JPH0290508A - シリコンの接合方法 - Google Patents
シリコンの接合方法Info
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- JPH0290508A JPH0290508A JP24347788A JP24347788A JPH0290508A JP H0290508 A JPH0290508 A JP H0290508A JP 24347788 A JP24347788 A JP 24347788A JP 24347788 A JP24347788 A JP 24347788A JP H0290508 A JPH0290508 A JP H0290508A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/1015—Shape
- H01L2924/10155—Shape being other than a cuboid
- H01L2924/10158—Shape being other than a cuboid at the passive surface
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、シリコンとシリコンとを接合する方法に関す
る。
る。
近年、各種のセンサやメカニカルデバイスがマイクロマ
シーニング技術で製作されるようになってきた。単結晶
シリコンは結晶異方性エツチングによる加工ができ、こ
の材料として適し−Ｃいる。 加工した基板どうしを張り合わせる（ａ合接術もこれに
関連し重要な役割を果たし、熱形張係数がシリコンに近
似したパイレックスガラスとシリコンを４００℃程に加
熱し、ガラス側に負の数百Ｖの電圧を印加する陽極接合
がこの目的で従来用いられてきた。これに対し微細加工
に適したシリコン基板どうしをできるだけ低温で接合封
止できれば、加工の自由度が広がりより複雑な構造のデ
バイスが可能になる。
シーニング技術で製作されるようになってきた。単結晶
シリコンは結晶異方性エツチングによる加工ができ、こ
の材料として適し−Ｃいる。 加工した基板どうしを張り合わせる（ａ合接術もこれに
関連し重要な役割を果たし、熱形張係数がシリコンに近
似したパイレックスガラスとシリコンを４００℃程に加
熱し、ガラス側に負の数百Ｖの電圧を印加する陽極接合
がこの目的で従来用いられてきた。これに対し微細加工
に適したシリコン基板どうしをできるだけ低温で接合封
止できれば、加工の自由度が広がりより複雑な構造のデ
バイスが可能になる。
【発明が解決しようとする課題］
シリコン基板どうしを接合するには、直接や５ｉＯ７を
介した接合、或いはパイレックスガラス薄膜を間に用い
た陽極接合などが報告されている。 しかしながら、前者は８００℃以上の高温処理が必要な
ため用途が限定され、他方、後者はパイレックスガラス
薄膜の絶縁耐圧が小さずぎ接合が困難であることが多い
。 そこで、本発明者らは、シリコンとシリコンとを低温で
陽極接合させる方法に付いて鋭意研究を重ねた結果、低
融点ガラス薄膜をシリコンの接合面に介在させて陽極接
合させると、低温での強固な接合が容易に行われること
を発見した。 【課題を解決するための手段】 即ち、上記課題を解決するための発明の構成は、一方の
シリコンの接合面に低融点ガラス薄膜を形成し、他方の
シリコンをその低融点ガラス薄膜に接触させ、加熱状態
でその両シリコン間に電圧を印加してシリコンとシリコ
ンとを接合するようにしたことである。 上記の低融点ガラス薄膜は、融点５００℃以下の低融点
ガラス（例えば岩城硝子社製７５７０）などを使用する
ことが望ましい。融点が８００℃位のパイレックスガラ
ス７７４０は融点が高いため接合時に大きな電圧を印加
する必要があり、絶縁破壊を生ずるため適していない。 又、低融点ガラス薄膜の膜厚は、２〜５μｓが望ましい
。１．５−より簿いと、両シリコン間を短絡電流が流れ
、良好な接合が得られず、接合強度も低下する。又、１
０μｓより厚いと、高積層の接合ができず、又、シリコ
ンと低融点ガラス薄膜との膨張係数の相違により、クラ
ックの発生が生じ易く、又、接合強度も低下する。 接合時の温度が低温程、接合を可能とする印加電圧が大
きくなるが、接合温度が低温程、接合強度が強くなるた
め、接合温度は接合可能な範囲で低温であるのが望まし
い。 又、低融点ガラス簿膜の形成は、Ｒ１’スパッタリング
や遠心沈積法で形成されるが、ＲＦスパッタリングで行
う場合には、５ ｍＩＩＩＴｏｒｒ 〜１０ ｍｍＴｏ
ｒｒの酸素雰囲気中で行うと、接合強度が向上する。 尚、シリコン表面に厚い５１０２がある部分は低融点ガ
ラスに電解が加わらないため接融していても接合されな
