JPH06188166A - 静電接合方法 - Google Patents
静電接合方法Info
- Publication number
- JPH06188166A JPH06188166A JP33768492A JP33768492A JPH06188166A JP H06188166 A JPH06188166 A JP H06188166A JP 33768492 A JP33768492 A JP 33768492A JP 33768492 A JP33768492 A JP 33768492A JP H06188166 A JPH06188166 A JP H06188166A
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- JP
- Japan
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- silicon
- sheet
- thermal expansion
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】例えば片面上にのみ絶縁層があるために初期反
りの発生したシリコン板とガラス板とを加圧することな
く密着させて静電接合できるようにする。 【構成】シリコン板とガラス板とを密着させて電圧を印
加することにより静電接合させる際に、反って凸となっ
ている側のシリコン板表面に向けてガラス板との接合面
側から低くなるような板厚方向の温度勾配を設けると、
反りが軽減され、加圧することなく密着させることがで
きる。また、シリコン板を熱膨張係数の異なるガラス板
と静電接合する際に、低熱膨張係数の板の側から高熱膨
張係数の板の側に向けて低下する板厚方向の温度勾配を
形成することにより、接合後の反りの発生を軽減させる
ことができる。
りの発生したシリコン板とガラス板とを加圧することな
く密着させて静電接合できるようにする。 【構成】シリコン板とガラス板とを密着させて電圧を印
加することにより静電接合させる際に、反って凸となっ
ている側のシリコン板表面に向けてガラス板との接合面
側から低くなるような板厚方向の温度勾配を設けると、
反りが軽減され、加圧することなく密着させることがで
きる。また、シリコン板を熱膨張係数の異なるガラス板
と静電接合する際に、低熱膨張係数の板の側から高熱膨
張係数の板の側に向けて低下する板厚方向の温度勾配を
形成することにより、接合後の反りの発生を軽減させる
ことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体圧力セン
サの変位検出エレメントのシリコンからなる感圧チップ
とガラス台座とを結合するために行う静電接合方法に関
する。
サの変位検出エレメントのシリコンからなる感圧チップ
とガラス台座とを結合するために行う静電接合方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体圧力センサに用いられる変位検出
エレメントは、シリコンのピエゾ抵抗効果を利用したも
のであり、すぐれた応答性が得られ、またＩＣ工程によ
って製造されるためシリコン板上に高密度にエレメント
を搭載することができるという特長がある。
エレメントは、シリコンのピエゾ抵抗効果を利用したも
のであり、すぐれた応答性が得られ、またＩＣ工程によ
って製造されるためシリコン板上に高密度にエレメント
を搭載することができるという特長がある。
【０００３】図２は半導体圧力センサの構造を示し、ダ
イヤフラム部表面部に変位を電気信号に変換するための
拡散型ストレインゲージを有し、またその出力信号の処
理回路を集積したシリコン感圧チップ11は、表面が絶縁
膜、配線保護膜などの絶縁層２によって覆われている。
このチップ11は、シリコンとほぼ同じ熱膨脹係数を有
し、ダイヤフラムに対向する部分に貫通孔13を有するガ
ラス台座12と結合され、そのガラス台座12は、貫通孔13
に連通する空洞15を有する導圧パイプ14と結合され、三
者で圧力検出エレメントを構成している。このような圧
力検出エレメントは、図３に示すようにプラズマエッチ
ングによりダイヤフラム部を形成し、ストレインゲー
ジ、信号処理回路を集積し、表面上に絶縁層２を有する
シリコン板１とガラス板３とを静電接合によって一体化
したのち、切断して感圧チップ11単体に分割し、そのガ
ラス台座12と導圧パイプ14とをはんだ付けによって一体
