[发明专利]一种基于化学活化的石英玻璃低温直接键合方法

说明书

本发明公开了一种基于化学活化的石英玻璃低温直接键合方法，其步骤包括：(1)利用化学试剂清洗抛光后的石英玻璃；(2)利用化学试剂对石英玻璃表面进行超声活化处理；(3)利用去离子水冲洗经过活化处理的石英玻璃，然后在水中将其直接贴合转移到鼓风干燥机中，利用重物施加一定压力，较低温度下进行预键合；(4)脱水键合，将鼓风干燥机温度升高，使得石英玻璃间实现脱水键合，自然冷却至室温，取出，得到永久键合的石英玻璃。该方法在非洁净室环境下进行，无需真空条件，仅利用化学试剂超声活化表面和低温条件实现石英玻璃的键合，大大节约了实验成本，方便快捷。

技术领域:本发明涉及一种基于化学活化的石英玻璃低温直接键合方法，属于器件微加工及键合技术领域。

背景技术：低温直接键合技术是指无需中间介质层，施加或不施加压力，依靠材料表面活化层使材料连接起来的技术。这种技术不需要中间介质层，不需要高压电场，不需要高温条件，对材料表面晶向、晶格适配度要求不高，因而受到广泛关注，在集成电路、微电子机械系统、传感器、功率器件、光电器件等领域应用十分广泛。低温直接键和技术一般包括基片清洗、表面活化、预键合和键合四步。根据表面活化方法可以分为等离子体活化键合、紫外光活化键合和化学溶液活化键合，其中化学溶液活化键合由于不需要特殊仪器设备，仅通过化学溶液对基片进行活化，操作简单，成本较低，因而受到更多的研究与关注。传统化学活化低温键合方法一般需要在洁净实验室进行以保证键合表面干净无灰尘，以防影响键合效果。如童勤义等人在一级洁净室条件利用氢氟酸对基片活化，然后通过退火实现键合。同时传统化学活化低温键合方法一般在活化基片表面时，需要加热煮沸活化液对基片进行活化，反应条件剧烈，容易发生危险。再者在键合过程中一般均需要真空环境以及加压设备以保证键合的强度，但该过程增加了键合成本。总体而言，传统化学活化低温键合方法仍然较为复杂，仍需进一步研究改进实验方案，简化实验过程，降低实验成本。

发明内容:为了弥补上述低温直接键合方法的不足，本发明提出了一种无需洁净实验室条件，无需真空环境，无需加压设备的简单快捷低成本的超声化学活化石英玻璃低温直接键合方法。本发明利用极性由小到大的试剂对石英玻璃充分有效地超声清洗，然后利用浓硫酸和过氧化氢的混合液以及浓氨水、双氧水和去离子水的混合液超声活化石英玻璃表面，使其表面生成大量的Si-OH，接着在鼓风干燥机中加热预键合，最后提高鼓风干燥机温度实现脱水键合，得到永久键合的石英玻璃。

本发明提出的基于化学活化的石英玻璃低温直接键合方法，具体步骤如下：

1、清洗石英玻璃；

2、利用超声法化学活化石英玻璃表面；

3、在鼓风干燥机中预键合石英玻璃；

4、提高鼓风干燥机温度，脱水键合石英玻璃。

上述方法中，步骤1中提到的清洗石英玻璃包括以下几个步骤；

(1)依次将石英玻璃浸没在四氢呋喃、乙醇、去离子水中超声清洗，功率40-60w，时间为3-10min。三种化学试剂的极性由小到大，充分去除石英玻璃表面的污染物。

(2)清洗后的石英玻璃浸没在去离子水中，待用。整个清洗过程应避免石英玻璃暴露在空气中，以防空气中灰尘接触石英玻璃造成污染。

步骤2中利用超声法化学活化石英玻璃表面，具体步骤如下：

(1)配置体积比为3：1-5：1的98％浓硫酸和30％双氧水的混合液，将清洗后的石英玻璃(表面带有少量去离子水)快速转移到该混合液中，在40-60w功率下超声30-60min。石英玻璃表面的污染物在超声作用下被浓硫酸和双氧水的混合液进一步被清除，同时，石英玻璃表面生成一薄层氧化层，表面有少量Si-OH，表现出亲水性质，石英玻璃表面被初步活化。

(2)将浓硫酸和双氧水的混合液倾倒到废液杯中，然后用大量去离子水超声清洗经过初步活化的石英玻璃，以去除残留的浓硫酸和双氧水的混合液。超声功率40-60w,清洗时间3-10min，清洗2-4次，清洗结束后，石英玻璃浸没在去离子水中备用。