JP2012079935A

JP2012079935A - 複合基板の製造方法、及び複合基板

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Publication number: JP2012079935A
Application number: JP2010224067A
Authority: JP
Inventors: Yushin Yoshino; 雄信吉野; Atsushi Aihara; 温相原; Takanao Suzuki; 孝直鈴木
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-04-19

Abstract

【課題】２枚の基板をインサート物質を介して接合する複合基板の製造方法において、該インサート物質の移動を制御する複合基板の製造方法、及び該複合基板の製造方法によって得られる複合基板の提供。
【解決手段】平面をなす主面２ａに機能素子８が配された第一基板２と、該第一基板２と接合させる主面３ａを有する第二基板３とを用い、主面２ａ，３ａのうち少なくとも一方の主面にインサート物質４を形成する工程Ａと、主面２ａ，３ａどうしを向かい合わせて圧接することにより、インサート物質４を介して、第一基板２と第二基板３とを接合させる工程Ｂと、を含む複合基板の製造方法であって、工程Ａにおいてインサート物質４の表面に段差を設けること、及び工程Ｂにおいて前記段差の高い側から低い側に向けて、インサート物質４が移動するように圧接することを特徴とする複合基板の製造方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、２枚の基板を接合する複合基板の製造方法、及び該製造方法によって得られた複合基板に関する。

近年の微細加工技術の発展に伴い、ＬＳＩやＭＥＭＳ等の電子デバイスをウエハレベルでパッケージ加工する要求が高まっている。ＭＥＭＳのような微小機械構造や駆動部を保護するパッケージ構造として、ＭＥＭＳを搭載したデバイス基板に、キャップ基板を覆い被せて、これら２枚の基板の間に形成したキャビティ内にＭＥＭＳを収納して封止するパッケージ構造が提案されている（特許文献１参照）。

デバイス基板とキャップ基板とを接合させる方法として、両基板の間に樹脂やハンダ等のインサート物質を挟んで接着させる方法が多用される。インサート物質は、両基板を接合するだけでなく、インサート物質の厚みを利用して両基板を所定の距離で離間させて、両基板の間にキャビティを形成・維持する役割も担っている。さらに、インサート物質がハンダである場合には、封止された電子デバイスと基板の貫通配線とを電気的に導通する電極バンプとして機能する場合もある。このような例として、図２２及び２３に示すパッケージ構造１００が挙げられる。
図２２は、従来のパッケージ構造１００の平面図であり、図２３は、図２２のＡ−Ａ線における断面図である。

パッケージ構造１００は、デバイス基板１０１とキャップ基板１０２とが離間して互いの主面１０１ａ，１０２ａを向き合わせ、且つその間にインサート物質１０３を介して接合されたものである。
デバイス基板１０１の主面１０１ａには、電子デバイス１０５と、これに導通するＩ／Ｏパッド１０６が備えられている。キャップ基板１０２には貫通配線１０７と、これに導通するＩ／Ｏパッド１０６及び再配線１０８が備えられている。両基板間のＩ／Ｏパッドを接合するインサート物質１０３としてハンダが用いられている。
また、両基板の主面１０１ａ，１０２ａには封止パッド１０９がそれぞれ配されている。両基板の封止パッド１０９は、インサート物質１０３（ハンダ）を介して、接合されている。

ところで、パッケージ構造１００の製造過程では、溶融状態或いは低粘度状態にしたインサート物質１０３を一方の基板に載せて、両基板を重ねた上で荷重を加えて、両基板を接合する必要がある。この際、流動性のあるインサート物質１０３は、所定の領域（封止パッド１０９、Ｉ／Ｏパッド１０６）以外の場所へ流れ出してしまう問題がある。
この問題を図２４及び２５に示す。図２４は前記問題が生じた従来のパッケージ構造１００の平面図であり、図２５は、図２４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
流れ出たインサート物質は、Ｉ／Ｏパッド１０６（電極）間の短絡を引き起こしたり（図２４のインサート物質Ｘ）、電子デバイスを破損させてしまうこともある（図２４のインサート物質Ｙ、図２５のインサート物質Ｙ）。

特開２００５−１０９２２１号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、２枚の基板をインサート物質を介して接合する複合基板の製造方法において、該インサート物質の移動を制御する複合基板の製造方法、及び該複合基板の製造方法によって得られる複合基板の提供を課題とする。

本発明の請求項１に記載の複合基板の製造方法は、平面をなす主面に機能素子が配された第一基板と、該機能素子を挟むように第一基板と接合させる主面を有する第二基板とを用い、前記主面のうち少なくとも一方の主面にインサート物質を形成する工程Ａと、前記主面どうしを向かい合わせて圧接することにより、前記インサート物質を介して、前記第一基板と前記第二基板とを接合させる工程Ｂと、を含む複合基板の製造方法であって、前記工程Ａにおいて前記インサート物質の表面に段差を設けること、及び前記工程Ｂにおいて前記段差の高い側から低い側に向けて、前記インサート物質が移動するように圧接することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の複合基板の製造方法は、請求項１において、前記工程Ｂにおける接合によって、前記インサート物質が前記機能素子を囲む封止パッドを形成することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の複合基板の製造方法は、請求項１又は２において、前記工程Ａにおいて、前記第二基板の主面には、前記インサート物質の表面に設けられる段差が生じるように、凹部が備えられていることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の複合基板の製造方法は、請求項３において、前記凹部は、前記段差がスロープとなるように促す形状であることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の複合基板の製造方法は、請求項３又は４において、前記工程Ｂにおいて、前記第一基板と第二基板とを向かい合わせて圧接する際の、前記凹部を含む縦断面では、該凹部の幅方向の中心を、前記工程Ｂで形成される前記封止パッドの幅方向の中心よりも、スクライブライン側に配置することを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の複合基板の製造方法は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記工程Ｂにおいて、前記第一基板と第二基板とを向かい合わせて圧接する際の、前記インサート物質を含む縦断面では、前記工程Ａで配したインサート物質の幅方向の中心を、前記工程Ｂで形成される前記封止パッドの幅方向の中心よりも、スクライブライン側に配置することを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の複合基板は、請求項１〜６のいずれか一項の製造方法によって得られたものである。