化することにより製作される。
イヤフラム部表面部に変位を電気信号に変換するための
拡散型ストレインゲージを有し、またその出力信号の処
理回路を集積したシリコン感圧チップ11は、表面が絶縁
膜、配線保護膜などの絶縁層２によって覆われている。
このチップ11は、シリコンとほぼ同じ熱膨脹係数を有
し、ダイヤフラムに対向する部分に貫通孔13を有するガ
ラス台座12と結合され、そのガラス台座12は、貫通孔13
に連通する空洞15を有する導圧パイプ14と結合され、三
者で圧力検出エレメントを構成している。このような圧
力検出エレメントは、図３に示すようにプラズマエッチ
ングによりダイヤフラム部を形成し、ストレインゲー
ジ、信号処理回路を集積し、表面上に絶縁層２を有する
シリコン板１とガラス板３とを静電接合によって一体化
したのち、切断して感圧チップ11単体に分割し、そのガ
ラス台座12と導圧パイプ14とをはんだ付けによって一体
化することにより製作される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】静電接合は、ガラスの
加熱と電圧印加によっておきる、ガラス内のアルカリイ
オンの移動により発生する静電引力を利用した接合方法
である。この際、接合されるシリコン板表面にシリコン
酸化膜、シリコン窒化膜などの絶縁物が存在すると、十
分な静電引力が発生せず接合ができない。そのため、静
電接合を利用して構成されるシリコンデバイスは、接合
する全面あるいは一部分の膜を除去する必要がある。一
方、シリコン上に回路が形成された部分は、絶縁膜、保
護膜などの絶縁層が２μｍ以上の厚さに形成されてい
る。しかし、シリコン酸化膜の熱膨張係数は熱酸化の場
合0.５×10-6／℃であり、常圧ＣＶＤで形成される場合
４〜７×10-6／℃の熱膨張係数をもつシリコン窒化膜が
積層されてもシリコンの4.２×10-6／℃の熱膨張係数と
の間に大きな差がある。そのため、片面あるいは一部分
の絶縁層が除去されることで、冷却時の収縮の相違によ
ってシリコン板に絶縁層側が凸になるような大きな反り
が発生する。特に片面全面の膜を除去した場合には、シ
リコン板に発生する反りは、直径４インチのウエーハの
場合で室温において約150 〜200 μｍ (膜側に凸) にも
達し、平坦に研磨したガラス板と密着させることができ
ない。一般に接合は均一加熱で行われ、加熱時にも両者
の不整合は改善されず、これらを密着させるためには、
(1) 試料を加圧する、(2) 必要以上の大きさの電圧を印
加する、(3) 試料を分割して接合する、(4) ガラス板の
反りがシリコン板と同じになるようにガラス板表面をあ
らかじめ加工する、等の工夫が必要となる。しかし、上
記の(1) 、(2) はデバイス特性に悪影響を与えるという
点から、(3) 、(4) は工数が増えるという点から好まし
くない。
加熱と電圧印加によっておきる、ガラス内のアルカリイ
オンの移動により発生する静電引力を利用した接合方法
である。この際、接合されるシリコン板表面にシリコン
酸化膜、シリコン窒化膜などの絶縁物が存在すると、十
分な静電引力が発生せず接合ができない。そのため、静
電接合を利用して構成されるシリコンデバイスは、接合
する全面あるいは一部分の膜を除去する必要がある。一
方、シリコン上に回路が形成された部分は、絶縁膜、保
護膜などの絶縁層が２μｍ以上の厚さに形成されてい
る。しかし、シリコン酸化膜の熱膨張係数は熱酸化の場
合0.５×10-6／℃であり、常圧ＣＶＤで形成される場合
４〜７×10-6／℃の熱膨張係数をもつシリコン窒化膜が
積層されてもシリコンの4.２×10-6／℃の熱膨張係数と
の間に大きな差がある。そのため、片面あるいは一部分
の絶縁層が除去されることで、冷却時の収縮の相違によ
ってシリコン板に絶縁層側が凸になるような大きな反り
が発生する。特に片面全面の膜を除去した場合には、シ
リコン板に発生する反りは、直径４インチのウエーハの
場合で室温において約150 〜200 μｍ (膜側に凸) にも
達し、平坦に研磨したガラス板と密着させることができ
ない。一般に接合は均一加熱で行われ、加熱時にも両者
の不整合は改善されず、これらを密着させるためには、
(1) 試料を加圧する、(2) 必要以上の大きさの電圧を印
加する、(3) 試料を分割して接合する、(4) ガラス板の
反りがシリコン板と同じになるようにガラス板表面をあ
