(57)【要約】【課題】両面の電気的導通をとることができ、しかも真空封止によりパッケージングに適するガラス基板及びその製造方法を提供すること。【解決手段】ガラス基板１１に、例えばサンドブラスト処理を施すことにより、貫通穴１５を形成する。貫通穴１５の主面１１ｂ側を塞ぐようにして主面１１ｂ上にシリコン基板１６を陽極接合により接合する。ガラス基板１１の貫通穴１５に、例えばめっき処理を施すことにより、金属を埋め込んで主面１１ａで露出する導電性の島状体１２を形成する。ガラス基板１１との接合界面及び島状体１２との接続領域（併せて接合領域）以外のシリコン基板１６を、例えばサンドブラスト処理などにより除去する。すなわち、シリコン基板１６をパターニングして少なくとも島状体１２と電気的に接続する領域及びガラス基板１１との接合界面１４にシリコン層１３を残存させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の主面を有するガラス基板本体と、前記一対の主面の第１の主面上で露出するように前記ガラス基板本体に埋設された導電性島状体と、前記導電性島状体と電気的に接続されると共に前記第１の主面側と第２の主面側との間で気密を保持できるように前記ガラス基板本体と接合されたシリコン層と、を具備することを特徴とするガラス基板。
【請求項２】
前記導電性島状体が前記ガラス基板本体を貫通する孔内に埋設されていることを特徴とする請求項１記載のガラス基板。
【請求項３】
前記第２の主面上に前記シリコン層と略面一になるように形成されたガラス層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガラス基板。
【請求項４】
前記ガラス基板本体と前記シリコン層との界面においてＳｉ−Ｏ結合を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のガラス基板。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のガラス基板と、前記ガラス基板の前記導電性島状体上に搭載された電子部品と、前記電子部品を覆うようにして前記第１の主面に接合されたシリコン製の蓋部材と、を具備することを特徴とするパッケージ製品。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のガラス基板と、前記第１の主面上に設けられ、前記導電性島状体と電気的に接続された電極と、前記電極が形成された前記第１の主面上に前記導電性島状体と導通しないように設けられたシリコン基板と、を具備し、前記シリコン基板は、前記電極と所定の間隔をおいて位置し、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムを有し、前記電極と前記感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化を圧力変化として検知することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項７】
互いに対向する一対の主面を有するガラス基板本体に貫通穴を形成する工程と、前記貫通穴を塞ぐようにして前記一対の主面の第２の主面上にシリコン基板を陽極接合する工程と、前記貫通穴内に導電性材料を埋め込んで前記一対の主面の第１の主面で露出する導電性部材を形成する工程と、前記シリコン基板をパターニングして少なくとも前記貫通穴を覆い、前記導電性部材と電気的に接続する領域にシリコン層を残存させる工程と、を具備することを特徴とするガラス基板の製造方法。
【請求項８】
互いに対向する一対の主面を有するガラス基板本体に貫通穴を形成する工程と、前記一対の主面の第２の主面の前記貫通穴の外周部以外の領域上にガラス層を形成する工程と、前記ガラス層の表面に対して凹部となった前記外周部に嵌合可能な凸状部を有するシリコン基板を得る工程と、前記凸状部が前記外周部に嵌合するように前記ガラス基板本体に前記シリコン基板を陽極接合する工程と、前記貫通穴内に導電性材料を埋め込んで前記一対の主面の第１の主面で露出する導電性部材を形成する工程と、前記ガラス層が露出するまで前記シリコン基板を薄層化する工程と、を具備することを特徴とするガラス基板の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８記載のガラス基板の前記第１の主面の前記導電性部材上に電子部品を搭載する工程と、前記電子部品を覆うようにして前記第１の主面にシリコン製の蓋部材を陽極接合する工程と、を具備することを特徴とするパッケージ製品の製造方法。
【請求項１０】
