Page 143 - 《真空与低温》2025年第3期

414 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

真空腔构建至少需要三层结构，涉及两个键合 图形基片、简单图形基片摸索优化工艺，最后采用
界面。最简单的三层键合是通过一次电极反接转换， 正式图形基片完成结构。
[19]
顺序进行两次键合 。然而研究发现，第二次键合
时，反向电压会削弱一次键合面，降低键合质量。 电极
对于玻璃-硅-玻璃结构，通过中间层引出共用 玻璃 点电极
硅片
阳极，可以避免键合面反向电压，直接实现三层键 −
[20]
合 。中间层引出通常为点接触电极，相对面电极 电源 玻璃
+
键合速度较慢、强度稍低，但能有效减少界面夹杂 硅片 导电膜
玻璃
气泡 [21] 。通过对中间硅片加工外凸结构，容易实现
电极
中间层的可靠引出，由此实现的微型真空三极管，
[22]
键合面漏率可达 10 Pa·m /s 。
−11
3
图 3 五层结构键合示意图
综上分析，实现多层结构微真空腔制备的关键，
Fig. 3 Schematic diagram of five-layer structure bonding
是减少反向解键合影响的同时，实现中间层的电极
有效引出。 2.2 方案实施

2 方案设计与实施 玻璃片和硅片使用前进行标准 RCA 清洗，每
步工艺结束，均进行丙酮与酒精超声、纯水冲洗、

2.1 方案设计
烘箱烘干，保证整个流程中表面洁净。
采用多叠层真空腔结构，中间玻璃片和硅片加
硅片化学腐蚀使用氢氧化钾（KOH）溶液，浓
工图形，封装后形成相应的束源区、漂移区和准直
度控制在 10%~30%，温度控制在 60~90 ℃，发生如
通道。具体工艺及检测流程如下。
下反应：
玻璃通孔采用激光切割，硅片加工初期采用化
（1）
学腐蚀，利于加速键合研究；工艺成熟后采用 DRIE 2KOH+Si+H 2 O = K 2 SiO 3 +2H 2
硅片 DRIE 刻蚀采用标准 Bosch 工艺，发生如
方法，利于得到高质量通道阵列和微空腔。
下反应：
层间结合采用阳极键合，为减小反向电场影响，
+
结合中间电极引出技术首先分别实现三层和两层 e+SF 6 = CF +F +2e （2）
∗
5
结构，而后再将二者键合一体。 ∗ （3）
F +4Si = SiF 4
键合设备具备点接触电极时，中间电极引出可 阳极键合采用键合温度为 300 ℃，电压为 800 V，
采用定位边错位接触技术。玻璃-硅片首次进行错 压力为 50 kPa 等基本参数。
位键合，再次键合时，通过点电极避过玻璃直接触 导电层采用磁控溅射 100 nm 金属膜层，形成
碰中间硅片加电，避免电流流过已有键合面。本研 良好台阶覆盖，确保侧壁薄膜有效连通中间硅片。
究提出边缘镀膜导电技术，在已形成结构一侧表面 微型叠层真空腔的气密性检测，不考虑无损检
及边缘制备导电膜，通过薄膜导电跨过玻璃连通中 测时，采用氦质谱检漏仪直接测量。如图 4 所示，
间硅片。边缘镀膜导电技术无须设备具有点接触 将真空腔的一侧玻璃钻孔，通过设计专用模具与检
电极，并能克服错位点接触技术只能键合有限层数 漏仪真空系统相连，而后向真空腔各键合界面喷吹
的缺点，可用于实现更多层的复杂结构。 氦气，观测检漏仪测得漏率。

整体键合流程如图 3 所示。将通过定位边错
3 结果及分析
位、两次键合形成的三层结构置于负电极，中间硅
仍采用点电极引出；将已键合的两层结构蒸镀导电 3.1 无反向电场的键合
膜后，置于正电极；而后再次阳极键合，将两部分封 玻璃-硅以及玻璃-硅-玻璃多层键合，可以规避
装一体形成五层完整结构。 反向电场，工艺实现相对简单，值得注意的问题是
+
虽然最后一步键合，仍会在上层硅片和中间玻 玻璃表面的 Na 析出。电场作用下定向迁移的 Na ，
+
璃的键合面形成反向电场，但已无法避免，只能通 在玻璃面析出后形成玷污，会影响后续键合，必须
过工艺优化减小影响。 酸洗处理。这种表面玷污，在镀膜后尤为明显，图 5
多层真空腔的键合遵循渐进过程，依次采用无 对比结果表明了酸洗的必要性。