[發明專利]納米間隙原位活化的復合陽極鍵合方法

有效

• 申請號: 201810183325.6
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108383080B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 潘明強;孫立寧
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B81C3/00
• 分類號: B81C3/00
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發明公開了一種納米間隙原位活化的復合陽極鍵合方法，包括放電活化工序及陽極鍵合工序，所述復合陽極鍵合方法的具體步驟包括：設置復合陽極鍵合參數；將硅片和玻璃片相互貼合疊放在固定工作臺上，在被鍵合界面形成納米間隙，同時施加所設定的鍵合壓力，并加熱至所設定的鍵合溫度；施加介質阻擋放電電壓參數、介質阻擋放電時間參數、介質阻擋放電頻率參數、鍵合電壓參數與鍵合時間參數，以得到鍵合層。本發明先利用陽極鍵合初始界面的納米間隙作為介質阻擋放電間隙完成活化工序，再通過切換電源直接完成陽極鍵合工序，實現了原位活化的陽極鍵合，與此同時，調整了對應的介質阻擋放電參數，顯著降低了鍵合溫度，實現了低溫鍵合。

技術領域

本發明屬于微機電系統和集成電路封裝技術領域，尤其涉及一種復合陽極鍵合方法。

背景技術

陽極鍵合技術在MEMS器件的制作、組裝、封裝等環節中具有重要的作用，是銜接多種硅加工工藝的核心技術，是實現三維空間上交差結構、多層結構等復雜MEMS結構的基本手段之一。目前陽極鍵合采用高溫(400～500℃)加高電壓(1000～2000V)的方法實現，其基本原理將硅片和玻璃接在高壓電源兩極上，在一定溫度、電壓、壓力的作用下鍵合界面發生物理化學反應，促使-OH、-O、-H、-Si等形成的化學鍵發生開合變化，并在界面上重新形成Si-O-Si、Si-OH等新的化學鍵，將硅與玻璃界面牢固的連接在一起。與其他表面鍵合技術相比，陽極鍵合具有工藝簡單、對鍵合界面要求不高、結合強度高、密封性和穩定性良好等優點。因此在對密封、結合強度要求較高的MEMS器件組裝和封裝中，陽極鍵合是不可或缺的工藝手段。

目前的高溫陽極鍵合技術利用高溫軟化玻璃界面的微觀層，在一定壓力作用下實現玻璃表面微觀峰的蠕動滑移，促使玻璃/硅的結合界面達到靜電力作用的距離，這是實現陽極鍵合的關鍵，因此高溫是實現這種陽極鍵合的必要條件。但高溫使陽極鍵合易產生如下問題：其一，鍵合效率低。在硅/玻璃的鍵合過程中，高溫會使玻璃微孔中的氣體膨脹、分解、溢出，在鍵合界面形成氣層。氣體排泄不暢就會在界面上形成孔洞缺陷。為了使氣體順利排出，目前在圓片級鍵合中廣泛采用點電極和多點電極。采用這類電極時外部電場在鍵合界面上的分布是不均勻地，鍵合形成只能從電極位置向邊緣逐漸推進。整片鍵合全部完成需要較長的時間(一般大于30min)，鍵合效率低。其二，高溫容易引起熱應力和變形。高溫長時間作用在硅/玻璃鍵合體上容易產生熱應力，引起MEMS器件變形，嚴重影響MEMS器件量產的耐疲勞性、穩定性、可靠性以及一致性等性能指標。其三，高溫誘發金屬離子滲透。MEMS器件中硅晶體表面通常有金屬結構(如鋁線等)，高溫容易誘發這些結構中的金屬離子向硅基體滲透、形成金屬-硅反應等物理化學變化，而且溫度越高反應越快，嚴重地影響了MEMS器件的性能。高溫鍵合過程中存在的這些問題制約了陽極鍵合在MEMS領域的應用廣度和深度。

對此，國內外學者采用分步處理鍵合方法來實現低溫高效鍵合。即鍵合前先對鍵合界面進行等離子體活化或濕化學活化預處理，然后轉移到鍵合位置上進行陽極鍵合。但目前的等離子活化環境條件嚴格且需要專用的昂貴等離子設備，濕化學活化的工藝條件嚴格、過程復雜，造成了這些活化方法存在工藝復雜、可控性差等問題，制約了界面活化復合陽極鍵合工藝的廣泛應用。因此簡化活化工藝過程、提高工藝的可控性是當前復合陽極鍵合工藝方法面臨的新問題。

發明內容

鑒于以上現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種納米間隙原位活化的復合陽極鍵合方法，在被鍵合界面形成納米間隙，以實現原位活化的低溫鍵合。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種納米間隙原位活化的復合陽極鍵合方法，包括放電活化工序以及陽極鍵合工序，放電活化工序為介質阻擋等離子體放電界面活化工序，介質阻擋等離子體放電界面活化工序與陽極鍵合工序集成在同一工位上，復合陽極鍵合方法的具體步驟包括：

S1、設置復合陽極鍵合參數，復合陽極鍵合參數包括鍵合溫度、鍵合壓力，鍵合電壓、鍵合時間，介質阻擋放電電壓、介質阻擋放電時間、介質阻擋放電頻率；