(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック製の絶縁性基板の接合面をエッチングにより粗化する前処理工程と、
前記前処理工程で粗化された接合面にメッキ層を形成するメッキ層形成工程と、
前記メッキ層形成工程により形成されたメッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す平滑加工工程と、
前記平滑加工工程により平滑化されたメッキ層の表面に、金からなる接合層を形成する接合層形成工程と、
前記接合層形成工程により形成された接合層の表面と、シリコンからなるシリコン材の接合面とを互いに加熱圧着することにより、前記絶縁性基板とシリコン材とを接合する接合工程とを備えてなるシリコンの接合方法であって、
前記メッキ層形成工程は、前記絶縁性基板の接合面に無電解ニッケルメッキにより無電解メッキ薄膜を形成する無電解メッキ薄膜形成工程と、前記無電解メッキ薄膜形成工程により形成された無電解メッキ薄膜上に当該無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより電解メッキ薄膜を形成する電解メッキ薄膜形成工程とを備えてなるシリコンの接合方法。
【請求項２】
前記電解メッキ薄膜形成工程では、前記無電解メッキ薄膜上に、スルファミン酸ニッケル浴による電解ニッケルメッキにより前記電解メッキ薄膜が形成される請求項１に記載のシリコンの接合方法。
【請求項３】
前記絶縁性基板は、ＰＺＴからなるセラミック基板である請求項１に記載のシリコンの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂、ガラスまたはセラミック等の絶縁性基板にシリコン材を接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂やガラス、セラミック等からなる絶縁性基板にシリコン材（シリコン板）を接合する方法としては、接着剤を用いる方法が一般的である。接合部分に接着剤を塗布または印刷した後、所定位置にシリコン材を配置し、これを加熱して接着剤を固化させて接合する。例えば、接着剤としてエポキシ系接着剤を用いる場合であれば、接合を要する部分にその接着剤を塗布した後にシリコン材を所定位置に仮止めし、１００〜２００℃程度で約１時間程度加熱硬化させる。これにより、シリコン材を絶縁性基板に強固に接合することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したシリコン材の接合方法は接着剤を使用するため、微細部分への接合を行うためには接着剤層の厚さや量を正確に管理しなければならないといった問題点があった。もし、接着剤の量が不足すると接着不良を生じ、また、接着剤の量が過剰であると接着剤のはみ出し等が生ずる。
【０００４】
また、接着剤の種類によっては、例えば３００℃以上の高温環境下で接着剤層が軟化変質して固着力を低下させるといった問題点があった。
【０００５】
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、シリコン材を絶縁性基板上の所定部分に、寸法精度よく強固に接合することができるシリコンの接合方法を提供することを目的としている。
【０００６】
また、高温環境下でも強固な固着力を維持できるシリコンの接合方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明によるシリコン接合方法は、セラミック製の絶縁性基板の接合面をエッチングにより粗化する前処理工程と、前記前処理工程で粗化された接合面にメッキ層を形成するメッキ層形成工程と、メッキ層形成工程により形成されたメッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す平滑加工工程と、平滑加工工程により平滑化されたメッキ層の表面に、金からなる接合層を形成する接合層形成工程と、接合層形成工程により形成された接合層の表面と、シリコンからなるシリコン材の接合面とを互いに加熱圧着することにより、絶縁性基板とシリコン材とを接合する接合工程とを備えてなるシリコンの接合方法であって、前記メッキ層形成工程は、前記絶縁性基板の接合面に無電解ニッケルメッキにより無電解メッキ薄膜を形成する無電解メッキ薄膜形成工程と、前記無電解メッキ薄膜形成工程により形成された無電解メッキ薄膜上に当該無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより電解メッキ薄膜を形成する電解メッキ薄膜形成工程とを備えている。
