專利名稱：一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其是一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
鍵合技術(shù)是指將兩拋光硅片經(jīng)化學(xué)清洗后貼合在一起，再經(jīng)過(guò)高溫退火處理，界面發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵的連接。這種硅片直接鍵合技術(shù)現(xiàn)已成為制備復(fù)合材料及實(shí)現(xiàn)微機(jī)械加工的重要手段。在鍵合技術(shù)中，鍵合強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它是關(guān)系到鍵合好壞的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。在工業(yè)應(yīng)用中，許多器件都要求有足夠的鍵合強(qiáng)度，鍵合強(qiáng)度小，在加工過(guò)程中鍵合片很有可能會(huì)開裂，導(dǎo)致失效；鍵合強(qiáng)度足夠大，才能保證產(chǎn)品的成品率和質(zhì)量。目前鍵合強(qiáng)度測(cè)量有直拉法和裂紋傳播法。直拉法被廣泛用于鍵合片的鍵合強(qiáng)度測(cè)量中，是用拉開鍵合片的最大拉力來(lái)表示的，但這種方法卻受到了拉力手柄粘合劑等的諸多限制，測(cè)量方法不夠靈活、方便，同時(shí)也是一種破壞性檢測(cè)方法。裂紋傳播法，也稱刀片法，是采用刀片沿鍵合界面插入，觀測(cè)斷裂深度來(lái)反映鍵合強(qiáng)度，這種方法雖然簡(jiǎn)單，對(duì)鍵合片的破壞小，但由于硅片性脆，操作困難且讀數(shù)誤差大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前硅片鍵合強(qiáng)度測(cè)量方法存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)置靈活，操作方便的測(cè)量鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括襯底硅片、結(jié)構(gòu)硅片，在所述結(jié)構(gòu)硅片一面設(shè)置有鍵合區(qū)域、支撐點(diǎn)，另一面設(shè)置有加力點(diǎn)，所述支撐點(diǎn)設(shè)置在鍵合區(qū)域和加力點(diǎn)之間，所述襯底硅片和結(jié)構(gòu)硅片通過(guò)鍵合區(qū)域鍵合成一體。本發(fā)明中，鍵合區(qū)域是用于測(cè)量鍵合強(qiáng)度的，支撐點(diǎn)在鍵合區(qū)域和加力點(diǎn)之間起杠桿支點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)的作用，當(dāng)外加垂直作用力作用至加力點(diǎn)的位置時(shí)，根據(jù)杠桿傳遞原理，鍵合區(qū)域會(huì)產(chǎn)生向上的拉力。設(shè)鍵合區(qū)域到支點(diǎn)的距離為L(zhǎng)2，支點(diǎn)到加力點(diǎn)的距離為L(zhǎng)i，則由F · L1 = Fpull · L2，得到Fpull = F · L1ZV設(shè)置適當(dāng)?shù)腣L2比例，可以調(diào)節(jié)作用力的大??；反之，當(dāng)已知F，可以算出Fpull。本發(fā)明可以是支撐點(diǎn)和加力點(diǎn)各為一個(gè)，與襯底硅片通過(guò)鍵合區(qū)域形成單端施力結(jié)構(gòu)的方案，也可以是支撐點(diǎn)和加力點(diǎn)各為兩個(gè)，且對(duì)稱設(shè)置于所述鍵合區(qū)域的兩側(cè)，構(gòu)成雙端對(duì)稱施力結(jié)構(gòu)的方案。當(dāng)采用雙端對(duì)稱施力結(jié)構(gòu)時(shí)，兩個(gè)加力點(diǎn)和兩個(gè)支撐點(diǎn)關(guān)于鍵合區(qū)域?qū)ΨQ分布，測(cè)量時(shí)，在兩個(gè)加力點(diǎn)上施加大小一樣的垂直于襯底硅片的力。與單端施力結(jié)構(gòu)相比，雙端對(duì)稱施力結(jié)構(gòu)由于作用力對(duì)稱分布，水平方向剪切力相抵消，因而測(cè)量精度更高。本發(fā)明的支撐點(diǎn)在所述鍵合區(qū)域和加力點(diǎn)的連線上時(shí)，構(gòu)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的杠桿結(jié)構(gòu)，可以直接運(yùn)用公式F -L1 = Fpull -L2來(lái)計(jì)算檢測(cè)，因而精度高，算法簡(jiǎn)單。當(dāng)支撐點(diǎn)不在所述鍵合區(qū)域和加力點(diǎn)的連線上時(shí)，則需對(duì)公式F · L1 = Fpull · L2進(jìn)行相應(yīng)的修正，以便計(jì)算出所需結(jié)果。本發(fā)明所述的支撐點(diǎn)為設(shè)置在結(jié)構(gòu)硅片上的凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與襯底硅片(1)有寬度小于2微米的接觸區(qū)域。在本發(fā)明的另一技術(shù)方案中，所述凸點(diǎn)與襯底硅片(1)不接觸并有小于1微米的間距。制造這種微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，對(duì)結(jié)構(gòu)硅片表面進(jìn)行氧化，形成腐蝕阻擋層，然后光刻所述腐蝕阻擋層，形成腐蝕窗口，再用腐蝕液將結(jié)構(gòu)硅片腐蝕2微米至200微米深度；步驟2，將襯底硅片和結(jié)構(gòu)硅片通過(guò)硅直接鍵合工藝鍵合成一體。