請求項６又は請求項７記載の方法によりガラス基板を製造する工程と、前記ガラス基板の表面から露出した前記導電性島状体と電気的に接続するように前記ガラス基板上に電極を形成する工程と、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムを有するシリコン基板を、前記島状体と導通せず、かつ、前記感圧ダイヤフラムが前記電極と所定の間隔をおいて位置するように、前記ガラス基板上に陽極接合する工程と、を具備することを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、絶縁性基板の両面で電気的導通をとる構成を有する電子素子用基板がある。例えば、ガラス基板に貫通穴を形成し、絶縁微粒子の表面に導電性薄膜を設けた導電性材料をその貫通穴に埋め込んでガラス基板の両面で電気的導通をとる構成の電子素子用基板が開示されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３４６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記電子素子用基板は、導電性材料とガラス基板との間に隙間があり、ガラス基板の両側で気密を保持しなければならない用途には使用できない。例えば、このような電子素子用基板を用いてその片面側で真空封止によりパッケージングを行うと、貫通穴の側面と導電性材料との間にリークが起こりパッケージ製品としての性能を発揮することができない。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、両面の電気的導通をとることができ、しかも真空封止によりパッケージングに適するガラス基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、互いに対向する一対の主面を有するガラス基板本体と、前記一対の主面の第１の主面上で露出するように前記ガラス基板本体に埋設された導電性島状体と、前記導電性島状体と電気的に接続されると共に前記第１の主面側と第２の主面側との間で気密を保持できるように前記ガラス基板本体と接合されたシリコン層と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、両面の電気的導通をとることができ、しかもガラス基板の主面とシリコン層との接合界面で高い密着性を有するので、真空封止によりパッケージングされてもリークが起こらない。このため、このガラス基板は、真空封止によるパッケージに適したものである。
【０００８】
本発明のガラス基板においては、前記導電性島状体が前記ガラス基板本体を貫通する孔内に埋設されていることが好ましい。また、本発明のガラス基板においては、前記第２の主面上に前記シリコン層と略面一になるように形成されたガラス層を有することが好ましい。
【０００９】
これらの構成によれば、第２の主面が略面一になるので、主面側において面実装を行うことが可能であり、実装設計の自由度を増加させることができる。
【００１０】
本発明のガラス基板においては、前記ガラス基板本体と前記シリコン層との界面においてＳｉ−Ｏ結合を有することが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の接合界面で非常に高い密着性を発揮する。
【００１２】
本発明のパッケージ製品は、上記ガラス基板と、前記ガラス基板の前記導電性島状体上に搭載された電子部品と、前記電子部品を覆うようにして前記第１の主面に接合されたシリコン製の蓋部材と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、両面の電気的導通をとることができ、しかもガラス基板の主面とシリコン層との接合界面で高い密着性を有するので、真空封止によりパッケージングされてもリークが起こらない。したがって、従来のように、パッケージングに缶を用いる必要がなく、チップレベルの大きさの真空封止パッケージを実現することが可能となる。
【００１４】
本発明の静電容量型圧力センサは、上記ガラス基板と、前記第１の主面上に設けられ、前記導電性島状体と電気的に接続された電極と、前記電極が形成された前記第１の主面上に前記導電性島状体と導通しないように設けられたシリコン基板と、を具備し、前記シリコン基板は、前記電極と所定の間隔をおいて位置し、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムを有し、前記電極と前記感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化を圧力変化として検知することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、ガラス基板とシリコン層との接合界面で高い密着性を発揮するので、感圧ダイヤフラムの変位が正確に被測定圧力を反映するとみなすことができる。したがって、感圧ダイヤフラムと固定電極との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力変化を正確に検知することができる。
【００１６】
本発明のガラス基板の製造方法は、互いに対向する一対の主面を有するガラス基板本体に貫通穴を形成する工程と、前記貫通穴を塞ぐようにして前記一対の主面の第２の主面上にシリコン基板を陽極接合する工程と、前記貫通穴内に導電性材料を埋め込んで前記一対の主面の第１の主面で露出する導電性部材を形成する工程と、前記シリコン基板をパターニングして少なくとも前記貫通穴を覆い、前記導電性部材と電気的に接続する領域にシリコン層を残存させる工程と、を具備することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のガラス基板の製造方法は、互いに対向する一対の主面を有するガラス基板本体に貫通穴を形成する工程と、前記一対の主面の第２の主面の前記貫通穴の外周部以外の領域上にガラス層を形成する工程と、前記ガラス層の表面に対して凹部となった前記外周部に嵌合可能な凸状部を有するシリコン基板を得る工程と、前記凸状部が前記外周部に嵌合するように前記ガラス基板本体に前記シリコン基板を陽極接合する工程と、前記貫通穴内に導電性材料を埋め込んで前記一対の主面の第１の主面で露出する導電性部材を形成する工程と、前記ガラス層が露出するまで前記シリコン基板を薄層化する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明のパッケージ製品の製造方法は、上記ガラス基板の前記第１の主面の前記導電性部材上に電子部品を搭載する工程と、前記電子部品を覆うようにして前記第１の主面にシリコン製の蓋部材を陽極接合する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１９】