本発明の複合基板の製造方法によれば、工程Ｂにおいて、インサート物質の表面に設けられた段差のうち、高い側のインサート物質が、低い側のインサート物質の方へ移動するように圧接することによって、インサート物質の移動を制御することができる。この結果、圧接時にインサート物質が封止パッド形成領域外に流れ出ることを抑止し、歩留まり良く複合基板を製造できる。
本発明の複合基板によれば、前記機能素子を気密性高く封止することができる。このため、前記機能素子を外部からの物理的作用（光、熱、音、振動等）や化学的作用（空気、湿気、埃、化学物質を含む気体等）から保護することができる。この結果、該電子デバイスの使用における長期信頼性を高められる。

本発明の複合基板の概略平面図図１のＣ−Ｃ線に沿う概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図金属層に段差を形成する方法の一例を示す概略断面図金属層に段差を形成する方法の一例を示す概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図基板に凹部を形成する方法の一例を示す概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図本発明にかかる複合基板の製造方法における概略断面図従来のパッケージ構造の概略平面図図２２のＡ−Ａ線に沿う概略断面図従来のパッケージ構造の概略平面図図２４のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。この際、各図面において便宜上、主面に備えられた凹部の輪郭線を省略する場合がある。
＜複合基板の第一実施形態＞
本発明の複合基板の製造方法によって得られた複合基板１０の一例を、図１に示す。
図１は、本発明にかかる複合基板の第一実施形態である複合基板１０の概略平面図である。図２は、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
この複合基板１０において、第一基板２と第二基板３とは、離間して互いの主面２ａ，３ａを向き合わせ、且つその間にインサート物質４からなる封止パッドを介して接合されている。

第一基板２の平面をなす主面２ａには、機能素子８が配されている。機能素子８としては、例えばＭＥＭＳが挙げられる。
第二基板３の主面３ａには、凹部６が備えられている。該凹部６の内部にはインサート物質４が内在されている。インサート物質４としては、例えばＰｂ−Ｓｎ（ハンダ）、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｎ等の合金、Ａｌ金属、重合性化合物からなるポリマー樹脂や接着剤等が挙げられる。
また、第二基板３の主面３ａには、第一基板２の機能素子８と対向する位置に、キャビティ９が設けられている。キャビティ９は、第二基板３の主面３ａと機能素子８とが衝突又は接触することを防いでいる。

前記封止パッドは、その幅Ｒが、凹部６の幅よりも広くなるように形成されている。
前記封止パッドの幅Ｒが広いほど、第一基板２と第二基板３との接合力が強くなるが、該封止パッドの占有スペースが大きくなることにより複合基板が大きくなってしまう。従って、前記幅Ｒは、接合力と占有スペースとの兼ね合いで適宜決定すればよい。

図１に示すように、前記封止パッドは機能素子８及びキャビティ９を囲むように形成されている。このため、機能素子８は、第一基板２と第二基板３との間のスペースＧにおいて、外気から遮断されて封止された状態にある。
機能素子８及びキャビティ９を気密性が高い状態で封止するために、前記封止パッドの厚さＨは、厚いほど好ましい。前記封止パッドを構成するインサート物質４の種類にもよるが、該厚さＨは、０．８μｍ〜１．２μｍが好ましい。なお、前記厚さＨは、封止パッドの最も厚い箇所の厚みを指す。

図１及び２において、第一基板２及び第二基板３は、シリコンからなる基板である。しかし、各基板の材料はシリコンに限定されず、例えばガラス、セラミックス、プラスチック等からなる基板を、複合基板１０の用途に応じて適宜選択することができる。
なお、シリコンからなる第一基板２及び第二基板３の表面には、絶縁層７（酸化膜）が形成されていてもよい。

＜複合基板の製造方法の第一実施態様＞
本発明の複合基板の製造方法の第一実施態様として、前述の複合基板１０を製造する方法を図３〜５に示す。
ここで、図３〜５は、複合基板１０の概略平面図（図１）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

まず、平面をなす主面２ａに機能素子８が配された第一基板２と、該第一基板２と接合させる主面３ａを有する第二基板３とを準備する（図３）。

本発明における第一基板２及び第二基板３の材料としては、例えばシリコン、ガラス、セラミックス、及びプラスチックが挙げられる。後述する工程Ｂにおいて、加熱しながら圧接する場合には、耐熱性の材料であることが好ましい。
また、機能素子８としては、複合基板１０の用途に応じて、種々のデバイスが適用可能である。例えば、圧力センサ、加速度センサ、磁気センサ等のＭＥＭＳや、ＬＳＩ等を配置することができる。

第一基板２の主面２ａには、機能素子８が設けられている。この主面２ａは、機能素子８が設けられた領域以外は基本的に平面であるが、機能素子８以外にも主面２ａに何らかの電子デバイスや回路、構造物等を設けても良い。ただし、封止パッドが形成される領域においては平面（平坦）であることが好ましい。第二基板と接合した際の封止性能を優れたものとすることができる。

