CN108675260A - 一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，公开了一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，该方法包括：S11、带结构图形的衬底上表面设置至少一层绝缘层；S12、在绝缘层的上表面沉积富硅薄膜，通过光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层；S13、将富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与富硅中间层电连接，加压加温进行阳极键合。上述阳极键合方法，通过在带结构图形的衬底正面沉积并形成图形化的富硅中间层，实现带结构图形的衬底正面与玻璃之间的阳极键合，以将结构图形保护在真空中不受外界影响，使采用此方法完成的器件可用于各种复杂环境，从而提高其适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法。
背景技术
阳极键合技术是微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems， MEMS)加工领域中一种经典常用的加工技术，可以用于实现MEMS器件的真空密封、圆片级封装等。圆片阳极键合一般在高温或高压条件下进行，键合过程中需要将要键合的硅片接电源正极，玻璃接负极，施加电压500～1000V，将玻璃-硅片加热到300～500℃。在高温高电压的作用下，玻璃中的Na离子将向负极方向漂移，在紧邻硅片的玻璃表面形成耗尽层，耗尽层带有负电荷，硅片带正电荷，硅片和玻璃之间存在较大的静电引力，在比较高的温度下，紧密接触的硅/玻璃界面会发生化学反应，形成牢固的化学键，如Si-O-Si键等，从而使硅片与玻璃二者紧密接触。通过电路中电流的变化情况可以监测阳极键合的过程，刚加上电压时，有一个较大的电流脉冲，后电流减小，最后几乎为零，说明键合已经完成，如图1所示。
阳极键合主要应用于硅/玻璃之间的键合、非硅材料与玻璃材料、以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合。阳极键合过程中，键合表面的平整状况会对键合力产生影响，表面平整度越差，静电引力越小，键合强度越差。一般情况下，键合面参与硅-玻璃之间化学键的形成，带有MEMS图形结构的硅片正面一般都存在金属引线，因此正面不适合作为键合面。然而，在实际应用中，如果能把有结构图形的硅片正面作为键合面，能够很好的将结构图形保护在真空中，不受外界环境影响，器件就可以用于各种恶劣环境。因此，如何实现具有有结构图形的硅片正面与玻璃之间的阳极键合，以将结构图形保护在真空中不受外界环境影响是需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，通过将富硅薄膜作为中间层来实现带结构图形的衬底正面与玻璃之间的阳极键合，以将结构图形保护在真空中不受外界环境影响，使采用此方法完成的器件可以用于各种复杂环境，提高其适用范围。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，该阳极键合方法包括如下步骤：
S11、带结构图形的衬底上表面设置至少一层绝缘层，绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅中的至少一种；
S12、在绝缘层的上表面沉积富硅薄膜，通过光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层；
S13、将富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与富硅中间层电连接，加压加温进行阳极键合。
上述阳极键合方法，相比于现有的无结构图形的衬底的阳极键合，通过在带结构图形的衬底正面沉积并形成图形化的富硅中间层，实现带结构图形的衬底正面与玻璃之间的阳极键合，以将结构图形保护在真空中不受外界环境影响，使采用此方法完成的器件可以用于各种复杂环境，提高其适用范围。
进一步的，步骤S11还包括：利用光刻工艺与刻蚀工艺对绝缘层进行图形化处理，露出部分不带结构图案的衬底，使富硅中间层与衬底直接接触。
进一步的，绝缘层图形化处理后形成的图形与富硅中间层形成的图形不完全重叠。
进一步的，步骤S13还包括：阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与衬底的下表面电连接，富硅中间层通过衬底与阳极电连接，加压加温进行阳极键合。
进一步的，步骤S13还包括：在玻璃的下表面设置缺口，夹具通过缺口将富硅中间层与阳极电连接。
进一步的，衬底为硅片、SOI片、高阻硅片、碳化硅片或玻璃片中的任意一种。
进一步的，富硅中间层的材质包括氮化硅、氧化硅、碳化硅、α硅或者多晶硅中的任意一种或多种。
进一步的，富硅中间层的厚度为0.5～2μm。
进一步的，刻蚀工艺包括干法刻蚀工艺或者湿法腐蚀工艺中的任意一种。
进一步的，衬底通过高浓度离子注入将图形区域电信号引出至管脚焊盘。
相比于现有技术，本发明具有如下的技术效果：
