硅基器件鍵合新技術(shù)及其應(yīng)用.pdf

1、鍵合技術(shù)(BondingTechnology)是隨著集成電路和微機(jī)械的發(fā)展而出現(xiàn)的一種加工技術(shù)。鍵合是指不利用任何黏合劑，只通過化學(xué)鍵和物理作用將硅片與硅片、硅片與玻璃或其他材料緊密結(jié)合在一起。鍵合界面具有良好的氣密性和長期的穩(wěn)定性，應(yīng)用十分廣泛，是MEMS(MicroElectronic-mechanicalSystem，微電子機(jī)械系統(tǒng))封裝中的基本技術(shù)之一。一般來說，鍵合都需要高溫退火，但是如果退火溫度太高，就會帶來許多負(fù)面效應(yīng)，影

2、響鍵合的應(yīng)用范圍。所以如何降低退火溫度實(shí)現(xiàn)低溫鍵合，是人們的一大研究方向。同時(shí)，對兩個(gè)適配組件的表面進(jìn)行鍵合，不僅僅要使其形成一定的結(jié)構(gòu)，有時(shí)還要達(dá)到密封、導(dǎo)熱及導(dǎo)電功能。即在研究鍵合技術(shù)時(shí)，不僅僅要考慮它的機(jī)械特性，還要考慮它的光學(xué)、電學(xué)特性等。 本論文主要對低溫硅硅直接鍵合的新技術(shù)進(jìn)行了研究，對鍵合界面性質(zhì)進(jìn)行了討論，并對鍵合技術(shù)在室溫紅外探測器封裝中的應(yīng)用做了大量工作。論文的主要內(nèi)容如下： 首先介紹了MEMS鍵合的

3、種類，硅硅直接鍵合的工藝原理，鍵合前對硅片表面處理以及各種鍵合質(zhì)量的檢測方法。并開發(fā)了相關(guān)的檢測設(shè)備為實(shí)驗(yàn)服務(wù)。根據(jù)研究現(xiàn)狀提出了一種新穎的基于CF4等離子體的直接鍵合技術(shù)。 對基于CF4等離子體處理的硅硅直接鍵合技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究。確定了要達(dá)到良好鍵合的實(shí)驗(yàn)條件，并對鍵合界面進(jìn)行了結(jié)晶學(xué)分析，討論了CF4等離子體作為鍵合預(yù)處理手段的作用和優(yōu)點(diǎn)。最后討論了基于CF4等離子體的低溫直接鍵合的機(jī)理，并使用FETEM所配置的EDX

4、能譜儀對鍵合界面的成分進(jìn)行了分析。討論了硅硅直接鍵合界面的各種特性，包括界面氧化層、界面電學(xué)特性、界面位錯(cuò)以及他們之間的關(guān)系，得出氧化層的存在使界面呈現(xiàn)非歐姆特性，并得到了這種非歐姆特性隨退火溫度的變化關(guān)系。使用FETEM對鍵合界面進(jìn)行了高分辨的圖像分析，得到了鍵合界面過渡層厚度與退火處理的關(guān)系。使用T-SUPREM模擬軟件對硅硅直接鍵合界面處的雜質(zhì)分布變化進(jìn)行了模擬，得出了雜質(zhì)界面偏離鍵合界面的結(jié)果，并討論了這種結(jié)果對鍵合片后續(xù)器件性