JP3951529B2

JP3951529B2 - 陽極接合方法

Info

Publication number: JP3951529B2
Application number: JP34147199A
Authority: JP
Inventors: 宏齊藤; 澄夫赤井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001158645A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体圧力センサや半導体加速度センサ等のマイクロ加工センサ、また、マイクロアクチュエータの等の製造において、半導体（シリコン）基板とガラス基板とを接合する陽極接合に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシリコン基板とガラス基板との陽極接合方法について図２を用いて説明する。ここでは、半導体圧力センサが形成されたシリコン基板１を例にあげる。シリコン基板１には複数の圧力センサチップが形成され、圧力センサチップ個々には、圧力により変位する肉薄構造のダイヤフラム３及び、ダイヤフラムの変位を抵抗値変化として検出するピエゾ抵抗４が形成されている。この圧力センサチップの高精度化を図るためにシリコン基板１にガラス基板（パイレックスガラス）２を陽極接合し、その後チップサイズで、個々にダイシングすることにより、ガラス台座付半導体圧力センサを製造している。尚、半導体圧力センサの場合、ガラス基板２には、外部の圧力を半導体圧力センサのダイヤフラム２に導くための圧力導入孔５が設けられている。さらにこの従来例の場合、メタルパッケージ（図示せず）に半田付けを行うための金属層（メタライズ層）９がガラス基板２に形成されている。
【０００３】
陽極接合は、ヒータ電極８と電極ピン１０により、ガラス基板２側を０Ｖ、シリコン基板１側に約４００〜約１０００Ｖの直流電圧を印加し、さらに、約３００〜約５００℃の高温とし、数百グラムの荷重を印加して行う。また、陽極接合を行うチャンバー（小室，図示せず）内は真空又は窒素雰囲気である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、陽極接合後、ガラス基板２中に含まれているアルカリ金属（ナトリウムＮａ，カリウムＫ等）が、ガラス基板２の金属層９表面に偏析してくる。このアルカリ金属はヒータ電極８へ熱拡散するとともに、チャンバー内に飛散し、シリコン基板１表面に付着する。また、陽極接合したシリコン基板１を大気中に取り出すと、ガラス基板２表面偏析したアルカリ金属（特にナトリウム）が二酸化炭素及び酸素と反応し、水に可溶の白色結晶の炭酸ナトリウムや、水に不溶な黒茶色の酸化ナトリウムが析出する。ヒータ電極８に拡散したアルカリ金属は、真空中で再過熱すると、その蒸気圧が低いのでチャンバー内に飛散し、チャンバー内部を汚染する。シリコン基板１表面に付着したアルカリ金属は、半導体チップを構成しているピエゾ抵抗４等や、このピエゾ抵抗４形成部のＰＮジャンクションへ拡散し、リーク電流の増加や耐圧低下を引き起こす。また、半導体チップがＩＣ等のＭＯＳトランジスタの場合、そのしきい値変動等を引き起こす。
【０００５】
このように、ガラス基板２の金属層９表面から偏析したアルカリ金属によりシリコン基板１に形成された半導体チップの特性に悪影響を及ぼすとともに、チャンバー内部がアルカリ金属で汚染され、チャンバー内部やヒータ電極８の清掃が必要となる。この清掃作業は手間がかかり、大きな作業ロスとなる。
【０００６】
そこで、これを防止するために、ガラス基板２の金属層９表面とヒータ電極８との間に導電体であるシリコン板１１を挟み、偏析したアルカリ金属をこのシリコン板１１に付着させ、ヒータ電極８への付着を防止している。しかし、一部ガラス基板２から偏析したアルカリ金属は、チャンバー内に飛散し、シリコン基板１の表面に付着する。また、メタルパッケージへの半田付けを行うために形成された金属層９は、ガラス基板２内部側からＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｃｒ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ，Ｃｔ／Ｐｔ／Ａｕ等のようにスパッタリングにより積層されている。ここで、半田付けの目的から最表面層がＡｕである必要がある。しかしこのＡｕがシリコン板１１とＡｕ−Ｓｉ共晶結合を起こし、ガラス基板２（金属層９）とシリコン板１１が接合してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、ガラス基板から偏析するアルカリ金属による悪影響を低減することができるとともに、アルカリ金属のヒータ電極への付着を防止するために、金属層を有するガラス基板との間に介在させた部材（導電体）の金属層への付着を防止することができる陽極接合方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリコン基板と、一主表面に金属層が形成されたガラス基板とを、該ガラス基板のもう一方の主表面と前記シリコン基板とを対向させて重ね合せ、電圧を印加して接合する陽極接合方法において、前記シリコン基板の接合面ではない主表面にシリコン板を密着させ、該シリコン板を介して正の電圧を印加し、前記ガラス基板の金属層側の主表面にカーボンの板を密着させ、該カーボンの板を介して負の電圧を印加することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る陽極接合方法について図１にもとづき説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態の陽極接合方法を示すための、シリコン基板１とガラス基板２の断面図である。