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JP2006069863A - Anodic bonding method and anodic bonding structure - Google Patents

Anodic bonding method and anodic bonding structure Download PDF

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JP2006069863A
JP2006069863A JP2004257197A JP2004257197A JP2006069863A JP 2006069863 A JP2006069863 A JP 2006069863A JP 2004257197 A JP2004257197 A JP 2004257197A JP 2004257197 A JP2004257197 A JP 2004257197A JP 2006069863 A JP2006069863 A JP 2006069863A
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Japan
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substrate
metal
glass substrate
anodic bonding
glass
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JP2004257197A
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Makoto Takahashi
誠 高橋
Kenji Ikeuchi
建二 池内
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Osaka University NUC
Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Original Assignee
Osaka University NUC
Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
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  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)

Abstract


【課題】 ガラス基板と金属基板とを多層接合するに際し、簡便に、かつ健全な接合部を得ることができる陽極接合方法を提供する。
【解決手段】 ガラス基板11の一方の表面に予めAg層12を形成し、Ag層12を正極側に接続してガラス基板11とAg層12とに電圧を印加してAgをガラス基板11中へ浸透させ、Ag層12をガラス基板11の表面から除去し、ガラス基板11のAgが浸透された側の面にシリコン基板15を当接させ、シリコン基板15を正極側に接続し、ガラス基板11とシリコン基板15とに電圧を印加して、陽極接合する。
【選択図】 図1

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anodic bonding method capable of obtaining a simple and sound bonded part when multilayer bonding a glass substrate and a metal substrate.
An Ag layer 12 is formed in advance on one surface of a glass substrate 11, the Ag layer 12 is connected to the positive electrode side, and a voltage is applied to the glass substrate 11 and the Ag layer 12 so that Ag is contained in the glass substrate 11. The Ag layer 12 is removed from the surface of the glass substrate 11, the silicon substrate 15 is brought into contact with the surface of the glass substrate 11 on which Ag is infiltrated, and the silicon substrate 15 is connected to the positive electrode side. 11 and the silicon substrate 15 are subjected to anodic bonding by applying a voltage.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、陽極接合方法および陽極接合構造に関する。   The present invention relates to an anodic bonding method and an anodic bonding structure.

力学的物理量を受けて電気信号に変換するたとえば圧力センサなどの検出器には、検出部が形成されたシリコン基板に、電極パターンが形成されたガラス基板を陽極接合して製造されるものがある。陽極接合は、一般的に、負極側に接続されるガラス基板と、正極側に接続されるシリコン基板とを当接させ、電圧印加装置によって両者に電圧を印加してガラス基板とシリコン基板とを接合するものである。   Some detectors such as pressure sensors that receive mechanical physical quantities and convert them into electrical signals are manufactured by anodically bonding a glass substrate on which an electrode pattern is formed to a silicon substrate on which a detector is formed. . In anodic bonding, generally, a glass substrate connected to the negative electrode side and a silicon substrate connected to the positive electrode side are brought into contact with each other, and a voltage is applied to both of the glass substrate and the silicon substrate by a voltage application device. It is what is joined.

図15は、ガラス基板1とシリコン基板2との陽極接合方法の概略を示す模式図である。なお、ガラス基板1は、汎用ガラスであるたとえばホウケイ酸ガラスであり、アルカリ金属であるたとえばナトリウム(Na)を含む。   FIG. 15 is a schematic diagram showing an outline of a method for anodic bonding between the glass substrate 1 and the silicon substrate 2. Glass substrate 1 is a general purpose glass such as borosilicate glass, and contains alkali metal such as sodium (Na).

図15(a)は、ガラス基板1とシリコン基板2とを単に当接させただけの状態である。ガラス基板1とシリコン基板2とを当接させると、マクロ的には、密着しているように見えても、分子レベルでは極めて微細な間隙3が存在する。図15(b)は、ガラス基板1を負極側に、シリコン基板2を正極側に接続して電圧を印加したばかりの状態である。電圧が印加されたことによって、ガラス基板1内でNaがプラス(+)に、酸素(O)がマイナス(−)にそれぞれイオン化する。シリコン基板2との界面寄り位置に存在するNaは、Naとなってガラス基板1の負極接続側へ向い移動し始める。 FIG. 15A shows a state where the glass substrate 1 and the silicon substrate 2 are simply brought into contact with each other. When the glass substrate 1 and the silicon substrate 2 are brought into contact with each other, a macroscopic gap 3 exists at the molecular level even though they seem to be in close contact with each other. FIG. 15B shows a state where a voltage is just applied with the glass substrate 1 connected to the negative electrode side and the silicon substrate 2 connected to the positive electrode side. When the voltage is applied, Na is ionized to plus (+) and oxygen (O) is minus (−) in the glass substrate 1. Na existing near the interface with the silicon substrate 2 becomes Na + and begins to move toward the negative electrode connection side of the glass substrate 1.

ガラス基板1のシリコン基板2との界面付近では、ガラス中の移動度が高いNaの移動によってO2−が相対的に富化されて負の電荷層が形成される。一方シリコン基板2のガラス基板1との界面付近では、正の電荷層が形成されるので、図15(c)に示すように、負の電荷層と正の電荷層との間に作用する静電引力によって、ガラス基板1とシリコン基板2とが分子レベルにおいても密着し、間隙3が消滅する。ガラス基板1とシリコン基板2との界面では、近接したSiとO2−とが結合し、図15(d)に示すような陽極酸化物(SiO)層5が形成されて、ガラス基板1とシリコン基板2とが陽極接合される。このとき、ガラス基板1の接合界面付近では、Naが移動したことによってアルカリイオン欠乏層4が形成される。 In the vicinity of the interface between the glass substrate 1 and the silicon substrate 2, O 2− is relatively enriched by the movement of Na + having a high mobility in the glass, and a negative charge layer is formed. On the other hand, since a positive charge layer is formed in the vicinity of the interface between the silicon substrate 2 and the glass substrate 1, as shown in FIG. 15C, a static charge acting between the negative charge layer and the positive charge layer is formed. Due to the attractive force, the glass substrate 1 and the silicon substrate 2 are brought into close contact with each other at the molecular level, and the gap 3 disappears. At the interface between the glass substrate 1 and the silicon substrate 2, adjacent Si + and O 2− are bonded to form an anodic oxide (SiO 2 ) layer 5 as shown in FIG. 1 and the silicon substrate 2 are anodically bonded. At this time, the alkali ion deficient layer 4 is formed in the vicinity of the bonding interface of the glass substrate 1 due to the movement of Na + .

陽極接合では、ガラス基板とシリコン基板との異質接合であることから、充分な接合強度を得ることが難しく、接合強度を一層高めることが求められており、たとえばガラス基板の表面に予めシリコン酸化膜を形成しておき、接合界面における陽極酸化物の生成物質である酸素イオンを増加させておくことによって接合強度を向上することが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。   In anodic bonding, since it is a heterogeneous bonding between a glass substrate and a silicon substrate, it is difficult to obtain sufficient bonding strength, and it is required to further increase the bonding strength. For example, a silicon oxide film is previously formed on the surface of the glass substrate. It has been proposed to improve the bonding strength by increasing the number of oxygen ions, which are the product of anodic oxide at the bonding interface (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、陽極接合においては、特許文献1のような単に接合強度を向上させること以外に、多様な形態の接合構造における接合部の健全性が求められている。たとえば、シリコン基板とガラス基板とを交互に積層させた多層接合構造などにおける接合健全性が求められている。   However, in anodic bonding, in addition to simply improving the bonding strength as in Patent Document 1, the soundness of the bonded portions in various forms of bonding structures is required. For example, joint soundness in a multi-layer joint structure in which silicon substrates and glass substrates are alternately laminated is required.

