聚合物材料及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種聚合物材料，該聚合物材料包含有SU8和表面活性劑。SU8為疏水性材料，因此在鍵合的時候需要先加熱至130度以上使其回流，配合一定的壓強(qiáng)，使兩個硅片（玻璃片）完成鍵合。通過在SU8內(nèi)添加少量的表面活性劑，將SU8改為親水性的材料，這樣SU8的表面粘性就非常好，通過光刻固化使得SU8在高溫下仍然有很小量的回流，配合一定的壓強(qiáng)，即可完成鍵合，而且鍵合壓強(qiáng)低。本發(fā)明還公開了所述聚合物材料在鍵合中的應(yīng)用。
【專利說明】聚合物材料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種聚合物材料及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在MEMS (微機(jī)電系統(tǒng) Micro-Electro-Mechanical Systems)的膠鍵合(Adhesivebonding)工藝中，這種鍵合方式的工藝溫度低(〈250° C)，但鍵合強(qiáng)度較高。通常應(yīng)用于需要低溫工藝的MEMS器件和玻璃與玻璃鍵合。在Adhesive bonding中通常使用BCB或者SU8這兩種膠。BCB可以先圖形化再進(jìn)行鍵合(250° C)，但需要很高的壓強(qiáng)(>2bar)，對于需要低壓強(qiáng)鍵合的MEMS器件無法滿足需求。而SU8可以進(jìn)行低壓強(qiáng)鍵合(lbar)。但是SU8在常溫下是固態(tài)，類似于光刻膠，這樣是無法與另一片硅片粘合在一起的，SU8的特性是在130-150度的時候開始回流，在這種情況下會類似于膠水與另外一片硅片粘上。所以需要回流，如果沒有回流就無法鍵合。對于一些特殊結(jié)構(gòu)，如契形結(jié)構(gòu)(在鍵合時與上層硅片/玻璃片形成虹膜，參圖1 )，SU8在鍵合過程中，因為虹膜效應(yīng)，會流動并聚集在硅片與玻璃片之間，影響鍵合效果。而在鍵合前，通過曝光使SU8固化或部分固化的效果不好。如果SU8固化，就因為無法回流而不能鍵合。SU8部分固化，在鍵合時仍然表現(xiàn)出較強(qiáng)的回流特性，工藝窗口很小，不易控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種聚合物材料，該聚合物材料在應(yīng)用于膠鍵合工藝時，不僅可以解決SU8的回流問題，并且降低了 SU8的鍵合壓強(qiáng)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明公開了一種聚合物材料，其中，所述聚合物材料包含有SU8和表面活性劑。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述表面活性劑在所述聚合物材料中的質(zhì)量比為9%~11%。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述表面活性劑在所述聚合物材料中的質(zhì)量比為10%。
[0008]本發(fā)明還公開了所述聚合物材料在鍵合中的應(yīng)用。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鍵合的溫度為170-200度。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鍵合的壓強(qiáng)為0.5~lbar。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鍵合包括玻璃/玻璃鍵合、硅/玻璃鍵合、硅/硅鍵合或晶片/硅鍵合。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種聚合物材料，該聚合物材料包含有SU8和表面活性劑。SU8為疏水性材料，因此在鍵合的時候需要先加熱至130度以上使其回流，配合一定的壓強(qiáng)，使兩個硅片(玻璃片)完成鍵合。通過在SU8內(nèi)添加少量的表面活性劑，將SU8改為親水性的材料，降低SU8的表面張力，加強(qiáng)它的粘性，使得它更易于黏附，通過光刻固化使得SU8在高溫下仍然有很小量的回流，配合一定的壓強(qiáng)，即可完成鍵合，而且鍵合壓強(qiáng)低。【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中SU8膠在硅/玻璃鍵合中的應(yīng)用；
[0015]圖2所示為本發(fā)明實施例中聚合物材料在應(yīng)用于硅片/硅片鍵合時的電鏡圖；
[0016]圖3所示為圖2中A的放大圖。
【具體實施方式】