本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、上記方法によりガラス基板を製造する工程と、前記ガラス基板の表面から露出した前記導電性島状体と電気的に接続するように前記ガラス基板上に電極を形成する工程と、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムを有するシリコン基板を、前記島状体と導通せず、かつ、前記感圧ダイヤフラムが前記電極と所定の間隔をおいて位置するように、前記ガラス基板上に陽極接合する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のガラス基板は、互いに対向する一対の主面を有するガラス基板本体と、前記一対の主面の第１の主面上で露出するように前記ガラス基板本体に埋設された導電性島状体と、前記一対の主面の第２の主面で前記導電性島状体と電気的に接続されると共に前記ガラス基板本体と接合されたシリコン層と、を具備するので、両面の電気的導通をとることができ、しかも真空封止によりパッケージングに適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るガラス基板の構成を示す断面図である。図中１１はガラス基板を示す。ガラス基板１１は、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１には、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔなどの金属など導電性材料で構成された島状体１２が埋設されている。すなわち、島状体１２は、ガラス基板１１を貫通する孔内に埋設されている。島状体１２は、ガラス基板１１の両主面１１ａ，１１ｂを電気的に導通させる接続部材である。島状体１２は、ガラス基板１１の主面１１ａで露出している。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、島状体１２の主面１１ｂ側の部分と電気的に接続するようにシリコン層１３が形成されている。このシリコン層１３は、主面１１ｂで島状体１２と電気的に接続されると共にガラス基板１１と接合されている。このシリコン層１３は、両主面１１ａ，１１ｂとの間で気密を保持できるように形成されている。
【００２２】
ガラス基板１１の主面１１ｂとシリコン層１３との接合界面１４は、高い密着性を有する。ガラス基板１１の主面１１ｂにシリコン基板を陽極接合することによりにより、この接合界面１４における密着性を高めることができる。ここで、陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で化学結合を起こさせる処理をいう。この接合界面１４での化学結合は、シリコンのＳｉ原子とガラスに含まれるＯ原子との間のＳｉ−Ｏ結合である。したがって、このＳｉ−Ｏ結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の接合界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、ガラス基板１１のガラス材料としては、少なくともナトリウムを含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。
【００２３】
このような構成を有するガラス基板においては、両面の電気的導通をとることができ、しかもガラス基板１１の主面１１ｂとシリコン層１３との接合界面１４で高い密着性を有するので、真空封止によりパッケージングされてもリークが起こらない。このため、このガラス基板は、真空封止によるパッケージに適したものである。
【００２４】
次に、上記構成のガラス基板の製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示すガラス基板の製造方法を説明するための断面図である。まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１１に、例えばサンドブラスト処理を施すことにより、貫通穴１５を形成する。次いで、図２（ｂ）に示すように、貫通穴１５の主面１１ｂ側を塞ぐようにして主面１１ｂ上にシリコン基板１６を陽極接合により接合する。次いで、図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１１の貫通穴１５に、例えばめっき処理を施すことにより、Ｎｉ，Ｃｕなどの金属を埋め込んで主面１１ａで露出する導電性の島状体１２を形成する。次いで、ガラス基板１１との接合界面及び島状体１２との接続領域（併せて接合領域）以外のシリコン基板１６を、例えばサンドブラスト処理などにより除去する。すなわち、シリコン基板１６をパターニングして少なくとも貫通穴１５を覆い島状体１２と電気的に接続する領域及びガラス基板１１との接合界面１４にシリコン層１３を残存させる。
