JP4582679B2 - 陽極接合用結晶化ガラス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体センサの部材などとして使用され、シリコンと好適に陽極接合できる結晶化ガラスに関する。なお、本明細書中で使用する単なる“%”表示は“モル%”を示すものとする。
【0002】
【従来技術】
従来、気体や液体の圧力、あるいは動体の加速度を計測する半導体センサが、自動車や計測機器の分野において広く実用化されている。これらは、主にシリコンにかかる歪や、静電容量変化を検知するものであり、マイクロマシニング技術により、小形化、低コスト化および高感度化が進められている。
【0003】
一方、半導体センサの部材には、シリコンを支持する台座や基板として、シリコンに近い熱膨張係数を有するガラスが用いられている。このガラスは、接着剤などを用いない陽極接合法によって、シリコンと接合ができる特徴も兼ね備えており、接合界面での残留歪が極力抑えられることから、センサ特性の向上に寄与してきた。
【0004】
陽極接合とは、ガラス中に含まれる易移動性陽イオンの動きやすい温度まで加熱し、シリコン側を陽極とし、ガラス側を陰極にして直流電圧を印加して両者を加熱接合する方法である。ガラス中の陽イオンが陰極へ移動した結果、シリコンとの界面の非架橋酸素イオンがシリコンと共有結合するため、強固な接合がなされるといわれている。
【0005】
従来、このような用途に適したガラスとして、低膨張のアルミノケイ酸ガラスが発明され、特開平4−83733号公報に開示されている。これらのガラスの熱膨張曲線はシリコンの熱膨張曲線に近似し、いずれも陽極接合できるための易移動性陽イオンとしてナトリウムを含有しているのが特徴である。
【0006】
しかしながら、ナトリウムはガラスの熱膨張を急激に高める成分であるため、含有量に制限があり、その結果陽極接合中に移動しうるナトリウムイオンの量も制限される。陽極接合を効率よく行なうためには、より多くのナトリウムイオンを移動させることが不可欠であり、そのため高温、高電圧が必要とされる。具体的には、400℃、800V前後で行われているのが実情である。
【0007】
一方、近年マイクロマシニング技術の発展により、センサが高集積化および複雑構造化に移行しており、シリコン、ガラスの積層、サンドイッチ構造の素子も開発され、1個の部材で複数回の陽極接合が行われるようになってきた。また、基板上に回路やパターン等を形成後、陽極接合する工程も増加してきた。
【0008】
このような状況下、陽極接合の効率化の要求とともに、センサ素子の接合時の熱的なダメージの防止に陽極接合時の温度の低温化が求められてきた。特開平5−9039号公報では、ガラス中に結晶を析出させる結晶化ガラスを用いることにより、低温化が図られてきた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平5−9039号公報には、ガラス中にβ−石英固溶体の結晶を析出させることで、陽極接合時の低温化を図ったものの、シリコンの熱膨張係数が34×10-7/℃であるのに対し、前記実施例に開示されている結晶化ガラスの熱膨張係数は27×10-7〜31×10-7/℃とシリコンのものよりも低いものしか得られていない。すなわち、この熱膨張差により陽極接合後に熱歪が生じる恐れが高く、センサの感度および精度の向上を図ることが難しいという課題があった。
【0010】
したがって、本発明は上記課題を解決するために、シリコンとの熱膨張係数差を最小限に抑え、陽極接合温度が250℃以下である陽極接合用結晶化ガラスを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明者らは、β−石英またはβ−石英固溶体を主結晶とする結晶化ガラスの陽極接合時の加熱温度を低温に維持しつつ熱膨張係数をシリコンのものと近似させるために、SiO2、Al2O3、Li2O、Na2O、MgO、ZnO、B2O3、BaO、TiO2、P2O5、ZrO2等のβ−石英またはβ−石英固溶体の生成や熱膨張係数に影響を与える成分の結晶化ガラス中の含有量を研究した結果、Li2OおよびNa2Oの結晶化ガラス中の含有量および含有比率を規定することによって、加熱温度を低温に維持しつつ結晶化ガラスの熱膨張係数を調整できることを見出した。
【0012】
すなわち、本発明の請求項1に対応する発明は、β−石英またはβ−石英固溶体を主結晶とする陽極接合用結晶化ガラスにおいて、モル%表示で、SiO2:60〜69%、Al2O3:12〜18%、Li2O:3〜5.7%、Na2O:3〜6%、MgO:1〜6%、ZnO:0〜4%、TiO2:1〜6%、ZrO2:0〜3%を含有し、かつNa2O/Li2Oのモル比を0.8〜1.3とし、P 2 O 5 を含まないとした。