図16は、シリコン基板とガラス基板とを多層で陽極接合する方法の概略を示す模式図である。図16に示すような多層接合構造では、前述のようにシリコン基板2を正極側、ガラス基板1を負極側に接続して第1回目の陽極接合を行った後、もう一つのシリコン基板6を、接合済みのシリコン基板2の反対側でガラス基板1に当接させ、もう一つのシリコン基板6を正極側に接続し、接合済みのシリコン基板2を負極側に接続して第2回目の陽極接合をする。したがって、第1回目の陽極接合と、第2回目の陽極接合とでは、ガラス基板1に印加される電位の方向が逆になる。この電位の方向が逆になるように電圧が印加されることを、以後逆電圧印加と呼ぶ。   FIG. 16 is a schematic diagram showing an outline of a method for anodic bonding of a silicon substrate and a glass substrate in multiple layers. In the multilayer bonding structure as shown in FIG. 16, after the first anodic bonding is performed by connecting the silicon substrate 2 to the positive electrode side and the glass substrate 1 to the negative electrode side as described above, another silicon substrate 6 is bonded. Then, the glass substrate 1 is brought into contact with the opposite side of the bonded silicon substrate 2, the other silicon substrate 6 is connected to the positive electrode side, the bonded silicon substrate 2 is connected to the negative electrode side, and the second anode Join. Therefore, the direction of the potential applied to the glass substrate 1 is reversed between the first anodic bonding and the second anodic bonding. The application of a voltage so that the direction of the potential is reversed is hereinafter referred to as reverse voltage application.

ガラス基板1に逆電圧が印加されると、第2回目の陽極接合では負極になるシリコン基板2側に形成された接合界面である陽極酸化物層5の近傍にアルカリ金属イオンであるNaが集積する。このNaが接合界面に集積すると接合界面へ漏出してシリコン基板2を汚染するだけでなく、集積したNaがシリコン基板2とガラス基板1との接合強度の低下、甚だしい場合には接合界面の剥離を惹起し、また接合部における耐水性の劣化を惹起するという問題がある。 When a reverse voltage is applied to the glass substrate 1, Na +, which is an alkali metal ion, is formed in the vicinity of the anodic oxide layer 5, which is a bonding interface formed on the silicon substrate 2 side that becomes a negative electrode in the second anodic bonding. Accumulate. If this Na + accumulates at the bonding interface, it not only leaks into the bonding interface and contaminates the silicon substrate 2, but also the accumulated Na + reduces the bonding strength between the silicon substrate 2 and the glass substrate 1. There is a problem in that peeling of the film is caused and deterioration of water resistance in the joint portion is caused.

シリコン基板とガラス基板とを多層接合する1つの手法として、1枚のシリコン基板の両面にガラス基板を接合する陽極接合方法が提案されている(特許文献2参照)。特許文献2に開示される技術では、まずシリコン基板の一方の面に第1のガラス基板を、シリコン基板を正極に接続し第1のガラス基板を負極に接続して陽極接合する。その後、シリコン基板の他方の面に第2のガラス基板を接合するに際し、シリコン基板の他方の面にガラス層を形成し、第2のガラス基板のシリコン基板を臨む面にアルミニウム(Al)またはチタン(Ti)の金属酸化物層を形成し、第2のガラス基板側が正極に、シリコン基板側が負極になるように、すなわち逆電圧になるようにして接続し、陽極接合する。この特許文献2の技術によれば、シリコン基板と第2のガラス基板との間は逆電圧であるけれども、金属酸化物層とガラス層との間では、金属層が正極側でガラス層が負極側となる通常の陽極接合の電位状態になるので、強固な接合部が得られるというものである。   As one method for multi-layer bonding of a silicon substrate and a glass substrate, an anodic bonding method has been proposed in which a glass substrate is bonded to both surfaces of a single silicon substrate (see Patent Document 2). In the technique disclosed in Patent Document 2, first, a first glass substrate is connected to one surface of a silicon substrate, and the silicon substrate is connected to a positive electrode and the first glass substrate is connected to a negative electrode to perform anodic bonding. Thereafter, when the second glass substrate is bonded to the other surface of the silicon substrate, a glass layer is formed on the other surface of the silicon substrate, and aluminum (Al) or titanium is formed on the surface of the second glass substrate facing the silicon substrate. A metal oxide layer of (Ti) is formed, and the second glass substrate side is connected to the positive electrode, and the silicon substrate side is connected to the negative electrode, that is, with a reverse voltage, and anodic bonded. According to the technique of Patent Document 2, although the reverse voltage is present between the silicon substrate and the second glass substrate, the metal layer is the positive electrode side and the glass layer is the negative electrode between the metal oxide layer and the glass layer. Since this is in the normal anodic bonding potential state on the side, a strong bonded portion can be obtained.

しかしながら、特許文献2の技術には、シリコン基板にガラス層を形成し、第2のガラス基板に金属酸化物層を形成しなければならないので、工程数が増加して生産性が悪くなるという問題がある。また、シリコン基板に対するガラス層の形成は、水ガラスを塗布することによって行われるので、シリコン基板とガラス層との接合強度は充分ではなく、第2のガラス基板に対する金属酸化物の形成は、蒸着などによって行われるので塗布よりは強固であるけれども、やはり充分な接合強度とは言えないという問題がある。   However, in the technique of Patent Document 2, since a glass layer must be formed on a silicon substrate and a metal oxide layer must be formed on a second glass substrate, the number of processes increases and productivity deteriorates. There is. Further, since the glass layer is formed on the silicon substrate by applying water glass, the bonding strength between the silicon substrate and the glass layer is not sufficient, and the metal oxide is formed on the second glass substrate by vapor deposition. However, there is a problem that it cannot be said that the bonding strength is sufficient.

このように、ガラス基板と金属基板との多層接合において、簡便に、かつ健全な接合部が得られる陽極接合方法および接合構造が望まれている。   Thus, there is a demand for an anodic bonding method and a bonding structure that can provide a simple and sound bonded portion in multilayer bonding of a glass substrate and a metal substrate.

特開2001−274416号公報JP 2001-274416 A 特開2003−306351号公報JP 2003-306351 A

本発明の目的は、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを多層接合するに際し、簡便に、かつ健全な接合部を得ることができる陽極接合方法および陽極接合構造を提供することである。   An object of the present invention is to provide an anodic bonding method and an anodic bonding structure capable of easily and obtaining a sound bonded portion when multilayer bonding a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate.

本発明は、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合する陽極接合方法において、
ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、ガラス基板の一方の表面に予め形成する工程と、
易動性金属層を陽極側に接続してガラス基板と易動性金属層とに電圧を印加し、易動性金属をガラス基板中へ浸透させる工程と、
易動性金属層をガラス基板の表面から除去する工程と、
ガラス基板の易動性金属が浸透された側の面に金属基板または金属元素含有基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を陽極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程とを含むことを特徴とする陽極接合方法である。
The present invention is an anodic bonding method for bonding a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate,
Forming a movable metal layer comprising a movable metal in a glass substrate in advance on one surface of the glass substrate;
Connecting the movable metal layer to the anode side, applying a voltage to the glass substrate and the movable metal layer, and infiltrating the movable metal into the glass substrate;
Removing the movable metal layer from the surface of the glass substrate;
A metal substrate or a metal element-containing substrate is brought into contact with the surface of the glass substrate on which the movable metal is infiltrated, and the metal substrate or the metal element-containing substrate is connected to the anode side. And applying a voltage to the substrate to bond the glass substrate to the metal substrate or the metal element-containing substrate.

