紫外光辅助低温硅片直接键合研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要低温直接键合技术由于键合温度低，键合质量好，键合材料限制少等优点，在绝缘体上硅（SOI）制备、微机电系统（MEMS）器件封装等众多领域逐步得到应用，并日益受到重视。本论文在已有的低温硅片直接键合研究基础上，引入了UV光照，开展UV辅助的低温硅片直接键合试验研究，讨论了UV辅助活化硅片表面的机理，并对键合质量及键合可靠性进行了多方面的研究。主要工作如下：1、研究了UV光的特点及其在清洗与活化中的物理、化学作用，讨论了短波长UV光清洗及光活化改质的机理，为硅片直接键合工艺研究提

2、供了理论基础；2、从粗糙度及承载率出发，研究了不同UV光照时间对硅片表面质量及硅硅直接键合强度的影响，获得了不同UV光照对硅片表面粗糙度与键合强度的影响，结果表明，采用合适的UV光照时间如3分钟辅助活化，可以得到最高的硅硅键合强度；3、系统地研究了退火温度与退火时间对键合强度的影响，结果表明，在不超过350℃的退火温度范围内，退火温度越高，键合强度越大；在一定的退火时间范围内（≤20小时），退火时间越长，键合强度越大；4、从高低温循环、恒温恒湿、振动和冲击环境应力试验出发，研究了UV辅助低温硅片直接键

3、合的质量及可靠性。结果表明，经历环境试验后，硅片键合强度有所下降，但仍保持有较高的键合强度，具有较高的可靠性。关键词：低温硅片直接键合紫外光光照键合质量可靠性I华中科技大学硕士学位论文AbstractLow-temperaturedirectbondinghasbeenwidelyusedinthefabricationofsilicon-on-insulator(SOI)andmicro-electro-mechanical-systems(MEMS)devicespackagingintermso

4、fitslowtemperature,goodbondingqualityandfewerrestrictiononbondingmaterials.Basedonthepastresearchoflow-temperaturesilicondirectbonding,thisthesisintroducedUVexposureintosilicondirectbonding,performedinvestigationontheexperimentoflow-temperaturesilicondi

5、rectbonding,discussedthemechanismofUVactivationonthesiliconsurface,andresearchedthebondingqualityandbondingreliabilityinmanyaspects.Themaincontentofthisthesiscomprises:1.ResearchedthepropertyofUVlightanditsphysicalandchemicalfunctionincleaningandactivat

6、ion,anddiscussedthemechanismofshortwaveUVcleaningandactivation,toprovidetheoreticalfoundationfortheinvestigationonsilicondirectbondingprocess;2.InvestigatedtheinfluenceofdifferentUVexposuretimeonthequalityofsiliconsurfaceandsilicon-silicondirectbondings

7、trengthfromtheroughnessandbearratio.ResultsshowedthatwithaprobabletimeofUVactivation,like3minutes,theflattestsurfaceandstrongestsilicon-siliconbondingstrengthcouldbeattained;3.Researchedtheinfluenceofannealingtemperatureandannealingtimeonbondingstrength

8、systematically.Resultsshowedthatwithinaprobableannealingtemperature,like350centigrade,thebondingstrengthincreasedastheannealingtemperaturerised;withinaprobableannealingtime,like20hours,thebondingstrengthincreasedastheannealingtim