半导体高温压力传感器的静电键合技术

本文论述了多晶硅高温压力传感器中的硅 玻璃静电键合技术 ,包括硅 玻璃静电键合机理 ,键合强度及键合后残余应力的改善措施 .通过大批量键合封接实验 ,键合的成品率达到 95 %以上     

低温阳极键合技术研究

通过键合温度220~250℃、键合电压400~600 V的硅玻璃低温阳极键合实验,分析了温度和电场分别对键合强度和键合效率的影响,并讨论了键合机理。     

两电极多层阳极键合实验研究

介绍了用2个电极通过一次电极反接的方式实现多层样片之间阳极键合的操作工艺和键合机理,并以玻璃-硅-玻璃三层结构为例对其进行了实验研究。结果显示：多余的玻璃对第一次键合过程的电流特性影响不大,而第一次键合的玻璃对第二次键合电流产生显著的影响,电流出现不规则的突变。而且,在第二次键合过程中,第一次键合的玻璃在键合面上会出现由于钠元素积聚而产生的黄褐色斑点。拉伸强度实验的结果表明：第二次键合过程中在第一次键合面形成的反向电压会减弱键合的强度;通过合理选择键合参数可以得到满足MEMS封装要求的键合强度。     

硅牌键合技术的研究进展

硅片键合技术是指通过化学和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其它材料紧密地结合起来的方法.硅片键合往往与表面硅加工和体硅加工相结合,用在MEMS的加工工艺中.常见的硅片键合技术包括金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合以及玻璃焊料烧结等.文中将讨论这些键合技术的原理、工艺及优缺点.     

硅片键合技术的研究进展

硅片键合技术是指通过化学和物理作用将硅片与硅片，硅片与玻璃或其它材料紧密地结合起来的方法，硅片键合往往与表面硅加工和体硅加工相结合，用在MEMS的加工工艺中，常见的硅片键合技术包括金硅共熔键合，硅／玻璃静电键合，硅／硅直接键合以及玻璃焊料烧结等，文中将讨论这些键合技术的原理，工艺及优缺点。     

圆片级叠层键合技术在SOI高温压力传感器中的应用

针对绝缘体上硅(SOI)异质异构结构特点,提出了两次对准和两次阳极键合工艺方法,实现了圆片级SOI高温压力传感器硅敏感芯片的叠层键合。采用玻璃—硅—玻璃三层结构的SOI压力芯片具有良好的密封性和键合强度。经测试结果表明:SOI高温压力传感器芯片键合界面均匀平整无缺陷,漏率低于5×10~(-9)Pa·m~3/s,键合强度大于3 MPa。对芯片进行无引线封装,在500℃下测试得出传感器总精度小于0. 5%FS。     

表面有微结构的硅片键合技术

针对表面带有微结构硅晶圆的封装展开研究,以采用Ti/Au作为金属过渡层的硅—硅共晶键合为对象,提出一种表面带有微结构的硅—硅共晶键合工艺,以亲水湿法表面活化处理降低硅片表面杂质含量,以微装配平台与键合机控制键合环境及温度来保证键合精度与键合强度,使用恒温炉进行低温退火,解决键合对硅晶圆表面平整度和洁净度要求极高,环境要求苛刻的问题。高低温循环测试试验与既定拉力破坏性试验结果表明:提出的工艺在保证了封装组件封装强度的同时,具有工艺温度低、容易实现图形化、应力匹配度高等优点。     

玻璃浆料键合气密性研究

研究玻璃浆料真空封装MEMS器件工艺,由于玻璃浆料键合工艺条件控制较为复杂,键合不当易失败漏气.利用光学显微镜、超声显微镜、激光显微镜、电镜等多种显微镜对各阶段玻璃浆料的形貌进行观察,对由印刷方式、预处理条件和键合工艺对键合气密性的影响进行了分析.提出了影响玻璃浆料键合气密性的几个原因,对玻璃浆料键合工艺条件控制有非常重要的指导意义.     

阳极键合强度及其评价方法

阳极键合作为一种在微机电系统(MEMS)中运用的关键技术,具有工艺简单、键合强度高、密封性好等优点。经过几十年的发展,该技术在键合机理和提高与评价键合强度等诸多方面都得到了很大的发展,并应用于越来越多的领域。对阳极键合技术的机理、键合基片材料的发展以及键合强度的评价方法等方面进行了综述和评价,并对阳极键合技术在MEMS中的发展趋势作出展望。     

光读出红外成像芯片真空封装研究

为解决光读出红外成像焦平面阵列器件的真空封装,提出了一种新颖的真空封装方法。该封装结构由可见光窗口、硅垫片和红外窗口三部分构成。硅垫片和可见光窗口（玻璃）通过阳极键合形成封装腔体,用于放置芯片;红外窗口不仅选择性增透8～14μm波段的红外辐射,且作为封装盖板;封装腔体和红外窗口在真空室内通过焊料键合完成真空封装。该封装结构通过了气密检测,并测试得到了200℃电烙铁热像图。     

