JP2014201506A - Laminating method of substrate, substrate, and laminated substrate - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminating method of substrates, with which joining of a low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrate and a glass substrate is made possible.SOLUTION: A laminating method of substrates at least includes sequentially: a step α to form a silicon oxide film 3 on a face of a low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrate 2; a step β to polish a face of the silicon oxide film; and a step γ to join a glass substrate 11 onto the silicon oxide film.

Description

本発明は、低温焼成セラミックス(Low Temperature Co- fired Ceramics:LTCC)基板とガラス基板との接合を可能にした、基板の貼り合わせ方法、基板および貼り合わせ基板に関する。   The present invention relates to a substrate bonding method, a substrate, and a bonded substrate, which enable bonding of a low temperature fired ceramics (LTCC) substrate and a glass substrate.

MEMSデバイス、バイオチップ、インターポーザーなどの分野において、電気的な配線構造と高い気密性を兼ね備えたパッケージ、デバイス構造の要求が出てきている。   In the fields of MEMS devices, biochips, interposers, etc., there has been a demand for packages and device structures that have both an electrical wiring structure and high airtightness.

セラミックスや低温焼成セラミックス(LTCC)基板などは、ビルトアップエ法により配線構造を作ることが可能であるが、光を透過させる必要がある分野や、シリコン基板との陽極接合が必要とされる分野では使用できない。または、十分な接合特性を得られていない。
そこで、透過性や陽極接合が必要とされるような分野から、ガラス基板と、セラミックス基板やLTCC基板との接合という要求が出てきた。
Ceramics, low-temperature fired ceramic (LTCC) substrates, etc. can be made into a wiring structure by the built-up method, but are required to transmit light and are required to be anodic bonded to a silicon substrate. Can not be used. Or, sufficient bonding characteristics are not obtained.
Thus, there has been a demand for bonding between a glass substrate and a ceramic substrate or LTCC substrate from the field where permeability and anodic bonding are required.

しかしながら、セラミックス基板やLTCC基板では直接接合に必要な精密な研磨を行う事が困難であり、ガラスとの接合ができないでいた。
直接接合を可能にする重要なポイントとして、精密研磨(Ra0.3nmレベル)された表面を作る必要がある。しかしながら、LTCCのような複合材料では、成分による研磨レートが異なるために精密研磨は難しい、また、セラミックスにおいても難加工材料であり、同様に精密研磨は難しい。
However, it has been difficult to perform precise polishing necessary for direct bonding with ceramic substrates or LTCC substrates, and bonding with glass has been impossible.
As an important point that enables direct bonding, it is necessary to create a surface that has been finely polished (Ra 0.3 nm level). However, with a composite material such as LTCC, precise polishing is difficult because of different polishing rates depending on the components, and it is difficult to process with ceramics as well, and precision polishing is also difficult.

特開2009−280417号公報JP 2009-280417 A

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、低温焼成セラミックス(LTCC)基板とガラス基板との接合を可能にした、基板の貼り合わせ方法を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、ガラス基板と接合することが可能な、低温焼成セラミックス(LTCC)を含む基板を提供することを第二の目的とする。
さらに、本発明は、低温焼成セラミックス(LTCC)基板とガラス基板とが貼り合わされてなる、貼り合わせ基板を提供することを、第三の目的とする。
The present invention has been devised in view of such conventional circumstances, and it is a first object to provide a method for bonding substrates, which enables bonding of a low-temperature fired ceramic (LTCC) substrate and a glass substrate. The purpose.
The second object of the present invention is to provide a substrate containing low-temperature fired ceramics (LTCC) that can be bonded to a glass substrate.
Furthermore, a third object of the present invention is to provide a bonded substrate in which a low-temperature fired ceramic (LTCC) substrate and a glass substrate are bonded.

本発明の請求項1に記載の基板の貼り合わせ方法は、低温焼成セラミックス(LTCC)基板の一面に、酸化シリコン膜を形成する工程αと、前記酸化シリコン膜の表面を研磨する工程βと、前記酸化シリコン膜上に、ガラス基板を接合する工程γと、を少なくとも順に備えること、を特徴とする。
本発明の請求項2に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項1において、前記工程βは、酸化セリウムを含む研磨材を用いること、を特徴とする。
本発明の請求項3に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項1又は2において、前記工程βは、前記酸化シリコン膜の表面粗さRaを、0.5nm以下とすること、を特徴とする。
本発明の請求項4に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記工程γは、減圧雰囲気において、熱処理を施すことを特徴とする。
The method for bonding substrates according to claim 1 of the present invention includes a step α for forming a silicon oxide film on one surface of a low-temperature fired ceramic (LTCC) substrate, a step β for polishing the surface of the silicon oxide film, And a step γ of bonding a glass substrate on the silicon oxide film at least in order.
The substrate bonding method according to claim 2 of the present invention is characterized in that, in claim 1, the step β uses an abrasive containing cerium oxide.
The substrate bonding method according to claim 3 of the present invention is characterized in that, in claim 1 or 2, in the step β, the surface roughness Ra of the silicon oxide film is 0.5 nm or less. To do.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method for bonding substrates according to any one of the first to third aspects, wherein the step γ is performed in a reduced pressure atmosphere.

