(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種または同種材質になる部品を重ね合わせて接合する陽極接合方法であって、接合面を平坦面に仕上げた一方の部品の表面にホウ珪酸ガラスのペーストを塗布した後，焼成してホウ珪酸ガラス膜を形成した上で、該ホウ珪酸ガラス膜を挟んで前記一方の部品と他方の部品とを重ね合わせ、この状態で加熱しつつ、前記一方の部品と前記他方の部品との間に電圧を印加して陽極接合させることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の陽極接合方法において、ホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷法により部品表面に塗布することを特徴とする陽極接合方法。
【請求項３】
請求項２記載の陽極接合方法において、スクリーンメッシュに部品の接合部，非接合部に対応したパターンを形成しておき、そのパターンに合わせてスクリーン印刷時にホウ珪酸ガラスのペーストを部品表面に選択的に塗布することを特徴とする陽極接合方法。
【請求項４】
請求項１記載の陽極接合方法において、互いに接合する部品の一方の材質がセラミックス，他方が単結晶シリコンであり、セラミックス部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して単結晶シリコン部品と陽極接合させることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項５】
請求項１記載の陽極接合方法において、互いに接合する部品の材質が単結晶シリコンであり、一方の単結晶シリコン部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して単結晶シリコン部品同士を陽極接合させることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項６】
請求項１記載の陽極接合方法において、互いに接合する部品の一方の材質がセラミックス，他方の材質が金属であり、セラミックス部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して金属部品と陽極接合させることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項７】
請求項１記載の陽極接合方法において、互いに接合する部品の一方の材質が単結晶シリコン，他方が金属であり、単結晶シリコン部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して金属部品と陽極接合させることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項８】
請求項１記載の陽極接合方法において、互いに接合する部品の材質が金属であり、一方の金属部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して金属部品同士を陽極接合させることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項９】
請求項６ないし８に記載の陽極接合方法において、金属部品は、熱膨張係数がホウ珪酸ガラスの熱膨張係数に近い金属であることを特徴とする陽極接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス基板，単結晶シリコン基板，金属基板などの部品を接合する陽極接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固相接合法として頭記の陽極接合法が公知であり、例えば半導体圧力センサでは、単結晶シリコンで作られたセンサチップの熱応力を緩和するように、ホウ珪酸ガラス製の台座上に陽極接合法により固定して組立てるようにしている。
次に、前記のように単結晶シリコンの部品とホウ珪酸ガラスの部品を陽極接合する場合を例に、従来から行われている一般的な陽極接合方法を図７(a),(b) で説明する。図において、１はホウ珪酸ガラス基板、２は単結晶シリコン基板であり、両基板を陽極接合するに際しては、あらかじめ基板１，２の接合面を表面粗さ数ｎｍ程度の平坦な鏡面に仕上げた上で、基板１と２の接合面を重ね合わせ、これをヒータ３ａを内蔵したヒータ電極３と負電極４との間に挟んで電源５に接続し、２００〜５００℃に加熱しながら２００Ｖ以上の電圧を印加してホウ珪酸ガラス基板１とシリコン基板２とを陽極接合する。
