鍵合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種鍵合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鍵合是一種在微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanic System, MEMS)加工工藝中廣泛使用的技術(shù)，其通過(guò)化學(xué)和物理作用將兩個(gè)襯底(例如硅片與硅片、玻璃片或其他材料)緊密地結(jié)合起來(lái)。以硅片和玻璃片的鍵合為例，一般采用陽(yáng)極鍵合，在預(yù)定的溫度和預(yù)定真空度下，在硅片與玻璃之間施加電壓，通過(guò)在硅片和玻璃片表面形成的靜電力，將硅片和玻璃片吸附在一起。并且鍵合過(guò)程中需要對(duì)硅片和玻璃片進(jìn)行加熱，因此鍵合之后需要進(jìn)行降溫。
[0003]現(xiàn)有的降溫方法包括兩種，一種是在鍵合完成之后，直接在具有預(yù)定真空度的鍵合腔體內(nèi)降溫，這可以保證產(chǎn)品的鍵合質(zhì)量，然而需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。另一種是在鍵合完成之后，立即破真空，在大氣環(huán)境中降溫，這樣雖然可以縮短冷卻時(shí)間，但卻會(huì)導(dǎo)致鍵合的兩個(gè)襯底由于溫度不同而發(fā)生變形。
[0004]因此，有必要提出一種鍵合的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鍵合的方法。所述方法包括:a)提供待鍵合的第一襯底和第二襯底；b)將所述第一襯底和所述第二襯底分別固定至上熱板和下熱板，且將所述第一襯底和所述第二襯底分別連接至電源的陽(yáng)極和陰極，以在第一預(yù)定真空度和第一預(yù)定溫度下將所述第一襯底和所述第二襯底鍵合；c)將所述上熱板與所述第一襯底分離，并在第二預(yù)定真空度下對(duì)所述下熱板進(jìn)行冷卻；d)當(dāng)所述上熱板的溫度下降到第二預(yù)定溫度時(shí)，在大氣壓下冷卻鍵合后的所述第一襯底和所述第二襯底。
[0006]優(yōu)選地，所述第一襯底為玻璃片和硅片中的一種，且所述第二襯底為所述玻璃片和所述娃片中的另一種。
[0007]優(yōu)選地，所述第一預(yù)定溫度為350°C?400°C。
[0008]優(yōu)選地，所述第二預(yù)定溫度為250°C?270°C。
[0009]優(yōu)選地，所述第二預(yù)定真空度高于或等于所述第一預(yù)定真空度。
[0010]優(yōu)選地,所述第一預(yù)定真空度為I X ICT4Iiibar?I X lCT3mbar。
[0011]優(yōu)選地，所述d)步驟包括:在所述上熱板的溫度下降到所述第二預(yù)定溫度之前，保持對(duì)所述下熱板冷卻；在所述上熱板的溫度達(dá)到所述第二預(yù)定溫度時(shí)，使所述第一襯底和所述第二襯底處于大氣壓；在所述上熱板的溫度下降到第三預(yù)定溫度之前，保持對(duì)所述下熱板冷卻；以及在所述上熱板的溫度達(dá)到所述第三預(yù)定溫度時(shí)，停止對(duì)所述下熱板冷卻。
[0012]優(yōu)選地，所述第三預(yù)定溫度為80°C?120°C。
[0013]優(yōu)選地，所述b)步驟中施加的鍵合電壓為700V?1000V。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的鍵合方法在鍵合完成之后，將第一襯底、第二襯底、上熱板以及下熱板保持在真空環(huán)境下，并待上熱板的溫度降至預(yù)定溫度后再在大氣壓下進(jìn)行冷卻。該方法可以在保證鍵合質(zhì)量的同時(shí)縮短冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
[0015]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0016]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鍵合的方法的流程圖；
[0018]圖2A-2C是根據(jù)圖1中示出的流程圖鍵合第一襯底和第二襯底過(guò)程中各個(gè)步驟的示意圖；以及
[0019]圖3是采用不同的鍵合方法形成的產(chǎn)品的PCM參數(shù)輸出靈敏度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]接下來(lái)，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開(kāi)徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0021]應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由稀⑴c之相鄰、連接或耦合到其他元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖诰娱g的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)印?br>[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種鍵合的方法。下面將結(jié)合圖1所示的流程圖和圖2A-2C所示的結(jié)構(gòu)示意圖詳細(xì)介紹根據(jù)本發(fā)明的鍵合的方法。
