硅/硅直接键合的界面应力

硅/硅直接键合技术广泛应用于SOI,MEMS和电力电子器件等领域,键合应力对键合的成功和器件的性能产生很大的影响。键合过程引入的应力主要是室温下两硅片面贴合时表面的起伏引起的弹性应力;高温退火阶段由于两个硅片的热膨胀系数不同引起的热应力和由于界面的本征氧化层或与二氧化硅键合时二氧化硅发生粘滞流动引起的粘滞应力。另外,键合界面的气泡、微粒和带图形的硅片键合都会引入附加的应力。

硅-硅直接键合制造静电感应器件

静电感应器件(StaticInductionDevice,SID)栅源击穿电压VGK不高一直是该类器件研制中存在的一个问题。用SI/SI键合技术代替高阻厚外延工艺,制造出一种不同于外延掩埋栅结构的掩埋栅结构——键合掩埋栅结构,从制造工艺和器件结构上提高了VGK。通过SITH器件的研制,证明了键合掩埋栅结构能够提高VGK和整个器件的电学性能。

硅直接键合(SDB)技术在新型电力电子器件应用中的新进展

综述了硅直接键合(SDB)技术在绝缘栅双极晶体管(IGBT)、静电感应晶闸管(SITH)及MOS控制可关断晶闸管(MTO)等器件中的新应用,说明了SDB技术在新型电力电子器件应用中的新方法和新思路。在此基础上,提出了用SDB技术制作集成门极换流晶闸管(IGCT)和集成门极双晶体管(IGDT)的设想,并给出了相应的工艺方案。

硅直接键合局部应变的X—射线双晶衍射研究

硅直接键合工艺(SDB)自1986年Shimbo提出以来,日益受到国内外的重视。SDB与IC工艺兼容且具灵活的优点,为硅传感器提供了一种新的加工手段。对力学量传感器而言,传感原理是通过外加负载在硅中产生应变,而硅直接键合工艺是否引入新的应变。

硅-硅直接键合后硅片的机械减薄过程

硅-硅直接键合硅片的机械减薄工艺对器件的性能有很大的影响。采用磨削、化学腐蚀和机械/化学抛光的方法对硅-硅直接键合硅片进行减薄加工,分析了减薄过程中各个工序键合片的平整度、弯曲度和翘曲度变化,并对减薄后硅片的厚度均匀性进行了考察。本次实验最终获得了几何参数良好、厚度满足要求且均匀的晶片。磨削过程会使弯曲度和翘曲度升高,可以通过化学腐蚀的方法降低弯曲度和翘曲度,化学腐蚀过程虽然使平整度升高,但可以通过机械/化学抛光的方法降低平整度。采用该减薄技术对直接键合硅片进行机械减薄具有可行性。

硅／硅直接键合SDB硅片的减薄研究

研究了硅／硅直接键合ＳＤＢ硅片的精密机械／化学抛光减薄方法，进行了实验，分析了减薄后工作硅膜的平整性和膜厚的均匀性等重要技术指标，讨论了影响这些技术指标的因素。

大功率硅-硅直接键合静电感应晶闸管的研制

文章提出了用硅硅直接键合(SDB)工艺替代静电感应晶闸管(SITH)中的二次外延,有效地提高了栅阴极击穿电压,增强了通过栅极正向阻断阳极电压的能力。对键合过程中硅硅界面进行了研究,提出了提高界面质量的工艺措施;同时,给出了控制栅阴极击穿电压一致性的方法。对采用此方法制成的SITH的IV特性进行了测量,并给出了实际测试结果。

硅片直接键合界面的存在对器件性能的影响

利用电子透射显微镜(TEM)和俄歇分析仪(AES)观察硅片直接键合界面结构,在界面存在一个小于2nm厚的非晶区-硅氧化物。此界面具有良好的吸杂效应,在同一退火温度下,退火时间愈长,吸杂现象愈明显。因此键合界面的存在改善了晶体管的性能。

Si-Si直接键合的研究及其应用

硅片直接键合技术是一种简单易行的硅片熔合技术,由于该技术不受材料的结构、晶向和点阵参数的影响,因而得到了广泛的应用。介绍了硅片直接键合的方法和键合模型,并简单介绍了硅片直接键合技术的应用。

Si/Si直接键合界面性质的研究

通过三步直接键合方法实现了 Si/ Si键合。采用 XPS、FTIR、I-V、拉伸强度等手段对 Si/ Si键合结构的界面特性作了深入广泛的研究。研究结果表明 ,高温退火后 ,在键合界面没有 Si-H和 Si-OH网络存在 ,键合界面主要由单质 Si和不定形氧化硅 Si Ox 组成。同时 ,研究还表明 ,I-V特性和键合强度强烈地依赖于退火温度。

硅-硅键合界面氧化层模型与杂质分布的模拟

硅-硅直接键合的硅片界面存在一层很薄的氧化层,其化学成分是非化学计量比的氧化物S iOw(0<w<2)。杂质在界面氧化层S iOw中的扩散系数与化学组成有关。文中根据建立的界面氧化层模型推导出了杂质在界面氧化层S iOw中的杂质扩散系数D(w)和在S i/S iOw界面处的分凝系数m(w)。最后,根据这些关系和键合界面的杂质扩散模型,对杂质分布进行了模拟并且把模拟结果与实验结果进行了比较,结果一致。这一模型和模拟结果对硅-硅直接键合设计有一定参考价值。

