1の基板71と第2の基板77とは次の要領で作製した。
第1の基板71については、SOI(Silicon On Insulator)基板72のハンドル層(300μm厚)側に部分的に18μmの段差となる凹陥部73を形成し、熱拡散炉で酸化膜74を形成した後に、第2の基板77と接合される面の酸化膜をウエットエッチングし、残った酸化膜74上に、接続電極部75としてCr層、Pt層、Au層を、この順にそれぞれ厚さが45nm、75nm、200nmとなるよう積層した。試料中央部にSOI基板のデバイス層からなる8μm厚みのダイヤフラム76を深掘り反応性イオンエッチング(Deep RIE)で形成した。このダイヤフラムは、封止空間の内圧を測定し、気密封止性能を評価するためのものである。Deep RIEマスクには、フォトレジストを用いたが、Deep RIEの前に同じフォトレジストマスクを用いて酸化膜をウェットエッチングしておいた。また、ハンドル層を貫通するDeep RIEの後、埋め込み酸化膜(1μm厚)をウェットエッチングで除去した。
第2の基板77のLTCC基板78の配線79上に接続電極部80を形成せずに直接配線79上に多孔質金属体82を形成したこと以外は実施例1と同様にして配線の接続を実施した。
3,4,5:デバイス
15,20,30:第1の基板(LTCC基板またはガラス基板)
11,26:Si基板
12,17,22,27,32,37,61,66:接続電極部
13,23,33,44,55,56,62:凹陥部
14,24,34,53,54,63:多孔質金属
10,25,35:第2の基板(MEMS基板)
16,21:絶縁材
38,51,52,67:配線接続部
31,36,42,43:電極部
35a,41a:可動部
35b,41b::固定部
40:MEMS基板
41:MEMS構造体
46:第1の下側電極部
47:第2の下側電極部
48:第1の上側電極部
49:第2の上側電極部
50:収容部
60:LTCC基板
65A,65B,65C:チップ
71:第1の基板
72:Si基板
73:凹陥部
74:酸化膜
75,80:接続電極部
76:ダイヤフラム
77:第2の基板
78:LTCC基板
79:配線
101,102,103,104:基板
101a,102a,104a:金属層
103a:貫通配線
102c,103b:凹み
Claims (16)
- 第1の基板と第2の基板とが陽極接合され、かつ前記第1の基板と前記第2の基板とが多孔質金属を介して電気的に接続されたデバイス。
- 前記多孔質金属が、金、銀、白金及びパラジウムから選択される1種以上の金属からなる請求項1に記載のデバイス。
- 前記多孔質金属が、金、または金を主要成分とする金属混合物である請求項2に記載のデバイス。
- 前記多孔質金属が、純度99.9質量%以上で、平均粒径0.005μm〜1.0μmの金属粉からなる多孔質体である請求項1〜3のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第1の基板及び第2の基板のいずれか一方が、ガラス基板またはLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)基板である請求項1に記載のデバイス。
- 前記第1の基板及び第2の基板の少なくとも一方に貫通配線または内部配線が形成されている請求項5に記載のデバイス。
- 前記LTCC基板が金系合金からなる貫通配線または内部配線を有する請求項5に記載のデバイス。
- 前記第1の基板及び第2の基板の少なくとも一方が、電子回路及び/またはMEMS(Micro Electronic Mechanical Systems)が形成されているチップである請求項5〜7のいずれかに記載のデバイス。
- 前記第1の基板と第2の基板とで画成された内部空間が気密封止されている請求項8に記載のデバイス。
- 第1の基板の接続電極部及び第2の基板の接続電極部の少なくとも一方に多孔質金属からなるバンプを形成し、前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とが前記バンプを挟んで対向するように前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせた後、前記第1基板と前記第2基板とを陽極接合すると同時に多孔質金属を介して前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とを電気的に接続することを特徴とする配線接続方法。
- 前記バンプを設ける前の段階で、前記第1の基板と前記第2の基板とを重ね合わせた状態で前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とが接触しない空間部を有しており、前記バンプを前記第1基板または前記第2基板のいずれかから突出した状態で設ける請求項10に記載の配線接続方法。
- 第1の基板の接続電極部及び第2の基板の接続電極部の少なくとも一方に多孔質金属からなるバンプを形成し、80〜300℃の温度で焼成し、前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とが前記バンプを挟んで対向するように前記第1基板と前記第2基板とを重ね合わせた後、次いで200〜500℃の温度に昇温し、その温度を維持しながら前記第1基板と前記第2基板に直流電圧を印加することにより、前記第1基板と前記第2基板とを陽極接合すると同時に多孔質金属を介して前記第1基板の接続電極部と前記第2基板の接続電極部とを電気的に接続する請求項10または11に記載の配線接続方法。
- 前記第1基板の接続電極部及び第2基板の接続電極部の電気的接点となる表面に、金薄膜を最表面にもつ薄膜構造体を設け、その少なくとも一方に多孔質金属からなるバンプを形成する請求項10〜12のいずれかに記載の配線接続方法。
- 前記多孔質金属が、金、銀、白金及びパラジウムから選択される1種以上の金属からなる請求項10に記載の配線接続方法。
- 前記多孔質金属が、金、または金を主要成分とする金属混合物である請求項14に記載の配線接続方法。
- 前記多孔質金属が、純度99.9質量%以上で、平均粒径0.005μm〜1.0μmの金属粉からなる多孔質体である請求項10〜14のいずれかに記載の配線接続方法。
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