(57)【要約】      （修正有）【課題】導体または半導体とガラスを接合する陽極接合において、接合部材の反り、あるいは接合界面に存在するごみがあっても、また陽極接合が適用されなかった製品にも陽極接合を適用し、高信頼度かつ低コストな製品を提供する。【解決手段】導体または半導体の表面に軟質金属膜を形成し、その上に酸素との反応性が高い活性金属膜を形成する。これをガラスと陽極接合することにより、反りあるいはごみなどがあっても、軟質金属膜が変形してこれを吸収し、界面の密着が向上する。【効果】例えば２００℃程度の低温の接合温度であっても、接合界面の密着状態が向上する。またこのような現象を利用して、ガラス側の接合面を粗化することにより、接合界面の靭性を向上させて、高信頼度化させることができる。また低温での陽極接合により、従来、陽極接合が適用できなかった製品に対しても陽極接合ができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体層または半導体層の表面に、軟質金属層が形成され、この軟質金属層の上には、これよりも酸素との反応性が高い活性金属層が形成され、前記活性金属層とガラス層を接触させて加熱し、前記導体層または半導体層側を陽極、前記ガラス層側を陰極として、両電極間に直流電圧を印加することにより、前記ガラス層と前記導体層または半導体層を接合することを特徴とする陽極接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の陽極接合方法において、前記軟質金属層としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎの純金属膜、あるいは複数の純金属の積層膜、あるいはこれらの合金膜が用いられていることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項３】
請求項１に記載の陽極接合方法において、前記活性金属層としてＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗのうち少なくとも一つからなる純金属膜あるいは少なくとも一つを含む合金膜が用いられていることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項４】
請求項１に記載の陽極接合方法において、前記導体層および半導体層と前記軟質金属層との間に、密着力を向上させるためにＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗのうちの少なくとも一つからなる金属層を形成し、前記軟質金属層と前記活性金属層との間には、両者の拡散および反応を防止するためにＣｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｒのうちの少なくとも一つからなる金属膜が形成されていることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項５】
請求項１に記載の陽極接合方法において、前記ガラス層の接合面が粗化されていることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項６】
請求項１に記載の陽極接合方法において、前記導体層および半導体層としてＳｉを用いることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項７】
導体層または半導体層の表面に、これよりも軟質な金属層が形成され、この軟質金属層の上には酸素との反応性が高い活性な金属層が形成され、前記活性金属層とガラス層を接触させて陽極接合を行う構造体であって、
前記導体層および半導体層としてＳｉを用い、Ｓｉ上に発光素子あるいは受光素子が実装され、ガラス層としてレンズ、あるいは封止のためのガラスがＳｉと陽極接合されていることを特徴とする電子装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電子装置において、前記軟質金属層の変形により前記ガラス層との密着性を向上させ、さらに前記活性金属層と前記ガラス層の化学的結合、および前記ガラス層と前記導体または半導体層との静電気的結合により接合されていることを特徴とする電子装置。
【請求項９】