【０００３】
また、前記陽極接合法の応用として、ホウ珪酸ガラスの台座に代わるセラミックスの部品に単結晶シリコンの部品を陽極接合する場合には、スパッタリング法などのドライプロセスによりセラミックスの部品表面（部品の接合面はあらかじめ表面粗さを数ｎｍ程度の平坦な鏡面に仕上げておく）にホウ珪酸ガラスの薄膜を形成し、単結晶シリコンと重ね合わせて陽極接合する方法も知られている。なお、この陽極接合方法は、接合部品として熱膨張係数がホウ珪酸ガラスの熱膨張係数（３×１０-6程度）に近い金属（例えばＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系の金属）でも陽極接合が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した陽極接合の応用法のように、ドライプロセスにより部品表面にホウ珪酸ガラス薄膜を形成する場合、例えばスパッタリング法ではターゲット源が絶縁物であるためにホウ珪酸ガラス膜の成膜速度が遅く、そのプロセス処理に時間が掛かるため生産性が低くコストアップとなる。しかも、ドライプロセスでは成膜物質が基板に対して原子あるいは分子の状態で付着，積層して薄膜が形成されることから、ホウ珪酸ガラスのような化合物では成膜過程で組成に変化が起こり易く、このために陽極接合の過程でイオン化されたガラス中のＮａイオンが基板面内でばらついて接合強度が低下するなどの問題があった。
【０００５】
また、ドライプロセスを用いて部品表面に成膜したホウ珪酸ガラス薄膜は、その膜面の表面粗さが部品の表面粗さと殆ど同じになる。したがって、ガラス膜面の表面粗さを陽極接合に必要とされる数ｎｍ程度に仕上げるには、ガラス成膜の前に部品の表面を高い平坦精度で鏡面研磨しておく必要があり、そのための工数が増してコストを押し上げる。
【０００６】
さらに、単結晶シリコン，金属などの導電性材質の部品同士を前記方法で陽極接合する場合には、電圧印加の際にホウ珪酸ガラス膜が絶縁破壊する可能性があることから、ガラス膜を１０μｍ以上に厚く形成する必要がある。しかしながら、ドライプロセスでは膜応力が大きいためにガラス膜を厚く形成することが困難である。なお、ガラス膜の絶縁破壊を防ぐ対策として、例えば単結晶シリコンの場合には、ガラス膜を成膜する前に熱酸化処理などにより単結晶シリコンの部品表面に絶縁性のシリコン酸化膜を形成しておき、その後にホウ珪酸ガラス薄膜を成膜する方法が考えられるが、この方法は処理工程が増してコスト高となる。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、手間の掛かる処理工程を省いてコストの低減化を図りつつ、安定した接合強度が確保できるように改良した陽極接合方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、異種または同種材質になる部品を重ね合わせて接合する陽極接合方法において、
接合面を平坦面に仕上げた一方の部品の表面にホウ珪酸ガラスのペーストを塗布した後，焼成してホウ珪酸ガラス膜を形成した上で、該ホウ珪酸ガラス膜を挟んで前記一方の部品と他方の部品とを重ね合わせ、この状態で加熱しつつ、前記一方の部品と前記他方の部品との間に電圧を印加して陽極接合させる（請求項１）ものとし、具体的には次記のような態様で実施することができる。
【０００９】
(1) ホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷法により部品表面に塗布する（請求項２）。
(2) 前項(1) において、スクリーンメッシュに部品の接合部，非接合部に対応したパターンを形成しておき、そのパターンに合わせてスクリーン印刷時にホウ珪酸ガラスのペーストを部品表面に選択的に塗布する（請求項３）。
【００１０】
(3) 互いに接合する部品の一方の材質がセラミックス，他方が単結晶シリコンであり、セラミックス部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して単結晶シリコン部品と陽極接合させる（請求項４）。
