Si/GaAs晶圆片键合热应力及其影响因素分析

分别利用Suhir双金属带热应力分布理论和有限元法研究了Si/GaAs晶圆片键合界面在退火过程中的热应力分布,并将热应力分布理论计算结果与有限元分析结果进行了对比验证,得到了一致的结论.根据计算分析结果,对晶圆片进行了结构热变形分析,并研究了不同因素对键合热应力的影响,提出了减小键合热应力的有效措施.     

表面翘曲度对晶圆直接键合的影响

根据薄板弯曲理论,推导出晶圆表面翘曲度及夹具形状影响晶圆直接键合的理论公式,很好地解释了晶圆材料性质及尺寸大小对直接键合的影响.利用理论公式比较了晶圆在外压力和无外压力作用下翘曲度对晶圆直接键合的不同影响,结果表明晶圆键合后的形状由晶圆的初始形状及键合所用的夹具决定.最后应用有限元进行了仿真分析,仿真结果表明,晶圆存在一定翘曲度时施加合适的外压力将有助于晶圆的直接键合.     

直接键合四结GaAs太阳电池研究

晶圆直接键合技术由于能将表面洁净的两个晶圆集成到一起,从而可以用来制备晶格失配 III-V族多结太阳电池。为了制备GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结太阳电池,需采用具有低电阻率的GaAs/InP键合界面,从而实现GaInP/GaAs和InGaAsP/InGaA上下两个子电池的电学导通。我们设计并研究了具有不同掺杂元素和掺杂浓度的三种键合界面,并采用IV曲线对其电学性质进行表征。此外,对影响键合界面质量的关键工艺过程进行了研究,主要包括表面清洗技术和键合参数优化,例如键合温度、键合压力和键合时间等。最终制备出的键合四结GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太阳电池在AM0条件下效率最高达33.2%。     

GaAs晶体的扩散键合工艺优化

对影响准相位匹配GaAs晶体的键合质量的因素进行了研究,通过对GaAs面损耗、界面损耗和体损耗的分析,优化了键合工艺和参数。通过在光胶前加入酸洗过程,去除GaAs晶片的表面氧化物,并采用X射线光电子能谱仪(XPS)确认了氧化物去除情况,在无氧环境下进行后续过程;在热处理过程中,通过对GaAs电特性、光学透过率及微结构的分析,调整键合的温度和压力参数,制备了16层的准相位匹配GaAs晶体。当键合温度为550 ℃、键合压力为0.25 kgf/mm2时,获得低于0.18 %的单层界面损耗。     

基于混合气体活化的硅基钽酸锂晶圆键合研究

集成在硅基衬底上的钽酸锂薄膜在新型声学器件上具有重要应用，等离子体活化键合是其主要的集成方式，相关研究报道众多但仍缺乏对等离子体活化工艺的深入研究。本文研究了LT和Si衬底晶圆在不同活化气氛、频率和时间下的亲水性接触角变化情况，探索了一套可以显著提高键合强度的活化参数。研究结果发现，对晶圆表面采用N₂加O₂混合活化60 s后，LT和Si衬底晶圆亲水性接触角达到最小值，分别为4.244°和3.859°。键合后用SEM扫描了样片的横截面，发现键合质量良好。最后对比了用O₂、N₂和Ar活化60 s,以及N₂加O₂混合活化60 s后键合片的键合强度，发现混合气体活化后键合强度最大，达到了9.05 MPa。     

用于3D集成中的晶圆和芯片键合技术(英文)

3D集成技术包括晶圆级、芯片与晶圆、芯片与芯片工艺流程,通过器件的垂直堆叠得到其性能的提升,并不依赖于基板的尺寸和技术。所有的报道均是传输速度提高,功耗降低,性能更好及更小的外形因素等优势使得这种技术的名气大振。选择晶圆或芯片级集成的决定应基于几个关键因素的考虑。对于不同种类CMOS、非CMOS器件间的集成,芯片尺寸不匹配引发了衬底的变化(如300mm对150mm).芯片与晶圆或芯片与芯片的堆叠也许是唯一的选择。另外,当芯片的成品率明显地不同于晶圆与晶圆键合方法时,在堆叠的晶圆中难以使确认好芯片的量达到最大。在这种情况下,应将一枚或两枚晶圆划切成小芯片并仅将合格的芯片垂直地集成。只要适当地采用晶圆与晶圆键合工艺便可实现高成品率器件同类集成。晶圆间键合具有最高的生产效率,工艺流程简便及最小的成本。满足选择晶圆级或芯片级工艺总的工艺解决方案应结合对准和键合细节来考虑决定最终的设备选择和工艺特性。所有这些工艺的论证证实对于多数产品的制造3D集成是可行的,而且有些也已成为生产的主流。     