導体層または半導体層の表面に、軟質金属層が形成され、この軟質金属層の上には、これよりも酸素との反応性が高い活性金属層が形成され、前記活性金属層とガラス層を接触させて加熱し、前記導体層または半導体層側を陽極、前記ガラス層側を陰極として、両電極間に直流電圧を印加することにより、前記ガラス層と前記導体層または半導体層とを接合した接合体を有することを特徴とする電子装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子装置において、前記軟質金属層としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎの純金属膜、あるいは複数の純金属の積層膜、あるいはこれらの合金膜が用いられていることを特徴とする電子装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の電子装置において、前記活性金属層としてＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗのうち少なくとも一つからなる純金属膜あるいは少なくとも一つを含む合金膜が用いられていることを特徴とする電子装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の電子装置において、前記導体層および半導体層と前記軟質金属層の間に、密着力を向上させるためにＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗのうちの少なくとも一つからなる金属層が用いられ、前記軟質金属層と前記活性金属層の間には、両者の拡散および反応を防止するためにＣｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｒのうちの少なくとも一つからなる金属膜が用いられていることを特徴とする電子装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の電子装置おいて、前記ガラス層の接合面が粗化されていることを特徴とする電子装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の電子装置において、前記導体層および半導体層としてＳｉが用いられていることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロセンサ、マイクロポンプを始めとするマイクロマシン技術における導体および半導体とガラスの陽極接合、および光学部品におけるガラス層と導体および半導体の陽極接合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陽極接合は、Ｓｉなどの半導体とガラスを直接接合することができるため、主にＳｉを加工して微小な機械部品を作製するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野で用いられている。陽極接合の原理は、例えば特開平１０−２５９０３９号公報など多くの文献で報告されているので、ここでは概略を説明する。
【０００３】
ガラスとＳｉを接触させて、加熱しながら、ガラス側を陰極、Ｓｉ側を陽極として直流電圧を印加すると、ガラス中に含まれる陽イオンが陰電極側へ強制的に拡散され、Ｓｉとの接合界面近傍には陽イオン欠乏層が生じる。その結果、この陽イオン欠乏層では相対的に陰イオンリッチとなって負電荷が蓄積し、またＳｉ側には界面を挟んで正電荷の蓄積が起こり、ガラス／Ｓｉの間に大きな静電引力が発生して接合される。さらに、このような静電引力だけではなくＳｉとガラスの界面での化学反応も接合力に大きな影響を与えることが知られており、特開平１０−２５９０３９号公報（特許文献１）でもその影響が述べられている。
【０００４】
陽極接合が実際に適用されている代表的な例としては、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサなど各種センサ部品、あるいはインクジェットプリンタのインク噴出しノズルに代表されるマイクロポンプなどがある。これらは、まずＳｉに異方性エッチングにより加工を施し、その後別のガラス層と陽極接合して製造される。これらの製品に陽極接合技術が用いられてきたのは、陽極接合がＳｉとガラスを直接接合させるもので、外圧変化などを極めて敏感に検出できるからである。
【０００５】
以下にその理由を圧力センサを例に説明する。圧力センサでは、異方性エッチングによりＳｉの一部に溝を形成する。溝の底面のＳｉは外圧でたわむ程度まで薄く加工される。この溝底面の薄いＳｉ部には歪みゲージのような抵抗体が形成される。次にこのＳｉとガラス層を陽極接合させる。ガラスと溝底面のＳｉの間にはＳｉが異方性エッチングされた分だけ空間が形成され、外圧変化によって溝底面のＳｉがたわむようにする。これにより、外圧変化があった時に溝底面のＳｉがたわみ、これによって歪みゲージの抵抗が変化し、圧力変化を瞬時に電気信号として取り出すことが出きる。
【０００６】