本発明の請求項5に記載の基板の貼り合わせ方法は、低温焼成セラミックス基板の一面上にレジストを塗布し、パターンを形成する工程Aと、前記レジストパターンが形成された前記低温焼成セラミックス基板の一面側に、酸化シリコン膜を形成する工程Bと、前記低温焼成セラミックス基板から前記レジストを剥離する工程Cと、前記酸化シリコン膜の表面を研磨する工程Dと、前記酸化シリコン膜上に、ガラス基板を接合する工程Eと、を順に備えること、を特徴とする。
本発明の請求項6に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項5において、前記工程Aに先立って、低温焼成セラミックス基板の一面に、金属膜を形成する工程Fを、さらに備えること、を特徴とする。
本発明の請求項7に記載の基板の貼り合わせ方法は、請求項6において、前記工程Dと前記工程Eとの間に、前記金属膜を除去する工程Gを、さらに備えること、を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for bonding substrates, comprising: applying a resist on one surface of a low-temperature fired ceramic substrate to form a pattern; and the low-temperature fired ceramic substrate on which the resist pattern is formed. A step B of forming a silicon oxide film on one side, a step C of peeling the resist from the low-temperature fired ceramic substrate, a step D of polishing the surface of the silicon oxide film, and a glass on the silicon oxide film And a step E of bonding the substrates in order.
The substrate bonding method according to claim 6 of the present invention further comprises a step F of forming a metal film on one surface of the low-temperature fired ceramic substrate prior to the step A in claim 5. Features.
The method for bonding substrates according to claim 7 of the present invention is characterized in that, in claim 6, further comprising a step G of removing the metal film between the step D and the step E. To do.

本発明の請求項8に記載の基板は、低温焼成セラミックス基板の一面に、酸化シリコン膜が配されていること、を特徴とする。
本発明の請求項9に記載の基板は、請求項8において、前記酸化シリコン膜の表面粗さRaが、0.5nm以下であること、を特徴とする。
The substrate according to claim 8 of the present invention is characterized in that a silicon oxide film is disposed on one surface of a low-temperature fired ceramic substrate.
The substrate according to claim 9 of the present invention is characterized in that, in claim 8, the silicon oxide film has a surface roughness Ra of 0.5 nm or less.

本発明の請求項10に記載の貼り合わせ基板は、低温焼成セラミックス基板と、前記低温焼成セラミックス基板の一面に配された酸化シリコン膜と、前記酸化シリコン膜上に直接接合されたガラス基板と、を備えること、を特徴とする。
本発明の請求項11に記載の貼り合わせ基板は、請求項10において、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の方法により、貼り合わせられたこと、を特徴とする。
The bonded substrate according to claim 10 of the present invention is a low-temperature fired ceramic substrate, a silicon oxide film disposed on one surface of the low-temperature fired ceramic substrate, a glass substrate directly bonded on the silicon oxide film, It is characterized by providing.
A bonded substrate according to an eleventh aspect of the present invention is characterized in that the bonded substrate according to the tenth aspect is bonded by the method according to any one of the first to seventh aspects.

本発明では、低温焼成セラミックス(LTCC)基板の一面に、ガラスと同じ精密研磨が可能な酸化シリコン膜を形成した。この酸化シリコン膜の表面を研磨することで、ガラス基板との接合に必要な表面粗さを実現することができる。これにより、本発明では、LTCC基板とガラス基板との接合を可能にした、基板の貼り合わせ方法を提供することができる。
また、本発明では、低温焼成セラミックス基板の一面に、酸化シリコン膜を配することで、ガラス基板と接合することが可能な基板を提供することができる。
また、本発明では、酸化シリコン膜を介することで、低温焼成セラミックス基板とガラス基板とが、貼りあわされてなる、貼り合わせ基板を提供することができる。
In the present invention, a silicon oxide film capable of the same precision polishing as glass is formed on one surface of a low-temperature fired ceramic (LTCC) substrate. By polishing the surface of this silicon oxide film, the surface roughness required for bonding to the glass substrate can be realized. Thereby, in this invention, the bonding method of a board | substrate which enabled the joining of a LTCC board | substrate and a glass substrate can be provided.
Moreover, in this invention, the board | substrate which can be joined to a glass substrate can be provided by arrange | positioning a silicon oxide film on one surface of a low-temperature baking ceramic substrate.
In addition, according to the present invention, it is possible to provide a bonded substrate in which a low-temperature fired ceramic substrate and a glass substrate are bonded to each other through a silicon oxide film.

第一実施形態に係る基板の一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the board | substrate which concerns on 1st embodiment. 第一実施形態に係る貼り合わせ基板の一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the bonding board | substrate which concerns on 1st embodiment. 第一実施形態に係る基板の貼り合わせ方法の工程を順に示す図。The figure which shows the process of the bonding method of the board | substrate which concerns on 1st embodiment in order. AFMを用いて、各工程を行った後の基板表面を撮影した写真。The photograph which image | photographed the substrate surface after performing each process using AFM. 酸化シリコン膜が形成されたLTCC基板の表面に対する評価結果(写真)。The evaluation result (photograph) with respect to the surface of the LTCC board | substrate with which the silicon oxide film was formed. 研磨された酸化シリコン膜の表面に対する評価結果(写真)。The evaluation result (photograph) with respect to the surface of the polished silicon oxide film. 第二実施形態に係る基板の一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the board | substrate which concerns on 2nd embodiment. 第二実施形態に係る貼り合わせ基板の一構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of 1 structure of the bonding board | substrate which concerns on 2nd embodiment. 第二実施形態に係る基板の貼り合わせ方法の工程を順に示す図。The figure which shows the process of the bonding method of the board | substrate which concerns on 2nd embodiment in order. 貼り合わせ基板を配線基板に適用した場合の一構成例を示す図。The figure which shows one structural example at the time of applying a bonded substrate board to a wiring board. 貼り合わせ基板を配線基板に適用した場合の一構成例を示す図。The figure which shows one structural example at the time of applying a bonded substrate board to a wiring board. 貼り合わせ基板を配線基板に適用した場合の一構成例を示す図。The figure which shows one structural example at the time of applying a bonded substrate board to a wiring board.

以下では、本発明に係る、基板の貼り合わせ方法、基板および貼り合わせ基板の一実施形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a substrate bonding method, a substrate, and a bonded substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings.

