[发明专利]磁控介质阻挡放电阳极键合系统及方法

说明书

本发明涉及一种磁控介质阻挡放电阳极键合系统及方法，该系统包括工作台，工作台包括平行设置的第一电极和第二电极；磁控模块，磁控模块产生周期变化的磁场；电源模块，电源模块与第一电极和第二电极电性连接；加热装置，加热装置用于提供键合所需温度；驱动装置，驱动装置与第一电极连接，驱动装置驱动第一电极在竖直方向的移动区域内上下移动。该方法先设置磁控介质阻挡放电阳极键合系统的相关参数，然后通过驱动装置使第一电极位于第一位置，再通过磁控模块对玻璃器件和硅器件进行放电预处理，最后使第一电极位于第二位置，进行阳极键合。其将磁控强化、预处理放电和阳极键合三者一体化控制，最终形成多能场耦合键合，实现低温高效阳极键合。

技术领域

本发明涉及一种磁控介质阻挡放电阳极键合系统及方法，属于阳极键合技术领域。

背景技术

阳极键合技术在MEMS器件的制作、组装、封装等环节中具有重要的作用，是衔接多种硅加工工艺的核心技术，是实现三维空间上交差结构、多层结构等复杂MEMS结构的基本手段之一。目前阳极键合采用高温(400～600℃)加高电压(1000～2000V)的方法实现，其基本原理将硅片和玻璃接在高压电源两极上，在一定温度、电压、压力的作用下键合界面发生物理化学反应，促使-OH、-O、-H、-Si等形成的化学键发生开合变化，并在界面上重新形成Si-O-Si、Si-OH等新的化学键，将硅与玻璃界面牢固的连接在一起。与其他表面键合技术相比，阳极键合具有工艺简单、对键合界面要求不高、结合强度高、密封性和稳定性良好等优点。因此在对密封、结合强度要求较高的MEMS器件组装和封装中，阳极键合是不可或缺的工艺手段。

目前的高温阳极键合技术利用高温软化玻璃界面的微观层，在一定压力作用下实现玻璃表面微观峰的蠕动滑移，促使玻璃/硅的结合界面达到静电力作用的距离，这是实现阳极键合的关键，因此高温是实现这种阳极键合的必要条件。但高温使阳极键合易产生如下问题：其一，键合效率低。在硅/玻璃的键合过程中，高温会使玻璃微孔中的气体膨胀、分解、溢出，在键合界面形成气层。气体排泄不畅就会在界面上形成孔洞缺陷。为了使气体顺利排出，目前在圆片级键合中广泛采用点电极和多点电极。采用这类电极时外部电场在键合界面上的分布是不均匀地，键合形成只能从电极位置向边缘逐渐推进。整片键合全部完成需要较长的时间(一般大于30min)，键合效率低。其二，高温容易引起热应力和变形。高温长时间作用在硅/玻璃键合体上容易产生热应力，引起MEMS器件变形，严重影响MEMS器件量产的耐疲劳性、稳定性、可靠性以及一致性等性能指标。其三，高温诱发金属离子渗透。MEMS器件中硅晶体表面通常有金属结构(如铝线等)，高温容易诱发这些结构中的金属离子向硅基体渗透、形成金属-硅反应等物理化学变化，而且温度越高反应越快，严重地影响了MEMS器件的性能。高温键合过程中存在的这些问题制约了阳极键合在MEMS领域的应用广度和深度。

对此，国内外学者采用分步处理键合方法来实现低温高效键合。即键合前先对键合界面进行等离子体活化或湿化学活化预处理，然后转移到键合位置上进行阳极键合，或者在键合工位上施加强化磁场等。但目前的等离子活化环境条件严格且需要专用的昂贵等离子设备，湿化学活化的工艺条件严格、过程复杂，造成了这些活化方法存在工艺复杂、可控性差等问题，制约了界面活化复合阳极键合工艺的广泛应用。因此简化活化工艺过程、提高工艺的可控性是当前活化复合键合工艺方法面临的新问题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种磁控的介质阻挡放电阳极键合系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁控介质阻挡放电阳极键合系统及方法，将磁控强化、预处理放电和阳极键合三者一体化控制，最终形成多能场耦合键合，实现低温高效阳极键合。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磁控介质阻挡放电阳极键合系统，包括：

工作台，所述工作台包括平行设置的第一电极和第二电极；

磁控模块，所述磁控模块产生周期变化的磁场，以促进所述第一电极和第二电极之间的粒子运动；