【0013】
この陽極接合用結晶化ガラスにおいて、ガラス中にβ−石英またはβ−石英固溶体を析出させても、Na2Oはガラス相に残存し、陽極接合時に易移動性陽イオンとして作用する。すなわち、結晶化ガラスの体積抵抗率を小さくし、250℃以下の温度でシリコンと結晶化ガラスとの陽極接合を可能にする必須成分である。また、熱膨張係数を増加させる成分でもあり、結晶化前の母ガラスの粘性を低くし、溶融性を改善する成分でもある。
【0014】
そして、その含有量が3%よりも少ない場合は、シリコンと結晶化ガラスとの陽極接合時の加熱温度が250℃を超え好ましくない。一方、6%を超える場合は、ガラス相と結晶相との熱膨張差が広がるため、結晶化の際に割れやすくなるとともに、化学的耐久性が悪化する傾向がある。
【0015】
Li2Oはβ−石英固溶体を構成するための必須成分である。このβ−石英固溶体が析出された結晶化ガラスでは、Na2Oの含有により上昇された母ガラスの熱膨張係数を低下させることができる。また、結晶化前の母ガラスの粘性を低下させ、溶融性を改善する成分でもある。
【0016】
そして、その含有量が3%よりも少ない場合は、母ガラスの溶融が困難となるとともに、結晶化するときの析出する結晶が少なくなり熱膨張係数の調整が困難となる。一方、6%を超える場合は、ガラス相と結晶相との熱膨張差が広がるため、結晶化の際に割れやすくなるとともに、熱膨張係数の調整が困難となる。
【0017】
また、上記したように、Na2O、Li2Oそれぞれの含有量を規定する他、Na2O/Li2Oのモル比を規定することにより、結晶化ガラスの陽極接合時の加熱温度を低温に抑えたまま、結晶化ガラスの熱膨張係数を調整することができる。
【0018】
そして、このモル比が0.8よりも小さい場合は、ガラス中に析出する結晶相の熱膨張係数を小さくする影響が大きくなり、結果として結晶化ガラスとシリコンとの熱膨張係数の差が広がってしまい、陽極接合後に熱歪が生じてしまう。一方、モル比が1.3より大きい場合は、ガラス相に残存するNa2Oの熱膨張係数を大きくする影響が大きくなり、結果として結晶化ガラスとシリコンとの熱膨張係数の差が広がってしまい、陽極接合後に熱歪が生じ、センサの感度および精度の向上が図れない。
【0019】
本発明の請求項2に対応する発明は、請求項1記載の陽極接合用結晶化ガラスにおいて、30℃から400℃における平均熱膨張係数が31×10-7〜37×10-7/℃であり、陽極接合温度を250℃以下とした。
【0021】
本発明の結晶化ガラスについて、各成分の組成の限定理由を以下に示す。
SiO2は母ガラスを熱処理したときに生じるβ−石英またはβ−石英固溶体を構成する必須成分であり、また、ガラス骨格となるものである。その含有量が60%より少ないと、結晶の析出が少なくなるとともに、化学的耐久性が悪化する傾向があり、69%を超えると母ガラスの粘性が増大し溶融性が著しく悪化する。好ましくは62〜67%の範囲である。
【0022】
Al2O3はβ−石英固溶体を構成する成分であるとともに、母ガラスの安定性と化学的耐久性を向上させる成分である。その含有量が12%より少ないと、結晶の析出が少なくなるとともに分相化傾向が大きくなり、18%を超えてしまうと、母ガラスを均質に溶融することが困難となる。好ましくは13〜16%の範囲である。
【0023】
MgOはβ−石英に固溶しうる成分であるとともに、母ガラスを安定にし、溶融性を向上させる成分であり、熱膨張係数の微調整に有効な成分でもある。その含有量が1%より少ないと、溶融性の向上および熱膨張係数の微調整できるという効果がなく、6%を越えると、異種結晶が析出しやすくなるとともに体積抵抗率が大きくなる。好ましくは2〜5%の範囲である。
【0024】
ZnOは任意成分であるが、ガラス中に含有することにより、MgOと同様な効果を得られる成分である。しかし、その含有量が4%を越えると、異種結晶が析出しやすくなる。好ましくは3%までである。
【0025】
TiO2は結晶核形成に有効な成分であり、微細で均一な結晶を析出させる役割を果たす。その含有量が1%より少ないと、結晶核が少なくなり主結晶が粗大化する。6%を越えても、これ以上の結晶核としての効果は得られないとともに、母ガラスの失透化傾向が強くなる。好ましくは1〜4%の範囲である。
【0026】
ZrO2は任意成分であるが、ガラス中に含有することにより、TiO2と同様な効果を得られる成分である。しかし、その含有量が3%を超えると、未溶融物として母ガラスに残存する可能性が高くなる。好ましくは2%までである。
【0027】
上記結晶化ガラスの成分には記載しなかったが、その他の任意成分として、B2O3、P2O5、K2O、CaO、SrO、BaO、Sb2O3、SO3、塩化物、フッ化物等を適宜含有してもよい。