<第一実施形態>
図1は、本実施形態に係る基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態の基板1A(1)は、低温焼成セラミックス(LTCC)基板2の一面2aに、酸化シリコン膜3(例えばSiO膜)が配されている。
この基板1A(1)において、酸化シリコン膜3の表面粗さRaは、0.5nm以下が好ましく、0.35nm以下がより好ましい。これにより、この基板1A(1)は、例えばガラス基板との接合が可能になる。
<First embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a substrate according to the present embodiment.
In the substrate 1A (1) of this embodiment, a silicon oxide film 3 (for example, a SiO 2 film) is disposed on one surface 2a of a low-temperature fired ceramic (LTCC) substrate 2.
In this substrate 1A (1), the surface roughness Ra of the silicon oxide film 3 is preferably 0.5 nm or less, and more preferably 0.35 nm or less. Thereby, this board | substrate 1A (1) can join with a glass substrate, for example.

また、図2は、本実施形態に係る貼り合わせ基板10A(10)の一構成例を示す断面図である。
この貼り合わせ基板10A(10)は、LTCC基板2と、LTCC基板2の一面2aに配された酸化シリコン膜3と、酸化シリコン膜3上に直接接合されたガラス基板11と、を備える。
この貼り合わせ基板10A(10)は、以下に示すような方法により、貼り合わせられる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the bonded substrate 10A (10) according to this embodiment.
This bonded substrate 10A (10) includes an LTCC substrate 2, a silicon oxide film 3 disposed on one surface 2a of the LTCC substrate 2, and a glass substrate 11 directly bonded on the silicon oxide film 3.
The bonded substrate 10A (10) is bonded by the following method.

図3は、本実施形態に係る、基板の貼り合わせ方法の工程を順に示す図である。
本実施形態の基板の貼り合わせ方法は、LTCC基板2の一面2aに、酸化シリコン膜3を形成する工程αと、酸化シリコン膜3の表面を研磨する工程βと、酸化シリコン膜3上に、ガラス基板11を接合する工程γと、を少なくとも順に備えること、を特徴とする。
FIG. 3 is a diagram sequentially illustrating the steps of the substrate bonding method according to the present embodiment.
The substrate bonding method of the present embodiment includes a step α for forming a silicon oxide film 3 on one surface 2 a of the LTCC substrate 2, a step β for polishing the surface of the silicon oxide film 3, and the silicon oxide film 3. Step γ for bonding the glass substrate 11 is provided at least in order.

LTCC基板2とガラス基板11との直接接合を実施するためには、基板の表面粗さRaが0.5nm以下となるように精密研磨することが必要とされるが、セラミックスは脆性破壊を起こしやすいため、精密な研磨は難しい。また、LTCCはセラミックスとガラスの複合材料であり、セラミックスとガラスの研磨レートが異なるために精密な研磨は難しい。通常のガラス研磨の方法ではガラスだけが溶けてしまい、セラミックスが凸になり残ってしまう。LTCC基板2の場合、Raは数nmレベルが限界であり、さらにもう一桁小さい精密な研磨はできていない。   In order to directly bond the LTCC substrate 2 and the glass substrate 11, it is necessary to precisely polish the substrate so that the surface roughness Ra is 0.5 nm or less. However, ceramics cause brittle fracture. Because it is easy, precise polishing is difficult. Moreover, LTCC is a composite material of ceramics and glass, and precise polishing is difficult because the polishing rates of ceramics and glass are different. In the ordinary glass polishing method, only the glass melts and the ceramic becomes convex and remains. In the case of the LTCC substrate 2, Ra has a limit of several nm level, and precise polishing which is one order of magnitude smaller is not achieved.

そこで本発明では、LTCC基板2の一面2aに、ガラスと類似の酸化シリコン膜3を形成し、この酸化シリコン膜3の表面を研磨することで、ガラス基板11との接合に必要な表面粗さを実現することができる。これにより、本発明の貼り合わせ方法では、LTCC基板2とガラス基板11との接合が可能になる。   Therefore, in the present invention, a silicon oxide film 3 similar to glass is formed on one surface 2a of the LTCC substrate 2, and the surface roughness of the silicon oxide film 3 is polished so as to be bonded to the glass substrate 11. Can be realized. Thereby, in the bonding method of this invention, joining of the LTCC board | substrate 2 and the glass substrate 11 is attained.

以下、工程順に説明する。
ここで、図4は、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope :AFM)を用いて、各工程を行った後のLTCC基板表面を撮影した写真である。図4(a)は、加工前のLTCC基板表面のAFM写真を示す図である。加工前(研磨上がり)において、LTCC基板表面には研磨跡(掃き目)などの凹凸が残っており、表面粗さRaは、約3nmであった。
Hereinafter, it demonstrates in order of a process.
Here, FIG. 4 is a photograph of the LTCC substrate surface after each process is performed using an atomic force microscope (AFM). FIG. 4A shows an AFM photograph of the surface of the LTCC substrate before processing. Before processing (polished), the LTCC substrate surface had irregularities such as polishing marks (sweeping marks), and the surface roughness Ra was about 3 nm.

(1−1)まず、図3(a)に示すように、低温焼成セラミックス(LTCC)基板の一面2aに、酸化シリコン膜3を形成する(工程α)。
酸化シリコン膜3の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法、蒸着法、塗布(SOGなど)の方法を用いることができる。
本実施形態では、基板温度100℃で、RFスパッタ法により、SiO膜を1500Åの厚さに成膜した。
(1-1) First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 3 is formed on one surface 2a of a low-temperature fired ceramic (LTCC) substrate (step α).
The method for forming the silicon oxide film 3 is not particularly limited, and for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a coating method (SOG or the like) can be used.
In this embodiment, the SiO 2 film is formed to a thickness of 1500 mm by RF sputtering at a substrate temperature of 100 ° C.

図4(b)は、酸化シリコン膜3が形成された、LTCC基板2表面のAFM写真を示す図である。シリコン膜3を形成しても、LTCC基板2表面の凹凸をカバーすることはできず、表面粗さRaは改善しない。   FIG. 4B is a view showing an AFM photograph of the surface of the LTCC substrate 2 on which the silicon oxide film 3 is formed. Even if the silicon film 3 is formed, the unevenness on the surface of the LTCC substrate 2 cannot be covered, and the surface roughness Ra is not improved.

