[實用新型]一種制備超導探測器玻璃窗時所需的晶圓鍵合裝置

有效

• 申請號: 202022247713.1
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN212848330U
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 宋艷汝;楊瑾屏;劉志
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: 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

本實用新型公開了一種制備超導探測器玻璃窗時所需的晶圓鍵合裝置，其特征在于，包括晶圓對準裝置及承重砝碼，所述晶圓對準裝置上設有晶圓槽，所述承載晶圓貼于玻璃窗晶圓的玻璃窗一側，晶圓槽的邊緣設有夾取晶圓的鑷子槽。本實用新型在玻璃窗晶圓的玻璃窗一側鍵合一片承載晶圓，利用承載晶圓來承受玻璃窗制備時的背部氦氣氣壓，以此來解決玻璃窗破裂的難題。

技術領域

本實用新型涉及一種制備宇宙微波背景輻射探測的超導探測器玻璃窗時所需的晶圓鍵合裝置，屬于超導電子技術領域。

背景技術

超導電子學是超導物理與電子技術相結合的一門交叉學科，以超導微觀理論和多種量子效應為基礎，以約瑟夫森結、超導平面微納結構為主要結構單元，可形成無源器件、微波有源器件、傳感器/探測器等多種超導電子學器件和電路，在噪聲、速度、功耗、帶寬等方面具有傳統半導體器件和電路無可比擬的優勢，在極高限靈敏度探測、量子信息處理、量子計量、高性能計算和前沿基礎研究等領域可發揮不可替代的作用。特別地，超導探測器，如超導轉變邊探測器及微波動態電感傳感器，具備超高靈敏度，是目前國際上正在研發的用于宇宙微波背景輻射探測的一類探測器。該類探測器的研制過程非常復雜，包含十幾道工藝，如超導鈮導線、超導微帶線、超導轉變邊探測器、微波動態電感傳感器、過孔、高指數介質層(如SiNx、SiO2等)、超薄玻璃窗(0.5um～20um)的制備等。為保證制備出的探測器具備超高靈敏度，制備工藝的每一步都必須保證100％的成功率；第二，制備出的探測器在宇宙極限溫度(1K甚至100mK以下)都必須具備超導電性；第三，為保證超導材料不被復雜的集成電路工藝損壞，整個探測器研制過程要求所有工藝溫度不能超過150℃，這對整個集成電路工藝都提出了挑戰。其復雜度及諸多限制導致制備此類探測器的難度極大。

針對此類超導探測器，為進行阻抗匹配，接收宇宙微波背景輻射信號的探測器主體OMT(orthmode transducer)需位于超薄硅或超薄氮化硅玻璃窗上；為降低噪聲，微波動態電感傳感器需位于超薄硅玻璃窗上；為降低熱導，超導轉變邊探測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器中是非常重要的一步工藝，然而，此類探測器研制的復雜性決定了傳統的玻璃窗研制方案無法應用于此類探測器的研制中。這是因為傳統的玻璃窗研制通常采用KOH 溶液進行濕法刻蝕來獲得氮化硅玻璃窗，此類方法獲得的玻璃窗的側壁有一定的角度(54.7°)，而用于宇宙微波背景輻射探測的超導探測器玻璃窗的側壁需為90°或接近90°，因此濕法刻蝕工藝無法滿足要求。用于刻蝕90°側壁的工藝為bosch工藝，此類工藝通過采用C₄F₈氣體沉積聚合物的方式來保護側壁，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。這是因為采用bosch工藝進行刻蝕時，會在玻璃窗晶圓的玻璃窗一側通一定氣壓的氦氣(3～10mTorr)，用于傳導bosch工藝過程中由等離子體轟擊玻璃窗晶圓帶來的熱量，此種辦法可保證刻蝕的均一性及穩定性。然而，當玻璃窗的厚度只有幾微米甚至幾百納米時，極薄的玻璃窗無法承受背部的氦氣氣壓，從而導致玻璃窗破碎，器件研發失敗。

為解決這個難題，一個可行的辦法是在玻璃窗晶圓的玻璃窗一側鍵合一片承載晶圓，用于承受背部的氦氣氣壓；與此同時，將承載晶圓與玻璃窗晶圓鍵合還可保護玻璃窗一側的探測器結構不被劃傷，從而可將探測器的成品率提高到 100％。此外，為保證刻蝕的均一性及穩定性，等離子體轟擊玻璃窗晶圓時帶來的熱量需能通過承載晶圓及時有效的傳導出去，因此承載晶圓要有良好的熱傳導性。另外，為保證熱量能快速從玻璃窗晶圓傳導到承載晶圓上，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中，在鍵合過程中需將玻璃窗晶圓與承載晶圓進行對準。

實用新型內容