JP2001106545A - Glass substrate, method for manufacturing semiconductor sensor and semiconductor sensor - Google Patents
Glass substrate, method for manufacturing semiconductor sensor and semiconductor sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、陽極接合用ガラス
をマトリックスとした半導体センサなどに好適に用いら
れるガラス基板、このガラス基板を用いて、安定した接
続性を有する高性能な半導体センサを製造する方法とこ
の方法により得られた半導体センサ、およびガラス基板
に形状精度に優れる穿孔を形成する方法に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a glass substrate suitably used for a semiconductor sensor or the like using a glass for anodic bonding as a matrix, and to manufacture a high-performance semiconductor sensor having stable connectivity using the glass substrate. The present invention relates to a method for performing the method, a semiconductor sensor obtained by the method, and a method for forming a hole having excellent shape accuracy in a glass substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体圧力センサや半導体加速度センサ
などの半導体センサ、あるいはマイクロマシンなどの分
野においては、シリコン基材を接合、固定するために、
陽極接合可能なガラス材が広く用いられている。2. Description of the Related Art In the field of semiconductor sensors such as semiconductor pressure sensors and semiconductor acceleration sensors, and in the field of micromachines, etc., in order to bond and fix a silicon base material,
Anodically bondable glass materials are widely used.
【０００３】例えば、シリコン基材圧力センサは、シリ
コン単結晶からなるダイヤフラムにかかる圧力などの外
力によって生じた歪みを電気信号に変換するものであ
り、その変換方式によって種々のタイプのものがある。
ピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサはその代表
的なものであって、自動車産業やＦＡ機器産業で広く採
用されている。具体的には、気体や液体の圧力や流量等
を測定するために、燃料流量や油圧制御などを行う自動
制御システムのセンサとして使われている。この種のセ
ンサの特徴は、弾性変形可能に形成された薄膜上のシリ
コン単結晶基板の表面に、半導体回路を形成し、歪みゲ
ージの一部を形成してダイヤフラムを構成したものであ
る。その圧力検出のメカニズムは、シリコン単結晶基板
に圧力が付与されると歪みを生じ、その歪みに応じて歪
みゲージの比抵抗が変化するピエゾ抵抗効果を利用して
圧力変化を電圧変化又は電流変化に変換して測定するも
のである。For example, a silicon substrate pressure sensor converts distortion generated by an external force such as pressure applied to a diaphragm made of silicon single crystal into an electric signal, and there are various types depending on the conversion method.
Semiconductor pressure sensors utilizing the piezoresistive effect are typical examples, and are widely used in the automotive industry and the FA equipment industry. Specifically, it is used as a sensor of an automatic control system for controlling a fuel flow rate, a hydraulic pressure, and the like in order to measure the pressure and flow rate of a gas or a liquid. The feature of this type of sensor is that a semiconductor circuit is formed on the surface of a silicon single crystal substrate on a thin film that is elastically deformable, and a part of a strain gauge is formed to form a diaphragm. The mechanism of the pressure detection is that when pressure is applied to the silicon single crystal substrate, distortion occurs, and the specific resistance of the strain gauge changes according to the distortion. Is converted to a measurement.
【０００４】上記半導体圧力センサのシリコン単結晶を
保持する保持部材としては、一般に、シリコン基材に対
して陽極接合が可能であって、シリコン基材と熱膨張係
数が近似したガラス材が用いられている。例えば、パイ
レックスガラスに代表されるホウケイ酸ガラスや特開平
４−８３７３３号公報記載のアルミノシリケートガラス
などが使用される。陽極接合はこれらのガラスをシリコ
ン基材と重ね合わせ、３００〜６００℃程度に加熱した
状態で電圧を印加することによって、ガラス中の可動イ
オン（通常はアルカリイオン）を移動させ、ガラスとシ
リコンの間に生じる静電引力によって両者を強固に接合
する技術である。また、シリコン基板の熱膨張係数に近
似し、良好な陽極接合が可能なシリコン台座用ガラスが
開示されている（特許第２５７７４９３号、特開平７−
２４７１３４号公報）。これによれば、熱膨張特性にお
いて、シリコンとの良好な整合性が得られる。As a holding member for holding a silicon single crystal of the above-mentioned semiconductor pressure sensor, a glass material which can be anodically bonded to a silicon base material and has a thermal expansion coefficient similar to that of the silicon base material is generally used. ing. For example, borosilicate glass represented by Pyrex glass, aluminosilicate glass described in JP-A-4-83733, and the like are used. In anodic bonding, these glasses are superimposed on a silicon base material, and a voltage is applied in a state where the glasses are heated to about 300 to 600 ° C., whereby mobile ions (usually, alkali ions) in the glass are moved, and the glass and silicon are bonded together. This is a technique for firmly joining the two by electrostatic attraction generated between them. In addition, a glass for a silicon pedestal that is close to the coefficient of thermal expansion of a silicon substrate and is capable of performing good anodic bonding has been disclosed (Japanese Patent No. 2577493, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-1995).
247134). According to this, good matching with silicon is obtained in thermal expansion characteristics.
【０００５】一方、半導体圧力センサ分野においては、
マイクロマシンや体内埋め込み用などへの展開が図られ
ており、構造の小型化が極めて重要である。そのため、
パッケージングや電極形成、電気接続方法などが重要な
課題となる。そこで、ガラス基板に貫通孔を設け、該貫
通孔をメッキにより被覆または充填することによって、
ガラス基板の表裏を導通することが行われてきた（特開
平３−２０３３４１号公報）。しかしながら、このよう
に、メッキにより貫通孔を被覆または充填する方法は、
その処理に長時間を要し、生産効率を下げる原因となる
上、メッキ処理において、ガラス基板の厚さや貫通孔の
形状などに制約があり、自由度が小さいなどの欠点を有
している。On the other hand, in the field of semiconductor pressure sensors,
It is being developed for micromachines and implantable devices, and miniaturization of the structure is extremely important. for that reason,
Important issues include packaging, electrode formation, and electrical connection methods. Therefore, by providing a through-hole in the glass substrate, and covering or filling the through-hole by plating,
Conduction between the front and back of a glass substrate has been performed (JP-A-3-203341). However, as described above, the method of covering or filling the through hole by plating is as follows.
The process requires a long time, which causes a reduction in production efficiency. In addition, the plating process has drawbacks in that the thickness of the glass substrate and the shape of the through hole are restricted, and the degree of freedom is small.
【０００６】また、ガラス基板に貫通孔をあけ、貫通孔
に導電体ペーストを埋め込むことも試みられている。し
かしながら、従来の貫通孔をあける技術においては、以
下に示すような問題があり、充分に満足しうるものでは
なかった。例えば、サンドブラスト加工により、貫通孔
を設ける場合、形成された貫通孔が円錐上になり、表裏
で孔径が異なり、かつその傾斜がかなり大きいため、裏
面では小さい孔があいても、表面では倍以上の孔径にな
ることも珍しくない上、一般的にはガラスの板厚以下の
貫通孔はあけられないなどの問題が生じる。また、超音
波加工などの機械加工で孔をあける方法も知られている
が、この場合、加工費が高くつくという欠点がある。Further, it has been attempted to make a through hole in a glass substrate and embed a conductive paste in the through hole. However, the conventional technology for forming through holes has the following problems, and has not been sufficiently satisfactory. For example, when a through hole is provided by sandblasting, the formed through hole becomes a cone, the hole diameter is different on the front and back, and the inclination is considerably large, so even if there is a small hole on the back, more than twice on the front. It is not unusual to have a hole diameter of not more than one, and in general, there arises a problem that a through-hole smaller than the thickness of the glass cannot be formed. Also, a method of making a hole by mechanical processing such as ultrasonic processing is known, but in this case, there is a disadvantage that processing cost is high.
【０００７】さらに、この技術においては、導電体ペー
ストが、貫通孔に完全に充填されないと、接続不良や気
密不良を発生しやすく、信頼性に問題が生じる。このよ
うに、従来の半導体センサ用ガラス基板においては、貫
通孔の形状などに制約があると共に、その形状精度が悪
く、かつ信頼性に劣る上、生産効率が低く、製造コスト
が高くつくなどの問題があった。Further, in this technique, if the conductive paste is not completely filled in the through-hole, poor connection or poor airtightness is liable to occur, causing a problem in reliability. As described above, in the conventional glass substrate for a semiconductor sensor, the shape of the through-hole is limited, the shape accuracy is poor, the reliability is poor, the production efficiency is low, and the manufacturing cost is high. There was a problem.
【０００８】他方、半導体の両面実装など、高密度実装
用に、予めガラス中に導電体を埋入させ、表裏を導通さ
せたガラス基板が提案されている（特開昭１０−１９０
１９０号公報）。しかしながら、シリコンとの熱膨張特
性が近似するガラス中に、導電体を埋入させたガラス基
板は、これまで提案されていないのが実状である。On the other hand, for high-density mounting such as double-sided mounting of semiconductors, there has been proposed a glass substrate in which a conductor is buried in glass in advance and the front and back are electrically connected (Japanese Patent Laid-Open No. 10-190).
No. 190). However, a glass substrate in which a conductor is embedded in glass whose thermal expansion characteristic is similar to that of silicon has not been proposed so far.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、陽極接合用ガラスをマトリックスとし、
優れた機能を有すると共に、製造コストが低く、半導体
センサなどに好適に用いられるガラス基板、このガラス
基板を用いて、安定した接続性を有する高性能な半導体
センサを製造する方法とこの方法により得られた半導体
センサ、ガラス基板に形状精度に優れる穿孔を形成する
方法、この方法によるガラス基板の製造方法およびその
ガラス基板を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION Under such circumstances, the present invention uses a glass for anodic bonding as a matrix,
A glass substrate which has excellent functions, is low in manufacturing cost, and is preferably used for a semiconductor sensor, etc., a method for manufacturing a high-performance semiconductor sensor having stable connectivity by using this glass substrate, and a method obtained by this method. It is an object of the present invention to provide a semiconductor sensor obtained, a method of forming a hole having excellent shape accuracy in a glass substrate, a method of manufacturing a glass substrate by this method, and the glass substrate.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定の熱膨張
係数をもつアルミノシリケートガラスマトリックス中に
導電体を埋入したものが、ガラス基板として前記目的に
適合しうること、そして、このガラス基板を用い、特定
の工程を施すことにより、安定した接続性を有する高性
能な半導体センサが容易に得られることを見出した。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, it has been found that a conductor in which a conductor is embedded in an aluminosilicate glass matrix having a specific thermal expansion coefficient is obtained. It has been found that a glass substrate can be adapted to the above purpose, and that a high-performance semiconductor sensor having stable connectivity can be easily obtained by performing a specific process using this glass substrate.
【００１１】さらに、ガラスマトリックス中にエッチン
グ可能な線状体を埋入させたガラス基板をエッチング処
理し、該線状体の少なくとも一部を除去することによ
り、ガラス基板に形状精度に優れる穿孔を形成しうるこ
とを見出した。[0011] Further, the glass substrate in which an etchable linear body is embedded in a glass matrix is subjected to an etching treatment, and at least a part of the linear body is removed, so that a hole having excellent shape accuracy is formed in the glass substrate. It was found that it could be formed.
