一种利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法，所述方法步骤如下：对待键合材料的表面进行清洗→放置楔形片→放置玻璃晶片→活化待键合的晶片对→抽出楔形→手动施压完成键合。本发明专利技术通过利用紫外光能透过玻璃晶片对下方材料的待键合表面进行活化的方法，实施活化过程中的原位键合，既能减少污染物颗粒在表面的亲水性表面的吸附，也能在一定程度上降低人为因素的干扰，能够有效地提高玻璃与其他材料的键合质量，降低键合过程中的缺陷。

A method of glass and other materials placed by ultraviolet activation bonding

The invention discloses a method of using ultraviolet light to activate bonding superimposed glass and other materials. The method steps are as follows: cleaning the surface of bonding material placing wedge placing glass chip activating the wafer pair to be bonded pulling wedge manually pressing to complete bonding. By using the method of activating the bonded surface of the underlying material through the glass chip by ultraviolet light, the in-situ bonding in the activation process can reduce the adsorption of pollutant particles on the hydrophilic surface of the surface, reduce the interference of human factors to a certain extent, and effectively improve the glass and the glass. The bonding quality of other materials reduces the defects in the bonding process.

【技术实现步骤摘要】
一种利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法
本专利技术属于晶圆键合
，涉及一种玻璃与其他功能性材料进行键合的方法，具体涉及一种利用紫外光活化法键合叠加式放置的玻璃与其他功能性材料的方法。
技术介绍
晶圆键合是指对晶圆表面进行清洗及活化后实现原子级清洁的表面，然后将二者贴合，通过室温或低温退火从而实现二者的共价连接的过程。玻璃是一种良好的光透过性材料，几乎在所有波段其透光率都可达到甚至超过90%。此外，由于其热膨胀系数较小（0.56×10-6/K），具有良好的热稳定性，是许多光电器件、微流体器件及激光器的衬底材料。为了实现上述器件的性能，通常需要对玻璃与其他功能性材料（例如：硅、碳化硅等）进行键合。紫外光是一种波长位于100~400nm的电磁波，因其具有较高的能量，可以切断晶圆表面有机物和基体的共价键，从而达到清洗和活化的作用。采用紫外光活化法对晶圆进行键合时，通常将待键合的表面平行置于光源下方，照射一定时间后完成键合。但是由于大气中存在许多的尺寸微小污染物颗粒，极易吸附在紫外光活化后的亲水性表面，从而诱发键合缺陷的产生。此外，这种方法对于大尺寸的晶圆键合常常需要较大的光源面积，使得键合装置的体积和成本也会相应地提高。而且在将活化的表面进行贴合的过程中，常常会由于人为的操作致使活化的表面收到污染，从而产生未键合的区域。
技术实现思路
为了解决上述采用紫外光键合法存在的活化效率低，键合过程中易受到人为因素的干扰等问题，本专利技术提供了一种利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法。该方法不仅能够有效地提高紫外光的活化效率，减小装置的体积和成本，并且能够在一定程度上降低人为因素的干扰，有效地提高玻璃晶片与其他材料的键合质量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法，按照以下步骤实现高效的键合：对待键合材料的表面进行清洗→放置楔形片→放置玻璃晶片→活化待键合的晶片对→抽出楔形→手动施压完成键合，具体实施步骤如下：一、将待键合的玻璃晶片材料和非玻璃晶片材料以及若干枚楔形片进行清洗，所述具体清洗过程为：将待键合的玻璃晶片材料和非玻璃晶片材料以及若干枚楔形片置于去离子水中，室温下超声清洗5~15min；所述待键合的玻璃晶片材料和非玻璃晶片材料的厚度为0.1~0.5mm；所述楔形片的厚度为0.1~1mm，长度和宽度为5~15mm，数量应根据待键合样品的尺寸而选取2~4枚来隔离待见键合的晶圆表面；二、取若干枚楔形片均匀地置于待键合的非玻璃晶片材料表面的边缘；三、将待键合的玻璃晶片材料置于楔形片的上方，使得待键合的玻璃晶片材料表面与另一待键合的非玻璃晶片材料表面相对；四、将放置好的待键合晶片对置于紫外光光源正下方进行照射活化，所述紫外光光源的波长为100~400nm；所述待键合的玻璃晶片材料上表面距离紫外光光源的距离为0.5~2mm；所述活化时间可以根据待键合材料的不同控制在0.5~30min；五、完成活化后，原位抽去楔形片，使得待键合表面相互贴合；六、关闭紫外光光源，取出表面贴合的晶片对，手动施加压力完成键合。本专利技术的键合原理如下：由于玻璃晶片相比于其他材料对紫外光具有较好的透过性，因此，紫外光可以对平行放置的玻璃晶片两侧同时进行清洗及活化。