(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
β−石英またはβ−石英固溶体を主結晶とする結晶化ガラスにおいて、モル％表示で、ＳｉＯ２：６０〜６９％、Ａｌ２Ｏ３：１２〜１８％、Ｌｉ２Ｏ：３〜５．７％、Ｎａ２Ｏ：３〜６％、ＭｇＯ：１〜６％、ＺｎＯ：０〜４％、ＴｉＯ２：１〜６％、ＺｒＯ２：０〜３％を含有し、かつＮａ２Ｏ／Ｌｉ２Ｏのモル比が０．８〜１．３であり、Ｐ２Ｏ５を含まないことを特徴とする陽極接合用結晶化ガラス。
【請求項２】
３０℃から４００℃における平均熱膨張係数が３１×１０−７〜３７×１０−７／℃であり、陽極接合温度が２５０℃以下であることを特徴とする請求項１記載の陽極接合用結晶化ガラス。
【請求項３】
請求項１または２に記載された結晶化ガラスからなることを特徴とするシリコン接合用台座。
【請求項４】
シリコン基体からなる圧力検出部と、この圧力検出部に接合された台座とを備えた半導体センサにおいて、前記台座が請求項３記載の台座であることを特徴とする半導体センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体センサの部材などとして使用され、シリコンと好適に陽極接合できる結晶化ガラスに関する。なお、本明細書中で使用する単なる“％”表示は“モル％”を示すものとする。
【０００２】
【従来技術】
従来、気体や液体の圧力、あるいは動体の加速度を計測する半導体センサが、自動車や計測機器の分野において広く実用化されている。これらは、主にシリコンにかかる歪や、静電容量変化を検知するものであり、マイクロマシニング技術により、小形化、低コスト化および高感度化が進められている。
【０００３】
一方、半導体センサの部材には、シリコンを支持する台座や基板として、シリコンに近い熱膨張係数を有するガラスが用いられている。このガラスは、接着剤などを用いない陽極接合法によって、シリコンと接合ができる特徴も兼ね備えており、接合界面での残留歪が極力抑えられることから、センサ特性の向上に寄与してきた。
【０００４】
陽極接合とは、ガラス中に含まれる易移動性陽イオンの動きやすい温度まで加熱し、シリコン側を陽極とし、ガラス側を陰極にして直流電圧を印加して両者を加熱接合する方法である。ガラス中の陽イオンが陰極へ移動した結果、シリコンとの界面の非架橋酸素イオンがシリコンと共有結合するため、強固な接合がなされるといわれている。
【０００５】
従来、このような用途に適したガラスとして、低膨張のアルミノケイ酸ガラスが発明され、特開平４−８３７３３号公報に開示されている。これらのガラスの熱膨張曲線はシリコンの熱膨張曲線に近似し、いずれも陽極接合できるための易移動性陽イオンとしてナトリウムを含有しているのが特徴である。
【０００６】
しかしながら、ナトリウムはガラスの熱膨張を急激に高める成分であるため、含有量に制限があり、その結果陽極接合中に移動しうるナトリウムイオンの量も制限される。陽極接合を効率よく行なうためには、より多くのナトリウムイオンを移動させることが不可欠であり、そのため高温、高電圧が必要とされる。具体的には、４００℃、８００Ｖ前後で行われているのが実情である。
【０００７】
一方、近年マイクロマシニング技術の発展により、センサが高集積化および複雑構造化に移行しており、シリコン、ガラスの積層、サンドイッチ構造の素子も開発され、１個の部材で複数回の陽極接合が行われるようになってきた。また、基板上に回路やパターン等を形成後、陽極接合する工程も増加してきた。
【０００８】
このような状況下、陽極接合の効率化の要求とともに、センサ素子の接合時の熱的なダメージの防止に陽極接合時の温度の低温化が求められてきた。特開平５−９０３９号公報では、ガラス中に結晶を析出させる結晶化ガラスを用いることにより、低温化が図られてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平５−９０３９号公報には、ガラス中にβ−石英固溶体の結晶を析出させることで、陽極接合時の低温化を図ったものの、シリコンの熱膨張係数が３４×１０-7／℃であるのに対し、前記実施例に開示されている結晶化ガラスの熱膨張係数は２７×１０-7〜３１×１０-7／℃とシリコンのものよりも低いものしか得られていない。すなわち、この熱膨張差により陽極接合後に熱歪が生じる恐れが高く、センサの感度および精度の向上を図ることが難しいという課題があった。
