GaN功率MMIC背面通孔工艺优化及可靠性分析

介绍了改进GaN功率MMIC背面通孔工艺的相关方法,并对通孔进行了可靠性方面的测试与分析。通过优化机械研磨的方法,减薄圆片至75μm左右,保持片内不均匀性在4%以内;利用ICP对基于SiC衬底的GaN功率MMIC进行了背面通孔工艺的优化,减少了孔底的柱状生成物。随后的可靠性测试测得圆片通孔的平均电阻值为6.3 mΩ,平均电感值为17.2 nH;对通孔样品在0.4 A工作电流175°C节温下进行了工作寿命试验,200 h后通孔特性无明显退化。     

石英晶片化学机械抛光工艺优化

为同时优化化学机械抛光(CMP)后石英晶片平面度和表面粗糙度,进行化学机械抛光协调控制实验。分析了抛光时间、抛光转速和抛光压力对石英晶片平面度和表面粗糙度的影响,确定了最佳工艺参数。研究结果表明：石英晶片平面度和表面粗糙度都随抛光时间延长而优化,在150 min时,平面度和表面粗糙度都能达到稳定。抛光时间为150 min、抛光盘转速为50 r/min、抛光压力为53.5 N时,能使晶片同时得到较好的平面度和表面粗糙度,此时平面度为2.03μm,表面粗糙度为0.68 nm。     

用于3D封装的带TSV的超薄芯片新型制作方法

提出了一种应用于3D封装的带有硅通孔(TSV)的超薄芯片的制作方法。具体方法为通过刻蚀对硅晶圆打孔和局部减薄,然后进行表面微加工,最后从硅晶圆上分离出超薄芯片。利用两种不同的工艺实现了TSV的制作和硅晶圆局部减薄,一种是利用深反应离子刻蚀(DRIE)依次打孔和背面减薄,另一种是先利用KOH溶液湿法腐蚀局部减薄,再利用DRIE刻蚀打孔。通过实验优化了KOH和异丙醇(IPA)的质量分数分别为40%和10%。这种方法的优点在于制作出的超薄芯片翘曲度相较于CMP减薄的小,而且两个表面都可以进行表面微加工,使集成度提高。利用这种方法已经在实验室制作出了厚50μm的带TSV的超薄芯片,表面粗糙度达到0.02μm,并无孔洞地电镀填满TSV,然后在两面都制作了凸点,在表面进行了光刻、溅射和剥离等表面微加工工艺。实验结果证实了该方法的可行性。     

超薄型圆片级芯片尺寸封装技术

ShellCase公司的圆片级封装技术工艺,采用商用半导体圆片加工设备,把芯片进行封装并包封到分离的腔体中后仍为圆片形式。圆片级芯片尺寸封装(WL-CSP)工艺是在固态芯片尺寸玻璃外壳中装入芯片。玻璃包封防止了硅片的外露,并确保了良好的机械性能及环境保护功能。凸点下面专用的聚合物顺从层提供了板级可靠性。把凸点置于单个接触焊盘上,并进行回流焊,圆片分离形成封装器件成品。WL-CSP封装完全符合JEDEC和SMT标准。这样的芯片规模封装(CSP),其测量厚度为300μm-700μm,这是各种尺寸敏感型电子产品使用的关键因素。     