い。これを利用し必要な所だけ選択的に接合することも
可能である。
介した接合、或いはパイレックスガラス薄膜を間に用い
た陽極接合などが報告されている。 しかしながら、前者は８００℃以上の高温処理が必要な
ため用途が限定され、他方、後者はパイレックスガラス
薄膜の絶縁耐圧が小さずぎ接合が困難であることが多い
。 そこで、本発明者らは、シリコンとシリコンとを低温で
陽極接合させる方法に付いて鋭意研究を重ねた結果、低
融点ガラス薄膜をシリコンの接合面に介在させて陽極接
合させると、低温での強固な接合が容易に行われること
を発見した。 【課題を解決するための手段】 即ち、上記課題を解決するための発明の構成は、一方の
シリコンの接合面に低融点ガラス薄膜を形成し、他方の
シリコンをその低融点ガラス薄膜に接触させ、加熱状態
でその両シリコン間に電圧を印加してシリコンとシリコ
ンとを接合するようにしたことである。 上記の低融点ガラス薄膜は、融点５００℃以下の低融点
ガラス（例えば岩城硝子社製７５７０）などを使用する
ことが望ましい。融点が８００℃位のパイレックスガラ
ス７７４０は融点が高いため接合時に大きな電圧を印加
する必要があり、絶縁破壊を生ずるため適していない。 又、低融点ガラス薄膜の膜厚は、２〜５μｓが望ましい
。１．５−より簿いと、両シリコン間を短絡電流が流れ
、良好な接合が得られず、接合強度も低下する。又、１
０μｓより厚いと、高積層の接合ができず、又、シリコ
ンと低融点ガラス薄膜との膨張係数の相違により、クラ
ックの発生が生じ易く、又、接合強度も低下する。 接合時の温度が低温程、接合を可能とする印加電圧が大
きくなるが、接合温度が低温程、接合強度が強くなるた
め、接合温度は接合可能な範囲で低温であるのが望まし
い。 又、低融点ガラス簿膜の形成は、Ｒ１’スパッタリング
や遠心沈積法で形成されるが、ＲＦスパッタリングで行
う場合には、５ ｍＩＩＩＴｏｒｒ 〜１０ ｍｍＴｏ
ｒｒの酸素雰囲気中で行うと、接合強度が向上する。 尚、シリコン表面に厚い５１０２がある部分は低融点ガ
ラスに電解が加わらないため接融していても接合されな
い。これを利用し必要な所だけ選択的に接合することも
可能である。
本発明では、低融点ガラス簿膜を介在させてシリコンと
シリコンとを加熱状態で電圧を印加して接合するように
したので、約５０℃以上の低温でのシリコン・シリコン
接合が可能となった。そして、低温で接合されることか
ら、接合強度が向上した。
シリコンとを加熱状態で電圧を印加して接合するように
したので、約５０℃以上の低温でのシリコン・シリコン
接合が可能となった。そして、低温で接合されることか
ら、接合強度が向上した。
第１図に示すように、第１のシリコン基板１の鏡面研磨
された主面に低融点ガラス薄膜２をＲＦスパッタにより
形成した。この低融点ガラスには鉛系非晶質ガラス（岩
城硝子社製７５７０）が用いられ、８ ｍｍＴｏｒｒの
酸素雰囲気でスパッタした。 低融点ガラス薄膜２の膜厚は２μｓとした。 この第１のシリコン基板１を、上面にモリブデン（ＭＯ
）薄膜による平面電極７の形成されたセラミックヒータ
６上に載置した。次に、接合面が鏡面研磨された第２の
シリコン基板３を低融点ガラス薄ＩＩ！２Ｉ２に接触す
るように載置し、その第２のシリコン基板３の上面に針
電極８を接触させた。その第２のシリコン基板３は、外
部空間と連通孔５を介して通じる四部４を有しており、
圧力検出のダイヤフラムが形成されている。 このような配置において、セラミックヒータ６に通電し
て、第１のシリコン基板１から接合面を１５０℃に加熱
した。そして、加熱状態で、針電極８を正電位、平面電
極７を負電位として、即ち、低融点ガラス簿膜２が、そ
れが接合される第２のシリコン基板３に対して低電位と
なるように、両電極間に６０Ｖの電圧を印加し、電流を
モニターしながら接合した。尚、基板どうしの位置合わ
せは、赤外線ＴＶカメラを使用しシリコン基板を透過し
た赤外線で観察して行った。 上記の接合過程において、第３図のように印加電圧を上
昇させていくと、第２図に示すような電流が流れるが、
この電流は低融点ガラス薄膜２に電界が加わりガラス中
の可動イオンが移動したことによる変位電流と考えられ
る。これによって低融点ガラス薄膜２側に生じた空間電
荷贋による静電引力で低融点ガラス薄膜２の表面が第２
のシリコン基板３の表面に密着する。 上記の低融点ガラス薄膜２の膜厚を２〜５μｓの範囲で
変化させた各種の試料について、接合可能温度及び接合
可能電圧等の測定を行った。 印加電圧を低融点ガラス薄膜２の膜厚で割って平均電界
を求め、接合に要する電界及び絶縁破壊電界を接合時の
温度に対して測定した。その結果を第４図に示す。尚、