【0028】
B2O3およびP2O5は母ガラスの溶融性向上のために効果のある成分であるが、主結晶の粒径を増大させ、体積抵抗率を増大させる傾向があるので、含有するとしてもそれぞれ3%以下が望ましく、P 2 O 5 は含有しない。
【0029】
また、K2O、CaO、SrOおよびBaOも母ガラスの溶融性向上のために含有することができるが、各成分が2%を超えると、結晶化ガラスの体積抵抗率が大きくなり、陽極接合温度の低温化を阻害する。
【0030】
Sb2O3、SO3、塩化物およびフッ化物は母ガラスの溶融の際の清澄剤として、少なくとも一種の成分を1%まで含有してもよい。
【0031】
本発明の請求項3に対応する発明は、シリコンを接合する台座において、請求項1または2に記載された結晶化ガラスを使用した。また、本発明の請求項4に対応する発明は、シリコン基体からなる圧力検出部と、この圧力検出部に接合された台座とを備えた半導体センサにおいて、前記台座に請求項3記載の台座を使用した。このように、上記した結晶化ガラスを半導体センサに使用することにより、圧力検出部として使用されるシリコンとの接合性および接合強度も良好なものが得られる。
【0032】
【発明の実施の形態】
この実施の形態の陽極接合用結晶化ガラスは、酸化物組成でSiO2:60〜69%、Al2O3:12〜18%、Li2O:3〜6%、Na2O:3〜6%、MgO:1〜6%、ZnO:0〜4%、TiO2:1〜6%、ZrO2:0〜3%を含有したものを母ガラスとする。または、この組成の他にP2O5:0〜3%やB2O3:0〜3%を加えたものを母ガラスとする。そして、この母ガラスを1550〜1650℃で加熱溶融した後、型材等に流し込み成形、徐冷してガラスブロックを作製する。その後、ガラスブロックを700〜900℃まで加熱し、1〜24時間保持して所定量の主結晶(β−石英またはβ−石英固溶体)を析出、成長させ冷却後、所定サイズに加工する。なお、結晶核を効率よく析出させるために、上記加熱の前に、1次熱処理として650〜780℃で1〜5時間の熱処理工程を加えても構わない。また、清澄剤として、Sb2O3、SO3、塩化物、フッ化物を少なくとも一種添加してもよい。
【0033】
このようにして得られた本発明の陽極接合用結晶化ガラスは、易移動性陽イオンを多く含むので、250℃以下の低温で陽極接合が可能となり、また、Na2O/Li2Oのモル比が0.8〜1.3の範囲内にあるので、30〜400℃までの平均熱膨張係数が31×10-7〜37×10-7/℃となり、シリコンの熱膨張曲線に極めて近似している。したがって、本発明の結晶化ガラスを使用することによって、陽極接合後の接合体の熱的なダメージが極めて軽微に抑えられ、センサ特性の向上を図ることができた。
【0034】
【実施例】
本発明の実施例を表1に示す。
【表1】
【0035】
(参考例1)陽極接合用結晶化ガラスはSiO2:64%、Al2O3:15%、Li2O:5.7%、Na2O:5.2%、MgO:2%、ZnO:3%、TiO2:2%、ZrO2:2%、P2O5:0.4%、Sb2O3:0.6%を含有したものを母ガラスとする。この母ガラスは酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合して得ている。そして、調合した原料を1630℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、10時間溶融し、脱泡、均質化した後、型材に流し込み、所定温度で徐冷し、ガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で800℃で3時間保持し、結晶を析出させ、徐冷後結晶化ガラスブロックを形成した。この結晶化ガラスは透明なものとなっていた。
【0036】
この結晶化ガラスブロックをX線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出していた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも150nmを超えるものはなかった。
【0037】
そして、上記結晶化ガラスブロックの熱膨張を測定する試験片と陽極接合用に表面を鏡面研磨した板材(φ100mm)を加工した。この試験片を用いて示差熱膨張計により、熱膨張率を測定し30℃〜400℃までの平均熱膨張係数を計算したところ、32×10-7/℃であった。
【0038】
