带有Si_3N_4薄膜的玻璃-硅-玻璃三层结构的阳极键合.pdf

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1、2013年第32卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicresystemTechnologies)63带有Si3N4薄膜的玻璃一硅一玻璃三层结构的阳极键合林智鑫．-，王盛贵，刘琦，曾毅波，郭航(1．厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门361005；2．厦门大学萨本栋微米纳米技术研究院。福建厦门361005)摘要：为了获得高品质的带有Si。N薄膜三层(玻璃一硅一玻璃)的阳极键合结构，对阳极键合的相关工艺参数进行了研究；设计搭建了实验平台并采用点阴极，以实时观察键合界面是否达到同形质的黑色从而判断阳极键合质

2、量，对键合后的样品进行拉力测试，研究表明：当采用键合温度为400℃，电压为1200V，压力为450Pa，可获得键合面积大于90％的带有Si。N薄膜的三层阳极键合结构。关键词：阳极键合；SiN。薄膜；玻璃一硅一玻璃；三层键合中图分类号：TN305．94文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)08-0063-04Anodicbondingofglass—silicon—glassthree—layerstructurethSi3N4thinfilmLINZhi．xin，WANGSheng—gui，LIUQi。

3、，ZENGYi—bo，GUOHang'(1．SchoolofPhysicsandMechanicalandElectricalEngineering，XiamenUniversity，Xiamen361005，China；2．Pen-TungSahInstituteofMicro-NanoScienceandTechnology，XisulenUniversity，Xiamen361005，China)Abstract：Inordertoobtainhighqualityofanedicbondingstructure

4、ofass—silicon一asswitllSi3N毒thinfilm，relatedprocessparametersofanedicbondingisresearched．DesignandbuildupexperimentalplatformandUSepointcathodetoreal—time0bservewhetherifthebondinginterfaceisblackofthesainecharacterSOastojudgequalityofanodicbonding．andbondedsampl

5、esaretestedontension．Theresearchshowthatmorethan90％wafer8feacanbeobt~nedforglass·silicon—siliconthree—layeranodicbondingwithSi3N‘structurewhenthevoltageandpressureisI200Vand450Parespectively．at400℃．Keywords：anodicbonding；Si3N4thinfilm；glass—silicon—gIass；three-l

6、ayerbonding0引言相比较于SiO薄膜，Si。N。薄膜结构致密，不仅具有优键合技术是微纳器件与系统的制造与封装技术中一种异抗氧化、抗腐蚀的化学性能，而且具有抗折断强度高、抗非常重要的工艺方法。目前，键合技术包括阳极键合、熔融疲劳强度高、高弹性模量以及耐磨性强等优良的力学和机键合和共晶键合等。所谓阳极键合，又称静电键合，是一种械性能，是制作各种微纳器件与系统如射频开关J、谐振将硅片与玻璃相接的方法，具有工艺简单、残余应力小、结器等的最主要的机械结构材料之一。合强度高、密封性好等优点怕J。由于Si3N4薄膜中的si

7、-N键化学稳定性，键能要优于基于阳极键合，完成硅一玻璃乃至含有中间层氧化硅Si—O键。键合时，需要更高的能量使得s卜N断裂，因此，含(SiO)的硅一玻璃键合的工艺已经成熟。采用键合温度为有SiaN．中间层阳极键合要比单纯的硅一玻璃乃至含有中320-360℃，键合电压为600—800V，键合时间为15min，间层si的硅一玻璃阳极键合难度更大。PlazaJA等人硅一玻璃键合能够获得95％以上的键合面积。同时对于阳采用相同的阳极键合工艺，比较了含有SiO，SiN。，多晶硅极键合机理，AnthonyTR也做了探讨，认为对于含

8、有中间层阳极键合的效果，实验说明：多晶硅的键合效果最SiO的中间层阳极键合，所施加的电压，一部分用于产生佳，si0的键合效果次之，而si。的键合效果最差。Hsieh静电力使得硅一玻璃之间能够紧密贴合，另一部分则耗尽于GW等人采用键合压力比纯硅一玻璃键合压力高1倍的SiO薄膜之中。工艺参数，其含有Si。的阳极键合面积也仅有45％。因