また本発明は、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合する陽極接合方法において、
ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、金属基板または金属元素含有基板の一方の表面に予め形成する工程と、
金属基板または金属元素含有基板の易動性金属層が形成された側の面にガラス基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を陽極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程とを含むことを特徴とする陽極接合方法である。
Further, the present invention provides an anodic bonding method for bonding a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate,
Forming a movable metal layer comprising a movable metal in a glass substrate in advance on one surface of the metal substrate or the metal element-containing substrate;
The glass substrate is brought into contact with the surface of the metal substrate or the metal element-containing substrate on which the movable metal layer is formed, the metal substrate or the metal element-containing substrate is connected to the anode side, and the glass substrate and the metal substrate or metal element are connected. And applying a voltage to the contained substrate to join the glass substrate and the metal substrate or the metal element-containing substrate.

また本発明は、ガラス基板の金属基板または金属元素含有基板と接合された側と反対側の面にもう一つの金属基板または金属元素含有基板を当接させ、もう一つの金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程をさらに含むことを特徴とする。   Further, the present invention provides another metal substrate or a metal element-containing substrate in contact with the surface of the glass substrate opposite to the side bonded to the metal substrate or the metal element-containing substrate. A substrate is connected to the positive electrode side, a voltage is applied to another metal substrate or a metal element-containing substrate, a glass substrate, and a metal substrate or a metal element-containing substrate, and another metal substrate or a metal element-containing substrate and a glass substrate The method further includes a step of bonding the metal substrate or the metal element-containing substrate.

また本発明は、易動性金属が、銀および銅のうちから選択される1または2であることを特徴とする。   In the present invention, the movable metal is 1 or 2 selected from silver and copper.

また本発明は、金属基板が、シリコン基板であることを特徴とする。
また本発明は、金属元素含有基板が、セラミック基板であることを特徴とする。
In the present invention, the metal substrate is a silicon substrate.
In the present invention, the metal element-containing substrate is a ceramic substrate.

また本発明は、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とが接合されてなる陽極接合構造であって、
金属基板または金属元素含有基板に接合されたガラス基板の接合側の界面付近にガラス基板中における易動性金属元素の浸透層が備わることを特徴とする陽極接合構造である。
Further, the present invention is an anodic bonding structure in which a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate are bonded,
An anode bonding structure characterized in that a permeation layer of a movable metal element in a glass substrate is provided in the vicinity of an interface on a bonding side of the glass substrate bonded to the metal substrate or the metal element-containing substrate.

また本発明は、易動性金属元素が、銀および銅のうちから選択される1または2であることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the movable metal element is 1 or 2 selected from silver and copper.

本発明によれば、易動性金属をガラス基板中へ予め浸透させ、ガラス基板の易動性金属が浸透された側の面に金属基板または金属元素含有基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加して、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを陽極接合させる。この陽極接合をすることによって、たとえばガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを多層接合する場合などのように、ガラス基板が正極側に、金属基板または金属元素含有基板が負極側に接続される逆電圧が印加される場合、ガラス基板中の浸透された易動性金属イオンが、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板との接合界面付近へ移動集積するので、ガラス基板中に含まれるアルカリ金属イオンが接合界面に集積および漏出することを防止できる。したがって、接合部のアルカリ金属による汚染、き裂および剥離の発生が防止されて健全性が確保される。   According to the present invention, the movable metal is preliminarily permeated into the glass substrate, and the metal substrate or the metal element-containing substrate is brought into contact with the surface of the glass substrate on which the movable metal is impregnated. The element-containing substrate is connected to the positive electrode side, and a voltage is applied to the glass substrate and the metal substrate or the metal element-containing substrate to anodic bond the glass substrate and the metal substrate or the metal element-containing substrate. By performing this anodic bonding, the glass substrate is connected to the positive electrode side and the metal substrate or the metal element-containing substrate is connected to the negative electrode side, for example, when a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate are bonded in multilayer. When a reverse voltage is applied, the permeated mobile metal ions in the glass substrate move and accumulate near the junction interface between the glass substrate and the metal substrate or the metal element-containing substrate, and thus are contained in the glass substrate. Alkali metal ions can be prevented from accumulating and leaking at the bonding interface. Accordingly, the occurrence of contamination, cracking and peeling of the joint portion with alkali metal is prevented, and soundness is ensured.

また本発明によれば、ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、金属基板または金属元素含有基板の一方の表面に予め形成し、該易動性金属層が形成された側の面にガラス基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加して、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを陽極接合させる。この陽極接合によれば、上記の発明による効果と同様の効果を奏することができるとともに、易動性金属のガラス基板への浸透と、ガラス基板に対する金属基板または金属元素含有基板の接合とを同時に行うことができるので、逆電圧が印加される場合にも健全な接合部を確保できる陽極接合を一層簡便に実現することができる。   Further, according to the present invention, the movable metal layer containing the movable metal in the glass substrate is formed in advance on one surface of the metal substrate or the metal element-containing substrate, and the movable metal layer is formed. The glass substrate is brought into contact with the surface on the side, the metal substrate or the metal element-containing substrate is connected to the positive electrode side, a voltage is applied to the glass substrate and the metal substrate or the metal element-containing substrate, and the glass substrate and the metal substrate Alternatively, the metal element-containing substrate is anodically bonded. According to this anodic bonding, the same effect as that of the above-described invention can be obtained, and the penetration of the movable metal into the glass substrate and the bonding of the metal substrate or the metal element-containing substrate to the glass substrate are simultaneously performed. Since it can be performed, anodic bonding that can ensure a sound joint even when a reverse voltage is applied can be realized more simply.

また本発明によれば、ガラス基板の両面に金属基板または金属元素含有基板を陽極接合する。もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板との陽極接合で逆電圧が印加されるとき、ガラス基板中の易動性金属イオンが、第1回目の金属基板または金属元素含有基板とガラス基板との陽極接合界面付近に集積するので、アルカリ金属イオンの集積が防止されて健全な多層陽極接合を実現することができる。   According to the invention, the metal substrate or the metal element-containing substrate is anodically bonded to both surfaces of the glass substrate. When a reverse voltage is applied by anodic bonding between another metal substrate or a metal element-containing substrate and a glass substrate, the mobile metal ions in the glass substrate are converted into the first metal substrate or the metal element-containing substrate and the glass. Since accumulation is performed in the vicinity of the anodic bonding interface with the substrate, accumulation of alkali metal ions is prevented and sound multilayer anodic bonding can be realized.

なお、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに逆電圧を印加して多層陽極接合するという発明の主旨から、金属基板または金属元素含有基板の両面にガラス基板を陽極接合する変形が許容されることは言うまでもない。   From the gist of the invention of applying a reverse voltage to a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate to perform multi-layer anodic bonding, deformation of anodic bonding of the glass substrate on both surfaces of the metal substrate or metal element-containing substrate is allowed. Needless to say.

また本発明によれば、易動性金属として、銀および銅のうちから1または2が選択される。銀および銅は、ガラス基板中において、アルカリ金属イオンと同等の移動度を有するので、浸透させることが容易であり、また浸透された銀または銅イオンが、アルカリ金属イオンの移動を抑えて移動することができる。したがって、銀および銅は、逆電圧が印加される陽極接合において、接合部の健全性確保に好適に用いられる。   Moreover, according to this invention, 1 or 2 is selected from silver and copper as a movable metal. Since silver and copper have the same mobility as alkali metal ions in the glass substrate, it is easy to permeate, and the permeated silver or copper ions move while suppressing the movement of alkali metal ions. be able to. Therefore, silver and copper are suitably used for ensuring the soundness of the joint in anodic bonding to which a reverse voltage is applied.

また本発明によれば、金属基板が、シリコン基板であり、金属元素含有基板が、セラミック基板である。このことによって、ガラス基板とシリコン基板との多層陽極接合、またガラス基板とセラミック基板との多層陽極接合が実現される。   According to the invention, the metal substrate is a silicon substrate, and the metal element-containing substrate is a ceramic substrate. This realizes multilayer anodic bonding between the glass substrate and the silicon substrate and multilayer anodic bonding between the glass substrate and the ceramic substrate.