在上述步驟1中，用腐蝕液將結(jié)構(gòu)硅片腐蝕一定深度，即可形成支撐點(diǎn)。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述的腐蝕阻擋層為SiO2，所述的腐蝕液為四甲基氫氧氨溶液溶液。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述的步驟(2)為先將襯底硅片和結(jié)構(gòu)硅片進(jìn)行化學(xué)清洗， 然后經(jīng)過(guò)預(yù)鍵合、高溫退火形成一體的鍵合硅片。本發(fā)明的測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的直拉法測(cè)量系統(tǒng)相比，由于可以制作成毫米級(jí)甚至更小的結(jié)構(gòu)，因此具有體積小，放置位置靈活的優(yōu)點(diǎn)，且可與器件同時(shí)制作在硅片上，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)工藝監(jiān)測(cè)；與裂紋傳播法相比，因結(jié)構(gòu)體積小，可以在硅片上任意位置制造，檢測(cè)對(duì)其他器件的鍵合區(qū)域沒有損傷，有利于工藝監(jiān)控。采用本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)，測(cè)量時(shí)通過(guò)記錄斷裂時(shí)的壓力就可換算得到實(shí)際鍵合強(qiáng)度值，方法簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明的雙端對(duì)稱施力結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的單端施力結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.襯底硅片，2.結(jié)構(gòu)硅片，3.鍵合區(qū)域，4.支撐點(diǎn)，5.加力點(diǎn)，6.氧化硅薄膜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本方面做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1 一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，包括襯底硅片1、結(jié)構(gòu)硅片2，在所述結(jié)構(gòu)硅片2 —面設(shè)置有鍵合區(qū)域3、一個(gè)支撐點(diǎn)4，另一面設(shè)置有一個(gè)加力點(diǎn)5，所述支撐點(diǎn) 4設(shè)置在鍵合區(qū)域3和加力點(diǎn)5連線之間；所述襯底硅片1和結(jié)構(gòu)硅片2通過(guò)鍵合區(qū)域3鍵合成一體。所述的支撐點(diǎn)4為設(shè)置在結(jié)構(gòu)硅片2上的凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與襯底硅片1不接觸并有小于1微米的間距。實(shí)施例2 —種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，包括襯底硅片1、結(jié)構(gòu)硅片2，在所述結(jié)構(gòu)硅片2 —面設(shè)置有鍵合區(qū)域3、兩個(gè)支撐點(diǎn)4，另一面設(shè)置有兩個(gè)加力點(diǎn)5，所述支撐點(diǎn)設(shè)置在鍵合區(qū)域和加力點(diǎn)之間；兩個(gè)支撐點(diǎn)和兩個(gè)加力點(diǎn)對(duì)稱設(shè)置于所述鍵合區(qū)域3的兩側(cè)，所述支撐點(diǎn)在其同側(cè)加力點(diǎn)和所述鍵合區(qū)域⑶的連線上；所述襯底硅片1和結(jié)構(gòu)硅片 2通過(guò)鍵合區(qū)域3鍵合成一體。所述的支撐點(diǎn)為設(shè)置在結(jié)構(gòu)硅片上的凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與襯底硅片1有寬度小于2微米的接觸區(qū)域。襯底硅片1可以是直接與結(jié)構(gòu)硅片2連接，也可以根據(jù)應(yīng)用要求在襯底硅片1上設(shè)置有氧化硅薄膜6。實(shí)施例3 制造這種微結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟步驟1，對(duì)結(jié)構(gòu)硅片2表面進(jìn)行氧化，形成SiO2腐蝕阻擋層，確定將要形成鍵合區(qū)域3和支撐點(diǎn)4的部位，然后光刻上述兩部位的腐蝕阻擋層，在兩部位之間形成腐蝕窗口，再用四甲基氫氧氨溶液通過(guò)腐蝕窗口將結(jié)構(gòu)硅片2腐蝕2微米深度。對(duì)應(yīng)腐蝕深度，根據(jù)硅的各向異性腐蝕特性，設(shè)計(jì)支撐點(diǎn)寬度為深度的1.414倍，即約3微米寬度，這樣在腐蝕深度達(dá)到時(shí)就同時(shí)形成支撐點(diǎn)；步驟2，將襯底硅片1和結(jié)構(gòu)硅片2通過(guò)硅直接鍵合工藝鍵合成一體，具體為先將襯底硅片和結(jié)構(gòu)硅片進(jìn)行化學(xué)清洗，然后經(jīng)過(guò)預(yù)鍵合、高溫退火形成一體的鍵合硅片。實(shí)施例4 同實(shí)施例3所述的微結(jié)構(gòu)制造方法，不同之處在于步驟1中用腐蝕液腐蝕結(jié)構(gòu)硅片2的深度為100微米，相應(yīng)的支撐點(diǎn)的結(jié)構(gòu)也同樣由于硅的各向異性腐蝕特性而變大。