晶圓低溫鍵合技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、作為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的一項(xiàng)新興的使能技術(shù)，晶圓直接鍵合已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。晶圓鍵合可以使得經(jīng)過拋光的半導(dǎo)體晶圓在不使用粘結(jié)劑的情況下結(jié)合在一起。這種技術(shù)可以用于微電子、微機(jī)械、光電子等諸多領(lǐng)域。因此，深入研究晶圓鍵合的技術(shù)和應(yīng)用的細(xì)節(jié)，對于推進(jìn)晶圓鍵合在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用具有重要的意義。本研究工作將涉及晶圓鍵合的技術(shù)和應(yīng)用的一些方面。晶圓鍵合技術(shù)是其得以用于實(shí)際器件制作的基礎(chǔ)，研究中，完成了對晶圓低溫鍵合進(jìn)行理論建模、工

2、藝改進(jìn)以及質(zhì)量的評估。在晶圓鍵合的應(yīng)用方面，將工藝運(yùn)用于多層晶圓鍵合，帶圖形晶圓鍵合以及微流管道器件的制備。 在晶圓鍵合的理論研究中，本文利用平板接觸的力學(xué)理論，結(jié)合硅晶圓鍵合的實(shí)際情況，建立了一套鍵合模型。該模型中，晶圓的表面形貌凹凸采用更接近實(shí)際的高斯分布。通過模型，詳細(xì)地分析了晶圓在接觸過程中，由于彈性形變造成的彈性力以及由于表面活化造成的吸附力與晶圓距離之間的關(guān)系，清晰地解釋了晶圓鍵合中，不同接觸距離對鍵合力的影響。通過

3、將仿真結(jié)論與實(shí)際鍵合發(fā)生的條件進(jìn)行對比，提出了晶圓發(fā)生自發(fā)鍵合的理論判據(jù)。這一判據(jù)給出了在不同活化質(zhì)量下對晶圓表面粗糙度的要求，具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用性。 在晶圓鍵合的工藝探索中，基于將干法和濕法活化相結(jié)合的思想，采用了紫外光輔助晶圓鍵合的工藝流程。通過對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合適的紫外光照射能夠大大提高晶圓鍵合的質(zhì)量，對這一現(xiàn)象，研究工作從化學(xué)熱力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，對比了紫外光和各種化學(xué)共價(jià)鍵的鍵能，并根據(jù)紫外光的機(jī)制，闡述了其對于晶圓表面清洗和活

4、化的詳細(xì)機(jī)理，提出了其在晶圓表面聚集羥基的流程。 在晶圓鍵合的質(zhì)量評估中，對樣片進(jìn)行了恒溫恒濕，高低溫循環(huán)以及氣密性的測試，對晶圓鍵合進(jìn)行多方面的質(zhì)量檢測和可靠性評估。此外，針對經(jīng)過長時(shí)間的紫外光照射，鍵合強(qiáng)度降低這一現(xiàn)象，本研究的測試環(huán)節(jié)中利用原子力顯微鏡對晶圓表面的粗糙度和承載率做了進(jìn)一步的測試，并給出了合理的解釋。將技術(shù)探索的成果用于晶圓鍵合的應(yīng)用研究，我們嘗試制備了三層晶圓鍵合，獲得了良好的界面特性，為制備三維互聯(lián)結(jié)構(gòu)打