直接键合SOI晶圆的工艺

使用直接键合晶圆工艺制作SOI晶圆.分别讨论了晶圆净度与表面平坦度对于键合晶圆缺陷的影响,还通过将氧化层生长在不同晶圆上的方法,比较不同方法对于挠曲度的影响.结果表明,晶圆的凹陷造成键合晶圆发生缺陷,通过红外光可以准确检验出晶圆界面缺陷.不同的氧化层生长方式明显地改变了键合晶圆的挠曲度.     

直接键合SOI晶圆的工艺

使用直接键合晶圆工艺制作SOI晶圆. 分别讨论了晶圆净度与表面平坦度对于键合晶圆缺陷的影响，还通过将氧化层生长在不同晶圆上的方法,比较不同方法对于挠曲度的影响. 结果表明，晶圆的凹陷造成键合晶圆发生缺陷，通过红外光可以准确检验出晶圆界面缺陷. 不同的氧化层生长方式明显地改变了键合晶圆的挠曲度.     

GaAs/Si直接键合用GaAs表面化学活化技术

研究了GaAs/Si疏水性直接键合技术中GaAs表面化学活化关键工艺,对比分析了不同体积分数的HF和HCl溶液作为表面活性处理剂时对GaAs表面进行活化处理的结果。发现用HCl和H2O溶液处理GaAs晶片得到的表面均方根粗糙度要优于用HF处理得到的结果,并且将处理过的GaAs晶片与Si片进行直接键合,发现用HCl进行表面活化的GaAs晶片与Si片键合的成功率要高于用HF进行表面活化的GaAs和Si键合。在200,300和400℃条件下,采用HCl和H2O体积比为1∶10的溶液处理的GaAs晶片与Si片都成功键合,并且200℃条件下键合后的界面质量较好。     

减少GaAs发光二极管键合陷坑的方法

砷化镓(GaAs)发光二极管LED芯片既可作为发光器件,也可作为光电显示器件,并以其低能耗高亮度的优势被广泛应用,然而由于GaAs材料在机械性能上的不足,使其很容易在组装过程中产生键合陷坑,并对大批量生产造成影响。文章通过对比分析GaAs与Si的机械特性以及GaAs发光二极管的键合特殊性,较为系统地阐述了GaAs发光二极管产生键合陷坑的原因,并针对超声能量、键合压力、载片台温度等键合参数对GaAs发光二极管产生键合陷坑的影响,进行了充分的单项试验,根据试验结果制定了减少GaA s发光二极管键合陷坑的键合方法,极大提高了GaAs发光二极管的键合可靠性。     

基于Au/Au直接键合的高亮度ODRLED

提出利用Au/Au直接键合制作高亮度全方位反光镜(ODR)LED的新工艺。工艺采用Si做转移衬底,氧化铟锡(ITO)做窗口层和缓冲层,在0.35mPa压力,260°C的低温下实现Au/Au固相直接键合。直接键合后,Al-GaInP有源区与Si衬底结合牢固完整,保证了全方位反光镜的性能。在正向电流20mA下,键合ODR结构LED的正向压降是常规吸收衬底LED的80%,光输出功率和流明效率是常规吸收衬底LED的1.5倍和2.1倍。     

Fabrication of low defect density 3C-SiC on SiO2 structures using wafer bonding techniques

This paper reports on a process to fabricate single-crystal 3C-SiC on SiO₂ structures using a wafer bonding technique. The process uses the bonding of two polished polysilicon surfaces as a means to transfer a heteroepitaxial 3C-SiC film grown on a Si wafer to a thermally oxidized Si wafer. Transfer yields of up to 80% for 4 inch diameter 3C-SiC films have been achieved. Homoepitaxial 3C-SiC films grown on the 3C-SiC on SiO₂ structures have a much lower defect density than conventional 3C-SiC on Si films.     

