产品特点

• 由于硅片预键合时，靠的是界面处羟基(-OH) 基团的桥接而粘附在一起的。界面通过两个-OH连接 ,形成 siOH-OHsi键 。而后在退火处理时，聚合脱水转变为硅氧键(si-O-si)是硅片直接键合主要机理 。预键合时，通过 H 键链接的-OH基团 ，其氧原子之间的距离为276nm , 一般 H键连接的-OH基团不能超过 2~3个 , 否则其分子链将断裂。故通过H键连接-OH基团的距离不能超过 0.828nm。 所以在一般情况下，表面粗糙度为 0.5nm 被认为是硅片能够自发键合的阈值。在未采用 CMP工艺之前，等离子活化键合表面 , 使之悬挂更多的-OH基团以提高键合面表面能，是实现硅片低温直接键合主要方法 。通过活化，键合面的粗糙度可以放宽至 2nm ，但是等离子活化会导致键合表面由于受到蚀刻而产生缺陷 , 是通过牺牲键合界面质量来降低直接键合温度 。如果键合面的粗糙度达到数纳米量级以上，等离子活化也是无法实行低温直接键合。比较而言，CMP工艺能够获得超光滑而且无损的键合表面，因此是目前低温直接键合最为常用表面处理技术 。
• 等离子体活化键合（PAB: Plasma Activated Bonding）作为低温键合工艺的主流代表之一，由于操作简便，成本相对较低，键合过程可在大气或低真空环境下进行键合，且后续只需低温退火处理（<400℃）等优点，近年来受到了研究者和工业界的广泛研究与应用。与亲水性熔融键合类似，PAB 技术是利用等离子体（常见工艺气体为O2、N2）活化（照射）处理晶圆表面，从而增强了表面能并改善了材料附着性。其主要机理包括：i）清洗表面杂质，增加接触面积从而促进键合；ii）改变表面化学性质，引入活性基团以增加键合强度。然而，等离子体作用会导致表面多孔结构和吸附水分，可能在退火过程中形成键合界面孔洞，降低器件成品率和可靠性。有研究表明，可通过优化等离子体照射活化时间或于等离子体中添加微量其他处理气体，可减少孔洞生成从而改善键合强度）。随着等离子处理工艺的发展，不仅可以实现Si/Si 键合，还能应用于多种材料的键合， 如Si/SiO2、Si/SiN、Si/GaAs、Si/GaN、Si/SiC、Si/LiNbO3、Si/LiTaO3 等。
• 直接键合/熔融键合 （Fusion Bonding）要求晶圆表面具有高度的平坦度、平行度和光滑度，同时也必须保证表面干净，没有颗粒、有机物及金属污染，否则将会影响键合界面的结构及电学性能。因此，如玻璃晶圆材料选择可提供各种厚度和光滑度较高的硼硅酸盐玻璃，总厚度偏差小于5 um，粗糙度小于0.5 nm，弯曲度小于30 um。硅晶圆材料选择可提供各种厚度和难以置信的光滑度的硅晶圆，总厚度偏差小于1.5 um，粗糙度小于0.5 nm。
• 颗粒物: 对直接键合质量影响最大的因素之一：阻碍键合面接触及发生反应；影响区域: 每个1µm 大小的颗粒将造成约1cm大小区域不能键合；可能造成影响的颗粒物直径：> 0.2 µm
• 键合前去离子水兆声清洗的兆声频率及去离子水要求：1 MHz system: 可去除 >0.1 µm 直径的颗粒物；去离子水要求: 18 MΩcm, TOC < 5 ppb, 过滤器 < 0.2 µm
• 直接键合/熔融键合 （Fusion Bonding）键合工艺完成后，需要在不破坏晶片的前提下对两晶片的键合界面处进行缺陷检测，利用红外显微镜可检验界面处是否有气泡、晶片边缘处是否有灰边等。