MEMS键合工艺简介

1、内容 一个典型的IC制作工艺 简介 晶片制备 光刻 淀积 掺杂 键合 刻蚀键合键合键合键合键合工艺键合工艺键合：静电键合、热键合、“复合”键合键合的目的是通过外界作用将多个基片“粘接”不同的键合方式，键合原理不同静电键合静电键合静电键合：Wallis和Pomerantz于1969年提出，静电键合可把金属、合金、半导体与玻璃键合原理： 硼硅玻璃、磷硅玻璃在一定 温度下软化，行为类似电解 质，外加电压下，正离子 （Na）向阴极漂移，在阳极形成空间电荷区， 外加电压落于空间电荷区，漂移停止 如硅接阳极，玻璃接阴极，硅玻璃接触， 在界面形成的负空间电荷区与硅发生化学 反应，形成化学键Si-O-Si，完

2、成键合可通过检测电流监测键合 是否完成工艺及工艺参数的影响温度：温度：低温：没有导电电流，键合无法进行高温：玻璃软化，无法键合一般：180500度电压：电压：低压；静电力减弱， 无法键合高压：击穿玻璃一般：2001000伏静电键合静电键合 键合产生的应力：热膨胀系数相近、热匹配 电极形状：点接触、平行板电极 非导电绝缘层的影响；减弱静电力，460nm后，键合失效 表面粗糙度的影响 极化区中残余电荷的作用；键合完成后在极化区内残余的电荷形成静电力，加强键合静电键合静电键合例子例子键合工键合工艺艺热键合：高温处理后，硅片直接键合在一起。Lasky提出 硅直接键合（SDB） 硅熔融键合（SFB） 直

3、接样品键合（DWB）工艺： 表面处理 表面帖合 高温处理对键合面要求： 平整度：无凸起 粗糙度：Ra0.6nm 清洁度：无沾污原理：三个阶段原理：三个阶段 室温室温200度度：表面吸附的OH根在接触区产生氢键，随温度增高，OH根得到热能增大迁移率，氢键增多，硅片产生弹性形变，键合强度增加。在在200400度间，形成氢键的两硅片的硅醇键聚合反应，产生水合硅氢键，键合强度迅速增大 Si-OH+HO-SiSi-O-Si+H2O 500800度度：水基本不扩散，OH根破坏桥接氧原子的一个键，使之转换为非桥接氧原子，使键合面带负电荷 HOH+ Si-O-Si2H+2Si-O- 800度以上度以上：水扩散

4、显著，间隙和空洞中的水扩散到氧化硅中，产生局部真空空洞，硅片发生塑性形变消除空洞。SiO2产生粘滞流动，消除微间隙。大于大于1000度后，临近原子相互反应产生共价键，键合完成工艺及参数影响工艺及参数影响 表面处理的作用：吸附OH根很关键 NH4OH、H2SO4、等离子体处理 温度的影响； 与温度有关的孔洞；沾污碳氢化合物随温度生高（200800度）释放产生孔洞，大于1100高温退火或先800度退火处理可消除 键合强度：随温度生高增加 界面氧化层的稳定：三种机制解释 表面平整度： 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、低温键合：在小于500度下完成键合复合键合复合键合“复合”键合原理利用中间层之间的反应完成键合 带硅化物的键合：NiSi，PtSi，TiSi2等 金硅键合：利用金硅互熔点低的特点（40