用以增強陽極鍵合蒸氣室中的壓力均勻性的制造技術制造技術

本發明專利技術涉及用以增強陽極鍵合蒸氣室中的壓力均勻性的制造技術。一種制造一個或多個蒸氣室的方法，所述方法包括：在具有第一直徑的第一晶片中形成一個或多個蒸氣室管芯；和在所述蒸氣室管芯之上將第二晶片陽極鍵合至所述第一晶片的第一側，所述第二晶片具有第二直徑。將第三晶片定位在所述蒸氣室管芯之上在所述第一晶片的與所述第二晶片相對的第二側上面，所述第三晶片具有第三直徑。將犧牲性晶片放置在所述第三晶片之上，所述犧牲性晶片具有大于所述第一直徑、第二直徑和第三直徑的直徑。在所述犧牲性晶片之上設置金屬化鍵合板。在所述犧牲性晶片已就位的情況下向所述金屬化鍵合板施加電壓時，將所述第三晶片陽極鍵合至所述第一晶片的所述第二側。

【技術實現步驟摘要】
相關申請的交叉引用本申請是2010年9月10日提交的美國申請序列號12/879,394的部分繼續申請，該申請要求2010年2月4日提交的美國臨時專利申請序列號61/301,497的利益，這兩個申請都通過引用并入本文。政府許可權益美國政府可對本專利技術享有如根據與美國空軍的主政府合同號FA8650-07-C-1125的條款所提供的某些權利。
技術介紹
芯片級原子鐘(CSAC)包括蒸氣室(vapor?cell)，所述蒸氣室容納比如銣(Rb)等堿金屬的蒸氣。蒸氣室一般還容納緩沖氣體，比如氬-氮緩沖氣體共混物等。用于制造蒸氣室的標準技術涉及在具有限定出空腔的多個室結構的硅晶片的相對側上面陽極鍵合(anodically?bonding)兩個玻璃晶片。堿金屬蒸氣和緩沖氣體被俘獲在兩個玻璃晶片之間的室結構的空腔中。陽極鍵接合在晶片之間最初接觸的位置處開始，并隨著靜電電位使表面接在一起而擴展。從一個區域向下一區域的鍵合前端(bond?front)的該滯后可能導致在蒸氣室中產生壓力差。此外，如銣等低沸點溫度材料的存在要求鍵合在盡可能低的溫度進行，否則所生成的蒸氣可能污染鍵合表面。因此，隨著晶片被加熱，有必要施加高電壓，以允許鍵合盡快地形成。這可能導致蒸氣室在不同時間從而在不同溫度密封，其可能導致在蒸氣室中，甚至是在同一晶片上并排制得的室上，產生壓力差。此外，兩個玻璃晶片中的總厚度變化使蒸氣室的一部分在同一組晶片上的其它蒸氣室之前形成密閉密封。該問題進一步被加劇，因為溫度在鍵合器設備中被逐漸提高，從而將一部分被俘獲的氣體驅趕到較晚鍵合的蒸氣室外。另外，對于被俘獲在較晚鍵合的區域中的緩沖氣體來說沒有容易逸出的路徑，其可能導致蒸氣室中的壓力差。最后，由于緩沖氣體的存在，被施加來實現陽極鍵合的電壓可能造成氣體的擊穿，引起穿過氣體向地面的放電或者電弧，從而實質上使鍵合工藝短路。?
技術實現思路
一種制造一個或多個蒸氣室的方法，所述方法包括：在具有第一直徑的第一晶片中形成一個或多個蒸氣室管芯(die)；和在所述蒸氣室管芯之上將第二晶片陽極鍵合至所述第一晶片的第一側，所述第二晶片具有第二直徑。將第三晶片定位在所述蒸氣室管芯之上在所述第一晶片的與所述第二晶片相對的第二側上面，所述第三晶片具有第三直徑。將犧牲性晶片放置在所述第三晶片之上，所述犧牲性晶片具有大于所述第一直徑、第二直徑和第三直徑的直徑。在所述犧牲性晶片之上設置金屬化鍵合板。在所述犧牲性晶片已就位的情況下向所述金屬化鍵合板施加電壓時，將所述第三晶片陽極鍵合至所述第一晶片的所述第二側。附圖說明本專利技術的特征將從以下參考附圖的描述中對本領域的技術人員變得清楚明了。應當理解的是附圖僅示出了典型實施例，因此不應被認為是對范圍的限制，將以附加的特征和細節通過使用附圖來描述本專利技術，附圖中：圖1是根據一個實施例的包括蒸氣室的芯片級原子鐘的物理封裝的示意性截面圖；圖2是已形成在晶片層上的芯片級原子鐘的蒸氣室管芯的一個實施例的示意圖；圖3是根據一個實施例的具有多個蒸氣室管芯和排氣通路的晶片的局部俯視圖；圖4是根據另一實施例的包括蒸氣室的芯片級原子鐘的物理封裝的示意性截面圖；圖5示出了用于采用犧牲性晶片的陽極鍵合工藝的晶片構造；圖6是已形成在晶片層上的芯片級原子鐘的蒸氣室管芯的另一實施例的示意圖；和圖7是根據另一實施例的具有多個蒸氣室管芯和排氣通路的晶片的局部俯視圖。具體實施方式在以下詳細描述中，實施例得到足夠詳細地描述，以使本領域的技術人員能夠實施本專利技術。應該明白的是，可以在不背離本專利技術的范圍的情況下采用其它實施例。因此，以下詳細描述不被認為具有限制的意義。本專利技術提供了一種用于增強在芯片級原子鐘(CSAC)中使用的陽極鍵合蒸氣室中的氣體壓力均勻性的制造技術。一般而言，蒸氣室被制造成具有一對光學透明的玻璃晶片，所述玻璃晶片被陽極鍵合至具有多個室結構的比如硅晶片等基板的相對側。在組裝于用于CSAC的物理封裝內之前，制造蒸氣室。在用于增強蒸氣室制造期間的氣體壓力均勻性的一個途徑中，向晶片表面中加入設計特征，其形成互連的排氣通路，所述排氣通路提供從晶片中的每個蒸氣室管芯到晶片的周緣的路徑。排氣通路允許接近晶片的內部的氣體在陽極鍵合期間與晶片外的氣體處于大致連續的壓力平衡。在用于增強氣體壓力均勻性的另一途徑中，陽極鍵合工藝被改進以隨著溫度被提高而連續地提高壓力。前述途徑可以進行組合，從而使得在硅晶片表面中采用排氣通路連同壓力提高一起允許在工藝中被較晚密封從而處于較高溫度的蒸氣室也具有較高的氣體壓力。當被冷卻至室溫時，在較高溫度被密封的蒸氣室在壓力上的下降將大于那些在較低溫度被密封的蒸氣室在壓力上的下降。通過較高的氣體壓力，較晚密封的蒸氣室能夠得到補償，因此所有蒸氣室的最終壓力在室溫時大致相同。以下參考附圖描述本制造技術的更多細節。圖1示出了根據一個實施例的CSAC物理封裝100，其可以采用根據本途徑制造的蒸氣室。物理封裝100包括外罩102，所述外罩102容納物理封裝100的各種機械和電子部件。這些部件可以在組裝于外罩102中之前被制造為晶片級微電子機械系統(MEMS)裝置。一般而言，物理封裝100中的CSAC部件包括比如垂直空腔表面發射激光器(VCSEL)等激光管芯110、與激光管芯110光學通信的四分之一波片120、與四分之一波片120光學通信的蒸氣室130、和與蒸氣室130光學通信的光學檢測器140。在物理封裝100的操作期間，從激光管芯110發出的激光束112被引導穿過四分之一波片120和蒸氣室130至光學檢測器140。如圖1所示，四分之一波片120、蒸氣室130和光學檢測器140可以相對于激光束112的光路以各種傾斜角安裝在封裝102內。傾斜這些部件降低了回到VCSEL中的反射耦合，從而增強CSAC的穩定性。物理封裝100中的各種部件通過一組臺架結構定位在外罩102內的不同水平。如圖1所示，下臺架150被附接至外罩102中的基底表面104。下臺架150包括支承激光管芯110的下層階152、在激光管芯110上方支承四分之一波片120的中間層階154和在四分之一波片120上方支承蒸氣室130的上層階156。上臺架結構160被附接至外罩102中的頂表面106。光學檢測器140在蒸氣室130上方被固定至上臺架結構160。蒸氣室130包括一對光學透明晶片132和134(比如玻璃晶片)，它們陽極鍵合至比如硅晶片等基板136的相對側。示例性玻璃晶片包括Pyrex玻璃或者相似的玻璃。被限定于蒸氣室130內的至少一個腔室138在激光管芯110與光學檢測器140之間為激光束112提供光路。在用于在組裝到物理封裝100內之前制造蒸氣室130的一個途徑中，最初將晶片132陽極鍵合至基板136的基底側，之后將銣或者其它堿金屬(呈液體或者固體形態)沉積到腔室138中。然后將晶片134陽極鍵合至基板136的相對側以形成蒸氣室130。這種鍵合一般在大約250℃～大約400℃的溫度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造一個或多個蒸氣室的方法，所述方法包括：在具有內表面區域和周緣的第一晶片中形成一個或多個蒸氣室管芯，所述第一晶片具有第一直徑；在所述蒸氣室管芯之上將第二晶片陽極鍵合至所述第一晶片的第一側，所述第二晶片具有第二直徑；將第三晶片定位在所述蒸氣室管芯之上在所述第一晶片的與所述第二晶片相對的第二側上面，所述第三晶片具有第三直徑；將犧牲性晶片放置在所述第三晶片之上，所述犧牲性晶片具有大于所述第一直徑、第二直徑和第三直徑的直徑；將金屬化鍵合板置于所述犧牲性晶片之上；和在所述犧牲性晶片已就位的情況下向所述金屬化鍵合板施加電壓時，將所述第三晶片陽極鍵合至所述第一晶片的所述第二側。

