專(zhuān)利名稱(chēng)：用于mems鍵合工藝的硅熔融鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和集成電路(IC)封裝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用玻璃粉進(jìn)行硅/硅熔融鍵合的方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代初期，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)作為一個(gè)非常重要的技術(shù)學(xué)科明確形成。MEMS技術(shù)是微電子技術(shù)的延伸與拓寬，它不但具有信號(hào)處理功能，而且具有對(duì)外部世界的感知功能和作用功能。以此為基礎(chǔ)發(fā)展的智能化、高功能密度的新型系統(tǒng)將如微電子技術(shù)在上一世紀(jì)的作用一樣，對(duì)21世紀(jì)的人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生革命性的影響，奠定國(guó)家在國(guó)際舞臺(tái)上的地位，它是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)家安全保障的戰(zhàn)略高科技。
鑒于MEMS技術(shù)的重要經(jīng)濟(jì)潛力和戰(zhàn)略性地位，從美國(guó)、日本、歐洲的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，一直到韓國(guó)、新加坡等新興工業(yè)國(guó)家，乃至中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，都認(rèn)識(shí)到發(fā)展MEMS對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要意義，把MEMS與電子信息、航空航天等并列作為戰(zhàn)略高科技來(lái)對(duì)待。MEMS技術(shù)目前已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)全面發(fā)展的階段。
MEMS加工制造技術(shù)是將集成電路制造工藝中的微細(xì)加工技術(shù)與微機(jī)械學(xué)中的微機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合起來(lái)，制造出機(jī)電一體或光機(jī)電一體的新器件。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，MEMS芯片加工技術(shù)已經(jīng)非常成熟，基本上可以作為產(chǎn)品投放市場(chǎng)。但是MEMS芯片的封裝技術(shù)并沒(méi)有得到根本的解決，導(dǎo)致MEMS芯片目前還只能停留在實(shí)驗(yàn)室階段。事實(shí)上，只有已封裝的芯片才能成為產(chǎn)品，才能供人們使用。
目前，MEMS封裝技術(shù)大多是由集成電路封裝技術(shù)發(fā)展演化而來(lái)。但MEMS封裝不同于傳統(tǒng)意義的IC封裝。MEMS器件或系統(tǒng)既要感知世界，同時(shí)又要依據(jù)感知的信息對(duì)外界的動(dòng)作反應(yīng)，由于MEMS的這種特殊要求，使MEMS的封裝除了要考慮傳統(tǒng)IC封裝的技術(shù)要求，還要考慮到MEMS本身的特色?？梢哉f(shuō)，MEMS封裝技術(shù)是MEMS能否成功應(yīng)用的一個(gè)重要的核心技術(shù)。
鍵合是MEMS以及IC工藝中的一項(xiàng)重要封裝技術(shù)。目前，在MEMS器件和芯片制造過(guò)程中，最常用的鍵合技術(shù)就是硅/玻璃陽(yáng)極鍵合。這種技術(shù)的不足之處主要是加工時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)硅片和玻璃片的表面精度要求非常高，對(duì)設(shè)備的要求比較苛刻，并且在劃片過(guò)程中，增加了加工難度和時(shí)間，難以適應(yīng)目前MEMS器件的大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是針對(duì)目前MEMS陽(yáng)極鍵合工藝中對(duì)原材料和設(shè)備的苛刻要求，提供一種簡(jiǎn)便易行的替代工藝方法，解決在大規(guī)模MEMS器件生產(chǎn)中鍵合工藝生產(chǎn)效率低下的難題。