従来例と同様に、シリコン基板１に半導体圧力センサチップが形成されたものを例にあげる。シリコン基板１には複数の半導体圧力センサチップが形成され、半導体圧力センサチップ個々には、圧力により変位する肉薄構造のダイヤフラム３及び、ダイヤフラムの変位を抵抗値変化として検出するピエゾ抵抗４が形成されている。この圧力センサチップの高精度化を図るためにシリコン基板１にガラス基板（パイレックスガラス）２を陽極接合し、その後チップサイズで、個々にダイシングすることにより、ガラス台座付圧力センサを製造している。尚、半導体圧力センサの場合ガラス基板２には、外部の圧力を半導体圧力センサのダイヤフラム２に導くための圧力導入孔５が設けられている。さらに、メタルパッケージ（図示せず）に半田付けを行うための金属層（メタライズ層）９がガラス基板２に形成されている。
【００１１】
ここで、シリコン基板１において、ガラス基板２との接合面ではない主表面（図中シリコン基板１の上面）に導電体であるシリコン板６を密着させる。このシリコン板６の厚さ及びシート抵抗は、例えば厚さは約０．３〜０．５ｍｍで、シート抵抗は０．１〜約６Ωｃｍである。また、ガラス基板２において、シリコン基板１との接合面ではない主表面（図中ガラス基板２の下面、金属層９側）に板状の導電体であるカーボン板７を密着させる。そして、シリコン板６に電極ピン１０を接触させて正の電圧を印加し、カーボン板７にヒータ電極８を接触させて負の電圧を印加する。つまり、シリコン基板１と電極ピン１０間にシリコン板６を介在させ、そして、ガラス基板２とヒータ電極８間にカーボン板７を介在させて、正の電圧及び負の電圧を印加する。
【００１２】
陽極接合で電圧を電極ピン１０及びヒータ電極８で電圧を印加すると、ガラス基板２（パイレックスガラス）に含まれているアルカリ金属（イオン）は、ヒータ電極８に印加された負の電圧によりガラス基板２に密着されたカーボン板７側に移動し、カーボン板７に付着する。よって、ヒータ電極８へのアルカリ金属の付着を防止することができるとともに、チャンバー内へのアルカリ金属の飛散も大部分防止することができる。また、これ以外に一部ガラス基板２から偏析したアルカリ金属は、チャンバー内に飛散するが、シリコン基板１表面にシリコン板６を密着させてカバーしているので、シリコン基板１の表面への付着を防止することができる。また、ガラス基板２に密着させた導電体がシリコン板ではなく、カーボン板であるので、ガラス基板２の金属層９の最表面のＡｕによるＡｕ−Ｓｉ共晶接合を起こすことがなく、ガラス基板２（金属層９）と密着させた部材（導電体）との接合を防止することができる。
【００１３】
このように、シリコン基板１の接合面ではない主表面にシリコン板６を密着させ、シリコン板６を介して正の電圧を印加し、ガラス基板２の接合面ではない主表面にカーボン板７を密着させ、カーボン板７を介して負の電圧を印加するようにしたので、ガラス基板２から偏析したアルカリ金属の大部分をカーボン板７に付着させてヒータ電極８への付着を防止するとともに、一部飛散したアルカリ金属のシリコン基板１表面への付着をシリコン板６で防止することができるという効果を奏する。さらに、ガラス基板２に密着させた導電体がカーボン板であるので、ガラス基板２の金属層９の最表面のＡｕによるＡｕ−Ｓｉ共晶接合を起こすことがなく、ガラス基板（金属層）と介在させた部材（導電体）との接合を防止することができるという効果を奏する。
【００１４】
以上、本発明の実施の形態を示した。アルカリ金属付着防止に使用したシリコン板６，やカーボン板７は、陽極接合の都度、純水等で洗浄すれば良く、チャンバー内部の清掃は従来より汚染レベルが低いため、例えば、数十〜百バッチ毎に行う頻度でよく、管理が容易である。
【００１５】
尚、シリコン基板に半導体圧力センサチップが形成されたものを例にあげたが、これに限定されるものではない。
【００１６】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の請求項１記載の発明によれば、シリコン基板と、一主表面に金属層が形成されたガラス基板とを、該ガラス基板のもう一方の主表面と前記シリコン基板とを対向させて重ね合せ、電圧を印加して接合する陽極接合方法において、前記シリコン基板の接合面ではない主表面にシリコン板を密着させ、該シリコン板を介して正の電圧を印加し、前記ガラス基板の金属層側の主表面にカーボンの板を密着させ、該カーボンの板を介して負の電圧を印加するようにしたので、アルカリ金属による悪影響を低減することのでき、アルカリ金属のヒータ電極への付着を防止するために、金属層を有するガラス基板との間に介在させた部材（導電体）の金属層への付着を防止することができる陽極接合方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１シリコン基板
２ガラス基板
６シリコン板
７カーボン板
８ヒータ電極
９金属層
１０電極ピン
１１シリコン板

Claims

シリコン基板と、一主表面に金属層が形成されたガラス基板とを、該ガラス基板のもう一方の主表面と前記シリコン基板とを対向させて重ね合せ、電圧を印加して接合する陽極接合方法において、前記シリコン基板の接合面ではない主表面にシリコン板を密着させ、該シリコン板を介して正の電圧を印加し、前記ガラス基板の金属層側の主表面にカーボンの板を密着させ、該カーボンの板を介して負の電圧を印加することを特徴とする陽極接合方法。