硅硅低温键合技术研究
低温键合技术与其他键合技术相比,能够避免高温退火对器件造成的缺陷,在制作微机电系统(MEMS)器件、绝缘体上硅器件(SOI)以及压电和声光器件等领域有着广阔的应用前景。针对传统的低温键合技术不适合解决带活动结构晶圆的键合问题,论文提出了湿法活化与等离子体干法活化相结合的低温键合方法,以硅片的低温键合技术为研究对象,从理论研究、工艺研究以及质量评估三方面开展了如下研究:
(1)从化学的角度分析了湿法活化、等离子体干法活化以及湿法活化与等离子体干法活化相结合的具体活化机制,并从表面能入手,对湿法活化与等离子体干法活化相结合的优点进行了分析。紧接着采用赫兹接触理论建立了键合模型,通过对模型的受力分析,讨论了晶圆在相互接触过程中由于弹性变形产生的接触应力以及由于活化流程产生的吸附力对晶圆键合的影响,得出了晶圆之间的吸附力大于接触应力有利于晶圆键合的结论。最后提出晶圆键合效果的检测方法并设计了湿法活化、等离子体干法活化以及湿法活化与等离子体干法活化相结合的对比实验,从实验角度验证了湿法活化与等离子体干法活化相结合的优点。
(2)针对不带绝缘层的材料(硅片与硅片)进行了低温键合工艺研究,从表面能的角度出发考察了等离子体活化时间对晶圆键合率和键合强度的影响规律。接着从接触应力的角度出发考察了键合压力以及键合压力保持时间对晶圆键合率和键合强度的影响规律,最后从外部环境因素的角度出发考察了退火氛围以及退火温度对晶圆键合强度的影响规律。通过实验对比得出了硅片与硅片的低温直接键合的最佳实验参数。
(3)针对带绝缘层的材料(硅片与二氧化硅)开展了低温键合工艺研究,将硅片湿法活化和二氧化硅干法活化、硅片干法活化和二氧化硅湿法活化进行对比实验,得出硅片干法活化和二氧化硅湿法活化更有利于低温键合。同硅片与硅片键合的研究方法类似,同样考察了等离子体活化时间、键合压力大小、键合压力保持时间、退火氛围以及退火温度等相关参数对键合率和键合强度的影响规律。通过实验对比得出了硅片与二氧化硅低温直接键合的最佳实验参数。
(4)运用前面研究出的最佳工艺参数实现了带腔体硅片的键合以及整个晶圆的键合,为MEMS器件以及SOI器件的制作提供了实验基础。
硅片;低温键合;湿法活化;等离子体干法活化;工艺参数;质量评估
厦门大学
硕士
测试计量技术及仪器
孙道恒
2012
中文
TN305.96
99
2012-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）