また本発明によれば、陽極接合構造には、金属基板または金属元素含有基板に接合されたガラス基板の接合側の界面付近にガラス基板中における易動性金属元素、好ましくは銀および銅のうちから選択される1または2の浸透層が備わる。このような陽極接合構造は、逆電圧が印加される場合にも、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板との接合部の健全性が確保されるので、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板との接合部品質に優れた多層構造を得ることができる。   Further, according to the present invention, the anodic bonding structure has a movable metal element in the glass substrate, preferably silver and copper, in the vicinity of the interface on the bonding side of the glass substrate bonded to the metal substrate or the metal element-containing substrate. 1 or 2 osmotic layers selected from Such an anodic bonding structure ensures the soundness of the joint between the glass substrate and the metal substrate or the metal element-containing substrate even when a reverse voltage is applied. A multilayer structure excellent in the quality of the joint with the substrate can be obtained.

図1は、本発明の実施の第1態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。以下、図1を参照して実施の第1態様である陽極接合方法について説明する。   FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of the anodic bonding method according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the anodic bonding method according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1(a)に示す工程では、ガラス基板11中における易動性金属を含んで成る易動性金属層12を、ガラス基板11の一方の表面に予め形成する。ガラス基板11としては、たとえばホウケイ酸ガラスなどが挙げられる。ここで易動性金属とは、ガラス基板中におけるイオンの移動度が、アルカリ金属たとえばナトリウム(Na)、リチウム(Li)などのイオンの移動度とほぼ同等の金属のことであり、好ましくは銀(Ag)および銅(Cu)のうちから選択される1または2が用いられる。本実施態様では、Agを用いる。   In the step shown in FIG. 1A, a movable metal layer 12 including a movable metal in the glass substrate 11 is formed in advance on one surface of the glass substrate 11. Examples of the glass substrate 11 include borosilicate glass. Here, the mobile metal is a metal whose ion mobility in the glass substrate is substantially the same as that of an alkali metal such as sodium (Na) or lithium (Li), preferably silver. 1 or 2 selected from (Ag) and copper (Cu) is used. In this embodiment, Ag is used.

ガラス基板11の一方の表面に対するAg層12の形成は、公知の蒸着法またはスパッタリング法によって実現できる。本実施態様では、形成するAg層12の広さに対応する開口部13が形成されたマスク部材14を、ガラス基板11のAg層12を形成するべき一方の面に押当て、マスク部材14側からAgを蒸着させて形成する。   The formation of the Ag layer 12 on one surface of the glass substrate 11 can be realized by a known vapor deposition method or sputtering method. In this embodiment, the mask member 14 in which the opening 13 corresponding to the width of the Ag layer 12 to be formed is pressed against one surface of the glass substrate 11 on which the Ag layer 12 is to be formed, and the mask member 14 side To form Ag by vapor deposition.

図1(b)に示す工程では、Ag層12を正極側に接続し、ガラス基板11をグランドさせて、ガラス基板11とAg層12とに電圧(本実施態様では200V)を印加し、Agをガラス基板11中へ浸透させる。このとき、ガラス基板11中では、ナトリウムイオン(Na)がグランド側へ移動し、Ag層12との界面付近でNaが減少した領域にAgが浸透する。図1(c)に示す工程では、浸透処理後、Ag層12をガラス基板11の表面から除去する。このAg層12の除去は、機械的にぬぐうなどの処理によって容易に実現される。 In the step shown in FIG. 1B, the Ag layer 12 is connected to the positive electrode side, the glass substrate 11 is grounded, a voltage (200 V in this embodiment) is applied to the glass substrate 11 and the Ag layer 12, and Ag Infiltrate into the glass substrate 11. At this time, sodium ions (Na + ) move to the ground side in the glass substrate 11, and Ag permeates into a region where Na + is reduced near the interface with the Ag layer 12. In the step shown in FIG. 1C, the Ag layer 12 is removed from the surface of the glass substrate 11 after the permeation treatment. The removal of the Ag layer 12 is easily realized by a process such as mechanical wiping.

図1(d)に示す工程では、ガラス基板11のAgが浸透された側の面に、金属基板15を当接させ、金属基板15を正極側に接続し、ガラス基板11をグランドし、ガラス基板11と金属基板15とに電圧(本実施態様では500V)を印加し、ガラス基板11と金属基板15とを陽極接合させる。本実施態様では、金属基板15としてシリコン基板15について例示する。   In the step shown in FIG. 1D, the metal substrate 15 is brought into contact with the surface of the glass substrate 11 on which Ag is infiltrated, the metal substrate 15 is connected to the positive electrode side, the glass substrate 11 is grounded, and the glass A voltage (500 V in this embodiment) is applied to the substrate 11 and the metal substrate 15 to anodic bond the glass substrate 11 and the metal substrate 15. In this embodiment, the silicon substrate 15 is illustrated as the metal substrate 15.

このときの陽極接合の挙動は、前述のAgをガラス基板に浸透させない場合の挙動に類似する。すなわち、シリコン基板15を正極側に接続し、ガラス基板11をグランド(負極側に接続するのと同等)し、電圧を印加すると、界面寄りに存在する前記浸透されたAgは、Agとなってガラス基板11のグランド側へ向い移動し、ガラス基板11のシリコン基板15との界面付近では負の電荷層が形成され、シリコン基板15の界面付近では正の電荷層が形成されて、静電引力によりガラス基板11とシリコン基板15とが分子レベルにおいても密着し、さらに、界面では近接したシリコン基板15のSiとガラス基板11のO2−とが結合し、陽極酸化物(SiO)層が形成されて、ガラス基板11とシリコン基板15とが陽極接合される。 The behavior of the anodic bonding at this time is similar to the behavior in the case where the aforementioned Ag is not permeated into the glass substrate. That is, when the silicon substrate 15 is connected to the positive electrode side, the glass substrate 11 is grounded (equivalent to connecting to the negative electrode side), and a voltage is applied, the permeated Ag existing near the interface becomes Ag +. The glass substrate 11 moves toward the ground side, and a negative charge layer is formed in the vicinity of the interface between the glass substrate 11 and the silicon substrate 15, and a positive charge layer is formed in the vicinity of the interface with the silicon substrate 15. The glass substrate 11 and the silicon substrate 15 are brought into close contact with each other even at the molecular level due to the attractive force, and Si + of the adjacent silicon substrate 15 and O 2− of the glass substrate 11 are bonded at the interface, and an anodic oxide (SiO 2 ). A layer is formed, and the glass substrate 11 and the silicon substrate 15 are anodically bonded.

このようにして形成されるガラス基板11とシリコン基板15とによるの陽極接合構造は、陽極接合時の電圧印加によってAgが移動するので、シリコン基板15に接合されたガラス基板11の接合側の界面からは若干離隔した位置になるけれども、界面から遠からざる付近にAgの浸透層が備わることを特徴とする。 In the anodic bonding structure formed by the glass substrate 11 and the silicon substrate 15 formed in this way, Ag + is moved by voltage application during anodic bonding, and therefore, the bonding side of the glass substrate 11 bonded to the silicon substrate 15 is moved. Although it is located at a position slightly separated from the interface, an Ag infiltration layer is provided in the vicinity not far from the interface.

図2は、本発明の実施の第2態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。以下、図2を参照して実施の第2態様である陽極接合方法について説明する。本実施態様は、実施の第1態様に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。   FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the anodic bonding method according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, the anodic bonding method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is similar to the first embodiment, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図2(a)に示す工程では、Ag層12を、シリコン基板15の一方の表面に予め形成する。本実施態様では、シリコン基板15の側にAg層12を形成する。このAg層12の形成は、実施の第1態様と同様に公知の蒸着法によって実現できる。   In the step shown in FIG. 2A, the Ag layer 12 is formed in advance on one surface of the silicon substrate 15. In this embodiment, the Ag layer 12 is formed on the silicon substrate 15 side. The formation of the Ag layer 12 can be realized by a known vapor deposition method as in the first embodiment.

