[发明专利]圆片级玻璃微腔的可脱模发泡制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS(微电子机械系统)封装技术，尤其涉及一种新型简单的玻璃微腔的去硅方法。

背景技术

在MEMS制造技术领域，Pyrex7740玻璃（一种含有碱性离子的玻璃，Pyrex是美国corning公司的产品品牌）是一种重要的材料，它有着和半导体硅材料（常温下，Pyrex7740玻璃热膨胀系数为，硅的热膨胀系数为）相近的热膨胀系数，有着高透光率和较强的强度，并且已经通过使用阳极键合工艺与玻璃形成高强度的键合连接，在键合表面产生了牢固的Si-O共价键，其强度甚至高于硅材料本身。由于这样的特性使得Pyrex7740玻璃广泛应用于MEMS封装、微流体和MOEMS（微光学机电系统）等领域。

在MEMS制作领域，对Pyrex7740等玻璃材料的微加工一直是一个难以解决的问题。传统的采用湿法腐蚀工艺，由于是各向同性腐蚀，所以完全无法提供精确尺寸的微结构。如果采用DRIE的方法利用气体对Pyrex7740玻璃进行刻腔，则需要用金属Cu、Cr等做掩膜进行刻蚀，不仅所刻结构形状和尺寸局限性大，无法实现大的高宽比，而且加工效率低，成本昂贵。专利申请人发展了几种圆片级玻璃微腔的制备方法：正压热成型和负压热成型方法。

然而，在正压热成型和负压热成型方法制备玻璃微腔后，如何去除硅模具成为难题。由于硅与玻璃采用阳极键合，因此，通常采用传统的方法用TMAH腐蚀除硅，耗时较长；而采用氢氧化钾去除硅，虽然速度较快，但是会同时腐蚀玻璃。由此可见，低成本、快速去除硅模具成为制约圆片级玻璃微腔技术的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺方法简单、成本低廉的圆片级玻璃微腔的可脱模制备方法。

本发明采用如下技术方案：一种圆片级玻璃微腔的可脱模发泡制备方法，包括以下步骤：第一步，在硅圆片上刻蚀微槽阵列得到硅圆片模具；第二步，在所述硅圆片模具的微槽阵列内放置热释气剂粉末；第三步，将硼硅玻璃圆片与所述硅圆片模具通过粘结层粘结在一起，使得硅圆片模具的微槽阵列密封；第四步，将粘结好的所述圆片放入加热炉内加热，至玻璃软化温度以上并保温，热释气剂放出的气体使得软化的玻璃成型获得玻璃微腔，冷却，退火；第五步，然后将上述成型后的圆片放入粘结层腐蚀剂中，去除粘结层，从而脱去硅圆片模具，得到圆片级玻璃微腔。

上述技术方案中，所述粘结层为金属铝，所述粘结层腐蚀剂为磷酸，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间：2-60min。所述金属铝通过溅射或电镀的方法沉积在硼硅玻璃圆片表面或硅圆片模具表面，或者金属铝采用铝箔直接放置于硼硅玻璃圆片与硅圆片模具之间。所述金属铝层的厚度为10-15微米。所述的硼硅玻璃圆片优选为Pyrex7740玻璃圆片。所述热释气剂优选为碳酸钙粉末或氢化钛粉末。所述退火温度为550℃-570℃，退火保温时间为30min，然后缓慢风冷至常温。第四步所述粘结好的圆片加热温度为820℃-900℃。第三步所述的粘结采用的方法为阳极键合，阳极键合条件为：电压600V-800V，温度为300℃-500℃.

本发明获得如下效果：

1． 本发明在硼硅玻璃圆片与硅圆片之间设置粘结层，在玻璃热成型后，该粘结层被腐蚀剂选择性的去除，从而使得硅圆片模具能够被完全脱离下来。由于粘结层去除时间短，因此相对于以往腐蚀整个硅片而去除硅模具而言，大大缩短了去除硅的时间；同时，腐蚀剂仅仅腐蚀粘结剂，而对于玻璃以及硅都不发生作用，因此硅圆片模具和玻璃圆片能够得到较好的保存，硅圆片模具能够得到重复使用，因而大大降低了成本。处于玻璃与硅之间的粘结层材料的选择非常重要，因为它需要承受高温：820-900摄氏度，同时在高温下能够与硼硅玻璃以及硅圆片粘结良好，使玻璃与硅键合形成的密封腔在高温下仍然保持较好的密封；同时该材料还需要能够在玻璃热成型以后容易快速的被腐蚀，起到牺牲层的作用。

2． 本发明优选用铝作为粘结材料，一方面它在660℃以上以液态形式存在，能够与硅圆片以及玻璃圆片在玻璃软化温度下(820℃以上)能够保持良好的粘结性，因此腔内具有较高压力的气体不沿界面逃逸，而是使得玻璃热成型获得玻璃微腔。相应的腐蚀剂磷酸(纯磷酸)以及腐蚀条件：腐蚀温度为80℃，能够使得快速的去除铝，从而使得硼硅玻璃圆片与硅圆片模具分离。