设备及设备制造方法技术

本发明专利技术的设备具备：第一基板，其主成分为二氧化硅；第二基板，其主成分为硅或化合物半导体或二氧化硅或氟化物的任一个；接合功能中间层，其配置于第一基板、和第二基板之间。第一基板通过经由接合功能中间层，使第一基板的溅射的第一表面、和第二基板的溅射的第二表面接触的常温接合，接合于第二基板。此时，接合功能中间层的材料与第一基板的主成分不同，与第二基板的主成分不同，选自氧化物或氟化物或氮化物中的具有光透过性的材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，尤其涉及利用光的设备及制造所述设备的设备 制造方法。
技术介绍
作为利用光的设备(所谓的光学设备)，在工业的各领域利用光传感器等受光元 件、LED等发光元件、以及光开关等光信号传输用设备。其中，应用半导体微细加工技术而 制造的C⑶受光元件或CMOS图像传感器等固体摄像元件的应用正在扩大。另外，将这些光 设备的功能组入微小机械要件的光MEMS设备的开发、应用也在急速地进展。在这样的光 MEMS设备中，除了微细加工技术确立的Si基板之外，还适用大量的光的透过率大的材料尤 其Si02系材料(合成石英、玻璃等)。在这样的固体摄像元件、或光MEMS设备的制造中，通常使用在半导体晶片基板上 一并形成、密封多个设备，通过切割来分割为各个设备的晶片级工序。在该制造工序中，在形成了设备的设备晶片基板上层叠、接合密封用晶片基板，密 封设备的为晶片级封装。近年来，提出了在晶片基板之间使用直接接合的制造方法。基于 不使用粘接剂或焊锡的直接接合的接合界面上不设置其他材料层，因此，具有得到高的接 合强度和良好的界面物性的优点。作为从以往开始在MEMS设备的制造中利用的直接接合 法的例子，可以举出阳极接合或扩散接合。另外，近年来还提出了向平坦化、清洁化的表面 赋予羟基等，利用氢键和热处理来得到牢固的接合的接合方法。但是，这些直接接合法在接合工序或接合后伴随热处理，因此，这在MEMS设备制 造中成为问题。在光MEMS设备的情况下，对封装要求光的透过性，因此，期望利用与设备基 板(Si等)不同、具有光透过性的基板(3102系材料等)的密封。在这样的各种基板的接 合工序伴随热处理的情况下，由于基板材料的热膨胀率的差异，在接合界面产生热变形，成 为损伤设备的可靠性、耐久性的要因。因此，接合工序温度的降低成为MEMS设备制造的大 的技术问题。另外，加热和冷却需要时间，因此，不能缩短制造时的生产节拍时间也为制造 上的问题之一。因此，期望适用在接合工序中不伴随加热的常温接合工序的适用，但常温接合尤 其对表面不赋予活性基团而利用被接合面的悬空键等来接合的常温接合中，接合性大大取 决于被接合材料的材料物性。尤其知道Si02系材料在常温接合中为难以接合的材料。常温接合作为金属的接合方法，从以前开始所知，但近年来，半导体材料或氧化物 材料的向接合的适用正在扩大。但是知道如高木他NED0技术开发机构平成15年度研究助 成事业成果报告会预稿集pp. 220-225 (2003)中记载，A1203等一部分的氧化物材料通过表 面活性化和压接，得到某种程度的接合强度，但Si02等材料得不到实用的接合强度。因此， 提出了使用活性基团赋予等向被接合面的表面处理或加热后处理的方法。在特开2004-054170号公报中公开有激光光学结晶的接合方法。其特征在于，不 使用粘接剂等中间材料，对接合面仅实施离子束蚀刻，接合激光光学结晶。该方法为作为激光光学结晶尤其？乂04结晶的接合方法开发的方法。但是，该方法可以适用于石榴石结晶的 接合，但不能接合Si02系材料。在特开2005-104810号公报中公开有将功能性陶瓷多晶体与Si等半导体单晶材 料常温接合的方法。在陶瓷多晶体的表面形成具有与半导体的反应活性的金属薄膜层，经 由通过金属和半导体的反应而产生的反应产物层得到接合的方法上具有特征。提出为有效 于表面粗糙度大的陶瓷基板的接合的方法。然而，在这些方法中，作为接合的后工序，进行加热处理的情况在向MEMS设备制 造工序的适用上成为问题。另外，以接合对象基板和金属层的反应性为前提，因此，对象材 料受到限定。另一方面，在高木机械技术研究所报告189号(2000)等中指出了如下所述的可能 性，即对仅通过表面活性化和压接来得不到强度的Si02之类的难接合性材料，也能够通过 在被接合面形成金属膜来常温接合。将其具体实施的方法提出至此。在特开2004-337927号公报中，公开有以在以往的常温接合中，作为接合难接合 性的离子性结晶基板之间的方法，在被接合面上形成金属薄膜为特征的方法。在该方法中， 在真空中，向被接合面照射惰性气体离子束或惰性气体中性原子束、和金属离子束或金属 中性原子束，在各基板的接合面上形成lnm lOOnm的膜厚的金属薄膜。在特开2004-343359号公报中公开有基于常温接合的弹性表面波元件的制造方 法，作为所述方法，可以举出经由中间膜的接合方法。其特征在于，通过表面活性化处理和 压接，不经过高温下的热处理地接合LiTa03等压电单晶基板和A1A或Si等结晶性基板， 作为该方法之一，例示了将Si或绝缘材料、金属作为中间层形成并接合的方法。如上所述，仅通过表面活性化和压接，难以以实用的接合强度来接合Si02系材料， 为了得到实用的接合强度，有效的是作为产生接合强度的接合功能中间层，将金属层设置 在接合界面的方法。