【００１０】
したがって、本発明は上記課題を解決するために、シリコンとの熱膨張係数差を最小限に抑え、陽極接合温度が２５０℃以下である陽極接合用結晶化ガラスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明者らは、β−石英またはβ−石英固溶体を主結晶とする結晶化ガラスの陽極接合時の加熱温度を低温に維持しつつ熱膨張係数をシリコンのものと近似させるために、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＺｒＯ2等のβ−石英またはβ−石英固溶体の生成や熱膨張係数に影響を与える成分の結晶化ガラス中の含有量を研究した結果、Ｌｉ2ＯおよびＮａ2Ｏの結晶化ガラス中の含有量および含有比率を規定することによって、加熱温度を低温に維持しつつ結晶化ガラスの熱膨張係数を調整できることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明の請求項１に対応する発明は、β−石英またはβ−石英固溶体を主結晶とする陽極接合用結晶化ガラスにおいて、モル％表示で、ＳｉＯ２：６０〜６９％、Ａｌ２Ｏ３：１２〜１８％、Ｌｉ２Ｏ：３〜５．７％、Ｎａ２Ｏ：３〜６％、ＭｇＯ：１〜６％、ＺｎＯ：０〜４％、ＴｉＯ２：１〜６％、ＺｒＯ２：０〜３％を含有し、かつＮａ２Ｏ／Ｌｉ２Ｏのモル比を０．８〜１．３とし、Ｐ２Ｏ５を含まないとした。
【００１３】
この陽極接合用結晶化ガラスにおいて、ガラス中にβ−石英またはβ−石英固溶体を析出させても、Ｎａ2Ｏはガラス相に残存し、陽極接合時に易移動性陽イオンとして作用する。すなわち、結晶化ガラスの体積抵抗率を小さくし、２５０℃以下の温度でシリコンと結晶化ガラスとの陽極接合を可能にする必須成分である。また、熱膨張係数を増加させる成分でもあり、結晶化前の母ガラスの粘性を低くし、溶融性を改善する成分でもある。
【００１４】
そして、その含有量が３％よりも少ない場合は、シリコンと結晶化ガラスとの陽極接合時の加熱温度が２５０℃を超え好ましくない。一方、６％を超える場合は、ガラス相と結晶相との熱膨張差が広がるため、結晶化の際に割れやすくなるとともに、化学的耐久性が悪化する傾向がある。
【００１５】
Ｌｉ2Ｏはβ−石英固溶体を構成するための必須成分である。このβ−石英固溶体が析出された結晶化ガラスでは、Ｎａ2Ｏの含有により上昇された母ガラスの熱膨張係数を低下させることができる。また、結晶化前の母ガラスの粘性を低下させ、溶融性を改善する成分でもある。
【００１６】
そして、その含有量が３％よりも少ない場合は、母ガラスの溶融が困難となるとともに、結晶化するときの析出する結晶が少なくなり熱膨張係数の調整が困難となる。一方、６％を超える場合は、ガラス相と結晶相との熱膨張差が広がるため、結晶化の際に割れやすくなるとともに、熱膨張係数の調整が困難となる。
【００１７】
また、上記したように、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏそれぞれの含有量を規定する他、Ｎａ2Ｏ／Ｌｉ2Ｏのモル比を規定することにより、結晶化ガラスの陽極接合時の加熱温度を低温に抑えたまま、結晶化ガラスの熱膨張係数を調整することができる。
【００１８】
そして、このモル比が０．８よりも小さい場合は、ガラス中に析出する結晶相の熱膨張係数を小さくする影響が大きくなり、結果として結晶化ガラスとシリコンとの熱膨張係数の差が広がってしまい、陽極接合後に熱歪が生じてしまう。一方、モル比が１．３より大きい場合は、ガラス相に残存するＮａ2Ｏの熱膨張係数を大きくする影響が大きくなり、結果として結晶化ガラスとシリコンとの熱膨張係数の差が広がってしまい、陽極接合後に熱歪が生じ、センサの感度および精度の向上が図れない。
【００１９】