絶縁破壊電界は接合後さらに電圧を増加して測定した。 低融点ガラス薄膜２の膜厚が１．４ｇｎの場合には、１
００℃で３．４ Ｘ ＩＯ″ｖ／ｃｍの電界強度で接合
でき、低融点ガラス薄ＩＩり２のｊｌりＩ７が５即の場
合には、５０℃で４．５ｘ １０５Ｖ／ｃｍの電界強度
で接合できた。第４図から分かるように、接合に要する
電界、絶縁破ｌ！１７ｒＳ界ともに接合温度が高い程小
さい。又、低融点ガラス薄膜２の膜厚に依らず、温度が
５０℃以上で、絶縁破壊に至らない電界で接合が可能に
なることが（醒かめられた。このことは粘性の小さな低
６・独点ガラスを使用した効果と考えられる。尚、室温
では接合出来なかった。 次に、第１のシリコン基板１と第２のシリコン基板３の
接合力を評価する実験を行った。尚、第２のシリコン基
板３の大きさは、５ｍ…Ｘ５ｍｍである。 接合面からのリークｆｆｋの測定を行ったが、接合でき
たものは、全てリーク量が零であった。 又、引っ張り試験による接合強度の測定を行った。その
結果を、第５図に示す。 第５図から明らかなように、低温で高電界で接合された
ものほど大きな接合強度を持っている。 又、低融点ガラス薄膜２の膜厚と引っ張り強度との関係
は、実験の範囲では２．３−の膜厚の場合に最大強度を
示しており、約２−の膜厚時に最大強度を有するものと
推定される。 次に接合の機構について検討する。 第６図には、電圧印加時における電荷ρ、電界Ｅ、電圧
Ｖの分布が示されている。低融点ガラス薄膜２中の可動
電荷は移動し、空間電荷層の厚さＸＰは低融点ガラス薄
膜２のに’Ｊ Ｊ！Ｗ Ｘ 、と等しくなっていると仮
定する。膜中の空間電荷密度をρ２、ガラスの誘電率を
ε、とすると、空間電荷層に加わる電圧■２はポアソン
の式から次のようになる。 ２εＧ 又、単位面積当たりの空間電荷層の電荷σ５は次式で表
される。 σＳ：ρＰＸＰ （２）低融
点ガラス簿膜２と第２のシリコン基板３との間の静電引
力Ｐは、空気の誘電率をε。、間隙での電界をＥとする
と、次式のようになる。 ２ ε ０ これに、（１）、（２）式を代入すると、一方、低融点
ガラス１１．’Ｌ膜２と第２のシリコン基板３との間隙
をＸ。とするとこれに加わる電圧■。 は以下のようになる。 又、印加電圧■、は■、と■。の和であり、さらにこれ
からＰとＶｓの関係が求まる。 間隙ｘ。が十分小さく、Ｘ＋−／εｃ ＞２ＸＯ／ＥＯ
としてＰを求める。 これから静電引力Ｉ〕は■Ｓ／ｘ６に依存して決まる。 第４図の結果では、低融点ガラス薄膜２の膜厚が違って
もほぼ等しい■、／ｘＧの値で接合が行われており、こ
れから上述のＸ、〜Ｘ、の仮定が妥当であることが分か
る。 開発した上記の低温陽極接合技術を応用し、シリコン基
板にマイクロポンプや触覚イメージヤなどを製作した。 尚、接触イメージヤでは内部にＣＭＯ３回路を封止した
が、低温でしかも印加電圧が数十■と小さいためシール
ドなしでも従来のＩＶ；＝ ｉＴｓ ｍ合のようなトラ
ンジスタの劣化は生じなかった。 又、シリコン表面にＳｉＯ□がある部分は接触していて
も接合されない。これを利用し必要な所だけ選択的に接
合することも可能である。
された主面に低融点ガラス薄膜２をＲＦスパッタにより
形成した。この低融点ガラスには鉛系非晶質ガラス（岩
城硝子社製７５７０）が用いられ、８ ｍｍＴｏｒｒの
酸素雰囲気でスパッタした。 低融点ガラス薄膜２の膜厚は２μｓとした。 この第１のシリコン基板１を、上面にモリブデン（ＭＯ
）薄膜による平面電極７の形成されたセラミックヒータ
６上に載置した。次に、接合面が鏡面研磨された第２の
シリコン基板３を低融点ガラス薄ＩＩ！２Ｉ２に接触す
るように載置し、その第２のシリコン基板３の上面に針
電極８を接触させた。その第２のシリコン基板３は、外
部空間と連通孔５を介して通じる四部４を有しており、
圧力検出のダイヤフラムが形成されている。 このような配置において、セラミックヒータ６に通電し
て、第１のシリコン基板１から接合面を１５０℃に加熱
した。そして、加熱状態で、針電極８を正電位、平面電
極７を負電位として、即ち、低融点ガラス簿膜２が、そ
れが接合される第２のシリコン基板３に対して低電位と
なるように、両電極間に６０Ｖの電圧を印加し、電流を
モニターしながら接合した。尚、基板どうしの位置合わ
せは、赤外線ＴＶカメラを使用しシリコン基板を透過し
た赤外線で観察して行った。 上記の接合過程において、第３図のように印加電圧を上
昇させていくと、第２図に示すような電流が流れるが、
この電流は低融点ガラス薄膜２に電界が加わりガラス中
の可動イオンが移動したことによる変位電流と考えられ
る。これによって低融点ガラス薄膜２側に生じた空間電
荷贋による静電引力で低融点ガラス薄膜２の表面が第２
のシリコン基板３の表面に密着する。 上記の低融点ガラス薄膜２の膜厚を２〜５μｓの範囲で