用两次键合技术制备均匀单晶硅膜

硅直接键合(SDB)技术用于制备SOI片(BESOI)是键合技术的最重要应用之一,研究了制备BESOI片中的键合和减薄问题,获得了大面积的均匀单晶硅膜,通过实验分析了这种方法获得的薄膜的平整度和影响因素。并针对压力传感器的敏感膜,通过两次键合及SOI自停止腐蚀成功制备了厚度可控的均匀单晶硅薄膜,硅膜表面质量优良,平整度在±0.15μm的范围内。

铟封接和硅硅键合技术制作微通道型固定流导元件

提出了一种制作微通道型固定流导元件的方法,即基于硅硅直接键合将刻蚀深度约为1pim的沟槽结构密封成微通道,利用钢熔融封接技术使其与金属法兰结合构成通道型固定流导组件,使用氮质谱检漏仪对其漏率测试。测量结果表明,固定流导元件的流导测量值与理论计算值接近,相对误差不超过22.2%。氮气作为测量气体时,固定流导元件能够从高真空到30000Pa压强下实现分子流状态,即流导恒定。

基于外部激活表面高温状态下的硅-硅键合

提出了一种应用于硅-硅键合过程中表面激活的新方法,采用复合激活的方式,使预键合的硅片表面分别通过化学溶液激活和UV光激活相互结合的手段获得较高的表面态。经键合机预键合后,在高温炉中完成原子轨道重叠,实现硅-硅键合。通过镜下检查和破坏性实验等方式分别对键合的效果和强度进行深入测试,并给出相应的实验效果图和测试结果。实验结果表明,采用新激活方法的键合界面无空洞且均一性良好,键合强度高,证明了新激活方法的可行性和优越性。针对高温键合工艺过程中容易产生空洞这一问题提出了新的解决方案。

激光在MEMS键合技术中的应用

键合技术已经广泛地应用于微电子机械系统(MEMS)领域,但传统的键合技术由于其缺点,限制了其应用范围,而激光以其独特的优势在键合技术中得到了人们的重视。文章介绍了激光在键合技术中的应用及其原理,以及今后发展的方向。

一种新型键合工艺的理论和实验研究

为了实现在较低超净环境下的硅／硅直接键合,提出了在乙醇的环境中进行硅／硅键合的方法,并建立了合理的物理模型,在常温、常压和低于10万级超净环境下,用普通的国产硅片进行了无水乙醇环境下的硅／硅直接键合实验.键合后进行了拉力强度测试和SEM观测,发现界面没有孔洞,说明键合质量达到了要求.拉力测试结果表明,其键合强度达到了10MPa,初步验证了该方法的可行性.

SDB/SOI硅材料顶层硅膜均匀性控制研究

介绍了SDB/SOI(Silicon D irect Bonging/Silicon On Insulator)硅材料顶层硅膜均匀性的控制方法。顶层硅膜均匀性控制不好,会直接影响到IC或者其他元器件参数的一致性,造成器件成品率低,材料浪费大。因此,在制备SOI材料时,必须严格控制材料顶层硅厚度的均匀性和重复性。

一种新型岛膜压力传感器的研究与设计

设计了一种量程为180 kPa的新型岛膜结构MEMS压阻式压力传感器,通过ANSYS仿真软件,得出了在岛宽为500μm、岛厚为40μm、梁宽为200μm、敏感薄膜厚为15μm的情况下,该结构具有较好的线性度及灵敏度。提出了一种基于两层SOI硅-硅直接键合的工艺加工方法,能够精确控制敏感薄膜及岛的厚度,并且全硅结构器件能够避免键合残余应力,大大提高器件性能。采用了双惠斯登电桥电路减小传感器输出的温漂效应,并设计了该电路的压敏电阻连接图。最后对该压力传感器进行了测试,结果表明,其非线性为0.64%,精度为0.74%,满足现代工业应用要求。

MEMS陀螺芯片的晶圆级真空封装

微机电系统(MEMS)陀螺需要真空封装以确保其检测精度,晶圆级真空封装可以使MEMS微结构避免芯片切割过程中的粘连以及颗粒污染,提高芯片的成品率。为实现MEMS陀螺芯片的晶圆级真空封装,提出了一种全硅MEMS陀螺芯片的晶圆级真空封装结构方案,并突破了Si-SiO_(2)直接键合、吸气剂制备、金-硅(Au-Si)键合等关键技术,实现了MEMS芯片的晶圆级真空封装。Si-SiO_(2)直接键合和Au-Si共晶键合的剪切强度分别达到了56.5 MPa和35.5 MPa,表明晶圆级封装中晶圆键合强度满足晶圆级真空封装的需要。晶圆级真空封装实现陀螺仪谐振最大Q值为103879,对应的真空压力为2 Pa左右,陀螺仪芯片已达到MEMS陀螺工程化的需要。

薄膜SOI器件和材料的研究和发展方向

随着微电子技术的高速发展，尤其是微细加工技术的突破，器件按比例缩小至涤亚微米（0.25μm）以下时，传统体硅工艺已不适用了，而薄膜SOI器件因具有集成度高、工作速度快、抗辐照能力强以及工艺简便等优点而受到人们的青睐。本文主要介绍国外SOI薄膜材科的制备方法和研究动向以及国外薄膜SOI器件的研究现状及未来的发展方向。