【００１２】本発明は、かかる知見に基づいて完成した
ものである。すなわち、本発明は、（１）ガラスマトリ
ックス中に導電体が外部と導通可能に埋入されたガラス
基板であって、前記ガラスマトリックスがＳｉＯ2とＡ
ｌ2Ｏ3とを主成分とするアルミノシリケートガラスから
なり、かつ室温から４００℃までの温度領域において、
熱膨張係数が３０×１０-7／℃以上３９×１０-7／℃未
満であることを特徴とするガラス基板、（２）（Ａ）シ
リコン基板に少なくとも信号変換素子および抵抗素子を
形成する工程と、（Ｂ）上記（１）のガラス基板を作製
する工程と、（Ｃ）前記シリコン基板と、前記ガラス基
板とを接合する工程、を含むことを特徴とする半導体セ
ンサの製造方法、（３）上記（２）の方法により製造さ
れたことを特徴とする半導体センサ、（４）ガラスマト
リックス中に、エッチング可能な線状体を少なくとも一
方の端面が表面に露出するように埋入させてなるガラス
基板をエッチング処理し、該線状体の少なくとも一部を
除去することを特徴とするガラス基板の穿孔方法、
（５）ガラスマトリックス中に、エッチング可能な線状
体を少なくとも一部が表面に露出するように埋入させて
なるガラス基板をエッチング処理し、該線状体の少なく
とも一部を除去する工程と、前記エッチング処理により
線状体が除去された部分に、前記線状体の材料とは異な
る第二の材料を充填する工程とを含むことを特徴とする
ガラス基板の製造方法、および（６）上記（５）の方法
により製造されたことを特徴とするガラス基板、を提供
するものである。The present invention has been completed based on such findings. That is, the present invention provides (1) a glass substrate having a conductor embedded in a glass matrix so as to be able to conduct to the outside, wherein the glass matrix is made of SiO 2 and A
aluminosilicate glass containing l 2 O 3 as a main component, and in a temperature range from room temperature to 400 ° C.,
A glass substrate having a coefficient of thermal expansion of at least 30 × 10 −7 / ° C. and less than 39 × 10 −7 / ° C., (2) (A) a step of forming at least a signal conversion element and a resistance element on a silicon substrate (B) a step of manufacturing the glass substrate according to the above (1), and (C) a step of bonding the silicon substrate and the glass substrate. A) a semiconductor sensor manufactured by the method of the above (2); and (4) an etchable linear body embedded in a glass matrix such that at least one end face is exposed on the surface. Etching the glass substrate, a method of punching a glass substrate, characterized by removing at least a part of the linear body,
(5) etching a glass substrate having an etchable linear body embedded in a glass matrix so that at least a part of the linear body is exposed on the surface, and removing at least a part of the linear body; Filling the portion from which the linear body has been removed by the etching process with a second material different from the material of the linear body, and (6) a method of manufacturing a glass substrate. It is intended to provide a glass substrate produced by the method (5).
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】まず、本発明のガラス基板につい
て説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the glass substrate of the present invention will be described.
【００１４】本発明のガラス基板は、ガラスマトリック
ス中に導電体が外部と導通可能に埋入されたものであっ
て、上記ガラスマトリックスとしては、シリコンとの熱
膨張特性の整合性に優れ、かつ溶融粘度が低く、流動性
に富むことから、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3とを主成分とする
アルミノシリケートガラスが用いられる。The glass substrate of the present invention is a glass substrate in which a conductor is embedded in a glass matrix so as to be able to conduct with the outside. The glass matrix has excellent consistency in thermal expansion characteristics with silicon, and Aluminosilicate glass containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components is used because of its low melt viscosity and high fluidity.
【００１５】そして、このアルミノシリケートガラス
は、室温から４００℃までの温度領域において、熱膨張
係数が３０×１０-7／℃以上３９×１０-7／℃未満の範
囲にあることが必要である。熱膨張係数が上記の範囲に
あるアルミノシリケートガラスは、シリコンのそれと極
めて近似しており、接合時の加熱温度（４００℃付近）
から室温において、両者の熱膨張の相異による残留歪み
の発生を防止することができる。なお、室温から４００
℃までの温度領域において、シリコンの熱膨張係数は、
約３４×１０-7／℃であり、したがって、該アルミノシ
リケートガラスの熱膨張係数は、が３０×１０-7／℃〜
３７×１０-7／℃の範囲にあるのが好ましい。The aluminosilicate glass must have a coefficient of thermal expansion in the range from room temperature to 400 ° C. of 30 × 10 −7 / ° C. or more and less than 39 × 10 −7 / ° C. . The aluminosilicate glass having a coefficient of thermal expansion in the above range is very similar to that of silicon, and the heating temperature at the time of joining (around 400 ° C.)
Thus, at room temperature, the occurrence of residual strain due to the difference in thermal expansion between the two can be prevented. In addition, from room temperature to 400
In the temperature range up to ℃, the thermal expansion coefficient of silicon is
It is about 34 × 10 −7 / ° C., so that the coefficient of thermal expansion of the aluminosilicate glass is from 30 × 10 −7 / ° C.
It is preferably in the range of 37 × 10 −7 / ° C.
【００１６】さらに、室温から４００℃までの温度領域
における前記ガラスマトリックスの熱膨張係数とシリコ
ンの熱膨張係数との差の符号がつねに同一であることが
好ましい。このようなガラス基板は、室温から４００℃
の温度領域においてシリコン基材と近似した熱的挙動
（膨張・収縮）を示すため、陽極接合後、シリコンに生
じる残留歪みをさらに抑制することができる。また、セ
ンサの構成部材として用いる場合にも複雑な温度補償回
路を必要としないため好ましい。Furthermore, it is preferable that the sign of the difference between the coefficient of thermal expansion of the glass matrix and the coefficient of thermal expansion of silicon in the temperature range from room temperature to 400 ° C. is always the same. Such a glass substrate is heated from room temperature to 400 ° C.
In this temperature range, thermal behavior (expansion / shrinkage) similar to that of the silicon base material is exhibited, so that residual strain generated in silicon after anodic bonding can be further suppressed. Further, it is preferable that a complicated temperature compensating circuit is not required even when used as a component of a sensor.
【００１７】本発明のガラス基板において、ガラスマト
リックスとして用いられるこのアルミノシリケートガラ
スは、重量％で、ＳｉＯ2 ５０〜７０％、Ａｌ2Ｏ3
１４〜２８％、Ｎａ2Ｏ １〜５％、ＭｇＯ １〜１３
％およびＺｎＯ ０〜１４％を含み、かつ上記成分の合
計含有量が少なくとも８０％である組成を有するものが
好ましい。ＳｉＯ2の含有量が５０重量％未満では熱膨
張係数が大きくなると共に、化学的耐久性が低下するお
それがあるし、７０重量％を超えると粘性が高くなりす
ぎて溶融が困難になる傾向がある。In the glass substrate of the present invention, the aluminosilicate glass used as a glass matrix is 50 to 70% by weight of SiO 2 and Al 2 O 3 by weight%.
14~28%, Na 2 O 1~5% , MgO 1~13
% And a composition containing 0 to 14% of ZnO and the total content of the above components is at least 80%. If the content of SiO 2 is less than 50% by weight, the coefficient of thermal expansion may increase and the chemical durability may decrease. If the content exceeds 70% by weight, the viscosity tends to be too high to make melting difficult. is there.
【００１８】Ａｌ2Ｏ3はシリコン基材と近似した熱膨張
率を得るのに必須な成分である。その含有量が１４重量
％未満では分相傾向が増大すると共に、高温域の粘性が
増大する傾向があるし、２８重量％を超えると耐失透性
が低下する原因となる。Al 2 O 3 is a component essential for obtaining a thermal expansion coefficient close to that of a silicon substrate. If the content is less than 14% by weight, the tendency of phase separation tends to increase and the viscosity in the high temperature region tends to increase. If the content exceeds 28% by weight, the devitrification resistance decreases.
【００１９】Ｎａ2Ｏは、陽極接合を可能にする可動性
キャリアイオン源となるものであって、その含有量が多
いほど電気伝導率が大きくなり、低温での陽極接合が可
能になるが、５重量％を超えると熱膨張係数が大きくな
りすぎるおそれがある。一方、１重量％未満では電気伝
導率が小さくなって、陽極接合が困難になると共に、溶
融も困難となる傾向がある。Na 2 O serves as a mobile carrier ion source that enables anodic bonding. The higher the content of Na 2 O, the higher the electrical conductivity and the lower the anodic bonding. If it exceeds 5% by weight, the coefficient of thermal expansion may be too large. On the other hand, if the content is less than 1% by weight, the electric conductivity tends to be low, so that anodic bonding becomes difficult and melting tends to be difficult.
【００２０】ＭｇＯは、安定なガラスを得るのに有効な
成分であって、陽極接合の際の可動性キャリアイオン源
となるＮａ2Ｏを最大限に導入することを可能にならし
める。このＭｇＯの含有量が１重量％未満では耐失透性
が悪化すると共に、分相傾向が増大するし、１３重量％
を超えると熱膨張係数が大きくなりすぎる傾向がある。
また、このＭｇＯは、粘性を下げ溶融性を良くする効果
も有する。MgO is an effective component for obtaining a stable glass, and makes it possible to introduce as much Na 2 O as a mobile carrier ion source at the time of anodic bonding. When the content of MgO is less than 1% by weight, the devitrification resistance is deteriorated, the tendency of phase separation is increased, and the content of 13% by weight is increased.
If it exceeds, the coefficient of thermal expansion tends to be too large.
This MgO also has the effect of reducing viscosity and improving meltability.
【００２１】ＺｎＯは、必須成分ではないが、熱膨張係
数を小さくする効果がＭｇＯよりも大きく、化学耐久性
も良くするので好ましい成分である。ただし、その含有
量が１４重量％を超えると分相傾向が大きくなると共
に、粘性が大きくなりすぎる傾向がある。Although ZnO is not an essential component, it is a preferable component because the effect of reducing the thermal expansion coefficient is greater than that of MgO and the chemical durability is improved. However, if the content exceeds 14% by weight, the phase separation tendency tends to increase, and the viscosity tends to increase too much.
【００２２】上記成分の合計含有量は、８０重量％以上
であるのが望ましく、８０重量％未満では、所望の物性
を有するガラスとならず、本発明のガラス基板における
ガラスマトリックスとして使用し難い。すなわち、上記
以外の他の成分の含有量は、２０重量％以下であるのが
望ましい。The total content of the above components is desirably 80% by weight or more. If the total content is less than 80% by weight, glass having desired physical properties is not obtained, and it is difficult to use as a glass matrix in the glass substrate of the present invention. That is, the content of other components other than the above is desirably 20% by weight or less.
【００２３】ガラスマトリックスの組成を上記範囲とす
ることにより、ガラス溶融時において、導電体との良好
な一体化が可能な粘度を得ることができる。なお、ガラ
ス溶融時の粘度は、約１００Ｐａ・ｓ（パスカル・秒）
以下が好ましく、９０Ｐａ・ｓ以下がより好ましい。こ
のガラスマトリックスのより好ましい組成は、重量％
で、ＳｉＯ2 ５０〜６５％、Ａｌ2Ｏ3 １５〜２５
％、Ｎａ2Ｏ １．３〜３．５％、ＭｇＯ ２〜１０％
およびＺｎＯ ０〜１２％である。また、上記成分以外
の任意成分として、Ｂ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＢａＯ、Ｓｒ
Ｏ、ＣａＯ、ＰｂＯ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、ＺｒＯ2、Ｔｉ
Ｏ2、Ｐ2Ｏ5、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2およびＦの
中から選ばれた少なくとも１種の成分を、その合計量が
２０重量％以下の割合で適宜含有させることができる。By setting the composition of the glass matrix within the above range, it is possible to obtain a viscosity that enables good integration with the conductor when the glass is melted. The viscosity at the time of melting the glass is about 100 Pa · s (Pascal · second).
Or less, more preferably 90 Pa · s or less. A more preferred composition of this glass matrix is
And SiO 2 50-65%, Al 2 O 3 15-25
%, Na 2 O 1.3~3.5%, MgO 2~10%
And ZnO from 0 to 12%. In addition, as optional components other than the above components, B 2 O 3 , La 2 O 3 , BaO, Sr
O, CaO, PbO, K 2 O, Li 2 O, ZrO 2 , Ti
At least one component selected from O 2 , P 2 O 5 , As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SnO 2, and F is appropriately contained in a total amount of 20% by weight or less. Can be.
【００２４】Ｂ2Ｏ3は、必ずしも必要としないが、溶融
性を良くするので有効な成分である。しかし、含有量の
増大と共に、化学的耐久性が悪化するので、１５重量％
を上限とするのが好ましく、特に２重量％以下が好まし
い。Ｌａ2Ｏ3は、粘性を下げ、化学的耐久性を良くする
効果を有している。ただし、このものは比較的高価であ
るので、その含有量の上限を５重量％とすることが適当
である。B 2 O 3 is not necessarily required, but is an effective component because it improves the melting property. However, the chemical durability deteriorates with the increase of the content.