変化させた各種の試料について、接合可能温度及び接合
可能電圧等の測定を行った。 印加電圧を低融点ガラス薄膜２の膜厚で割って平均電界
を求め、接合に要する電界及び絶縁破壊電界を接合時の
温度に対して測定した。その結果を第４図に示す。尚、
絶縁破壊電界は接合後さらに電圧を増加して測定した。 低融点ガラス薄膜２の膜厚が１．４ｇｎの場合には、１
００℃で３．４ Ｘ ＩＯ″ｖ／ｃｍの電界強度で接合
でき、低融点ガラス薄ＩＩり２のｊｌりＩ７が５即の場
合には、５０℃で４．５ｘ １０５Ｖ／ｃｍの電界強度
で接合できた。第４図から分かるように、接合に要する
電界、絶縁破ｌ！１７ｒＳ界ともに接合温度が高い程小
さい。又、低融点ガラス薄膜２の膜厚に依らず、温度が
５０℃以上で、絶縁破壊に至らない電界で接合が可能に
なることが（醒かめられた。このことは粘性の小さな低
６・独点ガラスを使用した効果と考えられる。尚、室温
では接合出来なかった。 次に、第１のシリコン基板１と第２のシリコン基板３の
接合力を評価する実験を行った。尚、第２のシリコン基
板３の大きさは、５ｍ…Ｘ５ｍｍである。 接合面からのリークｆｆｋの測定を行ったが、接合でき
たものは、全てリーク量が零であった。 又、引っ張り試験による接合強度の測定を行った。その
結果を、第５図に示す。 第５図から明らかなように、低温で高電界で接合された
ものほど大きな接合強度を持っている。 又、低融点ガラス薄膜２の膜厚と引っ張り強度との関係
は、実験の範囲では２．３−の膜厚の場合に最大強度を
示しており、約２−の膜厚時に最大強度を有するものと
推定される。 次に接合の機構について検討する。 第６図には、電圧印加時における電荷ρ、電界Ｅ、電圧
Ｖの分布が示されている。低融点ガラス薄膜２中の可動
電荷は移動し、空間電荷層の厚さＸＰは低融点ガラス薄
膜２のに’Ｊ Ｊ！Ｗ Ｘ 、と等しくなっていると仮
定する。膜中の空間電荷密度をρ２、ガラスの誘電率を
ε、とすると、空間電荷層に加わる電圧■２はポアソン
の式から次のようになる。 ２εＧ 又、単位面積当たりの空間電荷層の電荷σ５は次式で表
される。 σＳ：ρＰＸＰ （２）低融
点ガラス簿膜２と第２のシリコン基板３との間の静電引
力Ｐは、空気の誘電率をε。、間隙での電界をＥとする
と、次式のようになる。 ２ ε ０ これに、（１）、（２）式を代入すると、一方、低融点
ガラス１１．’Ｌ膜２と第２のシリコン基板３との間隙
をＸ。とするとこれに加わる電圧■。 は以下のようになる。 又、印加電圧■、は■、と■。の和であり、さらにこれ
からＰとＶｓの関係が求まる。 間隙ｘ。が十分小さく、Ｘ＋−／εｃ ＞２ＸＯ／ＥＯ
としてＰを求める。 これから静電引力Ｉ〕は■Ｓ／ｘ６に依存して決まる。 第４図の結果では、低融点ガラス薄膜２の膜厚が違って
もほぼ等しい■、／ｘＧの値で接合が行われており、こ
れから上述のＸ、〜Ｘ、の仮定が妥当であることが分か
る。 開発した上記の低温陽極接合技術を応用し、シリコン基
板にマイクロポンプや触覚イメージヤなどを製作した。 尚、接触イメージヤでは内部にＣＭＯ３回路を封止した
が、低温でしかも印加電圧が数十■と小さいためシール
ドなしでも従来のＩＶ；＝ ｉＴｓ ｍ合のようなトラ
ンジスタの劣化は生じなかった。 又、シリコン表面にＳｉＯ□がある部分は接触していて
も接合されない。これを利用し必要な所だけ選択的に接
合することも可能である。
第１図は本発明の具体的な一実施例方法を示した構造図
。第２図は電流の時Ｌｍ特性を示した測定図。第３図は
印加電圧の時間特性を示した測定図。 第４図は接合温度と接合可能な電界強度及び絶縁破ｌ！
ｌ電界強度との関係を示した測定図。第５図は接合温度
と引っ張り強度との関係を示した測定図。 第６図は接合機構を示した説明図である。 第１のシリコン基板 低融点ガラス薄膜 ・第２のシリコン基板 ・・・セラミックヒータ ７ ・針電極
。第２図は電流の時Ｌｍ特性を示した測定図。第３図は
印加電圧の時間特性を示した測定図。 第４図は接合温度と接合可能な電界強度及び絶縁破ｌ！
ｌ電界強度との関係を示した測定図。第５図は接合温度
と引っ張り強度との関係を示した測定図。 第６図は接合機構を示した説明図である。 第１のシリコン基板 低融点ガラス薄膜 ・第２のシリコン基板 ・・・セラミックヒータ ７ ・針電極
Claims (1)
- 一方のシリコンの接合面に低融点ガラス薄膜を形成し
、他方のシリコンをその低融点ガラス薄膜に接触させ、
加熱状態でその両シリコン間に電圧を印加してシリコン