また、陽極接合は、図1に示すようなカーボンからなるヒーター3、4と電極3、5を兼ね備えた装置内に、シリコンウェハー1と鏡面研磨した結晶化ガラス板材2を配置し、真空中でヒーター3、4を通電加熱し、所定温度まで昇温後、シリコン側をプラス、結晶化ガラス側をマイナスにし800Vの直流電圧を10分間印加することで行なった。なお、加熱温度を190℃、220℃、250℃とし、接合サンプルの外観観察の結果、それぞれの温度で90%、92%、95%接合領域が形成され、剥れも生じることなく良好な接合が得られた。この外観観察では、陽極接合後結晶化ガラス側からの目視で接合部を見て接合領域を割り出した。
【0039】
また、シリコン−結晶化ガラスの接合体の平均強度について、ダイシングにより小片にしたサンプルの両側に治具を接着し引張強度試験機を用いて測定したところ、前記加熱温度190℃、220℃、250℃のサンプルごとに8MPa、6MPa、6MPaの強度を有していた。この測定に関しては、全てのサンプルで結晶化ガラスとシリコンとの接合面の剥れたときの力を測定できたものではなく、接合面よりも結晶化ガラスまたはシリコン自体が破損する場合もあったので、接合温度によって強度が強くなるまたは弱くなるという相関は得られなかった。
【0040】
(実施例2)陽極接合用結晶化ガラスはSiO2:61%、Al2O3:17%、Li2O:5.3%、Na2O:4.3%、MgO:3%、ZnO:4%、TiO2:5%、Sb2O3:0.4%となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を1600℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、11時間溶融し、実施例1と同様にガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で730℃で2時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶核の生成を行ない、次いで、830℃で2時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。この結晶化ガラスブロックも透明なものとなっていた。
【0041】
この結晶化ガラスブロックをX線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも100nmを超えるものはなかった。
【0042】
そして、この結晶化ガラスの30〜400℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、31×10-7/℃であった。また、実施例1と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、190℃では91%、220℃では94%、250℃では95%で、いずれの加熱温度でも接合領域が90%以上形成され、良好な接合が得られた。
【0043】
また、シリコン−結晶化ガラスの接合体の平均強度について、引張強度試験機を用いて測定したところ、前記加熱温度190℃、220℃、250℃のサンプルごとに6MPa、9MPa、8MPaの強度を有していた。
【0044】
(参考例3)陽極接合用結晶化ガラスの母ガラスはSiO2:66%、Al2O3:15%、Li2O:3.9%、Na2O:4.3%、MgO:4%、ZnO:3%、TiO2:2%、ZrO2:1%、P2O5:0.5%、Sb2O3:0.3%となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を1620℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、11時間溶融し、実施例1と同様にガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で750℃で24時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。
【0045】
この結晶化ガラスブロックをX線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも130nmを超えるものはなかった。
【0046】
そして、この結晶化ガラスの30〜400℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、34×10-7/℃であった。また、実施例1と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、190℃では90%、220℃では93%、250℃では95%で、いずれの加熱温度でも接合領域が90%以上形成され、良好な接合が得られた。
【0047】
また、シリコン−結晶化ガラスの接合体の平均強度について、引張強度試験機を用いて測定したところ、前記加熱温度190℃、220℃、250℃のサンプルごとに7MPa、7MPa、11MPaの強度を有していた。