(4) 互いに接合する部品の材質が単結晶シリコンであり、一方の単結晶シリコン部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して単結晶シリコンの部品同士を陽極接合させる（請求項５）。
【００１１】
(5) 互いに接合する部品の一方の材質がセラミックス，他方が金属であり、セラミックス部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して金属部品と陽極接合させる（請求項６）。
(6) 互いに接合する部品の一方の材質が単結晶シリコン，他方が金属であり、単結晶シリコン部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して金属部品と陽極接合させる（請求項７）。
【００１２】
(7) 互いに接合する部品の材質が金属であり、一方の金属部品の表面にホウ珪酸ガラス膜を形成して金属部品同士を陽極接合させる（請求項７）。
(8) 前項(5) 〜(7) において、金属部品は、その熱膨張係数がホウ珪酸ガラスの熱膨張係数（３×１０-6程度）に近い１０-6オーダーである金属を用いる（請求項９）。
【００１３】
上記のように、ホウ珪酸ガラスのペースト（ホウ珪酸ガラスを粉砕した粉末，あるいはホウ珪酸ガラス成分の各粉末を溶媒と攪拌してペースト状にしたもの）を部品表面に塗布し、ガラスの融点温度まで加熱して焼成したガラス薄膜は組成が安定している。しかも、ペースト状のホウ珪酸ガラスを塗布する部品の表面粗さが１００ｎｍ程度であっても、ペーストの流動性により塗布膜の表面が平坦化し、焼成後の状態ではホウ珪酸ガラス膜の表面粗さが数ｎｍ程度になって陽極接合に必要な平滑面が得られる。したがって、ホウ珪酸ガラスを形成する部品の表面粗さは例えばラップ仕上げの面状態（表面粗さ１００ｎｍ程度）でよく、前処理として従来の方法で行っていた鏡面研磨を省くことができる。
【００１４】
また、この場合にペースト状のホウ珪酸ガラスをスクリーン印刷法を用いて塗布することにより、多数枚の部品に任意な厚さのホウ珪酸ガラス膜を同時に塗布することが可能であり、従来のドライプロセス（スパッタリング）と比べて生産性が向上する。特に、単結晶シリコン，金属などの導電性材質の部品同士を陽極接合する場合には、先記のように電圧印加による絶縁破壊を防ぐためにホウ珪酸ガラス膜を膜厚１０μｍ程度にする必要があるが、スクリーン印刷法によればこのような膜厚の形成にも容易に対応できる。
【００１５】
さらに、ホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷する際に、スクリーンメッシュに部品間の接合部，非接合部に対応したパターンを形成しておき、そのパターンに合わせてスクリーン印刷時にホウ珪酸ガラスのペーストを部品表面に選択的に塗布することにより、フォトプロセスなどの手間の掛かるパターニング法を用いずに選択的な陽極接合が可能となる。
これにより、単結晶シリコン，セラミックス，金属など各種材質になる部品の陽極接合が、低コスト，高信頼性で達成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図示実施例に基づいて説明する。
〔実施例１〕
図１(a),(b) は、熱膨張係数がホウ珪酸ガラスに近いセラミックス基板６とシリコン基板７を陽極接合する実施例を示すものである。
【００１７】
この実施例においては、まず接合面をラップ仕上げしたセラミックス基板６の表面にペースト状のホウ珪酸ガラスをスクリーン印刷法により数μｍ程度の厚さで塗付した後、続いてガラスの融点温度まで加熱，焼成し、(a) 図のようにセラミックス基板６の表面に密着強度の強いホウ珪酸ガラス膜８を形成する。なお、ホウ珪酸ガラスのペーストは、ホウ珪酸ガラスを粉砕した粉末，あるいはホウ珪酸ガラス成分の各粉末（粒径１〜５μｍ）を溶媒と攪拌して作る。次に、ホウ珪酸ガラス膜８を形成したセラミックス基板６とシリコン基板７とを(b) 図のように重ね合わせて面接触させ、この状態でヒータ電極３と負電極４を介して電源５に接続し、３００〜５００℃に加熱しつつ２００Ｖ以上の電圧を印加して陽極接合することにより、セラミックス基板６とシリコン基板７の強固な接合体が得られる。