(1−2)次に、図3(b)に示すように、酸化シリコン膜3の表面を研磨する(工程β)。
本工程において、例えば、酸化セリウムを含む研磨材20を用いることが好ましい。これにより、微細研磨が可能となり、より平滑な表面を得ることができる。さらに平滑な表面が求められる場合には、コロイダルシリカを含む研磨剤を用いる研磨工程を追加することもできる。
本実施形態では、例えば酸化セリウムを含む、研磨材20を用いた片面研磨を5分間行うことにより、酸化シリコン膜3の表面を研磨した。
そして、本工程において、酸化シリコン膜3の表面粗さRaは、0.5nm以下が好ましく、0.35nm以下がより好ましい。これにより、ガラス基板11との接合に必要な表面粗さを実現することができる。
(1-2) Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the silicon oxide film 3 is polished (step β).
In this step, for example, it is preferable to use an abrasive 20 containing cerium oxide. Thereby, fine polishing becomes possible and a smoother surface can be obtained. If a smoother surface is required, a polishing step using an abrasive containing colloidal silica can be added.
In this embodiment, for example, the surface of the silicon oxide film 3 is polished by performing single-side polishing using an abrasive 20 containing cerium oxide for 5 minutes.
In this step, the surface roughness Ra of the silicon oxide film 3 is preferably 0.5 nm or less, and more preferably 0.35 nm or less. Thereby, the surface roughness required for joining with the glass substrate 11 is realizable.

図4(c)は、研磨された酸化シリコン膜3表面のAFM写真を示す図である。精密研磨することで、セラミックス粒子とガラスとの研磨レートの差による凹凸、LTCC基板2の元々の研磨跡なども完全に消えて、LTCC基板2の表面粗さRaは、加工前(図4(a))に比べて1/10程度(0.5nm以下)にすることができた。   FIG. 4C is a view showing an AFM photograph of the surface of the polished silicon oxide film 3. By precision polishing, the unevenness due to the difference in polishing rate between the ceramic particles and the glass, the original polishing trace of the LTCC substrate 2 and the like completely disappear, and the surface roughness Ra of the LTCC substrate 2 is reduced before processing (FIG. 4 ( Compared with a)), it was able to be about 1/10 (0.5 nm or less).

一方、図4(d)は、酸化シリコン膜3を形成せず、LTCC基板2表面を直接、酸化セリウムを含む研磨剤を用いて精密研磨した場合のAFM写真を示す図である。ガラスのみが研磨され、セラミックスが凸に浮き出てしまっている。   On the other hand, FIG. 4D is a view showing an AFM photograph in the case where the surface of the LTCC substrate 2 is precisely polished using an abrasive containing cerium oxide without forming the silicon oxide film 3. Only the glass is polished and the ceramics are raised.

(1−3)次に、図3(c)に示すように、酸化シリコン膜3上に、ガラス基板11を接合する(工程γ)。
ガラス基板11の接合方法は、特に限定されているものではなく、公知の方法を用いることができる。
(1-3) Next, as shown in FIG. 3C, the glass substrate 11 is bonded onto the silicon oxide film 3 (step γ).
The joining method of the glass substrate 11 is not specifically limited, A well-known method can be used.

このように、本発明では、LTCC基板2上に成膜された酸化シリコン膜3をガラスの精密研磨の手法を用いて研磨することにより、直接接合に必要とされる、表面粗さRaが0.5nm以下の平滑性を有する表面を得ることができた(以下、「本発明に係る製法」と呼ぶ)。また、ガラス質の表面同士の接合となり、従来のガラス同士の接合方法を用いて接合することが可能となった。   As described above, in the present invention, the surface roughness Ra required for direct bonding is 0 by polishing the silicon oxide film 3 formed on the LTCC substrate 2 by using a precision glass polishing method. A surface having a smoothness of 5 nm or less could be obtained (hereinafter referred to as “production method according to the present invention”). Moreover, it became joining of glassy surfaces and it became possible to join using the conventional joining method of glass.

本発明者は、上述した本発明に係る製法の作用・効果を確かめるため、各種分析手法を用いて詳細に評価した。以下において、SEMとは「走査型電子顕微鏡」を、EDXとは「エネルギー分散形X線分光器を使ったX線分光法」を、それぞれ意味する。   In order to confirm the action and effect of the production method according to the present invention described above, the present inventor made detailed evaluations using various analysis techniques. In the following, SEM means “scanning electron microscope”, and EDX means “X-ray spectroscopy using an energy dispersive X-ray spectrometer”.

図5は、酸化シリコン膜3が形成された、LTCC基板2の表面に対する評価結果である。図5(a)はAFM写真(凹凸像)であり図4(b)に相当する。図5(b)はSEM写真(二次電子像)、図5(c)はEDX写真(アルミ元素)、図5(d)はEDX写真(シリコン元素)であり、何れも図5(a)と同一画角を観測した結果である。   FIG. 5 shows the evaluation results for the surface of the LTCC substrate 2 on which the silicon oxide film 3 is formed. FIG. 5A is an AFM photograph (uneven image) and corresponds to FIG. 5B is an SEM photograph (secondary electron image), FIG. 5C is an EDX photograph (aluminum element), and FIG. 5D is an EDX photograph (silicon element), both of which are shown in FIG. 5A. Is the result of observing the same angle of view.

