硅圆片多层直接键合工艺研究

多层圆片键合是实现三维垂直互连封装的重要工艺步骤。利用紫外辅助表面活化技术,实现了多层硅圆片的直接键合。实验将清洗后的硅圆片放置在紫外光下进行照射,经过3min的光照后显著提高了表面能,在不借助外力及电压的情况下,实现了自发性的预键合。通过红外透射观测键合界面,发现键合界面中心区无明显缺陷;对界面横断面的直接观测表明键合过渡层十分薄,证明了多层硅圆片已经结合成为一个整体,其键合工艺可应用于三维垂直通孔互连中。     

基于氧等离子体活化的硅硅直接键合工艺研究

基于氧等离子体活化的硅硅直接键合是一种新型的低温直接键合技术。为了优化工艺参数,得到高质量的键合硅片,选用正交试验法,研究了氧等离子体活化时间、活化功率、氧气流量三个重要的工艺参数对键合的影响,并采用键合率评估键合质量。研究结果表明,活化功率对键合率的影响最大,氧气流量次之,活化时间对结果影响最小,据此结论,在上述工艺中需重点关注活化功率和氧气流量的参数选择。     

表面活化处理在激光局部键合中的应用

为了研究低热应力键合工艺,提出了一种将表面活化直接键合与激光局部键合相结合的键合技术。首先采用RCA溶液对键合片进行表面亲水活化处理,并在室温下成功地完成了预键合。然后在不使用任何夹具施加外力辅助的情况下,利用波长1064nm、光斑直径500μm、功率70W的Nd:YAG连续式激光器,实现了激光局部键合,并取得了6.3MPa~6.8MPa的键合强度。结果表明,这种以表面活化预键合代替加压的激光局部键合技术克服了传统激光键合存在的激光对焦困难,以及压力不匀易损害键合片和玻璃盖板等缺点,同时缩短了表面活化直接键合的退火时间,提高了键合效率。     

晶圆键合技术在LED应用中的研究进展

简要介绍了晶圆键合技术在发光二极管(LED)应用中的研究背景,分别论述了常用的黏合剂键合技术、金属键合技术和直接键合技术在高亮度垂直LED制备中的研究现状,包括它们的材料组成和作用、工艺步骤和参数以及优缺点.其中,黏合剂键合是一种低温键合技术,且易于应用、成本低、引入应力小,但可靠性较差;金属键合技术能提供高热导、高电导的稳定键合界面,与后续工艺兼容性好,但键合温度高,引入应力大,易造成晶圆损伤;表面活化直接键合技术能实现室温键合,降低由于不同材料间热失配带来的负面影响,但键合良率有待提高.     

基于湿法表面活化处理的InP/SOI晶片键合技术

为了实现集成硅基光源,研究了基于湿法表面处理的InP/SOI直接键合技术。采用稀释的HF溶液对InP晶片进行表面活化处理,同时采用Piranha溶液对SOI晶片进行表面活化处理,实现了二者的低温直接键合。分别采用刀片嵌入法和划痕测试仪对样品的键合强度进行了定性及定量分析。同时,采用超声波扫描显微镜及扫描电子显微镜对键合界面的缺陷信息及键合截面的微观特性进行了评估。分析结果表明:提出的键合工艺可以获得较好的键合效果。     

无压力辅助硅/玻璃激光局部键合

提出了一种新的无需外压力作用的硅/玻璃激光局部键合方法,通过对晶圆进行表面活化处理,选择合适的激光参数及加工环境,成功地实现了无压力辅助硅/玻璃激光键合.同时研究了该键合工艺参数如激光功率、激光扫描速度、底板材料等的影响.实验表明,激光功率越大,扫描速度越小,键合线的宽度就越大.实验结果显示,该方法能有效减少键合片的残余应力,控制键合线宽,并能得到较好的键合强度.该工艺可为MEMS器件的封装与制造提供简洁、快速、键合区可选择的新型键合方法.     

无压力辅助硅/玻璃激光局部键合

提出了一种新的无需外压力作用的硅/玻璃激光局部键合方法,通过对晶圆进行表面活化处理,选择合适的激光参数及加工环境,成功地实现了无压力辅助硅/玻璃激光键合.同时研究了该键合工艺参数如激光功率、激光扫描速度、底板材料等的影响.实验表明,激光功率越大,扫描速度越小,键合线的宽度就越大.实验结果显示,该方法能有效减少键合片的残余应力,控制键合线宽,并能得到较好的键合强度.该工艺可为MEMS器件的封装与制造提供简洁、快速、键合区可选择的新型键合方法.     

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。     

基于UV光照的圆片直接键合技术

研究了UV辅助活化与湿化学清洗活化相结合的圆片直接键合技术,并利用红外测试系统、单轴拉伸测试仪和场发射扫描电子显微镜,结合恒温恒湿实验、高低温循环实验对键合质量进行了测试.结果表明,采用该技术可以实现较好的圆片直接键合,提高键合强度,控制合适的UV光照时间可以获得更高的强度,对键合硅片进行恒温恒湿和高低温交变循环处理后,硅片仍能保持较高的键合强度.因此,该工艺对于改进圆片直接键合技术是行之有效的,具有很大的应用潜力.     

