[发明专利]带有微腔的图形硅片真空键合方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及硅微机械电子系统(MEMS)制造中的键合工艺，特别是涉及一种带有微腔的图形硅片真空键合方法，它适用于微机电系统制造中的键合工艺。

(二)背景技术

微机电系统(MEMS)是利用半导体工艺，来制造整合机械及电子元件，以达到系统微小化的目的。微电子机械系统(MEMS)制造中的键合工艺可以采用专用设备来实现(如SB6键合设备)，针对一些特殊的MEMS系统结构，如高真空度的键合，就需要一些特殊的工艺和装置来实现。

特别是在制作MEMS传感器时，需要两个硅片键合在一起，其中一个硅片上制作有一定深度和宽度的微腔，且要求微腔达到一定的真空度。一种方法是采用国外的进口设备，如德国休斯公司的SB6键合设备，该设备不仅能够抽真空，而且能加压力、电极、加温，真空度能达到10⁵～0.5Pa。但是，当硅片的微腔体内要求达到高真空度时，即低于10^-1Pa(一般来说，低真空范围为10³～10^-1Pa，高真空范围为10^-1～10^-6Pa)时，采用上述办法实现就比较困难了。另一种方法是通过大型高真空泵，如加速分子泵、冷凝泵，来实现硅片的微腔体内的高真空，但这些设备成本昂贵，而且会给工艺制作过程中带来粘污，导致成品率下降。

(三)发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种带有微腔的图形硅片真空键合方法，达到硅片的微腔内的高真空度要求。

为实现上述目的，本发明的一种带有微腔的图形硅片真空键合方法，包括以下工艺步骤：

(1)准备一个4英寸带有微腔的图形硅片，以及一个4英寸普通硅片，其导电类型可以是N型或P型，其晶向可以是(100)或(111)或(110)；

(2)对所述带有微腔的图形硅片进行干法刻蚀，温度为20℃，SF₆气体流量为200-500sccm，时间为3-6秒；C₄F₈气体流量为200-500sccm，时间为1-3秒，两种气体交替使用，直至其微腔的内壁表面粗糙，使表面粗糙度达到0.5-1.5μm；

(3)将所述带有微腔的图形硅片放入简易予键合装置中的承片架和对位台上，将活动杆伸入带有微腔的图形硅片的上方2mm左右，再将普通硅片轻轻放下，其一部分边缘与带有微腔的图形硅片接触，另一部分边缘搭在活动杆上，其与带有微腔的图形硅片之间形成一定空隙，关上简易予键合装置的真空室上盖；

(4)打开简易予键合装置的真空阀，进行抽真空，时间15秒，使其内部真空度达20000Pa；

(5)关闭简易予键合装置的真空阀，打开氧气进气阀，充入纯度达99.9999％的氧气，时间为3秒，关闭氧气进气阀；

(5)重复步骤(4)和(5)的过程4-8次；

(6)向外位动活动杆，使所述普通硅片靠自身重力自然下落，与所述带有微腔的图形硅片贴合在一起，实现真空状态下的予键合；

(7)打开简易予键合装置的真空室上盖，取出已经予键合在一起的硅片；

(8)将已予键合在一起的硅片放入高温扩散炉，进行高温退火处理，温度为1000-1200℃，时间为8-15小时，气氛为氧气-氢氧合成气-氧气，最终实现带有微腔的图形硅片的真空键合。

有益效果：

本发明方法由于采取了以上技术方案，具有以下特点：

1)本发明方法操作简单，简单易行，实现了带有微腔的硅片键合的真空度，其微腔内的真空度能达到10^-1～10^-6Pa。

2)由于本发明方法不会带来二次粘污，使带有微腔的硅片键合成品率提高，可提高85％。

3)由于采用了简易的予键合装置，而无需使用昂贵的进口机器，大大降低了硅片键合的加工成本。

(四)附图说明

图1本发明的带有微腔的图形硅片的示意图；

图2是本发明带有微腔的图形硅片与普通硅片键合在一起后的示意图；

图3是本发明方法中使用的简易予键合装置的示意图。

(此简易予键合装置的内部结构俯视图和剖面图请参见实用新型“一种在硅片上制作真空微腔的予键合装置”03234160.1中的说明书附图)

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例及附图，对本发明作进一步详细说明。

本发明的带有微腔的图形硅片真空键合方法，其包括以下工艺步骤：