第二基板３の主面３ａには、凹部６及びキャビティ９が備えられている。凹部６は封止パッドを形成する領域内に設けられ、キャビティ９は機能素子８に対向する位置に設けられる。凹部６及びキャビティ９は、例えばフォトリソグラフィ等の公知の方法によって、主面３ａに形成できる。この際、凹部６とキャビティ９は、同一のフォトリソグラフィ工程で並行して形成することが、製造効率上好ましい。

凹部６の大きさとしては、第二基板３の厚さや複合基板１０の大きさにもよるが、通常、幅が５０μｍ〜２００μｍ、深さが０．５μｍ〜３μｍとすればよい。
キャビティ９の大きさとしては、機能素子８の面積や複合基板１０の大きさに応じて適宜設定すればよく、その深さは、深さが５μｍ〜２０μｍでよい。

前記主面２ａ，３ａを酸化性の空気に曝す、或いは化学気相法などの既知の方法によって、絶縁層７となる酸化膜を形成できる。

[工程Ａ]
本発明の工程Ａは、第一基板２の主面２ａ及び第二基板３の主面３ａのうち、少なくとも一方の主面にインサート物質４を形成し、且つ、該インサート物質４の表面に段差を設ける工程である。
図４では、両主面２ａ，３ａにインサート物質４を形成した例を示している。

第一基板２の主面２ａに形成したインサート物質４は、その主面２ａ上で第一の金属層４ａをなす。図４の例では、第一の金属層４ａの表面は平坦であるものとして描いているが、その表面は必ずしも平坦である必要はない。

第一の金属層４ａの厚さとしては、製造する複合基板１０における第一基板２と第二基板３とのギャップ（離間距離）、インサート物質４（金属層４ａ）の種類、及び後述する第二の金属層４ｂの厚さに応じて適宜設定すればよいが、例えば０．２μｍ〜０．８μｍが好ましく、０．３μｍ〜０．６μｍがより好ましい。

上記範囲の下限値未満であると、第一基板２と第二基板３との接合力が薄弱となり、形成される封止パッドの気密性（封止性）も低い。また、上記範囲の上限値超であると、第一基板２と第二基板３とを圧接して接合する際に、封止パッド形成領域の外に当該インサート物質４が流出して、封止パッドの幅Ｒが設計値を超えてしまう恐れがある。
なお、上記範囲は、両主面２ａ，３ａに等しい厚さ、あるいは２種類以上の金属で共晶あるいは合金層を接合に用いる場合にあっては、それぞれの構成金属における好適な膜厚でそれぞれ金属層を形成する場合の好適な範囲である。よって、一方の主面のみに金属層を形成する場合の厚さは、例えば０．４μｍ〜１．６μｍが好ましく、０．６μｍ〜１．２μｍがより好ましい。

第二基板３の主面３ａに形成したインサート物質４は、その主面３ａ上で第二の金属層４ｂとして形成している。第二の金属層４ｂの表面には段差Ｓ１を設けている。
この段差Ｓ１の高さとしては、第二の金属層４ｂの厚さに応じて適宜設定すればよく、第二の金属層４ｂの厚さと同程度であることが好ましい。例えば０．２μｍ〜０．８μｍが好ましく、０．３μｍ〜０．６μｍがより好ましい。

第二の金属層４ｂの厚さとしては、製造する複合基板１０における第一基板２と第二基板３とのギャップ（離間距離）、インサート物質４（金属層４ｂ）の種類、及び第一の金属層４ａの厚さに応じて適宜設定すればよいが、例えば０．２μｍ〜０．８μｍが好ましく、０．４μｍ〜０．６μｍがより好ましい。この範囲が好ましい理由は、第一の金属層４ａの場合と同様である。

第一の金属層４ａ及び第二の金属層４ｂの幅は、接合時に形成される封止パッドの幅Ｒ以下とする。好ましくは、封止パッドの幅Ｒの０．５〜０．９倍の幅であり、より好ましくは、封止パッドの幅Ｒの０．６〜０．８倍の幅である。
上記範囲の下限値未満であると、圧接による接合時に形成される封止パッドの幅Ｒが設計値よりも狭くなり過ぎる恐れがある。また、上記範囲の上限値超であると、圧接による接合時に形成される封止パッドの幅Ｒが設計値よりも広くなり過ぎる恐れがある。

第一の金属層４ａ及び第二の金属層４ｂの形成方法は特に制限されず、例えば、封止パッドを形成する領域以外をフォトレジスト等でマスクして、蒸着法、共蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、めっき法等の公知の成膜方法によって形成した後、当該マスクを除くことによって形成する方法が挙げられる。

インサート物質４を構成する第二の金属層４ｂを成膜する際、第二基板３には凹部６が備えられているため、第二の金属層４ｂの表面に段差Ｓ１を設けることが容易である。よって、本発明の工程Ａにおいて、第二基板３の主面３ａには、インサート物質４の表面に設けられる段差Ｓ１が生じるように、凹部６が備えられていることが好ましい。

インサート物質４を構成する金属層４ａ，４ｂの表面に段差Ｓ１を設ける方法は、特に制限されない。例えば、成膜した金属層にフォトレジスト等で適宜マスクして、ウェットエッチング又はドライエッチング等で金属層の一部を除去して金属層の厚みを減じた後、当該マスクを除くことによって行う方法が挙げられる。この方法であれば、仮に凹部６が備えられていなくても、当該金属層の表面に段差を設けられる。