図2(b)に示す工程では、シリコン基板15のAg層12が形成された側の面にガラス基板11を当接させ、シリコン基板15を正極側に接続し、ガラス基板11をグランドし、ガラス基板11とシリコン基板15とに電圧(本実施態様では500V)を印加し、ガラス基板11とシリコン基板15とを陽極接合させる。   In the step shown in FIG. 2B, the glass substrate 11 is brought into contact with the surface of the silicon substrate 15 on which the Ag layer 12 is formed, the silicon substrate 15 is connected to the positive electrode side, the glass substrate 11 is grounded, A voltage (500 V in this embodiment) is applied to the glass substrate 11 and the silicon substrate 15 to anodic bond the glass substrate 11 and the silicon substrate 15.

本態様によれば、Agのガラス基板11への浸透と、ガラス基板11に対するシリコン基板15の接合とを同時に行うことができるので、逆電圧が印加される場合にも健全な接合部を確保できる陽極接合を一層簡便に実現することができる。   According to this aspect, since the penetration of Ag into the glass substrate 11 and the bonding of the silicon substrate 15 to the glass substrate 11 can be performed simultaneously, a sound bonded portion can be secured even when a reverse voltage is applied. Anodic bonding can be realized more easily.

図3は、本発明の実施の第3態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。以下、図3を参照して実施の第3態様である陽極接合方法について説明する。本実施態様は、実施の第1または第2態様で形成された陽極接合構造におけるガラス基板11の他方の面側にさらにシリコン基板16を陽極接合する工程を含むものである。したがって、シリコン基板15とガラス基板11とから成る陽極接合構造を形成するまでの工程については、実施の第1または第2態様と同一であるので、その説明を省略する。   FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of the anodic bonding method according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, the anodic bonding method according to the third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment includes a step of further anodically bonding the silicon substrate 16 to the other surface side of the glass substrate 11 in the anodic bonding structure formed in the first or second embodiment. Therefore, the steps until the anodic bonding structure composed of the silicon substrate 15 and the glass substrate 11 is formed are the same as those in the first or second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図3に示す工程では、ガラス基板11のシリコン基板15(以後、便宜上第1シリコン基板15と呼ぶ)と接合された側と反対側の面に、もう一つのシリコン基板16(以後、便宜上第2シリコン基板16と呼ぶ)を当接させ、第2シリコン基板16を正極側に接続し、第1シリコン基板15をグランドし、第2シリコン基板16とガラス基板11と第1シリコン基板15とに電圧(本実施態様では500V)を印加し、第2シリコン基板16とガラス基板11と第1シリコン基板15とを陽極接合させる。   In the process shown in FIG. 3, another silicon substrate 16 (hereinafter referred to as the second silicon for convenience) is formed on the surface of the glass substrate 11 opposite to the side bonded to the silicon substrate 15 (hereinafter referred to as the first silicon substrate 15 for convenience). The second silicon substrate 16 is connected to the positive electrode side, the first silicon substrate 15 is grounded, and voltage is applied to the second silicon substrate 16, the glass substrate 11, and the first silicon substrate 15. (500 V in this embodiment) is applied, and the second silicon substrate 16, the glass substrate 11, and the first silicon substrate 15 are anodically bonded.

本態様の場合、ガラス基板11と第1シリコン基板15との間では、ガラス基板11が正極側であり、第1シリコン基板15が負極側という逆電圧が印加された状態となる。この状態では、ガラス基板11中において、第1シリコン基板15との接合界面に向って、プラスイオンが移動する。   In the case of this aspect, a reverse voltage is applied between the glass substrate 11 and the first silicon substrate 15 such that the glass substrate 11 is on the positive electrode side and the first silicon substrate 15 is on the negative electrode side. In this state, positive ions move in the glass substrate 11 toward the bonding interface with the first silicon substrate 15.

ここでガラス基板11中のプラスイオンとしては、元からガラス基板11に含まれるNaと、浸透させたAgとが存在する。これら両イオンのうち、前述のように、Agは、先の陽極接合によって接合界面から離隔した位置へ移動するけれども、遠からざる位置に存在し、Naの移動により形成されたNa濃化層は、Ag濃化層よりもさらに第2シリコン基板16寄り、すなわちガラス基板11と第1シリコン基板15との接合界面から遠い位置に存在する。したがって、ガラス基板11と第1シリコン基板15とに逆電圧が印加されたとき、まずAgがガラス基板11と第1シリコン基板15との接合界面に向って移動集積するので、先にAgが集積濃化した領域にNaは集積することができない。 Here, as positive ions in the glass substrate 11, there are Na + originally contained in the glass substrate 11 and infiltrated Ag + . Among these amphoteric, as described above, Ag +, although moves to a position away from the bonding interface by the foregoing anodic bonding, present in Zaru before long position, Na + enriched formed by the movement of Na + The layer is located closer to the second silicon substrate 16 than the Ag + concentrated layer, that is, at a position farther from the bonding interface between the glass substrate 11 and the first silicon substrate 15. Therefore, when a reverse voltage is applied to the glass substrate 11 and the first silicon substrate 15, since the first Ag + is moved to integrated toward the bonding interface between the glass substrate 11 and the first silicon substrate 15, previously Ag + Na + cannot be accumulated in the region where the concentration is increased.

このことによって、逆電圧が印加される場合であっても、第1シリコン基板15とガラス基板11との接合部にアルカリ金属イオンであるNaが集積および漏出することが防止されるので、これらに起因する汚染、き裂および剥離の発生が防止されて接合部の健全性が確保される。 As a result, even when a reverse voltage is applied, it is possible to prevent Na +, which is an alkali metal ion, from being collected and leaked at the junction between the first silicon substrate 15 and the glass substrate 11. Occurrence of contamination, cracks, and peeling due to the above is prevented, and the soundness of the joint is ensured.

第2シリコン基板16とガラス基板11との間は、通常の電圧が印加されるので、前述の図15に示すのと同様にして陽極接合される。なお、さらなる多層の陽極接合、すなわちガラス基板11と第2シリコン基板16との間に逆電圧が印加されることを想定し、ガラス基板11と第2ガラス基板16との接合に先だって、Agのガラス基板11への浸透処理または第2シリコン基板16に対するAg層12の形成処理を行ってもよい。   Since a normal voltage is applied between the second silicon substrate 16 and the glass substrate 11, anodic bonding is performed in the same manner as shown in FIG. In addition, it is assumed that a reverse voltage is applied between the glass substrate 11 and the second silicon substrate 16, and prior to the bonding of the glass substrate 11 and the second glass substrate 16, Ag of Ag You may perform the penetration process to the glass substrate 11, or the formation process of the Ag layer 12 with respect to the 2nd silicon substrate 16. FIG.

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、実施例に記載の範囲に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱することのない範囲において種々の変形例が許される。   Examples of the present invention will be described below. Note that the present invention is not limited to the scope described in the embodiments, and various modifications are allowed without departing from the spirit of the present invention.

本実施例では、Agを浸透させないガラス基板と、Agを浸透させたガラス基板とを準備し、それぞれシリコン基板と、通常の電圧を印加して陽極接合した後、逆電圧を印加し、逆電圧印加後の接合部の健全性とAgおよびNaの挙動とについて試験した。   In this example, a glass substrate that does not permeate Ag and a glass substrate that permeates Ag are prepared. After anodizing by applying a normal voltage to each of the silicon substrates, a reverse voltage is applied and a reverse voltage is applied. The integrity of the joint after application and the behavior of Ag and Na were tested.

