一种硅片与蓝宝石片直接键合的方法与流程

本发明涉及一种硅片与蓝宝石片直接键合的方法。

背景技术：

在mems（micro-electro-mechanicalsystem）的加工工艺中，通常会采用硅片键合技术，硅片与蓝宝石片键合就是常见的硅片键合技术之一，硅片与蓝宝石片键合完成后，再在硅片上制作不同的电子器件（如压力传感器等）。现有技术在进行硅片与蓝宝石片直接键合时，需要将硅片和蓝宝石片进行退火处理，退火温度越高，硅片与蓝宝石片之间的键合质量越好。然而，由于硅与蓝宝石线胀系数差距较大，在退火过程中产生的热应力较大，退火温度越高，热应力越大。当退火温度超过250℃时，足够大的热应力很容易导致硅片无规则碎裂，大大降低了键合的成品合格率。而当退火温度低于250℃时，键合质量较低，不能达到很多电子器件的制作需求。因此，有必要提供一种新的方法来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够提高硅片与蓝宝石片直接键合时的退火温度，同时保证键合质量的硅片与蓝宝石片直接键合的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种硅片与蓝宝石片直接键合的方法，包括以下步骤：

1)准备抛光后的硅片和抛光后的蓝宝石片，在所述硅片的单面或者双面蚀刻应力释放槽，所述应力释放槽包括至少一条第一槽体和至少一条第二槽体，任意一条所述第一槽体与任意一条所述第二槽体相交；

2)对所述硅片上具有应力释放槽的面进行等离子体活化处理，对所述蓝宝石片的单面进行等离子体活化处理；

3)将所述硅片上经过等离子体活化处理的面与所述蓝宝石片上经过等离子体活化处理的面相对贴合进行预键合；

4)将预键合后的硅片和蓝宝石片进行退火处理，使硅片和蓝宝石片完全键合，退火时的保持温度为250-450℃，退火时的保持时间为5-12小时。

优选的，所有所述第一槽体相互平行，所有所述第二槽体相互平行，所述第一槽体垂直所述第二槽体。

优选的，每相邻两个所述第一槽体之间的距离不全部相等，每相邻两个所述第二槽体之间的距离不全部相等。

优选的，在步骤3）中，预键合时包括加压和加温处理。

与现有技术相比，本发明硅片与蓝宝石片直接键合的方法的有益效果在于：本发明在所述硅片上蚀刻应力释放槽，在退火温度较高的情况下，能够使热应力在应力释放槽处相对集中释放，使硅片沿着应力释放槽开裂，从而防止硅片无规则碎裂，提高了键合质量，便于在键合后的硅片上制作电子器件。

附图说明

图1为本发明所述硅片与蓝宝石片预键合后的结构示意图；

图2为本发明所述硅片的结构示意图。

图中各标记如下：1、硅片；101、应力释放槽；2、蓝宝石片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例一：

一种硅片1与蓝宝石片2直接键合的方法，包括以下步骤：

1)准备抛光后的硅片1和抛光后的蓝宝石片2，在所述硅片1的单面或者双面蚀刻应力释放槽101，所述应力释放槽101包括至少一条第一槽体和至少一条第二槽体，任意一条所述第一槽体与任意一条所述第二槽体相交；

2)对所述硅片1上具有应力释放槽101的面进行等离子体活化处理，对所述蓝宝石片2的单面进行等离子体活化处理；

3)将所述硅片1上经过等离子体活化处理的面与所述蓝宝石片2上经过等离子体活化处理的面相对贴合进行预键合；

4)将预键合后的硅片1和蓝宝石片2进行退火处理，使硅片1和蓝宝石片2完全键合，退火时的保持温度为250℃，退火时的保持时间为5小时。

实施例二：

一种硅片1与蓝宝石片2直接键合的方法，包括以下步骤：

1)准备抛光后的硅片1和抛光后的蓝宝石片2，在所述硅片1的单面或者双面蚀刻应力释放槽101，所述应力释放槽101包括至少一条第一槽体和至少一条第二槽体，任意一条所述第一槽体与任意一条所述第二槽体相交；