〔実施例２〕
図２(a),(b) は、２枚のシリコン基板７と９を陽極接合する場合の実施例を示すものである。
【００１８】
この実施例においては、２枚のシリコン基板７，９のうち、一方のシリコン基板７の表面に先記実施例１と同様にホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷法により数十μｍ程度の厚さに塗付した後、続いてガラスの融点温度まで加熱，焼成し、(a) 図のようにシリコン基板７の表面に密着強度の強いホウ珪酸ガラス膜８を形成する。次に、ホウ珪酸ガラス膜８を形成したシリコン基板７と接合相手のシリコン基板９とを(b) 図のように重ね合わせて面接触させ、この状態で先記実施例と同様にヒータ電極３と負電極４を介して電圧を印加して陽極接合する。これにより、シリコン基板同士の強固な接合体が得られる。なお、この実施例では、ホウ珪酸ガラス膜８の膜厚を数十μｍに設定したことで、電圧を印加した際に絶縁破壊を引き起こすおそれはない。
〔実施例３〕
図３(a),(b) は、セラミックス基板６と、例えばFe−Co−Ni系金属のようにその熱膨張係数（５×１０-6程度）がホウ珪酸ガラスの熱膨張係数（３×１０-6程度）に近い金属基板１０とを陽極接合する場合の実施例を示すものである。
【００１９】
この実施例においては、まずセラミックス基板６の表面にホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷法により数μｍ程度の厚さで塗付した後、先記実施例と同様に続いてガラスの融点温度まで加熱，焼成し、(a) 図のようにセラミックス基板６の表面に密着強度の強いホウ珪酸ガラス膜８を形成する。次に、ホウ珪酸ガラス膜８を形成したセラミックス基板６と金属基板１０とを(b) 図のように重ね合わせて面接触させ、この状態で先記実施例と同様にヒータ電極３と負電極４を介して電圧を印加して陽極接合する。これにより、セラミックス基板６と金属基板１０との強固な接合体が得られる。
〔実施例４〕
図４(a),(b) は、シリコン基板７と例えばFe−Co−Ni系金属のような熱膨張係数がホウ珪酸ガラスに近い材質の金属基板１０とを陽極接合する実施例を示すものである。
【００２０】
この実施例においては、まずシリコン基板７の表面に先記実施例と同様にホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷法により数μｍ程度の厚さで塗付した後、続いてガラスの融点温度まで加熱，焼成し、(a) 図のようにシリコン基板７の表面に密着強度の強いホウ珪酸ガラス膜８を形成する。次に、ホウ珪酸ガラス膜８を形成したシリコン基板７と金属基板１０とを(b) 図のように重ね合わせて面接触させ、この状態で先記実施例と同様にヒータ電極３と負電極４を介して電圧を印加して陽極接合する。これにより、セラミックス基板６と金属基板１０との強固な接合体が得られる。
〔実施例５〕
図５(a),(b) は、Fe−Co−Ni系金属のような熱膨張係数がホウ珪酸ガラスに近い２枚の金属基板１０と１１を重ね合わせて陽極接合する実施例を示すものである。
【００２１】
この実施例においては、金属基板１０，１１のうち、一方の金属基板１０の表面に先記実施例と同様にホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷法により数十μｍ程度の厚さに塗付した後、続いてガラスの融点温度まで加熱，焼成し、(a) 図のように金属基板１０の表面に密着強度の強いホウ珪酸ガラス膜８を形成する。次に、ホウ珪酸ガラス膜８を形成した金属基板１０と他方の金属基板１１とを(b) 図のように重ね合わせて面接触させ、この状態で先記実施例と同様にヒータ電極３と負電極４を介して電圧を印加して陽極接合する。これにより、金属基板同士の強固な接合体が得られる。なお、この実施例では、ホウ珪酸ガラス膜８の膜厚を数十μｍに設定したことで、電圧を印加した際に絶縁破壊を引き起こすおそれはない。
〔実施例６〕
図６(a),(b) は先記した実施例１〜５の応用実施例を示すものであり、各種材質の基板１２（セラミックス基板６，シリコン基板７，金属基板９）にホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷法により塗布する際に、スクリーンメッシュに部品間の接合部と非接合部に対応したパターンを形成しておき、そのパターンに合わせてスクリーン印刷時に基板表面にホウ珪酸ガラスのペーストを選択的に塗布し、図示のようにペーストの塗布領域８ａとペーストの非塗布領域８ｂをパターンニングして形成する。
