[發(fā)明專利]制備超導(dǎo)探測(cè)器玻璃窗時(shí)所需的晶圓鍵合裝置及使用方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011077138.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112071788A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋艷汝;楊瑾屏;劉志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/67
• 分類號(hào): H01L21/67;H01L21/68
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發(fā)明公開(kāi)了一種制備超導(dǎo)探測(cè)器玻璃窗時(shí)所需的晶圓鍵合裝置及使用方法。所述晶圓鍵合裝置包括晶圓對(duì)準(zhǔn)裝置及承重砝碼，所述晶圓對(duì)準(zhǔn)裝置上設(shè)有晶圓放置槽，所述承載晶圓貼于玻璃窗晶圓的玻璃窗一側(cè)，晶圓槽的邊緣設(shè)有夾取晶圓的鑷子槽。使用方法為：首先，在玻璃窗晶圓及承載晶圓上旋涂粘合物；然后，將承載晶圓、玻璃窗晶圓先后放入晶圓槽，晶圓切邊與鑷子槽對(duì)齊放置；第三，將承重砝碼放置在玻璃窗晶圓上，并配合加熱來(lái)趕走兩片晶圓之間的氣泡，從而實(shí)現(xiàn)晶圓鍵合。本發(fā)明在玻璃窗晶圓的玻璃窗一側(cè)鍵合一片承載晶圓，利用承載晶圓來(lái)承受玻璃窗制備時(shí)的背部氦氣氣壓，以此來(lái)解決玻璃窗破裂的難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備宇宙微波背景輻射探測(cè)的超導(dǎo)探測(cè)器玻璃窗時(shí)所需的晶圓鍵合裝置及其使用方法，屬于超導(dǎo)電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超導(dǎo)電子學(xué)是超導(dǎo)物理與電子技術(shù)相結(jié)合的一門交叉學(xué)科，以超導(dǎo)微觀理論和多種量子效應(yīng)為基礎(chǔ)，以約瑟夫森結(jié)、超導(dǎo)平面微納結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)單元，可形成無(wú)源器件、微波有源器件、傳感器/探測(cè)器等多種超導(dǎo)電子學(xué)器件和電路，在噪聲、速度、功耗、帶寬等方面具有傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件和電路無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，在極高限靈敏度探測(cè)、量子信息處理、量子計(jì)量、高性能計(jì)算和前沿基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域可發(fā)揮不可替代的作用。特別地，超導(dǎo)探測(cè)器，如超導(dǎo)轉(zhuǎn)變邊探測(cè)器及微波動(dòng)態(tài)電感傳感器，具備超高靈敏度，是目前國(guó)際上正在研發(fā)的用于宇宙微波背景輻射探測(cè)的一類探測(cè)器。該類探測(cè)器的研制過(guò)程非常復(fù)雜，包含十幾道工藝，如超導(dǎo)鈮導(dǎo)線、超導(dǎo)微帶線、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變邊探測(cè)器、微波動(dòng)態(tài)電感傳感器、過(guò)孔、高指數(shù)介質(zhì)層(如SiNx、SiO₂等)、超薄玻璃窗(0.5～20μm)的制備等。為保證制備出的探測(cè)器具備超高靈敏度，制備工藝的每一步都必須保證100％的成功率；第二，制備出的探測(cè)器在宇宙極限溫度(1K甚至100mK以下)都必須具備超導(dǎo)電性；第三，為保證超導(dǎo)材料不被復(fù)雜的集成電路工藝損壞，整個(gè)探測(cè)器研制過(guò)程要求所有工藝溫度不能超過(guò)150℃，這對(duì)整個(gè)集成電路工藝都提出了挑戰(zhàn)。其復(fù)雜度及諸多限制導(dǎo)致制備此類探測(cè)器的難度極大。

針對(duì)此類超導(dǎo)探測(cè)器，為進(jìn)行阻抗匹配，接收宇宙微波背景輻射信號(hào)的探測(cè)器主體OMT(orthmode transducer)需位于超薄硅或超薄氮化硅玻璃窗上；為降低噪聲，微波動(dòng)態(tài)電感傳感器需位于超薄硅玻璃窗上；為降低熱導(dǎo)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變邊探測(cè)器同樣需位于超薄氮化硅玻璃窗上。因此，超薄玻璃窗在這類探測(cè)器中是非常重要的一步工藝，然而，此類探測(cè)器研制的復(fù)雜性決定了傳統(tǒng)的玻璃窗研制方案無(wú)法應(yīng)用于此類探測(cè)器的研制中。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的玻璃窗研制通常采用KOH溶液進(jìn)行濕法刻蝕來(lái)獲得氮化硅玻璃窗，此類方法獲得的玻璃窗的側(cè)壁有一定的角度(54.7°)，而用于宇宙微波背景輻射探測(cè)的超導(dǎo)探測(cè)器玻璃窗的側(cè)壁需為90°或接近90°，因此濕法刻蝕工藝無(wú)法滿足要求。用于刻蝕90°側(cè)壁的工藝為bosch工藝，此類工藝通過(guò)采用C₄F₈氣體沉積聚合物的方式來(lái)保護(hù)側(cè)壁，采用SF₆及O₂混合氣刻蝕硅底部，最終采用此種方法可以刻蝕出90°側(cè)壁的玻璃窗。

然而，bosch工藝要求玻璃窗的厚度不能太薄，通常玻璃窗的厚度要求幾十微米甚至幾百微米。這是因?yàn)椴捎胋osch工藝進(jìn)行刻蝕時(shí)，會(huì)在玻璃窗晶圓的玻璃窗一側(cè)通一定氣壓的氦氣(3～10mTorr)，用于傳導(dǎo)bosch工藝過(guò)程中由等離子體轟擊玻璃窗晶圓帶來(lái)的熱量，此種辦法可保證刻蝕的均一性及穩(wěn)定性。然而，當(dāng)玻璃窗的厚度只有幾微米甚至幾百納米時(shí)，極薄的玻璃窗無(wú)法承受背部的氦氣氣壓，從而導(dǎo)致玻璃窗破碎，器件研發(fā)失敗。

為解決這個(gè)難題，一個(gè)可行的辦法是在玻璃窗晶圓的玻璃窗一側(cè)鍵合一片承載晶圓，用于承受背部的氦氣氣壓；與此同時(shí)，將承載晶圓與玻璃窗晶圓鍵合還可保護(hù)玻璃窗一側(cè)的探測(cè)器結(jié)構(gòu)不被劃傷，從而可將探測(cè)器的成品率提高到100％。此外，為保證刻蝕的均一性及穩(wěn)定性，等離子體轟擊玻璃窗晶圓時(shí)帶來(lái)的熱量需能通過(guò)承載晶圓及時(shí)有效的傳導(dǎo)出去，因此承載晶圓要有良好的熱傳導(dǎo)性。另外，為保證熱量能快速?gòu)牟ＡТ熬A傳導(dǎo)到承載晶圓上，玻璃窗晶圓與承載晶圓之間的鍵合要有良好的熱接觸。為保證鍵合后的承載晶圓可以放入bosch工藝所用的深硅刻蝕機(jī)中，在鍵合過(guò)程中需將玻璃窗晶圓與承載晶圓進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。