本発明の請求項２に対応する発明は、請求項１記載の陽極接合用結晶化ガラスにおいて、３０℃から４００℃における平均熱膨張係数が３１×１０-7〜３７×１０-7／℃であり、陽極接合温度を２５０℃以下とした。
【００２１】
本発明の結晶化ガラスについて、各成分の組成の限定理由を以下に示す。
ＳｉＯ2は母ガラスを熱処理したときに生じるβ−石英またはβ−石英固溶体を構成する必須成分であり、また、ガラス骨格となるものである。その含有量が６０％より少ないと、結晶の析出が少なくなるとともに、化学的耐久性が悪化する傾向があり、６９％を超えると母ガラスの粘性が増大し溶融性が著しく悪化する。好ましくは６２〜６７％の範囲である。
【００２２】
Ａｌ2Ｏ3はβ−石英固溶体を構成する成分であるとともに、母ガラスの安定性と化学的耐久性を向上させる成分である。その含有量が１２％より少ないと、結晶の析出が少なくなるとともに分相化傾向が大きくなり、１８％を超えてしまうと、母ガラスを均質に溶融することが困難となる。好ましくは１３〜１６％の範囲である。
【００２３】
ＭｇＯはβ−石英に固溶しうる成分であるとともに、母ガラスを安定にし、溶融性を向上させる成分であり、熱膨張係数の微調整に有効な成分でもある。その含有量が１％より少ないと、溶融性の向上および熱膨張係数の微調整できるという効果がなく、６％を越えると、異種結晶が析出しやすくなるとともに体積抵抗率が大きくなる。好ましくは２〜５％の範囲である。
【００２４】
ＺｎＯは任意成分であるが、ガラス中に含有することにより、ＭｇＯと同様な効果を得られる成分である。しかし、その含有量が４％を越えると、異種結晶が析出しやすくなる。好ましくは３％までである。
【００２５】
ＴｉＯ2は結晶核形成に有効な成分であり、微細で均一な結晶を析出させる役割を果たす。その含有量が１％より少ないと、結晶核が少なくなり主結晶が粗大化する。６％を越えても、これ以上の結晶核としての効果は得られないとともに、母ガラスの失透化傾向が強くなる。好ましくは１〜４％の範囲である。
【００２６】
ＺｒＯ2は任意成分であるが、ガラス中に含有することにより、ＴｉＯ2と同様な効果を得られる成分である。しかし、その含有量が３％を超えると、未溶融物として母ガラスに残存する可能性が高くなる。好ましくは２％までである。
【００２７】
上記結晶化ガラスの成分には記載しなかったが、その他の任意成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｓｂ2Ｏ3、ＳＯ3、塩化物、フッ化物等を適宜含有してもよい。
【００２８】
Ｂ２Ｏ３およびＰ２Ｏ５は母ガラスの溶融性向上のために効果のある成分であるが、主結晶の粒径を増大させ、体積抵抗率を増大させる傾向があるので、含有するとしてもそれぞれ３％以下が望ましく、Ｐ２Ｏ５は含有しない。
【００２９】
また、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯも母ガラスの溶融性向上のために含有することができるが、各成分が２％を超えると、結晶化ガラスの体積抵抗率が大きくなり、陽極接合温度の低温化を阻害する。
【００３０】
Ｓｂ2Ｏ3、ＳＯ3、塩化物およびフッ化物は母ガラスの溶融の際の清澄剤として、少なくとも一種の成分を１％まで含有してもよい。
【００３１】
本発明の請求項３に対応する発明は、シリコンを接合する台座において、請求項１または２に記載された結晶化ガラスを使用した。また、本発明の請求項４に対応する発明は、シリコン基体からなる圧力検出部と、この圧力検出部に接合された台座とを備えた半導体センサにおいて、前記台座に請求項３記載の台座を使用した。このように、上記した結晶化ガラスを半導体センサに使用することにより、圧力検出部として使用されるシリコンとの接合性および接合強度も良好なものが得られる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