図4は、本試験において用いたガラス基板11とシリコン基板15との形状および寸法を示す斜視図である。本試験において用いたガラス基板11は、厚さ;1mm、直径;25mmの円板状を有するホウケイ酸ガラス(パイレックスガラス;登録商標)であり、その成分を表1に示す。シリコン基板15は、厚さ;0.3mm、辺長:15mmの正方形状を有する薄板のn−typeの半導体シリコン基板である。   FIG. 4 is a perspective view showing the shapes and dimensions of the glass substrate 11 and the silicon substrate 15 used in this test. The glass substrate 11 used in this test is a borosilicate glass (Pyrex glass; registered trademark) having a disk shape with a thickness of 1 mm and a diameter of 25 mm, and its components are shown in Table 1. The silicon substrate 15 is a thin n-type semiconductor silicon substrate having a square shape with a thickness of 0.3 mm and a side length of 15 mm.

図5は、試験に用いた陽極接合装置20の構成を簡略化して示す図である。陽極接合装置20は、大略チャンバ21と、チャンバ21内に設けられるカーボンヒータ22と、第1および第2電極23,24と、チャンバ21外に設けられる電圧印加用電源25と、電圧測定回路26と、真空排気系27とを含む。   FIG. 5 is a diagram showing a simplified configuration of the anodic bonding apparatus 20 used in the test. The anodic bonding apparatus 20 generally includes a chamber 21, a carbon heater 22 provided in the chamber 21, first and second electrodes 23 and 24, a voltage application power source 25 provided outside the chamber 21, and a voltage measurement circuit 26. And an evacuation system 27.

チャンバ21は、金属製の中空容器であり、後述する試料32を出入するための開閉自在かつチャンバ21内の空間を封止可能な扉を備え、側壁に内部空間を真空排気するための排気口28が形成されている。この排気口28に真空排気系27を構成する配管および配管の先に真空ポンプが接続される。このことによって、陽極接合装置20はチャンバ21内空間を真空雰囲気にすることができる。   The chamber 21 is a metal hollow container, and includes a door that can be opened and closed to enter and exit a sample 32 described later and can seal the space in the chamber 21, and an exhaust port for evacuating the internal space on the side wall. 28 is formed. A vacuum pump is connected to the exhaust port 28 and a pipe constituting the vacuum exhaust system 27 and the end of the pipe. Thereby, the anodic bonding apparatus 20 can make the space in the chamber 21 into a vacuum atmosphere.

カーボンヒータ22は、不図示の制御電源に接続され、チャンバ21内空間に装入される試料32を所望の温度に加熱することができる。第1および第2電極23,24は、銅または銅合金製の電極であり、図5では第1電極23が正極側に接続され、第2電極24が負極側に接続されるけれども、直流電源である電圧印加用電源25に対する接続を逆にすることによって試料32に逆電圧を印加することができる。電圧測定回路26は、試料32に対する電圧印加回路29に直列に接続される抵抗30と、抵抗30に並列接続される電圧計31とによって構成される。   The carbon heater 22 is connected to a control power source (not shown) and can heat the sample 32 inserted in the space in the chamber 21 to a desired temperature. The first and second electrodes 23 and 24 are copper or copper alloy electrodes. In FIG. 5, the first electrode 23 is connected to the positive electrode side, and the second electrode 24 is connected to the negative electrode side. The reverse voltage can be applied to the sample 32 by reversing the connection to the voltage application power source 25. The voltage measurement circuit 26 includes a resistor 30 connected in series to a voltage application circuit 29 for the sample 32 and a voltmeter 31 connected in parallel to the resistor 30.

図5では、試料32は、シリコン基板15が正極側である第1電極23に接続され、ガラス基板11が負極側である第2電極24に接続される通常電圧が印加される構成であるけれども、上記のように、第1および第2電極23,24の電圧印加用電源25に対する接続を逆にすることによって、逆電圧にすることができる。   In FIG. 5, the sample 32 has a configuration in which a normal voltage is applied in which the silicon substrate 15 is connected to the first electrode 23 on the positive electrode side and the glass substrate 11 is connected to the second electrode 24 on the negative electrode side. As described above, the reverse voltage can be obtained by reversing the connection of the first and second electrodes 23 and 24 to the voltage applying power source 25.

また、チャンバ21内には、試料32と同じ構成で、シリコン基板15aとガラス基板11aとから成るダミー試料32aが、設けられる。このダミー試料32aには、熱電対33が接続され、熱電対33の出力をデジタル電圧計34で検出することによってダミー試料32aの温度を測定することができる。このダミー試料32aの温度から同一構成である試料32の温度を得る。   In the chamber 21, a dummy sample 32a having the same configuration as the sample 32 and including a silicon substrate 15a and a glass substrate 11a is provided. A thermocouple 33 is connected to the dummy sample 32 a, and the temperature of the dummy sample 32 a can be measured by detecting the output of the thermocouple 33 with the digital voltmeter 34. The temperature of the sample 32 having the same configuration is obtained from the temperature of the dummy sample 32a.

本試験において、比較例試料は、入手ままのホウケイ酸ガラスであるガラス基板と、シリコン基板との組合せであり、実施例試料は、ホウケイ酸ガラスにAg浸透処理を行ったガラス基板とシリコン基板との組合せである。ホウケイ酸ガラスに対するAg浸透処理は、以下のように行った。ホウケイ酸ガラスであるガラス基板の一方の表面に公知の蒸着法でAg層を形成した。次に、Ag層を形成したガラス基板を陽極接合装置20に装入し、チャンバ21内を真空雰囲気にした後、カーボンヒータ22でガラス基板を290℃に加熱した状態で、Ag層を第1電極23に接続し、ガラス基板を第2電極24に接続して、200Vの電圧を600sec間印加してAgをガラス基板に浸透させた。   In this test, the comparative example sample is a combination of a glass substrate that is a borosilicate glass as obtained and a silicon substrate, and the example sample is a glass substrate obtained by performing Ag infiltration treatment on a borosilicate glass and a silicon substrate. It is a combination. Ag infiltration treatment for borosilicate glass was performed as follows. An Ag layer was formed on one surface of a glass substrate made of borosilicate glass by a known vapor deposition method. Next, the glass substrate on which the Ag layer is formed is inserted into the anodic bonding apparatus 20, the inside of the chamber 21 is evacuated, and then the glass substrate is heated to 290 ° C. with the carbon heater 22, and then the Ag layer is the first layer. The glass substrate was connected to the electrode 23, the glass substrate was connected to the second electrode 24, and a voltage of 200 V was applied for 600 seconds to infiltrate Ag into the glass substrate.

実施例試料と比較例試料とについて、表2に示す条件で第1回目としてシリコン基板を正極側に接続しガラス基板を負極側に接続した通常電圧を印加して陽極接合を行い、その後、第2回目として電極の接続を逆にして逆電圧印加を行った。   With respect to the example sample and the comparative example sample, anodic bonding was performed by applying a normal voltage in which the silicon substrate was connected to the positive electrode side and the glass substrate was connected to the negative electrode side as the first time under the conditions shown in Table 2, The reverse voltage application was performed by reversing the electrode connection as the second time.

第1回目の陽極接合後および第2回目の逆電圧印加後の実施例試料と比較例試料とのそれぞれについて、以下の試験を行った。   The following tests were performed for each of the example samples and the comparative sample after the first anodic bonding and after the second reverse voltage application.

<接合部の健全性評価>
図6は、陽極接合後および逆電圧印加後の試料の観察方向を示す図である。陽極接合後および逆電圧印加後の試料、すなわち重なり合っているシリコン基板15とガラス基板11とを、図6中の矢符35に示すように、ガラス基板11側からガラス基板11を透して目視観察および顕微鏡観察することによって、接合部におけるき裂または剥離などの欠陥の有無を調査した。
<Evaluation of soundness of joints>
FIG. 6 is a diagram illustrating the observation direction of the sample after anodic bonding and after application of a reverse voltage. The sample after anodic bonding and after application of the reverse voltage, that is, the overlapping silicon substrate 15 and glass substrate 11 is visually observed through the glass substrate 11 from the glass substrate 11 side as indicated by an arrow 35 in FIG. By observing and observing under a microscope, the presence or absence of defects such as cracks or delamination at the joint was investigated.

