一种阳极键合设备的制作方法

本发明属于实验用具技术领域，尤其涉及一种阳极键合设备。

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，本发明提供一种阳极键合设备。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种阳极键合设备，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。

进一步，所述加热温控系统包括主控制器及与之相连的显示装置，还包括两个交流接触器，两者的主触点串接于电加热器的供电回路，其中第一交流接触器控制端与主控制器相接；第二交流接触器带有一对辅助触点，其控制回路串接温度保险丝和温控器，所述辅助触点通过检测电路接入所述主控制器的信号输入端。

进一步，所述加热温控系统进一步包括：

第一控制模块，用于控制所述加热装置开始加热；

第一计算模块，用于计算水温由第一预设温度升至第二预设温度需要的升温时间，以及与所述升温时间相对应的预判延迟温度；

第二计算模块，用于计算预判温度，所述预判温度为当前检测水温与所述预判延迟温度的和，所述当前检测水温由所述热敏电阻检测得到；

第二控制模块，用于在所述加热装置停止加热之前，控制所述显示屏显示所述预判温度。

所述第一计算模块包括：

第一计算单元，用于计算与所述升温时间相对应的预判延迟温度；

所述第一计算单元包括：

第一计算子单元，用于按照预设的所述升温时间与所述预判延迟温度的线性关系，计算所述预判延迟温度。

进一步，所述高压直流电源的具体连接是：变压器脚ac1与交流信号ac1及rl1连接，变压器的gnd脚接地，输出脚out1、out2分别与rl1、r8、r12相连，rl1与电压转换模块相连接，rl2一端与电阻r10、电阻r11串联，电阻r11另一端接地，电阻r12另一端接三极管q11栅极，rl2另一端接三极管q11发射极，三极管q11基极接主机控制模块的芯片u2脚p1.0，rl1一端接开关sw1，开关sw1另一端分别接主机控制模块的芯片u2脚p1.1，并经电阻r3接地。

进一步，所述高压脉冲电源还设置有功率放大器，所述功率放大器的具体连接为：vdd分别与电阻r9、电阻r1、电阻r2及三极管q2的栅极相连接，电阻r2的另一端与三极管q3栅极相连，电阻r1的另一端与三极管q7栅极相连，电阻r9的另一端与三极管q1栅极相连，输入端clk与三极管q1基极连接，三极管q1栅极与电阻r9、电阻r5及u1a的1脚相连，电阻r5另一端与三极管q6基极相连，u1a的2脚与电阻r4连接，电阻r4的另一端与三极管q7基极连接，三极管q7发射极与三极管q1发射极、三极管q3发射极相连，三极管q7栅极分别与电阻r1、三极管q2及三极管q5相连，三极管q6栅极与三极管q4基极相连，三极管q4栅极输出为out1，三极管q2栅极输出为out2。

本发明具有的优点和积极效果是：该阳极键合设备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是本发明实施例提供的阳极键合设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的键合原理图；

图3是本发明实施例提供的加热温控系统的外围电路的原理图；

图4是本发明实施例提供的高压直流电源的原理图；

图5是本发明实施例提供的功率放大器的原理图；

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

为能进一步了解本发明的发明内容、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至图5对本发明的结构作详细的描述。

该阳极键合设备包括加热板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，数据采集装置的信号输出端与显示装置7相连接。

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。

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发明的结构作进一步的描述。

本发明实施例提供的阳极键合设备分为二部分，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。

本发明提供的所述加热温控系统包括主控制器及与之相连的显示装置，还包括两个交流接触器，两者的主触点串接于电加热器的供电回路，其中第一交流接触器控制端与主控制器相接；第二交流接触器带有一对辅助触点，其控制回路串接温度保险丝和温控器，所述辅助触点通过检测电路接入所述主控制器的信号输入端。

进一步，所述加热温控系统进一步包括：

第一控制模块，用于控制所述加热装置开始加热；

第一计算模块，用于计算水温由第一预设温度升至第二预设温度需要的升温时间，以及与所述升温时间相对应的预判延迟温度；

第二计算模块，用于计算预判温度，所述预判温度为当前检测水温与所述预判延迟温度的和，所述当前检测水温由所述热敏电阻检测得到；

第二控制模块，用于在所述加热装置停止加热之前，控制所述显示屏显示所述预判温度。

所述第一计算模块包括：

第一计算单元，用于计算与所述升温时间相对应的预判延迟温度；

所述第一计算单元包括：

第一计算子单元，用于按照预设的所述升温时间与所述预判延迟温度的线性关系，计算所述预判延迟温度。

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。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明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，均属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：

技术总结

本发明属于实验用具技术领域，涉及一种阳极键合设备，包括加热板，加热板的下端通过螺栓固定安装有加热温控系统，加热板与加热板加热电源电连接，加热温控系统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。该阳极键合设备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。