この実施の形態の陽極接合用結晶化ガラスは、酸化物組成でＳｉＯ2：６０〜６９％、Ａｌ2Ｏ3：１２〜１８％、Ｌｉ2Ｏ：３〜６％、Ｎａ2Ｏ：３〜６％、ＭｇＯ：１〜６％、ＺｎＯ：０〜４％、ＴｉＯ2：１〜６％、ＺｒＯ2：０〜３％を含有したものを母ガラスとする。または、この組成の他にＰ2Ｏ5：０〜３％やＢ2Ｏ3：０〜３％を加えたものを母ガラスとする。そして、この母ガラスを１５５０〜１６５０℃で加熱溶融した後、型材等に流し込み成形、徐冷してガラスブロックを作製する。その後、ガラスブロックを７００〜９００℃まで加熱し、１〜２４時間保持して所定量の主結晶（β−石英またはβ−石英固溶体）を析出、成長させ冷却後、所定サイズに加工する。なお、結晶核を効率よく析出させるために、上記加熱の前に、１次熱処理として６５０〜７８０℃で１〜５時間の熱処理工程を加えても構わない。また、清澄剤として、Ｓｂ2Ｏ3、ＳＯ3、塩化物、フッ化物を少なくとも一種添加してもよい。
【００３３】
このようにして得られた本発明の陽極接合用結晶化ガラスは、易移動性陽イオンを多く含むので、２５０℃以下の低温で陽極接合が可能となり、また、Ｎａ2Ｏ／Ｌｉ2Ｏのモル比が０．８〜１．３の範囲内にあるので、３０〜４００℃までの平均熱膨張係数が３１×１０-7〜３７×１０-7／℃となり、シリコンの熱膨張曲線に極めて近似している。したがって、本発明の結晶化ガラスを使用することによって、陽極接合後の接合体の熱的なダメージが極めて軽微に抑えられ、センサ特性の向上を図ることができた。
【００３４】
【実施例】
本発明の実施例を表１に示す。
【表１】
0004582679.tif 000002
【００３５】
（参考例１）陽極接合用結晶化ガラスはＳｉＯ２：６４％、Ａｌ２Ｏ３：１５％、Ｌｉ２Ｏ：５．７％、Ｎａ２Ｏ：５．２％、ＭｇＯ：２％、ＺｎＯ：３％、ＴｉＯ２：２％、ＺｒＯ２：２％、Ｐ２Ｏ５：０．４％、Ｓｂ２Ｏ３：０．６％を含有したものを母ガラスとする。この母ガラスは酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合して得ている。そして、調合した原料を１６３０℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、１０時間溶融し、脱泡、均質化した後、型材に流し込み、所定温度で徐冷し、ガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で８００℃で３時間保持し、結晶を析出させ、徐冷後結晶化ガラスブロックを形成した。この結晶化ガラスは透明なものとなっていた。
【００３６】
この結晶化ガラスブロックをＸ線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出していた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも１５０ｎｍを超えるものはなかった。
【００３７】
そして、上記結晶化ガラスブロックの熱膨張を測定する試験片と陽極接合用に表面を鏡面研磨した板材（φ１００ｍｍ）を加工した。この試験片を用いて示差熱膨張計により、熱膨張率を測定し３０℃〜４００℃までの平均熱膨張係数を計算したところ、３２×１０-7／℃であった。
【００３８】
また、陽極接合は、図１に示すようなカーボンからなるヒーター３、４と電極３、５を兼ね備えた装置内に、シリコンウェハー１と鏡面研磨した結晶化ガラス板材２を配置し、真空中でヒーター３、４を通電加熱し、所定温度まで昇温後、シリコン側をプラス、結晶化ガラス側をマイナスにし８００Ｖの直流電圧を１０分間印加することで行なった。なお、加熱温度を１９０℃、２２０℃、２５０℃とし、接合サンプルの外観観察の結果、それぞれの温度で９０％、９２％、９５％接合領域が形成され、剥れも生じることなく良好な接合が得られた。この外観観察では、陽極接合後結晶化ガラス側からの目視で接合部を見て接合領域を割り出した。
【００３９】
また、シリコン−結晶化ガラスの接合体の平均強度について、ダイシングにより小片にしたサンプルの両側に治具を接着し引張強度試験機を用いて測定したところ、前記加熱温度１９０℃、２２０℃、２５０℃のサンプルごとに８ＭＰａ、６ＭＰａ、６ＭＰａの強度を有していた。この測定に関しては、全てのサンプルで結晶化ガラスとシリコンとの接合面の剥れたときの力を測定できたものではなく、接合面よりも結晶化ガラスまたはシリコン自体が破損する場合もあったので、接合温度によって強度が強くなるまたは弱くなるという相関は得られなかった。
