多層硅直接鍵合技術(shù)的研究.pdf

1、隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS(Micro Electro Mechanical System)的發(fā)展,現(xiàn)有的加工手段對其設(shè)計和制造產(chǎn)生了諸多限制。將硅直接鍵合技術(shù)(Silicon Direct Bonding,簡稱SDB)加以拓展,就形成了多層硅直接鍵合技術(shù)。多層硅直接鍵合技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,使復(fù)雜器件的加工成為可能。多層硅直接鍵合技術(shù)是制造三維結(jié)構(gòu)的一項極具吸引力的技術(shù),在慣性器件、微結(jié)構(gòu)和微系統(tǒng)方面有突出的應(yīng)用潛力。雖然多層硅直接鍵合技

2、術(shù)應(yīng)用范圍很廣,但是它對工藝環(huán)境要求極高,鍵合難度極大,工藝的可重復(fù)性和成品率極低。目前對多層硅直接鍵合技術(shù)的研究還很不成熟,因此多層硅直接鍵合技術(shù)是一個非常值得研究的新興領(lǐng)域。
　　 在已有的硅直接鍵合技術(shù)的研究基礎(chǔ)之上,本文開展了對多層硅直接鍵合技術(shù)的研究,著眼于解決工藝細(xì)節(jié)問題,進(jìn)行了大量的工藝實(shí)驗,找出了一種較為可行的實(shí)現(xiàn)多層硅直接鍵合的工藝方案,為復(fù)雜器件和系統(tǒng)的設(shè)計和加工提供了工藝保證。本文所做的具體工作如下:

3、>　　 1、在兩層硅直接鍵合工藝的研究基礎(chǔ)上,對多層硅直接鍵合工藝展開研究,設(shè)計了兩種工藝研究方案:一步鍵合和多步鍵合。通過對多層硅直接鍵合過程中工藝細(xì)節(jié)的改進(jìn),如在預(yù)鍵合前,用氧等離子體活化處理硅片表面的方法,成功實(shí)現(xiàn)了多層硅片直接鍵合。通過對一步鍵合和多步鍵合的實(shí)驗結(jié)果分析,對比得出:一步鍵合的效果良好,而多步鍵合不適用于多層硅直接鍵合技術(shù)。
　　 2、嚴(yán)格按照鍵合工藝流程,進(jìn)行了大量的具有微腔結(jié)構(gòu)的兩層硅片親水鍵合實(shí)驗,

4、著重研究:在嚴(yán)格控制影響鍵合質(zhì)量的一些關(guān)鍵工藝因素的情況下(如硅片表面平整度、粒子玷污和退火溫度及時間等),鍵合硅片的界面空洞分布、鍵合強(qiáng)度,應(yīng)力分布等情況。實(shí)驗發(fā)現(xiàn),在操作環(huán)境和方法上進(jìn)一步改進(jìn),則可使鍵合率進(jìn)一步提高。
　　 3、針對多層硅微結(jié)構(gòu)直接鍵合的特點(diǎn)和問題,對多層硅微結(jié)構(gòu)直接鍵合技術(shù)進(jìn)行了研究。同兩層硅鍵合的微腔結(jié)構(gòu)相比,多層硅鍵合的微腔結(jié)構(gòu)加工步驟較多,加工時間較長,更易受到各種顆粒的污染。除此之外,由于有微腔的