一种采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法

摘要

本发明提供一种采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法，首先提供一硅基芯片与一PDMS芯片，采用丙酮和酒精对所述硅基芯片及所述PDMS芯片进行超声清洗，然后采用氧气及第二气体的混合等离子体对所述硅基芯片的键合面及PDMS芯片的键合面进行处理，最后将所述硅基芯片的键合面及PDMS芯片的键合面相互贴合并进行按压，以键合所述硅基芯片及PDMS芯片。具有以下有益效果：1）该方法在常温下进行，克服了高温键合带来的成品率低，操作耗时等缺点；2）该工艺过程简单，成品率高，键合速度快，强度高，不会发生漏液现象；3）由于硅基芯片加工工艺成熟，可以制作复杂结构，硅基芯片与PDMS芯片的键合有助于实现复杂结构的微流控芯片。

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，特别是涉及一种采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片 键合的方法。

背景技术

将两片或多片芯片进行键合是微制造领域常用的制造技术。特别是在微流控芯片制造中 由于涉及多种材料，键合应用更为广泛。所谓微流控芯片又称芯片实验室（lab-on-a-chip）或 微流控芯片实验室（microfludic chip），指的是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反 应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米甚至更小的芯片上，微通 道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室的各种功能的一种 技术。由于微流控技术往往涉及在微米级、纳米级结构中操控纳升至皮升体积流体，其中的 管道和腔体往往采用不同材料的键合予以实现。

聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS)是微流控芯片中常用的一种高分子有机硅 化合物材料，通常被称为有机硅。PDMS具有很好的生物兼容性和气体通透性，并且具有光 学透明、电学绝缘、化学惰性、以及耐高压、热稳定性好等优良特性，同时其成本低，使用 方便，是微流控芯片以及封装等领域广泛应用的材料。

目前的微流控芯片大多采用PDMS/PDMS、PDMS/玻璃或PDMS/PMMA等材料，然而， 实现这些材料的键合往往需要高温长时间固化粘合处理，过高的温度容易造成制造的成品率 低，操作耗时，特别是应用于PDMS与硅基芯片的键合时，键合效果不好，容易发生泄露。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用混合等离子体实现硅基 芯片与PDMS 芯片键合的方法，用于解决现有技术中硅基芯片与PDMS芯片键合成品率低、 操作耗时、键合效果差、容易发生泄漏等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种采用混合等离子体实现硅基芯片与 PDMS芯片键合的方法，至少包括步骤：采用氧气及第二气体的混合等离子体对所述硅基芯 片的键合面及PDMS芯片的键合面进行处理，然后键合所述硅基芯片及PDMS芯片，所述第 二气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气的一种或其任意比例混合的气体。

作为本发明的采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法的一种优选方 案，至少包括以下步骤：

1）提供一硅基芯片与一PDMS芯片，对所述硅基芯片及所述PDMS芯片进行清洗；

2）采用氧气及第二气体的混合等离子体对所述硅基芯片的键合面及PDMS芯片的键合 面进行等离子体处理；

3）将所述硅基芯片的键合面及PDMS芯片的键合面相互贴合并进行按压，以键合所述 硅基芯片及PDMS芯片。

进一步地，上述步骤1）包括以下步骤：

1-1）提供一硅基芯片与一PDMS芯片，将所述硅基芯片与PDMS芯片置于丙酮中进行 超声清洗；

1-2）将所述硅基芯片与PDMS芯片置于酒精中进行超声清洗；

1-3）采用去离子水对所述硅基芯片与PDMS 芯片进行清洗，并用氮气进行吹干。

更进一步地，所述超声清洗的功率为50~200W，清洗时间为5~10min。

作为本发明的采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS 芯片键合的方法的一种优选方 案，所述第二气体形成的等离子体占所述混合等离子体的比例为0%~3%。

作为本发明的采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法的一种优选方 案，产生所述混合等离子体的功率为50~100W，气体流速为400~600sccm。

进一步地，对所述基芯片与PDMS芯片键合面进行等离子体处理的时间为30~60s。

作为本发明的采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法的一种优选方 案，于10~50℃下对所述硅基芯片与PDMS芯片进行等离子体处理及键合。

如上所述，本发明提供一种采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法， 首先提供一硅基芯片与一PDMS芯片，采用丙酮和酒精对所述硅基芯片及所述PDMS芯片进 行超声清洗，然后采用氧气及第二气体的混合等离子体对所述硅基芯片的键合面及PDMS芯 片的键合面进行处理，最后将所述硅基芯片的键合面及PDMS芯片的键合面相互贴合并进行 按压，以键合所述硅基芯片及PDMS芯片。具有以下有益效果：1）该方法在常温下进行， 克服了高温键合带来的成品率低，操作耗时等缺点；2）该工艺过程简单，成品率高，键合速 度快，强度高，不会发生漏液现象；3）由于硅基芯片加工工艺成熟，可以制作复杂结构，硅 基芯片与PDMS芯片的键合有助于实现复杂结构的微流控芯片。

附图说明

图1显示为本发明的采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法的流程示 意图。

图2~图3显示为本发明的采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法步骤 1）所呈现的示意图。

图4~图5显示为本发明的采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法步骤 2）所呈现的示意图。

图6显示为本发明的采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法步骤3） 所呈现的示意图。

元件标号说明

101    硅基芯片

102    PDMS芯片

S1~S5  步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1~图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的 基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及 尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型 态也可能更为复杂。

