MEMS键合工艺简介
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键，使之转换为非桥接氧原子，使键合面带负电荷 HOH+ Si-O-Si——2H++2Si-O-
• 800度以上：水扩散显著，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
静电键合
工艺及工艺参数的影响
•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：180~500度
•电压： 低压；静电力减弱，
无法键合 高压：击穿玻璃 一般：200~1000伏
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
划片
SEM观察
•
1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.1 2.1220. 12.12Sa turday, December 12, 2020
•
2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。10:5 9:0610: 59:0610 :5912/ 12/2020 10:59:06 AM
•
•
6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2020年 12月12 日星期 六上午 10时59 分6秒1 0:59:06 20.12.1 2
•
7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 20年12 月上午 10时59 分20.1 2.1210: 59Dece mber 12, 2020
2020 10:59:06 AM10:59:062020/12/12
• 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。12/12/
谢 谢 大 家 2020 10:59 AM12/12/2020 10:59 AM20.12.1220.12.12
• 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。12-Dec-2012 December 202020.12.12
• 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异 纸上画饼充饥，无补于事。Saturday, December 12, 2020
12-Dec-2020.12.12
• 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自 己眷恋了。20.12.1210:59:0612 December 202010:59
Biblioteka Baidu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
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（400度左右） • 非晶硅
金硅共晶键合
键合技术比较
键合对准
键合质量检测
红外检测
内容
• 晶片制备 • 光刻 • 淀积 • 掺杂 • 键合 • 刻蚀
键合
键合
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：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
电荷形成静电力，加强键合
例子
键合工艺
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：Ra<0.6nm • 清洁度：无沾污
原理：三个阶段
• 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 （200~800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
•
8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年12 月12日 星期六 10时59 分6秒1 0:59:06 12 December 2020
•
9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自 强不息 。上午 10时59 分6秒 上午10 时59分1 0:59:06 20.12.1 2
• 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。12/12/
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，完成键合 • 可通过检测电流监测键合 是否完成
3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.12.1 210:59: 0610:5 9Dec-20 12-Dec-20
•
4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 10:59:0 610:59: 0610:5 9Saturday, December 12, 2020
•
5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 20.12.1 220.12. 1210:5 9:0610: 59:06D ecembe r 12, 2020
• 室温~200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200~400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-Si——Si-O-Si+H2O • 500~800度：水基本不扩散，OH根破坏桥接氧原子的一个
• 800度以上：水扩散显著，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
静电键合
工艺及工艺参数的影响
•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：180~500度
•电压： 低压；静电力减弱，
无法键合 高压：击穿玻璃 一般：200~1000伏
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
划片
SEM观察
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1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.1 2.1220. 12.12Sa turday, December 12, 2020
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2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。10:5 9:0610: 59:0610 :5912/ 12/2020 10:59:06 AM
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6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2020年 12月12 日星期 六上午 10时59 分6秒1 0:59:06 20.12.1 2
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7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 20年12 月上午 10时59 分20.1 2.1210: 59Dece mber 12, 2020
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• 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。12/12/
谢 谢 大 家 2020 10:59 AM12/12/2020 10:59 AM20.12.1220.12.12
• 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。12-Dec-2012 December 202020.12.12
• 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异 纸上画饼充饥，无补于事。Saturday, December 12, 2020
12-Dec-2020.12.12
• 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自 己眷恋了。20.12.1210:59:0612 December 202010:59
Biblioteka Baidu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
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（400度左右） • 非晶硅
金硅共晶键合
键合技术比较
键合对准
键合质量检测
红外检测
内容
• 晶片制备 • 光刻 • 淀积 • 掺杂 • 键合 • 刻蚀
键合
键合
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：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
电荷形成静电力，加强键合
例子
键合工艺
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：Ra<0.6nm • 清洁度：无沾污
原理：三个阶段
• 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 （200~800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
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8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年12 月12日 星期六 10时59 分6秒1 0:59:06 12 December 2020
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9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自 强不息 。上午 10时59 分6秒 上午10 时59分1 0:59:06 20.12.1 2
• 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。12/12/
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，完成键合 • 可通过检测电流监测键合 是否完成
3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.12.1 210:59: 0610:5 9Dec-20 12-Dec-20
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4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 10:59:0 610:59: 0610:5 9Saturday, December 12, 2020
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5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 20.12.1 220.12. 1210:5 9:0610: 59:06D ecembe r 12, 2020
• 室温~200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200~400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-Si——Si-O-Si+H2O • 500~800度：水基本不扩散，OH根破坏桥接氧原子的一个