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晶圆低温键合的理论及实验研究

马子文  
【摘要】: 键合温度是晶圆键合技术最重要的指标,对于含有温度敏感材料器件的键合,高温键合技术是不适用的,因此降低键合温度实现低温晶圆键合具有十分重要的意义。低温直接键合技术由于键合温度低,键合质量好,键合材料限制少等优点在绝缘体上硅(SOI)结构、微机电系统(MEMS)器件等领域得到广泛的应用。激光局部键合技术由于键合整体温度低,键合区域选择灵活,工艺可控性好等优点成为MEMS制造与封装的研究热点。为此,本文通过对主要键合技术的比较,以低温晶圆直接键合技术和激光局部键合技术作为研究对象开展研究,主要工作如下: 建立了低温晶圆直接键合表面形貌的数学模型,分析了晶圆表面的翘曲度、表面波度、表面粗糙度对晶圆直接键合的影响,并以实验进行了验证。 提出了一种无需外压力作用的硅/玻璃激光局部键合方法。通过对晶圆进行表面活化处理、选择合适的激光参数及键合环境,成功实现了无压力辅助硅/玻璃激光键合。同时研究了该键合工艺参数如激光功率、激光扫描速度、底板材料等对键合质量的影响。 模拟了激光局部键合的温度场分布,以优化激光局部键合工艺。利用有限元法建立了移动高斯热源作用下硅/玻璃激光键合的三维温度场数值分析模型。运用该模型计算了不同的工艺参数条件下硅/玻璃的温度场分布,并由此得出键合线宽。然后通过筛选试验确定影响激光键合的主要工艺参数。最后通过对仿真结果进行回归分析,得到激光键合工艺的最优参数,为改善激光键合工艺提供理论依据。


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