晶圓級(jí)低溫金金擴(kuò)散鍵合的研究.pdf

1、晶圓級(jí)鍵合技術(shù)已經(jīng)成為半導(dǎo)體先進(jìn)封裝工藝中的核心技術(shù)，除了封裝領(lǐng)域外，晶圓級(jí)鍵合技術(shù)在其他領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。在制作大功率LED的過(guò)程經(jīng)常遇到的問(wèn)題，有源層發(fā)熱量大，而用來(lái)生長(zhǎng)有源層氮化鎵的藍(lán)寶石襯底是熱的不良導(dǎo)體，溫度的升高會(huì)影響LED的發(fā)光效率，使上能級(jí)的激發(fā)電子弛豫，能帶發(fā)生偏移。硅是熱的良導(dǎo)體，如果把發(fā)光層轉(zhuǎn)移到硅襯底上，可以使產(chǎn)生的熱量很快的傳導(dǎo)出去，降低發(fā)光溫度，提高發(fā)光效率。晶圓級(jí)鍵合技術(shù)還是制作SOI（絕緣體上硅），

2、CIS（COMS圖像傳感器）的重要基礎(chǔ)技術(shù)，并且已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得大規(guī)模的應(yīng)用。
　　本論文中，主要研究和開(kāi)發(fā)了較低溫度下的金金鍵合技術(shù)。
　　本論文實(shí)驗(yàn)采用等離子體活化技術(shù)，用實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造的RIE-ICP等離子活化刻蝕設(shè)備探索不同氣體的等離子體對(duì)金層活化性能的影響。
　　1.利用以Cr/Au為過(guò)渡層的Si-Si鍵合，通過(guò)控制鍵合層Au層的厚度，研究了Au層厚度對(duì)鍵合率的影響;
　　2.利用合適厚度的Au層，

3、以Ti/Pt/Au為金屬過(guò)渡層，通過(guò)硅晶圓和藍(lán)寶石的鍵合樣片，探索了等離子體表面活化對(duì)鍵合率的影響。我們?cè)O(shè)計(jì)了三個(gè)表面活化對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別是Ar等離子體活化，Ar+O2等離子體活化，O2/Ar+H2等離子體活化三組實(shí)驗(yàn)。
　　3.對(duì)活化后的金屬過(guò)渡層Au層進(jìn)表面形貌所發(fā)生的變化進(jìn)行了分析。用AFM對(duì)活化后的Au層表面進(jìn)行了粗糙度、功率譜密度等表面形貌的分析，活化后，Au層的表面形貌得到了一定程度的改善，功率譜密度曲線向著有利于鍵合的

4、方向移動(dòng)。
　　4.對(duì)活化后的Au層進(jìn)行了XPS能譜測(cè)試，活化后的鍵合層表面C、O等元素的含量減少，說(shuō)明等離子體活化產(chǎn)生了清洗作用，去除了表面的沾污;活化后表面大部分Au元素價(jià)態(tài)為零，并出現(xiàn)了一部分懸掛鍵，懸掛鍵的出現(xiàn)有利于不同晶圓之間Au原子的擴(kuò)散。
　　5.對(duì)鍵合樣片進(jìn)行了SAM掃描，SEM掃描，通過(guò)對(duì)鍵合樣片出現(xiàn)的空洞的分析，驗(yàn)證了之前認(rèn)為的，等離子體活化可以提高鍵合率的猜測(cè)，通過(guò)對(duì)比確定了最佳的氣體組分和合適的活化方

5、案。同時(shí)，我們也探索了鍵合時(shí)間，鍵合溫度，鍵合壓強(qiáng)對(duì)鍵合率的影響，通過(guò)調(diào)整相關(guān)要素，可以把鍵合溫度降低到200℃左右，時(shí)間允許的條件下，可以將鍵合溫度降低到100℃。
　　本論文創(chuàng)新點(diǎn):
　　1.使用磁控濺射的方法在硅晶圓上生長(zhǎng)金屬中間過(guò)渡層Cr/Au，通過(guò)改變金屬層厚度，得到了金屬中間層與鍵合率的關(guān)系;
　　2.探索了等離子體表面活化工藝對(duì)鍵合率的影響，并確定了一套比較適合Au-Au鍵合的活化方案;
　　3.利