【技術特征摘要】
2012.10.29 US 13/6628501.?一種制造一個或多個蒸氣室的方法，所述方法包括：
在具有內表面區域和周緣的第一晶片中形成一個或多個蒸氣室管芯，所述第一晶片具有第一直徑；
在所述蒸氣室管芯之上將第二晶片陽極鍵合至所述第一晶片的第一側，所述第二晶片具有第二直徑；
將第三晶片定位在所述蒸氣室管芯之上在所述第一晶片的與所述第二晶片相對的第二側上面，所述第三晶片具有第三直徑；
將犧牲性晶片放置在所述第三晶片之上，所述犧牲性晶片具有大于所述第一直徑、第二直徑和第三直徑的直徑；
將金屬化鍵合板置于所述犧牲性晶片之上；和
在所述犧牲性晶片已就位的情況下向所述金屬化鍵合板施加電壓時，將所述第三晶片陽極鍵合至所述第一晶片的所述第二側。
2.?如權利要求1所述的方法，進一步包括：在所述第一晶片中形成一個或多個互連的排氣通路，所述排氣通路提供至少一個路徑供來自所述一個或多個蒸氣室管芯...

【專利技術屬性】
技術研發人員：DW楊格納，JA里德萊，ST魯，
申請(專利權)人：霍尼韋爾國際公司，
類型：發明
國別省市：美國;US