本发明提供了一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，该阳极键合方法包括如下步骤：S11、带结构图形的衬底上表面设置至少一层绝缘层，绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅中的至少一种；S12、在绝缘层的上表面沉积富硅薄膜，通过光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层；S13、将富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与富硅中间层电连接，加压加温进行阳极键合。上述阳极键合方法，相比于现有的无结构图形的衬底的阳极键合，通过在带结构图形的衬底正面沉积并形成图形化的富硅中间层，实现带结构图形的衬底正面与玻璃之间的阳极键合，以将结构图形保护在真空中不受外界环境影响，使采用此方法完成的器件可以用于各种复杂环境，提高其适用范围。
附图说明
图1为现有技术中阳极键合的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的又一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的阳极键合中阳极从衬底背面引出的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的带结构图形的衬底的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的再一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的阳极键合中阳极从富硅中间层直接引出的结构示意图；
图中：1玻璃；2衬底；3富硅中间层；4衬底上的结构图形区域；5绝缘层；6缺口；7管脚焊盘。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图2所示，本发明实施例提供了一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，该阳极键合方法包括如下步骤：
S11、带结构图形的衬底2上表面设置至少一层绝缘层5，绝缘层5的材质为氧化硅或氮化硅中的至少一种；
具体的，衬底2为带有结构图形的硅衬底片，衬底2的上表面设置有结构图形区域4，结构图形一般为金属引线或其它特殊结构。沿着从玻璃1到衬底 2的方向，衬底2面向玻璃1的一面为衬底2的上表面(也即正面)，衬底2 背向玻璃1的一面为衬底2的下表面(也即背面)。
优选的，衬底2为硅片、SOI片、高阻硅片、碳化硅片、玻璃片中的任意一种。衬底2的材质为在高温下具有导电性的材料。其中，SOI全称为 Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。
优选的，通过热氧化、LPCVD方法先后在衬底上表面生长一层氧化硅和一层氮化硅做为绝缘层5。
优选的，通过高浓度离子注入将图形区域电信号引出至管脚焊盘7。
S12、在绝缘层的上表面沉积富硅薄膜，通过光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层；
具体的，采用LPCVD、PECVD、ICPCVD或者磁控溅射等工艺中的任意一种工艺在绝缘层5的上方生长沉积富硅薄膜，接着采用MEMS光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层3。
优选的，富硅中间层3的材质包括氮化硅、氧化硅、碳化硅、α硅或者多晶硅中的任意一种或多种。
优选的，富硅中间层的厚度为0.5～2μm。
优选的，富硅中间层的厚度为1μm。
优选的，刻蚀工艺包括RIE干法刻蚀工艺或者湿法腐蚀工艺中的任意一种。
S13、将富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与富硅中间层电连接，加压加温进行阳极键合。
具体的，将富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与富硅中间层电连接，施加电压500～1000V，升温至300～500℃。在高温高压的作用时，玻璃中的Na离子将向负极方向漂移，在紧邻硅片的玻璃表面形成耗尽层，耗尽层宽度约为几微米。耗尽层带有负电荷，硅片带正电荷，硅片和玻璃之间存在较大的静电引力，使二者紧密接触。这样外加电压就主要加在耗尽层上。通过电路中电流的变化情况可以反映出静电键合的过程。刚加上电压时，有一个较大的电流脉冲，后电流减小，最后几乎为零，说明此时键合已经完成。
上述阳极键合方法，相比于现有的无结构图形的衬底的阳极键合，通过在带结构图形的衬底正面的衬底片上沉积并形成图形化的富硅中间层，能够实现带结构图形的衬底正面与玻璃之间的阳极键合，以将结构图形保护在真空中不受外界环境影响，使采用此方法完成的器件可以用于各种复杂环境，提高其适用范围。
如图3-5所示，在上述实施例的基础上，本发明的又一个实施例提供了一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，该阳极键合方法包括如下步骤：
S21、带结构图形的衬底2上表面设置至少一层绝缘层5，绝缘层5的材质为氧化硅或氮化硅中的至少一种，利用光刻工艺与刻蚀工艺对绝缘层进行图形化处理，露出部分不带结构图案的衬底；
优选的，利用MEMS光刻曝光，及RIE干法刻蚀或者湿法腐蚀在绝缘层表面图形化，露出一部分衬底。
优选的，绝缘层图形化处理后形成的图形与富硅中间层形成的图形不完全重叠。
S22、在绝缘层的上表面沉积富硅薄膜，通过光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层；
具体的，采用LPCVD、PECVD、ICPCVD或者磁控溅射等工艺中的任意一种工艺在绝缘层5的上方生长沉积富硅薄膜，接着采用MEMS光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层3。
