CN102502482B - 一种有腔体的SiC-SiC真空键合方法 - Google Patents

一种有腔体的SiC-SiC真空键合方法 Download PDF

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Abstract

一种有腔体的SiC-SiC真空键合方法，方法需要将带有腔体的SiC片和无腔体SiC片进行键合，步骤如下：(1)利用低压化学气相淀积方法在带有腔体的SiC片和无腔体SiC片表面生长磷硅玻璃PSG，生长厚度500nm～1000nm；(2)对步骤(1)处理后的两个SiC片上生成的PSG进行抛光处理，抛光后PSG表面粗糙度小于0.5nm；(3)对抛光处理后的两个SiC片进行清洗和活化处理，首先擦洗抛光后的PSG表面，并在PH＜11的碱性溶液中进行超声清洗；接着进行亲水化处理，甩干；(4)对活化处理后的两个SiC片进行预键合，预键合后进行高温退火，完成有腔体的SiC-SiC真空键合。

Description

一种有腔体的SiC-SiC真空键合方法
技术领域
本发明涉及SiC微机械电子系统(MEMS)制造中的键合工艺，特别是涉及一种有腔体的SiC-SiC片真空键合方法，它适用于MEMS中的键合工艺。
背景技术
SiC材料在高温下具有非常出色的热、力和电学性能，这为制造适用于高温恶劣环境下的SiC-MEMS传感器提供了保证。SiC-MEMS传感器的潜在市场包括以下几个方面：射频MEMS、超高温压力传感器、发动机中的加速度计、光学MEMS等。
在制备SiC-MEMS器件时，需要将两个SiC片键合在一起，其中一个SiC片上要制作一定尺寸的腔体，而且腔体在键合后要保证一定的真空度。SiC不同于Si材料，常态下经亲水处理后不能实现预键合。G.N.Yushin(Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.742)等通过加载20MPa的压力，在800℃～1100℃高真空环境中实现SiC-SiC直接键合。US4961529提出通过Ti3SiC2可以实现SiC-SiC键合，这两种键合方法均不能实现SiC与SiC之间绝缘。
US4352120发明了一种新的键合方法实现SiC与SiC之间绝缘，该方法在至少一片SiC上制备SiO2，然后在SiO2上面制备金属层，最终通过焊接方法实现了SiC与SiC的键合。但是由于金属焊层的存在，限制了其在高温环境中的使用。
US5098494通过在SiC表面制备Si或SiO2等实现SiC与SiC的键合。键合温度为1150℃，压力0.3kgf。由于没有对Si或者SiO2表面进行平坦化处理，键合只能采用热压的方法。在热压键合过程中不易实现片与片之间的对准，而且不能实现带有腔体的SiC-SiC真空键合。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种有腔体的SiC-SiC真空键合方法。
本发明的技术解决方案是：一种有腔体的SiC-SiC真空键合方法，方法需要将带有腔体的SiC片和无腔体SiC片进行键合，步骤如下：
(1)利用低压化学气相淀积方法在带有腔体的SiC片和无腔体SiC片表面生长磷硅玻璃PSG，生长厚度500nm～1000nm；
(2)对步骤(1)处理后的两个SiC片上生成的PSG进行抛光处理，抛光后PSG表面粗糙度小于0.5nm；
(3)对抛光处理后的两个SiC片进行清洗和活化处理，首先擦洗抛光后的PSG表面，并在PH＜11的碱性溶液中进行超声清洗；接着进行亲水化处理，甩干；
(4)对活化处理后的两个SiC片进行预键合，预键合后进行高温退火，完成有腔体的SiC-SiC真空键合。
所述步骤(4)中的预键合为将两个SiC片按照对准标记对准后贴合，并施加0.5MPa～5MPa的压力，升温360℃～450℃，保持压力30min～60min。
所述步骤(4)中的高温退火过程为：室温至800℃升温速率不超过10℃/min，800℃保温40min～60min，后续退火温度900℃～1100℃，气氛为Ar或N2，保温时间2h～6h。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明利用PSG作为键合中间层，可以有效实现两个SiC片之间的绝缘，且其高温回流性能弥补SiC片面型参数的不足，通过化学机械抛光易于获得小于0.5nm的表面粗糙度，将键合率提高到80％以上。
(2)抛光后的PSG利用聚乙烯醇擦洗和稀碱溶液超声，可以有效去除表面残留的抛光液和颗粒，有效消除二次沾污，提高键合晶片表面光洁度。