らかじめ加工する、等の工夫が必要となる。しかし、上
記の(1) 、(2) はデバイス特性に悪影響を与えるという
点から、(3) 、(4) は工数が増えるという点から好まし
くない。
【０００５】他の問題として、シリコン板と異なる熱膨
張係数をもつガラス板とを静電接合すると、接合後の収
縮量の差により熱膨張係数の低い方の板の表面が凸にな
る反りが発生するという不具合が生ずる。以上の点か
ら、本発明の目的は、大口径のシリコン板とガラス板と
を一方の板に初期反りがある場合にも密着させて接合で
き、また両者の熱膨張係数の異なる場合にも接合後の反
りが軽減される静電接合方法を提供することにある。
張係数をもつガラス板とを静電接合すると、接合後の収
縮量の差により熱膨張係数の低い方の板の表面が凸にな
る反りが発生するという不具合が生ずる。以上の点か
ら、本発明の目的は、大口径のシリコン板とガラス板と
を一方の板に初期反りがある場合にも密着させて接合で
き、また両者の熱膨張係数の異なる場合にも接合後の反
りが軽減される静電接合方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の静電接合方法は、一方に初期反りのある
シリコン板とガラス板とを密着させ、両板間に電圧を印
加して接合させる際に、初期反りのある板の凸である表
面が他の表面よりも低温となる板厚方向の温度勾配を設
けるものとする。そして、シリコン板がガラス板と接合
されない側の表面に絶縁層を有し、シリコン板の板厚方
向にガラス板側の表面から絶縁層側の表面に向けて低下
する温度勾配を設けることが有効である。あるいは、シ
リコン板と熱膨張係数の異なるガラス板とを密着させ、
両板間に電圧を印加して接合させる際に、熱膨張係数の
高い方の表面に向けて低下する板厚方向の温度勾配を設
けるものとする。また、いずれの場合も、温度勾配の高
温側の表面を加熱し、低温側の表面を冷却することが有
効である。
めに、本発明の静電接合方法は、一方に初期反りのある
シリコン板とガラス板とを密着させ、両板間に電圧を印
加して接合させる際に、初期反りのある板の凸である表
面が他の表面よりも低温となる板厚方向の温度勾配を設
けるものとする。そして、シリコン板がガラス板と接合
されない側の表面に絶縁層を有し、シリコン板の板厚方
向にガラス板側の表面から絶縁層側の表面に向けて低下
する温度勾配を設けることが有効である。あるいは、シ
リコン板と熱膨張係数の異なるガラス板とを密着させ、
両板間に電圧を印加して接合させる際に、熱膨張係数の
高い方の表面に向けて低下する板厚方向の温度勾配を設
けるものとする。また、いずれの場合も、温度勾配の高
温側の表面を加熱し、低温側の表面を冷却することが有
効である。
【０００７】
【作用】初期反りのある板の凸側の表面の温度が低く、
他側の表面の温度が高い温度勾配を設けると、熱膨張の
差により初期反りが軽減され、他の板と密着させること
ができるので、加圧や印加電圧を高めることを必要とせ
ずに静電接合が可能になる。また熱膨張係数の異なる板
同志の接合の際に、熱膨張係数の高い板の表面に向けて
低くなる温度勾配を設けると、熱膨張係数の高い板の整
合後の収縮量が減少するため、発生する反りが軽減され
る。そして、シリコンもガラスも熱伝導率が低いためそ
れらの温度勾配の形成が可能である。
他側の表面の温度が高い温度勾配を設けると、熱膨張の
差により初期反りが軽減され、他の板と密着させること
ができるので、加圧や印加電圧を高めることを必要とせ
ずに静電接合が可能になる。また熱膨張係数の異なる板
同志の接合の際に、熱膨張係数の高い板の表面に向けて
低くなる温度勾配を設けると、熱膨張係数の高い板の整
合後の収縮量が減少するため、発生する反りが軽減され
る。そして、シリコンもガラスも熱伝導率が低いためそ
れらの温度勾配の形成が可能である。
【０００８】
【実施例】以下、図２、図３と共通の部分に同一の付し
た図を引用して本発明の実施例について説明する。図１
は本発明の一実施例の静電接合方法を示し、用いたシリ
コン板は直径100mm(４インチ) 、厚さ0.３mmで、デバイ
ス集積工程により一面にシリコン酸化膜とシリコン窒化
膜からなる２μｍ以上の厚さの絶縁層２を有し、その層
の側に約150 μｍだけ凸になる反りを有していた。一
方、ガラス板３は、直径100mm 厚さ2.７mmの耐熱ガラス
板で、両面研磨してあり、反りは±５μｍ以内の平坦な
ものである。このシリコン板１とガラス板３を重ね合わ
