陽極接合法を用いた機能性材料とシリコンの複合化

采用阳极键合法的功能材料与硅的复合材料

• 批准号: 08750838
• 负责人: 佐々木 元
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750838/
• 关键词: 陽極接合; シリコン; ほうけい酸ガラス; 低温接合; ナトリウム; PZT; 界面; 透過電子顕微鏡

本研究では真空陽極接合装置の作製を行い、大気中および真空中でのシリコンとシリコン、PZTセラミックスの陽極接合を行い、接合機構の解明を行った。以下に得られた結果の概要を示す。(1)厚さ150μmおよび500μm、材質_<7740および>7070のパイレックスガラスを用い、p型シリコンウエハ-との陽極接合を行った。その際、大気中あるいは真空中で印加電圧、温度を変化させることにより、接合の可否を判断した。その結果、ガラスの厚さの減少とともに印加電圧、温度を低くしても接合が可能となり、接合面積も大きくなることが分かった。また、_<7740の方が>7070より低温で接合できることが分かった。また、真空中接合はその接合面積の増加、接合のばらつきの低下に効果が見られた。(2)2μm厚の#7740ガラスをシリコンおよびPZTセラミックスにスパッタ蒸着させ、大気中でシリコンとの接合を行った。その結果、シリコン同士では良好な接合体を作ることはできなかったが、PZTセラミックスとシリコンでは350V,500℃以上の接合条件で良好な接合体を得ることができた。一方、PZTセラミックスにAl電極を蒸着することにより、接合温度を450℃に低下させることができた。(3)PZTセラミックスとシリコンの陽極接合体の界面をTEM観察およびEDS分析することにより、ガラス中のNa成分がPZTセラミックス界面に移動し、PZTセラミックスと反応し、結晶質の複酸化物を形成することが分かった。また、シリコン界面では、過剰酸素イオンがシリコンと反応することにより接合が行われた事を確認した。更に、接合体は引張によりシリコンおよびガラス中で破壊を起す事を示し、接合体の界面強度が強い事を明らかにした。(4)シリコンとガラスの接合において印加電圧を逆にしてNaイオンによる接合の可能性を調べた。これより、350V,500℃以上の条件で接合が可能であることが分かった。また、シリコンの間にガラスを挟みこんだ接合を行い、シリコン同士の接合に成功した。(5)超高真空中で表面活性化法によるアルミナとアルミの常温接合を行い、本手法と陽極接合を組み合わせることにより、より低温で信頼性の高い陽極接合が可能であることを明らかにした。以上の結果より、陽極接合のメカニズムを明らかにし、本接合法により機能性セラミックスとシリコンの接合が可能であることを示した。また、セラミックスによって接合の更なる低温化が必要であるが、その低温化の指針についても明らかにすることができた。

