硅-硅直接键合单项工艺的发展

在过去的20年中，硅-硅直接键合技术得到了迅速的发展，并且硅-硅直接键合技术的发展也是伴随着各项单项工艺和应用的不断发展而发展的。硅-硅直接键合技术的单项工艺的发展主要在活化处理的方法和条件以形成良好的预键合硅片和退火处理工艺以得到符合各项要求的键合硅片。在活化处理方法上，提出了H2SO4和H2O2溶液、RCA1溶液、RCA2溶液液和氩气或氧气等离子体活化和三步处理活化工艺[19~21]，这些都在键合工艺上得到应用。在退火工艺上，退火温度从1000℃到1200℃高温退火到的低温退火键合技术[22]，从1大气压下退火到低压退火。 低温真空键合技术也是键合技术发展的一个新的趋势。硅片直接键合前用等 硅-硅直接键合技术是微电子和纳米技术领域中的一个重要工艺，近年来得到了显著的进步。这一技术的关键在于通过特定的工艺步骤将两片硅晶片紧密地连接在一起，形成无间隙、无中间介质的高强度键合。在此过程中，活化处理和退火处理是两个至关重要的环节。 活化处理的主要目标是提升硅片表面的活性，增加表面的悬挂键数量，以增强后续键合的强度。多种方法已被提出并应用于实践，包括使用H2SO4和H2O2溶液的化学处理、RCA1和RCA2溶液的清洗方案，以及氩气或氧气等离子体的物理活化。这些方法能够有效地清除硅片表面的氧化层和污染物，为键合提供洁净、活性高的界面。此外，三步处理活化工艺也被广泛应用，它通常包括预清洁、氧化层去除和再清洁步骤，以确保最佳的键合效果。 退火处理是硅-硅直接键合过程中的另一个核心步骤，其目的是通过高温或低温退火来改善键合质量，促进硅片之间的悬挂键重新排列和共价键的形成。早期的退火温度高达1000℃至1200℃，但随着技术的进步，低温退火键合技术逐渐成为主流，因为它可以降低热应力和热失配，从而减少对敏感器件的损害。低温真空键合技术是这一领域的新兴趋势，它可以在更低的压力和温度下实现高强度的键合，这得益于真空环境下的表面活化和较低的热影响。 低温真空键合工艺通常涉及硅片的等离子体活化，这种处理方式能在真空低温条件下提高键合强度。例如，T.Sgua通过离子束刻蚀法在超高真空条件下实现了室温键合，而H.Takagi则使用Ar气快速原子束溅蚀技术在极低压力下实现了强键合。此外，TaeRyong Chung成功地在GaAs衬底上使用该技术进行了室温真空键合InGaAsP/InP激光器件的制造。 低温键合技术的优势在于其适应性广泛，尤其适用于那些对高温敏感的光电子器件、微电子机械系统(MEMS)以及三维集成器件。低温退火在300~500℃的范围进行，不仅避免了高温可能造成的材料损伤，还能减少因热膨胀系数差异导致的结构应力，因此对于多层结构和复杂材料系统的键合极具价值。 硅-硅直接键合单项工艺的发展反映了微纳米技术的创新和进步，尤其是在活化和退火工艺上的改进，为微电子器件的制造提供了更加精确和可靠的连接手段。随着研究的深入和技术的不断演进，这项技术将继续推动半导体行业和相关领域的创新。