本發(fā)明采用下列技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采用玻璃粉做為待鍵合硅片間的介質(zhì)，溶解在化學(xué)溶劑中后，在一定的溫度下保存一定時(shí)間，然后通過(guò)絲網(wǎng)印刷或旋轉(zhuǎn)涂覆工藝，在待鍵合的下硅片表面涂覆上一層玻璃漿，經(jīng)過(guò)手動(dòng)或機(jī)器對(duì)準(zhǔn)后，通過(guò)控制硅片鍵合時(shí)的壓力以及升降溫梯度、鍵合溫度與時(shí)間，完成硅片與硅片的鍵合。
具體包括以下步驟1.配制玻璃漿按照玻璃粉與溶劑松油醇5∶1的比例，配制玻璃漿溶液；并在320～325℃保存15～25分鐘；2.清洗待鍵合的硅片表面；3.等玻璃漿冷卻到室溫后，在勻膠機(jī)上對(duì)硅片進(jìn)行玻璃漿涂覆，或者采用絲網(wǎng)印刷的方式在密封硅片的一面涂覆玻璃漿；4.按照鍵合的方向要求放置要鍵合的硅片將待鍵合的硅片放置在鍵合機(jī)的夾具上，器件硅片的圖形面向下，待鍵合面向上，涂覆玻璃漿的硅片涂覆面向下，與器件硅片的待鍵合面相對(duì)；5.設(shè)定真空、鍵合壓力，設(shè)定升降溫程序；6.在溫度達(dá)到420～430℃后，停止升溫，并在該溫度停留15～20分鐘后，進(jìn)行降溫；7.降溫到室溫后，完成鍵合操作。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明對(duì)要鍵合的硅片的表面光潔度要求不高，可以在任意真空烘箱中施加壓力即可實(shí)現(xiàn)硅/硅鍵合，降低了對(duì)鍵合設(shè)備的需求，通過(guò)所述的工藝步驟操作，可以大大降低鍵合應(yīng)力，并且沒(méi)有硅/玻璃陽(yáng)極鍵合通常會(huì)出現(xiàn)的空洞等鍵合缺陷，可以提高劃片速度，大大提高在MEMS加工領(lǐng)域的器件生產(chǎn)速度。
具體實(shí)施例方式
下面更詳細(xì)的描述出本發(fā)明的具體實(shí)施例實(shí)施例一根據(jù)本發(fā)明的用玻璃粉進(jìn)行硅/硅熔融鍵合的方法，實(shí)施例一的具體步驟如下1.配制玻璃漿按照玻璃粉∶松油醇＝5∶1的比例，配制玻璃漿溶液；并在320～325℃保存15～25分鐘；2.清洗待鍵合的硅片；先用3號(hào)洗液在95℃煮30分鐘，去離子水沖洗干凈；然后用1號(hào)液在95℃煮30分鐘，去離子水沖洗干凈；最后用2號(hào)液在95℃煮15分鐘，去離子水沖洗干凈；將硅片放入甩干機(jī)中進(jìn)行甩干；所有的操作均需在具有抽風(fēng)裝置的環(huán)境下進(jìn)行；其中1號(hào)液為體積比為氨水∶過(guò)氧化氫∶水＝1∶1∶5或?yàn)?∶1∶7的溶液，2號(hào)液為體積比為鹽酸∶過(guò)氧化氫∶水＝1∶1∶5或?yàn)?∶1∶7的溶液，3號(hào)液為體積比為硫酸∶過(guò)氧化氫＝3∶5的溶液。
3.等玻璃漿冷卻到室溫后，采用絲網(wǎng)印刷的方式在密封硅片的一面涂覆玻璃漿；4.按照鍵合的方向要求放置要鍵合的硅片；具體步驟為將待鍵合的硅片放置在鍵合機(jī)的夾具上，器件硅片的圖形面向下，待鍵合面向上，涂覆玻璃漿的硅片涂覆面向下，與器件硅片的待鍵合面相對(duì)；5.設(shè)定真空為1e-4，鍵合壓力500N，設(shè)定升降溫程序升溫溫度梯度3℃/分；6.在溫度達(dá)到420～430℃后，停止升溫，并在該溫度停留15～20分鐘后，進(jìn)行降溫，降溫梯度為2℃/分；7.降溫到25℃后，關(guān)閉鍵合機(jī)，取出鍵合片，即完成鍵合操作。
實(shí)施例二根據(jù)本發(fā)明的用玻璃粉進(jìn)行硅/硅熔融鍵合的方法，實(shí)施例二的具體步驟如下1.配制玻璃漿按照玻璃粉∶松油醇＝5∶1的比例，配制玻璃漿溶液；并且在320～325℃保存15～25分鐘；2.玻璃漿冷卻到室溫后，在勻膠機(jī)上設(shè)定轉(zhuǎn)速3000～4000rpm/min，時(shí)間25～30秒進(jìn)行玻璃漿涂覆；3.按照實(shí)施例一的方法進(jìn)行待鍵合硅片的清洗；4.按照鍵合的方向要求放置要鍵合的硅片將待鍵合的硅片放置在鍵合機(jī)的夾具上，器件硅片的圖形面向下，待鍵合面向上，涂覆玻璃漿的硅片涂覆面向下，與器件硅片的待鍵合面相對(duì)；5.設(shè)定真空為1e-4，鍵合壓力500N，設(shè)定升降溫程序升溫梯度3℃/分；6.在溫度達(dá)到420～430℃后，停止升溫，并在該溫度停留15～20分鐘后，進(jìn)行降溫，降溫梯度為2℃/分；7.降溫到25℃后，關(guān)閉鍵合機(jī)，取出鍵合片，完成此次鍵合操作。