[0017]選擇鍵合技術(shù)的程序通常依賴于一系列要求，如溫度限制、密閉性要求和需要的鍵合后對準(zhǔn)精度。鍵合的選擇包括標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)工藝，如陽極鍵合、玻璃漿料鍵合和黏著鍵合，以及新發(fā)展的低溫共晶鍵合，金屬擴(kuò)散(共熔晶)鍵合和特定應(yīng)用中的硅熔融鍵合。
[0018]玻璃漿料鍵合廣泛應(yīng)用于加速度計的制造和微機(jī)電系統(tǒng)的生產(chǎn)。玻璃漿料是一種漿狀物質(zhì)，由鉛硅酸玻璃顆粒、鋇硅酸鹽填充物、漿料和溶劑組成。常見的應(yīng)用方法是通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)。通常情況下，圖形化后的漿料在每個芯片周圍，覆蓋30-200微米寬的環(huán)形區(qū)域，厚度為10-30微米。多余的溶劑在圖形化后通過烘烤漿料去除。在晶片對準(zhǔn)后進(jìn)行熱壓鍵合。在實際的玻璃漿料鍵合過程中，玻璃融化并與其中的填充物熔合，從而形成了具有極好密閉性的無空洞封接。
[0019]玻璃漿料鍵合的優(yōu)勢是人們熟悉的它的工藝流程和鍵合界面特性。融化的漿料和漿狀的初始狀態(tài)使工藝可以允許顆?；蛘咂渌⑿〉谋砻嫒毕?。通過鍵合機(jī)上所加力的不同可以控制漿料線的壓縮，通常是40%。漿料鍵合兩個最大的缺點是潔凈度較低、密封圈占用面積較大。也許，漿料鍵合最主要的缺點還在于不能實現(xiàn)高精度的對準(zhǔn)，因為在鍵合過程中，玻璃漿料軟化并開始黏性流動從而引起晶片發(fā)生滑動。
[0020]陽極鍵合與玻璃漿料鍵合兩種方法，占生產(chǎn)中微機(jī)電系統(tǒng)鍵合應(yīng)用的80%。陽極鍵合的機(jī)理決定了它只能應(yīng)用于玻璃和硅片鍵合。其機(jī)理是在穿過玻璃和硅片的界面的電場輔助作用下，離子向界面發(fā)生擴(kuò)散。這種技術(shù)可以用于表面為多晶硅層或玻璃層的基底。有一些鍵合設(shè)備也支持三層的疊層鍵合。陽極鍵合的優(yōu)勢包括有成熟的工藝和可接受的密封壽命，玻璃可以和很多種基底實現(xiàn)熱匹配可用于對器件實現(xiàn)真空封裝或者壓力封裝，并可以接受5nm或更差的微粗糙度。它的劣勢是工藝過程中采用了電壓而不能兼容CMOS電路，同時具有可移動的Na+離子的應(yīng)用，當(dāng)鈉聚集在陽極上及其外表面時會污染對離子敏感的其他電路。金屬鍵合屬于基于擴(kuò)散的和共晶的方法。擴(kuò)散鍵合在390-450°C的溫度下完成，需要相對較大的壓力來實現(xiàn)表面的緊密接觸。在金屬鍵合中，必須控制表面的粗糙度以及晶片的翹曲度。金屬合金在鍵合過程中會熔解并實現(xiàn)界面的平坦化。液態(tài)的界面使共晶鍵合需要施加相對較小卻要一致的壓力。在不同的冶金學(xué)系統(tǒng)中，如銅-錫，金-錫或金-硅，共晶合金形成于280-390°C之間。
[0021]黏著鍵合可以使用很多聚合物材料，包括BCB、SU8、WL5300以及大部分常見的光刻膠材料。作為一種特殊應(yīng)用，臨時鍵合采用聚合物實現(xiàn)中等結(jié)合強(qiáng)度的鍵合，將晶片鍵合到支撐基底上，如玻璃或藍(lán)寶石，以實現(xiàn)對器件晶片背面進(jìn)行工藝加工。背面加工結(jié)束后，通過紫外光，熱分解或溶劑可以解除界面的結(jié)合。黏著鍵合中聚合物或者是在室溫下通過旋涂涂膠或噴涂膠的方法覆在表面，或者直接是一層干的薄膜。黏著鍵合對于顆粒、表面厚度偏差和表面粗糙度有好的容忍度，這種鍵合不是密封的，從而沒有高溫收縮性。
[0022]SU8膠是一種負(fù)性、環(huán)氧樹脂型、近紫外線光刻膠。它適于制超厚、高深寬比的MEMS微結(jié)構(gòu)。SU8膠在近紫外光范圍內(nèi)光吸收度低，故整個光刻膠層所獲得的曝光量均勻一致，可得到具有垂直側(cè)壁和高深寬比的厚膜圖形；它還具有良好的力學(xué)性能、抗化學(xué)腐蝕性和熱穩(wěn)定性；SU8膠不導(dǎo)電，在電鍍時可以直接作為絕緣體使用。由于它具有較多優(yōu)點，被逐漸應(yīng)用于MEMS的多個研究領(lǐng)域。
[0023]SU8可以進(jìn)行低壓強(qiáng)鍵合(lbar)。但是SU8通常在130度的時候開始回流，對于一些特殊結(jié)構(gòu)，如契形結(jié)構(gòu)(在鍵合時與上層硅片/玻璃片形成虹膜，參圖1 )，SU8在鍵合過程中，因為虹膜效應(yīng)，會流動并聚集在硅片與玻璃片之間，影響鍵合效果。而在鍵合前，通過曝光使SU8固化或部分固化的效果不好。如果SU8固化，就因為無法回流而不能鍵合。SU8部分固化，在鍵合時仍然表現(xiàn)出較強(qiáng)的回流特性，工藝窗口很小，不易控制。
[0024]鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種聚合物材料，所述聚合物材料包含有SU8和表面活性劑。