【０００８】
即ち、前処理工程においてセラミック製の絶縁性基板の接合面をエッチングにより粗化し、メッキ層形成工程において絶縁性基板の接合面にメッキ層を形成し、平滑加工工程においてメッキ層の表面を平滑化することにより、シリコンとの接合面を平滑面にすることができる。続いて、接合層形成工程においてメッキ層の平滑な表面に金からなる接合層を形成する。そして、接合層形成工程により形成された接合層の表面と、シリコン材の接合面とを互いに加熱圧着する。加熱圧着により、金とシリコンは相互拡散して、互いに強固に密着する。これにより、絶縁性基板とシリコン材とを強固に接合することができる。
【０００９】
また、メッキ層および接合層の膜厚は寸法精度よく設定することができるため、絶縁性基板とシリコン材との接合を寸法精度よく正確に行うことができると共に、接合面の面積が極めて小さい場合でも、絶縁性基板とシリコン材の接合を高精度に行うことができる。さらに、接着剤を用いた接合の場合には、接着剤のはみ出しや接着剤の不足により接着不良や寸法誤差が生じるといった問題が生じていたが、メッキ層および接合層を用いた接合の場合には、このような問題は生じないため、絶縁性基板とシリコン材の接合を高精度に行うことができる。
【００１０】
また、メッキ層および接合層を介して絶縁性基板とシリコン材の接合するため、５００℃〜６００℃程度の高温環境下でも強固な固着力を維持することができる。
さらに、絶縁性基板にメッキ層を設けるには、少なくともメッキ層と絶縁性基板の接合面との境界付近においては、無電解ニッケルメッキによってメッキ層を形成する必要がある。しかしながら、絶縁性基板の接合面との境界付近においてのみ、無電解ニッケルメッキによって無電解メッキ薄膜を形成すれば、その無電解メッキ薄膜の上に電解ニッケルメッキによって、さらに電解メッキ薄膜を堆積させてもよい。電解ニッケルメッキによって形成された電解メッキ薄膜は、無電解ニッケルメッキによって形成された無電解メッキ薄膜と比較して、膜厚を短時間で容易に厚くすることができる。従って、メッキ層を無電解メッキ薄膜と電解メッキ薄膜とにより構成すれば、メッキ層の膜厚を容易に厚くすることができる。また、電解ニッケルメッキにより形成された電解メッキ薄膜を含むメッキ層は、無電解ニッケルメッキのみで形成されたメッキ層と比較してメッキ応力が低いため、絶縁性基板との密着性が良好である。
【００１１】
請求項２の発明によるシリコンの接合方法は、電解メッキ薄膜形成工程において、無電解メッキ薄膜上に、スルファミン酸ニッケル浴による電解ニッケルメッキにより電解メッキ薄膜を形成するようにしたものである。
【００１２】
無電解メッキ薄膜上に、スルファミン酸ニッケル浴による電解ニッケルメッキにより電解メッキ薄膜を形成することにより、電流密度の設定を変えるだけで短時間に所定の膜厚の電解メッキ薄膜を形成することが可能である。従って、電解メッキ薄膜の膜厚を短時間で容易に厚くすることができ、メッキ層の膜厚を容易に厚くすることができる。
【００１３】
請求項３の発明によるシリコンの接合方法は、絶縁性基板をＰＺＴからなるセラミック基板としている。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００２２】
まず、本発明によるシリコンの接合方法の第１の実施形態を図１ないし図７に従って説明する。
【００２３】
図１ないし図７は、本実施形態のシリコンの接合方法を順に示している。
【００２４】