Is preferably the upper limit, and particularly preferably 2% by weight or less. La 2 O 3 has the effect of lowering the viscosity and improving the chemical durability. However, since this is relatively expensive, it is appropriate to set the upper limit of its content to 5% by weight.
【００２５】一方、前記ガラスマトリックス中に埋入さ
せる導電体としては、１４００℃より高い融点を有し、
かつ良好な導電性を有する材料からなるものが好ましく
用いられる。このような導電体としては、タングステ
ン、モリブデンまたはこれらを主成分とする合金からな
る金属材料が好適である。また、グラファイト（融点３
７００℃）も使用することができる。On the other hand, the conductor embedded in the glass matrix has a melting point higher than 1400 ° C.
A material made of a material having good conductivity is preferably used. As such a conductor, a metal material made of tungsten, molybdenum, or an alloy containing these as a main component is preferable. In addition, graphite (melting point 3
700 ° C.) can also be used.
【００２６】なお、タングステンの融点は３４１０℃、
モリブデンの融点は２６１０℃である。銅は良好な導電
性物質であるが、融点が１０８３．４℃であるため、ガ
ラスの溶融温度に耐えられず、ガラスマトリックスとの
一体化が困難である。さらに、金属材料は高融点である
とともに、ガラスとの一体化時に「弛み」を防止するた
めに張力を付加されるが、タングステン、モリブデン等
は高温下での強度を有しているため好ましい。他の金属
材料としては白金（融点：１７７４℃）等が挙げられ
る。The melting point of tungsten is 3410 ° C.
Molybdenum has a melting point of 2610 ° C. Although copper is a good conductive substance, it has a melting point of 1083.4 ° C., and therefore cannot withstand the melting temperature of glass and is difficult to integrate with a glass matrix. Further, the metal material has a high melting point, and a tension is applied to prevent "slack" when integrated with glass. Tungsten, molybdenum, and the like are preferable because they have strength at high temperatures. Other metal materials include platinum (melting point: 1774 ° C.) and the like.
【００２７】この導電体は、耐酸化性やガラスマトリッ
クスとの濡れ性などを向上させるために、所望により、
各種の表面改質処理を施したものであってもよい。例え
ば、上記金属材料からなる導電体の表面を、特定の金属
やその合金で被覆されたものを用いることができる。導
電体の表面を被覆するのに用いる金属やその合金は、溶
融状態のガラスマトリックスと接触した際に、導電体を
構成する材料よりも酸化還元反応を起こしにくい金属や
その合金が好ましい。溶融ガラスと接触して酸化還元反
応が起こると、接触部分におけるガラス中の泡発生の原
因となる。かかる被覆金属としては、貴金属、例えば白
金族元素、Ａｕおよびこれらの合金などが好ましく挙げ
られる。これらの中で、白金族元素やその合金が特に好
ましい。この白金族元素やその合金としては、ルテニウ
ム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、
オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐ
ｔ）およびこれらの合金が挙げられる。純金属の中で、
ルテニウム、オスミウム、イリジウムは極めて高価であ
るので、単体で使用するよりも、白金との合金で使用す
るのが好ましい。合金としては、例えば白金パラジウム
合金、白金ロジウム合金、白金イリジウム合金などが好
ましく挙げられる。This conductor is optionally used to improve oxidation resistance and wettability with a glass matrix.
It may be one subjected to various surface modification treatments. For example, a conductor whose surface is covered with a specific metal or an alloy thereof can be used. The metal or its alloy used to coat the surface of the conductor is preferably a metal or an alloy thereof that is less likely to cause an oxidation-reduction reaction than a material constituting the conductor when it comes into contact with a glass matrix in a molten state. When the oxidation-reduction reaction occurs upon contact with the molten glass, it causes bubbles in the glass at the contact portion. As such a coating metal, a noble metal, for example, a platinum group element, Au and an alloy thereof are preferably mentioned. Of these, platinum group elements and their alloys are particularly preferred. The platinum group elements and alloys thereof include ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd),
Osmium (Os), iridium (Ir), platinum (P
t) and alloys thereof. In pure metal,
Since ruthenium, osmium and iridium are extremely expensive, it is preferable to use an alloy with platinum rather than a simple substance. Preferred examples of the alloy include a platinum-palladium alloy, a platinum-rhodium alloy, and a platinum-iridium alloy.
【００２８】上記貴金属を、前記導電体の表面に被覆す
る方法については特に制限はなく、従来公知の方法、例
えばメッキ法、蒸着法、スパッタリング法などを用いる
ことができる。また、厚い被覆を必要とする場合には、
上記方法ではなく、クラッドにすることができる。例え
ば、ワイヤの場合には、棒状の導電体の周りに管状の貴
金属を重ねて線引きすることにより、製造することがで
きる。The method of coating the surface of the conductor with the noble metal is not particularly limited, and a conventionally known method, for example, a plating method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like can be used. If you need a thick coating,
Instead of the above method, a clad can be used. For example, in the case of a wire, it can be manufactured by overlapping and drawing a tubular noble metal around a rod-shaped conductor.
【００２９】また、ガラスマトリックスとの親和性（濡
れ性）を向上させるための表面処理が施された導電体を
用いることができる。このような表面処理としては、例
えば紫外線照射による汚れの除去処理、ガラスやジルコ
ニアなどのセラミックスによるコーティング処理、予熱
あるいは仮焼処理などを挙げることができる。Further, a conductor which has been subjected to a surface treatment for improving the affinity (wetting property) with the glass matrix can be used. Examples of such a surface treatment include a stain removal treatment by ultraviolet irradiation, a coating treatment with glass or ceramics such as zirconia, a preheating or calcining treatment, and the like.
【００３０】導電体の改質は、上記表面処理による表面
の改質のみならず、材質そのものを改質することも有効
である。材質そのものを改質する手段としては、タング
ステンやモリブデンにアルミニウム、カリウム、シリコ
ン、コバルトなどを少量添加することが挙げられる。タ
ングステンやモリブデンは、高温下では再結晶しやす
く、強度が低下するという傾向があるため、この改質処
理によって再結晶を抑制し、高温下での強度低下を防止
することができる。It is effective not only to modify the surface by the above-mentioned surface treatment, but also to modify the material itself. Means for modifying the material itself include adding a small amount of aluminum, potassium, silicon, cobalt, or the like to tungsten or molybdenum. Tungsten and molybdenum tend to recrystallize at high temperatures and tend to have reduced strength. Therefore, this modification can suppress recrystallization and prevent a decrease in strength at high temperatures.
【００３１】この導電体の形状については特に制限はな
く、板状、線状、棒状など、いかなる形状であってもよ
いが、特に線状体（ワイヤ）が好適である。また、導電
体の断面形状は、例えば、円形、楕円形、正方形、長方
形、多角形または星型であることができる。さらに、導
電体の断面の寸法には特に制限はなく、基板の用途によ
り適宜決定できる。ただし、基板中に埋設できる導電体
の単位断面積当たりの密度（本数）を多くできるという
観点、および断面の寸法が大きくなりすぎると導電体と
ガラスマトリックスとの間にクラックが入りやすいこと
を考慮して、導電体の断面の直径は好ましくは１〜１０
００μｍ、より好ましくは５０〜３００μｍ、さらに好
ましくは８０〜２５０μｍである。さらに本発明の基板
では、製法上の理由（メッキ法を用いない）から、従来
の基板におけるより、導電体の断面の寸法を小さくする
ことも可能であり、例えば、導電体の断面形状に対する
外接円の直径を１００μｍ以下、さらに５０μｍ以下と
することもできる。また、本発明の基板においては、隣
接する導電体の間のピッチも基板の用途により適宜決定
できる。特に、本発明の基板では、製法上の理由（基板
材料を穿孔する必要がない）から、従来の基板における
より、ピッチを小さくすることも可能であり、例えば、
１００μｍ以下の微小ピッチを実現することもできる。
複数の導電体を埋入させる場合、異なる形状の導電体を
組み合わせてもよく、径の異なる導電体を用いることも
可能である。The shape of the conductor is not particularly limited, and may be any shape such as a plate, a line, and a bar, but a wire (wire) is particularly preferable. The cross-sectional shape of the conductor can be, for example, a circle, an ellipse, a square, a rectangle, a polygon, or a star. Furthermore, the dimensions of the cross section of the conductor are not particularly limited, and can be appropriately determined depending on the use of the substrate. However, in view of the fact that the density (number of conductors) per unit cross-sectional area of the conductor that can be embedded in the substrate can be increased, and that if the cross-sectional dimension is too large, cracks easily occur between the conductor and the glass matrix. The diameter of the cross section of the conductor is preferably 1 to 10
It is 00 μm, more preferably 50 to 300 μm, and still more preferably 80 to 250 μm. Further, in the substrate of the present invention, it is possible to make the cross-sectional dimension of the conductor smaller than that of the conventional substrate, for example, because of the manufacturing method (not using the plating method). The diameter of the circle may be 100 μm or less, or even 50 μm or less. Further, in the substrate of the present invention, the pitch between adjacent conductors can be appropriately determined depending on the use of the substrate. In particular, in the substrate of the present invention, it is possible to make the pitch smaller than that in the conventional substrate for reasons of the manufacturing method (there is no need to perforate the substrate material).
A fine pitch of 100 μm or less can be realized.
When a plurality of conductors are embedded, conductors having different shapes may be combined, and conductors having different diameters may be used.
【００３２】本発明のガラス基板においては、ガラスマ
トリックス中に埋入された導電体の該マトリックス表面
に露出した部分において、導電体とガラスマトリックス
との高低差が±３μｍ以内であることが好ましい。これ
により、ガラス基板に対する接合対象物と過不足なく良
好に接合することができる。また、本発明のガラス基板
は研磨による平坦化が可能であり、高低差は±２μｍ以
内がより好ましい。In the glass substrate of the present invention, it is preferable that a difference in height between the conductor and the glass matrix is within ± 3 μm in a portion of the conductor embedded in the glass matrix exposed on the surface of the matrix. Thereby, it is possible to satisfactorily join the object to be joined to the glass substrate without excess or deficiency. The glass substrate of the present invention can be flattened by polishing, and the height difference is more preferably within ± 2 μm.
【００３３】さらに、ガラスマトリックス部分の平均表
面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以下および／または導電
体のガラスマトリックス表面に露出部分の平均表面粗さ
（Ｒａ）が０．０５μｍ以下であることが好ましい。Further, the average surface roughness (Ra) of the glass matrix portion may be 0.05 μm or less and / or the average surface roughness (Ra) of the portion exposed to the glass matrix surface of the conductor may be 0.05 μm or less. preferable.
【００３４】ガラスマトリックスおよび導電体のうちい
ずれか一方が上記数値範囲の平均表面粗さを有すること
により、例えばシリコンとの接合時に短時間でかつ機能
性よく接合することができる。両者が共に上記範囲の平
均表面粗さである場合がより好ましく、特に両者共に、
平均表面粗さが０．０５μｍ以下、さらに０．０３μｍ
以下であるのが好ましい。When one of the glass matrix and the conductor has the average surface roughness in the above numerical range, the bonding can be performed in a short time and with good functionality when bonding with silicon, for example. It is more preferable that both have an average surface roughness in the above range.
Average surface roughness is 0.05 μm or less, further 0.03 μm
It is preferred that:
【００３５】このような性状を有する本発明のガラス基
板の製造方法については、後述の半導体センサの製造方
法において説明する。本発明のガラス基板（いわゆるワ
イヤーインガラス）は、高い平坦性および平滑性という
ガラスの特性と、ガラス基板を介して外部との電気的接
続を行う導通部の形成が極めて簡単かつ確実であるとい
う特性とから、半導体センサ等の用途に好適である。こ
れにより、半導体センサの性能の向上および製造効率の
向上を図ることができる。なお、ここで「半導体セン
サ」とは、シリコン半導体基板の表面に、圧力センサや
加速度センサのダイヤフラム等の可動薄片を形成し、さ
らにその動作の信号を処理する回路を該基板上に集積化
した装置の総称である。The method for manufacturing the glass substrate of the present invention having such properties will be described later in the method for manufacturing a semiconductor sensor. The glass substrate (so-called wire-in-glass) of the present invention is characterized in that it is extremely simple and reliable to form a conductive portion for making an electrical connection with the outside through the glass substrate, and to have high flatness and smoothness. From the characteristics, it is suitable for applications such as semiconductor sensors. As a result, the performance of the semiconductor sensor and the manufacturing efficiency can be improved. Here, the "semiconductor sensor" means that a movable thin piece such as a diaphragm of a pressure sensor or an acceleration sensor is formed on a surface of a silicon semiconductor substrate, and a circuit for processing a signal of the operation is integrated on the substrate. This is a general term for devices.