MEMS悬浮结构深反应离子刻蚀保护方法对比研究

分别对基于硅玻键合与硅硅键合的MEMS加工工艺中悬浮结构深反应离子刻蚀保护方法进行对比研究,获得最佳结构刻蚀保护方法。基于硅玻键合工艺的最佳刻蚀保护方法：在结构层背面溅射金属作为保护层;基于硅硅键合工艺的最佳刻蚀保护方法：将结构刻通区域衬底硅暴露及结构层背面制作图形化的SiO2保护层相结合的方式保护。结构保护后,经长时间过刻蚀,结构依然完整无损。     

Bond-quality characterization of silicon-glass anodic bonding

A simple testing method is presented that allows the comparison of the bond quality for anodically bonded wafers. An array of parallel metal lines of predetermined thickness is formed on a glass wafer. The estimation of the bond quality can be performed by visual inspection after the bonding. This method enables comparison of the anodic-bonding process performance for different glasses, for intermediate layers and various bonding conditions. The optimization of silicon-glass anodic bonding with an intermediate phosphosilicate glass (PSG) layer is shown using this technique.     

一种具有广泛适应性的微机械加工方法研究

研究了一种具有广泛适应性的微机械制造方法,该方法可用于制备各种不同的器件,包括硅微陀螺仪、加速度计、剪切应力传感器以及光开关等.利用该方法,制备了硅微陀螺仪,并给出了所制备的硅微陀螺仪的性能测试结果,同时分析了利用该制备方法制备各种不同器件时,工艺流程对器件性能的影响,重点讨论了硅-玻璃阳极键合、减薄工艺以及深刻蚀所形成的侧壁质量,包括侧壁垂直度、侧壁杂质等因素对器件性能的影响.     

采用线阴极的快速阳极键合方法

在平板阴极和点阴极方式做阳极键合时,时间-电流特性、键合速度、结合界面质量等都有所不同。通过建立力学和电学模型,分析了不同阴极形状对阳极键合的时间、强度以及结合界面特性的影响。根据模型分析,采取了线阴极工作方式做阳极键合,样品的键合区扩散时间只需要84s。结合界面无空洞,键合强度为16.7MPa。     

Micromechanism fabrication using silicon fusion bonding

Silicon fusion bonding is studied as an enabling technology for the fabrication of microrobotic mechanisms. The effects of both surface activation technique and annealing temperature on bond strength are considered using a crack-opening technique. As part of the study, the relationship between patterned silicon feature size and the resulting bond strength is explored. Based on the experimental results, recommendations for an optimal silicon fusion bonding process for micromechanism fabrication are presented. The experimental results indicate that bulk silicon bonding strength can be achieved independent of feature size at temperatures as low as 300°C, with positive implications for micromechanism fabrication.     

Plasma assisted thermal bonding for PMMA microfluidic chips with integrated metal microelectrodes

Fracture of integrated metal microelectrodes likely happens during the thermal bonding process of PMMA [poly (methylmethacrylate)] microfluidic chips. In this paper, the fracture behaviors are studied. The fracture is mainly caused by the plastic deformation of the electrode plate (the PMMA plate with microelectrodes) and the thermal stress of microelectrodes, which is due to the high bonding temperature. To decrease the bonding temperature, a plasma assisted thermal bonding method is evaluated and first used to eliminate the fracture of microelectrodes. In this process, the surface of the cover plate (the PMMA plate with microchannels) is modified using oxygen plasma before the electrode plate is thermally bonded to the cover plate. The parameters of the oxygen plasma treatment are optimized, and the contact angle is decreased from 71.7° to 43.6°. The thermal bonding temperature is optimized, which decreases the temperature from 100 °C to 85 °C. Testing of bonding strength shows an average failure pressure of 1.75 MPa, which is comparable to the bonding strength of 1.46 MPa for chips bonded at 100 °C without plasma modification. In order to demonstrate this bonding method, a PMMA microfluidic chip with integrated copper interdigitated microelectrode arrays for AC electroosmotic pump is fabricated.     

MEMS器件气密性封装的低温共晶键合工艺研究

介绍了一种采用Pb-Sn共晶合金作为中间层的键合封装技术,通过电镀的方法在芯片与基片上形成Cr/N i/Cu/Pb-Sn多金属层,在温度为190℃、压强为150 Pa的真空中进行键合,键合过程不需使用助焊剂,避免了助焊剂对微器件的污染。试验表明:这种键合工艺具有较好的气密性,键合区合金分布均匀、无缝隙、气泡等脱焊区,键合强度较高,能够满足电子元器件和微机电系统(MEMS)可动部件低温气密性封装的要求。