JPH06504877A - 電場−援助接着 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電場−援助接着 この発明は、静電接着、陽極（ａｎｏｄｉ　ｃ）接着又はマロリイ（Ｍａｉｌ。

ｒｙ）接着として知られている電場−援助接着方法により、加工部品を一緒に接 着する方法に関する。

この静電接着方法を使用すると、−緒に接着されるべき２つの加工部品、及びそ の少なくとも１つが電気的に実質上非導電性の物質（又はかかる物質である表面 を有している）ものが、お互いに共通の界面において他の１つと接合して配置さ れ、その加工部品が少な（ともそれらの界面において高温に保持され、電圧がそ れらの間に付与され、その界面において静電引力を発生させてその加工部品表面 をお互いに密接させ且つそれらをお互いに接着させ、その後で電圧が除去されて 、その加工部品が冷却される。この方法は、シリコン又は他の半導体ウェファ− をガラス基体に接着させる場合に通常使用され、その際に電圧が付与されて半導 体ウェファ−をそのガラスに対して電気的にプラスの（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）関係 にし、そしてもしもプラス（ｐｏｓ　ｉ　ｔ　１ｖｅ）電圧が、大量のアルカリ 含量を有するガラスに付与されるならば、その電圧はガラスを他のものに接着さ せるために使用される。

この静電接着方法における重要な使用は、例えば圧力又は加速度（ａｃｃｅｒａ ｔｉｏｎ）のセンサーとして使用される半導体キャビティディバイス（ＣａＶｉ ｔｙ　ｄｅｖｉｃｅ）の製造であり、そこでは、半導体ウェファ−は、ガラス基 体表面と平行であるがそれから離れている作動可能な又はダイヤフラム領域（ｄ ｉａｐｈｒａｍ　ｒｅｇｉｏｎ）、及びその基体表面に接着されてウェファ−の ダイヤフラム領域と基体表面の周囲部分との間に気密封止キャビティを提供する 周囲領域を有している。基体表面からのウェファ−のダイアフラム領域（ｄｉａ ｐｈｒａｍ　ｒｅｇｉｏｎ）の隙間は、ウェファ−表面の壁又はくぼみ（ｒｅｃ ｅｓｓ）を機械加工するか若しくはエツチングすることにより、又はウェファ− 及び基体を一緒にしてそれらの間（又は絶縁性物質からなるリングと最初沈着さ れていないその表面との間）の接着を行う前に、窒化シリコンのような絶縁性物 質からなる密接に結合した直立周囲リングをウェファ−若しくはガラス基体上に 沈着させることにより、達成される。このようなキャビティディバイスにおいて は、このキャビティ中の基体表面は、その上に、ウェファ−ダイアフラムと共に 形成した金属電極を沈着させてあったかも知れない。これは、例えば、我々の国 際特許出願Ｎ０１ｗ０９１／１０１２０において記載されており、キャパシタン ス（ｃａｐａｃ　ｉ　ｔａｎｃｅ）において変化するコンデンサー（ｃａｐａｃ ｉｔｏｒ）がキャビティ深さにおける変化を指示し、そして測定されるべき加速 度又は圧力変化を指示する。ここで問題になる種類の他のキャビティディバイス が我々の国際特許出願Ｎｏ、ｗ０９／１０１９９に記載されている。

静電接着方法がこのようなディバイスの製造に応用された場合、物質を例えば４ ００℃の温度にもたらし、そして（基体に対してポジティブな関係にある半導体 ウェファ−とともに）少なくとも数百ボルト若しくは数キロボルトの電圧を付与 することが行われるが、その際には界面から離れた陽イオンの移動が基体中で起 こる。このイオンの移動は、その界面に極めて近接した基体中に消滅（高抵抗率 ）領域を生起させて、高い比率の付与電圧がその領域上に落ちて、大量の電場が そこに発生する。これがその界面に大きな静電引力を起させることになり、２つ の隣接した加工部品の物質を（原子的に）密接させてこの加工部品の化学的接着 の発生を促進する。

しかしながら、このイオン移動がその界面及びその甲面付近における基体の組成 中に変化を起こさせ、そこにリチウムのような移動性イオン種の消滅が起き、又 基体の反対面及びその本体中においてもこの移動性イオン種の濃度増加が起こる ことになる。今、ウェファ−と基体と間においてストレスのない（ｓｔｒｅｓｓ −ｆｒｅｅ）接着を得るためには、基体の組成がその熱膨張特性を半導体ウェフ ァ−のそれとほぼ正確に一致させるように通常選択されるが、イオン濃度の再分 散により、この一致が失われることになり、又その厚さを横断する基体の物理的 特性を変化させることになる。事実、界面又はその付近におけるその消滅された 基体領域が減少した熱膨張係数（ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆ 　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を有し、一方反対面又はその付近におけるその係数は増 加する。その結果、接着された集成部品が接着温度から冷却されると、異なった 収縮が起こって曲がった集成部品ができる。例えば７５ｍｍ径の集成部品におい ては、この曲がりは数百マイクロメーターのオダーになるかも知れない、又更に 小さい集成部品においても、基体とウェファ−との間に形成されたキャビティの 周囲と中心との間の曲がりの量は、キャビティの公称深さくｎｏｍｉｍａｌｄｅ ｐｔｈ）の重要な部分（ｆ　ｒａｃｔ　１ｏｎ）に等しいかも知れない。