【００２５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るガラス基板の構成を示す断面図である。図３において図１と同じ部分は図１と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。実施の形態１と同様に、ガラス基板１１は、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有し、ガラス基板１１には、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔなどの金属など導電性材料で構成された島状体１２が埋設されている。島状体１２は、ガラス基板１１の両主面１１ａ，１１ｂを電気的に導通させる接続部材である。島状体１２は、ガラス基板１１の主面１１ａで露出している。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、島状体１２の主面１１ｂ側の部分と電気的に接続するようにシリコン層１７が形成されている。このシリコン層１７は、主面１１ｂで島状体１２と電気的に接続されると共にガラス基板１１と接合されている。また、主面１１ｂ上には、シリコン層１７と略面一になるようにガラス層１８が形成されている。すなわち、主面１１ｂにおいて、島状体１２との接続領域及びガラス基板１１の接合界面１９（併せて接合領域）にシリコン層１７が形成され、それ以外の領域にガラス層１８が形成され、シリコン層１７とガラス層１８が略面一になっている。
【００２６】
ガラス基板１１の主面１１ｂとシリコン層１７との接合界面１９は、実施の形態１と同様に、高い密着性を有する。ガラス基板１１の主面１１ｂにシリコン基板を陽極接合することによりにより、この接合界面１９における密着性を高めることができる。このような構成を有するガラス基板においては、両面の電気的導通をとることができ、しかもガラス基板１１の主面１１ｂとシリコン層１７との接合界面１９で高い密着性を有するので、真空封止によりパッケージングされてもリークが起こらない。このため、このガラス基板は、真空封止によるパッケージに適したものである。また、このような構成によれば、ガラス基板１１の主面１１ｂ側が略面一になるので、主面１１ｂ側において面実装を行うことが可能であり、実装設計の自由度を増加させることができる。
【００２７】
次に、上記構成のガラス基板の製造方法について説明する。図４〜図６は、図３に示すガラス基板の製造方法を説明するための断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１１に、例えばサンドブラスト処理を施すことにより、貫通穴１５を形成する。次いで、ガラス基板１１の主面１１ｂの接合界面領域以外の領域上にガラス層１８を形成する。まず、図４（ｂ）に示すように、主面１１ｂの接合界面領域上にＮｉなどの金属層２０を形成する。具体的には、金属層２０を構成する金属を主面１１ｂ全面にスパッタリングなどにより形成し、その金属をフォトリソグラフィー法でパターニングする。次いで、図４（ｃ）に示すように、主面１１ｂ上に、スパッタリング法によりガラスを被着する。その後、金属のエッチング液を用いて金属層２０を除去して、図４（ｄ）に示すように、主面１１ｂの接合界面領域以外の領域にガラス層１８を形成する。
【００２８】
次いで、貫通穴１５の外周部２１に嵌合可能な凸状部２２ａを有するシリコン基板２２を準備する。このシリコン基板２２は、通常のシリコンの加工により得ることができる。なお、このシリコン基板２２は、ガラス基板１１と陽極接合するので、表面が粗面化されない状態に加工することが望ましい。
【００２９】
次いで、図６（ａ）に示すように、凸状部２２ａがガラス層１８の表面に対して凹部となった外周部２１に嵌合するようにガラス基板１１にシリコン基板２２を陽極接合する。この接合においては、ガラス基板１１側の外周部２１にシリコン基板２２の凸状部２２ａが嵌合するようになっているので、シリコン基板２２とガラス基板１１との間のアライメントを容易にすることが可能となる。
【００３０】
次いで、図６（ｂ）に示すように、ガラス基板１１の貫通穴１５に、例えばめっき処理を施すことにより、Ｃｕ，Ｎｉなどの金属を埋め込んで主面１１ａで露出する導電性の島状体１２を形成する。次いで、ガラス層１８が露出するまでシリコン基板２２を、例えばサンドブラスト処理などにより薄層化する。このようにして、図３に示すように、シリコン層１７とガラス層１８を略面一にする。
【００３１】
上記実施の形態１，２のガラス基板は、例えば静電容量型圧力センサ、加速度センサ、角速度センサなどのような真空封止によりパッケージングされるデバイスに適用することが可能である。ここで、本発明の効果を明確にするために行った実験例について説明する。
【００３２】
図７は、本発明のガラス基板を用いた静電容量型圧力センサを示す断面図である。この静電容量型圧力センサは、上記実施の形態１のガラス基板３１と、このガラス基板３１の主面３１ａ上に設けられ、導電性の島状体３１ｂと電気的に接続された電極３２と、電極３２が形成された主面３１ａ上に島状体３１ｂと導通しないように設けられたシリコン基板３３とから主に構成されている。このシリコン基板３３は、電極３２と所定の間隔をおいて位置し、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム３３ａを有し、電極３２と感圧ダイヤフラム３３ａとの間の静電容量の変化を圧力変化として検知するようになっている。なお、図中３４は、外部機器と電気的に接続するための電極を示す。