【００３６】次に、本発明の半導体センサの製造方法に
ついて説明する。本発明の半導体センサの製造方法にお
いては、（Ａ）シリコン基板に少なくとも信号変換素子
および抵抗素子を形成する工程と、（Ｂ）前記ガラス基
板を作製する工程と、（Ｃ）前記シリコン基板と、前記
ガラス基板とを接合する工程が施される。Next, a method for manufacturing a semiconductor sensor according to the present invention will be described. In the method for manufacturing a semiconductor sensor according to the present invention, (A) a step of forming at least a signal conversion element and a resistance element on a silicon substrate, (B) a step of manufacturing the glass substrate, and (C) the silicon substrate. A step of bonding the glass substrate is performed.
【００３７】（Ａ）工程：この（Ａ）工程は、シリコン
基板に少なくとも信号変換素子および抵抗素子を形成す
る工程である。なお、信号変換素子としては、例えばダ
イヤフラムなどが、抵抗素子としては、例えばピエゾ抵
抗などが挙げられる。Step (A): Step (A) is a step of forming at least a signal conversion element and a resistance element on a silicon substrate. The signal conversion element includes, for example, a diaphragm, and the resistance element includes, for example, a piezoresistor.
【００３８】半導体センサの構成について、半導体圧力
センサを例に挙げて説明すると、弾性変形可能なように
形成された薄膜状のシリコン単結晶基板の表面に、例え
ば後述の半導体回路形成方法に従って、歪ゲージの一部
を形成してダイヤフラムを構成したものである。そし
て、圧力の検出のメカニズムは、シリコン単結晶基板に
圧力が付与されると歪を生じ、この歪に応じて歪ゲージ
の比抵抗が変化するピエゾ抵抗効果を利用して圧力変化
を電圧変化または電流変化に変換して測定するものであ
る。The structure of the semiconductor sensor will be described with reference to a semiconductor pressure sensor as an example. A diaphragm is formed by forming a part of a gauge. The mechanism of pressure detection is that when pressure is applied to the silicon single crystal substrate, a strain is generated, and the pressure change is changed to a voltage or a voltage using the piezoresistance effect in which the specific resistance of the strain gauge changes according to the strain. This is converted into a current change and measured.
【００３９】なお、この（Ａ）工程は、後述の（Ｃ）工
程で行われるシリコン基板とガラス基板の接合工程の前
に、信号変換素子および抵抗素子の両方を形成してもよ
いし、まず、抵抗素子を形成したシリコン基板とガラス
基板を接合したのち、該シリコン基板に信号変換素子を
形成してもよい。In the step (A), both the signal conversion element and the resistance element may be formed before the bonding step of the silicon substrate and the glass substrate performed in the step (C) described later. After the silicon substrate on which the resistance element is formed and the glass substrate are joined, the signal conversion element may be formed on the silicon substrate.
【００４０】次に、この（Ａ）工程の手順の一例を、半
導体圧力センサの作製を例に挙げて添付図面に従い、説
明する。図７は半導体圧力センサの一例の製造工程図で
ある。まず、ｎ型シリコン基板１を洗浄したのち、酸化
して基板全面にＳｉＯ2膜９を形成し（図７（ａ））、
次いで、フォトリソグラフィー法により、部分的にＳｉ
Ｏ2膜９を除去することにより、シリコンエッチング用
のＳｉＯ2パターンを形成する（図７（ｂ））。次に、
このＳｉＯ2膜９をマスクとしてシリコン基板をエッチ
ング処理した（図７（ｃ））のち、上記と同様に再度酸
化後、フォトリソグラフィー法により、ｐ型ピエゾ抵抗
７用のＳｉＯ2パターンを形成して、Ｂイオンを注入
し、さらに高温で熱処理してｐ型ピエゾ抵抗７を形成す
る（図７（ｄ））。Next, an example of the procedure of the step (A) will be described with reference to the accompanying drawings, taking the production of a semiconductor pressure sensor as an example. FIG. 7 is a manufacturing process diagram of an example of the semiconductor pressure sensor. First, after cleaning the n-type silicon substrate 1, it is oxidized to form an SiO 2 film 9 on the entire surface of the substrate (FIG. 7A).
Next, by photolithography, the Si
By removing the O 2 film 9, a SiO 2 pattern for silicon etching is formed (FIG. 7B). next,
After the silicon substrate was etched using the SiO 2 film 9 as a mask (FIG. 7C), the silicon substrate was oxidized again in the same manner as described above, and an SiO 2 pattern for the p-type piezoresistor 7 was formed by photolithography. , B ions are implanted, and heat treatment is further performed at a high temperature to form a p-type piezoresistor 7 (FIG. 7D).
【００４１】次いで、残存しているマスク用ＳｉＯ2膜
を一旦除去したのち、再度熱処理することによって、薄
いＳｉＯ2膜を形成し、さらにその上に、ＣＶＤ法（化
学的蒸着法）により、Ｓｉ3Ｎ4膜１０を全面に形成す
る。続いてフォトリソグラフィー法によって、表側に拡
散抵抗とのコンタクト用パターンを、裏側にダイヤフラ
ムのエッチングパターンを形成したのち、表側にアルミ
ニウム１１を蒸着して焼成する（図７（ｅ））。Next, after the remaining SiO 2 film for the mask is once removed, a heat treatment is performed again to form a thin SiO 2 film, and the Si 2 film is further formed thereon by CVD (chemical vapor deposition). the 3 N 4 film 10 is formed on the entire surface. Subsequently, a pattern for contact with the diffusion resistor is formed on the front side by a photolithography method, and an etching pattern of the diaphragm is formed on the back side. Then, aluminum 11 is deposited on the front side and baked (FIG. 7E).
【００４２】次に、この表面に、ガラス基板［後述の
（Ｂ）工程で作製された表裏導通の導電体４および／ま
たは貫通孔３を有するガラス基板］２を接合した（図７
（ｆ））のち、シリコン基板の裏面をＳｉ3Ｎ4膜をマス
クとしてエッチングを行い、ダイヤフラム６を形成する
（図７（ｇ））。Next, a glass substrate [a glass substrate having a conductor 4 and / or a through-hole 3 of front and back conduction manufactured in a step (B) to be described later) 2 was bonded to this surface (FIG. 7).
After (f)), the back surface of the silicon substrate is etched using the Si 3 N 4 film as a mask to form the diaphragm 6 (FIG. 7 (g)).
【００４３】（Ｂ）工程：この（Ｂ）工程は、前述の本
発明のガラス基板を作製する工程である。この工程にお
いては、まず、前述した性状を有するアルミノシリケー
トガラスを溶融させてなる溶融ガラスを調製する。この
溶融ガラスの調製方法としては特に制限はなく、従来慣
用されている方法を用いることができる。例えば、ガラ
ス原料として酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、塩化
物、硫酸塩などを適宜用い、所望の組成になるように秤
量し、混合して調合原料とする。これを耐熱坩堝に入れ
１３００〜１６００℃程度の温度で溶融し、攪拌、清澄
して均質な溶融ガラスとする。Step (B): The step (B) is a step for producing the above-mentioned glass substrate of the present invention. In this step, first, a molten glass obtained by melting aluminosilicate glass having the above-described properties is prepared. The method for preparing the molten glass is not particularly limited, and a conventionally used method can be used. For example, oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, chlorides, sulfates, and the like are appropriately used as glass raw materials, weighed so as to have a desired composition, and mixed to obtain a mixed raw material. This is put in a heat-resistant crucible, melted at a temperature of about 1300 to 1600 ° C., stirred and clarified to obtain a homogeneous molten glass.
【００４４】次に、この溶融ガラス中に、複数の導電
体、好ましくは線状導電体を埋設したのち、溶融状態の
ガラスを固化させてガラスブロックを作製し、次いでこ
のガラスブロックを該導電体がガラス中を表裏導通する
ように所定の厚さに切断することにより、ガラス基板を
製造する。Next, after a plurality of conductors, preferably linear conductors, are embedded in the molten glass, the glass in a molten state is solidified to produce a glass block. Is cut into a predetermined thickness so that the glass substrate is electrically connected to the front and back sides of the glass, thereby producing a glass substrate.
【００４５】本発明の方法においては、特に下記の方法
でガラス基板を製造するのが好ましい。すなわち、上記
のようにして調製した溶融ガラス中に複数の線状導電
体、例えば金属ワイヤを所定間隔で平行に埋設させる。
具体的には、複数の線状導電体を所定の間隔で平行に張
設した成型枠に、該導電体が埋設されるように、溶融ガ
ラスを流し込む。次いで導電体を埋設したガラスをガラ
スの徐冷点近くに加熱した炉に移し、室温まで冷却する
ことで、導電体を埋設したガラスブロックを作製する。In the method of the present invention, it is particularly preferable to produce a glass substrate by the following method. That is, a plurality of linear conductors, for example, metal wires are buried in parallel at predetermined intervals in the molten glass prepared as described above.
Specifically, molten glass is poured into a molding frame in which a plurality of linear conductors are stretched in parallel at predetermined intervals so that the conductors are buried. Next, the glass in which the conductor is embedded is transferred to a furnace heated near the annealing point of the glass, and cooled to room temperature, to produce a glass block in which the conductor is embedded.
【００４６】このようにして得られたガラスブロック
を、該線状導電体に対して垂直に所定の厚さに切断、ま
たはスライスし、さらに研磨加工処理する。この際、垂
直に切断し研磨したのち、ダイシングなどの方法で小片
に切り出すことができる。なお、導電体として、タング
ステンやモリブデンなどからなるものを用いる場合に
は、ガラスと一体化させる際に、金属材料の酸化防止の
ために必要に応じて非酸化性雰囲気とすることが好まし
い。このような導電体が埋入されたガラス基板は、従来
の貫通孔を設けて、真空蒸着やスパッタリングなどによ
りメタライズする方法とは異なり、導通部の形成工程を
簡略化し、半導体センサの製造コストの低減を図ること
ができる。The glass block thus obtained is cut or sliced perpendicularly to the linear conductor to a predetermined thickness, and further subjected to a polishing process. At this time, after being cut vertically and polished, it can be cut into small pieces by a method such as dicing. Note that when a conductor made of tungsten, molybdenum, or the like is used as the conductor, a non-oxidizing atmosphere is preferably used as necessary to prevent oxidation of the metal material when integrated with glass. The glass substrate in which such a conductor is embedded is different from a conventional method of forming a through hole and metallizing by vacuum deposition, sputtering, or the like, which simplifies the step of forming a conductive portion and reduces the manufacturing cost of a semiconductor sensor. Reduction can be achieved.
【００４７】本発明においては、前記のようにしてガラ
スマトリックス中に埋入された導電体の一部または全部
を除去して、ガラス基板に未貫通孔または貫通孔を設け
ることができる。上記貫通孔は、圧力導入孔とダイヤフ
ラムとの間に形成されるガラス基板の表裏を貫通する貫
通孔などとして利用することができる。In the present invention, a part or all of the conductor buried in the glass matrix as described above can be removed to provide a non-through hole or a through hole in the glass substrate. The through-hole can be used as a through-hole penetrating the front and back of the glass substrate formed between the pressure introducing hole and the diaphragm.
