PDF《直接键合 结构界面的特性研究 ！》

直接键合 结构界面的特性研究! 劳燕锋 吴惠桢! (中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室, 上海 ###$#) ( ##% 年&

月&

'

日收到;

##$ 年 月 ( 日收到修改稿) 通过对直接键合 )*+,-.

/0 结构的红外吸收光谱分析以及断面扫描电子显微镜观察发现, 样品制备过程中不均 匀的外加压强导致 )*+,-./0 交界面局部出现了不连续过渡的空间层, 实验上将熔融石蜡渗透并被填充到该空间 层, 利用其对 12$#'

!

3 波长光的强烈吸收特性可表征这种局部的键合不连续区域, 二维扫描测试样品不同区域的 吸收谱得到 12$#'

!

3 波长吸收强度等值线图, 从而描绘出外加压强的不均匀分布2 实验上通过改进键合装置的施 压均匀性, 得到了连续过渡界面且均匀键合的 )*+,-./0 结构, 利用这种均匀键合技术有望制备大尺寸器件例如光 学微腔等2 关键词:晶片直接键合,界面,红外吸收光谱 #'

)):4 (#5,6(%(,% $7 ! 国家重点基础研究发展计划 (批准号: ##1871&

%'

#1) 资助的课题

2 ! 5,3.9::;

?3.9:2

0932 .@2 @* &

A 引言由于化合物半导体的键合技术可以整合两种不 同材料的优点, 它在提升器件性能方面有着很大优 势, 近年来成为化合物半导体材料研究的热点之一2 键合是指两种具有清洁、 平整表面的固体材料相互 叠合, 在一定外界条件下如压强、 温度等通过化学键 而结合在一起2键合技术可以追溯到人类很久以前 的历史 [&

] , 例如冷焊技术是最古老的键合技术之一2 到了 # 世纪 (# 年代该技术被成功应用于硅基材料 的键合中 [ ] , 由于器件要求键合界面呈原子级接触 形成化学键以保证其性能, 键合不再像其早期的发 展而成为一项高科技领域内的技术;

检测手段的发 展及键合机理的研究 [1―$] , 使得如今硅基材料键合 技术相当成熟, 广泛用于商用 BC) 材料的制备2 之后 键合技术又被引入到化合物半导体器件的研制上, 如)*+,B9 基[6] , -./0,B9 [4] 基, )*+,-./0 [(] 基材料键合 器件结构均已实现2 与传统外延方法研制的器件相 比['

, &

#] , 键合方法整合了两种材料的优点, 因而其制 备的器件性能更加优越2 虽然化合物半导体键合技 术已有十多年的发展历史以及实验室规模上器件研 制的成功, 然而关于其键合机理以及相关键合质量 的检测手段却未有充分地发展, 这使得键合技术在 化合物半导体键合器件中的应用仍存在着不可知因 素, 其商业化仍具有一定困难2 红外成像技术在硅基材料键合质量检测及其机 理研究中起到了很大的作用 [%] , 利用红外成像技术 可以直接获取晶片键合界面图像, 直观地定位界面 缺陷及观察其均匀性, 它业已成为硅基材料键合实 验中常用检测手段之一;

然而, 检测过程中红外光线 的光学损失主要是由于界面反射、 界面缺陷 (空气 隙) 的吸收及散射、 未键合区域界面干涉引起的, 红 外成像技术只能观察到键合界面缺陷位置及形状大 小, 并不能表征缺陷厚度分布2 本文采用高温直接键合方法实现了化合物半导 体)*+,-./0 结构的键合, 我们实验发现样品制备过 程中外加压强的不均匀性会导致 )*+,-./0 交界面 局部出现数十纳米到数微米量级不连续过渡的空间 层, 熔融石蜡能渗透并填充到存在空间层的区域, 而 且石蜡对 12$#'