インサート物質４としては、第一基板２と第二基板３とを接合（接着）できるものであれば特に制限されず、例えばＰｂ−Ｓｎ（ハンダ）、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓｎ等の合金、Ａｌ金属、重合性化合物からなるポリマー樹脂や接着剤等が挙げられる。

インサート物質４を構成する第一の金属層４ａ及び第二の金属層４ｂの材料としては、特に制限されないが、例えばＧｅ（ゲルマニウム）、Ａｌ（アルミニウム）等が挙げれられる。この場合、一方の金属層をＡｌとし、他方の金属層をＧｅとすることにより、工程Ｂにおける圧接によって、一方の金属層と他方の金属層とを溶融して、Ａｌ−Ｇｅ共晶合金からなるインサート物質４を形成できる。

通常、インサート物質４は、第一基板２と第二基板３とを圧接して接合する際に、流動性を示す。例えばＡｌ−Ｇｅ共晶合金からなるインサート物質４で接合する場合、合金の融点（４２０℃）以上に加熱して、第一基板２と第二基板３とに荷重を加えてプレスすることによって、インサート物質４を構成する金属層を溶融して接合する。この際、インサート物質４が冷却固化するまでは、該インサート物質４は流動性を有する。

[工程Ｂ]
本発明の工程Ｂは、第一基板２の主面２ａと第二基板３の主面３ａとを向かい合わせて圧接することにより、インサート物質４を介して、第一基板２と第二基板３とを接合させる工程である。この圧接による接合の際に、工程Ａで設けた段差Ｓ１の高い側から低い側に向けて、インサート物質４が移動するように圧接する。

図５では、第一基板２の主面２ａに形成したインサート物質４からなる第一の金属層４ａと、第二基板３の主面３ａに形成したインサート物質４からなる第二の金属層４ｂと、を向かい合わせて、互いに圧力をかけてプレスする様子を示している。
この圧接において、図５の矢印αで表すように、第二の金属層４ｂの表面に設けた段差Ｓ１のうち、高い側（第一基板２に近い側）から低い側（第一基板２から遠い側）に向けて、インサート物質４を移動させる。この際、第一の金属層４ａは、対向する第二の金属層４ｂと接触して融合しつつ、インサート物質４として移動する。この結果、図２に示すように幅Ｒの封止パッドが形成される。

工程Ｂの接合方法によれば、インサート物質４は、凹部６を充填するように移動するため、封止パッドの幅Ｒを越えて拡がる程度が極めて少ない。このため、機能素子８を破損することなく、複合基板１０を歩留まり良く製造できる。

具体的な圧接の条件としては、例えば金属層４ａ，４ｂがそれぞれＧｅ，Ａｌである場合、Ａｌ−Ｇｅ合金の融点である４２０℃に加熱して、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの荷重で、１時間プレスすることによって、第一の金属層４ａと第二の金属層４ｂとを溶融して一体化した、Ａｌ−Ｇｅ合金からなるインサート物質４とすることができる。これにより、第一基板２と第二基板３とを、互いの主面２ａ，３ａを向かい合わせて、インサート物質４を介して、接合できる（図２）。

図３〜５では、シリコン基板からなる第一基板２及び第二基板３は、既にスクライブライン（図５の矢印Ｑ）においてダイシングされた状態として描いている。しかし、前記工程Ａ及び工程Ｂは、第一基板２となる第一のシリコンウエハと、第二基板３となる第二のシリコンウエハにおいて行って、最後に接合したシリコンウエハをスクライブラインにおいてダイシングすることが、製造効率を高める観点から好ましい。

＜複合基板の製造方法の第二実施態様＞
本発明の複合基板の製造方法の第二実施態様として、複合基板２０を製造する方法を図６〜７に示す。
ここで、複合基板２０の概略平面図は、前述の複合基板１０と同じであり（図１）、図６〜７は、複合基板１０の概略平面図（図１）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図に相当する断面図である。

第二実施態様の製造方法は、第二基板３の主面３ａに備える凹部１６の形状が異なる以外は、第一実施態様の製造方法と同様である。
図６に示すように、第二基板３の主面３ａには、角を面取りした形状の凹部１６を設けている。角を面取りした凹部１６を形成するには、凹部１６の形成に等方性のウェットエッチングを用いるのが好適である。或いは、凹部をドライエッチングなどで形成した後、面取りしたい領域以外の部分をレジスト、或いはハードマスクにて保護してからウェットエッチングを行うと、角を面取りした凹部１６が形成できる。
このような形状の凹部１６とすれば、工程Ａにおいて、第二基板３の主面３ａに、インサート物質１４を構成する第二の金属層１４ｂを形成する際、凹部１６の形状に促されて、凹部１６の形状に沿うように、第二の金属層１４ｂの表面に段差Ｓ２を設けることができる。

図６では、第一基板２の主面２ａに形成したインサート物質１４からなる第一の金属層１４ａと、第二基板３の主面３ａに形成したインサート物質１４からなる第二の金属層１４ｂと、を向かい合わせて、互いに圧力をかけてプレスする様子を示している。
この圧接において、図６の矢印αで表すように、第二の金属層１４ｂの表面に設けた段差Ｓ２のうち、高い側（第一基板２に近い側）から低い側（第一基板２から遠い側）に向けて、インサート物質１４を移動させる。この際、第一の金属層１４ａは、対向する第二の金属層１４ｂと接触して融合しつつ、インサート物質１４として移動する。この結果、図７に示すように幅Ｒの封止パッドが形成される。