以BCB为介质层的圆片级三维多芯片封装结构研究

研究了一种新型的圆片级三维多芯片封装结构,该结构以BCB为介质层,体硅工艺加工的硅片为基板,适合于毫米波射频元器件的封装与应用。结构中包含多层BCB介质层和金属布线,同时可以集成射频芯片,薄膜电阻,可变电容等有源和无源元件。封装过程中,射频芯片埋置在接地金属化的硅腔体中,利用热压焊凸点技术和化学机械抛光（CMP）实现多成金属布线间的层间互连。BCB介质层的涂覆、固化和抛磨对封装结构的性能影响较大,为了在进行CMP工艺和多层布线工艺之前得到高质量的BCB介质层,对BCB的固化曲线进行了优化,改进后的BCB介质层在经过CMP工艺后,能够得到光滑可靠的抛磨表面,不易产生质量缺陷,表粗糙度能够控制在10nm以内,利于BCB表面的金属布线工艺。同时,对加工完成的封装结构的力学、热学和射频传输性能进行了测试,结果显示：互连金凸点的剪切力达到70 N/mm2,优化后封装结构的热阻可以控制在2℃/W以内,在工作频段内,测试用低噪放大器的S参数变化很小,插入损耗的变化小于1db,回波损耗在10~15GHz的范围内,低于-8db,满足设计要求。     

压电陶瓷圆片单面研磨抛光工艺

介绍了一种在行星式双面磨抛设备上对压电陶瓷圆片进行单面研磨和抛光的工艺。在加工过程中,使用了自制的全水溶性粘接剂来粘接晶片,实现了圆片单面所有磨抛加工流程都在双面磨抛设备上进行。采用自制化学腐蚀液分段腐蚀控制圆片形貌(翘曲度)的变化,中间研磨工序优化介质控制表面粗糙度和划道、SiO2胶体化学机械抛光去除亚损伤层,获得了高品质的铝钛酸铝压电陶瓷（PZT)单面抛光圆片。     

高g微机械加速度传感器芯片盖帽封装设计北大核心

为了提高高g微机械加速度传感器在极端恶劣环境中应用的可靠性,根据自制的高g微机械加速度传感器芯片,研究设计了一种新型＂台阶式＂传感器芯片的盖帽封装结构。利用圆片级键合工艺和有限元分析（FEA）方法确定了盖帽封装结构材料与尺寸的设计方案。优化微电子机械系统（MEMS）加工工艺流程完成对盖帽封装结构的加工,并通过数字电子拉力机对实现圆片级盖帽封装的传感器芯片进行键合强度测试。测试结果表明,键合强度为35 000 kPa,远大于抗过载封装设计要求下的键合强度值（401.2 kPa）,证明了盖帽封装结构设计的可行性和可靠性。     

晶片研磨速率及损伤层的研究

现代光电器件不仅要求有较高的平面度、样品平行度以及厚度,还要求有低损伤、高质量的加工表面.为了达到这个目的,对不同条件下的研磨速率及所产生的损伤层进行研究,并制定合理的研磨工序是必需的.叙述了研磨的本质及损伤层的产生,研究了晶片减薄过程中去除速率和表面粗糙度与研磨转速和研磨压力的关系,比较了不同磨料颗粒度对去除速率和表面粗糙度的影响,为制定合理的研磨工序提供了依据.     

一种真空度可调的圆片级封装技术

提出了一种MEMS器件的圆片级封装技术。通过金硅键合和DRIE通孔制备等关键工艺技术,可以实现真空度从102 Pa到2个大气压可调的圆片级封装。作为工艺验证,成功实现了圆片级真空封装MEMS陀螺仪的样品制备。对封装后的陀螺仪样品进行了剪切力和品质因数Q值测试,剪切力测试结果证明封装样品键合强度达到5 kg以上,圆片级真空封装后陀螺的品质因数Q值约为75 000,对该陀螺的品质因数进行了历时1年的跟踪测试,在此期间品质因数Q的最大变化量小于7‰,品质因数测试结果表明封装具有较好的真空特性。     

硅片表面粗糙度对界面态的影响

针对硅片研磨和抛光产生的亚表面损伤层会影响载流子寿命及界面态的特点,采用机械减薄、机械抛光、化学机械抛光(CMP)制备出不同粗糙度的样品。通过傅里叶红外透射谱分析和C-V 测试分析表明,粗糙度大的硅片表面因表面损伤大,具有更低的红外透射率和更高的界面态密度。     

