玻璃-硅微结构封装过程工艺参数对键合质量的影响

通过MEMS封装试验平台,对键合过程中的键合温度、键合时间等工艺参数以及试验硅片规格进行试验研究。通过改变键合温度、键合时间以及试验硅片规格等参数,进行玻璃-硅键合对比试验。计算每组对比试验的键合空隙率,分析每组对比试验空隙率的数据,归纳总结影响键合质量的因素以及达到键合最佳效果的键合条件。试验结果表明：键合电压为1 200 V,温度为445~455℃,键合时间为60 s时,空隙率小于5%,玻璃与硅片的键合质量达到最佳,为提高玻璃-硅键合质量提供了依据。

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-硅键合晶片在减薄过程中产生的应力及影响

硅 -硅键合晶片在机械减薄过程中产生的应力使硅片产生弯曲变形 ,这种变形在其后的加工过程中会使图形发生扭曲或位移 ,导致硅片加工中途报废。经过应力消除处理后可以顺利完成加工。

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。

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。

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。

带有Si_3N_4薄膜的玻璃-硅-玻璃三层结构的阳极键合

为了获得高品质的带有Si3N4薄膜三层(玻璃—硅—玻璃)的阳极键合结构,对阳极键合的相关工艺参数进行了研究;设计搭建了实验平台并采用点阴极,以实时观察键合界面是否达到同形质的黑色从而判断阳极键合质量,对键合后的样品进行拉力测试,研究表明:当采用键合温度为400℃,电压为1200 V,压力为450 Pa,可获得键合面积大于90%的带有Si3N4薄膜的三层阳极键合结构。

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。

硅-玻璃-硅阳极键合机理及力学性能

采用两步法阳极键合技术成功实现了硅-玻璃-硅的连接.两次键合过程中,电流特征有明显差异,第一次键合电流先迅速增大到峰值电流,然后迅速衰减至一较小值.受先形成Na+离子耗尽层的影响,第二次键合电流从峰值电流衰减的过程中,出现二次增大然后衰减的现象.利用扫描电镜对键合界面进行观察,结果表明玻璃两侧界面均键合良好,玻璃表面可观察到大量析出物.利用万能材料试验机对键合强度进行测试,结果表明,界面强度随着键合电压的升高而增大.断裂主要发生在玻璃基体内部靠近第二次键合界面一侧.

用于MEMS器件芯片级封装的金-硅键合技术研究

MEMS器件大都含有可动的硅结构 ,在器件加工过程中 ,特别是在封装过程中极易受损 ,大大影响器件的成品率。如果能在MEMS器件可动结构完成以后 ,加上一层封盖保护 ,可以显著提高器件的成品率和可靠性。本文提出了一种用于MEMS芯片封盖保护的金 硅键合新结构 ,实验证明此方法简单实用 ,效果良好。该技术与器件制造工艺兼容 ,键合温度低 ,有足够的键合强度 ,不损坏器件结构 ,实现了MEMS器件的芯片级封装。

Ag-In共晶键合在硅-铜封接中的应用

目前在真空领域对于硅-铜封接的常用方式为Torr-Seal胶封接和玻璃粉高温烧结方式,但因其高放气率和玻璃粉污染等问题在超高真空受到限制,因此迫切需要一种气密性好、放气率低、工艺温和的封接方法。本文提出了一种基于Ag-In合金的硅-铜的新封接方法,即利用Ag-In合金中间层将硅片封接到无氧铜板支撑件上,并通过法兰连接到真空测试系统中。研究优化了无氧铜板支撑件的的结构设计并通过ANSYS Workbench验证合金层的缓冲作用,通过实验找到最佳的封接工艺参数,并使用氦质谱检漏仪测量了封接组件的本底漏率。测量结果显示,在一个大气压的上游压力下测得的最小本底漏率为7.49×10^(-12)Pa·m^(3)/s。

基于湿法与氧自由基活化工艺的低温硅-硅键合技术

针对传统的低温硅-硅键合技术中,由于等离子体轰击硅片表面而导致硅面损伤、键合面积小、键合强度低等技术难题,通过研究3种不同的活化方式对粗糙度、键合面积、键合强度的影响,从而得出湿法与氧自由基相结合的活化方式是实现低温硅-硅键合技术的最佳方式。结果表明,在双同心的环形网状电极间充入一定量的氧气,在直流电压下产生的高能氧自由基在电场作用下通过接地筛网,并以低入射角度到达硅片表面,这种活化处理的方式可以有效保护硅面免受高能粒子的损伤。键合强度可达10 MPa以上,键合面积可达98%,漏率可达1.6×10-10 Pa·cm3/s。这种低温硅-硅键合技术可应用于压力传感器、电容加速度传感器和陀螺仪等器件。