第二実施態様の製造方法では、第二の金属層１４ｂの表面に設けた段差Ｓ２の角を面取りした形状とすることにより、工程Ｂにおいて、インサート物質１４は、凹部１６を充填するように移動することがより容易になる。このため、インサート物質１４が封止パッドの幅Ｒを越えて拡がる程度が一層少なくなる。したがって、機能素子８を破損することなく、複合基板１０を一層歩留まり良く製造できる。

＜複合基板の製造方法の第三実施態様＞
本発明の複合基板の製造方法の第三実施態様として、複合基板３０を製造する方法を図８に示す。
ここで、複合基板３０の概略平面図は、前述の複合基板１０と同じであり（図１）、図８は、複合基板１０の概略平面図（図１）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図に相当する断面図である。

第三実施態様の製造方法は、第一の金属層２４ａ及び第二の金属層２４ｂの厚さを部分的に変更している以外は、第一実施態様の製造方法と同様である。
図８に示すように、第一基板２の主面２ａには、第一の金属層２４ａを形成し、第二基板３の主面３ａには、第二の金属層２４ｂを形成してある。
第一の金属層２４ａは、凹部２６に対向する領域ｒ１における厚さを、凹部２６外の領域ｒ２における厚さよりも厚くしてある。さらに、第二の金属層２４ｂは、凹部２６内における厚さを、凹部２６外における厚さよりも厚くしてある。

図８では、第一基板２の主面２ａに形成したインサート物質２４を構成する第一の金属層２４ａと、第二基板３の主面３ａに形成したインサート物質２４を構成する第二の金属層２４ｂと、を向かい合わせて、互いに圧力をかけてプレスする様子を示している。
この圧接において、図８の矢印αで表すように、第二の金属層２４ｂの表面に設けた段差Ｓ３のうち、高い側（第一基板２に近い側）から低い側（第一基板２から遠い側）に向けて、インサート物質２４を移動させる。この際、第一の金属層２４ａは、対向する第二の金属層２４ｂと接触して融合しつつ、インサート物質２４として移動する。

このように、第一の金属層２４ａ及び第二の金属層２４ｂの厚さを、凹部２６に対応する位置において厚くすることによって、工程Ｂにおいて、インサート物質２４は、移動して凹部２６を確実に充填することがより容易になる。このため、封止パッドの気密性を一層高めることができる。

なお、第一の金属層２４ａの領域ｒ１を厚くした理由は、該領域ｒ１に対向する凹部２６内の第二の金属層２４ｂの厚さと同程度にするためである。このように、互いに対向する領域の金属層の厚さを同程度にすることによって、合金からなるインサート物質４４を適切な共晶組成で形成できる。例えば一方の金属層をＡｌ層とし、他方の金属層をＧｅ層として、これらの金属層を同程度の厚さにした場合、加熱及び圧接して接合する時に、Ａｌ−Ｇｅ合金からなるインサート物質４４を適切な共晶組成で形成できる。

適切な共晶組成の合金（例えばＡｌ−Ｇｅ合金）を形成するためには、各金属層の対向する領域の厚さを同程度とすることが好ましいが、必ずしも同程度である必要はない。
圧接時の加熱温度を適宜調整することによって、厚さが異なる金属層どうしを接合した場合でも、適切な共晶組成の合金を形成できる場合がある。よって、第一の金属層２４ａの表面は平坦であってもよい。

また、上記のように、凹部２６内及び領域ｒ１における金属層２４をより厚くしたことによって、工程Ｂにおいて、溶融したインサート物質２４が凹部２６から溢れ出たとしても、凹部２６外及び領域ｒ２における金属層２４の厚さをより薄くしてあるので、溢れ出た溶融インサート物質２４を、領域ｒ２に留められる。従って、インサート物質２４が、封止パッドの幅Ｒを越えて拡がる程度は極めて少ないため、機能素子８を破損することがなく、複合基板３０を歩留まり良く製造できる。製造した複合基板３０の形態は、前述の複合基板１０と同様である（図１）。

ここで、第一基板２の主面２ａに、第一の金属層２４ａを形成する方法を説明する。
簡便な方法としては、次の通りである。まず領域ｒ１および両方の領域ｒ２に金属層を厚く形成した後、領域ｒ１にレジストを形成して、両方の領域ｒ２を所望の薄さとなるまでエッチングする（ハーフエッチングする）ことによって、領域ｒ１が領域ｒ２よりも厚くなった第一の金属層２４ａを形成できる。
しかし、エッチングの精度が低い場合、領域ｒ２に形成される金属層の膜厚が不均一となることがある。これが問題となる場合には、領域ｒ２の膜厚を均一に形成する方法として、次の方法が例示できる。

図９に示すように、まず、第一基板２の主面２ａに、薄い金属層２４ｃを形成し、その上を覆うようにレジスト２５（エッチングストッパ層）を配して、さらに領域ｒ１の直上のレジスト２５を除去する。つづいて、図１０（ａ）に示すように、薄い金属層２４ｃおよび両方の領域ｒ２の直上に配されたレジスト２５を覆うように、厚い金属層２４ｄを形成する。次に、レジスト２５が表面に現れて露呈するまで厚い金属層２４ｄをエッチングした後、レジスト２５を除去することによって、金属層２４ａを形成できる。
この方法によれば、両方の領域ｒ２に形成された金属層の厚みを均一にできる。

＜複合基板の製造方法の第四実施態様＞
本発明の複合基板の製造方法の第四実施態様として、複合基板４０を製造する方法を図１１に示す。
ここで、複合基板４０の概略平面図は、前述の複合基板１０と同じであり（図１）、図１１は、複合基板１０の概略平面図（図１）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図に相当する断面図である。

