硅片低温直接键合方法研究

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1、硕士学位论文硅片低温直接键合方法研究THERESEARCHOFLOWTEMPERATURESILICONWAFERDIRECTBONDINGMETHOD孙佳媛哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文硅片低温直接键合方法研究硕士研究生：孙佳媛导师：李明雨教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERESEARCHOFLOWTEMPERATURESILICONWAFERDIRECTBONDINGMETHODCandidate：SunJiayuanSupervisor：Prof.LiMingyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：MaterialPeocessingEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSch

3、oolDateofDefense：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论摘要硅片直接键合技术在微机电系统，绝缘体上硅材料的制造和三维集成领域有着重要的应用。跟中介层键合技术和阳极键合技术相比，直接键合技术避免了中介层引起的污染也无需外部电场的作用。传统的直接键合方法需要在800℃~1000℃的高温下进行，而高温会引起诸多问题，如热膨胀系数不同所产生的残余应力。同时，传统直接键合方法对操作的环境也有

4、限制，一般需要万级超洁净间。这些问题严重阻碍了硅片键合技术产业化的发展。因此，寻找一种在常规实验室环境下的低温直接键合方法是目前亟需解决的问题。本课题通过变化键合过程中的工艺参数，对键合后的样品进行微观形貌、键合率和抗拉强度等分析测试，摸索出了一套适合在常规实验室环境中进行的硅片低温直接键合方法，并分析了各个参数对键合性能的影响。对多层堆叠硅片进行堆叠，得到了较为良好的键合。通过直接键合硅片法成功制备p-n结，所制得异质结表现出良好的I-V特性。系统研究了不同键合参数对硅片在键合率和键合强度的影响，结果表明键合温度对键合性能

5、的影响最大。键合温度达到200℃时，硅片能够实现良好键合，且键合强度较高。热处理温度对键合性能有较大的影响，热处理温度较高时，在相同键合率的情况下，会获得较高的键合强度。键合压力对键合性能影响较小，随着键合压力的增加，键合率和键合强度有着小幅度的增长。预键合和真空环境在键合过程中非常重要，经过预键合过程，在真空中键合的硅片其键合强度都会有所提高。对比不同表面氧化层厚度硅片的键合结果，发现表面热氧化硅片的键合率普遍高于相同键合参数下表面自然氧化硅片的键合率。课题初步探讨了硅片键合的机理，实验结果表明活化过程对硅片表面粗糙度和表

6、面氧化层厚度几乎没有影响，硅片活化后表面硅氧网络的断开和Si-OH浓度增加，是实现键合的关键关键词：硅片；直接键合；低温键合；键合机理-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSiliconwaferdirectbondingtechnologyhasveryimportantapplicationsinmicroelectromechanicalsystem,silicononinsulatormanufacturingand3Dintegrationofthematerials.Comparedwiththem

7、ediationlayerbondingmethodandanodicbondingmethod,thedirectbondingmethodavoidspollutioncausedbytheintermediatelayeranddoesnotneedtheeffectofexternalelectricfield.Traditionaldirectbondingmethodsneedtobecarriedoutbetween800℃and1000℃,butthehightemperaturewillcausemanyp

8、roblemssuchastheresidualstressproducedbydifferentthermalexpansioncoefficient.Andtraditionaldirectbondingmethodneedstobedoneintheultracleanlaborat