This study で は を line い anode の joint device for vacuum system, large 気 お よ び vacuum で の シ リ コ ン と シ リ コ ン, PZT セ ラ ミ ッ ク ス の anodic bonding line を い, joint institutions の interpret を line っ た. The following に results of られた に summary を shows す. (1) さ 150 microns thick お よ び 500 microns, material _ < 7740 お よ び > 7070 の パ イ レ ッ ク ス ガ ラ ス を い, p type シ リ コ ン ウ エ ハ - と の anodic bonding line を っ た. Youdaoplaceholder0 そ in the atmosphere ある そ in the vacuum で can the Inca voltage, the を change of temperature させる とによ とによ とによ, and the connection <s:1> be determined by を to be た. そ の results, ガ ラ ス の thick さ の reduce と と も に 圧 Inca electricity, low temperature を く し て も joint が may と な り, large joint area of も き く な る こ と が points か っ た. Youdaoplaceholder0, _<7740 <s:1> square が>7070よ <s:1> low-temperature で joint で る る とが とが division った った. Youdaoplaceholder0, in a vacuum, the bonding そ そ, the bonding area <e:1> increases, and the bonding <s:1> ばら, the bonding <s:1> ばら, the <s:1>, and the に effect が decreases. See られた. (2) 2 microns thick の # 7740 ガ ラ ス を シ リ コ ン お よ び PZT セ ラ ミ ッ ク ス に ス パ ッ タ steamed さ せ, large 気 で シ リ コ ン と の joint line を っ た. そ の results, シ リ コ ン with "で は good な gametes を as る こ と は で き な か っ た が, PZT セ ラ ミ ッ ク ス と シ リ コ ン で は 350 v and above 500 ℃ の joint condition で good な gametes を must る こ と が で き た. One party, PZT セ ラ ミ ッ ク ス に Al electrode を steamed す る こ と に よ り, junction temperature 450 ℃ を に low さ せ る こ と が で き た. (3) the PZT セ ラ ミ ッ ク ス と シ リ コ ン の anode gametes の interface を TEM 観 examine お よ び EDS analysis す る こ と に よ り, ガ ラ ス が の Na ingredients in PZT セ ラ ミ ッ ク ス interface に mobile し, PZT セ ラ ミ ッ ク ス と anti 応 し, crystalline の after acidification formation を す る こ と が points か っ た. ま た, シ リ コ ン interface で は, turning sour element イ オ ン が シ リ コ ン と anti 応 す る こ と に よ り joint line が わ れ た を sure し た. More に, gametes は extension and に よ り シ リ コ ン お よ び ガ ラ ス で in broken 壊 を す things を し, gametes の interface strength strong が い matter を Ming ら か に し た. (4) シ リ コ ン と ガ ラ ス の joint に お い て Inca electric 圧 を inverse に し て Na イ オ ン に よ る joint possibility の を adjustable べ た. <s:1> れよ, under conditions of 350V and above 500℃, で combined with が may である とが とが とが and った respectively. Between ま た, シ リ コ ン の に ガ ラ ス を carry み こ ん line connection を だ い, シ リ コ ン with James の joint に successful し た. (5) in the ultra high vacuum で surface activation method に よ る ア ル ミ ナ と ア ル ミ の room temperature joint line を い, this technique group と anodic bonding を み わ せ る こ と に よ り, よ り の high low-temperature で letter 頼 い anodic bonding が may で あ る こ と を Ming ら か に し た. の above results よ り, anodic bonding の メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に し, after lawful に よ り functional セ ラ ミ ッ ク ス と シ リ コ ン の joint が may で あ る こ と を shown し た. ま た, セ ラ ミ ッ ク ス に よ っ て joint の more な る low temperature melt が necessary で あ る が, そ の low temperature melt の pointer に つ い て も Ming ら か に す る こ と が で き た.

项目成果

T.Akatsu,G.Sasaki,N.Hosoda and T.Suga: "Microstructure and strength of Al-sapphire interface by means of the surface activated bonding method" J.Mater.Res.12. in print (1997)

T.Akatsu、G.Sasaki、N.Hosoda 和 T.Suga：“采用表面活化键合方法的铝-蓝宝石界面的微观结构和强度”J.Mater.Res.12。

T.Akatu,I.Misumi,G.Sasaki,N.Hosoda and T.Suga: "Microstructure of metal-ceramic interfaces fabricated using the surface activated bonding method" Proc.JIMIS-8,Interface Science and materials Interconnection. 193-196 (1997)

T.Akatu、I.Misumi、G.Sasaki、N.Hosoda 和 T.Suga：“使用表面活化粘合方法制造的金属陶瓷界面的微观结构”Proc.JIMIS-8，界面科学与材料互连。

G.Sasaki,H.Fukunaga,T.Suga and K.Tanaka: "Mechanism of the anodic bonding of PZT ceramics to silicon wafer" Proc.of International Electron Deviced and Materials Symposia. Symposium C,E,F. 77-80 (1996)

G.Sasaki、H.Fukunaga、T.Suga 和 K.Tanaka：“PZT 陶瓷与硅片阳极键合的机制”国际电子器件与材料研讨会论文集。