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(diǎn)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(yīng)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(jìn)行，由此導(dǎo)致的熱應(yīng)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(kuò)散，致使電學(xué)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(shí)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(jī)理，探索可行的鍵合手段并建立相應(yīng)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(jī)理、工藝、以及相應(yīng)的檢測技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，內(nèi)容包括：對表面活化直接鍵合試驗(yàn)進(jìn)行深入分析，研究了硅-硅直接鍵合的機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。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(yàn)，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(yàn)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(yàn)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(yàn)首先使用了親水性表面活化溶液對鍵合片進(jìn)行表面活化處理，并在室溫下成功地完成了預(yù)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(shí)現(xiàn)了

4、激光局部鍵合，并取得了比較好的鍵合強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種以表面活化預(yù)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(diǎn)，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(yīng)用于圖形圓片鍵合中，實(shí)驗(yàn)表明適合于裸片鍵合的活化工藝同樣也能應(yīng)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(shí)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)