晶圆键合中使用的主要技术

晶片键合是指通过一系列物理过程将两个或多个基板或晶片相互连接和化学过程。晶片键合用于各种技术，如MEMS器件制造，其中传感器组件封装在应用程序中。其他应用领域包括三维集成、先进的封装技术和CI制造业在晶圆键合中有两种主要的键合，临时键合和永久键合，两者都是在促进三维集成的技术中发挥着关键作用。

晶圆键合中使用的主要技术有：

•粘合剂

•阳极

•共晶

•融合

•玻璃料

•金属扩散

•混合动力

•固液相互扩散(滑动)

粘合剂粘接

粘合剂粘接使用一系列聚合物和粘合剂将晶片相互连接。这些聚合物包括环氧树脂、干膜、BCB、聚酰亚胺和UV固化化合物。粘合剂在整个过程中广泛使用微电子和MEMS制造业，因为它是一种简单、稳健且通常成本低的解决方案。A专业使用它们的优点是温度相对较低，可以保护敏感组件，从而实现兼容性

采用标准集成电路材料和工艺。

其他优点包括能够将不同类型和材料的基板连接在一起，并且对表面不敏感地形此外，粘合剂粘接可用于永久和临时晶片粘接。在一个粘合剂它是聚合物粘合剂，承受将两个表面固定在一起所需的力将该力均匀分布在基板表面上，以避免连接处出现局部应力。

阳极连接

阳极键合涉及将组件封装在玻璃层内的晶片上。阳极键合允许玻璃将晶片粘合到硅片或其他金属基板的表面，而不引入额外的中间层。阳极键合，有时也称为场辅助键合或静电密封，使用在硅/玻璃界面形成键合的外部电场。阳极键合可以通过称为三层堆叠键合的过程扩展到三层(玻璃-硅-玻璃)。在这里，层同时粘合，增强了功能性和产量。实现高质量的阳极氧化键合-具有低表面粗糙度(<10 nm)的清洁平面晶片表面很重要。粘结强度和通过使用含有大量碱离子的玻璃材料，可以进一步提高质量，例如硼硅酸盐玻璃。

共金键结

共晶晶片键合利用了共晶金属的特殊特性。与焊接合金类似，共晶金属在低温下熔化，低于待粘合基材的熔点。共晶金属的这种特性允许在粘结界面上实现平面。

最成熟的共晶键系位于硅和金之间，是一种成熟的生产工艺低温密封。为了控制共晶材料的回流，共晶连接需要精确的焊接粘结力的剂量，以及粘结堆栈上均匀的温度分布。这有助于减少任何过度热循环后可能导致失效的键内残余应力。

熔合键合

熔合键合是指在不添加任何中间层的情况下，两个平面基板的自发粘附。

这也称为直接键合，是MEMS和半导体行业中一项长期存在的技术。

有许多方法可以使用熔合键合将硅片键合在一起;常见的两种方法是疏水处理和亲水处理。

在这两种情况下，表面的等离子预处理显著降低了粘接的热要求。这允许在室温下粘合一些基板。等离子处理产生了一种非常干净的没有任何有机污染。在亲水粘接中，然后用薄层覆盖制备的基材并与水接触。然后，化学吸附水之间发生键合。这种结合需要放置在低温或室温下。然后在高温下退火键合晶片堆高达1100°C。

在疏水键合中，等离子体预处理表面涂有一层涂层，以促进Si-F键的形成然后是硅、氢和氟原子之间的范德华力。与亲水键一样晶片叠层必须在更高温度下退火以完成键合。可以进行低温粘接但需要更复杂的预处理步骤，以确保牢固和均匀的结合形式。

玻璃料粘接

玻璃熔块粘接，也称为玻璃焊接或密封玻璃粘接，是一种使用中间玻璃层。标准工艺包括在玻璃料层上进行丝网印刷或旋涂粘接表面。然后使两个基板接触并加热，直到玻璃料从玻璃状糊状物，形成玻璃层。施加外部压力后，玻璃熔合并粘合到所需的基板上在一起冷却时，会产生机械稳定的结合。已经开发了多种玻璃料来降低温度键合温度也与基材的热膨胀系数(CTE)相匹配。

金属扩散焊

金属扩散键合，有时也称为热压键合，使用两种金属，例如Cu、Al和Al，Au-Au，将基板粘合在一起。金属扩散键是通过将两种金属引入原子中来实现的同时接触和施加热量和力。通过金属离子的扩散，键被粘在一起一个基板到另一个基板。金属扩散的使用使两个晶片可以机械和电气结合一步到位。该技术用于三维应用中的粘接，如三维堆叠

混合键合

混合键合是将熔合键合和金属扩散键合结合为一个过程的键合过程。该技术基于具有集成熔合键的两个金属层的热压键合。在该过程中，具有金属焊盘(例如铜触点)和电介质层的基板可以在单个过程首先，使用熔合或直接键合工艺在低温下键合电介质。当退火时

在较高温度下，金属扩散键发生。混合键合工艺的主要应用是先进的三维器件堆叠应用以及CMOS图像传感器。

滑动连接(固液互扩散)是基于不同金属和陶瓷的扩散和混合。滑键合也称为瞬态液相扩散键合(TLPDB)，在许多行业中使用微电子与航空航天工业。

滑动粘接的基本原理是在两个待粘接基材之间的界面处，将材料粘接在一起。

跨边界扩散并局部更改界面的组成。这种变化的发生方式如下：

界面可以在粘结材料的大部分之前熔化。然后液体界面相互扩散，导致合金在结合界面的熔化温度和凝固。合金的熔化温度键合后的温度远高于键合温度，因此在连接两个基板时形成固体键合在一起这种技术在高温应用中有着广泛的应用，其中稳定和均匀的键合是必不可少的必修的。
 

审核编辑：汤梓红