【００４８】また、導電体の一部を除去し、ガラス基板
に未貫通孔を設けた場合、この孔を以下に示すように利
用することができる。 （１）導電体を一部除去したところに、リード線と同じ
材料、例えばアルミニウム、銅、金などの導電性金属材
料を充填することにより、電気的接続性およびリード線
との接続性がより向上する。 （２）パッド電極を作製する工程を大幅に短縮すること
ができる。パッド電極を作製するには、いったん基板上
にメッキなどにより金属層を設け、次いでレジスト膜を
形成したのち、パターン露光し、レジスト膜を除去する
などの工程が必要であるが、本発明の方法においては、
導電体を除去して形成された孔に、導電性金属材料を充
填するだけでよい。 （３）シリコンとの接合面に露出する部分をニッケルに
代えることにより、陽極接合した際に、シリコンとニッ
ケルとの間で接合力が生じ、接合信頼性がより向上す
る。When a part of the conductor is removed and a non-through hole is formed in the glass substrate, the hole can be used as described below. (1) By filling the same material as the lead wire, for example, a conductive metal material such as aluminum, copper, or gold, after partially removing the conductor, the electrical connectivity and the connectivity with the lead wire are improved. improves. (2) The process of manufacturing the pad electrode can be greatly reduced. In order to produce a pad electrode, a step of once providing a metal layer on a substrate by plating or the like, then forming a resist film, performing pattern exposure, and removing the resist film is required. In
It is only necessary to fill the hole formed by removing the conductor with a conductive metal material. (3) By replacing the portion exposed on the bonding surface with silicon with nickel, a bonding force is generated between silicon and nickel when anodic bonding is performed, and the bonding reliability is further improved.
【００４９】上記金属の充填方法としては、特に制限は
ないが、例えば、無電解メッキ、電解メッキ、スパッタ
リングなどによる方法を挙げることができ、また、充填
する金属材料としては、例えばアルミニウム、銅、金、
ニッケルなどが有用である。さらに、ガラス基板の両面
から、一つの孔に異なる金属を充填することもできる。
例えば、ガラス基板の両面から、それぞれアルミニウム
およびニッケルを充填し、アルミニウム／モリブデン／
ニッケルの三層構造の導電体を形成することができる。
なお、異なる金属材料同士の接合性を向上させるなどの
ために、各層間に中間層を介在させてもよい。The method for filling the metal is not particularly limited, and examples thereof include a method using electroless plating, electrolytic plating, sputtering, and the like. Examples of the metal material to be filled include aluminum, copper, and the like. Money,
Nickel and the like are useful. Further, one hole can be filled with different metals from both sides of the glass substrate.
For example, both sides of a glass substrate are filled with aluminum and nickel, respectively, and aluminum / molybdenum /
A conductor having a three-layer structure of nickel can be formed.
Note that an intermediate layer may be interposed between the respective layers in order to improve the bondability between different metal materials.
【００５０】一方、半導体圧力センサでは、ガラス基板
に貫通孔をあけ、シリコンダイヤフラムで気体圧力を測
定するための流路とする場合が多い。本発明の方法のよ
うに、埋入された導電体を除去することで貫通孔を形成
する方法は、従来の穿孔方法（レーザ、フォトリソグラ
フィー、エッチング、超音波などによる方法）で貫通孔
を形成する方法に比べて、極めて形状精度の高い貫通孔
が得られる。On the other hand, in a semiconductor pressure sensor, a through hole is often formed in a glass substrate to serve as a flow path for measuring a gas pressure with a silicon diaphragm. As in the method of the present invention, a method of forming a through hole by removing a buried conductor is a method of forming a through hole by a conventional perforation method (a method using laser, photolithography, etching, ultrasonic waves, or the like). As a result, a through hole with extremely high shape accuracy can be obtained.
【００５１】導電体の除去は、エッチングにより行うこ
とができる。また、ガラス基板において、埋入された導
電体のうちの一部のみを選択的に除去する場合には、例
えば残したい導電体部分を耐エッチャント性の物質で被
覆しておけばよい。ガラスマトリックス中に埋入された
導電体の除去方法について具体例を示すと、例えばＭｏ
ワイヤーを導電体としてガラスに埋設する。スライス研
磨後、導通のため残したいワイヤー表面を耐エッチャン
ト性のマスクで覆う。それをエッチャントに浸漬し、露
出したワイヤーのみを溶解除去する。使用するエッチャ
ントはガラスが浸食されにくいものがよい。すなわち、
導電体／ガラスのエッチングレート比が高いものを使用
する。例えば、塩化第二鉄水溶液はＭｏを浸食するが、
ガラスはほとんど浸食しない。しかも一般的にエッチン
グに使用されている液であり、取り扱いが容易であるの
で好ましい。The conductor can be removed by etching. In the case where only a part of the embedded conductor is selectively removed from the glass substrate, for example, the conductor to be left may be covered with an etchant-resistant substance. A specific example of a method of removing a conductor embedded in a glass matrix will be described.
The wire is embedded in the glass as a conductor. After the slice polishing, the surface of the wire to be left for conduction is covered with an etchant-resistant mask. It is immersed in an etchant to dissolve and remove only the exposed wires. The etchant used is preferably one in which the glass is not easily eroded. That is,
A conductor / glass having a high etching rate ratio is used. For example, aqueous ferric chloride erodes Mo,
Glass hardly erodes. Moreover, it is a liquid generally used for etching and is preferable because it is easy to handle.
【００５２】除去する目的で埋設する導電体は、任意の
太さのものを使用し、また材質も導通目的のものと同じ
である必要はない。例えば、導通用にＷ、貫通孔用にＭ
ｏを用いてもよい。この場合、例えば塩化第二鉄水溶液
にはＭｏが選択的に浸食されるので、マスクを用いなく
ともＭｏだけがエッチングできる。The conductor to be buried for the purpose of removal may be of any thickness, and the material need not be the same as that for the purpose of conduction. For example, W for conduction and M for through holes
o may be used. In this case, for example, Mo is selectively eroded in the aqueous ferric chloride solution, so that only Mo can be etched without using a mask.
【００５３】エッチャントとしては、上記塩化第二鉄水
溶液以外に、各種希酸水溶液、希アルカリ水溶液などが
あり、導電体の種類に応じて適宜選択することができ
る。なお、導電体を表面から一部分エッチングして未貫
通孔を設ける場合には、エッチング時間を調節すること
により、所望の深さの孔を形成することができる。As the etchant, in addition to the above-described ferric chloride aqueous solution, there are various dilute acid aqueous solutions and dilute alkaline aqueous solutions, and can be appropriately selected according to the type of the conductor. In the case where a non-through hole is formed by partially etching the conductor from the surface, a hole having a desired depth can be formed by adjusting the etching time.
【００５４】本発明においては、前記ガラス基板は、少
なくともシリコン基板との接合面を研磨処理することが
望ましい。この研磨処理によって、接合面のさらなる平
坦化を図り、シリコンとの良好な接合を確保することが
できる。In the present invention, it is desirable that at least the surface of the glass substrate to be bonded to the silicon substrate is polished. By this polishing treatment, the bonding surface can be further flattened, and good bonding with silicon can be ensured.
【００５５】この研磨処理においては、砥粒形態の異な
る研磨材を用い、少なくとも２種の研磨処理を施すのが
有利である。なお、ここでいう研磨処理とは、「仕上げ
研磨」を意味し、仕上げ研磨前の「荒研磨」や「砂か
け」を含まない。また、砥粒形態としては、例えば遊離
砥粒や固定砥粒などが挙げられる。In this polishing process, it is advantageous to use at least two types of polishing processes using abrasives having different abrasive grain forms. Here, the polishing treatment means “finish polishing” and does not include “rough polishing” or “sanding” before the finish polishing. Examples of the form of abrasive grains include loose abrasive grains and fixed abrasive grains.
【００５６】砥粒形態の異なる研磨材を用いて研磨処理
することにより、硬度などの物性や化学特性の相異なる
ガラスと金属とを、同一面を形成するように平坦化する
ことができる。例えば、予めガラスマトリックス部分を
遊離砥粒で研磨したのち、突出した導電体部分を固定砥
粒で研磨するなど、被研磨面材質、研磨材粒子の種類な
どに応じて、好ましい砥粒形態を選択することができ、
ガラス基板表面の平坦性、平滑性のより一層の向上を図
ることができる。また、砥粒形態の異なる研磨材を用い
る研磨処理においては、研磨材として、同じ研磨材粒子
を用いてもよいし、異なる研磨材粒子を用いてもよい
が、異なる研磨材粒子を用いるのが好ましい。By performing polishing using abrasives having different abrasive grain forms, glass and metal having different physical properties such as hardness and chemical properties can be flattened to form the same surface. For example, after polishing the glass matrix portion with free abrasive grains in advance and then polishing the protruding conductor portion with fixed abrasive grains, select a preferred abrasive grain form according to the material to be polished, the type of abrasive particles, etc. Can be
The flatness and smoothness of the glass substrate surface can be further improved. In a polishing process using abrasives having different abrasive grain forms, the same abrasive particles may be used as the abrasives, or different abrasive particles may be used, but it is preferable to use different abrasive particles. preferable.
【００５７】なお、本発明のガラス基板を、遊離砥粒
（例えば研磨材粒子：酸化セリウム）による研磨処理の
み行った場合、導電体の方はほとんど研磨されないの
で、ガラス表面から突出し、充分に平坦化されにくい。
一方、固定粒子（例えば研磨材粒子：酸化アルミニウ
ム）による研磨処理のみ行った場合、長い時間をかけれ
ば平坦化は可能であるが、特に導電体の部分が荒れてし
まい、平滑性を損なう場合がある。When the glass substrate of the present invention is polished only with free abrasive grains (eg, abrasive particles: cerium oxide), the conductor is hardly polished, so that it projects from the glass surface and is sufficiently flat. It is hard to be made.
On the other hand, when only polishing with fixed particles (for example, abrasive particles: aluminum oxide) is performed, flattening can be performed over a long time, but in particular, the conductor portion may be roughened, and smoothness may be impaired. is there.
【００５８】この研磨処理においては、遊離砥粒による
研磨処理を行ったのち、固定砥粒による研磨処理を行う
のが有利である。すなわち、より選択的な研磨処理が可
能である固定砥粒による研磨処理を後で行うことによ
り、ガラス基板表面の平滑性をさらに向上させることが
できる。In this polishing process, it is advantageous to perform a polishing process using fixed abrasive grains after performing a polishing process using loose abrasive grains. That is, the smoothness of the surface of the glass substrate can be further improved by performing the polishing process using the fixed abrasive grains, which enables more selective polishing process.
【００５９】そして、主として、遊離砥粒により、ガラ
スマトリックスを、固定砥粒により、導電体を研磨処理
するのがよい。ガラスと金属とでは、金属の方が硬いた
め、本発明のガラス基板を研磨処理すると、どうしても
導電体が突出する。そこで、この突出部分を選択的研磨
性に優れる固定粒子により除去するように研磨処理する
ことで、両者の高低差をなくし、平坦にすると共に、平
滑性を維持、向上させることができる。Preferably, the glass matrix is mainly polished with free abrasive grains, and the conductor is polished with fixed abrasive grains. Since the metal is harder between glass and metal, when the glass substrate of the present invention is polished, the conductor inevitably projects. Therefore, by performing a polishing treatment so as to remove the protruding portion with the fixed particles having excellent selective polishing properties, it is possible to eliminate the difference in height between the two and to make the flatness, and to maintain and improve the smoothness.
【００６０】ガラス用研磨材としては、ガラスの研磨材
として従来公知の研磨材、例えばコロイダルシリカ、酸
化ジルコニウム、酸化鉄、酸化セリウム粒子などを、単
独であるいは２種以上混合して用いることができるが、
本発明においては、ガラスマトリックス部分を研磨処理
する遊離砥粒として、これらの中で酸化セリウム粒子
が、ガラスマトリックス部分を効率よく研磨することが
でき、かつ研磨の信頼性が高い点から、特に好適であ
る。As the glass abrasive, conventionally known abrasives such as colloidal silica, zirconium oxide, iron oxide and cerium oxide particles can be used alone or as a mixture of two or more. But,
In the present invention, as free abrasive grains for polishing the glass matrix portion, cerium oxide particles in these, it is possible to efficiently polish the glass matrix portion, and because the polishing reliability is high, particularly preferred It is.