[0023]步驟SllO:提供待鍵合的第一襯底和第二襯底。
[0024]如圖2A所示，提供待鍵合的第一襯底210和第二襯底220。第一襯底210可以為玻璃片和硅片中的一種，第二襯底220可以為玻璃片和硅片中的另一種。例如，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一襯底210可以為玻璃片,第二襯底220可以為娃片。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明提供的方法不限于鍵合玻璃片和硅片，而是該方法可以用于鍵合任何其他的相同或不同材料的襯底，只要這兩種襯底適于采用下述方法進(jìn)行鍵合即可。
[0025]步驟S120:將第一襯底和第二襯底分別固定至上熱板和下熱板，且將第一襯底和第二襯底分別連接至電源的陽(yáng)極和陰極，以在第一預(yù)定真空度和第一預(yù)定溫度下將第一襯底和第二襯底鍵合。
[0026]如圖2B所示，將第一襯底210固定至上熱板310上，將第二襯底22固定至下熱板320上。上熱板310和下熱板320可以為第一襯底210和第二襯底220提供熱量，以使第一襯底210和第二襯底220在鍵合過(guò)程中具有第一預(yù)定溫度。通常情況下，第一襯底210、第二襯底220、上熱板310和下熱板320都會(huì)放置在密閉的鍵合腔體內(nèi)，以便使第一襯底210和第二襯底220在真空環(huán)境下進(jìn)行鍵合?，F(xiàn)有鍵合腔體內(nèi)的下熱板320上一般設(shè)置有冷卻裝置(未示出)，以提高鍵合完成之后的冷卻速度。而為了節(jié)省成本，上熱板310上并未設(shè)置任何冷卻裝置。第一襯底210和第二襯底220分別連接至電源330的陽(yáng)極和陰極，以便在第一襯底210和第二襯底220施加電場(chǎng),使得離子如后文所描述地在電場(chǎng)下移動(dòng)而在第一襯底210和第二襯底220之間形成靜電力。因此，根據(jù)待鍵合的第一襯底210和第二襯底220的材料，第一襯底210和第二襯底220中的一個(gè)連接至電源330的陽(yáng)極，且另一個(gè)連接至電源330的陰極。例如，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一襯底210為玻璃片，第二襯底220為硅片時(shí)，將第一襯底210連接至電源330的陰極，將第二襯底220連接至電源330的陽(yáng)極。陰極和陽(yáng)極之間的鍵合電壓優(yōu)選地可以為700V?1000V。例如，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，陰極和陽(yáng)極之間的鍵合電壓可以為800V。
[0027]鍵合時(shí)，先開(kāi)啟上熱板310和下熱板320，以將第一襯底210和第二襯底220加熱至第一預(yù)定溫度。當(dāng)溫度升高后，第一襯底210中的Na+離子、02_離子的遷移率提高。在電場(chǎng)作用下，帶正電的Na+離子向陰極遷移，并在陰極被中性化。然而，在第一襯底210中束縛的帶負(fù)電的02_離子不動(dòng)，并在第二襯底220的表面感應(yīng)形成一層空間正電荷層，使得第一襯底210和第二襯底220之間產(chǎn)生靜電力而將第一襯底210和第二襯底220吸附到一起，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)電形成S12鍵合層230，將第一襯底210和第二襯底220鍵合到一起。
[0028]一般來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)現(xiàn)有的檢測(cè)鍵合過(guò)程中的傳輸電荷量來(lái)確定鍵合是否完成。當(dāng)然，也可以采用其他的方式來(lái)確定。
[0029]上文中提到的第一預(yù)定溫度可以根據(jù)第一襯底210和第二襯底220的材料確定。由于在升溫的過(guò)程中，第一襯底210和第二襯底220會(huì)發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，并且熱膨脹系數(shù)會(huì)隨著溫度的變化而變化。對(duì)于不同材料的鍵合，優(yōu)選地選擇在熱膨脹系數(shù)相同或相近的在溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鍵合。這樣可以避免鍵合后的第一襯底210和第二襯底220發(fā)生變形。因此，優(yōu)選地，第一預(yù)定溫度可以選擇這樣的溫度范圍:在第一預(yù)定溫度時(shí)，第一襯底210和第二襯底220的熱膨脹系數(shù)相同或相近。例如，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝灰r底210為玻璃片，第二襯底220為硅片時(shí)，第一預(yù)定溫度可以為350°C?400°C。例如，第一預(yù)定溫度可以為370°C。在350°C?400°C的溫度范圍內(nèi)，玻璃片和硅片的熱膨脹系數(shù)基本一致，因此，