【００３３】
このような静電容量型圧力センサは、実施の形態１のガラス基板３１を製造し、そのガラス基板３１の表面から露出した導電性の島状体３１ｂと電気的に接続するようにガラス基板上に電極３２を形成し、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム３３ａを有するシリコン基板３３を、感圧ダイヤフラム３３ａが電極３２と所定の間隔をおいて位置するように、ガラス基板３１上に陽極接合することにより製造することができる。
【００３４】
ここで、真空度１０ｋＰａ以下において、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加して感圧ダイヤフラム３３ａを有するシリコン基板３３を、電極３２を形成したガラス基板３１に陽極接合して、図７に示すような静電容量型圧力センサの実験サンプルを作製した。このとき、感圧ダイヤフラム３３ａは、電極３２側に撓んだ状態となった。この実験サンプルを５気圧下で２時間放置して、感圧ダイヤフラム３３ａの形状を評価した。形状評価は、触針式形状評価器を用いて行った。その結果、放置後であっても感圧ダイヤフラム３３ａが電極３２側に撓んだ状態であり、接合領域からリークが起っていないことが確認された。
【００３５】
このように、本発明のガラス基板を用いた静電容量型圧力センサは、ガラス基板とシリコン層との接合界面で高い密着性を発揮するので、感圧ダイヤフラムの変位が正確に被測定圧力を反映するとみなすことができる。したがって、感圧ダイヤフラムと固定電極との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力変化を正確に検知することができる。
【００３６】
また、本発明のガラス基板は、ガラスウエハ上に電子素子を搭載してパッケージングするウエハレベルパッケージのようなパッケージ製品に適用することができる。すなわち、このパッケージ製品は、本発明のガラス基板と、このガラス基板の導電性の島状体上に搭載された電子部品と、この電子部品を覆うようにして主面に接合されたシリコン製の蓋部材とを具備する。
【００３７】
このようなパッケージ製品は、本発明の構成を複数有するガラスウエハの主面の導電性部材上にそれぞれ電子部品を搭載し、これらの電子部品をそれぞれ覆うようにして主面にシリコン製の蓋部材を陽極接合してパッケージングし、その後、パッケージ毎にガラスウエハをダイシングすることにより製造することができる。
【００３８】
このパッケージ製品は、両面の電気的導通をとることができ、しかもガラス基板の主面とシリコン層との接合界面で高い密着性を有するので、真空封止によりパッケージングされてもリークが起こらない。したがって、従来のように、パッケージングに缶を用いる必要がなく、チップレベルの大きさの真空封止パッケージを実現することが可能となる。
【００３９】
本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１，２における処理や加工については、これに限定されず種々変更して実施することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るガラス基板の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示すガラス基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るガラス基板の構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図３に示すガラス基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図３に示すガラス基板に使用するシリコン基板を示す断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、図３に示すガラス基板の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明のガラス基板を用いた静電容量型圧力センサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１，３１  ガラス基板
１１ａ，１１ｂ，３１ａ  主面
１２，３１ｂ  島状体
１３，１７  シリコン層
１４，１９  接合界面
１５  貫通穴
１６，２２，３３  シリコン基板
１８  ガラス層
２０  金属層
２１  外周部
２２ａ  凸状部
３２  電極
３３ａ  感圧ダイヤフラム
【図１】
2006184184.tif 000003
【図２】
2006184184.tif 000004
【図３】
2006184184.tif 000005
【図４】
2006184184.tif 000006
【図５】
2006184184.tif 000007
【図６】
2006184184.tif 000008
【図７】
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