低温键合技术

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1、Seediscussions,stats,andauthorprofilesforthispublicationat:https://www.researchgate.net/publication/252413752WaferbondingatlowtemperaturesArticle·January2001CITATIONSREADS0742authors:WeihuaHanJinzhongYuChineseAcademyofSciencesInstituteofSemiconductors,

2、ChineseAcademyofSciences,Beijing,China102PUBLICATIONS256CITATIONS253PUBLICATIONS1,978CITATIONSSEEPROFILESEEPROFILESomeoftheauthorsofthispublicationarealsoworkingontheserelatedprojects:nanoelectronicsViewprojectfragmentvelocityViewprojectAllcontentfollo

3、wingthispagewasuploadedbyWeihuaHanon23May2014.Theuserhasrequestedenhancementofthedownloadedfile.维普资讯http://www.cqvip.com第1卷第2期飞通光电子技术2001年6月低温键合技术韩伟华，余金中(中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室，北京100083)摘要：低温键合技术避免了杂质的互扩散、异质材料间的热应力以及孔洞和缺陷的产生．它利用了两个十分贴近的清洁表面具有极大的范德华

4、力吸附作用，实现了不受晶格失配和热失配的限制的异质材料表面的结合．本文讨论了低温键合技术的理论基础和发展趋势．关键词：低温键合：范德华力；发展趋势1引言如果将两块表面平整而干净的玻璃片叠放在一起，它们就能通过两个表面分子间的范德华(VanderWaals)力而相互粘结。这一物理现象早在1936年就被LordRayleighit]注意．并发表了光学玻璃片室温键台方面的技术文章。然而靠分子间作用力粘结的抛光片键合强度很小，因此没能得到广泛的应用。很长叫问内一直没有应用到常温下的晶片键合，直到出现了应用于

5、传感器的硅与玻璃的阳极键台技术。然而阳极键合技术不能将两个晶片进行直接键合，而且不能与MOS工艺相容。1986年，IBM公司的Laskey和东芝公司的Shimbo等人将粘贴的硅片通过高温处理来增加硅片间的结合强度，获得了极大的成功。这种硅片直接键合(SiliconDirectBonding，简写为SDB)技术不需要任何粘结剂，键合后的界面可承受磨片、抛光、化学和高温处理，不受两种材料晶格、晶向的限制，而且两键合片的电阻率和导电类型可自由选择；键台界面可以是具有图形的表面，还可以实现特定材料的掩埋层。

6、由于利用键合技术组合新结构材料具有极大的自由度，所以它被广泛地应用于微电子电路、传感器、功率器件、微机械加工、光电子器件等领域。Laskey发明的热键台技术主要过程可分为两步：首先将两片镜面抛光的晶片(氧化或未氧化)经过化学处理后，在室温下将两个晶片面对面粘台在一起，两晶片就会通过表面吸附的分子膜建立起氢键链接，这被称之为预键合。然后对预键台的晶片进行高温退火处理，使界面原子的排列发生重组和相互熔合，界面形成牢固的共价键联接，这个过程就是热键合。其中，晶片表面的平整度、粗糙度和化学吸附状态是影响键台

7、质量的内在因素，而键台温度和时间是键合强度的外在因素。为了提高键台强度，有时还需要加压力以克服表面起伏，增加表面原子间的成键密度然而高温退火不可避免地造成杂质的互扩散、引入热应力以及孔洞和缺陷的产生。因此热键合技术需要解决的主要问题是降低退火温度J。本文主要对低温键合技术的理论基础和发展趋势进行了讨论。2室温键合的晶体表面硅片直接键合技术的特点是不加粘合剂，依靠硅片表面化学键相互连接，表面悬挂键的多少对键合是十分重要的在垂直于硅片表面方向，硅片体材料的三维晶格周期性被破坏，电子势能不存在平移对称性，

8、处在晶体内部的原子受到最近邻和次近邻原子对称力场的作用而处于平衡态，处在表面的原子由于非对称力场中而存在指向空间的剩余结台力，形成表面悬挂键。为使表面自由能最小，表面原子结构发生重排并吸附外来原子。如果半导体晶片表面经过特殊处理，如高温热处理、离子轰击加退火、真空解理、真空外延、热蚀、场致蒸发等，在1．33×10～1．33×10a的超高真空下可获得原子级清洁表面。对晶体而言，经过4～6个原子层后，原子的排列与体内己相当接近(如晶格常数差小于lnm)，这个距维普资讯ht