Si-Si直接键合的研究及其应用

硅片直接键合技术是一种简单易行的硅片熔合技术,由于该技术不受材料的结构、晶向和点阵参数的影响,因而得到了广泛的应用。介绍了硅片直接键合的方法和键合模型,并简单介绍了硅片直接键合技术的应用。     

晶片键合质量的红外检测系统设计

基于晶片的红外透射原理,设计并搭建了晶片直接键合质量红外检测装置,并利用图像处理技术开发了相应的软件模块,可以快速获取键合界面的特性参数,如空洞分布、大小及键合率等,从而实现晶片直接键合质量的快速评估.同时,将该红外检测装置与硅片键合装置结合一体,可以实时监测硅片直接键合工艺.通过分析不同工艺条件下所获得的键合片质量,包括键合率、缺陷分布以及键合强度等参数的比较,可以有助于理解晶片键合的机理,实现键合工艺的优化.     

基于UV光照的圆片直接键合技术

研究了UV辅助活化与湿化学清洗活化相结合的圆片直接键合技术,并利用红外测试系统、单轴拉伸测试仪和场发射扫描电子显微镜,结合恒温恒湿实验、高低温循环实验对键合质量进行了测试.结果表明,采用该技术可以实现较好的圆片直接键合,提高键合强度,控制合适的UV光照时间可以获得更高的强度,对键合硅片进行恒温恒湿和高低温交变循环处理后,硅片仍能保持较高的键合强度.因此,该工艺对于改进圆片直接键合技术是行之有效的,具有很大的应用潜力.     

基于UV光照的圆片直接键合技术

研究了UV辅助活化与湿化学清洗活化相结合的圆片直接键合技术,并利用红外测试系统、单轴拉伸测试仪和场发射扫描电子显微镜,结合恒温恒湿实验、高低温循环实验对键合质量进行了测试.结果表明,采用该技术可以实现较好的圆片直接键合,提高键合强度,控制合适的UV光照时间可以获得更高的强度,对键合硅片进行恒温恒湿和高低温交变循环处理后,硅片仍能保持较高的键合强度.因此,该工艺对于改进圆片直接键合技术是行之有效的,具有很大的应用潜力.     

硅片直接键合迅速发展

硅片直接键合技术 (ＳＤＢ)就是把二片抛光硅片经表面清洁处理 ,在室温下预键合 ,再经高温键合而成为一个整体的技术。ＳＤＢ技术主要分两种 :一种是无氧化膜的硅片之间的键合 (即ＳＤＢ) ,一种是有氧化膜的硅片之间的键合 ,即用ＳＤＢ技术制作的ＳＯＩ,用ＳＯＢ/ＳＯＩ来表示。世界上有很多公司生产ＳＤＢ片和ＳＤＢ/ＳＯＩ片 ,如美国的Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｈａｒｒｉｓ、ＨＰ、ＩＲ、Ｓｉｂｏｎｄ、ＩＢＭ、ＴＩ、Ｉｂｒｉｓ,日本的东芝、信越、ＮＴＴ、三菱、佳能 ,韩国的三星 ,法国的Ｓｏｉｔｅｃ等公司。法国的Ｓｏｉｔｅｃ公司年产 2 0…     

用于制造传感器、执行器和微结构的硅直接键合(SDB)工艺

硅片直接键合(SDB),即硅—硅键合,是一种把两个硅片直接键合在一起的一种工艺,它不需使用如聚合物或熔融玻璃的中间粘结剂,也不需用如在玻璃一硅阳极键合中的外加电场.这种工艺已经在微电路研制中用来制造SOI衬底同样在制造硅传感器、执行器和微结构方面得到广泛应用.     

采用界面薄层氧化硅的硅片直接键合技术研究

本文研究了采用界面薄层氧化硅的硅片直接键合技术。利用原子力显微镜（AFM）和剪切力测试分别表征表面粗糙度和键合强度随着薄层氧化硅厚度的变化情况。对比了采用热氧化和等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）两种方法对晶片粗糙度及键合强度的影响。结果表明采用热氧化和PECVD沉积薄层氧化硅做硅片直接键合,键合强度分别可以达到18MPa和8MPa,键合强度随着薄层界面氧化硅厚度的增加而下降,这对于MEMS器件制备及其他硅片直接键合的应用都具有十分重要的指导意义。     

用氧等离子体激活处理的低温硅片直接键合技术

针对在ＭＥＭＳ加工中所要求的低温键合,提出了一种用氧等离子体激活处理来降低退火温度的低温硅片直接键合技术。研究了低温ＳＤＢ的特性并得出了经过氧等离子体处理的硅片界面能比常规同条件的ＳＤＢ提高近１０倍的结论。最后详细探讨了其键合机理。     

适合于VDMOSFET的硅片直接键合技术

采用硅片直接键合(SDB)工艺代替传统的外延工艺制备出材料片，并将其应用于VDMOSFET器件的研制。实验结果表明，采用SDB硅片制造出的器件，其电学特性优于采用外延片制作出的器件。     

直接键合硅片界面键合能的理论分析

直接键合硅片界面的键合能依赖于界面成键的密度 ,是退火温度和时间的函数 ,界面反应激活能决定着成键的行为 .硅片键合能随退火温度分两步增加 ,这种现象被归因于界面反应存在两种不同的激活能 .将硅本征氧化层与硅热氧化层两种键合界面在退火过程中的行为进行了理论分析与比较 .硅本征氧化层的键合能随温度的增加要比热氧化层界面的大 .键合能的饱和时间与激活能密切相关     

MEMS低温圆片级键合密封工艺研究

研究了一种使用非光敏苯并环丁烯(BCB)材料的低温硅片级键合,并将其用于压力谐振传感器封装.采用AP3000作为BCB中的黏结促进剂,将谐振片与硅片或Pyrex 7740玻璃晶圆键合,程序简单,低成本,密封性能较高,且键合温度低于250℃.通过拉伸实验,这种键合的剪切强度高于40 MPa.所以此硅片级键合适用于压力传感器的封装.     