(3)键合过程分为低温预键合和高温退火。在低温预键合过程中可以实现图形的对准，并保证键合密封腔体的真空度小于10-2Pa，高温退火过程可以增加键合强度。由于SiC晶片预键合成功之后已经具备了一定的结合力，因此在高温退火过程中无需施加额外压力，避免了高温高压下对腔体结构的损坏和对晶片表面的扩散沾污。
附图说明
图1本发明的带有腔体的SiC片的示意图；
图2本发明的表面长有PSG的带有腔体图形和无图形的SiC片的示意图；
图3本发明的带有腔体图形的SiC片和无腔体SiC片真空键合的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例子及附图，对本发明做进一步详细说明。本发明的带有腔体的SiC-SiC真空键合方法，包括以下工艺步骤：
(1)准备SiC单晶片2片，其导电类型可以是N型或P型，清洗干净。
(2)在SiC片1上溅射沉积刻蚀掩蔽膜，光刻图形化。对SiC片1进行干法刻蚀，设备为Alcatel公司AMS200。掩蔽膜3为Ti和Ni，其中Ti厚度约20nm，Ni厚度不小于300nm。刻蚀温度0℃～30℃，SF6气体流量40sccm～100sccm，O2气体流量5sccm～25sccm，刻蚀深度5μm～10μm。
本例中刻蚀温度20℃，SF6气体流量80sccm，O2气体流量20sccm，刻蚀深度8μm，如图1所示。刻蚀结束后用HNO3溶液去除掩蔽膜3。
(3)利用LPCVD在带有腔体图形SiC片1和无图形的SiC片2表面生长磷硅玻璃(PSG)4，生长温度695℃～740℃，TEOS温度24.4℃，O2气体流量150sccm～200sccm，PH3(N2稀释)气体流量50sccm～150sccm，工作时腔体压力250mTorr，生长厚度500nm～1000nm.
本例中的O2气体流量180sccm，PH3(N2稀释)气体流量100sccm，生长厚度780nm，如图2所示。
(4)利用CMP设备对SiC片上制备的PSG薄膜4进行抛光。抛光时，抛光压力1kgf-4kgf，抛光盘转速30rpm～70rpm，抛光头转速20rpm～40rpm，抛光液为SiO2悬浊液，其中SiO2颗粒10nm～100nm。抛光后PSG表面粗糙度小于0.5nm。
本例中抛光压力1kgf～2kgf，抛光盘转速60rpm，抛光头转速40rpm，抛光液为氧化硅悬浊液，其中氧化硅颗粒20nm～50nm，抛光垫为IC1000。抛光后PSG表面粗糙度为0.42nm。
(5)用聚乙烯醇或性能相似的材料擦洗抛光后的PSG表面，并在1∶20稀释的氨水溶液中进行超声清洗10min～15min。最后进行亲水处理，甩干。
(6)对抛光后的片子进行低温预键合。键合设备采用AML公司的AWB-04键合机。将带有腔体图形的SiC片1放入底部托盘，无图形的SiC片2固定在上部托盘。关闭腔体抽真空，当系统真空度小于10-2Pa时，将两个SiC片对准后贴合并施加0.5MPa～5MPa的压力，升温至360℃～450℃，保持温度和压力30min～60min，待保温结束后卸压。在温度低于100℃后将键合片取出。
本例中施加的压力为1MPa～2MPa，升温温度为400℃～450℃，保持压力45min。
(7)将已经预键合的SiC-SiC片放入高温炉进行高温退火。室温至800℃升温速率不超过10℃/min，800℃保温40min～60min，后续退火温度900℃～1100℃，气氛为Ar或N2，保温时间2h～6h，最终实现带有腔体的SiC-SiC片的真空键合。
本例中室温至800℃的升温速率8℃/min，在800℃保温1h后，升温至1000℃，保温时间3h，气氛为Ar，最终实现带有腔体5的SiC片的真空键合。键合后结构如图3所示。
(8)使用拉力测试仪检验SiC-SiC键合强度，拉伸强度可达5MPa。键合界面扫描电镜可以观察到上下SiC片上的键合中间层已经融为一体6。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种有腔体的SiC-SiC真空键合方法，方法需要将带有腔体的SiC片和无腔体SiC片进行键合，其特征在于步骤如下：
(1)利用低压化学气相淀积方法在带有腔体的SiC片和无腔体SiC片表面生长磷硅玻璃PSG，生长厚度500nm～1000nm；
(2)对步骤(1)处理后的两个SiC片上生成的PSG进行抛光处理，抛光后PSG表面粗糙度小于0.5nm；
(3)对抛光处理后的两个SiC片进行清洗和活化处理，首先擦洗抛光后的PSG表面，并在PH<11的碱性溶液中进行超声清洗；接着进行亲水化处理，甩干；
(4)对活化处理后的两个SiC片进行预键合，预键合后进行高温退火，完成有腔体的SiC-SiC真空键合；所述的预键合为在真空度小于10-2Pa时，将两个SiC片对准后贴合并施加0.5MPa～5MPa的压力，升温至360℃～450℃，保持温度和压力30min～60min。