まず、図１および図２は、前処理工程における絶縁性基板を示している。即ち、前処理工程では、図１に示すように、絶縁性基板１の少なくとも一面にエッチングを施し、図２に示すように、絶縁性基板１の表面（接合面）を粗化する。絶縁性基板１にはアルミナ、ＰＺＴ等のセラミック基板やエポキシ系、アクリル系等の樹脂、またはガラスなどが用いられる。例えばアルミナやＰＺＴ等のセラミック基板を絶縁性基板１として用いる場合、エッチング液には、フッ酸、ほうフッ酸、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、過酸化水素、過塩素酸等が用いられる。また、これらを２種類以上混合して組成されたエッチング液を使用してもよい。
【００２５】
次に、図３はメッキ層形成工程を示している。即ち、メッキ層形成工程では、エッチングにより粗化された絶縁性基板１の表面に無電解ニッケルメッキによってメッキ層２を形成する。無電解ニッケルメッキによってメッキ層２を形成するためには、まずエッチングされた絶縁性基板１にセンシタイジングと呼ばれる処理を行う。センシタイジング処理はＳｎ2+を含む塩酸系溶液に絶縁性基板１を浸漬させる処理である。さらに、水洗後、絶縁性基板１にアクチベーティングと呼ばれる処理を行う。アクチベーティング処理は、Ｐｄ2+を含む塩酸系溶液に絶縁性基板１を浸漬させる処理である。そして、水洗後、無電解ニッケルメッキを行う。無電解ニッケルメッキは、通常はニッケル・リン系メッキ液を使用するが、必要に応じてニッケル・ホウ素系メッキ液を用いてもよい。メッキ時間は、約９０℃で数分〜１時間程度行う。例えば、膜厚が約１０μｍのメッキ層を形成する場合、メッキ時間は４０〜５０分程度である。このメッキ層２は、後述するように研磨加工の加工しろとなるため、膜厚としては少なくとも３μｍ、好ましくは１０μｍ程度形成する。
【００２６】
次に、図４は平滑加工工程を示している。平滑加工工程では、メッキ層２の表面（接合面側）を研磨加工して鏡面化する。
【００２７】
次に、図５は接合層形成工程を示している。接合層形成工程では、鏡面化されたメッキ層２上に、接合層としての金メッキ層３を形成する。金メッキ層３を形成するのに用いられる金メッキは、電解金メッキでも無電解金メッキでもどちらでも使用することができる。特に、メッキ層２がニッケルメッキで構成されている場合には、無電解金メッキを使用すると極めて容易に金メッキ層３を形成することができる。金メッキ層３の膜厚は０．０５〜０．５μｍ程度である。下地のメッキ層２が鏡面加工されているため、金メッキ層３も鏡面に形成される。
【００２８】
次に、図６は接合工程を示している。接合工程では、シリコン材４（シリコンウェハ）を絶縁性基板１上の所定の位置に配置し、シリコン材４の接合面と金メッキ層３の接合面とを当接させ、４００〜６００℃で加熱圧着する。これにより、シリコン材４中のシリコンと金メッキ層３中の金とが相互拡散して、各々が互いに強固に密着する。シリコン・金二元系合金の共晶温度は約４５０℃であるため、その温度付近に加熱することによって、各々が相互に拡散し、密着するのである。
【００２９】
このようにして、シリコン材４が、絶縁性基板１上に形成された金メッキ層３と強固に接合され、図７に示すようなシリコン接合体５が形成される。また、メッキ層２および金メッキ層３の膜厚を寸法精度よく設定することができるため、絶縁性基板１とシリコン材４との接合を寸法精度よく正確に行うことができると共に、接合面の面積が極めて小さい場合でも、絶縁性基板１とシリコン材４の接合を高精度に行うことができる。また、メッキ層２および金メッキ層３を介して絶縁性基板１とシリコン材４の接合するため、５００℃〜６００℃程度の高温環境下でも強固な固着力を維持することができる。
【００３０】
次に、本発明によるシリコンの接合方法およびシリコン接合体の第２の実施形態を図８ないし図１５に従って説明する。本実施形態の特徴は、メッキ層形成工程において、無電解ニッケルメッキと電解ニッケルメッキとを併用してメッキ層を形成したことにある。なお、本実施形態では、前述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３１】
まず、図８および図９に示す前処理工程では、絶縁性基板１の少なくとも一面にエッチングを施し、絶縁性基板１の表面を粗化する。
【００３２】