ガラスとＳｉを直接接合させることの利点は、外圧変化があった時に、それが直接Ｓｉへ伝達されることにある。すなわち、もし低弾性の接合剤を用いてＳｉとガラスを接合していたならば、外圧変化があってもそれによる変形は接合剤で吸収され、Ｓｉ自身の変形が小さくなったり、不安定な信号になったりする。また通常これらの装置は非常に微小であり、個別の取り扱いは困難であることから、ウェハ状で加工、接合が行われる。陽極接合は、高精度でウェハを位置合せして接合できるため、製造プロセス的にもこれらの製品の製造に適している。以上が、陽極接合が各種センサ部品の製造に多く用いられてきた理由である。
【０００７】
しかし、固体状態でウェハ同士を接合する技術であるため、Ｓｉとガラス層の間にごみが存在したり、ウェハにうねりがあったりすると、接合界面にボイドが多く発生し、接合不良の原因となる。多少のゴミやウェハのうねりならば、ガラスの軟化温度以上に加熱することで、ガラス自身にも若干の変形が起こるので、界面のボイドの発生は幾分抑制される可能性もあるが、通常ガラスの変形は小さく、ゴミやウェハのうねりは接合の品質を劣化させる。
【０００８】
このような問題を解決するために、特開平１０−２５９０３９号公報では、ガラス層の軟化温度よりも低温で導体または半導体と共晶化する金属層を介在させ、これを利用してガラスとＳｉの密着状態を改善する技術が開示されている。その実施例において、具体的にはＳｉ表面にＡｕメタライズを施し、これをＡｕ−Ｓｉの共晶温度である３６３℃以上に加熱し共晶融体を形成して、界面に存在するごみ、うねりなどにかかわらず界面を密着させる技術が開示されている。この技術において重要な点は、接合時にＳｉ側表面を液体にすることでウェハのうねりやごみを液体内に吸収し、ウェハ同士の密着を高めることであり、必ず接合界面に液体が必要な点である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２５９０３９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、約４００℃という接合温度であれば、Ｓｉと共晶の融体を形成する元素は存在するが、例えば３００℃以下でＳｉウェハを接合させようとした場合、そのような共晶融体を形成させることはできない。なぜなら、二元系平衡状態図を参考にＳｉと共晶を形成する金属元素を見渡しても、Ｓｉと３００℃以下で融体を形成する元素が見つからないためである。したがって、さらに低い温度で陽極接合を行うには、新たな技術が必要である。
【００１１】
陽極接合技術は、ガラスと導体または半導体を接合剤を用いずに接合できる技術であり、またウェハ状態で高い位置精度で接合できる技術である。したがって、これまで述べたような、センサ部品の製造だけではなく、今後多方面への適用が進むと思われる。例えば、異方性エッチングにより加工した光学部品用のＳｉベンチ上に発光素子あるいは受光素子を実装するような光部品（電子装置，半導体装置）において、レンズ、あるいは封止用ガラスの実装にも適用できると考えられる。このような製品に適用するためには、従来よりも低い温度で接合することが要求される。その理由を以下に説明する。
【００１２】
発光あるいは受光素子の実装には、Ａｕ−２０Ｓｎはんだ、あるいは融点１８３℃〜２４０℃のＳｎ基のはんだが使用される。これらの光素子の実装と、レンズあるいは封止用のガラスとＳｉの陽極接合を両立させるためには、素子接合用のはんだを溶融させないレベルまで、陽極接合の温度を低下させる必要がある。これは、素子接合部のはんだが溶融すると、素子が動いてしまったり、接続部の電極メタライズと反応して、メタライズ部を損傷させたりするためである。
【００１３】
このような陽極接合における接合温度の低温化を目的として、ウェハ間の密着状態の改善と界面での反応に着目した。
【００１４】
本発明の目的は、従来よりも低い接合温度で、ガラス層と導体層または半導体層の密着を高め、両者の界面での化学反応を促進させて、強固で高信頼度な陽極接合を得るものである。