接着集成部分のこのような曲がりは、幾つかの理由で望ましいものではない。

第１に、それは、公称形（ｎｏｍｉｎａｌ　５ｈａｐｅ）及びウェファ−と基体 との間のキγビティの寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）の変化を発生させ、又それ が使用中のディバイスの特性及び作動において予想できない且つ可変的な程度に おいて影響を及ぼす。第２に、接着作業は、他の作業（半導体ウェファ−をラッ ピング（ｌａｐｐｉｎｇ）　してその厚さを減少させ、それによりキャビティと 境界を接するその作動領域を正確に制御された厚さのダイアフラム（ｄｉａｐｈ ｒａｇｍ）に変換させる）を伴う、そしてその作業は、基体の反対側の暴露され た表面を、そのウェファ−の厚さを測定するための参考平面（ｒｅｆｅｎｒｅｎ ｃｅ　ｐｌａｎｅ）として使用することが必要となり、そして僅かに平らな参考 表面における何らかの曲がりは、このような作業の精度を減少させることになる 。

したがって、加工部品の曲がりが避けられるか、或いは大きく減少される静電接 着方法により、加工部品を接着する方法を提供することが本発明の目的である。

そしてこの目的は、１つの極性を有する接着−援助電圧を付与して接着を行い、 それからその付与電圧の極性を逆転することにより、本発明によって達成される 。

それ故、本発明によれば、２つの加工部品、その少なくとも１つが電気的に実質 上非導電性の物質である（又はかかる物質である表面を有する）ものを−緒に接 着する方法が提供される。この方法は、加工部品を共通の界面（ｃｏｍｍｏｎｉ ｎｔｅｒｆａｃｅ）においてお互いに接合して位置させ、少なくともそれらの界 面を高温に保持し、それらの間に実質的な第１電圧を付与してその界面において 静電引力を発生させ、加工部品表面をお互いに密着させてそれらをお互いに接着 させ、その後で付与電圧を除去して加工部品を冷却する工程からなるものであり 、その特徴は、第１電圧の付与後に前記界面を高温に保持しながら、加工部品間 に第１電圧とは反対の極性の第２電圧を付与する付加工程にある。

好ましくは、第２付与電圧の大きさは、第１電圧の大きさと少なくとも殆ど等し いが、反対の極性であり、且つ逆転した極性の第２電極は、接着−援助第１電圧 が付与される間の第１電圧の期間と少なくともほぼ等しい期間の間付与される。

逆転された極性の第２電圧を付与する効果は、前述したように、接着−援助第１ 電圧の付与期間中に起こった可動性イオンの移動の方向を逆転させることにある 。したがって、接着される加工部品がそれぞれ半導体ウェファ−及びガラス基体 である前述した場合においては、界面及びその付近における基体中の可動性イオ ンの消滅（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）と基体の他の部分における過剰な可動性イオン の発生とが逆転され、そしてその基体の組成的均質性が、逆転された極性の第２ 電圧の付与期間中に大きな値で回復される。その結果、熱膨張係数に関する基体 の均一性もまた大きな値で回復され、それにより第２電圧が除去されて接着加工 部品が冷却される時に、何らの曲がりも又その他の変形もせずに基体は均−且つ 実質的に収縮する。例えば、接着された集成部品は、本発明による逆転された極 性の電圧を付与しない場合には、前述のような数百マイクロメーターの曲がりを 示し、そして本発明にしたがワて作成される時には２マイクロメーターに達しな い曲がりを有するものが得られた。

更に、（通常の場合におけるように）基体の組成は、その熱膨張係数がそれに接 着される半導体ウェファ−の係数に一致するように選択されたならば、かかる一 致は、この接着が本発明の方法によって行われる時には失われないし、又それ故 に意図されるように、この接着は、接着された集成部品が冷却される際の異なる 収縮率のために実質的な歪み（ｓｔｒｅｓｓｅｓ）も発生させない。　本発明に よる方法は、前述の我々の国際特許出願の明細書に記載された接着方法における 改良手段として使用されることが理解されるであろう。そこでの開示が、本発明 の明細書において参考としてここに組み込まれている。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの加工部品、その少なくとも１つが電気的に実質上非導電性である物質 のもの（又はかかる物質からなる表面を有するもの）を一緒に接着する方法であ って、その加工部品を共通の界面においてお互いに接合して位置させ、少なくと もそれらの界面を高温に保持し、それらの間に実質的な第１電圧を付与してその 界面において静電引力を発生させて、加工部品表面をお互いに密着させ且つそれ らをお互いに接着させ、その後で付与電圧を除去して加工部品を冷却する工程か らなる方法において、 第１電圧の付与後に前記界面を高温に保持しながら、その加工部品間に第１電圧 とは反対の極性の第２電圧を付与する付加工程を有することを特徴とする方法。
2. ２．第１及び第２電圧が少なくともほぼ等しい大きさであるが、反対の極性であ る請求項１に記載の方法。
3. ３．第１及び第２電圧が少なくともほぼ等しい期間の間付加される請求項１又は 請求項２に記載の方法。
4. ４．加工部品がそれぞれ単結晶シリコンのウェファーであり、これらの物質が少 なくともほぼ４００℃の温度に保持されながら、前記第１電圧が、少なくとも数 百ボルトの大きさで、且つそのシリコンウェファーをガラス基体に関して陽性（ ｐｏｓｉｔｉｖｅ）に保持するような極性で付与される請求項１乃至３に記載の 方法。