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.     

一种基于Ag-Sn等温凝固的圆片键合技术

研究了用Ag-Sn作为键合中间层的圆片健合。相对于成熟的Au-Sn键合系统(典型键合温度是280℃),该系统可以提供更低成本、更高键合后分离(De-Bonding)温度的圆片级键合方案。使用直径为100mm硅片,盖板硅片上溅射多层金属Ti/Ni/Sn/Au,利用Lift-off工艺来形成图形。基板硅片上溅射Ti/Ni/Au/Ag。硅片制备好后,将盖板和基板叠放在一起送入键合机进行键合。键合过程在N2气氛中进行,键合过程中不需要使用助焊剂。研究了不同键合参数,如键合压力、温度等对键合结果的影响。剪切强度测试表明样品的剪切强度平均在55.17MPa。TMA测试表明键合后分离温度可以控制在500℃左右。He泄漏测试证明封接的气密性极好。     

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.     

硅片的直接键合

本文叙述有关硅片的直接键合技术工艺过程,键合特性及其应用.它是将已知的玻璃封接技术应用到硅片上,键合强度和键合电特性都很好,可适用于功率器件和传感器.但是这技术出现不久,基本特性不十分清楚有待今后进一步发展.一、引言硅片直接键合是不须要粘接剂及其他材料介入而由同样两片硅片直接键合的技术.基本上是将两片相同的经过镜面处理的硅片洗净,直接接触,键合的方法只须经过热处理就能     

圆片直接键合界面表面能测试研究

基于裂纹传播扩散法,研究了键合圆片的表面能计算方法,推导出包括圆形、矩形、三角形等形状样品的平均表面能计算公式,并应用于硅片直接键合的表面能计算.应用实例表明,上述公式能方便地计算出键合圆片的平均表面能,实现对键合质量的检测和评估,进而可以指导和优化圆片直接键合工艺.     

硅片直接键合机理及快速热键合工艺

本文的理论与实验结果说明,硅片表面吸附的OH团是室温下硅片相互吸引的主要根源。采用SIMS和红外透射谱定量测量了OH吸附量。开发了表面活化技术。发现键合强度随温度而增大是键合面积增加所致。SiO_2/SiO_2键合之界面中各种物质的扩散及氧化层粘滞流动可以消除界面微观间隙。经表面活化的两硅片经室温贴合,150℃预键合,800℃,2小时退火后经1200℃,2分钟快速热键合可实现完善的键合且原有杂质分布改变很小,为减薄工艺提供了一个技术基础。     

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.     

Si-玻璃阳极键合失效机理研究

在采用Si-玻璃阳极键合技术制备微惯性传感器的过程中,实验发现键合圆片中心区域键合失效。通过对键合机理和工艺过程进行分析,认为湿法腐蚀工艺引入钾离子(K+)污染是造成键合失效的主要原因,也可以对键合失效现象给出合理的解释。改变工艺参数进行了键合对比实验,结果表明,未受K+污染的键合圆片没有发生键合失效现象。提出了解决键合失效问题的两种方案,并首次提出在Si片表面生长氧化层提高失效区键合强度的方法;从理论上分析了增加SiO2介质层的可行性。强度测试结果表明,在SiO2厚度为150nm时,键合剪切强度达到14MPa,验证了方案的可靠性。利用上述方法制备出微加速度传感器敏感结构。     

基于湿法表面活化处理的InP/SOI晶片键合技术

为了实现集成硅基光源,研究了基于湿法表面处理的InP/SOI直接键合技术。采用稀释的HF溶液对InP晶片进行表面活化处理,同时采用Piranha溶液对SOI晶片进行表面活化处理,实现了二者的低温直接键合。分别采用刀片嵌入法和划痕测试仪对样品的键合强度进行了定性及定量分析。同时,采用超声波扫描显微镜及扫描电子显微镜对键合界面的缺陷信息及键合截面的微观特性进行了评估。分析结果表明:提出的键合工艺可以获得较好的键合效果。     

一种Au-Si键合强度检测结构与试验

设计了一种Au-Si键合强度检测结构。通过对一组不同尺寸压臂式测试结构的检测，可以由结构尺寸半定量地折算出键合面的键合强度；采用同一结构尺寸，可以比较不同条件下键合强度的相对大小；此结构还可用于其它类型键合强度的比较和测试。通过压臂法检测了Au-Si键合强度，其数值高于硅片基体本身的强度。     

晶圆低温直接键合技术研究进展

晶圆低温直接键合技术与传统键合方式相比具有对晶片及器件损伤小、无中介层污染、无需外部电场辅助等优势,在功率型半导体光电及电力电子器件、大功率固体激光器、MEMS、光电集成等领域具有巨大的应用潜力.文章从低温直接键合技术的发展历程入手,重点介绍了湿法疏水键合、湿法亲水键合和等离子体活化键合的物理化学机制.系统阐述了低温直接键合的工艺流程和键合强度的表征方法,探讨了低温直接键合的技术发展趋势,并对低温直接键合工艺的改善和创新应用拓展进行了展望.     