【００１５】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項に開示された技術によれば、従来よりも低い接合温度で、ガラス層と導体層または半導体層の良好な密着を達成し、さらに活性金属により化学的にも強固な接合を得ることができる。良好な密着を得る手段としては、導体あるいは半導体の表面に軟質金属層を設ける。これにより静電引力でガラスと導体または半導体が引きつけられた時に、界面にごみあるいはうねりが存在しても、軟質金属層が変形して、良好な密着を得ることができる。軟質金属層にＳｎ、Ｐｂ、あるいはこれらを含む合金を用いた場合には、これが接合時に溶融することもあり得るが、たとえ溶融したとしてもＣｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｃｒのうちの少なくとも一つからなる純金属膜あるいは少なくとも一つを含む合金薄膜を予め活性金属層との間に形成するため、活性金属層との拡散、反応を防止することができ、接合が損なわれることは無い。またガラスとの陽極接合で接合強度をさらに高めるには、ガラス層の接合面を粗化させてアンカー効果を増大させることが有効な手段となる。一般的にはガラスとＳｉのような硬い固体同士の接合では、接合面を粗化させると接合面積が小さくなり強固な接合が得られなくなるが、本発明によれば、導体または半導体表面に形成した軟質金属層の変形により、粗化されたガラス形状にならって軟質金属が変形し、かつ表面の活性金属によりガラスと化学的にも強固に接合することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図１を用いて説明する。Ｓｉ１上に真空蒸着あるいはスパッタなどによりＴｉ膜３、Ｐｔ膜４、Ａｕ膜５を形成する。Ｔｉ膜３はＳｉ１との密着性向上、Ｐｔ膜４は、Ａｕ膜５とＴｉ膜３の密着性向上の役割を有する。Ａｕ膜５は、軟質金属層として、陽極接合時に変形してガラスとの密着性を高める役割を有する。ここでは軟質金属の代表的としてＡｕを例に説明するが、軟質金属層はＡｕに限定されるものではない。接合温度にもよるがＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｓｎなどは２００℃程度でも極めて軟質であり、十分な変形を示す。したがって、このような軟質金属を用いる場合には、接合界面に多少のゴミ、ウェハのうねりがあっても十分に変形して、それらの悪影響を除去することができる。これらに比べ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉなどは若干硬いが、それでもゴミあるいは、ウェハのうねりが幾分少ない場合には、接合性を向上させる効果がある。
【００１８】
次に真空蒸着あるいはスパッタなどによりＰｔ膜６を形成する。さらに、Ｔｉ膜７およびＡｌ膜８を形成する。本実施例の場合は、軟質金属膜としてＡｕ膜５、活性金属膜としてＡｌ膜８を使用している。この場合Ａｌ膜８とＡｕ膜５を直接積層すると、ＡｌとＡｕは化学的に反応し、脆弱な金属間化合物を形成し、界面剥離などの原因となる。一般的にＡｌ電極膜とＡｕ線のワイヤボンディングで知られるパープルプレイグと呼ばれる現象である。
【００１９】
したがって、このような反応を抑制し、かつ良好な密着を得るためにＰｔ膜６とＴｉ膜７を介在させる。
【００２０】
活性金属として、酸素との親和力が大きい代表的な金属としてＡｌを用いているが、活性金属はＡｌに限定されるものではなく、請求項に述べた他のＣｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗなどでも接合性は向上する。
【００２１】
Ｔｉ膜３の厚みは０．１μｍ程度、Ｐｔ膜４は０．２μｍ程度、Ａｕ膜５は０．５〜１０μｍ程度、Ｐｔ膜６は０．２μｍ程度、Ｔｉ膜７は０．１μｍ程度、Ａｌ膜８は０．５〜５μｍ程度の厚さが好適であるが、これ以外の厚さでも構わない。特にＡｕ膜５の厚さは、接合界面に存在するごみやウェハのうねりの大きさによって変わり、これらが大きい程厚くする必要がある。
【００２２】
以上のような接合層構造を有し、接合面と反対側に陽極電極膜９が形成されているＳｉ基板１４と、接合面と反対側に陰極電極膜１０が形成されているガラス基板１５を密着させ、それぞれ電源１３からの陽極端子１１あるいは陰極端子１２に接続する。これを２５０℃程度に加熱し、さらに数百ボルトの直流電圧を印加することにより接合される。
【００２３】
陽極接合の接合機構について図２を用いて説明する。図１の構成で加熱しながら直流電圧を印加することによって、ガラス中の陽イオン１６が、陰電極膜１０側に拡散する。これにより接合面近傍には、陽イオンの欠乏層が発生し、その部分はガラス側陰電荷帯電領域１７となる。これに引きつけられて、Ｓｉ基板１４側では、Ａｌ膜８内の接合界面近傍にＳｉ基板側陽電荷帯電領域１８ができる。この１７と１８の静電引力により、Ｓｉ基板１４とガラス基板１５は接続される。同時にＡｌ膜８は、ガラス２中の酸素と結びつこうとして化学的結合が発生する。
【００２４】
図３は、Ｓｉ基板１４とガラス基板１５の間に、ごみなどの介在物１９があった場合の接合機構を示す図である。介在物１９の分だけ、Ａｌ膜８、Ｔｉ膜７、Ｐｔ膜６、Ａｕ膜５が変形し、介在物１９の周囲に隙間をほとんど作らずに接合される。
【００２５】