【００４０】
（実施例２）陽極接合用結晶化ガラスはＳｉＯ2：６１％、Ａｌ2Ｏ3：１７％、Ｌｉ2Ｏ：５．３％、Ｎａ2Ｏ：４．３％、ＭｇＯ：３％、ＺｎＯ：４％、ＴｉＯ2：５％、Ｓｂ2Ｏ3：０．４％となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を１６００℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、１１時間溶融し、実施例１と同様にガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で７３０℃で２時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶核の生成を行ない、次いで、８３０℃で２時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。この結晶化ガラスブロックも透明なものとなっていた。
【００４１】
この結晶化ガラスブロックをＸ線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも１００ｎｍを超えるものはなかった。
【００４２】
そして、この結晶化ガラスの３０〜４００℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、３１×１０-7／℃であった。また、実施例１と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、１９０℃では９１％、２２０℃では９４％、２５０℃では９５％で、いずれの加熱温度でも接合領域が９０％以上形成され、良好な接合が得られた。
【００４３】
また、シリコン−結晶化ガラスの接合体の平均強度について、引張強度試験機を用いて測定したところ、前記加熱温度１９０℃、２２０℃、２５０℃のサンプルごとに６ＭＰａ、９ＭＰａ、８ＭＰａの強度を有していた。
【００４４】
（参考例３）陽極接合用結晶化ガラスの母ガラスはＳｉＯ２：６６％、Ａｌ２Ｏ３：１５％、Ｌｉ２Ｏ：３．９％、Ｎａ２Ｏ：４．３％、ＭｇＯ：４％、ＺｎＯ：３％、ＴｉＯ２：２％、ＺｒＯ２：１％、Ｐ２Ｏ５：０．５％、Ｓｂ２Ｏ３：０．３％となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を１６２０℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、１１時間溶融し、実施例１と同様にガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で７５０℃で２４時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。
【００４５】
この結晶化ガラスブロックをＸ線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも１３０ｎｍを超えるものはなかった。
【００４６】
そして、この結晶化ガラスの３０〜４００℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、３４×１０-7／℃であった。また、実施例１と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、１９０℃では９０％、２２０℃では９３％、２５０℃では９５％で、いずれの加熱温度でも接合領域が９０％以上形成され、良好な接合が得られた。
【００４７】
また、シリコン−結晶化ガラスの接合体の平均強度について、引張強度試験機を用いて測定したところ、前記加熱温度１９０℃、２２０℃、２５０℃のサンプルごとに７ＭＰａ、７ＭＰａ、１１ＭＰａの強度を有していた。
【００４８】