次に、図１０および図１１に示すメッキ層形成工程では、無電解ニッケルメッキと電解ニッケルメッキとを併用してメッキ層１０を形成する。即ち、まず、図１０に示すように、エッチングされた絶縁性基板１をセンシタイジング処理及びアクチベーティング処理し、無電解ニッケルメッキを行う。これにより、第１メッキ薄膜１１が絶縁性基板１上に形成される。このとき、無電解ニッケルメッキのメッキ時間は数分で、膜厚は０．１〜１μｍ程度である。この第１メッキ薄膜１１が形成されることにより絶縁性基板１は導体化される。
【００３３】
次に、第１メッキ薄膜１１に通電用のメッキリードを取り付けた後、電解ニッケルメッキを行い、図１１に示すように第２メッキ層１２を形成する。電解ニッケルメッキ浴には、メッキ応力の低いスルファミン酸ニッケル浴が用いてもよく、または、安価なワット浴を用いてもよい。電流密度０．１〜１０Ａ／ｄｍ2で数分〜１時間程度メッキを行う。無電解ニッケルメッキによって形成された第１メッキ薄膜１１と電解ニッケルメッキによって形成された第２メッキ薄膜１２からなるメッキ層１０は、無電解メッキのみで形成されたニッケルメッキ層と比較してメッキ応力が低いため、絶縁性基板１との密着性が良好である。さらに、電解メッキでは電流密度の設定を変えるだけで短時間に所定の膜厚のメッキ薄膜を形成することが可能である。従って、第２メッキ薄膜１２の膜厚を短時間で容易に厚くすることができ、メッキ層１０の膜厚を容易に厚くすることができる。
【００３４】
次に、前述した第１の実施形態と同様に、平滑加工工程において、メッキ層１０の表面を鏡面化し（図１２）、接合層形成工程において鏡面化されたメッキ層１０上に金メッキ層３を形成する（図１３）。そして、接合工程において、シリコン材４の接合面と金メッキ層３の表面とを加熱圧着することにより、シリコン材４と絶縁性基板１とを接合する（図１４）。これにより、図１５に示すような、シリコン接合体１５が形成される。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態では、メッキ層２（１０）を形成するために無電解もしくは電解ニッケルメッキを用いていたが、ニッケルメッキに限らず、例えば銅メッキ、クロムメッキ等を用いてもよい。
【００３６】
また、エッチングされた絶縁性基板１に無電解ニッケルメッキを行う前に、センシタイジング処理とアクチベーティング処理を行う場合を例に挙げたが、その他にも、Ｐｄ2+・Ｓｎ2+コロイド含有塩酸系溶液を使用するキャタリスト法を用いることもできる。さらに、エッチングされた絶縁性基板１上にニッケルやクロム等を真空蒸着またはスパッタして導体化し、その上にメッキ層２を形成する方法も適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、請求項１の発明によるシリコン接合方法によれば、セラミック製の絶縁性基板の接合面をエッチングにより粗化する前処理工程と、前記前処理工程で粗化された接合面にメッキ層を形成するメッキ層形成工程と、メッキ層形成工程により形成されたメッキ層の表面に対し、当該表面を平滑化するための加工を施す平滑加工工程と、平滑加工工程により平滑化されたメッキ層の表面に、金からなる接合層を形成する接合層形成工程と、接合層形成工程により形成された接合層の表面と、シリコンからなるシリコン材の接合面とを互いに加熱圧着することにより、絶縁性基板とシリコン材とを接合する接合工程とを備えてなるシリコンの接合方法であって、前記メッキ層形成工程は、前記絶縁性基板の接合面に無電解ニッケルメッキにより無電解メッキ薄膜を形成する無電解メッキ薄膜形成工程と、前記無電解メッキ薄膜形成工程により形成された無電解メッキ薄膜上に当該無電解メッキ薄膜より厚く電解ニッケルメッキにより電解メッキ薄膜を形成する電解メッキ薄膜形成工程とを備えている構成としたから、絶縁性基板とシリコン材との接合を寸法精度よく正確に行うことができると共に、接合面の面積が極めて小さい場合でも、絶縁性基板とシリコン材の接合を高精度に行うことができる。さらに、接着剤を用いた接合の場合には、接着剤のはみ出しや接着剤の不足により接着不良や寸法誤差が生じるといった問題があったが、メッキ層および接合層を用いた接合の場合には、接着剤は不要となるため、このような問題は生じない。従って、絶縁性基板とシリコン材の接合を高精度に行うことができる。また、メッキ層および接合層を介して絶縁性基板とシリコン材の接合するため、５００℃〜６００℃程度の高温環境下でも強固な固着力を維持することができる。