基于玻璃回流的TGV衬底制备

针对MEMS器件背面引线的需求,提出了一种基于玻璃通孔(TGV)加工方法的10.16 cm(4 inch)圆片衬底的制备工艺流程.首先深硅刻蚀导电硅片,然后将硅片和玻璃片阳极键合,随后将键合后的玻璃-硅圆片经高温加热,使玻璃填充至硅片中,再依次研磨抛光玻璃-硅圆片的正面玻璃和背面硅,直至硅与嵌入玻璃在同一平面,最后得到了厚度为258μm的4 inch圆片衬底,其轮廓算术平均偏差、轮廓最大高度、微观不平度十点高度的平均值分别为13,71和49 nm.此外,测得圆片中硅导通柱电阻率为0.023Ω·cm.     

硅片背面减薄技术研究

硅片背面磨削减薄工艺中,机械磨削使硅片背面产生损伤,导致表面粗糙,且发生翘曲变形.分别采用粗磨、精磨、精磨后抛光和精磨后湿法腐蚀等四种不同背面减薄方法对15.24cm(6英寸)硅片进行了背面减薄,采用扫描电子显微镜对减薄后的硅片表面和截面形貌进行了表征,用原子力显微镜测试了硅片表面的粗糙度,用翘曲度测试仪测试了硅片的翘曲度.结果表明,经过粗磨与精磨后的硅片存在机械损伤,表面粗糙且翘曲度大,粗糙度分别为0.15和0.016 μm,翘曲度分别为147和109 μm;经过抛光和湿法腐蚀后的样品无表面损伤,粗糙度均小于0.01 μm,硅片翘曲度低于60 μm.     

铌酸锂晶片的键合减薄及热释电性能研究

铌酸锂(LN)作为一种热释电材料,可以被用于制作光电探测器敏感单元的敏感层,但通常LN晶片厚度为0.5 mm,远大于光电敏感单元厚度的要求,所以需要用键合减薄及抛光技术对LN晶片进行加工处理。本研究所用键合减薄技术主要包含:RZJ-304光刻胶键合、铣磨、抛光、剥离液剥离和丙酮清洗RZJ-304胶。利用该技术加工得到了面积为10 mm×10 mm,厚度为50μm,表面比较光滑,表面粗糙度为1.63 nm的LN晶片。LN晶片的热释电信号峰峰值在减薄抛光后为176 mV,是未经处理时的4倍,满足了热释电探测器敏感层的要求。     

3D-TSV封装技术

3D-TSV封装技术是实现多功能、高性能、高可靠且更轻、更薄、更小的系统级封装最有效的技术途径之一。3D-TSV封装关键技术包括:通孔制作、通孔薄膜淀积、磁控溅射、通孔填充、铜化学机械研磨、超薄晶圆减薄、芯片/晶圆叠层键合等。阐述了每种关键技术的工艺原理、技术特点、应用范围及发展前景,关键设备、关键材料以及TSV在三维封装技术中的应用。     

一种基于TSV和激光刻蚀辅助互连的改进型CIS封装

提出了一种基于硅通孔(TSV)和激光刻蚀辅助互连的改进型CMOS图像传感器(CIS)圆片级封装方法.对CIS芯片电极背部引出的关键工艺,如锥形TSV形成、TSV绝缘隔离、重布线(RDL)等进行了研究.采用低温电感耦合等离子体增强型化学气相淀积(ICPECVD)的方法实现TSV内绝缘隔离;采用激光刻蚀开口和RDL方法实现CIS电极的背部引出;通过采用铝电极电镀镍层的方法解决了激光刻蚀工艺中聚合物溢出影响互连的问题,提高了互连可靠性.对锥形TSV刻蚀参数进行了优化.最终在4英寸(1英寸=2.54 cm)硅/玻璃键合圆片上实现了含有276个电极的CIS圆片级封装.电性能测试结果表明,CIS圆片级封装具有良好的互连导电性,两个相邻电极间平均电阻值约为7.6Ω.     