<接合部におけるAgおよびNaの挙動>
実施例試料および比較例試料について、接合部付近をElectron Probe Micro Analysis(EPMA)またはEnergy Dispersive X-ray Spectroscopy(EDS)で分析し、AgおよびNaの濃化の状態を検出した。
<Ag and Na Behavior at the Joint>
About the example sample and the comparative example sample, the vicinity of the joint was analyzed by Electron Probe Micro Analysis (EPMA) or Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) to detect the state of concentration of Ag and Na.

以下に試験結果を説明する。
図7は比較例試料の陽極接合後の観察結果であり、図8は実施例試料の陽極接合後の観察結果である。通常電圧を印加して陽極接合を行った段階では、ガラス基板に対するAg浸透処理の有無の影響は全く無く、比較例試料および実施例試料ともに接合部に欠陥の発生が認められない。
The test results will be described below.
FIG. 7 shows the observation result after anodic bonding of the comparative sample, and FIG. 8 shows the observation result after anodic bonding of the example sample. At the stage where anodic bonding is performed by applying a normal voltage, there is no influence of the presence or absence of the Ag infiltration treatment on the glass substrate, and no defect is observed in the bonded portion in both the comparative sample and the example sample.

図9は比較例試料の逆電圧印加後の観察結果であり、図10は実施例試料の逆電圧印加後の観察結果である。図9に示すガラス基板にAg浸透処理が施されていない比較例試料では、斑点状に見られる異常部分41が多数観察される。図11は、図9に示す比較例試料の斑点状部分を拡大して示す図である。異常部分41を顕微鏡で拡大観察した結果、これらは、き裂または剥離を発生している欠陥41である。   FIG. 9 shows the observation results after applying the reverse voltage to the comparative sample, and FIG. 10 shows the observation results after applying the reverse voltage to the example sample. In the comparative sample in which the Ag infiltration treatment is not performed on the glass substrate shown in FIG. 9, a large number of abnormal portions 41 that are seen as spots are observed. FIG. 11 is an enlarged view of the spotted portion of the comparative sample shown in FIG. As a result of magnifying and observing the abnormal portion 41 with a microscope, these are the defects 41 in which cracks or peeling occurs.

一方、ガラス基板にAg浸透処理を施した実施例試料では、異常部分が認められない。図12は、図10に示す実施例試料を拡大して示す図である。実施例試料では、円形状に見られる汚れ42が若干認められるけれども、き裂または剥離等の欠陥は全く認められず健全な接合部が維持されていた。   On the other hand, in the example sample in which the Ag infiltration treatment was performed on the glass substrate, no abnormal portion was observed. FIG. 12 is an enlarged view of the example sample shown in FIG. In the example sample, although some dirt 42 observed in a circular shape was observed, defects such as cracks or peeling were not recognized at all, and a healthy joint was maintained.

図13は、比較例試料の接合界面付近をEPMAにより元素分布を測定した結果を示す図である。図13(a)に示す陽極接合した段階の測定結果では、ガラス基板とシリコン基板との接合界面付近におけるNaの濃化はほとんど認められない。図13(b)に示す逆電圧印加後の上記斑点状に見える変色域を測定した結果では、接合界面付近においてNaの濃化が明瞭に認められる。また図13(c)に示す逆電圧印加後の上記斑点状以外の部分である非変色域を測定した結果では、接合界面付近において、変色域よりは低いけれども、Naの濃化が認められる。図13(b)および図13(c)の結果から、逆電圧印加により接合界面付近にNaが集積濃化し、Naの集積濃化の程度が甚だしくなると欠陥発生に至ることが判る。   FIG. 13 is a diagram showing the results of measuring the element distribution in the vicinity of the bonding interface of the comparative sample by EPMA. In the measurement result at the stage of anodic bonding shown in FIG. 13A, the concentration of Na in the vicinity of the bonding interface between the glass substrate and the silicon substrate is hardly recognized. In the result of measuring the discolored region that looks like the spots after the reverse voltage application shown in FIG. 13B, the concentration of Na is clearly recognized in the vicinity of the bonding interface. In addition, in the result of measuring the non-discoloring region that is a portion other than the spotted shape after the reverse voltage application shown in FIG. From the results of FIG. 13B and FIG. 13C, it can be seen that when the reverse voltage is applied, Na is concentrated and concentrated in the vicinity of the junction interface, and defects are generated when the degree of concentration of Na is increased.

図14は、実施例試料の接合界面付近をEDSにより元素分析した結果を示す図である。図14(a)は、ガラス基板11とシリコン基板15との接合界面43付近の元素分析位置を示す。図14(a)中紙面に向って左上から右下に延びるライン43が上記接合界面43である。図14(a)中大文字のアルファベットA〜Dは、元素分析位置であり、位置Dは接合界面43上であり、以下位置C,B,Aの順に接合界面からの離隔距離が大きくなる。   FIG. 14 is a diagram showing the results of elemental analysis of the vicinity of the bonding interface of the example sample by EDS. FIG. 14A shows an element analysis position in the vicinity of the bonding interface 43 between the glass substrate 11 and the silicon substrate 15. A line 43 extending from the upper left to the lower right toward the middle sheet surface of FIG. In FIG. 14A, uppercase alphabets A to D are elemental analysis positions. The position D is on the bonding interface 43, and the distance from the bonding interface increases in the order of the positions C, B, and A below.

図14(b)は元素分析結果であり、接合界面43上の位置Dでは、明らかにAgが集積濃化していることが認められ、Naは濃化していない。接合界面43から少し離隔した位置Cでは、Agの濃度が低く、逆にNaの濃化が認められる。位置Cよりもさらに接合界面43から離隔している位置B,Aでは、AgおよびNaともに濃化が認められない。   FIG. 14B shows the result of elemental analysis. At position D on the bonding interface 43, it is clearly recognized that Ag is accumulated and concentrated, and Na is not concentrated. At a position C slightly separated from the bonding interface 43, the concentration of Ag is low, and conversely, the concentration of Na is recognized. Concentration of Ag and Na is not observed at positions B and A that are further away from the bonding interface 43 than at position C.

実施例試料では、逆電圧を印加した場合、まず浸透されたAgが接合界面43へ移動して集積濃化してしまうので、Naが接合界面43に集積する余地がなく、Ag集積濃化部分の後方である接合界面43から離隔した位置Cにしか集積濃化することができない。このように、実施例試料では、Naが、接合界面43に集積濃化しないので、接合界面43において漏出することがなく、またき裂および剥離を惹起することもなく、逆電圧を印加した場合でも健全な接合部が確保される。   In the example sample, when a reverse voltage is applied, the permeated Ag first moves to the bonding interface 43 and accumulates and concentrates, so there is no room for Na to accumulate at the bonding interface 43, and the Ag accumulation and concentration portion Accumulation and concentration can be performed only at a position C separated from the bonding interface 43 which is the rear. As described above, in the example sample, Na does not concentrate and accumulate at the bonding interface 43, and therefore does not leak at the bonding interface 43, and does not cause cracking and peeling, and a reverse voltage is applied. But a healthy joint is ensured.

以上に述べたように、本実施の態様では、ガラス基板に接合される金属基板はシリコン基板であるけれども、これに限定されることなく、他の半導体基板であってもよく、また金属基板以外に金属元素含有基板、たとえばセラミック基板であってもよい。   As described above, in the present embodiment, the metal substrate bonded to the glass substrate is a silicon substrate, but is not limited to this, and may be another semiconductor substrate or other than the metal substrate. Alternatively, a metal element-containing substrate, for example, a ceramic substrate may be used.

