硅-玻璃用低温阳极键合工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种硅‑玻璃用低温阳极键合工艺，其包括如下步骤：步骤1、对硅晶圆、玻璃衬底进行表面清洗工艺；步骤2、对玻璃衬底、硅晶圆进行氧等离子体处理；步骤3、将上述玻璃衬底与硅晶圆置于阳极键合设备中，当阳极键合设备达到所需的真空度时，对玻璃衬底与硅晶圆进行加热，在玻璃衬底与硅晶圆的加热温度达到180℃～250℃时，将玻璃衬底与硅晶圆接触，并在所需键合电压400V～500V的作用下使得玻璃衬底与硅晶圆完成所需的阳极键合。本发明专利技术与现有工艺兼容，能降低阳极键合的温度和电压，提高芯片型原子钟等产品的良率，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
硅-玻璃用低温阳极键合工艺
本专利技术涉及一种阳极键合工艺，尤其是一种硅-玻璃用低温阳极键合工艺，属于阳极键合的

技术介绍
芯片型原子钟是控制时间和空间基准的重要设备，是任何依赖精确授时设备的基础；其广泛应用将会产生深远甚至革命性的影响，将会带来良好的社会效益和经济效益。芯片级原子钟的核心部件是提供频率振荡基准的碱金属(Cs/Rb)蒸汽盒，它的质量好坏将直接影响原子钟的体积，稳定度和长期可靠性等多项性能。因此，制作出体积小，可靠性高的蒸汽盒是实现芯片级原子钟工作的关键；此外，原子钟微型化最主要的就是碱金属原子腔的微型化。如何实现碱金属原子的填充和密封，是微型原子钟制造过程中面临的最具挑战性的问题。目前，最常使用的和可靠的封装方法是MEMS技术中的阳极键合法。阳极键合是将硅晶圆与玻璃衬底相键合的常用键合方法。键合时，硅晶圆置于阳极加热板上，玻璃衬底与阴极连接。键合温度为300～450℃，电压为～800V，压力100～300kPa。阳极键合是不导电的，对于气密性、热稳定性和化学稳定性具有较高要求，而且机械强度高。然而，Pyrex7740#玻璃衬底和硅晶圆的热膨胀系数在300℃时相当，当温度超过300℃时，Pyrex7740#玻璃衬底和硅晶圆的热膨胀系数会有所变化，温度越高，变化越大。因此，阳极键合完成后，会在键合处产生内应力。键合时产生的内应力对器件的耐疲劳性有很大的影响，并且会产生变形等不良效果。此外，由于碱金属Rb/Cs等熔沸点低，需尽可能地降低键合过程中的温度，否则，较高的键合温度会导致芯片型原子钟的良率大大降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种硅-玻璃用低温阳极键合工艺，其工艺步骤简单，与现有工艺兼容，能降低阳极键合的温度以及电压，提高芯片型原子钟等产品的良率，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，一种硅-玻璃用低温阳极键合工艺，所述低温阳极键合工艺包括如下步骤：步骤1、提供待键合的硅晶圆以及玻璃衬底，并对所提供的硅晶圆、玻璃衬底进行表面清洗工艺，以清除所述硅晶圆以及玻璃衬底相对应表面的有机物和灰尘颗粒；步骤2、将上述清洗后的玻璃衬底以及硅晶圆置于低温键合设备中，以利用低温键合设备对玻璃衬底、硅晶圆进行氧等离子体处理；步骤3、将上述氧等离子体处理后的玻璃衬底与硅晶圆置于阳极键合设备中，当阳极键合设备达到所需的真空度时，对玻璃衬底与硅晶圆进行加热，在玻璃衬底与硅晶圆的加热温度达到180℃～250℃时，将玻璃衬底与硅晶圆接触，并在400V～500V键合电压的作用下使得玻璃衬底与硅晶圆完成所需的阳极键合。所述硅晶圆的厚度为300μm～500μm，玻璃衬底的厚度为300μm～500μm。对硅晶圆进行清洗工艺的过程为：将硅晶圆放在丙酮里面浸泡10分钟～20分钟，然后超声振荡5分钟～10分钟，再放在无水乙醇里面浸泡5分钟～10分钟。对玻璃衬底、硅晶圆进行氧等离子体处理时，具体工艺条件为：真空度10-3Pa，等离子体功率为150W～200W，氧气的进气速率是38SCCM～45SCCM，刻蚀时间是1分钟～2分钟。步骤3中，当阳极键合设备内的真空度为10-3pa时，对硅晶圆以及玻璃衬底进行加热；阳极键合时，键合电流峰值到6mA～10mA，键合电压的加载时间为10分钟～15分钟。本专利技术的优点：对表面清洗后的硅晶圆、玻璃衬底进行氧等离子体处理，硅晶圆、玻璃衬底相对应的待键合表面经过氧离子轰击后变得更加洁净，许多通过腐蚀方法难以去除的污染物经过氧离子轰击后都能够得到很好的去除。硅晶圆表面被轰击后，会产生许多断裂的不饱和化学悬挂键，使得硅晶圆表面的化学活性大大增强，使硅晶圆更容易完成高强度的预键合，这样就会大大降低后续阳极键合时的键合温度。同时，硅晶圆和玻璃衬底相对应的表面被氧等离子体表面处理后，会生成一层超薄的氧化层，所述氧化层的亲水性能较好。因此，在阳极键合过程中，氧等离子体的氧化作用会产生紧密的Si-O-Si键，从而利用硅晶圆、玻璃衬底待键合表面上的Si-O-Si键能降低键合温度与电压，实现所需的阳极低温键合，提高键合强度。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。为了能降低阳极键合的温度，本专利技术的低温阳极键合工艺包括如下步骤：步骤1、提供待键合的硅晶圆以及玻璃衬底，并对所提供的硅晶圆、玻璃衬底进行表面清洗工艺，以清除所述硅晶圆以及玻璃衬底相对应表面的有机物和灰尘颗粒；具体地，所述硅晶圆的厚度为300μm～500μm，玻璃衬底的厚度为300μm～500μm，当然，硅晶圆、玻璃衬底的具体厚度可以根据实际需要进行选择，具体为本
