[發(fā)明專利]圓片級(jí)玻璃微腔的可脫模發(fā)泡制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110300836.X
• 申請(qǐng)日: 2011-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN102336514A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚金堂;于慧;秦順金
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): C03B19/00
• 分類號(hào): C03B19/00;C03C15/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓然

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))封裝技術(shù)，尤其涉及一種新型簡(jiǎn)單的玻璃微腔的去硅方法。

背景技術(shù)

在MEMS制造技術(shù)領(lǐng)域，Pyrex7740玻璃（一種含有堿性離子的玻璃，Pyrex是美國corning公司的產(chǎn)品品牌）是一種重要的材料，它有著和半導(dǎo)體硅材料（常溫下，Pyrex7740玻璃熱膨脹系數(shù)為，硅的熱膨脹系數(shù)為）相近的熱膨脹系數(shù)，有著高透光率和較強(qiáng)的強(qiáng)度，并且已經(jīng)通過使用陽極鍵合工藝與玻璃形成高強(qiáng)度的鍵合連接，在鍵合表面產(chǎn)生了牢固的Si-O共價(jià)鍵，其強(qiáng)度甚至高于硅材料本身。由于這樣的特性使得Pyrex7740玻璃廣泛應(yīng)用于MEMS封裝、微流體和MOEMS（微光學(xué)機(jī)電系統(tǒng)）等領(lǐng)域。

在MEMS制作領(lǐng)域，對(duì)Pyrex7740等玻璃材料的微加工一直是一個(gè)難以解決的問題。傳統(tǒng)的采用濕法腐蝕工藝，由于是各向同性腐蝕，所以完全無法提供精確尺寸的微結(jié)構(gòu)。如果采用DRIE的方法利用氣體對(duì)Pyrex7740玻璃進(jìn)行刻腔，則需要用金屬Cu、Cr等做掩膜進(jìn)行刻蝕，不僅所刻結(jié)構(gòu)形狀和尺寸局限性大，無法實(shí)現(xiàn)大的高寬比，而且加工效率低，成本昂貴。專利申請(qǐng)人發(fā)展了幾種圓片級(jí)玻璃微腔的制備方法：正壓熱成型和負(fù)壓熱成型方法。

然而，在正壓熱成型和負(fù)壓熱成型方法制備玻璃微腔后，如何去除硅模具成為難題。由于硅與玻璃采用陽極鍵合，因此，通常采用傳統(tǒng)的方法用TMAH腐蝕除硅，耗時(shí)較長(zhǎng)；而采用氫氧化鉀去除硅，雖然速度較快，但是會(huì)同時(shí)腐蝕玻璃。由此可見，低成本、快速去除硅模具成為制約圓片級(jí)玻璃微腔技術(shù)的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種工藝方法簡(jiǎn)單、成本低廉的圓片級(jí)玻璃微腔的可脫模制備方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種圓片級(jí)玻璃微腔的可脫模發(fā)泡制備方法，包括以下步驟：第一步，在硅圓片上刻蝕微槽陣列得到硅圓片模具；第二步，在所述硅圓片模具的微槽陣列內(nèi)放置熱釋氣劑粉末；第三步，將硼硅玻璃圓片與所述硅圓片模具通過粘結(jié)層粘結(jié)在一起，使得硅圓片模具的微槽陣列密封；第四步，將粘結(jié)好的所述圓片放入加熱爐內(nèi)加熱，至玻璃軟化溫度以上并保溫，熱釋氣劑放出的氣體使得軟化的玻璃成型獲得玻璃微腔，冷卻，退火；第五步，然后將上述成型后的圓片放入粘結(jié)層腐蝕劑中，去除粘結(jié)層，從而脫去硅圓片模具，得到圓片級(jí)玻璃微腔。

上述技術(shù)方案中，所述粘結(jié)層為金屬鋁，所述粘結(jié)層腐蝕劑為磷酸，腐蝕溫度為80℃，腐蝕時(shí)間：2-60min。所述金屬鋁通過濺射或電鍍的方法沉積在硼硅玻璃圓片表面或硅圓片模具表面，或者金屬鋁采用鋁箔直接放置于硼硅玻璃圓片與硅圓片模具之間。所述金屬鋁層的厚度為10-15微米。所述的硼硅玻璃圓片優(yōu)選為Pyrex7740玻璃圓片。所述熱釋氣劑優(yōu)選為碳酸鈣粉末或氫化鈦粉末。所述退火溫度為550℃-570℃，退火保溫時(shí)間為30min，然后緩慢風(fēng)冷至常溫。第四步所述粘結(jié)好的圓片加熱溫度為820℃-900℃。第三步所述的粘結(jié)采用的方法為陽極鍵合，陽極鍵合條件為：電壓600V-800V，溫度為300℃-500℃.

本發(fā)明獲得如下效果：

1．?本發(fā)明在硼硅玻璃圓片與硅圓片之間設(shè)置粘結(jié)層，在玻璃熱成型后，該粘結(jié)層被腐蝕劑選擇性的去除，從而使得硅圓片模具能夠被完全脫離下來。由于粘結(jié)層去除時(shí)間短，因此相對(duì)于以往腐蝕整個(gè)硅片而去除硅模具而言，大大縮短了去除硅的時(shí)間；同時(shí)，腐蝕劑僅僅腐蝕粘結(jié)劑，而對(duì)于玻璃以及硅都不發(fā)生作用，因此硅圓片模具和玻璃圓片能夠得到較好的保存，硅圓片模具能夠得到重復(fù)使用，因而大大降低了成本。處于玻璃與硅之間的粘結(jié)層材料的選擇非常重要，因?yàn)樗枰惺芨邷兀?20-900攝氏度，同時(shí)在高溫下能夠與硼硅玻璃以及硅圓片粘結(jié)良好，使玻璃與硅鍵合形成的密封腔在高溫下仍然保持較好的密封；同時(shí)該材料還需要能夠在玻璃熱成型以后容易快速的被腐蝕，起到犧牲層的作用。

2．?本發(fā)明優(yōu)選用鋁作為粘結(jié)材料，一方面它在660℃以上以液態(tài)形式存在，能夠與硅圓片以及玻璃圓片在玻璃軟化溫度下(820℃以上)能夠保持良好的粘結(jié)性，因此腔內(nèi)具有較高壓力的氣體不沿界面逃逸，而是使得玻璃熱成型獲得玻璃微腔。相應(yīng)的腐蝕劑磷酸(純磷酸)以及腐蝕條件：腐蝕溫度為80℃，能夠使得快速的去除鋁，從而使得硼硅玻璃圓片與硅圓片模具分離。