关于UV光照的圆片直接键合技术.pdf

第29卷第7期 半导体学报 V01．29NO．7 JOURNALOF 2008年7月 SEMICoNDUCToRS July，2008 基于UV光照的圆片直接键合技术* 马沧海 廖广兰’ 史铁林 汤自荣 刘世元 聂 磊 林晓辉 (华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，武汉光电国家实验室，武汉430074) 摘要：研究了uV辅助活化与湿化学清洗活化相结合的圆片直接键合技术，并利用红外测试系统、单轴拉伸测试仪和场发 射扫描电子显微镜，结合恒温恒湿实验、高低温循环实验对键合质量进行了测试．结果表明，采用该技术可以实现较好的圆 片直接键合，提高键合强度，控制合适的UV光照时间可以获得更高的强度，对键合硅片进行恒温恒湿和高低温交变循环 处理后，硅片仍能保持较高的键合强度．因此，该工艺对于改进圆片直接键合技术是行之有效的，具有很大的应用潜力． 关键词：圆片直接键合；紫外光照射；键合质量；可靠性 EEACC：2530B 中国分类号：TN305 文献标识码：A 文章编号：0253．4177(2008)07-1369．04 挥发性气体，可彻底去除表面微小颗粒，不会造成二次 1 引言 简单、成本低廉、活化时间短；(5)对于硅以外其他材料， direct 圆片直接键合(wafer 如III—V族元素、玻璃等也具有很好的辅助键合效果． bonding，WDB)是两 圆片经表面清洗和活化处理，在室温下直接贴合，再经 过热处理使之结合的技术．使用WDB技术，不仅可以2 UV辅助键合实验 on 制备SoI(siliconinsulator)[1]，硅薄膜[23材料，还可 以用于高集成度的圆片级封装[31和制造光波导[4]等． 目前圆片直接键合主要的研究包括了疏水键合和 域)，基本实验流程如图1所示． 亲水键合．疏水键合的原理[53是在键合界面悬挂H和 实验过程中UV光源选用真空低压紫外汞灯，它是 F，生成的Si—H和Si—F通过氢键作用形成Si—F… H—Si，高温退火后形成Si—Si共价键，实现键合．亲水 键合[6]则是在硅片表面形成大量悬挂的一oH，贴合后 界面的Si—oH通过氢键的桥连和一oH之间的脱水反 应形成Si—o—Si共价键，实现硅片之间的键合．为了 外一组不进行UV光照． 提高亲水键合表面活性，需在表面形成大量悬挂的 一oH．目前，国内外学者对于表面活化提出了许多方 I 开始 ．LL 法，主要包括湿化学法E7]和干法表面处理[8]．湿化学法 l 丙酮超声清洗 清洗5min 的优点在于可以批量对硅片进行表面处理，其过程可与 J上 IC工艺兼容、成本低，缺点是活化过程比较繁杂，并且 I sPM溶液活化 在120℃下煮沸20min 采用的氢氟酸等试剂具有毒性．对于干法表面处理，使 』L 用等离子法可以获得较高的表面能，活化效果好，但等 I RCA．1溶液活化 在70℃下浸泡15min 离子法设备要求高、成本昂贵，且对器件表面可能造成