紫外光自身具有极高的能量，当作用于材料表面时，一方面可以打断材料表面有机污染物中的共价键，使其变成CO2、H2O等气体而挥发，从而达到清洗的作用；另一方面，紫外光可以打断材料基体表面的化学键，使其表面处于高活性状态，悬挂更多的-OH官能团，使得表面更加的亲水，从而达到活化的目的。当玻璃晶片与另一种待键合材料叠层放置时，由于紫外光既能活化玻璃的表面，又能透过玻璃与另一待键合材料的表面相互作用，使得二者的表面都产生更多的-OH官能团。当抽去待键合材料表面间的楔形片时，待键合的表面会通过Si-OH+HO-Si→Si-O-Si+H2O的脱水反应实现共价连接。相比于现有技术，本专利技术具有以下优点：（1）相同的紫外光光源面积下可以活化更多的晶圆表面，提高紫外光的活化效率；（2）通过利用紫外光对玻璃晶片的双面清洗及活化作用，改善表面的亲水性，使得亲水键合易于发生；（3）通过利用紫外光能透过玻璃晶片对下方材料的待键合表面进行活化的方法，实施活化过程中的原位键合，既能减少污染物颗粒在表面的亲水性表面的吸附，也能在一定程度上降低人为因素的干扰，能够有效地提高玻璃与其他材料的键合质量，降低键合过程中的缺陷。附图说明图1为本专利技术的键合方法工艺流程图；图2为实施例1中利用172nm的真空紫外光活化前后得到的硅和碳化硅表面的润湿角；图3为实施例1中利用172nm的真空紫外光活化后所得到的碳化硅/玻璃的键合图像；图4为实施例2中利用172nm的真空紫外光活化后所得到的硅/玻璃的键合图像；图中：1为楔形片，2为待键合的非玻璃晶片材料，3为紫外光光源，4为玻璃晶片，5为碳化硅片，6为水滴。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1：本实施例提供了一种利用紫外光活化法键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法，如图1所示，具体实施步骤如下：（1）将待键合材料和楔形片进行清洗：将尺寸均为10×10×0.5mm的玻璃晶片、碳化硅晶片和两枚长度为15mm、宽度为5mm、厚度为0.5mm的楔形片浸泡于去离子水中，进行超声清洗10min，取出后采用氮气流吹干。（2）放置楔形片：取两枚上述尺寸的楔形放置在碳化硅晶片的边缘。（3）放置玻璃晶片：将清洗过的待键合一侧的玻璃晶片与待键合一侧的碳化硅晶片相对，并放置于楔形片上方。（4）活化待键合的晶片对：将放置好的待键合的碳化硅晶片和玻璃晶片对放置于紫外光光源正下方的1mm距离处（玻璃片的上表面距离光源距离为1mm），采用波长为172nm的真空紫外光照射15min。从图2中可以看出，经真空紫外光照射后，硅和碳化硅待键合表面的润湿角均<2º，变得极其亲水，有利于二者的亲水键合。（5）抽出楔形片：不关闭紫外光光源，抽出碳化硅晶片和玻璃晶片间的楔形片，使得键合表面相互贴合。（6）手动施压完成键合：关闭紫外光光源，取出表面贴合的晶片对，对未键合区域采用手动加压的方式完成碳化硅晶片和玻璃晶片的键合。从图3中可以看出键合效果理想，几乎没有孔洞。实施例2：本实施例提供了一种利用紫外光活化法键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法，具体实施步骤如下：（1）将待键合材料和楔形片进行清洗：将尺寸均为10×10×0.5mm的玻璃晶片、硅晶片和两枚长度为15mm、宽度为5mm、厚度为0.5mm的楔形片浸泡于去离子水中，进行超声清洗10min，取出后采用氮气流吹干。（2）放置楔形片：取两枚上述尺寸的楔形放置在硅晶片的边缘。（3）放置玻璃晶片：将清洗过的待键合一侧的玻璃晶片与待键合一侧的硅晶片相对，并放置于楔形片上方。（4）活化待键合的晶片对：将放置好的待键合的硅晶片和玻璃晶片对放置于紫外光光源正下方的1mm距离处（玻璃片的上表面距离光源距离为1mm），采用波长为172nm的真空紫外光照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法，其特征在于所述方法具体实施步骤如下：一、将待键合的玻璃晶片材料和非玻璃晶片材料以及若干枚楔形片进行清洗；二、取若干枚楔形片均匀地置于待键合的非玻璃晶片材料表面的边缘；三、将待键合的玻璃晶片材料置于楔形片的上方，使得待键合的玻璃晶片材料表面与另一待键合的非玻璃晶片材料表面相对；四、将放置好的待键合晶片对置于紫外光光源正下方进行照射活化；五、完成活化后，原位抽去楔形片，使得待键合表面相互贴合；六、关闭紫外光光源，取出表面贴合的晶片对，手动施加压力完成键合。

【技术特征摘要】
1.一种利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法，其特征在于所述方法具体实施步骤如下：一、将待键合的玻璃晶片材料和非玻璃晶片材料以及若干枚楔形片进行清洗；二、取若干枚楔形片均匀地置于待键合的非玻璃晶片材料表面的边缘；三、将待键合的玻璃晶片材料置于楔形片的上方，使得待键合的玻璃晶片材料表面与另一待键合的非玻璃晶片材料表面相对；四、将放置好的待键合晶片对置于紫外光光源正下方进行照射活化；五、完成活化后，原位抽去楔形片，使得待键合表面相互贴合；六、关闭紫外光光源，取出表面贴合的晶片对，手动施加压力完成键合。2.根据权利要求1所述的利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他材料的方法，其特征在于所述清洗过程为：将待键合的玻璃晶片材料和非玻璃晶片材料以及若干枚楔形片置于去离子水中，室温下超声清洗5~15min。3.根据权利要求1或2所述的利用紫外光活化键合叠加式放置的玻璃与其他...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨曦，许继开，王源，吴斌，康秋实，王特，赵珈辉，李义邦，田艳红，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23