基于Si-SOI键合工艺的CMUT二维面阵研制

该文设计、制作并测试了一种用于实时三维超声成像的电容式微机械超声换能器(CMUT)二维面阵。根据二维面阵指向性分析,设计了中心频率1 MHz、阵元间距0.7λ(λ为波长)的16×16阵元CMUT二维面阵,并利用硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合工艺完成了CMUT二维面阵的加工。通过对CMUT二维面阵进行电容-电压(C-V)测试,发现静态电容测试值与设计值基本一致,测量了CMUT二维面阵中64个阵元的电容,测量的平均电容为26.3 pF,其标准差为4.27 pF,验证了所制造的器件具有良好的均匀性。在水中测试了CMUT二维面阵的超声发射和接收功能,得到测试距离与实际距离偏差不到1%,实验表明,不同距离下CMUT的发射和接收能力良好。

用于高压器件的实用硅－硅键合技术

本文对硅－硅键合中的关键因素进行了讨论，指出有效的键合必须以良好的原始片平整度、有效的清洗和预键合以及充分的退火处理为基础。在应用方面，对于电阻率为１７Ω·ｃｍ的有源层，得到了耐压大于４００Ｖ的ＶＤＭＯＳ器件。

在图像传感器和存储产品中应用硅通孔工艺的300mm光刻与键合技术(英文)

三维集成的技术优势正在延伸到大量销售的诸如消费类电子设备潜在应用的产品领域。这些新技术也在推进着当前许多生产工艺的包封能力,其中包括光刻工艺和晶圆键合。> 还需要涂胶,形成图形和刻蚀图形结构。研究了一些用于三维封装的光刻和晶圆键合技术问题并将叙述全部的挑战和适用的解决方案。技术方面的处理结果将通过晶圆键合和光刻工序一起讨论。

新型硅-铝-硅结构MEMS加工技术及应用

提出了一种新型的硅-铝-硅结构的MEMS器件加工技术.采用了微电子工艺中的铝-硅烧结技术,将具有铝层的两个硅片键合在一起,并采用全干法深刻蚀技术在其中的一层硅片上进行MEMS器件的加工.该技术已成功应用到MEMS光开关及其他MEMS器件的制作中.

MEMS器件用Cavity-SOI制备中的晶圆键合工艺研究

微机电系统(MEMS)器件用预埋腔体绝缘体上硅(Cavity-SOI)直接键合制备过程中,预埋腔体刻蚀后残余应力导致的衬底层变形会影响绝缘体上硅(SOI)晶圆的面形参数和键合质量。对衬底层残余应力变形与Cavity-SOI键合质量的关系进行了实验研究,分析了衬底片残余应力变形与SOI面形之间的对应关系,用破坏性剪切试验、埋氧层腐蚀等方法研究了衬底层变形对键合质量的影响。结果表明:衬底层的键合面存在一定程度的凸起变形时,Cavity-SOI片的键合质量最好。

一种采用圆片级真空封装的全硅MEMS三明治电容式加速度计

全硅MEMS加速度计具有温度特性好、封装体积小、成本低的优点,从而成为小型化GNC(制导、导航与控制)系统的关键器件。给出了一种具有三层硅结构的MEMS三明治加速度计的设计、加工以及圆片级真空封装方法,其中,中间硅摆片的3D结构通过双面KOH湿法腐蚀制造,腐蚀过程中使用台阶化的SiO_2作为硬掩模。硅盖板的加工主要通过KOH各向异性腐蚀和电感耦合等离子体垂直刻蚀完成。最后,上、下硅盖板通过基于Au-Si共晶反应的全硅键合技术从两侧与硅中间摆片进行键合,并实现圆片级真空封装。三明治加速度计的腔体内封装了压力为200 Pa的高纯氮气。测试结果表明,所述加速度计的闭环输出灵敏度为0.575 V/g,零位误差为0.43 g。加速度计的-3dB带宽为278.14Hz。加速度计1 h的输出稳定性为2.23×10-4 g(1σ)。加速度计在全温范围(-40℃~60℃)内的输出漂移为45.78 mg,最大温度滞环为3.725 mg。

一种控制硅深刻蚀损伤方法的研究

提出了提高硅深反应离子刻蚀的新方法。该方法在硅的侧壁PECVD淀积SiO2，硅的底部采用热氧化的方法形成SiO2。由于在刻蚀中硅与SiO2的刻蚀选择比为120∶1-125∶1，因此SiO2层可以抑制在硅-玻璃结构的刻蚀中出现的lag和footing效应，扫描电镜结果也证明，采用改进工艺后的硅结构在经过长时间的过刻蚀后仍然保持了完整性。硅陀螺测试结果也证明了改进工艺的正确性。

埋氧层对SOI/玻璃键合的影响及其键合工艺的改进

运用阳极键合技术,对绝缘体上硅(SOI)/玻璃进行阳极键合实验,发现当埋氧层厚度超过500nm时,键合很难成功.分析了SOI埋氧层厚度对耗尽层电压降及键合静电力的影响,得出由于埋氧层的分压作用,耗尽层的压降减小,键合静电力减弱,导致键合失败.通过设计高压直流和高压脉冲两种输出方式的电源系统,提高氧负离子的迁移速率从而提高键合速度.从平板式阳极引一根探针电极到SOI器件层表面,使键合电压直接加在耗尽层上,避免埋氧层厚度对键合的影响,提高键合静电力.实验表明,通过改进的键合设备能实现不同氧化层厚度的SOI片与玻璃间的键合,该设备还适用于其他异质材料间的阳极键合.