[发明专利]一种硅/玻璃激光局部键合方法

说明书

技术领域

本发明属于晶圆键合技术，具体涉及一种硅/玻璃激光局部键合方法。

背景技术

自从硅被发现具有良好的机械性能、并且能被多种工艺加工成微结构后，它在传感器制造中得到了大量的应用；同时，由于借鉴了硅在IC制造中的成熟工艺，使得在具有传感或执行功能的硅基微系统中集成电路成为可能；而玻璃具有电绝缘性、良好的透光性、高机械强度及化学稳定性，因此，硅和玻璃在微机电系统MEMS(Micro Electro MechanicalSystem)制造中得到了大量的应用，而硅和玻璃之间的键合技术则是决定着MEMS封装成功的关键技术之一。

目前硅和玻璃的键合技术主要有直接/共熔键合技术、阳极键合技术等。直接/共熔键合技术已运用到多种MEMS器件的制造中，如压力传感器、微泵、化学传感器都需要在衬底上键合机械支撑结构。硅的熔融键合大多用在SOI技术上，如Si-SiO₂键合和Si-Si键合，然而，该键合工艺需要较高的退火温度。阳极键合的温度为200-400度，低于直接/共熔键合的温度，然而它需要1000-2000V的强电场才能实现高质量的键合，而强电场会对微电路产生威胁，并且阳极键合中玻璃的碱离子可能会对器件带来污染，键合对晶圆表面平整度的严格要求也限制了它在MEMS制造中的应用。

因此，尽管直接/共熔键合和阳极键合在高温、高压情况下能得到很高的键合强度，然而并不适用于已经集成了金属薄膜的压力、化学和热传感MEMS器件的键合封装。当前，越来越多的研究者正致力于利用晶圆表面活化处理来降低阳极键合和熔融键合的外加辅助场强度，但它们都需要在整个器件或衬底上加热，这会导致不必要的应力和温度场分布，而且上述键合技术也不容易实现选择性键合，键合面积和热影响区难以控制。

发明内容

本发明提供一种硅/玻璃激光局部键合方法，目的在于使特定区域局部高温，实现键合，并具有高的键合强度，同时晶圆或器件整体上处于较低的温度，不会产生不必要的温度梯度和应力场分布，以避免已经集成的压力、温度等传感器件的性能受到影响。

本发明的一种硅/玻璃激光局部键合方法，顺序包括：

(1)清洗步骤，将待键合的硅和玻璃样片浸泡到清洗液中清洗；

(2)一次活化步骤，将清洗后的硅和玻璃样片浸泡到氨基活化液中进行活化，活化后取出；

(3)二次活化步骤，将一次活化后的硅和玻璃样片浸泡到盐酸基活化液中继续活化，活化后取出；

(4)预键合步骤，将二次活化后的硅和玻璃样片吹干，在室温下迅速贴合，使之发生预键合；

(5)激光加热步骤，利用激光辐照加热，使贴合后的硅和玻璃发生局部键合。

所述的一种硅/玻璃激光局部键合方法，其特征在于：

(1)所述清洗步骤中清洗液为H₂SO₄与H₂O₂的混合溶液，清洗液温度50～150℃，清洗时间10～30分钟；

(2)所述一次活化步骤中，氨基活化液为NH₄OH、H₂O₂和去离子H₂O的混合溶液，活化温度50～90℃，活化时间10～30分钟；

(3)所述二次活化步骤中，盐酸基活化液为HCl、H₂O₂和去离子H₂O的混合溶液，活化温度50～90℃，活化时间10～30分钟。

所述的一种硅/玻璃激光局部键合方法，其进一步特征在于：

(1)所述清洗步骤中的H₂SO₄质量浓度98％、H₂O₂的质量浓度30％，体积比H₂SO₄∶H₂O₂＝2～4∶1；

(2)所述一次活化步骤中，NH₄OH的质量浓度25％、H₂O₂的质量浓度30％，体积比NH₄OH∶H2O2∶H2O＝1～3∶1∶3～8；

(3)所述二次活化步骤中，HCl的质量浓度40％、H₂O₂的质量浓度30％，体积比HCl∶H₂O₂∶H₂O＝1～3∶1∶3～8。