図5から、以下の点が明らかとなった。
(イ)AFM写真(凹凸像)によると、LTCC基板2の上に酸化シリコン膜3が形成された表面には、「(凹状であることが確認された)不定型な粒形状」が離散して観測された[図5(a)]。
(ロ)AFM写真により「不定型な粒形状をなす部位」は、SEM写真(二次電子像)によると、白く観測される。「その他の部位」は黒く観測された[図5(b)]。
(ハ)EDX写真(アルミ元素からのKαを観測)によると、図5(b)において「白く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、AFM写真により「凸状をなす部位(不定型な粒形状をなす部位)」は、主たる元素としてアルミニウムを含むことが分かった[図5(c)]。
(ニ)EDX写真(シリコン元素からのKαを観測)によると、図5(b)において「黒く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、AFM写真により「凸状をなす部位(不定型な粒形状をなす部位)」を除いた領域は、主たる元素としてシリコンを含むことが分かった[図5(d)]。
The following points became clear from FIG.
(A) According to the AFM photograph (uneven image), “an irregular grain shape (confirmed to be concave)” is discrete on the surface on which the silicon oxide film 3 is formed on the LTCC substrate 2. [Fig. 5 (a)].
(B) “Parts having an irregular grain shape” according to the AFM photograph are observed as white according to the SEM photograph (secondary electron image). “Other parts” were observed in black [FIG. 5 (b)].
(C) According to the EDX photograph (observing Kα from the aluminum element), the “part observed in white” in FIG. 5B was observed faintly white. It was found that “(part forming an irregular grain shape)” contains aluminum as a main element [FIG. 5 (c)].
(D) According to the EDX photograph (observing Kα from the silicon element), the “parts observed in black” in FIG. 5B were faintly observed in white. It was found that the region excluding (a portion having an irregular grain shape) contained silicon as a main element [FIG. 5 (d)].

図6は、本発明に係る製法により研磨された、酸化シリコン膜3の表面に対する評価結果である。図6(a)はAFM写真(凹凸像)であり図4(c)に相当する。図6(b)はSEM写真(二次電子像)、図6(c)はEDX写真(アルミ元素)、図6(d)はEDX写真(シリコン元素)であり、何れも図5(a)と同一画角を観測した結果である。   FIG. 6 shows the evaluation results for the surface of the silicon oxide film 3 polished by the manufacturing method according to the present invention. FIG. 6A is an AFM photograph (uneven image) and corresponds to FIG. 6B is an SEM photograph (secondary electron image), FIG. 6C is an EDX photograph (aluminum element), and FIG. 6D is an EDX photograph (silicon element), both of which are shown in FIG. 5A. Is the result of observing the same angle of view.

図6から、以下の点が明らかとなった。
(ホ)AFM写真(凹凸像)によると、本発明に係る製法により研磨された酸化シリコン膜3の表面には、図5(a)で観測された「不定型な粒形状(凹状)」が消え去り、写真全域に亘って平坦な状態になっていることが観測された[図6(a)]。
(ヘ)しかしながら、SEM写真(二次電子像)によると、「(AFM写真により平坦ではあるが)不定型な粒形状が白く観測される部位」が存在し、「その他の部位」は黒く観測された[図6(b)]。
(ト)EDX写真(アルミ元素からのKαを観測)によると、図6(b)において「白く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、AFM写真により「不定型な粒形状の部位」は、主たる元素としてアルミニウムを含むことが分かった[図6(c)]。
(チ)EDX写真(シリコン元素からのKαを観測)によると、図6(b)において「黒く観察された部位」が、ぼんやりと白く観察されたことから、AFM写真により「不定型な粒形状の部位を除いた部位」は、主たる元素としてシリコンを含むことが分かった[図6(d)]。
(リ)つまり、上述した(イ)〜(チ)の評価結果から、本発明に係る製法によれば、LTCC基板2上に成膜された酸化シリコン膜3を、ガラスの精密研磨の手法を用いて研磨することにより、直接接合に必要とされる、Raが0.5nm以下の平滑性を有する表面が得られることが確認された。
The following points became clear from FIG.
(E) According to the AFM photograph (uneven image), the surface of the silicon oxide film 3 polished by the manufacturing method according to the present invention has the “irregular shape (concave shape)” observed in FIG. It disappeared and was observed to be flat over the entire picture [FIG. 6 (a)].
(F) However, according to the SEM photograph (secondary electron image), there are “parts where the irregular grain shape is observed in white (although flat according to the AFM photograph)”, and “other parts” are observed in black. [FIG. 6B].
(G) According to the EDX photograph (observing Kα from the aluminum element), the “parts observed in white” in FIG. 6B were observed to be faintly white. It was found that “the part of” includes aluminum as a main element [FIG. 6 (c)].
(H) According to the EDX photograph (observing Kα from the silicon element), the “parts observed in black” in FIG. It was found that “the part excluding the part of“ includes silicon ”as a main element [FIG. 6 (d)].
(I) That is, from the evaluation results of (a) to (h) described above, according to the manufacturing method according to the present invention, the silicon oxide film 3 formed on the LTCC substrate 2 is subjected to a technique for precise polishing of glass. By using and polishing, it was confirmed that a surface having a smoothness of Ra of 0.5 nm or less required for direct bonding can be obtained.

<第二実施形態>
図7は、本実施形態に係る基板の一構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態の基板1B(1)は、LTCC基板2の一面2aに、酸化シリコン膜3(例えばSiO膜)が配されている。
本実施形態の基板1B(1)において、酸化シリコン膜3は、所定のパターンを有している。
この基板1B(1)において、酸化シリコン膜3の表面粗さRaが0.5nm以下であることが好ましい。これにより、この基板1B(1)は、例えばガラス基板との接合が可能になる。
<Second embodiment>
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing one configuration example of the substrate according to the present embodiment.
In the substrate 1B (1) of this embodiment, a silicon oxide film 3 (for example, a SiO 2 film) is disposed on one surface 2a of the LTCC substrate 2.
In the substrate 1B (1) of this embodiment, the silicon oxide film 3 has a predetermined pattern.
In the substrate 1B (1), the surface roughness Ra of the silicon oxide film 3 is preferably 0.5 nm or less. Thereby, this board | substrate 1B (1) can join with a glass substrate, for example.

