[發(fā)明專(zhuān)利]一種硅/玻璃激光局部鍵合方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710052170.4
• 申請(qǐng)日: 2007-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101050066A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史鐵林;廖廣蘭;湯自榮;馬子文;聶磊;林曉輝;彭平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C03C27/00
• 分類(lèi)號(hào): C03C27/00;H01L21/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 方放

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于晶圓鍵合技術(shù)，具體涉及一種硅/玻璃激光局部鍵合方法。

背景技術(shù)

自從硅被發(fā)現(xiàn)具有良好的機(jī)械性能、并且能被多種工藝加工成微結(jié)構(gòu)后，它在傳感器制造中得到了大量的應(yīng)用；同時(shí)，由于借鑒了硅在IC制造中的成熟工藝，使得在具有傳感或執(zhí)行功能的硅基微系統(tǒng)中集成電路成為可能；而玻璃具有電絕緣性、良好的透光性、高機(jī)械強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性，因此，硅和玻璃在微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro?Electro?MechanicalSystem)制造中得到了大量的應(yīng)用，而硅和玻璃之間的鍵合技術(shù)則是決定著MEMS封裝成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前硅和玻璃的鍵合技術(shù)主要有直接/共熔鍵合技術(shù)、陽(yáng)極鍵合技術(shù)等。直接/共熔鍵合技術(shù)已運(yùn)用到多種MEMS器件的制造中，如壓力傳感器、微泵、化學(xué)傳感器都需要在襯底上鍵合機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)。硅的熔融鍵合大多用在SOI技術(shù)上，如Si-SiO₂鍵合和Si-Si鍵合，然而，該鍵合工藝需要較高的退火溫度。陽(yáng)極鍵合的溫度為200-400度，低于直接/共熔鍵合的溫度，然而它需要1000-2000V的強(qiáng)電場(chǎng)才能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的鍵合，而強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)對(duì)微電路產(chǎn)生威脅，并且陽(yáng)極鍵合中玻璃的堿離子可能會(huì)對(duì)器件帶來(lái)污染，鍵合對(duì)晶圓表面平整度的嚴(yán)格要求也限制了它在MEMS制造中的應(yīng)用。

因此，盡管直接/共熔鍵合和陽(yáng)極鍵合在高溫、高壓情況下能得到很高的鍵合強(qiáng)度，然而并不適用于已經(jīng)集成了金屬薄膜的壓力、化學(xué)和熱傳感MEMS器件的鍵合封裝。當(dāng)前，越來(lái)越多的研究者正致力于利用晶圓表面活化處理來(lái)降低陽(yáng)極鍵合和熔融鍵合的外加輔助場(chǎng)強(qiáng)度，但它們都需要在整個(gè)器件或襯底上加熱，這會(huì)導(dǎo)致不必要的應(yīng)力和溫度場(chǎng)分布，而且上述鍵合技術(shù)也不容易實(shí)現(xiàn)選擇性鍵合，鍵合面積和熱影響區(qū)難以控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種硅/玻璃激光局部鍵合方法，目的在于使特定區(qū)域局部高溫，實(shí)現(xiàn)鍵合，并具有高的鍵合強(qiáng)度，同時(shí)晶圓或器件整體上處于較低的溫度，不會(huì)產(chǎn)生不必要的溫度梯度和應(yīng)力場(chǎng)分布，以避免已經(jīng)集成的壓力、溫度等傳感器件的性能受到影響。

本發(fā)明的一種硅/玻璃激光局部鍵合方法，順序包括：

(1)清洗步驟，將待鍵合的硅和玻璃樣片浸泡到清洗液中清洗；

(2)一次活化步驟，將清洗后的硅和玻璃樣片浸泡到氨基活化液中進(jìn)行活化，活化后取出；

(3)二次活化步驟，將一次活化后的硅和玻璃樣片浸泡到鹽酸基活化液中繼續(xù)活化，活化后取出；

(4)預(yù)鍵合步驟，將二次活化后的硅和玻璃樣片吹干，在室溫下迅速貼合，使之發(fā)生預(yù)鍵合；

(5)激光加熱步驟，利用激光輻照加熱，使貼合后的硅和玻璃發(fā)生局部鍵合。

所述的一種硅/玻璃激光局部鍵合方法，其特征在于：

(1)所述清洗步驟中清洗液為H₂SO₄與H₂O₂的混合溶液，清洗液溫度50～150℃，清洗時(shí)間10～30分鐘；

(2)所述一次活化步驟中，氨基活化液為NH₄OH、H₂O₂和去離子H₂O的混合溶液，活化溫度50～90℃，活化時(shí)間10～30分鐘；

(3)所述二次活化步驟中，鹽酸基活化液為HCl、H₂O₂和去離子H₂O的混合溶液，活化溫度50～90℃，活化時(shí)間10～30分鐘。

所述的一種硅/玻璃激光局部鍵合方法，其進(jìn)一步特征在于：

(1)所述清洗步驟中的H₂SO₄質(zhì)量濃度98％、H₂O₂的質(zhì)量濃度30％，體積比H₂SO₄∶H₂O₂＝2～4∶1；

(2)所述一次活化步驟中，NH₄OH的質(zhì)量濃度25％、H₂O₂的質(zhì)量濃度30％，體積比NH₄OH∶H2O2∶H2O＝1～3∶1∶3～8；

(3)所述二次活化步驟中，HCl的質(zhì)量濃度40％、H₂O₂的質(zhì)量濃度30％，體積比HCl∶H₂O₂∶H₂O＝1～3∶1∶3～8。