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저온 양극접합에 의한 유리-실리콘 접합

전문가 제언: ○ 양극접합은 1968년 Wallis & Pomerantz가 발견한 후 현재 실리콘 마이크로 머시닝에 의한 압력, 가속도, 유량, 유속센서 등의 메커니컬 센서와 마이크로밸브, SOI(Silicon on insulator)소자, 자이로의 액추에이터 등의 많은 소형 전자/광 및 기계부품에 널리 사용되고 있다.

○ 그간에 널리 사용되었던 직접접합기술(SDB: Silicon Direct Bonding)은 실온접착 후 1000℃ 이상의 고온 열처리공정이 반드시 필요하기 때문에 후 공정에 큰 제약을 받는다. 또한 기판의 표면 거칠기, 기판의 오염물, 기판의 변형 등으로 인해 접합이 잘 되지 않았다.

○ 양극접합(anodic bonding)은 일반적으로 유리와 실리콘을 접합하는 방법으로 붕규산유리 위에 실리콘을 놓아 면 전극으로 하는 방법과 ,직접 금속 프로브(prove)를 점 전극으로 이용하는 방법 등이 있다. 이 경우 중요한 인자는 전압과 온도 이외에 유리의 Na+이온이동, 산화물 층의 형성 등이다.

○ 붕규산유리가 주로 이용되는 이유는 이 유리의 팽창계수가 이화학유리에 적합한 정도로 내열성이 우수하고 화학적으로 안정하기 때문이다. 그러나 붕규산유리는 일반 소다석회유리보다 알칼리 성분이 매우 적어 Na가 이온화하여 이동하는 면에서는 불리하므로, 알칼리가 적은 부분을 Li 같은 타 성분으로 보완하여 주면 이온이동에서 유리할 것으로 사료된다. 그러나 붕규산유리의 경우 이러한 조성이 상업화되어있는 것이 없으므로 이러한 유리 생산도 고려하여 볼 만하다.

○ 낮은 접합온도에서 물성을 향상시키기 위해서는 이온이동 이외에 접합 계면의 반응촉진이 필요하며, 이를 위한 방법으로 전극막을 형성하는 방법과 유리 기판을 플라스마 처리하여 양극접합하는 방법 등이 제안되고 있다. 현재 국내에서도 양극접합에 대한 연구는 많이 되고 있으며 대기업을 중심으로 특허도 출원되고 있다. 향후 MEMS 등에도 이러한 부품이 사용될 것으로 보아 프로세스 개발이 필요할 것이다.

저자: Shohei Hata
자료유형: 학술정보