2)对所述硅片1上具有应力释放槽101的面进行等离子体活化处理，对所述蓝宝石片2的单面进行等离子体活化处理；

3)将所述硅片1上经过等离子体活化处理的面与所述蓝宝石片2上经过等离子体活化处理的面相对贴合进行预键合；

4)将预键合后的硅片1和蓝宝石片2进行退火处理，使硅片1和蓝宝石片2完全键合，退火时的保持温度为450℃，退火时的保持时间为12小时。

实施例三：

一种硅片1与蓝宝石片2直接键合的方法，包括以下步骤：

1)准备抛光后的硅片1和抛光后的蓝宝石片2，在所述硅片1的单面或者双面蚀刻应力释放槽101，所述应力释放槽101包括至少一条第一槽体和至少一条第二槽体，任意一条所述第一槽体与任意一条所述第二槽体相交；

2)对所述硅片1上具有应力释放槽101的面进行等离子体活化处理，对所述蓝宝石片2的单面进行等离子体活化处理；

3)将所述硅片1上经过等离子体活化处理的面与所述蓝宝石片2上经过等离子体活化处理的面相对贴合进行预键合；

4)将预键合后的硅片1和蓝宝石片2进行退火处理，使硅片1和蓝宝石片2完全键合，退火时的保持温度为400℃，退火时的保持时间为11小时。

当一块所述硅片1需要键合一块所述蓝宝石片2时，在步骤1）中，在所述硅片1的单面蚀刻应力释放槽101；当一块所述硅片1需要键合两块所述蓝宝石片2时，在步骤1）中，在所述硅片1的双面蚀刻应力释放槽101，在步骤3）中，所述硅片1的正反面分别与一块蓝宝石片2进行预键合。

此外，本发明在对硅片1和蓝宝石片2进行预键合时包括加压和加温处理，能够提高预键合效果。在硅片1与蓝宝石片2完全键合以后，硅片1沿着所述第一槽体和第二槽体开裂，所述第一槽体和第二槽体将所述硅片1分隔成为若干用于制作不同电子器件的硅片加工块，不同硅片加工块上需要制作的电子器件种类不同，尺寸也不全部相同，因此，每相邻两个所述第一槽体之间的距离不全部相等，每相邻两个所述第二槽体之间的距离不全部相等。

在具体应用时，所有所述第一槽体相互平行，所有所述第二槽体相互平行，所述第一槽体垂直所述第二槽体。这种结构设计能够在保证每一块硅片加工块完整的情况下，使热应力相对均匀地释放。

综上所述，本发明在所述硅片1上蚀刻应力释放槽101，在退火温度较高的情况下，能够使热应力在应力释放槽101处相对集中释放，使硅片1沿着应力释放槽101开裂，从而防止硅片1无规则碎裂，在保证每一块硅片加工块完整的情况下提高键合质量，便于在每一块硅片加工块上制作电子器件。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种硅片与蓝宝石片直接键合的方法，包括以下步骤：1)准备抛光后的硅片和蓝宝石片，在所述硅片的单面或者双面蚀刻应力释放槽；2)对所述硅片上具有应力释放槽的面进行等离子体活化处理，对所述蓝宝石片的单面进行等离子体活化处理；3)将所述硅片上经过等离子体活化处理的面与所述蓝宝石片上经过等离子体活化处理的面相对贴合进行预键合；4)将预键合后的硅片和蓝宝石片进行退火处理，使硅片和蓝宝石片完全键合。本发明在所述硅片上蚀刻应力释放槽，在退火温度较高的情况下，能够使热应力在应力释放槽处相对集中释放，使硅片沿着应力释放槽开裂，从而防止硅片无规则碎裂，提高了键合质量，便于在键合后的硅片上制作电子器件。

技术研发人员：杨银堂;俞正寅;李策
受保护的技术使用者：昆山泰莱宏成传感技术有限公司
技术研发日：2017.08.07
技术公布日：2017.11.28