[发明专利]一种PZT/Si扩散键合方法

摘要

本发明属于先进制造技术领域，提供了一种PZT/Si扩散键合方法。首先，在PZT块材表面制备电极层，并在电极层表面沉积PZT膜，形成PZT元件；然后，在一定温度条件下，通过对PZT元件与硅衬底施加压力，使PZT膜中的铅元素与硅发生扩散反应，形成具有一定深度和高结合力的扩散键合层，从而实现PZT元件/硅的稳固结合；最后，利用后续机械研磨和抛光工艺，获得所需厚度的PZT压电层。该键合方式PZT/Si的结合强度高、工艺简单、实施方便、成本低，利于商业化推广应用。

主权项

1.一种PZT/Si扩散键合方法，其特征在于，步骤如下：1)PZT块材的表面预处理首先，对PZT块材(1)进行机械研磨抛光处理，使之表面平整度低于800nm，粗糙度为100～500nm，以满足电极层溅射要求；随后，使用丙酮、去离子水去除PZT块材(1)表面附着的有机杂质；最后，利用除油液对PZT块材(1)进行除油处理，去除PZT块材(1)表面皂化油和矿物油；2)电极层和PZT膜的制备在预处理后的PZT块材(1)表面溅射电极层(2)作为PZT元件的底部工作电极；在电极层(2)表面沉积10～70μm厚的PZT膜(3)作为键合层；PZT块材(1)、电极层(2)和PZT膜(3)构成PZT元件；3)PZT元件与硅衬底的表面预处理对于PZT元件，首先，对PZT膜(3)进行机械研磨抛光处理，使之表面平整度低于600nm，粗糙度低于500nm，以满足键合要求；然后，使用丙酮、去离子水去除PZT膜(3)表面附着的有机杂质；最后，使用除油液对PZT元件进行除油处理，去除PZT膜(3)表面的皂化油和矿物油；对于硅衬底(4)，通过RCA标准清洗法进行清洗，以去除表面附着的杂质；4)PZT元件与硅衬底的高温扩散键合对PZT元件与硅衬底(4)施加5～30N压力，在保持压力条件下，将PZT元件及硅衬底(4)整体置于700～1000℃高温环境下，并保温10～60min，完成PZT元件与硅衬底(4)的高温扩散键合；5)PZT元件的减薄处理完成PZT元件与硅衬底(4)的高温扩散键合后，利用机械研磨和抛光工艺，对PZT元件的PZT块材(1)进行减薄处理，获得所需厚度的PZT压电层；同时，PZT压电层表面平整度低于800nm，粗糙度为100～500nm。