基于UV光照的圆片直接键合技术

研究了UV辅助活化与湿化学清洗活化相结合的圆片直接键合技术,并利用红外测试系统、单轴拉伸测试仪和场发射扫描电子显微镜,结合恒温恒湿实验、高低温循环实验对键合质量进行了测试.结果表明,采用该技术可以实现较好的圆片直接键合,提高键合强度,控制合适的UV光照时间可以获得更高的强度,对键合硅片进行恒温恒湿和高低温交变循环处理后,硅片仍能保持较高的键合强度.因此,该工艺对于改进圆片直接键合技术是行之有效的,具有很大的应用潜力.     

圆片直接键合界面表面能测试研究

基于裂纹传播扩散法,研究了键合圆片的表面能计算方法,推导出包括圆形、矩形、三角形等形状样品的平均表面能计算公式,并应用于硅片直接键合的表面能计算.应用实例表明,上述公式能方便地计算出键合圆片的平均表面能,实现对键合质量的检测和评估,进而可以指导和优化圆片直接键合工艺.     

硅片直接键合中表面活化的研究

本文提出在直接键合前用等离子体活化硅片表面的方法。经活化后表面硅悬挂键明显增加,从而对羟基进行有效的化学吸附。低压气体放电等离子体主要通过离子轰击对硅表面赋能与活化,其活化效果与气体种类无关。温度通过热能对氧化硅表面有赋能与钝化作用,表面活化处理时温度不能超过临界点。850℃等离子体处理6分钟可得满意结果。已成功实现3英寸直径硅片之直接键合。所制成的高压MOS器件及0.8—3μm CMOS器件证实键合质量良好,未引入沾污及附加应力。     

InSb红外探测器芯片金丝引线键合工艺研究

InSb红外探测器芯片镀金焊盘与外部管脚的引线键合质量直接决定着光电信号输出的可靠性,对于引线键合质量来说,超声功率、键合压力、键合时间是最主要的工艺参数。从实际应用出发,采用KS公司4124金丝球焊机实现芯片镀金焊盘与外部管脚的引线键合,主要研究芯片镀金焊盘第一焊点键合工艺参数对引线键合强度及键合区域的影响,通过分析键合失效方式,结合焊点的表面形貌,给出了适合InSb芯片引线键合质量要求的最优工艺方案,为实现InSb芯片引线键合可靠性的提高打下了坚实的基础。     

玻璃中介硅圆片键合研究

研究了玻璃中介圆片键合的方法.当采用低转化温度的玻璃粉末为中介玻璃层时,可在410℃实现强度较好的硅圆片键合,而如果将温度提高到430℃,键合强度可以达到4MPa.     

晶片键合质量的红外检测系统设计

基于晶片的红外透射原理,设计并搭建了晶片直接键合质量红外检测装置,并利用图像处理技术开发了相应的软件模块,可以快速获取键合界面的特性参数,如空洞分布、大小及键合率等,从而实现晶片直接键合质量的快速评估.同时,将该红外检测装置与硅片键合装置结合一体,可以实时监测硅片直接键合工艺.通过分析不同工艺条件下所获得的键合片质量,包括键合率、缺陷分布以及键合强度等参数的比较,可以有助于理解晶片键合的机理,实现键合工艺的优化.     

等离子清洗在混合集成电路上的应用

混合电路装配工艺过程中产生的溶剂残余物,剩余的光刻胶,氟离子和树脂崩溢都会使器件表面污染,影响芯片粘接和丝焊强度。利用等离子清洗技术能够清除混合电路键合区上的有机污染物,本文通过引用三种不同直径焊丝的实验数据来说明混合电路在键合前使用氩气等离子清洗前后丝焊键合拉力平均值和失效模式,从这些数据中可以得出结论：等离子清洗能大大提高混合电路产品的产量和质量。最后对氩气和氧气等离子两种清洗工艺进行了比较。     

大气氛围低温Au-Au薄膜键合的表面活化处理研究

提出了一种在大气氛围和低温条件下实现Au-Au薄膜的金属键合技术，研究了不同表面活化处理时间对Au-Au薄膜表面粗糙度、Au-Au薄膜的键合质量和可靠性的影响。实验结果表明，Au薄膜表面粗糙度随着表面活化处理时间的增加先减少后增大，当表面活化处理时间为20min时，Au薄膜表面粗糙度均方根为6.9 nm，悬挂键数量和粗糙度达到一个相对平衡的关系，Au-Au薄膜键合后的平均剪切强度为131.8 MPa，最大剪切强度高达159.1 MPa。因此，Au薄膜表面理想的表面活化处理时间可有效地提高Au-Au薄膜键合质量和稳定性，为实现混合集成Micro-LED器件的低温金属键合提供理论指导。     

基于激光干涉测量的硅键合工艺分析

利用激光干涉测量法,对键合后的硅片表面翘曲进行了检测,统计了表面质量分布,对键合工艺进行筛选,优化工艺参数,表面质量得到很好的保证.     

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。     

基于Al2O3中间层的InP/SOI晶片键合技术研究

研究了基于Al2O3中间层的InP/SOI晶片键合技术.该方案利用原子层沉积技术在SOI晶片表面形成Al2O3作为InP/SOI键合中间层,同时采用氧等离子体工艺对晶片表面进行活化处理.原子力显微镜和接触角测试结果表明,氧等离子体处理使得晶片的表面特性更适于实现键合.透射电子显微镜和X射线能谱仪测试结果证实,采用Al2O3中间层可以实现InP晶片与SOI晶片的可靠键合.