また、図8は、本実施形態に係る貼り合わせ基板の一構成例を示す断面図である。
この貼り合わせ基板10B(10)は、LTCC基板2と、LTCC基板2の一面2aに配され、所定パターンで形成された酸化シリコン膜3と、酸化シリコン膜3上に直接接合されたガラス基板11と、を備える。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of the bonded substrate board according to the present embodiment.
This bonded substrate 10 B (10) is disposed on the LTCC substrate 2, the one surface 2 a of the LTCC substrate 2, a silicon oxide film 3 formed in a predetermined pattern, and a glass substrate 11 directly bonded on the silicon oxide film 3. And comprising.

本実施形態の貼り合わせ基板10B(10)が実際に利用される場合には、LTCC基板2側には、例えばビルトアップ工法を用いて形成された積層配線や、成膜およびフォトリソグラフィを用いた表面配線パターンが形成されている。一方、ガラス基板11側には、流路やキャビティなどの空間を持ったパターンが形成されている。これらが接合され、電極や流路・キャビティ自体がある機能を持ったり、この空間に機能を待ったMEMSなどのデバイスが組み込まれたりする。
つまり、LTCC基板2側にもガラス基板11側にも何らかのパターンが形成されていて、接合を仲介する酸化シリコン膜3も、接合パターンに合わせたパターンを有することとなる。
酸化シリコン膜3が所定のパターンを有する場合、この貼り合わせ基板10B(10)は、以下に示すような方法により、貼り合わせられる。
When the bonded substrate 10B (10) of the present embodiment is actually used, on the LTCC substrate 2 side, for example, a laminated wiring formed by using a built-up method, film formation, and photolithography are used. A surface wiring pattern is formed. On the other hand, a pattern having spaces such as flow paths and cavities is formed on the glass substrate 11 side. These are joined, and the electrode, the flow path, and the cavity itself have a function, or a device such as a MEMS waiting for the function is incorporated in this space.
That is, some pattern is formed on both the LTCC substrate 2 side and the glass substrate 11 side, and the silicon oxide film 3 that mediates bonding also has a pattern that matches the bonding pattern.
When the silicon oxide film 3 has a predetermined pattern, the bonded substrate 10B (10) is bonded by the following method.

図9は、本実施形態に係る、基板の貼り合わせ方法の工程を順に示す図である。
(2−1)まず、図9(a)に示すように、LTCC基板2の一面2aに、金属膜4を形成する(工程F)。
LTCCはガラスを含む複合材料であるため、LTCC基板2の一面2a上にパターンを形成した後に、ガラス用研磨剤を用いた研磨をすると、LTCCが露出した部分まで研磨されてしまい、表面が粗面化してしまう虞がある[図4(d)]。
そこで、LTCC基板2の一面2aに金属膜4を形成しておくことが好ましい。この金属膜4によって、LTCC基板2の表面を保護しながら研磨することにより、表面の荒れを防止することができる。
FIG. 9 is a diagram sequentially illustrating the steps of the substrate bonding method according to the present embodiment.
(2-1) First, as shown in FIG. 9A, a metal film 4 is formed on one surface 2a of the LTCC substrate 2 (step F).
Since LTCC is a composite material containing glass, when a pattern is formed on one surface 2a of the LTCC substrate 2 and polishing using a glass abrasive is performed, the portion where the LTCC is exposed is polished, resulting in a rough surface. There is a risk of surface formation [FIG. 4 (d)].
Therefore, it is preferable to form the metal film 4 on the one surface 2 a of the LTCC substrate 2. By polishing while protecting the surface of the LTCC substrate 2 with the metal film 4, it is possible to prevent surface roughness.

金属膜4の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、クロムや、ニッケル等が用いられる。
金属膜4の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法などを用いることができる。
この金属膜4の膜厚としては、特に限定されるものではないが、例えば実施例ではニッケル膜を、5000Å程度としたが、もっと薄くても構わない。
The material of the metal film 4 is not particularly limited, but, for example, chromium, nickel or the like is used.
The method for forming the metal film 4 is not particularly limited, and for example, a sputtering method or the like can be used.
The thickness of the metal film 4 is not particularly limited. For example, the nickel film is about 5000 mm in the embodiment, but it may be thinner.

(2−2)次に、図9(b)に示すように、LTCC基板2の一面2a(金属膜4)上にレジスト5を塗布し、パターンを形成する(工程A)。
パターンを有するガラス基板11との接合を行う場合、基板材料が、耐フッ酸性の高い材料であれば、基板の一面2aに酸化シリコン膜3を成膜し、フッ酸を用いたエッチングによりパターンを形成することができる。しかし、LTCCは、耐フッ酸性に劣る材料である。そのため、LTCC基板2の一面2aにレジスト5を塗布し、例えばフォトリソグラフィによりパターンを形成する。後述するように、このレジストパターン上に酸化シリコン膜3を形成し、リフトオフすることにより、パターンを有する酸化シリコン膜3を形成することができる。
(2-2) Next, as shown in FIG. 9B, a resist 5 is applied on one surface 2a (metal film 4) of the LTCC substrate 2 to form a pattern (step A).
When bonding to a glass substrate 11 having a pattern, if the substrate material is a material having high hydrofluoric acid resistance, a silicon oxide film 3 is formed on one surface 2a of the substrate, and the pattern is formed by etching using hydrofluoric acid. Can be formed. However, LTCC is a material inferior in hydrofluoric acid resistance. Therefore, a resist 5 is applied to one surface 2a of the LTCC substrate 2, and a pattern is formed, for example, by photolithography. As will be described later, the silicon oxide film 3 having the pattern can be formed by forming the silicon oxide film 3 on the resist pattern and lifting it off.

