阳极键合

阳极键合是一种无需引入中间层即可将玻璃与硅或金属封接的晶圆键合工艺。电子学与微流控领域常采用阳极键合将玻璃封接至硅晶圓。阳极键合也称场辅助键合或静电封接，主要依靠电场连接硅/玻璃以及金属/玻璃。阳极键合要求晶圆表面平整洁净，且键合衬底在足够强的静电场作用下达到原子级接触。此外必须使用含有高浓度碱金属离子的硼硅酸盐玻璃。所用玻璃的热膨胀系数（CTE）需与键合对象的相近。

玻璃晶圆阳极键合的工作温度通常为250-400 °C，溅射玻璃键合温度则为400 °C。也可采用等离子体辅助电子束蒸发沉积结构化硼硅酸盐玻璃层。

该工艺主要用于硅微机械元件的气密性封装。玻璃衬底封装能隔绝湿气或污染等环境影响。

概述
硅衬底阳极键合分为薄玻璃片（晶圆）键合与沉积玻璃层（如溅射工艺）键合。玻璃晶圆常采用含钠的Borofloat或Pyrex玻璃。借助中间玻璃层也可连接两片硅晶圆。玻璃层可通过溅射、旋涂玻璃溶液或气相沉积的方式附着在处理过的硅晶圆上。热氧化晶圆亦能在无玻璃层的情况下实现键合。

阳极键合工艺步骤分为以下几项：

历史
阳极键合由Wallis与Pomerantz于1969年首次提出。

阳极键合工艺步骤
衬底预处理
阳极键合工艺对亲水与疏水硅表面均具有同等键合效力。为确保工艺顺利进行，表面粗糙度应小于10 nm且无表面污染。尽管阳极键合对污染具一定耐受性，业界仍普遍采用RCA洗净去除表面杂质。

还可通过化学刻蚀或粉末喷砂在玻璃晶圆上制造微小空腔，以容纳硅微机械元件。使用薄沉积玻璃层可显著降低所需电压。温度越高，玻璃中正离子的迁移率越高。

施加的电势达数百伏特。施加压力的目的是使表面紧密接触，以保证晶圆对之间具备良好的导电性，进而确保键合界面间的接触。键合表面间形成的极薄氧化层（硅氧烷，Si-O-Si）确保键合体间的不可逆连接。

冷却衬底
键合结束后，必须缓慢冷却数分钟。吹扫惰性气体有助于冷却过程。冷却时间取决于被键合材料的热膨胀系数差异：差异越大，所需冷却时间越长。

技术规格
参考