New layer transfers obtained by the SmartCut process

The SmartCut process was first developed to obtain silicon-on-insulator (SOI) materials. Now an industrial process, the main Unibond SOI-structure trends are reported in this paper. Many material combinations can be achieved by this process, because it appears to enable the generic development of new structures. Several of the new structures combining different materials and different bonding layers are described. These include SiGe and strained-Si films onto an oxidized Si wafer, silicon-on-insulating multilayer (SOIM) structures, and InP or 4H-SiC film transfers onto low-cost substrates via metallic or even refractory conductive-film bonding layers. More recently, an original bonding process based on mark patterning, wafer bonding, and layer transfer has been proposed to obtain structures in which the relative crystalline-axis orientations of both the film and the substrate can be controlled accurately. In this case, a SmartCut process that includes a mark-patterning step appears well suited for precise control of axis orientations. A procedure is described to obtain an ultra-thin Si film bonded onto a Si wafer. An example of a pure screw-dislocation network achieved by the mark patterning, bonding, and layer-transfer process is reported in this paper. The results have important implications for nanostructure development.     

n-GaAs和p-GaN晶片的直接键合

采用直接键合的方法成功实现了n-GaAs和p-GaN晶片的高质量键合.扫描电子显微镜观测结果表明,键合界面没有空洞.键合前后光致发光谱测试表明,键合工艺对材料质量影响不大.室温下界面的电流-电压特性表明,键合得到的n-GaAs/p-GaN异质结为肖特基二极管并且理想因子为1.08.n-GaAs和p-GaN材料直接键合的成功对于集成GaAs和GaN材料制备光电集成器件有重要意义.     

界面热应力对InP/Si键合质量的影响

通过实验和理论计算,分析了InP/Si键合过程中,界面热应力的分布情况、影响键合结果的关键应力因素及退火温度的允许范围。分析结果表明,由剪切应力和晶片弯矩决定的界面正应力是晶片中心区域大面积键合失败的主要原因,为保证良好的键合质量,InP/Si键合退火温度应该在300～350℃范围内选取。具体实验验证表明,该理论计算值与实验结果相一致。最后,在300℃退火条件下,很好地实现了2inInP/Si晶片键合,红外图像显示,界面几乎没有空洞和裂隙存在,有效键合面积超过90%。     

用于MEMS器件芯片级封装的金-硅键合技术研究

MEMS器件大都含有可动的硅结构 ,在器件加工过程中 ,特别是在封装过程中极易受损 ,大大影响器件的成品率。如果能在MEMS器件可动结构完成以后 ,加上一层封盖保护 ,可以显著提高器件的成品率和可靠性。本文提出了一种用于MEMS芯片封盖保护的金 硅键合新结构 ,实验证明此方法简单实用 ,效果良好。该技术与器件制造工艺兼容 ,键合温度低 ,有足够的键合强度 ,不损坏器件结构 ,实现了MEMS器件的芯片级封装。我们已经将此技术成功地应用于射流陀螺的制造工艺中     

Ⅲ-Ⅴ族半导体晶片键合热应力分析

利用结构力学模型并且结合有限元方法,分析了InP/GaAs晶片键合时界面热应力的分布情况,理论分析结果和有限元结果一致,实验也证实了分析结果.最后详细讨论了减小晶片键合热应力的有关因素,对在热处理时提高晶片的键合质量提供一定的理论参考.     

Transfer of n-type GaSb onto GaAs substrate by hydrogen implantation and wafer bonding

Many GaSb devices would greatly benefit from the availability of a semi-insulating substrate. Since semi-insulating GaSb is not currently available, the formation of thin GaSb layers through wafer bonding and tranfer onto a semi-insulating GaAs substrate was investigated. GaSb-on-insulator structures, formed on GaAs substrates, were realized by the ion-cut process using H⁺ ions. Blistering, bonding and layer splitting phenomena were studied to optimize the ion dose and the process window. Bonded structures of thin layers of GaSb bonded to GaAs wafers were formed using a borosilicate glass (BSG) layer. The transferred GaSb layers were characterized by atomic force microscopy, MeV helium ion channeling and high-resolution x-ray diffractometry. The transferred film possessed a narrow x-ray linewidth of about 140 arcsec indicating improved crystalline quality over the direct growth of GaSb on GaAs.