(2−3)次に、図9(c)に示すように、レジストパターンが形成されたLTCC基板2の一面2a側に、酸化シリコン膜3を形成する(工程B)。
酸化シリコン膜3の形成方法としては特に限定されるものではなく、例えばスパッタ法、蒸着法、塗布(SOGなど)の方法を用いることができる。
本実施形態では、基板温度100℃で、RFスパッタ法により、SiO膜を1500Åの厚さに成膜した。
(2-3) Next, as shown in FIG. 9C, the silicon oxide film 3 is formed on the one surface 2a side of the LTCC substrate 2 on which the resist pattern is formed (step B).
The method for forming the silicon oxide film 3 is not particularly limited, and for example, a sputtering method, a vapor deposition method, a coating method (SOG or the like) can be used.
In this embodiment, the SiO 2 film is formed to a thickness of 1500 mm by RF sputtering at a substrate temperature of 100 ° C.

(2−4)次に、図9(d)に示すように、LTCC基板2からレジスト5を剥離する(工程C)。
LTCC基板2から、酸化シリコン膜3とともにレジスト5を剥離(リフトオフ)した。
本実施形態では、例えば3%のNaOH水溶液に10分間、基板を浸漬することにより、レジスト5を剥離した。これにより、ガラス基板11と接合される部分だけに酸化シリコン膜3が残されたパターンが得られた。
(2-4) Next, as shown in FIG. 9D, the resist 5 is removed from the LTCC substrate 2 (step C).
The resist 5 was peeled off (lifted off) from the LTCC substrate 2 together with the silicon oxide film 3.
In this embodiment, for example, the resist 5 is removed by immersing the substrate in a 3% NaOH aqueous solution for 10 minutes. As a result, a pattern was obtained in which the silicon oxide film 3 was left only in the portion bonded to the glass substrate 11.

(2−5)次に、図9(e)に示すように、酸化シリコン膜3の表面を研磨する(工程D)
本工程において、例えば、酸化セリウムを含む研磨材20を用いることが好ましい。これにより、微細研磨が可能となり、より平滑な表面を得ることができる。さらに平滑な表面が求められる場合には、コロイダルシリカを含む研磨剤を用いる研磨工程を追加することもできる。
本実施形態では、例えば酸化セリウムを含む、研磨材20を用いた片面研磨を5分間行うことにより、酸化シリコン膜3の表面を研磨した。
このとき、LTCC基板2の一面2aに金属膜4が形成されているので、LTCC基板2の表面が保護され、表面の粗面化を防止することができる。
そして、本工程において、酸化シリコン膜3の表面粗さRaは、0.5nm以下が好ましく、0.35nm以下がより好ましい。これにより、ガラス基板11との接合に必要な表面粗さを実現することができる。
(2-5) Next, as shown in FIG. 9E, the surface of the silicon oxide film 3 is polished (step D).
In this step, for example, it is preferable to use an abrasive 20 containing cerium oxide. Thereby, fine polishing becomes possible and a smoother surface can be obtained. If a smoother surface is required, a polishing step using an abrasive containing colloidal silica can be added.
In this embodiment, for example, the surface of the silicon oxide film 3 is polished by performing single-side polishing using an abrasive 20 containing cerium oxide for 5 minutes.
At this time, since the metal film 4 is formed on the one surface 2a of the LTCC substrate 2, the surface of the LTCC substrate 2 can be protected and the roughening of the surface can be prevented.
In this step, the surface roughness Ra of the silicon oxide film 3 is preferably 0.5 nm or less, and more preferably 0.35 nm or less. Thereby, the surface roughness required for joining with the glass substrate 11 is realizable.

(2−6)次に、図9(f)に示すように、金属膜4を除去する(工程G)。
金属膜4の除去方法としては、特に限定されるものではないが、金属膜4としてニッケル膜を用いた本実施形態では、例えば塩化第二鉄溶液に60秒間浸漬することにより、ニッケル膜を除去した。
(2-6) Next, as shown in FIG. 9F, the metal film 4 is removed (step G).
The method for removing the metal film 4 is not particularly limited, but in this embodiment using a nickel film as the metal film 4, the nickel film is removed by, for example, immersing in a ferric chloride solution for 60 seconds. did.

(2−7)そして、図9(g)に示すように、酸化シリコン膜3上に、ガラス基板11を接合する(工程E)。
ガラス基板11の接合方法は、特に限定されているものではなく、公知の方法を用いることができる。
本工程では、減圧雰囲気または不活性ガス雰囲気において、熱処理を施すことが好ましい。これにより、後述する図10〜図12の構成とした場合、配線に用いられる金属の酸化を防止することができる。
(2-7) Then, as shown in FIG. 9G, the glass substrate 11 is bonded onto the silicon oxide film 3 (step E).
The joining method of the glass substrate 11 is not specifically limited, A well-known method can be used.
In this step, it is preferable to perform heat treatment in a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere. Thereby, when it is set as the structure of FIGS. 10-12 mentioned later, the oxidation of the metal used for wiring can be prevented.

このように、基板表面にパターンが形成されている場合であっても、LTCC基板2上に成膜された酸化シリコン膜3をガラスの精密研磨の手法を用いて研磨することにより、直接接合に必要とされる、Raが0.5nm以下の平滑性を有する表面を得ることができた。また、ガラス質の表面同士の接合となり、従来のガラス同士の接合方法を用いて接合することが可能となった。   As described above, even when a pattern is formed on the substrate surface, the silicon oxide film 3 formed on the LTCC substrate 2 is polished by using a precision glass polishing method, so that direct bonding can be achieved. The required surface having smoothness with Ra of 0.5 nm or less was obtained. Moreover, it became joining of glassy surfaces and it became possible to join using the conventional joining method of glass.