本発明の第２の実施の形態について図４を用いて説明する。これは第一の実施の形態のガラス２の接合面を粗化した状態を示す。ミクロンオーダでガラス表面を粗化することにより、ガラス２とＡｌ膜８の界面は波状になり、アンカー効果が発生する。これにより界面の靭性は各段に向上し、Ｓｉ基板１４とガラス基板１５は強固に陽極接合される。
【００２６】
本発明の第３の実施の形態について図５を用いて説明する。軟質金属としてＡｕ膜５の代わりにＳｎ膜２０を形成するものである。陽極接合の温度を２３２℃以下で行う場合には、Ｓｎ膜は溶融せず、原理的には本発明の第一および第二の実施の形態と同様に接合される。陽極接合の温度が２３２℃以上の場合には、Ｓｎ膜が溶融する。この際、界面に介在物があったり、ガラス２の表面が粗化されていたりすると、これにならってＡｌ膜８、Ｔｉ膜７、Ｐｔ膜６、Ｓｎ膜２０が変形する。Ｓｎ膜２０の上下のＰｔ膜４およびＰｔ膜６によって、Ｓｎの拡散が防止されているので、ＳｎがＡｌ膜８側に拡散して、脆弱な金属間化合物を生成して強度が劣化することは無く、強固に接合させることができる。
【００２７】
通常、Ｓｎなどを溶融させて接続するものは、はんだ付けと呼ばれるが、本実施例において、単純にウェハとガラスにメタライズを形成してはんだ付けを行わずに、陽極接合の一環としてＳｎ膜を溶融させるのには理由がある。その理由とは、加工を施したウェハとガラス基板をはんだ付けしようとすると、ウェハ全面で均一な接合を得るためには圧力が必要となり、これによりはんだがはみ出し、ウェハの一部に形成された回路部あるいはセンサ部を破損させる恐れがあるためである。しかしはみ出しを抑制するために、はんだ量を少なくすると未接続が多くなる。したがって、本実施例のように、Ｓｎ膜は表面のうねりやゴミの影響を除去できる程度の薄さとし、この状態で陽極接合を行うことで、はみ出しによる破損を起こさず、ウェハ全面を接合させることができるようになる。
【００２８】
本発明の第４の実施の形態について図６を用いて説明する。軟質金属層としてＡｕ膜５およびＳｎ膜２０の積層したものを使用する。このような積層体を例えば接合温度３００℃で加熱すると、Ｓｎ膜２０は溶融し、その直後に介在物やガラス２の表面にならうようにＡｌ膜８、Ｔｉ膜７、Ｐｔ膜６は変形する。その後電圧によりガラス中の陽イオンの拡散が促進され、陽極接合される。加熱中にＳｎ膜２０は、Ａｕ膜５中へすぐに拡散し、Ａｕ−Ｓｎの合金を形成する。このＡｕ−Ｓｎ合金は、その平均組成がＡｕ−１２％Ｓｎ以下のＳｎ濃度になるように元々のＡｕ膜５とＳｎ膜２０の厚さを設計すれば、これ以降のプロセスで２８０℃以上に加熱してもこの部分は溶融しない。すなわち、陽極接合時には良好な密着を得るために一時的に溶融させ、その後は高融点化させて、耐熱性を上げることが可能である。この場合、陽極接合後にＡｕ−２０Ｓｎはんだを用いてはんだ付けをする時でも、陽極接合部での溶融を防ぐことができる。
【００２９】
本発明の第５の実施の形態について図７を用いて説明する。陽極接合用の金属膜２３をレンズ２４の光の通過部分３０以外で接続されるように形成する。Ｓｉベンチ２１の下面の陽電極膜２６は、Ｓｉベンチ２１下面全面でも接合条件によっては問題無いが、図７のようにＳｉベンチ２１裏面で金属膜２３と同じ位置とし、かつレンズ２４側の陰電極膜２５も同じ位置とすることで、直流電圧がこの部分に集中してかかるようになり、レンズ２４中のイオンの拡散が光の通過部分以外に制限される。したがって、レンズ中のイオンの拡散による微妙な屈折率変化の影響を回避しながら実装することができる。その実装プロセスは、まずレンズ２４をＳｉベンチ２１上の金属膜２３上に正確に位置合わせして押し付ける。この状態で２００℃程度に加熱して、直流電圧を印加して陽極接合を行う。次に光素子２２をはんだ膜２７に正確に位置合わせして押し付け、はんだ膜２７を溶融させて光素子２２をＳｉベンチ２１上に実装する。
【００３０】
このような構造で実装する場合には、Ｓｉベンチに切断前のウェハ状態でレンズアレイを実装することも可能である。図８は、本発明の第６の実施の形態を示す図である。第５の実施の形態で説明したＳｉベンチが、個別に切断される前のウェハ状態２８になっている。これにレンズアレイ２９を陽極接合する。その後、ダイシングにより個別のＳｉベンチに切断し、その後個別に光素子を実装する。これにより、レンズ接続接合工程の時間、および位置合わせの時間が少なくなり、生産性が向上する。
【００３１】
本発明の第７の実施の形態を図９を用いて説明する。本実施例は、Ｓｉウェハをエッチングにより溝を形成し、溝内部に光素子を実装し、Ｓｉウェハの肉厚部をガラスと陽極接合することで、Ｓｉウェハの溝内を封止する構造の回路装置（電子装置）である。
【００３２】
