多層硅直接鍵合技術的研究.pdf

1、隨著微電子機械系統(tǒng)MEMS(Micro Electro Mechanical System)的發(fā)展,現有的加工手段對其設計和制造產生了諸多限制。將硅直接鍵合技術(Silicon Direct Bonding,簡稱SDB)加以拓展,就形成了多層硅直接鍵合技術。多層硅直接鍵合技術的出現和發(fā)展,使復雜器件的加工成為可能。多層硅直接鍵合技術是制造三維結構的一項極具吸引力的技術,在慣性器件、微結構和微系統(tǒng)方面有突出的應用潛力。雖然多層硅直接鍵合技

2、術應用范圍很廣,但是它對工藝環(huán)境要求極高,鍵合難度極大,工藝的可重復性和成品率極低。目前對多層硅直接鍵合技術的研究還很不成熟,因此多層硅直接鍵合技術是一個非常值得研究的新興領域。
　　 在已有的硅直接鍵合技術的研究基礎之上,本文開展了對多層硅直接鍵合技術的研究,著眼于解決工藝細節(jié)問題,進行了大量的工藝實驗,找出了一種較為可行的實現多層硅直接鍵合的工藝方案,為復雜器件和系統(tǒng)的設計和加工提供了工藝保證。本文所做的具體工作如下:

3、>　　 1、在兩層硅直接鍵合工藝的研究基礎上,對多層硅直接鍵合工藝展開研究,設計了兩種工藝研究方案:一步鍵合和多步鍵合。通過對多層硅直接鍵合過程中工藝細節(jié)的改進,如在預鍵合前,用氧等離子體活化處理硅片表面的方法,成功實現了多層硅片直接鍵合。通過對一步鍵合和多步鍵合的實驗結果分析,對比得出:一步鍵合的效果良好,而多步鍵合不適用于多層硅直接鍵合技術。
　　 2、嚴格按照鍵合工藝流程,進行了大量的具有微腔結構的兩層硅片親水鍵合實驗,

4、著重研究:在嚴格控制影響鍵合質量的一些關鍵工藝因素的情況下(如硅片表面平整度、粒子玷污和退火溫度及時間等),鍵合硅片的界面空洞分布、鍵合強度,應力分布等情況。實驗發(fā)現,在操作環(huán)境和方法上進一步改進,則可使鍵合率進一步提高。
　　 3、針對多層硅微結構直接鍵合的特點和問題,對多層硅微結構直接鍵合技術進行了研究。同兩層硅鍵合的微腔結構相比,多層硅鍵合的微腔結構加工步驟較多,加工時間較長,更易受到各種顆粒的污染。除此之外,由于有微腔的