[發明專利]圓片級玻璃微腔的制造方法

無效

• 申請號: 200810023417.4
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101259951A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 黃慶安;柳俊文;唐潔影;尚金堂
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B81C3/00
• 分類號: B81C3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種MEMS(微電子機械系統)制造技術，尤其涉及一種圓片級玻璃微腔的制造方法。

背景技術

在MEMS制造技術領域，Pyrex7740玻璃(一種含有堿性離子的玻璃，Pyrex是Corning公司的產品品牌)是一種重要的材料，它有著和Si材料相近的熱膨脹系數，有著高透光率和較高的強度，并且可以通過使用陽極鍵合工藝與Si襯底形成高強度的鍵合連接，在鍵合表面產生了牢固的Si-O共價鍵，其強度甚至高于Si材料本身。由于這樣的特性，使得Pyrex7740玻璃廣泛應用于MEMS封裝、微流體和MOEMS(微光學機電系統)等領域。

在MEMS封裝領域，由于器件普遍含有可動部件，在封裝時需要使用微米尺寸的微腔結構對器件進行密閉封裝，讓可動部件擁有活動空間，并且對器件起到物理保護的作用，一些如諧振器、陀螺儀、加速度計等器件，還需要真空氣密的封裝環境。陽極鍵合工藝可以提供非常好的氣密性，是最常用的真空密封鍵合工藝。在Pyrex7740玻璃上形成微腔結構，再與含有可動部件的Si襯底進行陽極鍵合，便可以實現MEMS器件的真空封裝。所以，如何在Pyrex7740玻璃上制造精確圖案結構的微腔，是實現此種封裝工藝的重點。傳統采用濕法腐蝕Pyrex7740玻璃工藝，由于是各向同性腐蝕，所以無法在提供深腔的同時精確控制微腔尺寸。如果采用DRIE的方法利用SF6氣體對Pyrex7740玻璃進行刻腔，則需要用金屬Cu、Cr等做掩膜進行刻蝕，效率低且成本高。本發明具有工藝簡單、成型精確、微腔結構深寬比高的特點，可以廣泛應用于MEMS封裝中Pyrex7740玻璃微腔的制造。

在微流體器件和MOEMS等領域，對Pyrex7740玻璃的精密加工也有著迫切的需求，比如微流體器件中微緩存腔體的構成，比如MOEMS中光學透鏡的制造等，這些都需要Pyrex7740玻璃微米級別的精確成型技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝方法簡單、成本低廉、精密成型且可實現高深寬比的圓片級玻璃微腔的制造方法。

本發明采用如下技術方案：

一種圓片級玻璃微腔的制造方法，包括以下步驟：

第一步，利用Si微加工工藝在Si圓片上刻蝕形成特定圖案，

第二步，將上述Si圓片與Pyrex7740玻璃圓片在小于1Pa的氣氛下進行鍵合，使Pyrex7740玻璃上的上述特定圖案形成密封腔體，

第三步，將上述鍵合好的圓片在一個大氣壓下加熱至810℃～890℃，保溫3～5min，腔內外壓力差使軟化后的玻璃形成與上述微腔圖案結構相應的結構，冷卻，將上述圓片在常壓下退火消除應力，

上述技術方案中，所述Si原片上圖案結構的微加工工藝為濕法腐蝕工藝、或者干法刻蝕工藝、反應離子刻蝕或者深反應離子刻蝕中的一種。所述的Si原片與Pyrex7740玻璃表面鍵合工藝為陽極鍵合，典型工藝條件為：溫度400℃，電壓：600V。第三步中的加熱溫度為840℃～850℃。第三步中所述熱退火的工藝條件為：退火溫度范圍在510℃～560℃中，退火保溫時間為30min，然后緩慢風冷至常溫。

本發明獲得如下效果：

1.本發明基于傳統MEMS加工工藝，首先在Si片上加工欲成型的微腔結構，尺寸需要根據最終所需的Pyrex7740玻璃微腔尺寸和厚度進行調節，由于Si微加工技術是非常成熟的工藝，可以很標準的做出所需圖案結構甚至是高深寬比(可達到20∶1)的圖形，所以本發明使用Si片做Pyrex7740玻璃的模具層。隨后將該含有微腔結構的Si片與Pyrex7740玻璃在真空下進行陽極鍵合形成真空狀態的微腔，然后在常壓下加熱到玻璃的軟化點溫度進行熱處理，在微腔內外壓力差的作用下，Pyrex7740玻璃按照Si模具微腔結構成型，形成所需要的微腔結構。由于Pyrex7740玻璃在軟化點溫度下成型呈流態，因而形成的微腔內表面光滑，粗糙度低。這樣的特性適用于微流體器件和MOEMS領域，該微腔尺度可通過在硅片上刻蝕圖案的尺寸進行調節，因而可從微米至毫米級進行調節。

2.陽極鍵合具有鍵合強度高，密閉性好的特點，本發明采用陽極鍵合形成密閉空腔，在第三步的加熱過程中不易發生泄漏而導致成型失敗。在溫度400℃，電壓直流600V的鍵合條件下，陽極鍵合能夠達到更好的密封效果。