[發明專利]一種芯片原子鐘的MEMS原子腔的制作方法

有效

• 申請號: 201711111653.7
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107840305B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 張振偉;陳星;楊仁福
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: B81C3/00
• 分類號: B81C3/00;B81C1/00;G04F5/14
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝

1.一種芯片原子鐘的MEMS原子腔的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對硅片進行打孔并清洗；

S2、將硅片和第一玻璃片放入陽極鍵合機進行第一層硅-玻璃鍵合，形成硅-玻璃片；

S3、將疊氮化鋇和氯化銣的混合溶液滴入硅片最外圈的孔內，并將溶液烘干放入陽極鍵合機；在所述硅-玻璃片上蓋上槽型蓋板，并在槽型蓋板與硅-玻璃片之間墊上墊片，加熱并抽真空，使疊氮化鋇分解，同時將分解生成的N₂抽走；

S4、撤掉墊片，下降頂層壓力頭，施加壓力使硅-玻璃片與槽型蓋板緊密接觸形成密封腔體；

S5、向陽極鍵合機腔體內充入氮氣，使得硅-玻璃片與槽型蓋板形成的密封腔體內壓強小于密封腔體外壓強；加熱生成銣單質，并使銣蒸汽充滿所述密封腔體；

S6、迅速降溫使銣蒸汽凝華在硅片的孔內；

S7、將第二玻璃片放入陽極鍵合機進行第二層硅-玻璃鍵合，形成玻璃-硅-玻璃片；

S8、切割所述玻璃-硅-玻璃片得到MEMS原子腔。

2.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，在S1中對硅片進行打孔并清洗后，對硅片和第一玻璃片進行拋光。

3.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，S2中進行第一層硅-玻璃鍵合時，具體過程為：將第一玻璃片和硅片依次疊放在所述陽極鍵合機內的底層壓力頭上，所述硅片接陰極，所述第一玻璃片接陽極，下降頂層壓力頭；在所述硅片和第一玻璃片上加1000V電壓，對所述頂層壓力頭和底層壓力頭同時加熱到450℃，保持1小時后，即完成第一層硅-玻璃鍵合，形成硅-玻璃片。

4.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，S3中所述混合溶液中疊氮化鋇和氯化銣的濃度比為1：2。

5.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，S3中所述將溶液烘干具體為：將所述硅-玻璃片放置在陽極鍵合機內的底層壓力頭上，其中玻璃片與底層壓力頭接觸；將陽極鍵合機內抽真空，真空度低于5×10^-5mBar，并加熱底層壓力頭到100℃，烘烤至溶液中的水蒸發完全，以及玻璃吸收的空氣被完全排除；加熱過程中，真空泵始終處于工作狀態，抽走水蒸氣和空氣。

6.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，S3中使疊氮化鋇分解的溫度為150℃。

7.根據權利要求3所述的制作方法，其特征在于，S5中加熱生成銣單質具體為：同時加熱所述頂層壓力和底層壓力頭達到300℃。

8.根據權利要求3所述的制作方法，其特征在于，S6中迅速降溫具體為：對所述底層壓力頭進行迅速降溫，使銣蒸汽在硅片孔內的第一玻璃片上凝聚，待銣蒸汽完全凝聚后，降低頂層壓力頭和底層壓力頭的溫度，升起頂層壓力頭，并取出槽型蓋板。

9.根據權利要求1所述的制作方法，其特征在于，S7中的第二層硅-玻璃鍵合具體為：將第二玻璃片放置在所述硅-玻璃片上，兩者之間用墊片隔開，對陽極鍵合機腔體進行抽真空，真空度低于5×10^-5mBar后，關閉真空泵，然后向腔體內充入緩沖氣體N₂和Ar，氣體配氣比為1：1，使陽極鍵合機腔體內壓強控制在80Torr；撤掉墊片，下降頂層壓力頭施加壓力10kN，使第二玻璃片與硅-玻璃片緊密接觸，將硅-玻璃片中的孔完全密封；然后再向陽極鍵合機內充入緩沖氣體，使密封孔內的壓強低于外部壓強；將硅片-玻璃片中的硅片接陰極、第一玻璃片接陽極，第二玻璃片接陰極，并在陽極和陰極之間加上1000V電壓；對頂層壓力頭和底層壓力頭同時加熱達到450℃，保持1小時后，即完成第二層的陽極鍵合，形成玻璃-硅-玻璃的密封腔體。