盡管為說(shuō)明目的公開(kāi)了本發(fā)明的具體實(shí)施例和附圖
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于最佳實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，采用玻璃粉做為待鍵合硅片間的介質(zhì)，具體步驟如下1)按照玻璃粉與溶劑松油醇5∶1的比例，配制玻璃漿溶液；2)清洗待鍵合的硅片表面；3)等玻璃漿冷卻到室溫后，對(duì)硅片進(jìn)行玻璃漿涂覆；4)按照鍵合的方向要求放置要鍵合的硅片；5)設(shè)定真空和鍵合壓力，并設(shè)定升降溫程序；6)在溫度達(dá)到420～430℃后，停止升溫，并在該溫度停留15～20分鐘后，進(jìn)行降溫；7)降溫到室溫后，完成鍵合操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，其特征在于配制好的玻璃漿在涂覆到硅片上以前，先在320～325℃保存15～25分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，其特征在于，在硅片上涂覆玻璃漿溶液時(shí)，采用勻膠機(jī)進(jìn)行涂覆。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，其特征在于在硅片上涂覆玻璃漿溶液時(shí)，采用絲網(wǎng)印刷的方式在密封硅片的一面涂覆玻璃漿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，其特征在于放置要鍵合的硅片時(shí)，將待鍵合的硅片放置在鍵合機(jī)的夾具上，器件硅片的圖形面向下，待鍵合面向上，涂覆玻璃漿的硅片涂覆面向下，與器件硅片的待鍵合面相對(duì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，其特征在于真空、鍵合壓力和升降溫程序的具體設(shè)定為，真空為1e-4，鍵合壓力500N，升溫溫度梯度3℃/分，降溫梯度為2℃/分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，其特征在于，清洗待鍵合的硅片表面的具體步驟為先用3號(hào)洗液在95℃煮30分鐘，去離子水沖洗干凈；然后用1號(hào)液在95℃煮30分鐘，去離子水沖洗干凈；最后用2號(hào)液在95℃煮15分鐘，去離子水沖洗干凈；將硅片放入甩干機(jī)中進(jìn)行甩干；所有的操作均需在具有抽風(fēng)裝置的環(huán)境下進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，其特征在于采用勻膠機(jī)進(jìn)行玻璃漿涂覆時(shí)，勻膠機(jī)上設(shè)定轉(zhuǎn)速3000～4000rpm/min，時(shí)間25～30秒進(jìn)行玻璃漿涂覆。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MEMS鍵合工藝的硅熔融鍵合方法，其特征在于，完成鍵合操作為降溫到25℃后，關(guān)閉鍵合機(jī)，取出鍵合片，完成鍵合操作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)便易行的替代工藝方法，解決在大規(guī)模MEMS器件生產(chǎn)中鍵合工藝生產(chǎn)效率低下的難題。本發(fā)明采用玻璃粉做為待鍵合硅片間的介質(zhì)，溶解在化學(xué)溶劑中后，在一定的溫度下保存一定時(shí)間，然后通過(guò)絲網(wǎng)印刷或旋轉(zhuǎn)涂覆工藝，在待鍵合的下硅片表面涂覆上一層玻璃漿，經(jīng)過(guò)手動(dòng)或機(jī)器對(duì)準(zhǔn)后，通過(guò)控制硅片鍵合時(shí)的壓力以及升降溫梯度、鍵合溫度與時(shí)間，完成硅片與硅片的鍵合。本發(fā)明對(duì)要鍵合的硅片的表面光潔度要求不高，降低了對(duì)鍵合設(shè)備的需求，通過(guò)所述的工藝步驟操作，可以大大降低鍵合應(yīng)力，并且沒(méi)有硅/玻璃陽(yáng)極鍵合通常會(huì)出現(xiàn)的空洞等鍵合缺陷，可以提高劃片速度，提高了在MEMS加工領(lǐng)域的器件生產(chǎn)速度。
文檔編號(hào)H01L21/77GK1663907SQ20051001143
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者劉勐, 張威 申請(qǐng)人:北京青鳥(niǎo)元芯微系統(tǒng)科技有限責(zé)任公司