図10〜図12は、本実施形態の貼り合わせ基板10B(10)を、配線基板(インターポーザー)等に適用した場合の一構成例を示す図である。図10〜図12において、「LTCC基板2の内部に示した曲がった線」は、配線を表す。
図10に示す例では、LTCC基板2に配線が形成され、ガラス基板11に空間30が形成されている。また、図11に示すように、空間30に機能性デバイス31が組み込まれていてもよい。
さらに図12に示すように、ガラス基板11の他の一面側がシリコンウエハ32と陽極接合され、空間30に機能性デバイス31が組み込まれた形態とすることもできる。
10 to 12 are diagrams showing a configuration example when the bonded substrate 10B (10) of the present embodiment is applied to a wiring substrate (interposer) or the like. 10 to 12, “bent lines shown inside the LTCC substrate 2” represent wirings.
In the example shown in FIG. 10, wiring is formed on the LTCC substrate 2, and a space 30 is formed on the glass substrate 11. In addition, as shown in FIG. 11, a functional device 31 may be incorporated in the space 30.
Furthermore, as shown in FIG. 12, the other surface side of the glass substrate 11 may be anodically bonded to the silicon wafer 32, and the functional device 31 may be incorporated in the space 30.

以上、本発明に係る基板の貼り合わせ方法、基板および貼り合わせ基板について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば上述した説明では、LTCC基板を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えば本発明では、セラミックス基板を用いた場合についても、同様に適用可能である。
The substrate bonding method, the substrate, and the bonded substrate according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention. .
For example, in the above description, the case where the LTCC substrate is used has been described as an example. However, for example, the present invention can be similarly applied to the case where a ceramic substrate is used.

本発明は、例えば半導体パッケージ、デバイス等に用いられる、基板の貼り合わせ方法、基板および貼り合わせ基板に広く適用可能である。   The present invention can be widely applied to a substrate bonding method, a substrate, and a bonded substrate used in, for example, semiconductor packages and devices.

1A,1B(1) 基板、2 LTCC基板、3 酸化シリコン膜、4 金属膜、5 レジスト、10A,10B(10) 貼り合わせ基板、11 ガラス基板。   1A, 1B (1) substrate, 2 LTCC substrate, 3 silicon oxide film, 4 metal film, 5 resist, 10A, 10B (10) bonded substrate, 11 glass substrate.

Claims (11)

低温焼成セラミックス(LTCC)基板の一面に、酸化シリコン膜を形成する工程αと、
前記酸化シリコン膜の表面を研磨する工程βと、
前記酸化シリコン膜上に、ガラス基板を接合する工程γと、を少なくとも順に備えること、を特徴とする基板の貼り合わせ方法。
Forming a silicon oxide film on one surface of a low-temperature fired ceramic (LTCC) substrate;
Polishing the surface of the silicon oxide film β,
A substrate bonding method comprising: a step γ of bonding a glass substrate on the silicon oxide film at least in order.
前記工程βは、酸化セリウムを含む研磨材を用いること、を特徴とする請求項1に記載の基板の貼り合わせ方法。   The substrate bonding method according to claim 1, wherein the step β uses an abrasive containing cerium oxide. 前記工程βは、前記酸化シリコン膜の表面粗さRaを、0.5nm以下とすること、を特徴とする請求項1又は2に記載の基板の貼り合わせ方法。   3. The method for bonding substrates according to claim 1, wherein in the step β, the surface roughness Ra of the silicon oxide film is 0.5 nm or less. 前記工程γは、減圧雰囲気または不活性ガス雰囲気において、熱処理を施すことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の基板の貼り合わせ方法。   The substrate bonding method according to claim 1, wherein in the step γ, heat treatment is performed in a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere. 低温焼成セラミックス基板の一面上にレジストを塗布し、パターンを形成する工程Aと、
前記レジストパターンが形成された前記低温焼成セラミックス基板の一面側に、酸化シリコン膜を形成する工程Bと、
前記低温焼成セラミックス基板から前記レジストを剥離する工程Cと、
前記酸化シリコン膜の表面を研磨する工程Dと、
前記酸化シリコン膜上に、ガラス基板を接合する工程Eと、
を順に備えること、を特徴とする基板の貼り合わせ方法。
Applying a resist on one surface of a low-temperature fired ceramic substrate to form a pattern; and
Forming a silicon oxide film on one side of the low-temperature fired ceramic substrate on which the resist pattern is formed; and
Step C of peeling the resist from the low-temperature fired ceramic substrate;
Polishing step D of the surface of the silicon oxide film;
A step E of bonding a glass substrate on the silicon oxide film;
Are provided in order. The board | substrate bonding method characterized by the above-mentioned.
前記工程Aに先立って、低温焼成セラミックス基板の一面に、金属膜を形成する工程Fを、さらに備えること、を特徴とする請求項5に記載の基板の貼り合わせ方法。   The substrate bonding method according to claim 5, further comprising a step F of forming a metal film on one surface of the low-temperature fired ceramic substrate prior to the step A. 前記工程Dと前記工程Eとの間に、前記金属膜を除去する工程Gを、さらに備えること、を特徴とする請求項6に記載の基板の貼り合わせ方法。   The substrate bonding method according to claim 6, further comprising a step G of removing the metal film between the step D and the step E. 低温焼成セラミックス基板の一面に、酸化シリコン膜が配されていること、を特徴とする基板。   A substrate characterized in that a silicon oxide film is disposed on one surface of a low-temperature fired ceramic substrate. 前記酸化シリコン膜の表面粗さRaが、0.5nm以下であること、を特徴とする請求項8に記載の基板。   The substrate according to claim 8, wherein the silicon oxide film has a surface roughness Ra of 0.5 nm or less. 低温焼成セラミックス基板と、
前記低温焼成セラミックス基板の一面に配された酸化シリコン膜と、
前記酸化シリコン膜上に直接接合されたガラス基板と、を備えること、を特徴とする貼り合わせ基板。
A low-temperature fired ceramic substrate;
A silicon oxide film disposed on one surface of the low-temperature fired ceramic substrate;
And a glass substrate directly bonded on the silicon oxide film.
請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の方法により、貼り合わせられたこと、を特徴とする請求項10に記載の貼り合わせ基板。   The bonded substrate according to claim 10, wherein the bonded substrate is bonded by the method according to claim 1.
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