せ、ガラス板３を下にして熱盤４の上のステンレス鋼箔
５に陰極７を接触させ、板１、３の最高温度、すなわち
ガラス板３の熱盤４側の表面の温度が350 ℃になった状
態で陽極６、陰極７間に500 Ｖの電圧を５分間印加する
ことにより静電接合を行った。この間のシリコン板１の
絶縁層２側の表面の温度は280 〜330 ℃であった。シリ
コン板１の両面間の温度差により、絶縁層側が凹になる
ような反りが発生し、結果シリコン板２の初期反りが相
殺され、シリコン板２とガラス板３は加圧することなく
静電接合が可能であった。また、実際のデバイス搭載基
板において、本接合方法を用いたことによるデバイス特
性への悪影響はいっさい発生しなかった。
た図を引用して本発明の実施例について説明する。図１
は本発明の一実施例の静電接合方法を示し、用いたシリ
コン板は直径100mm(４インチ) 、厚さ0.３mmで、デバイ
ス集積工程により一面にシリコン酸化膜とシリコン窒化
膜からなる２μｍ以上の厚さの絶縁層２を有し、その層
の側に約150 μｍだけ凸になる反りを有していた。一
方、ガラス板３は、直径100mm 厚さ2.７mmの耐熱ガラス
板で、両面研磨してあり、反りは±５μｍ以内の平坦な
ものである。このシリコン板１とガラス板３を重ね合わ
せ、ガラス板３を下にして熱盤４の上のステンレス鋼箔
５に陰極７を接触させ、板１、３の最高温度、すなわち
ガラス板３の熱盤４側の表面の温度が350 ℃になった状
態で陽極６、陰極７間に500 Ｖの電圧を５分間印加する
ことにより静電接合を行った。この間のシリコン板１の
絶縁層２側の表面の温度は280 〜330 ℃であった。シリ
コン板１の両面間の温度差により、絶縁層側が凹になる
ような反りが発生し、結果シリコン板２の初期反りが相
殺され、シリコン板２とガラス板３は加圧することなく
静電接合が可能であった。また、実際のデバイス搭載基
板において、本接合方法を用いたことによるデバイス特
性への悪影響はいっさい発生しなかった。
【０００９】しかし、図４に示すように、逆にシリコン
板１の絶縁層２側を下にして熱盤４上のステンレス鋼箔
５の上に載せた場合、あるいは両板１、３を炉内で加熱
しながら電圧を印加した場合は、シリコン板１の反りが
増加するか、軽減が少なく、両板を静電接合するために
は加圧が不可欠であった。そのほか、シリコン板と異な
る熱膨張係数を持つガラス板に対しても、熱膨張係数の
低い材料側から加熱し、他方を冷却することで接合後の
反りを軽減することが可能であり、また、適当な温度勾
配を選択することで、種々の初期反り、厚さを持つ試料
にも対応が可能であった。
板１の絶縁層２側を下にして熱盤４上のステンレス鋼箔
５の上に載せた場合、あるいは両板１、３を炉内で加熱
しながら電圧を印加した場合は、シリコン板１の反りが
増加するか、軽減が少なく、両板を静電接合するために
は加圧が不可欠であった。そのほか、シリコン板と異な
る熱膨張係数を持つガラス板に対しても、熱膨張係数の
低い材料側から加熱し、他方を冷却することで接合後の
反りを軽減することが可能であり、また、適当な温度勾
配を選択することで、種々の初期反り、厚さを持つ試料
にも対応が可能であった。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、シリコン板とガラス板
との静電接合の際に板厚方向に温度勾配を設けることに
より初期反り量の大きいシリコン板とガラス板の接合
も、加圧、加工等の工程が省略できることによって、デ
バイス特性に悪影響を与えることも、工数を増やすこと
もなく可能になった。また、シリコン板とガラス板との
間の熱膨張係数の差によって生ずる反りの軽減も可能と
した。
との静電接合の際に板厚方向に温度勾配を設けることに
より初期反り量の大きいシリコン板とガラス板の接合
も、加圧、加工等の工程が省略できることによって、デ
バイス特性に悪影響を与えることも、工数を増やすこと
もなく可能になった。また、シリコン板とガラス板との
間の熱膨張係数の差によって生ずる反りの軽減も可能と
した。
【００１１】さらに、シリコン板のデバイス集積面を空
気中に解放して静電接合できるため、治具との接触、摩
擦によるデバイスの損傷が全くなくなるという付随効果
を得られた。
気中に解放して静電接合できるため、治具との接触、摩
擦によるデバイスの損傷が全くなくなるという付随効果
を得られた。
【図１】本発明の一実施例の静電接合時の断面図
