專利名稱：一種有腔體的SiC-SiC真空鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SiC微機械電子系統(tǒng)(MEMQ制造中的鍵合工藝，特別是涉及一種有腔體的SiC-SiC片真空鍵合方法，它適用于MEMS中的鍵合工藝。
背景技術(shù)：
SiC材料在高溫下具有非常出色的熱、力和電學(xué)性能，這為制造適用于高溫惡劣環(huán)境下的SiC-MEMS傳感器提供了保證。SiC-MEMS傳感器的潛在市場包括以下幾個方面射頻MEMS、超高溫壓力傳感器、發(fā)動機中的加速度計、光學(xué)MEMS等。在制備SiC-MEMS器件時，需要將兩個SiC片鍵合在一起，其中一個SiC片上要制作一定尺寸的腔體，而且腔體在鍵合后要保證一定的真空度。SiC不同于Si材料，常態(tài)下經(jīng)親水處理后不能實現(xiàn)預(yù)鍵合。G. N. Yushin (Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 742)等通過加載 20ΜΙ^的壓力，在800°C 1100°C高真空環(huán)境中實現(xiàn)SiC-SiC直接鍵合。US49615^提出通過Ti3SiC2可以實現(xiàn)SiC-SiC鍵合，這兩種鍵合方法均不能實現(xiàn)SiC與SiC之間絕緣。US4352120發(fā)明了一種新的鍵合方法實現(xiàn)SiC與SiC之間絕緣，該方法在至少一片SiC上制備SiO2,然后在SiA上面制備金屬層，最終通過焊接方法實現(xiàn)了 SiC與SiC的鍵合。但是由于金屬焊層的存在，限制了其在高溫環(huán)境中的使用。US5098494通過在SiC表面制備Si或SW2等實現(xiàn)SiC與SiC的鍵合。鍵合溫度為1150°C，壓力0. 3kgf。由于沒有對Si或者SW2表面進行平坦化處理，鍵合只能采用熱壓的方法。在熱壓鍵合過程中不易實現(xiàn)片與片之間的對準，而且不能實現(xiàn)帶有腔體的SiC-SiC
真空鍵合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有腔體的SiC-SiC真
空鍵合方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種有腔體的SiC-SiC真空鍵合方法，方法需要將帶有腔體的SiC片和無腔體SiC片進行鍵合，步驟如下(1)利用低壓化學(xué)氣相淀積方法在帶有腔體的SiC片和無腔體SiC片表面生長磷硅玻璃PSG，生長厚度500nm IOOOnm ；(2)對步驟(1)處理后的兩個SiC片上生成的PSG進行拋光處理，拋光后PSG表面粗糙度小于0. 5nm ；(3)對拋光處理后的兩個SiC片進行清洗和活化處理，首先擦洗拋光后的PSG表面，并在PH< 11的堿性溶液中進行超聲清洗；接著進行親水化處理，甩干；(4)對活化處理后的兩個SiC片進行預(yù)鍵合，預(yù)鍵合后進行高溫退火，完成有腔體的SiC-SiC真空鍵合。所述步驟中的預(yù)鍵合為將兩個SiC片按照對準標記對準后貼合，并施加 0. 5MPa 5MPa的壓力，升溫360°C 450°C，保持壓力3Omin 6Omin。
所述步驟中的高溫退火過程為室溫至800°C升溫速率不超過10°C /min, 800°C保溫40min 60min，后續(xù)退火溫度900°C 1100°C，氣氛為Ar或N2，保溫時間2h 6h。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明利用PSG作為鍵合中間層，可以有效實現(xiàn)兩個SiC片之間的絕緣，且其高溫回流性能彌補SiC片面型參數(shù)的不足，通過化學(xué)機械拋光易于獲得小于0. 5nm的表面粗糙度，將鍵合率提高到80%以上。(2)拋光后的PSG利用聚乙烯醇擦洗和稀堿溶液超聲，可以有效去除表面殘留的拋光液和顆粒，有效消除二次沾污，提高鍵合晶片表面光潔度。(3)鍵合過程分為低溫預(yù)鍵合和高溫退火。在低溫預(yù)鍵合過程中可以實現(xiàn)圖形的對準，并保證鍵合密封腔體的真空度小于10_2Pa，高溫退火過程可以增加鍵合強度。由于 SiC晶片預(yù)鍵合成功之后已經(jīng)具備了一定的結(jié)合力，因此在高溫退火過程中無需施加額外壓力，避免了高溫高壓下對腔體結(jié)構(gòu)的損壞和對晶片表面的擴散沾污。


圖1本發(fā)明的帶有腔體的SiC片的示意圖；圖2本發(fā)明的表面長有PSG的帶有腔體圖形和無圖形的SiC片的示意圖；圖3本發(fā)明的帶有腔體圖形的SiC片和無腔體SiC片真空鍵合的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例子及附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。本發(fā)明的帶有腔體的SiC-SiC真空鍵合方法，包括以下工藝步驟(1)準備SiC單晶片2片，其導(dǎo)電類型可以是N型或P型，清洗干凈。(2)在SiC片1上濺射沉積刻蝕掩蔽膜，光刻圖形化。對SiC片1進行干法刻蝕， 設(shè)備為Alcatel公司AMS200。掩蔽膜3為Ti和Ni，其中Ti厚度約20nm，Ni厚度不小于 300nm?？涛g溫度0°C 30°C, SF6氣體流量40sccm lOOsccm，O2氣體流量5sccm 25sccm， 刻蝕深度5 μ m 10 μ m。