人员所熟知，此处不再赘述。玻璃衬底可以为Pyrex7740，当然，玻璃衬底还可以为其他的形式，只要能满足阳极键合的条件均可，此处不再赘述。本专利技术实施例中，需要对硅晶圆、玻璃衬底进行表面清洗工艺，以清除硅晶圆表面、玻璃衬底表面上的有机物与灰尘颗粒。具体地，对硅晶圆进行清洗工艺的过程为：将硅晶圆放在丙酮(VL级)里面浸泡10分钟～20分钟，然后超声振荡5分钟～10分钟，再放在无水乙醇(UL级)里面浸泡5分钟～10分钟；在进行超声振荡时，超声振荡的频率可为28KHz频率，或者在28KHz频率上下变化的一个合适频率，具体根据需要进行选择。对玻璃衬底进行表面清洗过程与硅晶圆表面清洗过程以及条件可完全一致，具体可以参考硅晶圆的清洗过程，此处不再赘述。此外，对硅晶圆、玻璃衬底进行清洗工艺后，需要利用去离子水进行清洗，并在清洗后，利用氮气氛围对硅晶圆、玻璃衬底进行吹干。步骤2、将上述清洗后的玻璃衬底以及硅晶圆置于低温键合设备中，以利用低温键合设备对玻璃衬底、硅晶圆进行氧等离子体处理；本专利技术实施例中，可以采用现有常规的键合设备中，如利用公开号CN209641643U公开的低温键合夹具在键合设备中进行等离子体处理，具体实施时，将清洗后的硅晶圆、玻璃衬底同时置于低温键合夹具内，所述低温键合夹具也位于键合设备中，利用键合设备能对低温键合夹具内的硅晶圆、玻璃衬底进行氧等离子体处理，从而实现对硅晶圆、玻璃衬底对应待键合的表面进行所需氧等离子体的处理，硅晶圆、玻璃衬底被氧等离子体的表面一般能形成待键合的表面。此外，利用公开号CN209641643U公开的低温键合夹具能同时对玻璃衬底、硅晶圆同时进行氧等离子体处理，当然，还可以利用其他常用的键合夹具在键合设备中进行所需的氧等离子体处理，如对玻璃衬底、硅晶圆单独进行氧等离子体处理，具体形式可以根据需要进行选择。本专利技术实施例中，对玻璃衬底、硅晶圆进行氧等离子体处理时，具体工艺条件为：真空度10-3Pa，等离子体功率为150W～200W，氧气的进气速率是38SCCM～45SCCM(standardcubiccentimeterperminute)，刻蚀时间是1分钟～2分钟。步骤3、将上述氧等离子体处理后的玻璃衬底与硅晶圆置于阳极键合设备中，当阳极键合设备达到所需的真空度时，对玻璃衬底与硅晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅-玻璃用低温阳极键合工艺，其特征是，所述低温阳极键合工艺包括如下步骤：/n步骤1、提供待键合的硅晶圆以及玻璃衬底，并对所提供的硅晶圆、玻璃衬底进行表面清洗工艺，以清除所述硅晶圆以及玻璃衬底相对应表面的有机物和灰尘颗粒；/n步骤2、将上述清洗后的玻璃衬底以及硅晶圆置于低温键合设备中，以利用低温键合设备对玻璃衬底、硅晶圆进行氧等离子体处理；/n步骤3、将上述氧等离子体处理后的玻璃衬底与硅晶圆置于阳极键合设备中，当阳极键合设备达到所需的真空度时，对玻璃衬底与硅晶圆进行加热，在玻璃衬底与硅晶圆的加热温度达到180℃～250℃时，将玻璃衬底与硅晶圆接触，并在400V～500V键合电压的作用下使得玻璃衬底与硅晶圆完成所需的阳极键合。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅-玻璃用低温阳极键合工艺，其特征是，所述低温阳极键合工艺包括如下步骤：
步骤1、提供待键合的硅晶圆以及玻璃衬底，并对所提供的硅晶圆、玻璃衬底进行表面清洗工艺，以清除所述硅晶圆以及玻璃衬底相对应表面的有机物和灰尘颗粒；
步骤2、将上述清洗后的玻璃衬底以及硅晶圆置于低温键合设备中，以利用低温键合设备对玻璃衬底、硅晶圆进行氧等离子体处理；
步骤3、将上述氧等离子体处理后的玻璃衬底与硅晶圆置于阳极键合设备中，当阳极键合设备达到所需的真空度时，对玻璃衬底与硅晶圆进行加热，在玻璃衬底与硅晶圆的加热温度达到180℃～250℃时，将玻璃衬底与硅晶圆接触，并在400V～500V键合电压的作用下使得玻璃衬底与硅晶圆完成所需的阳极键合。


2.根据权利要求1所述的硅-玻璃用低温阳极键合工艺，其特征是：所述硅晶圆的厚度为300μm～500μm，玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云翔，冒薇，段仲伟，祝翠梅，姚园，许爱玲，
申请(专利权)人：苏州美图半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32