【0048】
(実施例4)陽極接合用結晶化ガラスの母ガラスはSiO2:62%、Al2O3:17%、Li2O:4.8%、Na2O:4.6%、MgO:5%、ZnO:2%、TiO2:3%、ZrO2:1%、Sb2O3:0.6%となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を1600℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、10時間溶融し、実施例1と同様にガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で750℃で2時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶核の生成を行ない、次いで、830℃で2時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。
【0049】
この結晶化ガラスブロックをX線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも160nmを超えるものはなかった。
【0050】
そして、この結晶化ガラスの30〜400℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、33×10-7/℃であった。また、実施例1と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、190℃では91%、220℃では93%、250℃では96%で、いずれの加熱温度でも接合領域が90%以上形成され、良好な接合が得られた。
【0051】
また、シリコン−結晶化ガラスの接合体の平均強度について、引張強度試験機を用いて測定したところ、前記加熱温度190℃、220℃、250℃のサンプルごとに8MPa、5MPa、7MPaの強度を有していた。
【0052】
(参考例5)陽極接合用結晶化ガラスの母ガラスはSiO2:68%、Al2O3:13%、Li2O:3.2%、Na2O:4.1%、MgO:4%、ZnO:2%、TiO2:1%、ZrO2:2%、P2O5:1%、B2O3:1%、Sb2O3:0.7%となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を1650℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、12時間溶融し、実施例1と同様にガラスブロックを作製した。次に、800℃で10時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。
【0053】
この結晶化ガラスブロックをX線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも120nmを超えるものはなかった。
【0054】
そして、この結晶化ガラスの30〜400℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、36×10-7/℃であった。また、実施例1と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、190℃では85%、220℃では92%、250℃では93%となり、190℃では接合領域が90%を超えなかったが、強度的には7MPaと十分なものが得られた。また、220℃では10MPa、250℃では12MPaの強度を有していた。
【0055】
(参考例6)陽極接合用結晶化ガラスの母ガラスはSiO2:67%、Al2O3:14%、Li2O:3.7%、Na2O:3.8%、MgO:6%、ZnO:1%、TiO2:2%、ZrO2:1%、P2O5:0.7%、Sb2O3:0.8%となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を1620℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、12時間溶融し、実施例1と同様にガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で750℃で2時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶核の生成を行ない、次いで、830℃で2時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。
【0056】
この結晶化ガラスブロックをX線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも150nmを超えるものはなかった。