とシリコンとを接合する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24347788A JPH0290508A (ja) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | シリコンの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24347788A JPH0290508A (ja) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | シリコンの接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0290508A true JPH0290508A (ja) | 1990-03-30 |
| JPH0581167B2 JPH0581167B2 (ja) | 1993-11-11 |
Family
ID=17104471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24347788A Granted JPH0290508A (ja) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | シリコンの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0290508A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5496199A (en) * | 1993-01-25 | 1996-03-05 | Nec Corporation | Electron beam radiator with cold cathode integral with focusing grid member and process of fabrication thereof |
| WO2015098324A1 (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-02 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力測定装置 |
-
1988
- 1988-09-27 JP JP24347788A patent/JPH0290508A/ja active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5496199A (en) * | 1993-01-25 | 1996-03-05 | Nec Corporation | Electron beam radiator with cold cathode integral with focusing grid member and process of fabrication thereof |
| US5514847A (en) * | 1993-01-25 | 1996-05-07 | Nec Corporation | Electron beam radiator with cold cathode integral with focusing grid member and process of fabrication thereof |
| WO2015098324A1 (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-02 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力測定装置 |
| JPWO2015098324A1 (ja) * | 2013-12-25 | 2017-03-23 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 圧力測定装置 |
| US10139300B2 (en) | 2013-12-25 | 2018-11-27 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | High pressure strain detection device with a base made of a first brittle material and a strain detection element bonded to the base via a second brittle material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0581167B2 (ja) | 1993-11-11 |
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