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1、Seediscussions,stats,andauthorprofilesforthispublicationat:https://www.researchgate.net/publication/252413752WaferbondingatlowtemperaturesArticle·January2001CITATIONSREADS0742authors:WeihuaHanJinzhongYuChineseAcademyofSciencesInstituteofSemiconductors,
2、ChineseAcademyofSciences,Beijing,China102PUBLICATIONS256CITATIONS253PUBLICATIONS1,978CITATIONSSEEPROFILESEEPROFILESomeoftheauthorsofthispublicationarealsoworkingontheserelatedprojects:nanoelectronicsViewprojectfragmentvelocityViewprojectAllcontentfollo
3、wingthispagewasuploadedbyWeihuaHanon23May2014.Theuserhasrequestedenhancementofthedownloadedfile.維普資訊http://www.cqvip.com第1卷第2期飛通光電子技術2001年6月低溫鍵合技術韓偉華，余金中(中國科學院半導體研究所集成光電子學國家重點聯(lián)合實驗室，北京100083)摘要：低溫鍵合技術避免了雜質的互擴散、異質材料間的熱應力以及孔洞和缺陷的產(chǎn)生．它利用了兩個十分貼近的清潔表面具有極大的范德華
4、力吸附作用，實現(xiàn)了不受晶格失配和熱失配的限制的異質材料表面的結合．本文討論了低溫鍵合技術的理論基礎和發(fā)展趨勢．關鍵詞：低溫鍵合：范德華力；發(fā)展趨勢1引言如果將兩塊表面平整而干凈的玻璃片疊放在一起，它們就能通過兩個表面分子間的范德華(VanderWaals)力而相互粘結。這一物理現(xiàn)象早在1936年就被LordRayleighit]注意．并發(fā)表了光學玻璃片室溫鍵臺方面的技術文章。然而靠分子間作用力粘結的拋光片鍵合強度很小，因此沒能得到廣泛的應用。很長叫問內一直沒有應用到常溫下的晶片鍵合，直到出現(xiàn)了應用于
5、傳感器的硅與玻璃的陽極鍵臺技術。然而陽極鍵合技術不能將兩個晶片進行直接鍵合，而且不能與MOS工藝相容。1986年，IBM公司的Laskey和東芝公司的Shimbo等人將粘貼的硅片通過高溫處理來增加硅片間的結合強度，獲得了極大的成功。這種硅片直接鍵合(SiliconDirectBonding，簡寫為SDB)技術不需要任何粘結劑，鍵合后的界面可承受磨片、拋光、化學和高溫處理，不受兩種材料晶格、晶向的限制，而且兩鍵合片的電阻率和導電類型可自由選擇；鍵臺界面可以是具有圖形的表面，還可以實現(xiàn)特定材料的掩埋層。
6、由于利用鍵合技術組合新結構材料具有極大的自由度，所以它被廣泛地應用于微電子電路、傳感器、功率器件、微機械加工、光電子器件等領域。Laskey發(fā)明的熱鍵臺技術主要過程可分為兩步：首先將兩片鏡面拋光的晶片(氧化或未氧化)經(jīng)過化學處理后，在室溫下將兩個晶片面對面粘臺在一起，兩晶片就會通過表面吸附的分子膜建立起氫鍵鏈接，這被稱之為預鍵合。然后對預鍵臺的晶片進行高溫退火處理，使界面原子的排列發(fā)生重組和相互熔合，界面形成牢固的共價鍵聯(lián)接，這個過程就是熱鍵合。其中，晶片表面的平整度、粗糙度和化學吸附狀態(tài)是影響鍵臺
7、質量的內在因素，而鍵臺溫度和時間是鍵合強度的外在因素。為了提高鍵臺強度，有時還需要加壓力以克服表面起伏，增加表面原子間的成鍵密度然而高溫退火不可避免地造成雜質的互擴散、引入熱應力以及孔洞和缺陷的產(chǎn)生。因此熱鍵合技術需要解決的主要問題是降低退火溫度J。本文主要對低溫鍵合技術的理論基礎和發(fā)展趨勢進行了討論。2室溫鍵合的晶體表面硅片直接鍵合技術的特點是不加粘合劑，依靠硅片表面化學鍵相互連接，表面懸掛鍵的多少對鍵合是十分重要的在垂直于硅片表面方向，硅片體材料的三維晶格周期性被破壞，電子勢能不存在平移對稱性，
8、處在晶體內部的原子受到最近鄰和次近鄰原子對稱力場的作用而處于平衡態(tài)，處在表面的原子由于非對稱力場中而存在指向空間的剩余結臺力，形成表面懸掛鍵。為使表面自由能最小，表面原子結構發(fā)生重排并吸附外來原子。如果半導體晶片表面經(jīng)過特殊處理，如高溫熱處理、離子轟擊加退火、真空解理、真空外延、熱蝕、場致蒸發(fā)等，在1．33×10～1．33×10a的超高真空下可獲得原子級清潔表面。對晶體而言，經(jīng)過4～6個原子層后，原子的排列與體內己相當接近(如晶格常數(shù)差小于lnm)，這個距維普資訊ht