【0057】
そして、この結晶化ガラスの30〜400℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、34×10-7/℃であった。また、実施例1と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、190℃では88%、220℃では92%、250℃では94%となり、190℃では接合領域が90%を超えなかったが、強度的には6MPaと十分なものが得られた。また、220℃では8MPa、250℃では7MPaの強度を有していた。
【0058】
本実施例では、JIS C 2141「電気絶縁用セラミック材料試験方法」を用いて測定した結果、250℃での体積抵抗率が1.1×106Ω・cm2〜4.0×106Ω・cm2となり、陽極接合を行なうには十分に低い値であった。この250℃での体積抵抗率が5.0×106Ω・cm2を超えてしまうと、ナトリウムイオンが移動し辛くなり、良好に陽極接合ができなくなる。
【0059】
上記した実施例では、印加電圧を800Vとし、印加時間を10分としたが、印加電圧を500Vとしても印加時間を30分にするようにすれば、良好な接合領域および接合強度が得られる。
【0060】
(比較例)比較例1は、陽極接合用ガラスにホウケイ酸ガラスを用いた例である。このガラスは平均熱膨張係数が32×10-7/℃で接合するシリコンと近く接合後の歪による不具合が生じるおそれはないが、シリコンとの接合時の加熱温度を350℃まで上昇させなければ接合できなかった。
【0061】
比較例2および3は、本願と同様にLi2OおよびNa2Oを含む母ガラスを加熱処理して、結晶を析出させた結晶化ガラスを用いた例である。これらのガラスは、シリコンとの接合時の加熱温度が190℃でも、接合領域が90%、80%となっており、強度的には問題なかったが、平均熱膨張係数が27×10-7/℃、38×10-7/℃とシリコンの平均熱膨張係数との差が大きすぎるため、接合後に熱歪が生じた。
【0062】
表1中には記載しなかったが、ガラス中のNa2OおよびLi2Oの含有割合がそれぞれ3〜6%であり、かつNa2O/Li2Oが0.8〜1.3の範囲内であっても、ガラスの結晶化が不十分でガラス相中にLi2Oが多く残存した場合には、ガラス相中に存在するNa2Oとの混合アルカリ効果でナトリウムイオンの移動が抑制され、体積抵抗率が増大し、陽極接合の低温化を達成することができなかった。
【0063】
【発明の効果】
本発明の結晶化ガラスは、易移動性陽イオンを多く含有しているため、250℃以下の温度で陽極接合ができ、かつ熱膨張係数が31×10−7〜37×10−7/℃とシリコンと近い値を示す。本発明の結晶化ガラスは、シリコンと熱膨張係数が近いのみならず、低温でシリコンと陽極接合できるため、冷却後のシリコン−結晶化ガラス接合体の熱歪みが極めて小さく、優れたセンサ特性を有するシリコン−結晶化ガラス接合体が得られる。さらに、陽極接合の歩留向上、タクト短縮の効果も有する。また、センサ回路保護だけでなく、比較的熱に弱い部材の使用範囲を広げる効果を有する。したがって、本発明の結晶化ガラスは、シリコンと陽極接合する結晶化ガラスとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】陽極接合の概要を説明する説明図である。
【図2】Na2OとLi2Oのモル比と熱膨張係数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…シリコン、2…陽極接合用結晶化ガラス、3…マイナス電極兼陰極側ヒータ、4…陽極側ヒータ、5…プラス電極
Claims (4)
- β−石英またはβ−石英固溶体を主結晶とする結晶化ガラスにおいて、モル%表示で、SiO2:60〜69%、Al2O3:12〜18%、Li2O:3〜5.7%、Na2O:3〜6%、MgO:1〜6%、ZnO:0〜4%、TiO2:1〜6%、ZrO2:0〜3%を含有し、かつNa2O/Li2Oのモル比が0.8〜1.3であり、P 2 O 5 を含まないことを特徴とする陽極接合用結晶化ガラス。
- 30℃から400℃における平均熱膨張係数が31×10−7〜37×10−7/℃であり、陽極接合温度が250℃以下であることを特徴とする請求項1記載の陽極接合用結晶化ガラス。
- 請求項1または2に記載された結晶化ガラスからなることを特徴とするシリコン接合用台座。
- シリコン基体からなる圧力検出部と、この圧力検出部に接合された台座とを備えた半導体センサにおいて、前記台座が請求項3記載の台座であることを特徴とする半導体センサ。
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