[發明專利]圓片級玻璃微腔的批量制備方法

有效

• 申請號: 201210588915.X
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103011065A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 尚金堂;吉宇;鄒羽
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 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批量制備方法。

背景技術

目前玻璃微結構在MEMS封裝、微流體和MOEMS(微光學機電系統)等領域具有重要的應用。制備玻璃微腔的方法主要有自膨脹法和正壓熱成型方法.例如美國加州大學埃爾文分校采用自膨脹方法加工玻璃微腔。它需要深反應離子刻蝕工藝和加厚的硅片，成本較高。此外，由于驅動力較小，因此加工的結構尺寸可調范圍較小。申請者采用正壓熱成型方法制備玻璃微腔，采用高溫熱釋氣劑粉末在高溫下釋放出氣體形成正壓力成型。但是，這種方法的問題在于：在量產過程中，高溫熱釋氣劑粉末容易對超凈間造成污染，從而影響微電子器件的可靠性；此外，如何對微量高溫熱釋氣劑粉末進行精確定量稱量，并放置硅槽內，也是該方法量產的一大障礙。因此，亟需發展一種非粉末、可定量的高溫熱釋氣劑的放置方法，從而使熱成型玻璃微腔方法能夠量產。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單、成本低廉圓片級玻璃微腔的批量制備方法。

本發明采用如下技術方案：一種圓片級玻璃微腔的批量制備方法，包括以下步驟：

第一步，在硅圓片上刻蝕形成微型凹槽陣列；

第二步，在上述微型硅凹槽內，加入碳酸氫鈣溶液，再蒸發、加熱，最后獲得碳酸鈣；

第三步，將玻璃圓片與上述硅圓片在真空或一定壓力下粘結，使得微型硅凹槽密封；

第四步，將上述鍵合好的玻璃圓片和硅圓片加熱至玻璃軟化點溫度以上并保溫，待微型凹槽中碳酸鈣放出的氣體產生正壓力使得密封腔體對應的玻璃成型后，再冷卻到常溫，退火；

第五步，去除硅圓片，得到圓片級球形玻璃微腔陣列。

在上述方案中，玻璃圓片為硼硅玻璃圓片，譬如Pyrex7740玻璃、Tempax玻璃。所述第二步中加熱溫度為40-400℃。重復第二步所述步驟2-50次，直至碳酸鈣的量符合成型的要求。所述微型凹槽陣列之間有微通道相連。采用點膠技術對微型凹槽定量注入溶液。第三步所述的粘結方法為陽極鍵合，陽極鍵合條件為：電壓600V,溫度為400℃。?第四步中鍵合好的玻璃圓片和硅圓片的加熱溫度為820℃~890℃。第四步中所述退火的工藝條件為：退火溫度范圍在510℃~560℃，退火保溫時間為30min，然后自然冷卻至常溫。

本發明獲得如下效果：

1.?本發明選用碳酸氫鈣溶液作為添加碳酸鈣高溫釋氣劑的方法，通過蒸發去除水分，通過加熱使得碳酸氫鈣分解生成高溫釋氣劑碳酸鈣晶體。采用這種溶液法加入碳酸氫鈣，最終在槽內獲得碳酸鈣晶體，具有以下優點：微電子行業的生產活動都是在基于超凈間條件下進行的，對于空氣中的粉塵控制具有嚴格的要求，因此在量產過程中，直接操控高溫釋氣劑(譬如本專利中的碳酸鈣)粉末容易會污染超凈間，從而造成潛在的風險，而采用碳酸氫鈣溶液可很容易將精確定量的碳酸鈣引入槽內(加熱碳酸氫鈣分解后生成的碳酸鈣晶體會吸附在硅槽表面)，不會對超凈間產生影響，有利于批量生產；

2.?本發明采用的碳酸氫鈣易溶于水，其濃度可精確控制，根據注入的體積，可以精確控制碳酸氫鈣的質量，從而可精確控制所生成的碳酸鈣的質量，最終實現精確控制玻璃微腔的尺寸；此外，水溶液相對于單純的碳酸鈣或氫化鈦粉末，更容易被引入微槽內，而不會在鍵合面上造成粉末殘留；。?

3.?現有技術中高溫釋氣劑粉末很難被引入亞十微米甚至亞微米尺度的微槽內，因此難以制備更小尺寸的玻璃微腔。本發明采用碳酸氫鈣溶液，相比現有技術采用的粉末可注入于亞微米級甚至更小的微型凹槽中，因此可用于制備尺寸亞十微米甚至亞微米尺度的玻璃微腔。

4.?本發明采用的硼硅玻璃，熱膨脹系數小，與硅進行陽極鍵合可對微腔進行密封，不會產生過大的應力，更有利于玻璃微腔的成型。

5.?本發明加熱碳酸氫鈣的溫度處于40-400攝氏度，可使得碳酸氫鈣分解生成碳酸鈣。碳酸氫鈣在40攝氏度以上就開始分解。在300-400攝氏度范圍內加熱，可充分去除生成物碳酸鈣中的水和碳酸氫鈣，得到的碳酸鈣的純度更高，從而有利于玻璃微腔尺寸的精確控制。

6.?由于現有的點膠技術非常成熟，已經在工業上廣泛應用，本發明采用點膠技術將碳酸氫鈣水溶液注入到玻璃微腔微型凹槽中，有利于實現工業化生產。