這里按實(shí)施例3所述計(jì)算方法，支撐點(diǎn)寬度為142微米。實(shí)施例5 同實(shí)施例3所述的微結(jié)構(gòu)及其制造方法，不同之處在于步驟1中用腐蝕液腐蝕結(jié)構(gòu)硅片2的深度為200微米，相應(yīng)的支撐點(diǎn)的結(jié)構(gòu)也同樣由于硅的各向異性腐蝕特性而變大。這里按實(shí)施例3所述計(jì)算方法，支撐點(diǎn)寬度為284微米。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括襯底硅片(1)、結(jié)構(gòu)硅片(2)，在所述結(jié)構(gòu)硅片(2)—面設(shè)置有鍵合區(qū)域(3)、支撐點(diǎn)(4)，另一面設(shè)置有加力點(diǎn)(5)，所述支撐點(diǎn)(4)設(shè)置在鍵合區(qū)域(3)和加力點(diǎn)(5)之間，所述襯底硅片(1)和結(jié)構(gòu)硅片(2)通過(guò)鍵合區(qū)域(3)鍵合成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐點(diǎn) (4)和加力點(diǎn)(5)各為一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐點(diǎn) (4)在所述鍵合區(qū)域(3)和加力點(diǎn)(5)的連線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐點(diǎn) (4)和加力點(diǎn)(5)各為兩個(gè)，且對(duì)稱設(shè)置于所述鍵合區(qū)域(3)的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐點(diǎn)在其同側(cè)加力點(diǎn)和所述鍵合區(qū)域(3)的連線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的任一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐點(diǎn)(4)為設(shè)置在結(jié)構(gòu)硅片(2)上的凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與襯底硅片(1)有寬度小于2微米的接觸區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的任一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐點(diǎn)(4)為設(shè)置在結(jié)構(gòu)硅片(2)上的凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與襯底硅片(1)不接觸并有小于1微米的間距。
8.—種制造權(quán)利要求1所述微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，對(duì)結(jié)構(gòu)硅片(2)表面進(jìn)行氧化，形成腐蝕阻擋層，然后光刻所述腐蝕阻擋層，在所述鍵合區(qū)域(3) 與支撐點(diǎn)(4)之間形成腐蝕窗口，再用腐蝕液通過(guò)腐蝕窗口將結(jié)構(gòu)硅片(2)腐蝕2微米至 200微米深度；步驟2，將襯底硅片(1)和結(jié)構(gòu)硅片(2)通過(guò)硅直接鍵合工藝鍵合成一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述制造微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述的腐蝕阻擋層為SiO2，所述的腐蝕液為四甲基氫氧氨溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述制造微結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述的步驟2為先將襯底硅片(1)和結(jié)構(gòu)硅片(2)進(jìn)行化學(xué)清洗，然后經(jīng)過(guò)預(yù)鍵合、高溫退火形成一體的鍵合硅片。
全文摘要
一種測(cè)量硅片鍵合強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)及其制造方法，包括襯底硅片、結(jié)構(gòu)硅片，在所述結(jié)構(gòu)硅片一面設(shè)置有鍵合區(qū)域、支撐點(diǎn)，另一面設(shè)置有加力點(diǎn)，所述支撐點(diǎn)設(shè)置在鍵合區(qū)域和加力點(diǎn)之間，所述襯底硅片和結(jié)構(gòu)硅片通過(guò)鍵合區(qū)域鍵合成一體。制造這種微結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟步驟1，對(duì)結(jié)構(gòu)硅片表面進(jìn)行氧化，形成腐蝕阻擋層，然后光刻所述腐蝕阻擋層，形成腐蝕窗口，再用腐蝕液將結(jié)構(gòu)硅片腐蝕2微米至200微米深度；步驟2，將襯底硅片和結(jié)構(gòu)硅片通過(guò)硅直接鍵合工藝鍵合成一體。本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)置靈活，操作方便。
文檔編號(hào)G01N19/04GK102175603SQ20111005591
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者康興華, 秦明, 胡爾同 申請(qǐng)人:東南大學(xué)