一种阳极键合装置的制作方法

文档序号:14680566发布日期:2018-06-12 22:10
一种阳极键合装置的制作方法

本实用新型属于实验用具技术领域,尤其涉及一种阳极键合装置。



背景技术:

直接提高键合电压能提高静电力,但受到埋氧层击穿电压的限制,静电键合的电压一般不超过1000V。T.R.Anthony认为阳极键合最好的电压方式是直流电压与交流电压同时存在,键合的静电力随交流电压的频率变化。太原理工大学孟教授等认为,高压脉冲电源能有效提高键合质量。实验发现,采用高压直流和高压脉冲的电源装置能有效提高键合效率和成功率,因为耗尽层的压降越大,氧负离子向键合面的迁移速度越快,键合时间越短。

在直流电压作用下,氧负离子在键合加压的初始数秒内的迁移速率最快,而后就快速衰减。通过脉冲电压,改变电场及空间电荷区的宽度,电压增大时,由此可得空间电荷区的宽度增大,电场强度增大,氧负离子的迁移速率增大,键合速率增大。

综上所述,现有技术存在的问题是:现有技术没有使用高压脉冲电源不断改变耗尽层的宽度,不能不断激励氧负离子向阳极迁移,提高键合速度。



技术实现要素:

为解决现有技术存在的问题,本实用新型提供一种阳极键合装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种阳极键合装置,设置有加热板;所述加热板的下端通过螺栓固定安装有加热温控系统;加热板通过导线与加热电源电连接;加热温控系统通过导线分别与高压直流电源和高压脉冲电源电连接;

加热板的上端通过支架安装有数据采集装置;数据采集装置的信号输出端与显示装置相连接;所述数据采集装置的信号输入端与加热板通过信号线连接。

进一步,所述加热温控系统包括平板式阳极和阴极螺旋式加压装置,平板式阳极通过导线连接有阳极探针电极,阴极螺旋式加压装置通过导线连接有阴极线电极。

进一步,所述阳极探针电极与阴极线电极之间安装有键合平台。

本实用新型具有的优点和积极效果是:该阳极键合装置不管是高压直流键合或是高压脉冲键合,使用该设备都能成功实现不同埋氧层厚度的SOI片与玻璃之间在大气环境下的键合。对键合片进行测试表明,该键合设备对SOI器件性能不产生引响。因为该键合设备的键合电压没有改变,高压脉冲电源只是提高SOI耗尽层中离子的瞬间扩散速度。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的阳极键合装置的结构示意图;

图2是本实用新型实施例提供的键合原理图;

图中:1、加热板;2、加热温控系统;3、高压直流电源;4、高压脉冲电源;5、加热电源;6、数据采集装置;7、显示装置。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素:
、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下。

下面结合图1和图2对本实用新型的结构作详细的描述。

该阳极键合装置包括加热板1,加热板1的下端通过螺栓固定安装有加热温控系统2,加热板1与加热电源5电连接,加热温控系统2分别与高压直流电源 3和高压脉冲电源4电连接;

加热板1的上端通过支架安装有数据采集装置6,数据采集装置6的信号输出端与显示装置7相连接。

所述加热温控系统2包括平板式阳极和阴极螺旋式加压装置,平板式阳极通过导线连接有阳极探针电极,阴极螺旋式加压装置通过导线连接有阴极线电极。

所述阳极探针电极与阴极线电极之间安装有键合平台。

下面结合工作原理对本实用新型的结构作进一步的描述。

本实用新型实施例提供的阳极键合装置分为二部分,高压直流工作电路和脉冲控制电路,两部分电路相对独立。高压直流工作电路工作在高压状态,而脉冲控制电路工作在低压状态,以低压控制高压,使高低压之间的相互干扰达到最小。调节控制电路能使电压分别工作在高压直流状态或脉冲状态,电路原理图为图2示。

