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键合技术 键合技术定义：在室温下两个硅片受范德瓦耳斯力作用相互吸引，硅片表面基团发生化学作用而键合在一起的技术。 键合技术广泛应于MEMS器件领域，是一项充满活力的高新技术，对我国新技术的发展有十分重要的意义。 在MEMS制造中，键合技术成为微加工中重要的工艺之一，它是微系统封装技术中重要的组成部分，主要包括以下几方面： 1、阳极键合技术优点及应用 优点:具有键合温度较低，与其他工艺相容性较好，键合强度及稳定性高，键合设备简单等优点。 应用:阳极键合主要应用于硅/硅基片之间的键合、非硅材料与硅材料、以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合。 1、1 阳极键合机理 阳极静电键合的机理：在强大的静电力作用下，将二个被键合的表面紧压在一起；在一定温度下，通过氧一硅化学价键合，将硅及淀积有玻璃的硅基片牢固地键合在一起。 1、2 阳极键合质量控制的主要因素 （1）在硅片上淀积玻璃的种类 硅-硅基片阳极键合是一种间接键合，间接键合界面需引入材料与硅基片热学性质匹配，否则会产生强大的内应力，严重影响键合质量。因此对硅-硅基片阳极键合时淀积的玻璃种类要认真选择。 （2） 高质量的硅基片准备工艺 为了提高硅-硅阳极键合的质量，硅基片表面必须保持清洁，无有机残留物污染，无任何微小颗粒，表面平整度高。 为确保硅基片平整，光滑，表面绝对清洁，为此要采用合适的抛光工艺，然后施以适当的清洗工艺。清洗结束后，应立刻进行配对键合，以免长期搁置产生表面污染。 （3）控制阳极键合工艺参数保证键合质量 阳极键合的主要工艺参数：键合温度，施加的直流电压。 为了使玻璃层内的导电钠离子迁移，以建立必要的静电场。普遍认为键合温度控制在200℃- 500℃较适宜。 推荐的施加电压一般在20V-1000V之间，其范围较宽，具体视玻璃材料性质及所选的键合温度来决定。 1、3 阳极键合技术的应用 硅/硅阳极键合的许多实例是在微电子器件中制造SOI结构，此处介绍一种具体工艺流程，如图1-1所示。 （1）在第一块硅基片上用各向异性刻蚀技术刻出U型沟槽，并作氧化处理。 （2）在上述氧化处理的表面上沉积100μm厚的多晶硅。 图1-1 2、硅-硅基片直接键合技术 硅-硅基片直接键合，就是将两个抛光硅片经化学清洗和活化处理后在室温下粘贴在一起，再经过高温退火处理，使键合界面发生剧烈的物理化学反应，形成强度很大的化学共价键连接，增加键合强度而形成统一整体。当硅片在清洗后提出水面时，表面不沾水为疏水性处理，提出水面时，表面吸附一层水膜为亲水性处理。 应用这种键合技术必须符合两个要求： （1）抛光的两个基片表面必须紧密接触； （2）两者界面处的硅原子能形成稳定的键。 前者可能通过精心抛光和精洗两基片，将它们对合并施以一定的机械压力来实现；而后者必须对基片加热。 2、1 硅-硅基片直接键合技术优点及应用 优点：硅-硅直接键合技术工艺简单，两键合片的晶向、电阻率、导电类型可自由选择，且与半导体工艺完全兼容。 应用：硅-硅直接键合技术已经从制备SOI材料发展到亲水键合、疏水键合、低温键合等新技术，广泛应于SOI材料，功率器件和MEMS器件等领域。 2、2 硅-硅直接键合工艺 硅-硅直接键合工艺如下: (1)将两抛光硅片(氧化或未氧化均可)先经溶液浸泡处理; (2)在室温下将两硅片抛光面贴合在一起; (3)贴合好的硅片在氧气或氮气环境中经数小时的高温处理，这样就形成了良好的键合。 2、3 硅-硅直接键合质量控制 键合质量主要受键合界面处空洞存在的影响。因此要控制工艺参数对界面空洞形成及清除。 （1）键合前基片表面预处理工艺 （2）键合温度的控制 （3）键合强度 3、 其他硅-硅间接键合工艺 硅-硅间接键合工艺还有多种，如有胶水、低温玻璃、金硅（金锡）共晶及其他金属，用合金中间层来达到键合目的。 3、1金-硅共晶键合 硅-硅共晶键合的基本机理：在超大规模集成电路技术中硅芯片与基片的焊接经常使用金-硅“焊锡”。 3、2 其他间接键合工艺 研究较多的其他硅-硅间接键合工艺是采用具有低软化温度的玻璃作为中间层。 硅-硅间接键合也可应用金属或金属间化合物为中间层，如钛、铂硅等。还有一种最简单的间接键合工艺是利用各种胶水。 4、金属键合技术 金属键合是指通过纯金属或合金，依靠金属键、金属与晶片表面间的扩散、金属熔融等作用使两个晶片面对面地键合在一起。 一般地，晶片键合技术主要分为异质半导体直接键合技术，利用中间层熔融键合技术，表面激活键合技术，阳极键合技术 。而金属键合属于通过中间层键合。 良好的金属键合应该达到以下要求 ： （1）键合制备的样品表面应平整光滑；