CN1280179C - 用于mems键合工艺的低温熔化玻璃键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种简便易行的替代工艺方法，解决在大规模MEMS器件生产中键合工艺生产效率低下的难题。本发明采用玻璃粉做为待键合硅片间的介质，溶解在化学溶剂中后，在一定的温度下保存一定时间，然后通过丝网印刷或旋转涂覆工艺，在待键合的下硅片表面涂覆上一层玻璃浆，经过手动或机器对准后，通过控制硅片键合时的压力以及升降温梯度、键合温度与时间，完成硅片与硅片的键合。本发明对要键合的硅片的表面光洁度要求不高，降低了对键合设备的需求，通过所述的工艺步骤操作，可以大大降低键合应力，并且没有硅/玻璃阳极键合通常会出现的空洞等键合缺陷，可以提高划片速度，提高了在MEMS加工领域的器件生产速度。
Description
技术领域
本发明属于微机电***(MEMS)和集成电路(IC)封装技术领域，具体涉及一种用玻璃粉进行硅/硅低温熔化玻璃键合的方法。
背景技术
20世纪80年代初期，微机电***(MEMS)作为一个非常重要的技术学科明确形成。MEMS技术是微电子技术的延伸与拓宽，它不但具有信号处理功能，而且具有对外部世界的感知功能和作用功能。以此为基础发展的智能化、高功能密度的新型***将如微电子技术在上一世纪的作用一样，对21世纪的人类社会生产和生活方式产生革命性的影响，奠定国家在国际舞台上的地位，它是关系国民经济建设和国家安全保障的战略高科技。
鉴于MEMS技术的重要经济潜力和战略性地位，从美国、日本、欧洲的工业发达国家，一直到韩国、新加坡等新兴工业国家，乃至中国台湾地区，都认识到发展MEMS对国际竞争力的重要意义，把MEMS与电子信息、航空航天等并列作为战略高科技来对待。MEMS技术目前已经进入一个全面发展的阶段。
MEMS加工制造技术是将集成电路制造工艺中的微细加工技术与微机械学中的微机械加工技术结合起来，制造出机电一体或光机电一体的新器件。经过多年的发展，MEMS芯片加工技术已经非常成熟，基本上可以作为产品投放市场。但是MEMS芯片的封装技术并没有得到根本的解决，导致MEMS芯片目前还只能停留在实验室阶段。事实上，只有已封装的芯片才能成为产品，才能供人们使用。
目前，MEMS封装技术大多是由集成电路封装技术发展演化而来。但MEMS封装不同于传统意义的IC封装。MEMS器件或***既要感知世界，同时又要依据感知的信息对外界的动作反应，由于MEMS的这种特殊要求，使MEMS的封装除了要考虑传统IC封装的技术要求，还要考虑到MEMS本身的特色。可以说，MEMS封装技术是MEMS能否成功应用的一个重要的核心技术。
键合是MEMS以及IC工艺中的一项重要封装技术。目前，在MEMS器件和芯片制造过程中，最常用的键合技术就是硅/玻璃阳极键合。这种技术的不足之处主要是加工时间长，对硅片和玻璃片的表面精度要求非常高，对设备的要求比较苛刻，并且在划片过程中，增加了加工难度和时间，难以适应目前MEMS器件的大批量生产。
发明内容
本发明的主要目的就是针对目前MEMS阳极键合工艺中对原材料和设备的苛刻要求，提供一种简便易行的替代工艺方法，解决在大规模MEMS器件生产中键合工艺生产效率低下的难题。
本发明采用下列技术方案予以实现：本发明采用玻璃粉做为待键合硅片间的介质，溶解在化学溶剂中后，在一定的温度下保存一定时间，然后通过丝网印刷或旋转涂覆工艺，在待键合的下硅片表面涂覆上一层玻璃浆，经过手动或机器对准后，通过控制硅片键合时的压力以及升降温梯度、键合温度与时间，完成硅片与硅片的键合。
具体包括以下步骤：
1.配制玻璃浆：按照玻璃粉与溶剂松油醇5∶1的比例，配制玻璃浆溶液；并在320～325℃保存15～25分钟；
2.清洗待键合的硅片表面；
3.等玻璃浆冷却到室温后，在匀胶机上对硅片进行玻璃浆涂覆，或者采用丝网印刷的方式在密封硅片的一面涂覆玻璃浆；
4.按照键合的方向要求放置要键合的硅片：将待键合的硅片放置在键合机的夹具上，器件硅片的图形面向下，待键合面向上，涂覆玻璃浆的硅片涂覆面向下，与器件硅片的待键合面相对；
5.设定真空、键合压力，设定升降温程序；
6.在温度达到420～430℃后，停止升温，并在该温度停留15～20分钟后，进行降温；
7.降温到室温后，完成键合操作。
本发明与现有技术相比有如下优点：本发明对要键合的硅片的表面光洁度要求不高，可以在任意真空烘箱中施加压力即可实现硅/硅键合，降低了对键合设备的需求，通过所述的工艺步骤操作，可以大大降低键合应力，并且没有硅/玻璃阳极键合通常会出现的空洞等键合缺陷，可以提高划片速度，大大提高在MEMS加工领域的器件生产速度。
具体实施方式
下面更详细的描述出本发明的具体实施例：
实施例一
根据本发明的用玻璃粉进行硅/硅低温熔化玻璃键合的方法，实施例一的具体步骤如下：
1.配制玻璃浆：按照玻璃粉∶松油醇＝5∶1的比例，配制玻璃浆溶液；并在320～325℃保存15～25分钟；
2.清洗待键合的硅片；先用3号洗液在95℃煮30分钟，去离子水冲洗干净；然后用1号液在95℃煮30分钟，去离子水冲洗干净；最后用2号液在95℃煮15分钟，去离子水冲洗干净；将硅片放入甩干机中进行甩干；所有的操作均需在具有抽风装置的环境下进行；其中1号液为体积比为氨水∶过氧化氢∶水＝1∶1∶5或为1∶1∶7的溶液，2号液为体积比为盐酸∶过氧化氢∶水＝1∶1∶5或为1∶1∶7的溶液，3号洗液为体积比为硫酸∶过氧化氢＝3∶5的溶液。