本発明の実施の第1態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the anodic bonding method which is a 1st aspect of implementation of this invention. 本発明の実施の第2態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the anodic bonding method which is the 2nd aspect of implementation of this invention. 本発明の実施の第3態様である陽極接合方法の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the anodic bonding method which is the 3rd aspect of implementation of this invention. 本試験において用いたガラス基板11とシリコン基板15との形状および寸法を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape and dimension of the glass substrate 11 and silicon substrate 15 which were used in this test. 試験に用いた陽極接合装置20の構成を簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the structure of the anodic bonding apparatus 20 used for the test. 陽極接合後および逆電圧印加後の試料の観察方向を示す図である。It is a figure which shows the observation direction of the sample after anodic bonding and a reverse voltage application. 比較例試料の陽極接合後の観察結果である。It is an observation result after anodic bonding of a comparative example sample. 実施例試料の陽極接合後の観察結果である。It is an observation result after anodic bonding of an example sample. 比較例試料の逆電圧印加後の観察結果である。It is an observation result after reverse voltage application of a comparative example sample. 実施例試料の逆電圧印加後の観察結果である。It is an observation result after reverse voltage application of an example sample. 図9に示す比較例試料の斑点状部分を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the spot-like part of the comparative example sample shown in FIG. 図10に示す実施例試料を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the Example sample shown in FIG. 比較例試料の接合界面付近をEPMAにより元素分布を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the element distribution by EPMA in the joining interface vicinity of a comparative example sample. 実施例試料の接合界面付近をEDSにより元素分析した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having carried out the elemental analysis by EDS in the joining interface vicinity of an Example sample. ガラス基板1とシリコン基板2との陽極接合方法の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the anodic bonding method of the glass substrate 1 and the silicon substrate 2. FIG. シリコン基板とガラス基板とを多層で陽極接合する方法の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the method of anodic bonding a silicon substrate and a glass substrate in multiple layers.

符号の説明Explanation of symbols

11 ガラス基板
12 Ag層
15 シリコン基板
16 もう一つのシリコン基板
20 陽極接合装置
21 チャンバ
22 カーボンヒータ
23,24 電極
25 電圧印加用電源
27 真空排気系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Glass substrate 12 Ag layer 15 Silicon substrate 16 Another silicon substrate 20 Anodic bonding apparatus 21 Chamber 22 Carbon heater 23, 24 Electrode 25 Voltage application power supply 27 Vacuum exhaust system

Claims (8)

ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合する陽極接合方法において、
ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、ガラス基板の一方の表面に予め形成する工程と、
易動性金属層を正極側に接続してガラス基板と易動性金属層とに電圧を印加し、易動性金属をガラス基板中へ浸透させる工程と、
易動性金属層をガラス基板の表面から除去する工程と、
ガラス基板の易動性金属が浸透された側の面に金属基板または金属元素含有基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程とを含むことを特徴とする陽極接合方法。
In the anodic bonding method for bonding a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate,
Forming a movable metal layer comprising a movable metal in a glass substrate in advance on one surface of the glass substrate;
Connecting the movable metal layer to the positive electrode side and applying a voltage to the glass substrate and the movable metal layer to infiltrate the movable metal into the glass substrate;
Removing the movable metal layer from the surface of the glass substrate;
A metal substrate or a metal element-containing substrate is brought into contact with the surface of the glass substrate on which the movable metal is infiltrated, and the metal substrate or the metal element-containing substrate is connected to the positive electrode side. An anodic bonding method comprising: applying a voltage to the substrate and bonding the glass substrate and the metal substrate or the metal element-containing substrate.
ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合する陽極接合方法において、
ガラス基板中における易動性金属を含んで成る易動性金属層を、金属基板または金属元素含有基板の一方の表面に予め形成する工程と、
金属基板または金属元素含有基板の易動性金属層が形成された側の面にガラス基板を当接させ、金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程とを含むことを特徴とする陽極接合方法。
In the anodic bonding method for bonding a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate,
Forming a movable metal layer comprising a movable metal in a glass substrate in advance on one surface of the metal substrate or the metal element-containing substrate;
The glass substrate is brought into contact with the surface of the metal substrate or the metal element-containing substrate on which the movable metal layer is formed, the metal substrate or the metal element-containing substrate is connected to the positive electrode side, and the glass substrate and the metal substrate or metal element are connected. An anodic bonding method comprising: applying a voltage to the containing substrate, and bonding the glass substrate and the metal substrate or the metal element-containing substrate.
ガラス基板の金属基板または金属元素含有基板と接合された側と反対側の面にもう一つの金属基板または金属元素含有基板を当接させ、もう一つの金属基板または金属元素含有基板を正極側に接続し、もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とに電圧を印加し、もう一つの金属基板または金属元素含有基板とガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とを接合させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2記載の陽極接合方法。   Another metal substrate or metal element-containing substrate is brought into contact with the surface of the glass substrate opposite to the side bonded to the metal substrate or metal element-containing substrate, and the other metal substrate or metal element-containing substrate is brought to the positive electrode side. Connecting, applying a voltage to another metal substrate or metal element-containing substrate and glass substrate and metal substrate or metal element-containing substrate, another metal substrate or metal element-containing substrate and glass substrate and metal substrate or metal element The anodic bonding method according to claim 1, further comprising a step of bonding the containing substrate. 易動性金属が、銀および銅のうちから選択される1または2であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の陽極接合方法。   4. The anodic bonding method according to claim 1, wherein the movable metal is 1 or 2 selected from silver and copper. 金属基板が、シリコン基板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の陽極接合方法。   The anodic bonding method according to claim 1, wherein the metal substrate is a silicon substrate. 金属元素含有基板が、セラミック基板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の陽極接合方法。   The anodic bonding method according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal element-containing substrate is a ceramic substrate. ガラス基板と金属基板または金属元素含有基板とが接合されてなる陽極接合構造であって、
金属基板または金属元素含有基板に接合されたガラス基板の接合側の界面付近にガラス基板中における易動性金属元素の浸透層が備わることを特徴とする陽極接合構造。
An anodic bonding structure formed by bonding a glass substrate and a metal substrate or a metal element-containing substrate,
An anodic bonding structure characterized in that a permeation layer of a movable metal element in a glass substrate is provided in the vicinity of a bonding side interface of the glass substrate bonded to the metal substrate or the metal element-containing substrate.
易動性金属元素が、銀および銅のうちから選択される1または2であることを特徴とする請求項7記載の陽極接合構造。   8. The anodic bonding structure according to claim 7, wherein the movable metal element is 1 or 2 selected from silver and copper.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016145129A (en) * 2015-02-09 2016-08-12 アズビル株式会社 Three-layer substrate bonding method
US9688532B2 (en) 2015-08-19 2017-06-27 Seiko Epson Corporation Method of manufacturing electronic device
JPWO2021131081A1 (en) * 2019-12-27 2021-07-01

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016145129A (en) * 2015-02-09 2016-08-12 アズビル株式会社 Three-layer substrate bonding method
US9688532B2 (en) 2015-08-19 2017-06-27 Seiko Epson Corporation Method of manufacturing electronic device
JPWO2021131081A1 (en) * 2019-12-27 2021-07-01
WO2021131081A1 (en) * 2019-12-27 2021-07-01 ボンドテック株式会社 Bonding method, bonded article, and bonding device
WO2021131080A1 (en) * 2019-12-27 2021-07-01 ボンドテック株式会社 Joining method, item to be joined, and joining device
JP2023083480A (en) * 2019-12-27 2023-06-15 ボンドテック株式会社 Joining method and joining apparatus
JP7319724B2 (en) 2019-12-27 2023-08-02 ボンドテック株式会社 Joining method and joining apparatus
JP7542885B2 (en) 2019-12-27 2024-09-02 ボンドテック株式会社 Bonding method and bonding device

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