JP3961182B2 - 陽極接合方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極接合に関し、特に金属膜を介して基材とガラス部材と良好に接合することのできる陽極接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ホウ酸ガラスとシリコンを重ね合わせ、ガラスの軟化点よりも低い温度に加熱し、シリコン側を陽極として数百Ｖの直流電圧を印加することにより、両者を接合するいわゆる陽極接合方法が知られており、半導体デバイスの分野ではよく使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この陽極接合方法は、通常、約３００〜４００℃に加熱して行われ、接合する材質の熱膨張率が大きく異なる場合には、これらを良好に接合するのは難しいという問題がある。すなわち、熱膨張率の差がある場合には、接合温度が高ければ高いほど、ひびや割れが発生してしまう。例えば、上述のように接合温度が約３００〜４００℃の場合に、良好な接合を行うには、接合する部材の熱膨張率の差が２ｐｐｍ／℃までが限界とされている。そのため、この陽極接合方法は、熱膨張率が近い材料同士を接合する場合のみに用いられている。したがって、金属とガラスとの陽極接合方法に関しては、文献などで報告されているものの、実際に製品化されたものは見あたらない。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑み、熱膨張率の異なる部材同士を良好に接合することのできる陽極接合方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、接合面に接合用膜を設けた第１の部材と、該第１の部材の前記接合面に前記接合用膜を介して密着される第２の部材とに前記第１の部材が陽極となるように電圧を印加して接合する陽極接合方法において、前記接合用膜を金属膜とすると共に前記第２の部材をソーダライムガラスとし、接合温度を１００〜２００℃とし且つ印加電圧を０．５〜５．０ｋＶとすることを特徴とする陽極接合方法にある。
【０００６】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記金属膜がアルミニウム、クロム及びそれぞれの合金からなる群から選択されることを特徴とする陽極接合方法にある。
【０００７】
かかる本発明では、低温で陽極接合することにより、金属膜を介して熱膨張率の異なる部材同士を良好に接合することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本実施形態は、例えば、セラミック又は水晶（ＳｉＯ2）ウェハ等である基材の一方面に金属膜を介してガラス部材を接合した例であり、その工程について説明する。なお、図１は、基材とガラス部材とを金属膜を介して接合する工程を示す概略図である。
【００１０】
まず、図１（ａ）に示すように、本実施形態では、水晶ウェハである基材１０の接合面に、スパッタリングによって金属膜１１を形成する。この金属膜１１の材質としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）等が好適に用いられ、本実施形態では、アルミニウムからなる金属膜１１を、厚さ約３０〜３００ｎｍに形成した。
【００１１】
次に、図１（ｂ）に示すように、基材１０に設けられた金属膜１１上にガラス部材１２を載置して、これらの基材１０及びガラス部材１２をいわゆる陽極接合によって接合する。すなわち、これら各部材をガラスの軟化点より低い、例えば、本実施形態では約１２０℃まで加熱すると共に金属膜１１とガラス部材１２とに、基材１０側が陽極となるように所定の大きさ、例えば、本実施形態では、約３．５ｋＶの直流電圧を印加する。これにより、金属膜１１とガラス部材１２とが接合されることにより、基材１０とガラス部材１２とが接合される。
【００１２】
基材１０に接合するガラス部材１２の材質は、特に限定されず、例えば、ソーダライムガラス、パイレックスガラス等が挙げられるが、本実施形態では、ソーダライムガラスを用いた。
【００１３】
なお、このような陽極接合は、特に、加重を付与する必要が無く、両者が密着した状態で電圧を印加すればよい。例えば、本実施形態では、３インチの基材１０あたり、約３００ｇ程度の加重を付与するようにした。
【００１４】
このように、上述のような条件で金属膜１１を介して基材１０とガラス部材１２とを陽極接合することにより、金属膜１１とガラス部材１２とが良好に接合される。すなわち、金属膜１１を介して基材１０とガラス部材１２とを良好に接合することができる。
【００１５】
ここで、基材１０として用いた水晶の熱膨張率は、１３．７ｐｐｍ／℃であり、ガラス部材１２として使用したソーダライムガラスの熱膨張率は、８．５ｐｐｍ／℃である。すなわち、これらの熱膨張率の差は、５．２ｐｐｍ／℃と比較的大きいものであり、これらを従来から知られている条件で陽極接合するのは難しい。しかしながら、本実施形態のように、接合温度を約１００〜２００℃と低温として且つ約３〜５ｋＶと比較的高い直流電圧を印加して陽極接合することにより、熱膨張率の影響を極めて少なく抑えられ、熱膨張率の差が比較的大きい部材同士であっても良好に接合することができる。
【００１６】