然而，在接合功能中间层中使用金属的方法是仅专注于接合强度的产生上的 方法，关于其他接合界面物性例如光透过性，得不到充分的特性。例如，在上述特开 2004-337927号公报中也提示了在作为接合功能中间层的极薄的金属层(lOOnm以下)中也 发生光透过损失。这样的光透过损失在光MEMS设备等对光透过性要求性能的设备中，导致 性能变差或可靠性的降低，因此，可以说作为设备的制造方法，不适合。另一方面，常温接合 是接合性大大取决于被接合材料的材料物性的接合方法，仅通过单单将接合功能中间层形 成为其他材料，不能同时实现接合强度、光透过特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供以实用的接合强度常温接合Si02系材料基板且光透过特 性优良的。本专利技术的另一目的在于提供防止破损，缓和设计的限制的。本专利技术的设备，具有第一基板，其主成分为二氧化硅；第二基板，其主成分为硅、 化合物半导体、二氧化硅和氟化物中的任一个；接合功能中间层，其具有产生使用的接合强 度的功能且配置于第一基板、和第二基板之间。第一基板通过使第一基板的被溅射的第一 表面、和第二基板的被溅射的第二表面经由接合功能中间层接触的常温接合，接合于第二基板。其中，接合功能中间层的材料与第一基板的主成分不同，与第二基板的主成分不同，其是选自氧化物、氟化物或氮化物中的具有光透过性的材料。这样的设备中第一基板和第 二基板的接合具有实用的接合强度，进而，所述接合界面的光透过性优良，所述接合界面可 以配置于透过光的部位。因此，这样的设备能够减少与所述接合界面有关的设计的限制，能 够多样化设计，能够将制造工序进一步多样化。本专利技术的设备优选第一基板为具有结晶结构的石英、石英玻璃、和玻璃中的任一 个。本专利技术的设备还具有第二基板为石英、石英玻璃、和玻璃中的任一个的特征。所述石英 具有结晶结构。作为接合功能中间层的适当的材料，例示氧化铝、二氧化钛、二氧化锆或二氧化 铪。在本专利技术的设备中，接合功能中间层在第一材料和第二材料的界面以层状分布。另外， 在本专利技术的其他设备中，接合功能中间层具有在第一材料和第二材料的界面以连续或断续 的薄膜状分布的特征。本专利技术的设备具备具有光透过性，主成分为二氧化硅的第一基板；形成有感应 于来自外部的光而生成输出信号或电动势的受光元件的第二基板。所述第一基板和第二基 板经由具有光透过性的接合功能中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，具有：第一基板，其主成分为二氧化硅，第二基板，其主成分为硅、化合物半导体、二氧化硅和氟化物中的任一个，以及接合功能中间层，其配置于所述第一基板和所述第二基板之间；其中，通过使所述第一基板的被溅射的第一表面和所述第二基板的被溅射的第二表面经由所述接合功能中间层接触的常温接合，所述第一基板接合于所述第二基板，所述接合功能中间层的材料与所述第一基板的主成分不同，与所述第二基板的主成分不同，所述接合功能中间层的材料选自氧化物、氟化物或氮化物中的具有光透过性的材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-11-8 2007-290922一种设备，具有第一基板，其主成分为二氧化硅，第二基板，其主成分为硅、化合物半导体、二氧化硅和氟化物中的任一个，以及接合功能中间层，其配置于所述第一基板和所述第二基板之间；其中，通过使所述第一基板的被溅射的第一表面和所述第二基板的被溅射的第二表面经由所述接合功能中间层接触的常温接合，所述第一基板接合于所述第二基板，所述接合功能中间层的材料与所述第一基板的主成分不同，与所述第二基板的主成分不同，所述接合功能中间层的材料选自氧化物、氟化物或氮化物中的具有光透过性的材料。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一基板为石英玻璃、玻璃和具有结晶结构的石英中的任一个。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第二基板为石英玻璃、玻璃和具有结晶结构的石英中的任一个。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述接合功能中间层的材料为氧化铝、二氧化钛、二氧化锆或二氧化铪。5.根据权利要求4所述的设备，其中， 所述第一基板具有光透过性，所述第二基板形成有受光元件，该受光元件感应于透过所述第一基板和所述第二基板 的界面的来自外部的光，生成输出信号或电动势，所述第一基板和所述第二基板密封所述受光元件。6.根据权利要求5所述的设备，其中， 所述受光元件为CCD或CMOS传感器。7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述受光元件为太阳电池、光电变换元件或将电磁波变换为电力的功能元件。8.根据权利要求4所述的设备，其中， 所述第一基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：内海淳，后藤崇之，井手健介，高木秀树，船山正宏，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]