本例中刻蝕溫度20°C，SF6氣體流量80sccm，O2氣體流量20sccm，刻蝕深度8 μ m， 如圖1所示?？涛g結(jié)束后用HNO3溶液去除掩蔽膜3。(3)利用LPCVD在帶有腔體圖形SiC片1和無圖形的SiC片2表面生長磷硅玻璃 (PSG) 4，生長溫度 695°C 740°C，TEOS 溫度 24. 4°C，O2 氣體流量 150sccm 200sccm，PH3 (N2 稀釋)氣體流量50sccm 150sccm，工作時腔體壓力250mTorr，生長厚度500nm IOOOnm.本例中的O2氣體流量180sccm，PH3(N2稀釋)氣體流量lOOsccm，生長厚度780nm， 如圖2所示。(4)利用CMP設(shè)備對SiC片上制備的PSG薄膜4進行拋光。拋光時，拋光壓力 lkgf-4kgf，拋光盤轉(zhuǎn)速30rpm 70rpm，拋光頭轉(zhuǎn)速20rpm 40rpm，拋光液為SiR懸濁液， 其中SiA顆粒IOnm lOOnm。拋光后PSG表面粗糙度小于0. 5nm。本例中拋光壓力Ikgf ^gf,拋光盤轉(zhuǎn)速60rpm，拋光頭轉(zhuǎn)速40rpm，拋光液為氧化硅懸濁液，其中氧化硅顆粒20nm 50nm，拋光墊為IC1000。拋光后PSG表面粗糙度為0. 42nm。( 用聚乙烯醇或性能相似的材料擦洗拋光后的PSG表面，并在1 20稀釋的氨水溶液中進行超聲清洗IOmin 15min。最后進行親水處理，甩干。(6)對拋光后的片子進行低溫預(yù)鍵合。鍵合設(shè)備采用AML公司的AWB-04鍵合機。 將帶有腔體圖形的SiC片1放入底部托盤，無圖形的SiC片2固定在上部托盤。關(guān)閉腔體抽真空，當系統(tǒng)真空度小于時，將兩個SiC片對準后貼合并施加0. 5MPa 5MPa的壓力，升溫至360°C 450°C，保持溫度和壓力30min 60min，待保溫結(jié)束后卸壓。在溫度低于100°C后將鍵合片取出。本例中施加的壓力為IMPa 2MPa，升溫溫度為400°C 450°C，保持壓力45min。(7)將已經(jīng)預(yù)鍵合的SiC-SiC片放入高溫爐進行高溫退火。室溫至800°C升溫速率不超過10°c /min，800°C保溫40min 60min，后續(xù)退火溫度900°C 1100°C，氣氛為Ar 或N2，保溫時間池 他，最終實現(xiàn)帶有腔體的SiC-SiC片的真空鍵合。本例中室溫至800°C的升溫速率8°C /min,在800°C保溫Ih后，升溫至1000°C，保溫時間池，氣氛為Ar，最終實現(xiàn)帶有腔體5的SiC片的真空鍵合。鍵合后結(jié)構(gòu)如圖3所示。(8)使用拉力測試儀檢驗SiC-SiC鍵合強度，拉伸強度可達5MPa。鍵合界面掃描電鏡可以觀察到上下SiC片上的鍵合中間層已經(jīng)融為一體6。本發(fā)明未詳細說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
1.一種有腔體的SiC-SiC真空鍵合方法，方法需要將帶有腔體的SiC片和無腔體SiC 片進行鍵合，其特征在于步驟如下(1)利用低壓化學(xué)氣相淀積方法在帶有腔體的SiC片和無腔體SiC片表面生長磷硅玻璃PSG，生長厚度500nm IOOOnm ；(2)對步驟(1)處理后的兩個SiC片上生成的PSG進行拋光處理，拋光后PSG表面粗糙度小于0. 5nm ；(3)對拋光處理后的兩個SiC片進行清洗和活化處理，首先擦洗拋光后的PSG表面，并在PH < 11的堿性溶液中進行超聲清洗；接著進行親水化處理，甩干；(4)對活化處理后的兩個SiC片進行預(yù)鍵合，預(yù)鍵合后進行高溫退火，完成有腔體的 SiC-SiC真空鍵合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有腔體的SiC-SiC真空鍵合方法，其特征在于所述步驟中的預(yù)鍵合為將兩個SiC片按照對準標記對準后貼合，并施加0. 5MPa 5MPa的壓力，升溫360°C 450°C，保持壓力3Omin 6Omin。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有腔體的SiC-SiC真空鍵合方法，其特征在于所述步驟⑷中的高溫退火過程為室溫至800°C升溫速率不超過10°C /min，800°C保溫40min 60min，后續(xù)退火溫度900°C 1100°C，氣氛為Ar或N2，保溫時間2h 6h。
全文摘要
一種有腔體的SiC-SiC真空鍵合方法，方法需要將帶有腔體的SiC片和無腔體SiC片進行鍵合，步驟如下(1)利用低壓化學(xué)氣相淀積方法在帶有腔體的SiC片和無腔體SiC片表面生長磷硅玻璃PSG，生長厚度500nm～1000nm；(2)對步驟(1)處理后的兩個SiC片上生成的PSG進行拋光處理，拋光后PSG表面粗糙度小于0.5nm；(3)對拋光處理后的兩個SiC片進行清洗和活化處理，首先擦洗拋光后的PSG表面，并在pH＜11的堿性溶液中進行超聲清洗；接著進行親水化處理，甩干；(4)對活化處理后的兩個SiC片進行預(yù)鍵合，預(yù)鍵合后進行高溫退火，完成有腔體的SiC-SiC真空鍵合。
文檔編號B81C3/00GK102502482SQ201110439289
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者劉文亮, 尹玉剛, 張世名, 鄒黎明 申請人:北京遙測技術(shù)研究所, 航天長征火箭技術(shù)有限公司