【００６１】一方、導電体用研磨材としては、一般的に
金属表面の研磨処理に使用される研磨材、例えば酸化ア
ルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、酸化
珪素、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化クロム、酸化ニッケル、
酸化スズ、炭化珪素、窒化珪素、炭化硼素、炭酸カルシ
ウム粒子などを単独で、あるいは２種以上混合して用い
ることができるが、これらの中で、特に酸化アルミニウ
ム粒子が、導電体を効率よく研磨することができ、かつ
ガラスマトリックス部分を傷付けることが少ないので好
適である。このような理由から、本発明においては、ガ
ラスマトリックス部分を研磨処理する遊離砥粒として、
酸化セリウム粒子を用い、かつ導電体を研磨処理する固
定砥粒として、酸化アルミニウム粒子を用いるのが、最
も好ましい。また、導電体の研磨処理に用いられる研磨
材は、平均粒径が０．１〜１μｍの範囲にあるものが好
ましい。この平均粒径が１μｍを超えると導電体表面に
傷が付きやすくなるし、０．１μｍ未満では研磨効率が
低下するおそれがある。On the other hand, as abrasives for conductors, abrasives generally used for polishing a metal surface, for example, aluminum oxide, zirconium oxide, titanium oxide, silicon oxide, zinc oxide, iron oxide, chromium oxide, Nickel oxide,
Tin oxide, silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, calcium carbonate particles and the like can be used alone or as a mixture of two or more. Among them, aluminum oxide particles are particularly effective for efficiently polishing a conductor. This is preferable because the glass matrix portion can be easily damaged. For this reason, in the present invention, as free abrasive grains for polishing the glass matrix portion,
It is most preferable to use cerium oxide particles and aluminum oxide particles as fixed abrasive grains for polishing the conductor. The abrasive used for the polishing treatment of the conductor preferably has an average particle diameter in the range of 0.1 to 1 μm. When the average particle size exceeds 1 μm, the surface of the conductor is easily damaged, and when the average particle size is less than 0.1 μm, the polishing efficiency may decrease.
【００６２】（Ｃ）工程：この（Ｃ）工程は、前記シリ
コン基板と、前記ガラス基板とを接合する工程である。
この（Ｃ）工程においては、該シリコン基板とガラス基
板とを、陽極接合によって接合することが好ましい。こ
の陽極接合は、シリコン基板を陽極と、ガラス基板を陰
極として、両基板に圧力をかけながら、３００〜６００
℃程度の温度で、数百ボルトの直流電圧を印加すること
により、行うことができる。このような陽極接合によ
り、接着剤を用いることなく、短時間のうちに、機密性
よく両者を接着することができる。Step (C): This step (C) is a step of joining the silicon substrate and the glass substrate.
In the step (C), the silicon substrate and the glass substrate are preferably bonded by anodic bonding. This anodic bonding is performed by using a silicon substrate as an anode and a glass substrate as a cathode while applying pressure to both substrates, for 300 to 600
It can be performed by applying a DC voltage of several hundred volts at a temperature of about ° C. By such anodic bonding, both can be adhered with high confidentiality in a short time without using an adhesive.
【００６３】次に、本発明の半導体センサについて説明
する。本発明の半導体センサは、前述の本発明の方法に
より製造されたものであって、ガラス基板のシリコン基
板との接合面において、導電体の断面部分とガラスマト
リックス部分との高低差が±３μｍ以下であるものが好
ましく、さらに±２μｍ以下、特に±１μｍ以下のもの
が好適である。Next, the semiconductor sensor of the present invention will be described. The semiconductor sensor of the present invention is manufactured by the above-described method of the present invention, and has a height difference between a cross section of a conductor and a glass matrix portion of ± 3 μm or less at a bonding surface of a glass substrate and a silicon substrate. Are preferable, and more preferably ± 2 μm or less, particularly ± 1 μm or less.
【００６４】また、ガラス基板のシリコン基板との接合
面におけるガラスマトリックス部分の平均表面粗さ（Ｒ
ａ）が０．０５μｍ以下および／または導電体の平均表
面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以下であるものが好まし
い。ガラスマトリックスおよび導電体のうちいずれか一
方が上記数値範囲の平均表面粗さを有することにより、
シリコン基板との界面の接合性、気密性に優れ、経時変
化の小さい半導体センサを得ることができる。Further, the average surface roughness (R) of the glass matrix portion on the bonding surface of the glass substrate with the silicon substrate
It is preferable that a) is 0.05 μm or less and / or the average surface roughness (Ra) of the conductor is 0.05 μm or less. By one of the glass matrix and the conductor having an average surface roughness in the above numerical range,
It is possible to obtain a semiconductor sensor which is excellent in bonding property and airtightness at the interface with the silicon substrate and has little change over time.
【００６５】さらに、本発明の半導体センサにおいて
は、ガラス基板に埋入される導電体の径が１〜１０００
μｍの範囲にあることが好ましい。導電体の径が上記の
範囲であれば、この導電体を除去することにより形成さ
れた貫通孔は、従来の穿孔方法（レーザ、フォトリソグ
ラフィー、エッチング、超音波などによる方法）では、
不可能な高い精度を有するものとなる。導電体の径が１
０００μｍを超えると信頼性に優れる半導体センサが得
られにくいし、１μｍ未満ではガラス基板の製造が困難
である。このような理由から、導電体の径は１〜１００
０μｍが好ましく、５０〜３００μｍがより好ましい。
本発明はまた、ガラス基板の穿孔方法をも提供するもの
である。Further, in the semiconductor sensor of the present invention, the diameter of the conductor embedded in the glass substrate is 1 to 1000.
It is preferably in the range of μm. If the diameter of the conductor is in the above range, the through hole formed by removing the conductor is a conventional perforation method (laser, photolithography, etching, a method using ultrasonic waves, etc.)
It has an impossible high precision. Conductor diameter is 1
If it exceeds 000 μm, it is difficult to obtain a semiconductor sensor having excellent reliability, and if it is less than 1 μm, it is difficult to manufacture a glass substrate. For this reason, the diameter of the conductor is 1 to 100.
0 μm is preferable, and 50 to 300 μm is more preferable.
The present invention also provides a method for perforating a glass substrate.
【００６６】本発明のガラス基板の穿孔方法は、ガラス
マトリックス中に、エッチング可能な線状体を少なくと
も一部が表面に露出するように埋入させてなるガラス基
板をエッチング処理し、該線状体の少なくとも一部を除
去することにより、ガラス基板を穿孔する方法である。
なお、ここでいう線状体は、ワイヤ状などの断面がいず
れの部分も同一であるもの以外に、部分的に断面が異な
るものも包含する。In the method of perforating a glass substrate according to the present invention, a glass substrate having an etchable linear body embedded in a glass matrix so that at least a part of the linear body is exposed on the surface is etched. This is a method of perforating a glass substrate by removing at least a part of a body.
In addition, the linear body referred to here includes not only a wire-shaped cross section having the same cross section at any portion but also a cross section having a partially different cross section.
【００６７】この方法において用いられるガラスマトリ
ックスの組成については特に制限はなく、穿孔ガラス基
板の用途に応じて、適宜選択することができる。また、
線状体としては、エッチング可能なものであればよく、
特に制限されず、無機系セラミックスや金属材料などを
用いることができるが、高温下における形状安定性や除
去の容易さなどを考慮すると金属材料が好適である。ま
た、この線状体は、直径１〜１０００μｍの範囲にある
ものが好ましい。この直径が１μｍ未満では線状体をガ
ラスマトリックス中に埋入させることが困難であるし、
１０００μｍを超えるとガラスとの熱膨張差によって応
力が生じ、線状体の周りにクラックが生じるおそれがあ
り、また、半導体圧力センサやマイクロマシンなどで
は、大きさやピッチ（密度）の制約から、実際的でな
い。線状体のより好ましい直径は、１００〜８００μｍ
の範囲である。The composition of the glass matrix used in this method is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use of the perforated glass substrate. Also,
Any linear body may be used as long as it can be etched.
There is no particular limitation, and inorganic ceramics, metal materials, and the like can be used. However, metal materials are preferable in consideration of shape stability at high temperatures, ease of removal, and the like. The linear body preferably has a diameter in the range of 1 to 1000 μm. If the diameter is less than 1 μm, it is difficult to embed the linear body in the glass matrix,
If the thickness exceeds 1000 μm, stress may be generated due to a difference in thermal expansion from glass, and cracks may be generated around the linear body. In a semiconductor pressure sensor, a micromachine, or the like, the size or pitch (density) is limited, so that the actual size may be reduced. Not. A more preferable diameter of the linear body is 100 to 800 μm.
Range.
【００６８】使用するエッチャントは、ガラスが浸食さ
れにくいものがよく、線状体／ガラスのエッチングレー
トの高いものが好ましい。このようなエッチャントとし
ては、例えば塩化第二鉄水溶液、各種希酸水溶液、希ア
ルカリ水溶液などを挙げることができ、線状体の種類に
応じて適宜選択することができる。The etchant to be used is preferably one in which the glass is not easily eroded, and one having a high linear body / glass etching rate is preferable. Examples of such an etchant include a ferric chloride aqueous solution, various dilute acid aqueous solutions, and dilute alkaline aqueous solutions, and can be appropriately selected according to the type of the linear body.
【００６９】本発明の穿孔方法においては、前記線状体
を、少なくとも一方の端面が表面に露出するようにガラ
スマトリックス中に埋入させる。すなわち、両端面が表
面に露出するように埋入させてもよいし、一方の端面の
みが表面に露出するように埋入させてもよい。両端面が
表面に露出するように線状体を埋入させた場合、ガラス
基板に貫通孔を容易に設けることができるし、エッチン
グ時間を調節することにより、ガラス基板の表面および
裏面から穿孔された所望の深さの未貫通孔を設けること
ができる。In the perforation method of the present invention, the linear body is embedded in a glass matrix such that at least one end face is exposed on the surface. That is, it may be embedded so that both end faces are exposed on the surface, or may be embedded such that only one end face is exposed on the surface. When the linear body is embedded so that both end surfaces are exposed on the surface, a through hole can be easily provided in the glass substrate, and by adjusting the etching time, holes are drilled from the front and back surfaces of the glass substrate. A non-through hole having a desired depth can be provided.
【００７０】また、一方の端面のみが表面に露出するよ
うに線状体を埋入させた場合、ガラス基板の一方の面
に、未貫通孔を設けることができる。このようにして形
成された穿孔は、従来の方法、例えばレーザ法、フォト
リソグラフィー法、エッチング法、超音波法などにより
形成された穿孔に比べて、形状精度に極めて優れてい
る。このようにして得られた穿孔を有するガラス基板
は、半導体センサ用を始め、マイクロマシン、マイクロ
ポンプ用などとして、好適に用いられる。When the linear body is embedded so that only one end face is exposed on the surface, a non-through hole can be provided on one face of the glass substrate. The perforations formed in this way are extremely superior in shape accuracy as compared with perforations formed by conventional methods, for example, a laser method, a photolithography method, an etching method, an ultrasonic method, and the like. The glass substrate having perforations obtained in this manner is suitably used for semiconductor sensors, micromachines, micropumps, and the like.
【００７１】本発明は、さらに以下に示すガラス基板の
製造方法およびこの方法によって製造されたガラス基板
をも提供するものである。すなわち、このガラス基板の
製造方法においては、ガラスマトリックス中に、エッチ
ング可能な線状体を少なくとも一部が表面に露出するよ
うに埋入させてなるガラス基板をエッチング処理し、該
線状体の少なくとも一部を除去する工程と、前記エッチ
ング処理により線状体が除去された部分に、前記線状体
の材料とは異なる第二の材料を充填する工程とが施され
る。そして、第二の材料をメッキ法により充填するのが
好ましく、また、上記線状体の材料および第二の材料
は、金属材料であるのが好ましい。なお、この線状体
は、前述と同様であり、ワイヤ状のものに限定されるも
のではない。このような方法によれば、ガラスの溶融温
度に耐えられないＣｕ等の材料であってもガラスマトリ
クス中に埋入させることが可能となる。The present invention further provides a glass substrate manufacturing method described below and a glass substrate manufactured by this method. That is, in this method for manufacturing a glass substrate, a glass substrate formed by embedding a lineable body in a glass matrix such that at least a part thereof is exposed on the surface is subjected to etching treatment, A step of removing at least a part and a step of filling a portion from which the linear body has been removed by the etching process with a second material different from the material of the linear body are performed. The second material is preferably filled by a plating method, and the material of the linear body and the second material are preferably metal materials. Note that this linear body is the same as described above, and is not limited to a wire-like body. According to such a method, even a material such as Cu that cannot withstand the melting temperature of glass can be embedded in the glass matrix.
