[发明专利]用以增强阳极键合蒸气室中的压力均匀性的制造技术

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2010年9月10日提交的美国申请序列号12/879,394的部分继续申请，该申请要求2010年2月4日提交的美国临时专利申请序列号61/301,497的利益，这两个申请都通过引用并入本文。

政府许可权益

美国政府可对本发明享有如根据与美国空军的主政府合同号FA8650-07-C-1125的条款所提供的某些权利。

背景技术

芯片级原子钟(CSAC)包括蒸气室(vapor cell)，所述蒸气室容纳比如铷(Rb)等碱金属的蒸气。蒸气室一般还容纳缓冲气体，比如氩-氮缓冲气体共混物等。用于制造蒸气室的标准技术涉及在具有限定出空腔的多个室结构的硅晶片的相对侧上面阳极键合(anodically bonding)两个玻璃晶片。碱金属蒸气和缓冲气体被俘获在两个玻璃晶片之间的室结构的空腔中。

阳极键接合在晶片之间最初接触的位置处开始，并随着静电电位使表面接在一起而扩展。从一个区域向下一区域的键合前端(bond front)的该滞后可能导致在蒸气室中产生压力差。此外，如铷等低沸点温度材料的存在要求键合在尽可能低的温度进行，否则所生成的蒸气可能污染键合表面。因此，随着晶片被加热，有必要施加高电压，以允许键合尽快地形成。这可能导致蒸气室在不同时间从而在不同温度密封，其可能导致在蒸气室中，甚至是在同一晶片上并排制得的室上，产生压力差。

此外，两个玻璃晶片中的总厚度变化使蒸气室的一部分在同一组晶片上的其它蒸气室之前形成密闭密封。该问题进一步被加剧，因为温度在键合器设备中被逐渐提高，从而将一部分被俘获的气体驱赶到较晚键合的蒸气室外。另外，对于被俘获在较晚键合的区域中的缓冲气体来说没有容易逸出的路径，其可能导致蒸气室中的压力差。

最后，由于缓冲气体的存在，被施加来实现阳极键合的电压可能造成气体的击穿，引起穿过气体向地面的放电或者电弧，从而实质上使键合工艺短路。

 

发明内容

一种制造一个或多个蒸气室的方法，所述方法包括：在具有第一直径的第一晶片中形成一个或多个蒸气室管芯(die)；和在所述蒸气室管芯之上将第二晶片阳极键合至所述第一晶片的第一侧，所述第二晶片具有第二直径。将第三晶片定位在所述蒸气室管芯之上在所述第一晶片的与所述第二晶片相对的第二侧上面，所述第三晶片具有第三直径。将牺牲性晶片放置在所述第三晶片之上，所述牺牲性晶片具有大于所述第一直径、第二直径和第三直径的直径。在所述牺牲性晶片之上设置金属化键合板。在所述牺牲性晶片已就位的情况下向所述金属化键合板施加电压时，将所述第三晶片阳极键合至所述第一晶片的所述第二侧。

附图说明

本发明的特征将从以下参考附图的描述中对本领域的技术人员变得清楚明了。应当理解的是附图仅示出了典型实施例，因此不应被认为是对范围的限制，将以附加的特征和细节通过使用附图来描述本发明，附图中：

图1是根据一个实施例的包括蒸气室的芯片级原子钟的物理封装的示意性截面图；

图2是已形成在晶片层上的芯片级原子钟的蒸气室管芯的一个实施例的示意图；

图3是根据一个实施例的具有多个蒸气室管芯和排气通路的晶片的局部俯视图；

图4是根据另一实施例的包括蒸气室的芯片级原子钟的物理封装的示意性截面图；

图5示出了用于采用牺牲性晶片的阳极键合工艺的晶片构造；

图6是已形成在晶片层上的芯片级原子钟的蒸气室管芯的另一实施例的示意图；和

图7是根据另一实施例的具有多个蒸气室管芯和排气通路的晶片的局部俯视图。

具体实施方式

在以下详细描述中，实施例得到足够详细地描述，以使本领域的技术人员能够实施本发明。应该明白的是，可以在不背离本发明的范围的情况下采用其它实施例。因此，以下详细描述不被认为具有限制的意义。

本发明提供了一种用于增强在芯片级原子钟(CSAC)中使用的阳极键合蒸气室中的气体压力均匀性的制造技术。一般而言，蒸气室被制造成具有一对光学透明的玻璃晶片，所述玻璃晶片被阳极键合至具有多个室结构的比如硅晶片等基板的相对侧。在组装于用于CSAC的物理封装内之前，制造蒸气室。