硅-硅直接键合后硅片的机械减薄过程北大核心

硅-硅直接键合硅片的机械减薄工艺对器件的性能有很大的影响。采用磨削、化学腐蚀和机械/化学抛光的方法对硅-硅直接键合硅片进行减薄加工,分析了减薄过程中各个工序键合片的平整度、弯曲度和翘曲度变化,并对减薄后硅片的厚度均匀性进行了考察。本次实验最终获得了几何参数良好、厚度满足要求且均匀的晶片。磨削过程会使弯曲度和翘曲度升高,可以通过化学腐蚀的方法降低弯曲度和翘曲度,化学腐蚀过程虽然使平整度升高,但可以通过机械/化学抛光的方法降低平整度。采用该减薄技术对直接键合硅片进行机械减薄具有可行性。     

CF4等离子处理在低温硅片直接键合中的应用

键合前用CF4等离子体对硅片表面进行处理,经亲水处理后,完成对硅片的预键合.再在N2保护下进行40h 300℃退火,获得硅片的低温直接键合.硅片键合强度达到了体硅的强度.实验表明,CF4对硅片的处理不仅可以激活表面,而且可以对硅片表面进行有效的抛光,大大加强了预键合的效果.     

低温阳极键合工艺研究

对低温阳极键合特性进行了研究.通过对硅片进行亲水、疏水和表面未处理3 种不同处理方式研究其对键合的影响,键合前将硅片浸入去离子水（DIW）中不同时间,研究硅表面H基和氧化硅分子数量对键合的影响.结果表明经亲水处理的硅片在水中浸泡1 h 的键合效果最佳.并设计了不同烘烤时间下的阳极键合实验,表明在100 °C 下烘烤30 min 可以有效减少气泡的数量和尺寸.由不同工艺条件下得到的键合形貌可知,通过控制硅片表面微观状态可以达到减小或消除键合气泡的目的.     

晶片直接键合所需表面粗糙度条件

根据JKR接触理论,推导出晶片直接键合时晶片接触表面粗糙度需要满足的条件,其中晶片接触表面粗糙度的描述是基于缝隙长度和缝隙高度的正弦波模型.分析结果表明,晶片直接键合的条件与无量纲参数α有关.以硅片键合为例,根据参数α可以把硅片键合分为三种类型:硅片直接键合(α＞1.065);在外压力作用下键合(0.57＜α＜1.065)和有空洞产生的键合(α＜0.57).实验数据与理论结果吻合得很好.     

晶片直接键合所需表面粗糙度条件

根据JKR接触理论,推导出晶片直接键合时晶片接触表面粗糙度需要满足的条件,其中晶片接触表面粗糙度的描述是基于缝隙长度和缝隙高度的正弦波模型.分析结果表明,晶片直接键合的条件与无量纲参数α有关.以硅片键合为例,根据参数α可以把硅片键合分为三种类型:硅片直接键合(α＞1.065);在外压力作用下键合(0.57＜α＜1.065)和有空洞产生的键合(α＜0.57).实验数据与理论结果吻合得很好.     

硅/硅直接键合的界面应力

硅/硅直接键合技术广泛应用于SOI,MEMS和电力电子器件等领域,键合应力对键合的成功和器件的性能产生很大的影响。键合过程引入的应力主要是室温下两硅片面贴合时表面的起伏引起的弹性应力;高温退火阶段由于两个硅片的热膨胀系数不同引起的热应力和由于界面的本征氧化层或与二氧化硅键合时二氧化硅发生粘滞流动引起的粘滞应力。另外,键合界面的气泡、微粒和带图形的硅片键合都会引入附加的应力。     

硅片直接键合技术及其应用

本文简要介绍硅片直接键合和它的减薄技术以及该技术在微电子学中的应用。     

硅／硅键合界面的正电子湮没分析

硅/硅键合是硅功率器件,功率集成电路以及集成传感器衬底制备新技术之一。键合界面的缺陷直接影响器件性能。我们采用正电子湮没技术对N/N~+硅键合片界面缺陷进行了研究。由正电子湮没谱可知:键合引入了界面缺陷,但其缺陷密度小于热扩散形成的N~-/N~+片而引入的缺陷。界面缺陷主要是一些复杂的空位团和微型空洞组成。而且在不同的退火温度下,缺陷状态不同,在高于键合温度下退火。可使键合片具有与原始硅片相近的特性。     

硅片直接键合杂质分布的模型与模拟

根据键合过程和半导体中杂质扩散的规律建立了硅片直接键合工艺的数学模型,得到了键合后硅片中杂质的浓度分布.并利用MATLAB软件,编写了键合工艺模拟程序,计算结果与实验进行了比较.该模型可以为相关器件的研究提供参考.