S23、将富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与衬底的下表面电连接，富硅中间层通过衬底与阳极电连接，加压加温进行阳极键合。
具体的，如图4所示，阳极键合的阴极与玻璃1的上表面电连接，阳极与衬底2的下表面电连接，富硅中间层3通过衬底2与阳极电连接，也即富硅中间层与阳极间接电连接，加压加温进行阳极键合。
如图5所示，衬底2的上表面(即正面)设置有结构图形区域4，结构图形区域4的上方设置绝缘层5。衬底2通过高浓度离子注入将图形区域电信号引出至管脚焊盘7。
如图6-7所示，在上述实施例的基础上，本发明的再一个实施例提供了一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，该阳极键合方法包括如下步骤：
S31、带结构图形的衬底2上表面设置至少一层绝缘层5，绝缘层5的材质为氧化硅或氮化硅中的至少一种，玻璃1的下表面设置缺口6，夹具通过缺口将富硅中间层与阳极电连接；
具体的，衬底2为带有结构图形的硅衬底片，衬底2的上表面设置有结构图形区域4，结构图形一般为金属引线或其它特殊结构。沿着从玻璃1到衬底 2的方向，衬底2面向玻璃1的一面为衬底2的上表面，衬底2背向玻璃1的一面为衬底2的下表面。
如图7所示，玻璃1的下表面设置缺口6，缺口6相对于玻璃的中心轴对称设置。其大小设置为能使夹具通过并与富硅中间层固定即可。富硅中间层3 通过夹具与阳极直接电连接。
优选的，通过热氧化、LPCVD方法先后在衬底上表面表面生长一层氧化硅和一层氮化硅做为绝缘层5。
优选的，通过高浓度离子注入将图形区域电信号引出至管脚焊盘7。
S32、在绝缘层的上表面沉积富硅薄膜，通过光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层；
具体的，采用LPCVD、PECVD、ICPCVD或者磁控溅射等工艺中的任意一种工艺在绝缘层5的上方生长沉积富硅薄膜，接着采用MEMS光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层3。
优选的，富硅中间层3的材质包括氮化硅、氧化硅、碳化硅、α硅或者多晶硅中的任意一种或多种。
优选的，富硅中间层的厚度为0.5～2μm。
优选的，富硅中间层的厚度为1μm。
优选的，刻蚀工艺包括RIE干法刻蚀工艺或者湿法腐蚀工艺中的任意一种。
S33、将富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与富硅中间层电连接，加压加温进行阳极键合。
综上，本发明提供了一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，该阳极键合方法包括如下步骤：S11、带结构图形的衬底上表面设置至少一层绝缘层，绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅中的至少一种；S12、在绝缘层的上表面沉积富硅薄膜，通过光刻工艺与刻蚀工艺对富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层；S13、将富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与富硅中间层电连接，加压加温进行阳极键合。上述阳极键合方法，相比于现有的对无结构图形的衬底进行阳极键合，通过在带结构图形的衬底正面的衬底片上沉积并形成图形化的富硅中间层，能够实现带结构图形的衬底正面与玻璃之间的阳极键合，以将结构图形保护在真空中不受外界环境影响，使采用此方法完成的器件可以用于各种复杂环境，提高其适用范围。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种带结构图形的衬底与玻璃的阳极键合方法，其特征在于，所述该阳极键合方法包括如下步骤：
S11、带结构图形的衬底上表面设置至少一层绝缘层；
S12、在所述绝缘层的上表面沉积富硅薄膜，对所述富硅薄膜进行图形化处理，形成图形化的富硅中间层；
S13、将所述富硅中间层与玻璃的下表面接触压紧，阳极键合的阴极与所述玻璃的上表面电连接，阳极与所述富硅中间层电连接，进行阳极键合。
2.如权利要求1所述的阳极键合方法，其特征在于，所述步骤S11还包括：利用光刻工艺与刻蚀工艺对所述绝缘层进行图形化处理，露出部分不带结构图案的衬底，使所述富硅中间层与所述衬底直接接触。
3.如权利要求2所述的阳极键合方法，其特征在于，所述绝缘层进行图形化处理后形成的图形与所述富硅中间层形成的图形不完全重叠。
4.如权利要求2所述的阳极键合方法，其特征在于，所述步骤S13还包括：所述阳极键合的阴极与玻璃的上表面电连接，阳极与所述衬底的下表面电连接，所述富硅中间层通过所述衬底与所述阳极电连接，加压加温进行阳极键合。
5.如权利要求1所述的阳极键合方法，其特征在于，所述步骤S13还包括：在所述玻璃的下表面设置缺口，夹具通过所述缺口将所述富硅中间层与所述阳极电连接。
6.如权利要求1所述的阳极键合方法，其特征在于，所述衬底为硅片、SOI片、高阻硅片、碳化硅片或玻璃片中的任意一种。
7.如权利要求1所述的阳极键合方法，其特征在于，所述富硅中间层的材质包括氮化硅、氧化硅、碳化硅、α硅或者多晶硅中的任意一种或多种。
8.如权利要求1所述的阳极键合方法，其特征在于，所述富硅中间层的厚度为0.5～2μm。
9.如权利要求1所述的阳极键合方法，其特征在于，所述刻蚀工艺包括干法刻蚀工艺或者湿法腐蚀工艺中的任意一种。
10.如权利要求1所述的阳极键合方法，其特征在于，所述衬底通过高浓度离子注入将图形区域电信号引出至管脚焊盘。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181019 |