如图1~图6所示，本实施例提供一种采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合 的方法，至少包括步骤：采用氧气及第二气体的混合等离子体对所述硅基芯片101的键合面 及PDMS芯片102的键合面进行处理，然后键合所述硅基芯片101及PDMS芯片102，所述 第二气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气的一种或其任意比例混合的气体。

具体地，所述采用混合等离子体实现硅基芯片101与PDMS芯片102键合的方法至少包 括以下步骤：

如图1～图3所示，首先进行步骤1）S1~S3，提供一硅基芯片101与一PDMS芯片102， 对所述硅基芯片101及所述PDMS芯片102进行清洗。

进一步地，步骤1）包括以下步骤：

1-1）提供一硅基芯片101与一PDMS芯片102，将所述硅基芯片101与PDMS芯片102 置于丙酮中进行超声清洗；

1-2）将所述硅基芯片101与PDMS 芯片102置于酒精中进行超声清洗；

1-3）采用去离子水对所述硅基芯片101与PDMS 芯片102进行清洗，并用氮气进行吹干。

进一步地，在丙酮和酒精中清洗的超声功率和清洗时间可以相同，也可以不同，在本实 施例中，超声清洗功率和清洗时间相同，所述超声清洗的功率为50~200W，清洗时间为 5~10min。在一具体的实施过程中，所述超声清洗的功率为100W，清洗时间为5min；在另一 具体的实施过程中，所述超声清洗的功率为50W，清洗的时间为10min；在又一具体的实施 过程中，所述超声清洗的功率为75W，清洗的时间为7.5min。当然，在其它的实施例中，所 述超声清洗的功率和清洗的时间可根据实际需求而定，并不限定于此处所列举的几种方案。

本实施例通过丙酮和酒精的超声清洗，可以有效地去除所述硅基芯片101与PDMS 芯片 102表面的有机物等难以用清水去除的杂质，然后用清水清洗可以去除残留的丙酮和酒精， 采用氮气吹干可以有效避免器件的氧化。

如图4~图5所示，然后进行步骤2）S4，采用氧气及第二气体的混合等离子体对所述硅 基芯片101的键合面及PDMS芯片102的键合面进行等离子体处理。

在本实施例中，采用如反应离子刻蚀机等的等离子体处理设备对所述硅基芯片101的键 合面及PDMS芯片102的键合面进行等离子体处理，产生所述混合等离子体的功率为 50~100W，气体流速为400~600sccm，对所述基芯片与PDMS芯片102键合面的处理时间为 30~60s。所述第二气体形成的等离子体占所述混合等离子体的比例为0%~3%。

在一具体的实施过程中，所述第二气体为氮气，其形成的等离子体占所述混合等离子体 的比例为1%，产生所述混合等离子体的功率为50W，气流速度为600sccm，对所述基芯片 与PDMS芯片102键合面的处理时间为30s。

在另一具体的实施过程中，所述第二气体为氮气的混合气体，其形成的等离子体占所述 混合等离子体的比例为3%，产生所述混合等离子体的功率为100W，气流速度为400sccm， 对所述基芯片与PDMS芯片102键合面的处理时间为30s。

在又一具体的实施过程中，所述第二气体为氦气与氮气的混合气体，其形成的等离子体 占所述混合等离子体的比例为2%，产生所述混合等离子体的功率为75W，气流速度为 500sccm，对所述基芯片与PDMS芯片102键合面的处理时间为60s。

当然，在其它的实施过程中，可以根据需求采用不同的混合气体，不同的混合比例，不 同的功率、气体流速以处理时间，并不限于上述几种方案。

需要说明的是，在本实施例中，于10~50℃下对所述硅基芯片101与PDMS芯片102进 行等离子体处理。在一具体的实施例中，于常温（25℃）下对所述硅基芯片101与PDMS芯 片102进行等离子体处理。该方法在常温下进行，可以有效的克服采用高温键合带来的成品 率低，操作耗时等缺点。

如图6所示，最后进行步骤3）S5，将所述硅基芯片101的键合面及PDMS芯片102的 键合面相互贴合并进行按压，以键合所述硅基芯片101及PDMS芯片102。

需要说明的是，在本实施例中，于10~50℃下对所述硅基芯片101与PDMS 芯片102进 行键合，键合时，只需将述硅基芯片101的键合面及PDMS芯片102的键合面相互贴合，并 轻轻按压即可完成键合。在一具体的实施例中，于常温（25℃）下对所述硅基芯片101与PDMS 芯片102进行键合。该方法在常温下进行，可以有效的克服采用高温键合带来的成品率低， 操作耗时等缺点。而且，此键合过程快速且不可逆，键合的强度很高。

综上所述，本发明提供一种采用混合等离子体实现硅基芯片与PDMS芯片键合的方法， 首先提供一硅基芯片与一PDMS芯片，采用丙酮和酒精对所述硅基芯片及所述PDMS 芯片进 行超声清洗，然后采用氧气及第二气体的混合等离子体对所述硅基芯片的键合面及PDMS芯 片的键合面进行处理，最后将所述硅基芯片的键合面及PDMS芯片的键合面相互贴合并进行 按压，以键合所述硅基芯片及PDMS芯片。具有以下有益效果：1）该方法在常温下进行， 克服了高温键合带来的成品率低，操作耗时等缺点；2）该工艺过程简单，成品率高，键合速 度快，强度高，不会发生漏液现象；3）由于硅基芯片加工工艺成熟，可以制作复杂结构，硅 基芯片与PDMS芯片的键合有助于实现复杂结构的微流控芯片。所以，本发明有效克服了现 有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。