第四実施態様の製造方法は、第二基板３の主面３ａに備える凹部３６の形状が異なる以外は、第一実施態様の製造方法と同様である。
図１１に示すように、第二基板３の主面３ａには、断面がテーパー形状の凹部３６を設けている。
このような形状の凹部３６とすれば、工程Ａにおいて、第二基板３の主面３ａに、インサート物質３４を構成する第二の金属層３４ｂを形成する際、凹部３６の形状に促されて、凹部３６のテーパー形状に沿うように、第二の金属層３４ｂの表面に段差Ｓ４を設けることができる。

図１１では、第一基板２の主面２ａに形成したインサート物質３４からなる第一の金属層３４ａと、第二基板３の主面３ａに形成したインサート物質３４からなる第二の金属層３４ｂと、を向かい合わせて、互いに圧力をかけてプレスする様子を示している。
この圧接において、図１１の矢印αで表すように、第二の金属層３４ｂの表面に設けた段差Ｓ４のうち、高い側（第一基板２に近い側）から低い側（第一基板２から遠い側）に向けて、インサート物質３４を移動させる。この際、第一の金属層３４ａは、対向する第二の金属層３４ｂと接触して融合しつつ、インサート物質３４として移動する。この結果、図１２に示すように幅Ｒの封止パッドが形成される。

第四実施態様の製造方法では、第二の金属層３４ｂの表面に設けた段差Ｓ４をテーパー形状とすることにより、工程Ｂにおいて、インサート物質３４は、凹部３６を充填するように移動することがより容易になる。このため、インサート物質３４が封止パッドの幅Ｒを越えて拡がる程度が一層少なくなる。したがって、機能素子８を破損することなく、複合基板４０を一層歩留まり良く製造できる。

ここで、第二基板３の主面３ａに、テーパー形状の凹部３６を形成する方法を、図１３を参照して説明する。第二基板３の主面３ａの凹部３６を形成する領域を含む第二基板３の主面３ａ上にポジ型レジスト３５を配する。このレジスト３５を、フォトマスク３７を通して紫外線等で露光し、レジスト３５をパターン加工する。フォトマスク３７には、レジスト３５の広がり方向において照射光の透過率が連続的に変化するような加工が施されている。これにより、図１３（ｂ）に示すように、テーパー形状の凹部３６に対応した形状の凹部３６’を、レジスト３５の表面に形成できる。つづいて、該レジスト３５を配した状態で、第二基板３の主面３ａをエッチングすることによって、第二基板３の主面３ａにテーパー形状の凹部３６を形成することができる。

レジスト３５がポジ型レジストである場合、フォトマスク３７は、凹部３６’の中央（頂上）に対応する位置では、より多くの照射光を透過し、凹部３６’の端に行くほど、より少ない照射光を透過するように調整される。一方、レジスト３５がネガ型レジストである場合は、フォトマスク３７は、凹部３６’の中央に対応する位置では、より少ない照射光を透過し、凹部３６’の端に行くほど、より多くの照射光を透過量するように調整される。レジスト３５の厚さは、凹部３６の深さに応じて調整すればよい。

レジスト３５がポジ型である場合、上記のように露光強度が調整されたフォトマスク３７を透過した照射光は、レジスト３５を除去したい凹部３６’の中央では、より多くのレジスト３５を感光する。この結果、現像液で現像すると、凹部３６’の端よりも、凹部３６’の中央で、より多くのレジスト３５が除去されてテーパー形状の凹部３６’が形成される。

図１３（ｃ）に示すエッチングの際、加工対象である第二基板３よりもレジスト３５の方がエッチングされ易い条件（エッチング選択比が高い条件）であると、目的の凹部３６のテーパー形状が得られにくいことがある。このため、エッチング選択比がある程度低いエッチング方法やエッチング条件を採用することが好ましい。該エッチング方法としては、ウェットエッチング又はドライエッチングの何れであっても良いが、ドライエッチングの方がエッチング選択比を調整しやすいので，より好適である。エッチング選択比は、レジスト３５の材料や第二基板３の材料の種類、及びエッチングガスの種類にもよるが、（レジストのエッチング速度）／（基板のエッチング速度）が１〜５であると、凹部３６を所望のテーパー形状にすることができる。

＜複合基板の製造方法の第五実施態様＞
本発明の複合基板の製造方法の第五実施態様として、複合基板５０を製造する方法を図１４に示す。
ここで、複合基板５０の概略平面図は、前述の複合基板１０と同じであり（図１）、図１４は、複合基板１０の概略平面図（図１）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図に相当する断面図である。

第五実施態様の製造方法は、第二基板３の主面３ａには凹部を設けず、第一基板２の主面２ａに形成する第一の金属層４４ａの表面に段差Ｓ５ａを設けること、及び第二基板３の主面３ａに形成する第二の金属層４４ｂの表面に段差Ｓ５ｂを設けること以外は、第一実施態様の製造方法と同様である。

図１４では、第一基板２の主面２ａに形成したインサート物質４４からなる第一の金属層４４ａと、第二基板３の主面３ａに形成したインサート物質４４からなる第二の金属層４４ｂと、を向かい合わせて、互いに圧力をかけてプレスする様子を示している。
この圧接において、図１４の矢印αで表すように、第一の金属層４４ａの表面に設けた段差Ｓ５ａのうち、高い側（第二基板３に近い側）から低い側（第二基板３から遠い側）に向けて、インサート物質４４を移動させ、且つ、第二の金属層４４ｂの表面に設けた段差Ｓ５ｂのうち、高い側（第一基板２に近い側）から低い側（第一基板２から遠い側）に向けて、インサート物質４４を移動させる。この際、第一の金属層４４ａは、対向する第二の金属層４４ｂと接触して融合しつつ、インサート物質４４として移動する。この結果、図１５に示すように幅Ｒの封止パッドが形成される。

