[发明专利]硅-玻璃用低温阳极键合工艺

说明书

本发明涉及一种硅‑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。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

按照本发明提供的技术方案，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。