晶圆键合技术在LED应用中的研究进展

简要介绍了晶圆键合技术在发光二极管(LED)应用中的研究背景,分别论述了常用的黏合剂键合技术、金属键合技术和直接键合技术在高亮度垂直LED制备中的研究现状,包括它们的材料组成和作用、工艺步骤和参数以及优缺点.其中,黏合剂键合是一种低温键合技术,且易于应用、成本低、引入应力小,但可靠性较差;金属键合技术能提供高热导、高电导的稳定键合界面,与后续工艺兼容性好,但键合温度高,引入应力大,易造成晶圆损伤;表面活化直接键合技术能实现室温键合,降低由于不同材料间热失配带来的负面影响,但键合良率有待提高.     

Si/Si直接键合界面性质的研究

通过三步直接键合方法实现了 Si/ Si键合。采用 XPS、FTIR、I-V、拉伸强度等手段对 Si/ Si键合结构的界面特性作了深入广泛的研究。研究结果表明 ,高温退火后 ,在键合界面没有 Si-H和 Si-OH网络存在 ,键合界面主要由单质 Si和不定形氧化硅 Si Ox 组成。同时 ,研究还表明 ,I-V特性和键合强度强烈地依赖于退火温度。     

Transfer of semiconductor and oxide films by wafer bonding and layer cutting

Material integration by wafer bonding and layer transfer is one of the main approaches to increase functionality of semiconductor devices and to enhance integrated circuits (IC) performance. Even though most mismatches such as different lattice constants betweeen bonding materials present no obstacle for wafer direct bonding, thermal stresses caused by thermal mismatches must be minimized by low temperature bonding to avoid debonding, sliding or cracking. In order to achieve a strong bond at low temperatures, two approaches may be adopted: 1) Bonding at room temperature by hydrogen bonding of OH, NH, or FH terminated surfaces followed by polymerization to form covalent bonds. Within this approach the key is to remove the by-products of the reaction at the bonding interface. 2) Direct formation of a covalent bond between clean surfaces without adsorbents in ultra high vacuum conditions. Low temperature bonding allows bonding processed wafers for technology integration. Layer transfer requires uniform thinning of one wafer of a bonded pair. The most promising technology involves a buried embrittled region by hydrogen implantation. A layer with a thickness corresponding to the hydrogen implantation depth is then transferred onto a bonded desired substrate by either splitting due to internal gas pressure or by forced peeling as long as the bonding energy is higher than the fracture energy in the embrittled region at the layer transfer temperature. This approach is quite generic in nature and may be applied to almost all materials. We have found that B+H co-implantation and/or H implantation at high temperatures can significantly lower the splitting temperature. However, the wafer temperature during H implantation has to be within a temperature window that is specific for each material. The experimentally determined temperature windows for some semiconductors and single crystalline oxides will be given.     

n-GaAs和p-GaN晶片的直接键合

采用直接键合的方法成功实现了n-GaAs和p-GaN晶片的高质量键合.扫描电子显微镜观测结果表明,键合界面没有空洞.键合前后光致发光谱测试表明,键合工艺对材料质量影响不大.室温下界面的电流-电压特性表明,键合得到的n-GaAs/p-GaN异质结为肖特基二极管并且理想因子为1.08.n-GaAs和p-GaN材料直接键合的成功对于集成GaAs和GaN材料制备光电集成器件有重要意义.     

圆片键合强度测试方法分析

介绍了三种典型的圆片键合强度表现形式:抗拉强度、剪切强度和粘接强度.针对每种表现形式的特点,分析了相应的测试方法.抗拉和剪切强度以力为表征,主要的测试方法是一维直拉法,可测78.4 MPa强度以下的键合样件,但是测试样件制备要求比较严格;粘接强度是以能量形式表征键合强度,可以从本质上了解键合质量,主要测试方法是DCBT法.但是DCBT法需要精确计算所做的功,对测试设备要求较高.因此,抗拉和剪切强度主要应用于生产实际中而粘接强度侧重于科研工作.     

Bonding parameters of blanket copper wafer bonding

A reliable copper wafer bonding process condition, which provides strong bonding at low bonding temperature with a short bonding duration and does not affect the device structure, is desirable for future three-dimensional (3-D) integration applications. In this review paper, the effects of different process parameters on the quality of blanket copper wafer bonding are reviewed and summarized. An overall view of copper wafer bonding for different bonding parameters, including pressure, temperature, duration, clean techniques, and anneal option, can be established. To achieve excellent copper wafer bonding results, 400°C bonding for 30 min. followed by 30 min. nitrogen anneal or 350°C bonding for 30 min. followed by 60 min. anneal bonding is necessary. In addition, by meeting the process requirements of future integrated circuit (IC) processes, the best bonding condition for 3-D integration can be determined.     

基于氧等离子体活化的硅硅直接键合工艺研究

基于氧等离子体活化的硅硅直接键合是一种新型的低温直接键合技术。为了优化工艺参数,得到高质量的键合硅片,选用正交试验法,研究了氧等离子体活化时间、活化功率、氧气流量三个重要的工艺参数对键合的影响,并采用键合率评估键合质量。研究结果表明,活化功率对键合率的影响最大,氧气流量次之,活化时间对结果影响最小,据此结论,在上述工艺中需重点关注活化功率和氧气流量的参数选择。