2.根据权利要求1所述的一种有腔体的SiC-SiC真空键合方法，其特征在于：所述步骤(4)中的高温退火过程为：室温至800℃升温速率不超过10℃/min，800℃保温40min～60min，后续退火温度900℃～1100℃，气氛为Ar或N2，保温时间2h～6h。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103176295A (zh) * 2013-02-16 2013-06-26 福建福晶科技股份有限公司 一种优化声学通道的声光器件
CN103991840B (zh) * 2014-05-21 2016-01-13 北京遥测技术研究所 一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法
CN104876180A (zh) * 2015-04-29 2015-09-02 中国科学院半导体研究所 材料扩散互溶实现碳化硅键合的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961529A (en) * 1987-12-24 1990-10-09 Kernforschungsanlage Julich Gmbh Method and components for bonding a silicon carbide molded part to another such part or to a metallic part
US5098494A (en) * 1989-05-23 1992-03-24 Mcnc Bonding of ceramic parts
JPH10289915A (ja) * 1997-04-14 1998-10-27 Sony Corp 接着方法および接着剤
CN1688014A (zh) * 2005-05-11 2005-10-26 华东师范大学 异质键合晶片的制备方法和应用
DE102005021324A1 (de) * 2005-05-04 2006-11-09 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Verbindung von Si-Wafern in einem Hochtemperaturbondprozess
CN101327906A (zh) * 2008-07-22 2008-12-24 中国电子科技集团公司第二十四研究所 带有微腔的图形硅片真空键合方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002100771A2 (en) * 2001-06-08 2002-12-19 The Regents Of The University Of Michigan Low-temperature patterned wafer bonding with photosensitive benzocylobutene (bcb) and 3d microelectromechanical systems fabrication

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961529A (en) * 1987-12-24 1990-10-09 Kernforschungsanlage Julich Gmbh Method and components for bonding a silicon carbide molded part to another such part or to a metallic part
US5098494A (en) * 1989-05-23 1992-03-24 Mcnc Bonding of ceramic parts
JPH10289915A (ja) * 1997-04-14 1998-10-27 Sony Corp 接着方法および接着剤
DE102005021324A1 (de) * 2005-05-04 2006-11-09 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Verbindung von Si-Wafern in einem Hochtemperaturbondprozess
CN1688014A (zh) * 2005-05-11 2005-10-26 华东师范大学 异质键合晶片的制备方法和应用
CN101327906A (zh) * 2008-07-22 2008-12-24 中国电子科技集团公司第二十四研究所 带有微腔的图形硅片真空键合方法

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