第五実施態様の製造方法では、基板の主面に凹部を備える必要がなく、第一の金属層４４ａ及び第二の金属層４４ｂの表面に段差Ｓ５ａ，Ｓ５ｂを設けるだけでよいため、製造がより容易である。各金属層に設けた段差は、圧接時に押し潰されて、厚く形成された領域ｒ３の金属層が、薄く形成された領域ｒ４に拡がり、ほぼ全体としてほぼ均一の厚さになる。この圧接の際、まず、厚く形成された領域ｒ３の金属層どうしが互いに融合してインサート物質４４として、形成される封止パッドの端側方向へ拡がり、薄く形成された領域ｒ４に吸収されて、そこに留まる。従って、インサート物質４４が、封止パッドの幅Ｒを越えて拡がる程度は極めて少ないため、機能素子８を破損することがなく、複合基板５０を歩留まり良く製造できる。

第五実施態様の製造方法では、金属層の厚さや材質によっては、形成される封止パッドの両端部又は一方の端部には、図１６に示すような微細な空隙Ｔが形成されることもある。このような空隙は、封止パッドの接合力や気密性に問題を生じるものでなければ許容される。
なお、図１４では、第一の金属層４４ａの表面および第二の金属層４４ｂの表面に段差Ｓ５ａ，Ｓ５ｂを設けたが、いずれか一方の金属層の表面だけに、段差Ｓ５を設けても、上記と同様な効果が得られる。

＜複合基板の製造方法の第六実施態様＞
本発明の複合基板の製造方法の第六実施態様として、複合基板６０を製造する方法を図１７に示す。
ここで、複合基板６０の概略平面図は、前述の複合基板１０と同じであり（図１）、図１７は、複合基板１０の概略平面図（図１）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図に相当する断面図である。ただし、複合基板６０の概略平面図では、図１における封止パッドの幅Ｒは、幅Ｗになる。

第六実施態様の製造方法は、第二基板３の主面３ａに形成する金属層の幅Ｗが異なり、凹部５６の位置がスクライブライン側に寄っている以外は、第一実施態様の製造方法と同様である。

図１７では、第一基板２の主面２ａに形成したインサート物質５４からなる第一の金属層５４ａと、第二基板３の主面３ａに形成したインサート物質５４からなる第二の金属層５４ｂと、を向かい合わせて、互いに圧力をかけてプレスする様子を示している。
この圧接において、図１７の矢印αで表すように、第二の金属層５４ｂの表面に設けた段差Ｓ６のうち、高い側（第一基板２に近い側）から低い側（第一基板２から遠い側）に向けて、インサート物質５４を移動させる。この際、第一の金属層５４ａは、対向する第二の金属層５４ｂと接触して融合しつつ、インサート物質５４として移動する。この結果、図１８に示すように幅Ｗの封止パッドが形成される。

第六実施態様の製造方法では、工程Ｂにおいて、第一基板２と第二基板３とを向かい合わせて圧接する際の、凹部５６を含む縦断面では、該凹部５６の幅方向の中心Ｊを、工程Ｂで形成される封止パッドの幅方向の中心Ｋよりも、スクライブラインＱ側に配置する。この配置を実現するためには、工程Ａにおいて各主面に金属層を形成する際、当該金属層の形成領域を適宜調整すれば良い。

第六実施形態の製造方法によれば、圧接して接合する際にインサート物質５４が、機能素子８が在る側とは反対側のスクライブラインＱ側に向けて、凹部５６を充填するように移動させることができる。従って、インサート物質５４が、封止パッドの幅Ｗを越えて、機能素子８側に拡がる程度は極めて少ないため、機能素子８を破損することがなく、複合基板６０を歩留まり良く製造できる。

なお、図示は省略するが、前述の第二実施形態〜第四実施形態の製造方法においても、工程Ｂにおいて、第一基板２と第二基板３とを向かい合わせて圧接する際の、凹部を含む縦断面では、該凹部の幅方向の中心Ｊを、工程Ｂで形成される封止パッドの幅方向の中心Ｋよりも、スクライブラインＱ側に配置することによって、同様の効果を得られる。

＜複合基板の製造方法の第七実施態様＞
本発明の複合基板の製造方法の第七実施態様として、複合基板７０を製造する方法を図１９に示す。
ここで、複合基板７０の概略平面図は、前述の複合基板１０と同じであり（図１）、図１９は、複合基板１０の概略平面図（図１）におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図に相当する断面図である。ただし、複合基板６０の概略平面図では、図１における封止パッドの幅Ｒは、幅Ｕになる。

第七実施態様の製造方法は、第二基板３の主面３ａに形成する金属層の幅Ｕが異なる以外は、第一実施態様の製造方法と同様である。

図１９では、第一基板２の主面２ａに形成したインサート物質６４からなる第一の金属層６４ａと、第二基板３の主面３ａに形成したインサート物質６４からなる第二の金属層６４ｂと、を向かい合わせて、互いに圧力をかけてプレスする様子を示している。
この圧接において、図１９の矢印αで表すように、第二の金属層６４ｂの表面に設けた段差Ｓ７のうち、高い側（第一基板２に近い側）から低い側（第一基板２から遠い側）に向けて、インサート物質６４を移動させる。この際、第一の金属層６４ａは、対向する第二の金属層６４ｂと接触して融合しつつ、インサート物質６４として移動する。この結果、図２０に示すように幅Ｕの封止パッドが形成される。