まず、Ｓｉウェハ３１上に異方性エッチングにより溝３３を形成し、溝３３以外でガラス基板３２と接触する部分には、陽極接合のための金属膜２３を形成する。このようなウェハ状態での接合では、Ｓｉウェハ３１の反り、Ｓｉウェハ３１とガラス基板３２の間に挟まったごみ、などの影響により、ウェハ全面で均質かつ強固な接合を得るのが難しくなる場合がある。そこで本発明のように、軟質金属膜と活性金属膜を組み合わせた陽極接合用の金属膜２３をＳｉ基板上に形成しておくと、従来よりも接合性が向上し、ウェハ全面で均質で強固な接合を得ることができる。近年、ウェハは大型化してきており、従来以上に、ウェハの反り、ごみによる接合品質の劣化が問題になると考えられるが、本発明によれば、ウェハが大きくなっても強固に接合させることができる。
【００３３】
この陽極接合用金属膜２３を形成する際に、図１０のように、薄膜形成工程で使用するマスクのパターンの設計次第で、Ｓｉウェハの溝の底面部に、光素子を実装するための電極メタライズ（光素子実装用電極膜）３５を同時に形成することもできる。例えば、軟質金属層とＳｉとの密着を向上させるのに使用する、Ｔｉ、Ｐｔなどのメタライズは、マスクパターンに光素子実装部も含ませておき、同時に形成させる。次に軟質金属層としてＡｕ層を形成する際には、まず０．５ミクロンメートル程度のＡｕ膜をＴｉ、Ｐｔと同じマスクで形成しておき、ここで一旦リフトオフを行う。これにより陽極接合用金属膜２３と光素子実装用電極膜３５として、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ（０．５ミクロンメートル）がＳｉ基板上に形成されている。この後、新たに陽極接合用金属膜２３専用のマスクを形成し、Ａｕに続く軟質金属膜層、活性金属層を形成する。
【００３４】
次に、光素子実装用電極膜３５の上に、素子実装のための薄膜はんだ３６を形成する。この時には、薄膜はんだ専用のマスクを形成し、例えばＡｕ−２０Ｓｎ共晶近傍の組成のはんだ、あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ−Ｚｎ、Ａｕ−９０Ｓｎはんだなど、を形成する。はんだの厚さは、１ミクロンメートルから５ミクロンメートルくらいの範囲が好適であるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
ここまでの工程で、光素子を実装するための基板が完成する。次の工程では、光素子のウェハ上への実装を行う。光素子の実装方法には二通りあり、一つ目の方法は、薄膜はんだに光素子を一旦押し付けて仮固定し、全ての光素子を仮固定した後に、ウェハ全体を加熱して光素子を接続する方法である。二つ目の方法は、薄膜はんだを溶融させた状態で個別に光素子をはんだに押し付けて実装する方法である。
【００３６】
一つ目の方法のメリットは、はんだを溶融させずに光素子を仮固定するので、はんだの表面酸化をそれほど気にする必要は無いことである。しかしデメリットは、はんだを溶融させた際に、はんだの溶融時の挙動によっては、光素子が所定の位置から動いてしまう場合があることである。
【００３７】
二つ目の方法のメリットは、位置合わせしながら、溶融したはんだ上に確実に光素子を実装するので、素子が動く心配があまりないことである。デメリットは、溶融したはんだの表面が酸化して、はんだの濡れが悪くなる場合があるので、周囲を完全に覆い、雰囲気を窒素、あるいは還元性のガスで置換するなどの対策が必要である。
【００３８】
いずれの方法にもメリット、デメリットが存在するが、素子搭載装置の改良などにより、どちらの方法も可能である。
【００３９】
以上のようにして、光素子３７をウェハ上の実装部に全て実装したら、次にガラスを陽極接合により、接合用金属膜２３に接合する。この際に、雰囲気を乾燥したヘリウムや窒素などにすることで、Ｓｉウェハの溝内を完全にガス置換させることができる。これにより、水分により光素子が破壊されることも無くなる。さらにガラスとＳｉウェハは陽極接合用金属膜２３を介して完全に接合されており、周囲からの水分の侵入は完全に抑制される。
【００４０】
なお、溝内部の光素子への給電経路は、Ｓｉあるいはガラスにあらかじめエッチングにより溝加工を施し、内部を導体で完全に埋めてビアホールを形成したりすることで確保されている。
【００４１】