【００７２】[0072]
【実施例】次に、本発明を実施例により、さらに詳細に
説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定
されるものではない。Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
【００７３】実施例１〜１２ 酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、塩化物、硫酸塩な
どの原料を表１および表２の組成になるように秤量して
混合した調合原料を、白金坩堝に入れ、１６００℃に加
熱、溶融、攪拌し、均質化、清澄を行った後、溶融ガラ
スを表に示す金属ワイヤーを治具を用いて配列した鋳型
に流し込んだ。ガラスが固化した時点を見計らい、金属
ワイヤーを切断し、ガラスの徐冷点近くに加熱しておい
た電気炉に移し、室温まで徐冷した。得られたガラスブ
ロックをワイヤーと垂直の方向にスライスし、ガラス基
板を作製した。このガラス基板におけるガラスの熱膨張
係数および１４００℃における粘度を表１および表２に
示す。なお熱膨張係数は熱機械分析装置（ＴＭＡ）で測
定し、３０〜４００℃の温度範囲における平均線膨張係
数を算出したものである。Examples 1 to 12 Preparation materials obtained by weighing and mixing raw materials such as oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, chlorides and sulfates so as to have the compositions shown in Tables 1 and 2 were mixed with platinum. The mixture was placed in a crucible, heated to 1600 ° C., melted, stirred, homogenized and clarified, and then the molten glass was poured into a mold in which metal wires shown in the table were arranged using a jig. At the time when the glass solidified, the metal wire was cut, transferred to an electric furnace heated near the annealing point of the glass, and gradually cooled to room temperature. The obtained glass block was sliced in a direction perpendicular to the wire to produce a glass substrate. Tables 1 and 2 show the thermal expansion coefficient and the viscosity at 1400 ° C. of the glass in the glass substrate. The coefficient of thermal expansion was measured by a thermomechanical analyzer (TMA), and the average coefficient of linear expansion in a temperature range of 30 to 400 ° C. was calculated.
【００７４】次に、各ガラス基板をダイヤモンド砥粒お
よび炭化珪素砥粒で荒ずり、砂かけを行ったのち、遊離
砥粒である平均粒径１μｍの酸化セリウム懸濁液で鏡面
に仕上げた。この際のワイヤー先端の突起高さを触針式
表面粗さ計で測定した。代表例として、実施例１の結果
を図１に示す。その他は図示しなかったが、ほぼ実施例
１と同様であった。Next, each glass substrate was roughened with diamond abrasive grains and silicon carbide abrasive grains, sanded, and finished with a cerium oxide suspension having an average grain size of 1 μm as free abrasive grains. At this time, the height of the protrusion at the tip of the wire was measured with a stylus type surface roughness meter. As a representative example, the results of Example 1 are shown in FIG. Others were not shown, but were almost the same as in Example 1.
【００７５】また、図２に、実施例１における酸化セリ
ウム遊離砥粒仕上げのガラス基板表面の顕微鏡写真図を
示す。次いで、固定砥粒である平均粒径０．３μｍの酸
化アルミニウム粒子を固定したラッピングフィルムで、
上記ガラス基板を研磨処理した。この研磨処理ガラス基
板について、導電体（ワイヤー）およびガラスの平均表
面粗さ（Ｒａ）をそれぞれ測定した。その結果を表１お
よび表２に示す。また、ワイヤー先端の突起高さを触針
式表面粗さ計で測定した。代表例として、実施例１の結
果を図３に示す。その他は図示しなかったが、ほぼ実施
例１と同様であった。FIG. 2 is a photomicrograph of the surface of the glass substrate finished with cerium oxide free abrasive grains in Example 1. Next, with a lapping film in which aluminum oxide particles having an average particle diameter of 0.3 μm as fixed abrasives are fixed,
The above glass substrate was polished. For this polished glass substrate, the average surface roughness (Ra) of the conductor (wire) and the glass was measured. The results are shown in Tables 1 and 2. Further, the height of the protrusion at the tip of the wire was measured by a stylus type surface roughness meter. As a representative example, the results of Example 1 are shown in FIG. Others were not shown, but were almost the same as in Example 1.
【００７６】また、図４に、実施例１における平均粒径
０．３μｍの酸化アルミニウム固定砥粒仕上げのガラス
基板表面の顕微鏡写真図を示す。さらに、比較のため
に、実施例１の酸化セリウム遊離砥粒仕上げのものにつ
いて、平均粒径０．３μｍ酸化アルミニウム粒子の代わ
りに平均粒径３μｍの酸化アルミニウム粒子を用いて研
磨処理したガラス基板の顕微鏡写真図を、図５に示す。FIG. 4 is a photomicrograph of the surface of the glass substrate finished with aluminum oxide fixed abrasive grains having an average particle diameter of 0.3 μm in Example 1. Further, for comparison, a glass substrate polished using aluminum oxide particles having an average particle size of 3 μm instead of the aluminum oxide particles having an average particle size of 0.3 μm for the cerium oxide free abrasive grain finish of Example 1. The micrograph is shown in FIG.
【００７７】[0077]
【表１】 [Table 1]
【００７８】[0078]
【表２】 [Table 2]
【００７９】実施例１３ 実施例３で得られた研磨処理ガラス基板のモリブデンワ
イヤー部分の必要な箇所を除いて、その他の部分を耐薬
品性テープでマスクし、このガラス基板を５０℃に保持
された４０重量％塩化第二鉄水溶液中に、ワイヤーが溶
解除去する時間浸漬したのち、取り出し、洗浄後マスク
を除去した。これにより、貫通孔と表裏導通部を有する
ガラス基板を作製した。次に、このガラス基板のワイヤ
ーが露出した部分にパッド電極をパターニング形成し
た。Example 13 Except for necessary portions of the molybdenum wire portion of the polished glass substrate obtained in Example 3, other portions were masked with a chemical resistant tape, and the glass substrate was held at 50 ° C. The wire was immersed in a 40% by weight aqueous ferric chloride solution for a time to dissolve and remove the wire, taken out, washed, and then the mask was removed. Thus, a glass substrate having a through hole and a front / back conduction portion was produced. Next, a pad electrode was formed by patterning on a portion of the glass substrate where the wires were exposed.
【００８０】一方、ｎ型シリコン基板を洗浄したのち、
酸化して、基板全面にＳｉＯ2膜を形成し、次いで、フ
ォトリソグラフィー法により、部分的にＳｉＯ2膜を除
去することにより、シリコンエッチング用のＳｉＯ2パ
ターンを形成した。次に、このＳｉＯ2膜をマスクとし
てシリコン基板をエッチング処理したのち、上記と同様
に再度酸化後、フォトリソグラフィー法により、ｐ型ピ
エゾ抵抗用のＳｉＯ2パターンを形成して、Ｂイオンを
注入し、さらに高温で熱処理してｐ型ピエゾ抵抗を形成
した。次いで、残存しているマスク用ＳｉＯ2膜を一旦
除去したのち、再度熱処理することによって、薄いＳｉ
Ｏ2膜を形成し、さらにその上に、ＣＶＤ法により、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜を全面に形成した。続いてフォトリソグラフィ
ー法によって、表側に拡散抵抗とのコンタクト用パター
ンを、裏側にダイヤフラムのエッチングパターンを形成
したのち、表側にアルミニウムを蒸着して焼成した。On the other hand, after cleaning the n-type silicon substrate,
The substrate was oxidized to form an SiO 2 film on the entire surface of the substrate, and then the SiO 2 film was partially removed by photolithography to form a SiO 2 pattern for silicon etching. Next, after the silicon substrate is etched using the SiO 2 film as a mask, the silicon substrate is oxidized again in the same manner as described above, a SiO 2 pattern for a p-type piezoresistor is formed by photolithography, and B ions are implanted. Then, heat treatment was performed at a higher temperature to form a p-type piezoresistor. Next, after the remaining SiO 2 film for the mask is once removed, the thin
An O 2 film is formed, and an S 2 film is formed thereon by CVD.
An i 3 N 4 film was formed on the entire surface. Subsequently, a pattern for contact with the diffusion resistance was formed on the front side by a photolithography method, and an etching pattern of the diaphragm was formed on the back side. Then, aluminum was deposited on the front side and baked.
【００８１】次に、このシリコン基板の表側に、前記ガ
ラス基板をパット電極側が対面するように、所定位置で
重ね合わせて、４００℃、８００Ｖの条件で陽極接合を
行ったのち、シリコン基板の裏面をＳｉ3Ｎ4膜をマスク
としてエッチングを行い、ダイヤフラムを形成した。次
いで、このものをダイシングにより、所定の大きさに切
り出すことにより、圧力センサチップとした。得られた
圧力センサチップのパッド電極に信号取り出し配線を施
すことにより、半導体圧力センサ素子を作製した。Next, the glass substrate was superposed on the front side of the silicon substrate at a predetermined position so that the pad electrode side faced, and anodic bonding was performed at 400 ° C. and 800 V. Was etched using the Si 3 N 4 film as a mask to form a diaphragm. Next, this was cut into a predetermined size by dicing to obtain a pressure sensor chip. A semiconductor pressure sensor element was manufactured by applying signal extraction wiring to the pad electrode of the obtained pressure sensor chip.
【００８２】実施例１４ 実施例３で得られた研磨処理ガラス基板を、５０℃に保
持された４０重量％塩化第二鉄水溶液中に、モリブデン
ワイヤがガラス基板の表および裏側から、それぞせれ約
１μｍエッチングされる時間浸漬したのち、取り出し、
洗浄することにより、未貫通孔が設けられたガラス基板
を作製した。Example 14 The polished glass substrate obtained in Example 3 was placed in a 40% by weight aqueous ferric chloride solution maintained at 50 ° C., and molybdenum wires were respectively placed on the front and back sides of the glass substrate. After immersion for about 1μm etching, take out,
By washing, a glass substrate provided with a non-through hole was produced.
【００８３】次に、該未貫通孔に、基板の表および裏側
から無電解メッキによりニッケルを充填し、基板の表裏
に露出したニッケル／モリブデン／ニッケルからなる導
電体を有するガラス基板を作製した。なお、ニッケルが
ガラス面から飛び出している場合は、所望により、実施
例１と同様に研磨処理してもよい。このようなガラス基
板を半導体センサ用に用いることにより、陽極接合によ
る電極の接続信頼性が向上すると共に、ワイヤーボンデ
ィングの信頼性が向上する。また、パッド電極の作製工
程を大幅に短縮することができる。Next, the non-through holes were filled with nickel by electroless plating from the front and back sides of the substrate, thereby producing a glass substrate having a nickel / molybdenum / nickel conductor exposed on the front and back surfaces of the substrate. In the case where nickel is projected from the glass surface, polishing may be performed in the same manner as in the first embodiment, if desired. By using such a glass substrate for a semiconductor sensor, the connection reliability of electrodes by anodic bonding is improved, and the reliability of wire bonding is improved. Further, the manufacturing process of the pad electrode can be significantly reduced.
【００８４】図６は、このようにして得られた本発明の
半導体圧力センサの概略構造図であって、ダイヤフラム
６およびピエゾ抵抗７を有するシリコン基板１と、貫通
孔３および導電体４を有するガラス基板２とが陽極接合
されており、そして、メッキにより充填されたニッケル
からなるパッド電極８にリード線５が取付けられた構造
を示している。また他面側に充填されたニッケルからな
るパット電極８’はピエゾ抵抗７と接続されている。FIG. 6 is a schematic structural view of the semiconductor pressure sensor of the present invention obtained in this manner, which has a silicon substrate 1 having a diaphragm 6 and a piezoresistor 7, a through hole 3 and a conductor 4. A structure is shown in which a glass substrate 2 is anodically bonded, and a lead wire 5 is attached to a pad electrode 8 made of nickel filled by plating. A pad electrode 8 ′ made of nickel filled on the other side is connected to the piezoresistor 7.