（実施例４）陽極接合用結晶化ガラスの母ガラスはＳｉＯ2：６２％、Ａｌ2Ｏ3：１７％、Ｌｉ2Ｏ：４．８％、Ｎａ2Ｏ：４．６％、ＭｇＯ：５％、ＺｎＯ：２％、ＴｉＯ2：３％、ＺｒＯ2：１％、Ｓｂ2Ｏ3：０．６％となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を１６００℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、１０時間溶融し、実施例１と同様にガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で７５０℃で２時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶核の生成を行ない、次いで、８３０℃で２時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。
【００４９】
この結晶化ガラスブロックをＸ線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも１６０ｎｍを超えるものはなかった。
【００５０】
そして、この結晶化ガラスの３０〜４００℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、３３×１０-7／℃であった。また、実施例１と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、１９０℃では９１％、２２０℃では９３％、２５０℃では９６％で、いずれの加熱温度でも接合領域が９０％以上形成され、良好な接合が得られた。
【００５１】
また、シリコン−結晶化ガラスの接合体の平均強度について、引張強度試験機を用いて測定したところ、前記加熱温度１９０℃、２２０℃、２５０℃のサンプルごとに８ＭＰａ、５ＭＰａ、７ＭＰａの強度を有していた。
【００５２】
（参考例５）陽極接合用結晶化ガラスの母ガラスはＳｉＯ２：６８％、Ａｌ２Ｏ３：１３％、Ｌｉ２Ｏ：３．２％、Ｎａ２Ｏ：４．１％、ＭｇＯ：４％、ＺｎＯ：２％、ＴｉＯ２：１％、ＺｒＯ２：２％、Ｐ２Ｏ５：１％、Ｂ２Ｏ３：１％、Ｓｂ２Ｏ３：０．７％となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を１６５０℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、１２時間溶融し、実施例１と同様にガラスブロックを作製した。次に、８００℃で１０時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。
【００５３】
この結晶化ガラスブロックをＸ線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも１２０ｎｍを超えるものはなかった。
【００５４】
そして、この結晶化ガラスの３０〜４００℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、３６×１０-7／℃であった。また、実施例１と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、１９０℃では８５％、２２０℃では９２％、２５０℃では９３％となり、１９０℃では接合領域が９０％を超えなかったが、強度的には７ＭＰａと十分なものが得られた。また、２２０℃では１０ＭＰａ、２５０℃では１２ＭＰａの強度を有していた。
【００５５】
（参考例６）陽極接合用結晶化ガラスの母ガラスはＳｉＯ２：６７％、Ａｌ２Ｏ３：１４％、Ｌｉ２Ｏ：３．７％、Ｎａ２Ｏ：３．８％、ＭｇＯ：６％、ＺｎＯ：１％、ＴｉＯ２：２％、ＺｒＯ２：１％、Ｐ２Ｏ５：０．７％、Ｓｂ２Ｏ３：０．８％となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を調合する。そして調合した原料を１６２０℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、１２時間溶融し、実施例１と同様にガラスブロックを作製した。次に、このガラスブロックを電気炉で７５０℃で２時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶核の生成を行ない、次いで、８３０℃で２時間熱処理を行ない、ガラス中に結晶を析出させ、結晶化ガラスブロックを形成した。