【００２２】
これにより、フォトプロセスなどの手間の掛かるパターニング法を用いずに、基板１０の接合面にホウ珪酸ガラス膜８をパターン形成し、接合相手の基板との間で選択的な陽極接合を行うとができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、異種または同種材質になる部品を重ね合わせて接合する陽極接合方法において、接合面を平坦面に仕上げた部品の一方の表面にホウ珪酸ガラスのペーストを塗布，焼成してホウ珪酸ガラス膜を形成した上で、該ホウ珪酸ガラス膜を挟んで他方の部品と重ね合わせ、この状態で加熱、および電圧を印加して部品を陽極接合させるようにしたことにより、ホウ珪酸ガラス膜の組成が安定するほか、ペースト状のホウ珪酸ガラスを塗布する部品の表面粗さが粗面であっても、ペーストの流動性により塗布膜の表面が平坦化して陽極接合に必要な平滑面が確保でき、これにより安定した接合強度が確保できるとともに、従来の方法で行っていた鏡面研磨の前処理も省略可能となる。
【００２４】
また、この場合にペースト状のホウ珪酸ガラスをスクリーン印刷法を用いて塗布することにより、多数枚の部品に任意な厚さのホウ珪酸ガラス膜を同時に塗布することが可能であり、従来のドライプロセス（スパッタリング）と比べて生産性が向上する。特に、単結晶シリコン，金属などの導電性材質の部品同士を陽極接合する場合には、電圧印加による絶縁破壊を防ぐためにホウ珪酸ガラス膜を膜厚を厚くする必要があるが、スクリーン印刷法によればこのような膜厚の形成にも容易に対応できる。
【００２５】
さらに、ホウ珪酸ガラスのペーストをスクリーン印刷する際に、スクリーンメッシュに部品間の接合部，非接合部に対応したパターンを形成しておき、そのパターンに合わせてスクリーン印刷時にホウ珪酸ガラスのペーストを部品表面に選択的に塗布することにより、フォトプロセスなどの手間の掛かるパターニング法を用いずに選択的な陽極接合が可能となる。
【００２６】
これにより、単結晶シリコン，セラミックス，金属など各種材質になる部品の陽極接合を、低コスト，高信頼性で達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に対応するセラミックス基板とシリコン基板との陽極接合方法の説明図であり、(a) はホウ珪酸ガラス膜を形成したセラミックス基板の断面図、(b) は陽極接合時の状態を表す図
【図２】本発明の実施例２に対応するシリコン基板同士の陽極接合方法の説明図であり、(a) はホウ珪酸ガラス膜を形成したシリコン基板の断面図、(b) は陽極接合時の状態を表す図
【図３】本発明の実施例３に対応するセラミックス基板と金属基板との陽極接合方法の説明図であり、(a) はホウ珪酸ガラス膜を形成したセラミックス基板の断面図、(b) は陽極接合時の状態を表す図
【図４】本発明の実施例４に対応するシリコン基板と金属基板との陽極接合方法の説明図であり、(a) はホウ珪酸ガラス膜を形成したシリコン基板の断面図、(b) はの陽極接合時の状態を表す図
【図５】本発明の実施例５に対応する金属基板同士の陽極接合方法の説明図であり、(a) はホウ珪酸ガラス膜を形成した金属基板の断面図、(b) は接合時の状態を表す図
【図６】本発明の実施例６に対応したホウ珪酸ガラス膜のパターンニングを表す図であり、(a) はホウ珪酸ガラスペーストの塗布パターンを表す図、(b) は基板にホウ珪酸ガラス膜を形成し状態の断面図
【図７】ガラス基板にシリコン基板を陽極接合する従来の陽極接合法の説明図
【符号の説明】
３    ヒータ電極
４    負電極
５    電源
６    セラミックス基板
７，９  シリコン基板
８    ホウ珪酸ガラス膜
８ａ  ペーストの塗布領域
８ｂ  ペーストの非塗布領域
１０，１１  金属基板
１２    基板
【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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