さらに、電解ニッケルメッキによって形成された電解メッキ薄膜は、無電解ニッケルメッキによって形成された無電解メッキ薄膜と比較して、膜厚を短時間で容易に厚くすることができる。従って、メッキ層を無電解メッキ薄膜と電解メッキ薄膜とにより構成すれば、メッキ層の膜厚を容易に厚くすることができる。また、電解ニッケルメッキにより形成された電解メッキ薄膜を含むメッキ層は、無電解ニッケルメッキのみで形成されたメッキ層と比較してメッキ応力が低いため、絶縁性基板との密着性が良好となる。
【００３８】
請求項２の発明によるシリコンの接合方法によれば、電解メッキ薄膜形成工程において、無電解メッキ薄膜上に、スルファミン酸ニッケル浴による電解ニッケルメッキにより電解メッキ薄膜を形成することにより、電流密度の設定を変えるだけで短時間に所定の膜厚の電解メッキ薄膜を形成することが可能である。従って、電解メッキ薄膜の膜厚を短時間で容易に厚くすることができ、メッキ層の膜厚を容易に厚くすることができる。
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第1の実施形態による前処理工程における絶縁性基板を示す断面図である。
【図２】  本発明の第1の実施形態による前処理工程において絶縁性基板の表面を粗化した状態を示す断面図である。
【図３】  本発明の第1の実施形態によるメッキ層形成工程において絶縁性基板上にメッキ層を形成した状態を示す断面図である。
【図４】  本発明の第1の実施形態による平滑加工工程において絶縁性基板上に形成されたメッキ層の表面を平滑にした状態を示す断面図である。
【図５】  本発明の第1の実施形態による接合層形成工程においてメッキ層上に接合層を形成した状態を示す断面図である。
【図６】  本発明の第1の実施形態による接合層において絶縁性基板上にシリコン材を接合する状態を示す断面図である。
【図７】  本発明の第1の実施形態による接合方法により接合されたシリコン接合体を示す断面図である。
【図８】  本発明の第２の実施形態による前処理工程における絶縁性基板を示す断面図である。
【図９】  本発明の第２の実施形態による前処理工程において絶縁性基板の表面を粗化した状態を示す断面図である。
【図１０】  本発明の第２の実施形態によるメッキ層形成工程において絶縁性基板上に第1メッキ薄膜を形成した状態を示す断面図である。
【図１１】  本発明の第２の実施形態によるメッキ層形成工程において第1メッキ薄膜上に第2メッキ薄膜を形成した状態を示す断面図である。
【図１２】  本発明の第２の実施形態による平滑加工工程において絶縁性基板上に形成されたメッキ層の表面を平滑にした状態を示す断面図である。
【図１３】  本発明の第２の実施形態による接合層形成工程においてメッキ層上に接合層を形成した状態を示す断面図である。
【図１４】  本発明の第２の実施形態による接合層において絶縁性基板上にシリコン材を接合する状態を示す断面図である。
【図１５】  本発明の第２の実施形態による接合方法により接合されたシリコン接合体を示す断面図である。
【符号の説明】
１  絶縁性基板
２，１０  メッキ層
３  金メッキ層（接合層）
４  シリコン材
５，１５  シリコン接合体
【図１】
0003932644.tif 000002
【図２】
0003932644.tif 000003
【図３】
0003932644.tif 000004
【図４】
0003932644.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003932644.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003932644.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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