最後に、ウェハ状態で光素子の実装、ならびにガラスによる封止が完了した接合体をダイシングにより個別に切断する。封止が完了しているので、ダイシング時の冷却水で光素子が破壊されることもない。これらの工程をまとめて図１１にフロー図として示す。図１１において、Ｓｔｅｐ１は、ＳｉウェハＶ溝加工工程であり、Ｓｔｅｐ２は、ガラスあるいはＳｉウェハの貫通孔形成工程であり、Ｓｔｅｐ３は、ガラスあるいはＳｉウェハの貫通孔の導体充填工程であり、Ｓｔｅｐ４は、ガラスあるいはＳｉウェハ表面を研磨し、貫通孔部の平坦化を行う工程であり、Ｓｔｅｐ５は、Ｓｉウェハに、光素子実装用の電極膜および陽極接合用金属膜の一部を同時形成する工程であり、Ｓｔｅｐ６は、リフトオフ後、マスクを変えて、残りの陽極接合用金属膜を形成する工程であり、Ｓｔｅｐ７は、リフトオフにより、陽極接合用金属膜完成工程であり、Ｓｔｅｐ８は、さらにマスクを変え、薄膜はんだを形成する工程であり、Ｓｔｅｐ９は、リフトオフにより、Ｓｉ基板側完成工程であり、Ｓｔｅｐ１０は、光素子をウェハ上に実装する工程であり、Ｓｔｅｐ１１は、陽極接合によりガラスをＳｉウェハに接合する工程であり、Ｓｔｅｐ１２は、ダイシングにより個別に切断する工程である。
【００４２】
以上のようにして、ウェハ状態で光部品を製造することも可能になる。封止のガラスには、あらかじめ光路にレンズを形成しておくこともできる。もし光素子を面発光あるいは面入射のタイプを用いるならば、光素子の上部にレンズを配置する。もし端面発光型の光素子を用いるならば、Ｓｉ溝底面の周囲の斜面部で上方へ反射させる。したがって、この場合には、溝上部にレンズを配置する。斜面部には、電極膜３５を形成する時のマスク設計により、メタライズを施すことが可能であり、メタライズにより鏡の役割を持たせることができる。
このような製造工程を用いて、ウェハ状態で光素子を実装して、本発明による陽極接合方法を用いることで、ウェハ状態で封止、レンズ実装を行うことで、製造工程でのハンドリングおよびアライメントが大幅に減少し、製造原価を大幅に低減することが可能である。
【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００４５】
本発明によれば、陽極接合により導体または半導体とガラスを接合する場合に、両者の間にごみが存在したり、ウェハにうねりがあったり反ったりしていても、軟質金属膜の変形によりそれらが吸収されて、強固に接合させることができる。また、このような軟質金属の変形を利用して、ガラス側の接合面を予め粗化させておき、接合界面の靭性を向上させることができる。これにより接合界面の高信頼度化が達成される。また低温で接合させる場合には、導体または半導体とガラスの良好な密着を得るのが難しく、高温での接合時に比べて接合強度が低下するのが一般的であったが、本発明により、低温でも良好な密着を達成し、従来よりも強固な接合を得ることができる。
【００４６】
本発明を製品に適用した場合には、さらに光学部品の位置ずれを防止して高信頼度な光学部品を製造することができる。またウェハ、またはアレイ状の部品を接合することにより、個別に実装するよりも製造にかかる時間を短縮し、製造原価を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の接合機構を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の接合機構を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の接合機構を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図７】本発明を製品に適用した形態の一例を示す図である。
【図８】本発明を製品に適用した形態の一例を示す図である。
【図９】本発明を製品に適用した形態の一例を示す図である。
【図１０】本発明を製品に適用した形態の一例を示す図である。
【図１１】本発明を製品に適用した形態の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…Ｓｉ、２…ガラス、３…Ｔｉ膜、４…Ｐｔ膜、５…Ａｕ膜、６…Ｐｔ膜、７…Ｔｉ膜、８…Ａｌ膜、９…陽極電極膜、１０…陰極電極膜、１１…陽極端子、１２…陰極端子、１３…電源、１４…Ｓｉ基板、１５…ガラス基板、１６…ガラス中の陽イオン、１７…ガラス側陰電荷帯電領域、１８…Ｓｉ基板側陽電荷帯電領域、１９…介在物、２０…Ｓｎ膜、２１…Ｓｉベンチ、２２…光素子、２３…軟質金属層および活性金属層を組み合わせた陽極接合用金属膜、２４…レンズ、２５…陰電極膜、２６…陽電極膜、２７…はんだ膜、２８…ウェハ状態のＳｉベンチ、２９…レンズアレイ、３０…レンズの光通過部、３１…Ｓｉウェハ、３２…ガラス基板、３３…エッチング加工により形成した溝、３４…陰電極膜、３５…光素子実装用電極膜、３６…薄膜はんだ、３７…光素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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