[0025]SU8為疏水性材料，因此在鍵合的時候需要先加熱至130度以上使其回流，配合一定的壓強(qiáng)，使兩個硅片(玻璃片)完 成鍵合。通過在SU8內(nèi)添加少量的表面活性劑，將SU8改為親水性的材料，這樣SU8的表面粘性就非常好，通過光刻固化使得SU8在高溫下仍然有很小量的回流，配合一定的壓強(qiáng)，即可完成鍵合，而且鍵合壓強(qiáng)低。
[0026]下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]本發(fā)明實施例公開了一種聚合物材料，該聚合物材料包含有SU8和表面活性劑。
[0028]SU8膠可以選自美國的Microlithography Chemical公司生產(chǎn)的SU8系列光刻膠，如SU8-5和SU8-50，或者瑞士 Sotec Microsystems公司生產(chǎn)的SM系列光刻膠。
[0029]表面活性劑(surfactant),是指具有固定的親水親油基團(tuán),在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質(zhì)。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)具有兩親性:一端為親水基團(tuán)，另一端為憎水基團(tuán)；親水基團(tuán)常為極性的基團(tuán)，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等；而憎水基團(tuán)常為非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。表面活性劑分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑等。本實施例中的表面活性劑可以選自任何可以將表面從疏水變?yōu)橛H水的活性劑，作為優(yōu)選的，表面活性劑為Silwet618，GE。
[0030]SU8膠是疏水性材料，表面活性劑是親水物質(zhì)，將表面活性劑與SU8結(jié)合應(yīng)用于膠鍵合，可以將SU8改為親水性的材料。如此SUB表面粘性就非常好，在一定的溫度和壓強(qiáng)下可完成鍵合。鍵合效果參圖2和圖3所示。優(yōu)選的，表面活性劑的質(zhì)量比例為99Tll%，更優(yōu)選為10% ;完成鍵合的溫度為170-200度；鍵合的壓強(qiáng)為0.5~lbar。
[0031]上述聚合物材料可以應(yīng)用于玻璃/玻璃鍵合、硅/玻璃鍵合、硅/硅鍵合或晶片/硅鍵合。
[0032]在鍵合過程中，可以先將聚合物材料在室溫下通過旋涂涂膠或噴涂膠的方法覆在玻璃或硅的表面，然后再將玻璃、硅或晶片對準(zhǔn)后置于膠的上方。
[0033]綜上所述，本發(fā)明提供了一種聚合物材料，該聚合物材料包含有SU8和表面活性齊U。SU8為疏水性材料，因此在鍵合的時候需要先加熱至130度以上使其回流，配合一定的壓強(qiáng)，使兩個硅片(玻璃片)完成鍵合。通過在SU8內(nèi)添加少量的表面活性劑，將SU8改為親水性的材料，這樣SU8的表面粘性就非常好，通過光刻固化使得SU8在高溫下仍然有很小量的回流，配合一定的壓強(qiáng)，即可完成鍵合，而且鍵合壓強(qiáng)低。
[0034]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0035]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種聚合物材料，其特征在于:所述聚合物材料包含有SU8和表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物材料，其特征在于:所述表面活性劑在所述聚合物材料中的質(zhì)量比為99Tll%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物材料，其特征在于:所述表面活性劑在所述聚合物材料中的質(zhì)量比為10%。
4.權(quán)利要求1至3任一所述的聚合物材料在鍵合中的應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚合物材料，其特征在于:所述鍵合的溫度為170-200度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚合物材料，其特征在于:所述鍵合的壓強(qiáng)為0.5~lbar。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚合物材料，其特征在于:所述鍵合包括玻璃/玻璃鍵合、硅/玻璃鍵合、硅/硅鍵合或晶片/硅鍵合。
【文檔編號】G03F7/038GK103676481SQ201210346914
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月18日
【發(fā)明者】蘇佳樂 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司