晶圓鍵合中使用的主要技術(shù)

晶片鍵合是指通過一系列物理過程將兩個(gè)或多個(gè)基板或晶片相互連接和化學(xué)過程。晶片鍵合用于各種技術(shù)，如MEMS器件制造，其中傳感器組件封裝在應(yīng)用程序中。其他應(yīng)用領(lǐng)域包括三維集成、先進(jìn)的封裝技術(shù)和CI制造業(yè)在晶圓鍵合中有兩種主要的鍵合，臨時(shí)鍵合和永久鍵合，兩者都是在促進(jìn)三維集成的技術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

晶圓鍵合中使用的主要技術(shù)有：

?粘合劑

?陽(yáng)極

?共晶

?融合

?玻璃料

?金屬擴(kuò)散

?混合動(dòng)力

?固液相互擴(kuò)散(滑動(dòng))

粘合劑粘接

粘合劑粘接使用一系列聚合物和粘合劑將晶片相互連接。這些聚合物包括環(huán)氧樹脂、干膜、BCB、聚酰亞胺和UV固化化合物。粘合劑在整個(gè)過程中廣泛使用微電子和MEMS制造業(yè)，因?yàn)樗且环N簡(jiǎn)單、穩(wěn)健且通常成本低的解決方案。A專業(yè)使用它們的優(yōu)點(diǎn)是溫度相對(duì)較低，可以保護(hù)敏感組件，從而實(shí)現(xiàn)兼容性

采用標(biāo)準(zhǔn)集成電路材料和工藝。

其他優(yōu)點(diǎn)包括能夠?qū)⒉煌愋秃筒牧系幕暹B接在一起，并且對(duì)表面不敏感地形此外，粘合劑粘接可用于永久和臨時(shí)晶片粘接。在一個(gè)粘合劑它是聚合物粘合劑，承受將兩個(gè)表面固定在一起所需的力將該力均勻分布在基板表面上，以避免連接處出現(xiàn)局部應(yīng)力。

陽(yáng)極連接

陽(yáng)極鍵合涉及將組件封裝在玻璃層內(nèi)的晶片上。陽(yáng)極鍵合允許玻璃將晶片粘合到硅片或其他金屬基板的表面，而不引入額外的中間層。陽(yáng)極鍵合，有時(shí)也稱為場(chǎng)輔助鍵合或靜電密封，使用在硅/玻璃界面形成鍵合的外部電場(chǎng)。陽(yáng)極鍵合可以通過稱為三層堆疊鍵合的過程擴(kuò)展到三層(玻璃-硅-玻璃)。在這里，層同時(shí)粘合，增強(qiáng)了功能性和產(chǎn)量。實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的陽(yáng)極氧化鍵合-具有低表面粗糙度(<10 nm)的清潔平面晶片表面很重要。粘結(jié)強(qiáng)度和通過使用含有大量堿離子的玻璃材料，可以進(jìn)一步提高質(zhì)量，例如硼硅酸鹽玻璃。

共金鍵結(jié)

共晶晶片鍵合利用了共晶金屬的特殊特性。與焊接合金類似，共晶金屬在低溫下熔化，低于待粘合基材的熔點(diǎn)。共晶金屬的這種特性允許在粘結(jié)界面上實(shí)現(xiàn)平面。

最成熟的共晶鍵系位于硅和金之間，是一種成熟的生產(chǎn)工藝低溫密封。為了控制共晶材料的回流，共晶連接需要精確的焊接粘結(jié)力的劑量，以及粘結(jié)堆棧上均勻的溫度分布。這有助于減少任何過度熱循環(huán)后可能導(dǎo)致失效的鍵內(nèi)殘余應(yīng)力。