【００５６】
この結晶化ガラスブロックをＸ線回折装置により分析したところ回折パターンからβ−石英またはβ−石英固溶体が主結晶として析出されていた。また、β−石英およびβ−石英固溶体の結晶粒径を走査型電子顕微鏡により、観察したところ最大の結晶粒径のものでも１５０ｎｍを超えるものはなかった。
【００５７】
そして、この結晶化ガラスの３０〜４００℃までの平均熱膨張係数を示差熱膨張計により測定したところ、３４×１０-7／℃であった。また、実施例１と同様に、シリコンと結晶化ガラス板材との接合試験を行なったところ、１９０℃では８８％、２２０℃では９２％、２５０℃では９４％となり、１９０℃では接合領域が９０％を超えなかったが、強度的には６ＭＰａと十分なものが得られた。また、２２０℃では８ＭＰａ、２５０℃では７ＭＰａの強度を有していた。
【００５８】
本実施例では、ＪＩＳ  Ｃ  ２１４１「電気絶縁用セラミック材料試験方法」を用いて測定した結果、２５０℃での体積抵抗率が１．１×１０6Ω・ｃｍ2〜４．０×１０6Ω・ｃｍ2となり、陽極接合を行なうには十分に低い値であった。この２５０℃での体積抵抗率が５．０×１０6Ω・ｃｍ2を超えてしまうと、ナトリウムイオンが移動し辛くなり、良好に陽極接合ができなくなる。
【００５９】
上記した実施例では、印加電圧を８００Ｖとし、印加時間を１０分としたが、印加電圧を５００Ｖとしても印加時間を３０分にするようにすれば、良好な接合領域および接合強度が得られる。
【００６０】
（比較例）比較例１は、陽極接合用ガラスにホウケイ酸ガラスを用いた例である。このガラスは平均熱膨張係数が３２×１０-7／℃で接合するシリコンと近く接合後の歪による不具合が生じるおそれはないが、シリコンとの接合時の加熱温度を３５０℃まで上昇させなければ接合できなかった。
【００６１】
比較例２および３は、本願と同様にＬｉ2ＯおよびＮａ2Ｏを含む母ガラスを加熱処理して、結晶を析出させた結晶化ガラスを用いた例である。これらのガラスは、シリコンとの接合時の加熱温度が１９０℃でも、接合領域が９０％、８０％となっており、強度的には問題なかったが、平均熱膨張係数が２７×１０-7／℃、３８×１０-7／℃とシリコンの平均熱膨張係数との差が大きすぎるため、接合後に熱歪が生じた。
【００６２】
表１中には記載しなかったが、ガラス中のＮａ２ＯおよびＬｉ２Ｏの含有割合がそれぞれ３〜６％であり、かつＮａ２Ｏ／Ｌｉ２Ｏが０．８〜１．３の範囲内であっても、ガラスの結晶化が不十分でガラス相中にＬｉ２Ｏが多く残存した場合には、ガラス相中に存在するＮａ２Ｏとの混合アルカリ効果でナトリウムイオンの移動が抑制され、体積抵抗率が増大し、陽極接合の低温化を達成することができなかった。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の結晶化ガラスは、易移動性陽イオンを多く含有しているため、２５０℃以下の温度で陽極接合ができ、かつ熱膨張係数が３１×１０−７〜３７×１０−７／℃とシリコンと近い値を示す。本発明の結晶化ガラスは、シリコンと熱膨張係数が近いのみならず、低温でシリコンと陽極接合できるため、冷却後のシリコン−結晶化ガラス接合体の熱歪みが極めて小さく、優れたセンサ特性を有するシリコン−結晶化ガラス接合体が得られる。さらに、陽極接合の歩留向上、タクト短縮の効果も有する。また、センサ回路保護だけでなく、比較的熱に弱い部材の使用範囲を広げる効果を有する。したがって、本発明の結晶化ガラスは、シリコンと陽極接合する結晶化ガラスとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】陽極接合の概要を説明する説明図である。
【図２】Ｎａ２ＯとＬｉ２Ｏのモル比と熱膨張係数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…シリコン、２…陽極接合用結晶化ガラス、３…マイナス電極兼陰極側ヒータ、４…陽極側ヒータ、５…プラス電極
【図１】
0004582679.tif 000003
【図２】
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