高压直流工作电路由交流电通过升压变压器升压、二极管整流滤波、电位器控制电压的升降、高压三级管组合控制输出电压。当W1电压升高时,T1输出减小,T2输出增大,从而T3输出增大,由T4输出到键合设备的电压增大,输出到A/D转换器的电压也增大,反之减小。调节W1电压到最高和最低,则使输出电压可以在0~1100V之间连续可调。脉冲控制电路部分由交流电通过降压变压器降压、二极管整流滤波、脉冲发生器产生低频脉冲信号、电位器和晶体管控制输出电压。脉冲发生器产生频率为f0的方波脉冲信号,通过由电位器W2与 T6组成的基值电压控制器后产生同频率的方波信号,该方波信号输入功率放大器T1的基极,T1、T2组合共同控制T3、T4组成的晶体管调压控制组合,使输出电压变为频率为f0的方波脉冲电压。基值电压控制器输出电压通过功率放大器T1、T2后控制输出电压的基值,当W2电位升高时,输出电压减小,反之升高。在脉冲工作状态下,由基值电压控制器控制输出的基值电压,由高压直流电路的调压系统控制输出的峰值电压。

SOI埋氧层厚度较大时,埋氧层的分压作用使耗尽层的压降降低,键合失败。提高耗尽层的电压降是解决问题的有效方法。不能简单地提高键合电压,因为键合电压的上限受到埋氧层击穿电场的限制,通常键合电压的上限为1100V。实验发现,提高耗尽层电压最有效的方法就是直接将阳极接到SOI晶圆片器件层表面,使键合电压主要降落在耗尽层。

键合片之间的静电引力为:

从公式(1)和(2)可见,埋氧层的厚度对SOI/玻璃阳极键合的电压降分配及静电力不产生影响。具体的做法是,从阳极引一探针电极到SOI器件层硅的表面或侧壁,即将键合电压直接加在玻璃耗尽层与器件层之间,使耗尽层与器件层之间产生强静电场,在强静电场的作用下,硅片与玻璃达到很好的键合效果。实验表明,通过该方法进行SOI与玻璃键合,不管埋氧层厚度为多少,只要键合片表面足够平整,都能成功键合。

将SOI片放在加热板1的电极上,器件层朝上,将玻璃放在SOI片上,光面与器件层接触,轻度旋转螺旋式加压旋钮,使阴极线电极下降与玻璃中央接触,并给键合片施加一定的压力。若是高压直流键合,则将阳极探针电极引至器件层表面,然后升温加电压键合,若是使用高压脉冲电源4进行键合,则阳极探针直接架在平板式电极上,使高压脉冲电压直接加在两键合片上,然后开始键合。

键合实验表明,不管是高压直流键合或是高压脉冲键合,使用该设备都能成功实现不同埋氧层厚度的SOI片与玻璃之间在大气环境下的键合。对键合片进行测试表明,该键合设备对SOI器件性能不产生引响。因为该键合设备的键合电压没有改变,高压脉冲电源4只是提高SOI耗尽层中离子的瞬间扩散速度。该键合设备还能用于硅/玻璃、铝/玻璃等不同材料间的大气环境下的阳极键合。

埋氧层厚度对SOI/玻璃键合产生很大影响,SOI埋氧层厚度超过400nm时,埋氧层的分压作用降低玻璃耗尽层与SOI器件层间的电场,使键合片间的静电力减弱,键合失败。提高键合电压能在一定程度上提高静电力,但是受埋氧层击穿电压上限的限制,键合电压只能在1100V以下。使用高压脉冲电源4能不断改变耗尽层的宽度,不断激励氧负离子向阳极迁移,提高键合速度。从阳极引一探针电极到SOI器件层硅的表面,使键合电压直接加在耗尽层与器件层之间,有效实现键合而不受SOI埋氧层厚度的限制。根据上述两种方法改进了的键合设备对SOI/玻璃的成功键合有重要意义,该设备也能实现异质材料间的阳极键合。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制,凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本实用新型技术方案的范围内。

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