半导体激光器芯片减薄、抛光工艺的思考

在半导体激光器芯片加工方面,采用传统的芯片减薄和抛光技术难以满足芯片加工要求。基于这种情况,文章提出采用摇摆式垂直切深进给晶片减薄工艺和化学机械抛光工艺进行半导体激光器芯片加工。从工艺效果来看,采用这些工艺技术进行砷化镓芯片加工,可以得到厚度在100μm以下,表面粗糙度在5 nm以下的芯片,所以能够较好地满足半导体激光器芯片加工要求。     

应用于MEMS封装的TSV工艺研究

开展了应用于微机电系统(MEMS)封装的硅通孔(TSV)工艺研究,分析了典型TSV的工艺,使用Bosch工艺干法刻蚀形成通孔,气体SF6和气体C4F8的流量分别为450和190 cm3/min,一个刻蚀周期内的刻蚀和保护时长分别为8和3 s;热氧化形成绝缘层;溅射50 nm Ti黏附阻挡层和1μm Cu种子层;使用硫酸铜和甲基磺酸铜体系电镀液电镀填充通孔,比较了双面电镀和自下而上电镀工艺;最终获得了硅片厚度370μm、通孔直径60μm TSV加工工艺。测试结果证明:样品TSV无孔隙;其TSV电阻值小于0.01Ω;样品气密性良好。     

磷化铟的化学机械抛光技术研究进展

磷化铟单晶作为一种重要的外延层衬底材料被广泛应用于光电器件.衬底外延生长和电子器件制备要求磷化铟晶片表面具有极低的表面粗糙度、无表面/亚表面损伤和残余应力等,需对磷化铟晶片表面进行抛光加工,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响磷化铟基器件的性能.综述了磷化铟晶体化学机械抛光(CMP)技术进展;介绍了磷化铟表面的化学反应原理、CMP去除机理;详细分析了磷化铟抛光液组分及pH值、抛光工艺参数(抛光压力、抛光盘转速、抛光垫特性、磨料种类、粒径及浓度)等对磷化铟抛光质量的影响;介绍了磷化铟抛光片的清洗工艺,并对磷化铟CMP的后续研究方向提出一些建议.     

一种基于BCB键合技术的新型MEMS圆片级封装工艺

苯并环丁烯(BCB)键合技术通过光刻工艺可以直接实现图形化,相对于其他工艺途径具有工艺简单、容易实现图形化的优点。选用4000系列BCB材料进行MEMS传感器的粘接键合工艺试验,解决了圆片级封装问题,采用该技术成功加工出具有三层结构的圆片级封装某种惯性压阻类传感器。依据标准GJB548A对其进行了剪切强度和检漏测试,测得封装样品漏率小于5×10-3Pa.cm3/s,键合强度大于49N,满足考核要求。     

用于SAW器件制造的键合减薄技术

铌酸锂(LiNbO3)作为一种压电材料,常被用于声表面波(SAW)器件的压电层,通常LiNbO3晶片厚度为500 μm,而实际上压电层的有效利用厚度为λ～2λ(λ为声表面波波长).为能实现SAW器件的高度集成化,需用键合减薄及抛光技术对LiNbO3进行加工处理.用粒径(φ)100 nm的SiO2抛光液对减薄后的铌酸锂晶体样品进行化学机械抛光,研究了抛光垫、抛光盘转速、压力及抛光时间对抛光过程的影响.抛光结果表明最佳抛光工艺参数是:采用阻尼布抛光盘,100 nm的SiO2抛光液,转速为120 r/min,压力为3.9N,抛光时间为40 min.经测试样品厚度为80μm,样品的最小粗糙度Ra=0.468 nm,Rq=0.593 nm(Ra为算术平均粗糙度,Rq为均方根粗糙度).