なお、本実施形態では、陽極接合の際の電圧は、上述のように、金属膜１１とガラス部材１２とに印加するようにしてもよいが、これに限定されず、例えば、図２に示すように、基材１０とガラス部材１２とに印加するようにしてもよい。このような方法によっても、上述と同様に、金属膜１１を介して基材１０とガラス部材１２とを良好に接合することができる。
【００１７】
また、本実施形態では、基材１０の一方面のみにガラス部材１２を接合する例を説明したが、例えば、図３に示すように、基材１０の両面にそれぞれ金属膜１１を介してガラス部材１２を一度に接合することもできる。勿論、この構成で、スイッチ等で切り替えながら一方ずつ接合してもよい。この場合にも、上述と同様、各部材を所定温度に加熱すると共に基材１０とその両側の各ガラス部材１２とに、それぞれ基材１０側が陽極となるように所定電圧を印加すればよい。
【００１８】
また逆に、図４に示すように、ガラス部材１２の両面にそれぞれ金属膜１１をを有する基材１０を一度に接合することもできる。この場合も、上述の場合と同様、各部材を所定温度に加熱すると共にガラス部材１２と各基材１０とに、それぞれ、基材１０側が陽極となるように所定電圧を印加すればよい。
【００１９】
以上のような何れの場合にも、接合温度を約１００℃〜２００℃とし、且つ印加電圧を３〜５ｋＶとして陽極接合することにより、金属膜１１を介して基材１０とガラス部材１２とを良好に接合することができる。
【００２０】
ここで、このような陽極接合方法を用いて形成した圧力検出素子の例を図５に示す。圧力検出素子は、図５に示すように、一方面側にエッチング等で形成された断面略梯形状の空間２１を有する金属ブロック２０であり、空間２１の底面２１ａを構成する薄肉部分が圧力を受けるダイアフラム部分となる。また、金属膜１１は、金属ブロック２０下側の厚肉部２０ａ全周面に形成され、この部分において、圧力導孔３１が設けられたガラスブロック３０と陽極接合される。
【００２１】
このような場合にも、上述と同様の条件で陽極接合することにより、金属ブロック２０とガラスブロック３０とを良好に接合することができ、寸法精度も高精度に維持することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、金属とガラス等の熱膨張率の異なる部材同士を低温且つ従来にはない高電圧を印加することにより陽極接合することを可能とした。これにより、熱膨張率の差を最小に抑えることができ、熱応力の発生を抑えることができる。したがって、熱膨張率の異なる部材同士であっても陽極接合によって良好に接合することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る陽極接合工程を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る陽極接合方法の他の例を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る陽極接合方法の他の例を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る陽極接合方法の他の例を示す概略図である。
【図５】本発明に係る接合方法を用いた圧力検出素子の概略図である。
【符号の説明】
１０ 基材
１１ 金属膜
１２ ガラス部材

Claims (4)

  1. 接合面に接合用膜を設けた第１の部材と、該第１の部材の前記接合面に前記接合用膜を介して密着される第２の部材とに前記第１の部材側が陽極となるように電圧を印加して接合する陽極接合方法において、
    前記接合用膜をアルミニウムまたはアルミニウムからなる合金とし、接合温度を１００℃以上２００℃以下の低温とし且つ印加電圧を０．５〜５．０ｋＶとし、
    前記第２の部材が、前記第１の部材の両面に前記接合用膜を介して密着され、同時に陽極接合される陽極接合方法。
  2. 接合面に接合用膜を設けた第１の部材と、該第１の部材の前記接合面に前記接合用膜を介して密着される第２の部材とに前記第１の部材側が陽極となるように電圧を印加して接合する陽極接合方法において、
    前記接合用膜をアルミニウムまたはアルミニウムからなる合金とし、接合温度を１００℃以上２００℃以下の低温とし且つ印加電圧を０．５〜５．０ｋＶとし、
    前記第１の部材が、前記第２の部材の両面に前記接合用膜を介して密着され、同時に陽極接合される陽極接合方法。
  3. 接合面に接合用膜を設けた第１の部材と、該第１の部材の前記接合面に前記接合用膜を介して密着される第２の部材とに前記第１の部材側が陽極となるように電圧を印加して接合する陽極接合方法において、
    前記接合用膜をアルミニウムまたはアルミニウムからなる合金とし、接合温度を１００℃以上２００℃以下の低温とし且つ印加電圧を０．５〜５．０ｋＶとし、
    前記接合用膜の厚みが３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である陽極接合方法。
  4. 接合面に接合用膜を設けた第１の部材と、該第１の部材の前記接合面に前記接合用膜を介して密着される第２の部材とに前記第１の部材側が陽極となるように電圧を印加して接合する陽極接合方法において、
    前記接合用膜をアルミニウムまたはアルミニウムからなる合金とし、接合温度を１００℃以上２００℃以下の低温とし且つ印加電圧を０．５〜５．０ｋＶとし、
    前記第２の部材がソーダライムガラスである陽極接合方法。
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