【００８５】[0085]
【発明の効果】本発明のガラス基板は、陽極接合用ガラ
スマトリックスに導電体が外部に導通可能に埋入された
ものであって、とくに半導体センサなどに好適に用いら
れる。また、このガラス基板を用いることにより、安定
した接続性を有する高性能な半導体センサが容易に得ら
れる。さらに、本発明の方法によれば、ガラス基板に形
状精度に優れる穿孔を容易に形成することができる。The glass substrate of the present invention is obtained by embedding a conductor in a glass matrix for anodic bonding so as to be conductive to the outside, and is suitably used particularly for a semiconductor sensor and the like. Further, by using this glass substrate, a high-performance semiconductor sensor having stable connectivity can be easily obtained. Further, according to the method of the present invention, it is possible to easily form perforations having excellent shape accuracy in a glass substrate.
【図１】酸化セリウム遊離砥粒仕上げのガラス基板表面
におけるワイヤー先端の突起高さを、触針式表面粗さ計
で測定した結果の１例を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing an example of the results obtained by measuring the height of protrusions of wire tips on a glass substrate surface finished with cerium oxide free abrasive grains using a stylus type surface roughness meter.
【図２】酸化セリウム遊離砥粒仕上げのガラス基板表面
の１例の顕微鏡写真図である。FIG. 2 is a photomicrograph of an example of a glass substrate surface finished with cerium oxide free abrasive grains.
【図３】酸化セリウム遊離砥粒仕上げおよび酸化アルミ
ニウム固定砥粒（平均粒径０．３μｍ）仕上げのガラス
基板表面におけるワイヤー先端の突起高さを、触針式表
面粗さ計で測定した結果の１例を示すグラフである。FIG. 3 shows the results of measuring the height of protrusions of wire tips on a glass substrate surface finished with cerium oxide free abrasive grains and aluminum oxide fixed abrasive grains (average grain diameter: 0.3 μm) using a stylus type surface roughness meter. It is a graph which shows an example.
【図４】酸化セリウム遊離砥粒仕上げおよび酸化アルミ
ニウム固定砥粒（平均粒径０．３μｍ）仕上げのガラス
基板表面の１例の顕微鏡写真図である。FIG. 4 is a photomicrograph of an example of a glass substrate surface finished with cerium oxide free abrasive grains and aluminum oxide fixed abrasive grains (average particle size: 0.3 μm).
【図５】酸化セリウム遊離砥粒仕上げおよび酸化アルミ
ニウム固定砥粒（平均粒径３μｍ）仕上げのガラス基板
表面の１例の顕微鏡写真図である。FIG. 5 is a photomicrograph of an example of a glass substrate surface finished with cerium oxide free abrasive grains and fixed aluminum oxide abrasive grains (average particle size: 3 μm).
【図６】本発明の半導体圧力センサの１例の概略構造図
である。FIG. 6 is a schematic structural diagram of one example of a semiconductor pressure sensor of the present invention.
【図７】半導体圧力センサの１例の製造工程図である。FIG. 7 is a manufacturing process diagram of one example of a semiconductor pressure sensor.
１ シリコン基板 ２ ガラス基板 ３ 貫通孔 ４ 導電体 ５ リード線 ６ ダイヤフラム ７ ｐ型ピエゾ抵抗 ８ パッド電極 ８’ パッド電極 ９ ＳｉＯ2膜 １０ Ｓｉ3Ｎ4膜 １１ アルミニウム1 silicon substrate 2 glass substrate 3 through holes 4 conductors 5 lead 6 diaphragm 7 p-type piezoresistive 8 pad electrode 8 'pad electrodes 9 SiO 2 film 10 Si 3 N 4 film 11 aluminum
Claims (26)
導通可能に埋入されたガラス基板であって、前記ガラス
マトリックスがＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3とを主成分とするア
ルミノシリケートガラスからなり、かつ室温から４００
℃までの温度領域において、熱膨張係数が３０×１０-7
／℃以上３９×１０-7／℃未満であることを特徴とする
ガラス基板。1. A glass substrate in which a conductor is embedded in a glass matrix so as to be able to conduct to the outside, wherein the glass matrix is made of aluminosilicate glass containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components, And 400 from room temperature
In the temperature range up to ℃, the coefficient of thermal expansion is 30 × 10 -7
/ ° C or higher and lower than 39 × 10 −7 / ° C.
Ｏ2 ５０〜７０％、Ａｌ2Ｏ3 １４〜２８％、Ｎａ2Ｏ
１〜５％、ＭｇＯ １〜１３％およびＺｎＯ ０〜１
４％を含み、かつ上記成分の合計含有量が少なくとも８
０％である組成を有するものである請求項１に記載のガ
ラス基板。2. The method according to claim 1, wherein the glass matrix comprises, by weight%, Si
O 2 50~70%, Al 2 O 3 14~28%, Na 2 O
1-5%, MgO 1-13% and ZnO 0-1
4% and the total content of the above components is at least 8
The glass substrate according to claim 1, wherein the glass substrate has a composition of 0%.
る材料からなるものである請求項１または２に記載のガ
ラス基板。3. The glass substrate according to claim 1, wherein the conductor is made of a material having a melting point higher than 1400 ° C.
はこれらを主成分とする合金からなる金属材料である請
求項３に記載のガラス基板。4. The glass substrate according to claim 3, wherein the conductor is a metal material made of tungsten, molybdenum, or an alloy containing these as a main component.
体の該マトリックス表面に露出した部分において、導電
体とガラスマトリックスとの高低差が±３μｍ以内であ
る請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガラス基
板。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a height difference between the conductor and the glass matrix is within ± 3 μm in a portion of the conductor embedded in the glass matrix exposed on the surface of the matrix. 3. The glass substrate according to claim 1.
（Ｒａ）が０．０５μｍ以下および／または導電体のガ
ラスマトリックス表面に露出部分の平均表面粗さ（Ｒ
ａ）が０．０５μｍ以下である請求項１ないし５のいず
れか１項に記載のガラス基板。6. The average surface roughness (Ra) of the glass matrix portion is 0.05 μm or less and / or the average surface roughness (R) of the portion of the conductor exposed on the glass matrix surface.
The glass substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein a) is 0.05 µm or less.
求項１ないし６のいずれか１項に記載のガラス基板。7. The glass substrate according to claim 1, which is used as a substrate for a semiconductor sensor.
換素子および抵抗素子を形成する工程と、 （Ｂ）請求項１ないし７のいずれか１項に記載のガラス
基板を作製する工程と、 （Ｃ）前記シリコン基板と、前記ガラス基板とを接合す
る工程、を含むことを特徴とする半導体センサの製造方
法。8. A step of forming at least a signal conversion element and a resistance element on a silicon substrate; (B) a step of manufacturing the glass substrate according to claim 1; A) bonding the silicon substrate and the glass substrate to each other.
ス中に埋入された導電体の少なくとも一部を除去し、ガ
ラス基板に未貫通孔または貫通孔を設ける請求項８に記
載の半導体センサの製造方法。9. The method of manufacturing a semiconductor sensor according to claim 8, wherein, in the step (B), at least a part of the conductor embedded in the glass matrix is removed, and a non-through hole or a through hole is provided in the glass substrate. Method.
なくともシリコン基板との接合面を研磨処理する請求項
８または９に記載の半導体センサの製造方法。10. The method according to claim 8, wherein in the step (B), at least a bonding surface of the glass substrate with the silicon substrate is polished.
くとも２種の研磨処理を施す請求項１０に記載の半導体
センサの製造方法。11. The method of manufacturing a semiconductor sensor according to claim 10, wherein at least two kinds of polishing treatments are performed using abrasives having different abrasive grain forms.
ち、固定砥粒による研磨処理を行う請求項１１に記載の
半導体センサの製造方法。12. The method of manufacturing a semiconductor sensor according to claim 11, wherein a polishing process using fixed abrasive particles is performed after performing a polishing process using loose abrasive particles.
リックスを、固定砥粒により導電体を研磨処理する請求
項１２に記載の半導体センサの製造方法。13. The method of manufacturing a semiconductor sensor according to claim 12, wherein the glass matrix is mainly polished by free abrasive grains and the conductor is polished by fixed abrasive grains.
る遊離砥粒として、酸化セリウム粒子を用い、導電体を
研磨処理する固定砥粒として、酸化アルミニウム粒子を
用いる請求項１３に記載の半導体センサの製造方法。14. The method according to claim 13, wherein cerium oxide particles are used as free abrasive grains for polishing the glass matrix portion, and aluminum oxide particles are used as fixed abrasive grains for polishing the conductor. .
が平均粒径０．１〜１μｍのものである請求項１０ない
し１４のいずれか１項に記載の半導体センサの製造方
法。15. The method of manufacturing a semiconductor sensor according to claim 10, wherein the abrasive used for polishing the conductor has an average particle diameter of 0.1 to 1 μm.
れる請求項８ないし１５のいずれか１項に記載の半導体
センサの製造方法。16. The method of manufacturing a semiconductor sensor according to claim 8, wherein anodic bonding is performed in the step (C).
記載の方法により製造されたことを特徴とする半導体セ
ンサ。17. A semiconductor sensor manufactured by the method according to claim 8. Description:
において、導電体の断面部分とガラスマトリックス部分
との高低差が±３μｍ以下である請求項１７に記載の半
導体センサ。18. The semiconductor sensor according to claim 17, wherein a height difference between a cross section of the conductor and a glass matrix portion is ± 3 μm or less at a bonding surface of the glass substrate with the silicon substrate.
におけるガラスマトリックス部分の平均表面粗さ（Ｒ
ａ）が０．０５μｍ以下および／または導電体の平均表
面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以下である請求項１７ま
たは１８に記載の半導体センサ。19. An average surface roughness (R) of a glass matrix portion on a bonding surface of a glass substrate and a silicon substrate.
19. The semiconductor sensor according to claim 17, wherein a) is 0.05 μm or less and / or the average surface roughness (Ra) of the conductor is 0.05 μm or less.
径が１〜１０００μｍである請求項１７、１８または１
９に記載の半導体センサ。20. The conductor embedded in a glass substrate having a diameter of 1 to 1000 μm.
10. The semiconductor sensor according to 9.
可能な線状体を少なくとも一部が表面に露出するように
埋入させてなるガラス基板をエッチング処理し、該線状
体の少なくとも一部を除去することを特徴とするガラス
基板の穿孔方法。21. A glass substrate having an etchable linear body embedded in a glass matrix so that at least a part of the linear body is exposed on the surface, an etching process is performed to remove at least a part of the linear body. A method for perforating a glass substrate, characterized in that:
０００μｍのものである請求項２１に記載のガラス基板
の穿孔方法。22. A linear body which can be etched has a diameter of 1-1.
22. The method for perforating a glass substrate according to claim 21, which has a diameter of 000 µm.
可能な線状体を少なくとも一部が表面に露出するように
埋入させてなるガラス基板をエッチング処理し、該線状
体の少なくとも一部を除去する工程と、前記エッチング
処理により線状体が除去された部分に、前記線状体の材
料とは異なる第二の材料を充填する工程とを含むことを
特徴とするガラス基板の製造方法。23. A glass substrate in which an etchable linear body is embedded in a glass matrix so that at least a part of the linear body is exposed on the surface, and at least a part of the linear body is removed. A method for manufacturing a glass substrate, comprising: a step of filling a portion of the linear body removed by the etching process with a second material different from a material of the linear body.
請求項２３に記載のガラス基板の製造方法。24. The method according to claim 23, wherein the second material is filled by plating.
材料である請求項２３または２４に記載のガラス基板の
製造方法。25. The method for manufacturing a glass substrate according to claim 23, wherein the material of the linear body and the second material are metal materials.
方法により製造されたことを特徴とするガラス基板。26. A glass substrate manufactured by the method according to claim 23, 24 or 25.
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|---|---|---|---|
| JP23655599A JP2001106545A (en) | 1999-07-30 | 1999-08-24 | Glass substrate, method for manufacturing semiconductor sensor and semiconductor sensor |
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-
1999
- 1999-08-24 JP JP23655599A patent/JP2001106545A/en not_active Withdrawn
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