晶圆低温直接键合技术研究.pdf

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1、华中科技大学硕士学位论文晶圆低温直接键合技术研究姓名：饶潇潇申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：廖广兰;史铁林20070530 华中科技大学硕士学位论文摘要键合技术是微系统封装的基本技术之一，经过近20年的快速发展已经成为微机电系统领域里的一项重要工具。晶圆级封装、三维芯片堆叠和绝缘体上硅技术是推动晶圆键合技术发展的三大动力。低温键合技术与其他键合技术相比，能避免高温退火带来的诸多缺陷，在制作封装微传感器和绝缘体上硅器件上有着广阔的应用前景。本文以晶圆低温直接键合技术为研究对象，从键合工艺、应用研究以及强度分析三个方面开展了如

2、下工作：首先从清洗活化方法、表面物理、化学特性两方面对晶圆直接键合的机理做了分析；引入了承载率的概念解释表面粗糙度对键合质量的影响，并通过原子力显微镜分析了湿法清洗各步骤后表面粗糙度的变化，比较了不同清洗工艺对键合效果的影响。接着将低温直接键合技术引入到图形化晶圆键合中，利用光刻技术和反应离子刻蚀技术制作了三种不同特征的空腔结构，测试了空腔的三维形貌；结合键合实验结果分析了键合缺陷形成的原因及不同结构的空腔对键合质量的影响。最后对键合质量的主要指标——拉伸强度做了测试与分析。设计了温湿度双因素可靠性实验，测试并分析了实验前后样品的拉伸强

3、度的变化，并研究了紫外活化技术对亲水键合强度的影响。关键词：晶圆低温直接键合图形化晶圆键合紫外活化键合强度I 华中科技大学硕士学位论文AbstractWithrapiddevelopmentforrecent20years,waferbondinghasbecomethebasictechnologyinMEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)packagingandanimportanttoolinMEMSengineeringfield.WLP(WaferLevelPackage),3-DChipSt

4、ackingandSOI(Silicon-on-insulator)arethethreeimpetusesforthedevelopmentofwaferbondingtechnology.Thisthesisthrowsasightonlow-temperaturewaferdirectbondingwhichpossessesmanyuniqueadvantagescomparedwithotherbondingtechnology,suchasavoidingofthedefectswhichbroughtbyhigh-temp

5、eratureannealingprocessing.Thetechnologyofmicro-fabricationonwafersubstratethroughbondingtheinterfaceswithcavitieshasabrightfutureonapplications.Themaincontentsofthisthesisincludethreeaspects:bondingtechnologyprocess,applicationstudyonbondingwithcavitiesandqualityanalysi

6、s.Thefirstpartofthisthesisgivesadetailedanalysisonthemechanismofwaferdirectbondingthroughcleaningandactivationmethodsandsurfacephysicalandchemicalcharacteristics.Bearingratioisintroducedtointerprettheeffectofsurfaceroughnessonbondingquality.Thebondingqualitiesapplyingdif

7、ferentcleaningmethodsarecomparedwiththehelpofAFM(AtomicForceMicroscope)whichisusedtomeasuretheexactsurfaceroughnessbeforeandaftereachcleaningstep.Inthesecondpart,thelow-temperaturedirectbondingtechnologyisappliedonwaferbondingwithcavities.Threedifferenttypesofcavitiesare

8、fabricatedonwafersusinglithographytechnologyandRIE(ReactiveIonEtching)technology.Three-dimensionalprofi