第七実施態様の製造方法では、工程Ｂにおいて、第一基板２と第二基板３とを向かい合わせて圧接する際の、インサート物質６４を含む縦断面では、工程Ａで配したインサート物質６４の幅方向の中心Ｍを、前記工程Ｂで形成される前記封止パッドの幅方向の中心Ｌよりも、スクライブラインＱ側に配置する。この配置を実現するためには、工程Ａにおいて各主面に金属層を形成する際、当該金属層の形成領域を適宜調整すれば良い。

第七実施形態の製造方法によれば、圧接して接合する際にインサート物質６４が、万が一、機能素子８が在る側へ流れたとしても、そのインサート物質６４は凹部６６よりもスクライブラインＱ側にあるので、機能素子８側に流出する可能性を低くできる。
従って、インサート物質６４が、封止パッドの幅Ｕを越えて、機能素子８側に拡がる程度は極めて少ないため、機能素子８を破損することがなく、複合基板７０を歩留まり良く製造できる。

第七実施形態の製造方法では、特に図１９に示すように、工程Ａにおいて、インサート物質６４を構成する第二の金属層６４ｂの一方の端部Ｅを、凹部６６内に配置することが好ましい。万が一、圧接して接合する際にインサート物質６４が機能素子８がある側へ流れたとしても、該インサート物質６４を凹部６６内に留めて、機能素子８へ達することを防ぐことができる。

本発明の複合基板の製造方法および複合基板は、ＩＣや電子部品の製造に広く利用することができる。

２…第一基板、２ａ…第一基板の主面、３…第二基板、３ａ…第二基板の主面、４…インサート物質、４ａ…第一の金属層、４ｂ…第二の金属層、５…Ｉ／Ｏパッド、６…凹部、７…絶縁層、８…機能素子、９…キャビティ、１０…複合基板、Ｇ…第一基板と第二基板との間のスペース、Ｈ…封止パッドの厚さ、Ｒ…封止パッドの幅、Ｓ１…段差、Ｑ…スクライブライン、Ｓ２…段差、１４…インサート物質、１４ａ…第一の金属層、１４ｂ…第二の金属層、１６…凹部、２０…複合基板、Ｓ３…段差、２４…インサート物質、２４ａ…第一の金属層、２４ｂ…第二の金属層、２４ｃ…金属層、２４ｄ…金属層、２５…レジスト、２６…凹部、３０…複合基板、Ｓ４…段差、３４…インサート物質、３４ａ…第一の金属層、３４ｂ…第二の金属層、３５…レジスト、３６, ３６’…凹部、３７…フォトマスク、４０…複合基板、Ｓ５ａ，Ｓ５ｂ…段差、４４…インサート物質、４４ａ…第一の金属層、４４ｂ…第二の金属層、４６…凹部、５０…複合基板、Ｓ６…段差、５４…インサート物質、５４ａ…第一の金属層、５４ｂ…第二の金属層、５６…凹部、６０…複合基板、Ｊ…凹部の幅方向の中心、Ｋ…封止パッドの幅方向の中心、Ｓ７…段差、６４…インサート物質、６４ａ…第一の金属層、６４ｂ…第二の金属層、６６…凹部、Ｍ…第二の金属層の幅方向の中心、Ｌ…封止パッドの幅方向の中心、Ｅ…第二の金属層の一方の端部、７０…複合基板。

Claims

平面をなす主面に機能素子が配された第一基板と、該機能素子を挟むように第一基板と接合させる主面を有する第二基板とを用い、
前記主面のうち少なくとも一方の主面にインサート物質を形成する工程Ａと、
前記主面どうしを向かい合わせて圧接することにより、前記インサート物質を介して、前記第一基板と前記第二基板とを接合させる工程Ｂと、を含む複合基板の製造方法であって、
前記工程Ａにおいて前記インサート物質の表面に段差を設けること、及び
前記工程Ｂにおいて前記段差の高い側から低い側に向けて、前記インサート物質が移動するように圧接すること、
を特徴とする複合基板の製造方法。
前記工程Ｂにおける接合によって、前記インサート物質が前記機能素子を囲む封止パッドを形成することを特徴とする請求項１に記載の複合基板の製造方法。
前記工程Ａにおいて、前記第二基板の主面には、前記インサート物質の表面に設けられる段差が生じるように、凹部が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合基板の製造方法。
前記凹部は、前記段差がスロープとなるように促す形状であることを特徴とする請求項３に記載の複合基板の製造方法。
前記工程Ｂにおいて、
前記第一基板と第二基板とを向かい合わせて圧接する際の、前記凹部を含む縦断面では、
該凹部の幅方向の中心を、前記工程Ｂで形成される前記封止パッドの幅方向の中心よりも、スクライブライン側に配置することを特徴とする請求項３又は４に記載の複合基板の製造方法。
前記工程Ｂにおいて、
前記第一基板と第二基板とを向かい合わせて圧接する際の、前記インサート物質を含む縦断面では、
前記工程Ａで配したインサート物質の幅方向の中心を、前記工程Ｂで形成される前記封止パッドの幅方向の中心よりも、スクライブライン側に配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合基板の製造方法。
請求項１〜６のいずれか一項の製造方法によって得られた複合基板。