熔合鍵合

熔合鍵合是指在不添加任何中間層的情況下，兩個(gè)平面基板的自發(fā)粘附。

這也稱為直接鍵合，是MEMS和半導(dǎo)體行業(yè)中一項(xiàng)長(zhǎng)期存在的技術(shù)。

有許多方法可以使用熔合鍵合將硅片鍵合在一起;常見的兩種方法是疏水處理和親水處理。

在這兩種情況下，表面的等離子預(yù)處理顯著降低了粘接的熱要求。這允許在室溫下粘合一些基板。等離子處理產(chǎn)生了一種非常干凈的沒有任何有機(jī)污染。在親水粘接中，然后用薄層覆蓋制備的基材并與水接觸。然后，化學(xué)吸附水之間發(fā)生鍵合。這種結(jié)合需要放置在低溫或室溫下。然后在高溫下退火鍵合晶片堆高達(dá)1100°C。

在疏水鍵合中，等離子體預(yù)處理表面涂有一層涂層，以促進(jìn)Si-F鍵的形成然后是硅、氫和氟原子之間的范德華力。與親水鍵一樣晶片疊層必須在更高溫度下退火以完成鍵合?？梢赃M(jìn)行低溫粘接但需要更復(fù)雜的預(yù)處理步驟，以確保牢固和均勻的結(jié)合形式。

玻璃料粘接

玻璃熔塊粘接，也稱為玻璃焊接或密封玻璃粘接，是一種使用中間玻璃層。標(biāo)準(zhǔn)工藝包括在玻璃料層上進(jìn)行絲網(wǎng)印刷或旋涂粘接表面。然后使兩個(gè)基板接觸并加熱，直到玻璃料從玻璃狀糊狀物，形成玻璃層。施加外部壓力后，玻璃熔合并粘合到所需的基板上在一起冷卻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械穩(wěn)定的結(jié)合。已經(jīng)開發(fā)了多種玻璃料來降低溫度鍵合溫度也與基材的熱膨脹系數(shù)(CTE)相匹配。

金屬擴(kuò)散焊

金屬擴(kuò)散鍵合，有時(shí)也稱為熱壓鍵合，使用兩種金屬，例如Cu、Al和Al，Au-Au，將基板粘合在一起。金屬擴(kuò)散鍵是通過將兩種金屬引入原子中來實(shí)現(xiàn)的同時(shí)接觸和施加熱量和力。通過金屬離子的擴(kuò)散，鍵被粘在一起一個(gè)基板到另一個(gè)基板。金屬擴(kuò)散的使用使兩個(gè)晶片可以機(jī)械和電氣結(jié)合一步到位。該技術(shù)用于三維應(yīng)用中的粘接，如三維堆疊

混合鍵合

混合鍵合是將熔合鍵合和金屬擴(kuò)散鍵合結(jié)合為一個(gè)過程的鍵合過程。該技術(shù)基于具有集成熔合鍵的兩個(gè)金屬層的熱壓鍵合。在該過程中，具有金屬焊盤(例如銅觸點(diǎn))和電介質(zhì)層的基板可以在單個(gè)過程首先，使用熔合或直接鍵合工藝在低溫下鍵合電介質(zhì)。當(dāng)退火時(shí)

在較高溫度下，金屬擴(kuò)散鍵發(fā)生?；旌湘I合工藝的主要應(yīng)用是先進(jìn)的三維器件堆疊應(yīng)用以及CMOS圖像傳感器。

滑動(dòng)連接(固液互擴(kuò)散)是基于不同金屬和陶瓷的擴(kuò)散和混合?；I合也稱為瞬態(tài)液相擴(kuò)散鍵合(TLPDB)，在許多行業(yè)中使用微電子與航空航天工業(yè)。

滑動(dòng)粘接的基本原理是在兩個(gè)待粘接基材之間的界面處，將材料粘接在一起。

跨邊界擴(kuò)散并局部更改界面的組成。這種變化的發(fā)生方式如下：

界面可以在粘結(jié)材料的大部分之前熔化。然后液體界面相互擴(kuò)散，導(dǎo)致合金在結(jié)合界面的熔化溫度和凝固。合金的熔化溫度鍵合后的溫度遠(yuǎn)高于鍵合溫度，因此在連接兩個(gè)基板時(shí)形成固體鍵合在一起這種技術(shù)在高溫應(yīng)用中有著廣泛的應(yīng)用，其中穩(wěn)定和均勻的鍵合是必不可少的必修的。
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審核編輯：湯梓紅