3.等玻璃浆冷却到室温后，采用丝网印刷的方式在密封硅片的一面涂覆玻璃浆；
4.按照键合的方向要求放置要键合的硅片；具体步骤为：将待键合的硅片放置在键合机的夹具上，器件硅片的图形面向下，待键合面向上，涂覆玻璃浆的硅片涂覆面向下，与器件硅片的待键合面相对；
5.设定真空为1e-4乇，键合压力500N，设定升降温程序：升温温度梯度3℃/分；
6.在温度达到420～430℃后，停止升温，并在该温度停留15～20分钟后，进行降温，降温梯度为2℃/分；
7.降温到25℃后，关闭键合机，取出键合片，即完成键合操作。
实施例二
根据本发明的用玻璃粉进行硅/硅低温熔化玻璃键合的方法，实施例二的具体步骤如下：
1.配制玻璃浆：按照玻璃粉∶松油醇＝5∶1的比例，配制玻璃浆溶液；并且在320～325℃保存15～25分钟；
2.玻璃浆冷却到室温后，在匀胶机上设定转速3000～4000rpm/min，时间25～30秒进行玻璃浆涂覆；
3.按照实施例一的方法进行待键合硅片的清洗；
4.按照键合的方向要求放置要键合的硅片：将待键合的硅片放置在键合机的夹具上，器件硅片的图形面向下，待键合面向上，涂覆玻璃浆的硅片涂覆面向下，与器件硅片的待键合面相对；
5.设定真空为1e-4乇，键合压力500N，设定升降温程序：升温梯度3℃/分；
6.在温度达到420～430℃后，停止升温，并在该温度停留15～20分钟后，进行降温，降温梯度为2℃/分；
7.降温到25℃后，关闭键合机，取出键合片，完成此次键合操作。
尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例所公开的内容。
Claims (9)
1.一种用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，采用玻璃粉做为待键合硅片间的介质，具体步骤如下：
1)按照玻璃粉与溶剂松油醇5∶1的比例，配制玻璃浆溶液；
2)清洗待键合的硅片表面；
3)等玻璃浆冷却到室温后，对硅片进行玻璃浆涂覆；
4)按照键合的方向要求放置要键合的硅片；
5)设定真空和键合压力，并设定升降温程序；
6)在温度达到420～430℃后，停止升温，并在该温度停留15～20分钟后，进行降温；
7)降温到室温后，完成键合操作。
2.根据权利要求1所述的用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，其特征在于：配制好的玻璃浆在涂覆到硅片上以前，先在320～325℃保存15～25分钟。
3.根据权利要求1所述的用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，其特征在于，在硅片上涂覆玻璃浆溶液时，采用匀胶机进行涂覆。
4.根据权利要求1所述的用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，其特征在于：在硅片上涂覆玻璃浆溶液时，采用丝网印刷的方式在密封硅片的一面涂覆玻璃浆。
5.根据权利要求1所述的用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，其特征在于：放置要键合的硅片时，将待键合的硅片放置在键合机的夹具上，器件硅片的图形面向下，待键合面向上，涂覆玻璃浆的硅片涂覆面向下，与器件硅片的待键合面相对。
6.根据权利要求1所述的用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，其特征在于：真空、键合压力和升降温程序的具体设定为，真空为1e-4乇，键合压力500N，升温温度梯度3℃/分，降温梯度为2℃/分。
7.根据权利要求1所述的用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，其特征在于，清洗待键合的硅片表面的具体步骤为：先用3号洗液在95℃煮30分钟，去离子水冲洗干净；然后用1号液在95℃煮30分钟，去离子水冲洗干净；最后用2号液在95℃煮15分钟，去离子水冲洗干净；将硅片放入甩干机中进行甩干；所有的操作均需在具有抽风装置的环境下进行；其中1号液为体积比为氨水∶过氧化氢∶水＝1∶1∶5或为1∶1∶7的溶液，2号液为体积比为盐酸∶过氧化氢∶水＝1∶1∶5或为1∶1∶7的溶液，3号洗液为体积比为硫酸∶过氧化氢＝3∶5的溶液。
8.根据权利要求3所述的用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，其特征在于：采用匀胶机进行玻璃浆涂覆时，匀胶机上设定转速3000～4000rpm/min，时间25～30秒进行玻璃浆涂覆。
9.根据权利要求1所述的用于MEMS键合工艺的低温熔化玻璃键合方法，其特征在于，完成键合操作为：降温到25℃后，关闭键合机，取出键合片，完成键合操作。
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