【図２】製造時に本発明の実施される半導体圧力センサ
の断面図
の断面図
【図３】図２の圧力センサ製造のために静電接合された
シリコン板とガラス板との断面図
シリコン板とガラス板との断面図
【図４】図１に示した静電接合方法と比較のために行っ
た静電接合時の断面図
た静電接合時の断面図
１ シリコン板 ２ 絶縁層 ３ ガラス板 ４ 熱盤 ５ ステンレス鋼箔 ６ 陽極 ７ 陰極
Claims (4)
- 【請求項１】一方に初期反りのあるシリコン板とガラス
板とを密着させ、両板間に電圧を印加して接合させる際
に、初期反りのある板の凸である表面が他の表面よりも
低温となる板厚方向の温度勾配を設けることを特徴とす
る静電接合方法。 - 【請求項２】シリコン板がガラス板と接合されない側の
表面に絶縁層を有し、シリコン板の板厚方向にガラス板
側の表面から絶縁層側の表面に向けて低下する温度勾配
を設ける請求項１記載の静電接合方法。 - 【請求項３】シリコン板と熱膨張係数の異なるガラス板
とを密着させ両板側に電圧を印加して接合させる際に、
熱膨張係数の高い方の表面に向けて低下する板厚方向の
温度勾配を設けることを特徴とする静電接合方法。 - 【請求項４】温度勾配の高温側の表面を加熱し、低温側
の表面を冷却する請求項１ないし３のいずれかに記載の
静電接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33768492A JPH06188166A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 静電接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33768492A JPH06188166A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 静電接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188166A true JPH06188166A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18310994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33768492A Pending JPH06188166A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 静電接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188166A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100279053B1 (ko) * | 1998-01-09 | 2001-02-01 | 박호군 | 실리콘 박막을 이용한 유리 기판쌍의 정전 열접합 방법 |
| KR100386954B1 (ko) * | 2000-11-17 | 2003-06-09 | 주영창 | 유리와 실리콘 기판의 저온 직접접합방법 |
| CN102642808A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-08-22 | 厦门大学 | 基于静电键合的玻璃/硅/玻璃三层结构材料的制备方法 |
-
1992
- 1992-12-18 JP JP33768492A patent/JPH06188166A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100279053B1 (ko) * | 1998-01-09 | 2001-02-01 | 박호군 | 실리콘 박막을 이용한 유리 기판쌍의 정전 열접합 방법 |
| KR100386954B1 (ko) * | 2000-11-17 | 2003-06-09 | 주영창 | 유리와 실리콘 기판의 저온 직접접합방법 |
| CN102642808A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-08-22 | 厦门大学 | 基于静电键合的玻璃/硅/玻璃三层结构材料的制备方法 |
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