低溫圓片鍵合理論與工藝研究.pdf

1、圓片鍵合是一種新興的微電子制造技術(shù)，其特點是可將大尺寸的圓片材料一次性集成到一起，因此在材料制備、三維微結(jié)構(gòu)集成和IC、MEMS器件制造及封裝中應用日趨廣泛。傳統(tǒng)圓片鍵合技術(shù)通常需要在高溫條件(>400℃)下進行，由此導致的熱應力問題會造成器件工作不穩(wěn)定和可靠性降低；同時過高的溫度還會使圓片材料中的功能成分再度擴散，致使電學特性劣化。因此，低溫，即400℃甚至300℃以下的圓片鍵合技術(shù)日益被重視，正逐步成為圓片級封裝實用化和產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)

2、。所以，需要深入地研究低溫圓片鍵合工藝機理，探索可行的鍵合手段并建立相應的抽象模型，為圓片級封裝提供有效的方法和工具。
　　 本文立足于硅基圓片材料，對低溫圓片鍵合的理論模型與機理、工藝、以及相應的檢測技術(shù)進行了深入的研究，內(nèi)容包括：對表面活化直接鍵合試驗進行深入分析，研究了硅-硅直接鍵合的機理。通過分析各種分子原子力在鍵合過程中的作用，確定了低溫鍵合模型。綜合了各因素對最終鍵合質(zhì)量的影響，提出了根據(jù)圓片表面形貌判定能否鍵合成功

3、的標準。設(shè)計并完成了疏水性和親水性表面活化直接鍵合的工藝試驗，明確了各種活化配方和工藝流程對活化效果的影響。通過試驗發(fā)現(xiàn)親水性表面活化鍵合適用于低溫鍵合，并根據(jù)試驗結(jié)果提出了最佳活化配方和工藝。提出了一種將表面活化直接鍵合與激光局部鍵合相結(jié)合的鍵合技術(shù)。試驗首先使用了親水性表面活化溶液對鍵合片進行表面活化處理，并在室溫下成功地完成了預鍵合。然后在不使用任何夾具施加外力輔助的情況下，利用波長1064nm的Nd:YAG 連續(xù)式激光器，實現(xiàn)了

4、激光局部鍵合，并取得了比較好的鍵合強度。試驗結(jié)果表明，這種以表面活化預鍵合代替加壓的激光局部鍵合技術(shù)克服了傳統(tǒng)激光鍵合存在的激光對焦困難，壓力不勻易損害鍵合片和玻璃蓋板等缺點，同時縮短了表面活化直接鍵合的退火時間，提高了鍵合效率。將親水性表面活化鍵合應用于圖形圓片鍵合中，實驗表明適合于裸片鍵合的活化工藝同樣也能應用于低溫圖形圓片鍵合。利用低轉(zhuǎn)化溫度的玻璃中介材料實現(xiàn)了硅-硅中介鍵合，而且此玻璃中介材料膨脹系數(shù)與硅相接近，避免了熱膨脹系數(shù)