静电键合影响因素
MEMS键合工艺简介课件
• 晶片制备 • 光刻 • 淀积 • 掺杂 • 键合 • 刻蚀
MEMS键合工艺简介
键合
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MEMS键合工艺简介
键合工艺
键合：静电键合、热键合、“复合”键合 键合的目的是通过外界作用将多个基片“粘接” 不同的键合方式，键合原理不同
MEMS键合工艺简介
静电键合
静电键合：Wallis和Pomerantz于1969年提出，静电键合可把金属、 合金、半导体与玻璃键合
MEMS键合工艺简介
原理：三个阶段
• 室温~200度：表面吸附的OH根在接触区产生氢键，随温 度增高，OH根得到热能增大迁移率，氢键增多，硅片产 生弹性形变，键合强度增加。在200~400度间，形成氢键 的两硅片的硅醇键聚合反应，产生水合硅氢键，键合强度 迅速增大 Si-OH+HO-Si——Si-O-Si+H2O
MEMS键合工艺简介
静电键合
工艺及工艺参数的影响 •温度： 低温：没有导电电流，键合无法进行 高温：玻璃软化，无法键合 一般：180~500度 •电压： 低压；静电力减弱，
无法键合 高压：击穿玻璃 一般：200~1000伏
MEMS键合工艺简介
静电键合
• 键合产生的应力：热膨胀系数相近、热匹配 • 电极形状：点接触、平行板电极 • 非导电绝缘层的影响；减弱静电力，460nm后，键合失效 • 表面粗糙度的影响 • 极化区中残余电荷的作用；键合完成后在极化区内残余的
• 表面平整度： • 沾污粒子：1微米粒子产生4.2mm孔洞
足够清洗、超净环境、平整表面、高温处理、
低温键合：在小于500度下完成键合
MEMS键合工艺简介
复合键合
三聚体分子间作用力
三聚体分子间作用力
三聚体分子间作用力是指在三个分子间相互作用的力。
在化学反应中，分子间的相互作用力起到至关重要的作用，影响着反应的速率和产物的选择。
三聚体分子间的作用力可以分为静电作用力、键合作用力和范德华力。
静电作用力是由分子间的电荷之间相互作用所产生的力。
在三聚体分子中，分子之间的正负电荷可以相互吸引或相互排斥，从而产生静电作用力。
键合作用力是由于三聚体分子中原子之间的相互作用所产生的力。
在三聚体分子中，原子之间通过共价键、离子键或氢键等方式形成化学键，这些化学键可以提供分子间的连接和稳定。
范德华力是由于分子之间的瞬时偶极子和极化作用所产生的力。
在三聚体分子中，分子的电荷分布和云的变化会导致分子间的范德华力，这种力相比于静电作用力和键合作用力较弱，但在分子间的距离很近时起到重要作用。
这些分子间的作用力共同作用，决定了三聚体分子的稳定性、形状和反应性质。
在理解三聚体分子的结构和行为时，研究和了解这些作用力的性质和影响是非常重要的。
埋氧层及铝层对SOI／玻璃静电键合的影响
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｘ ｅｉ ｎａ ｒபைடு நூலகம் ｓ ｎ ｈ ｎ ｍｅ ａ ｆ Ｓ ａ ｄ Ｐ ｒｘ ｇａｓ ｂ ｎ ｉｇ ｗｅｅ ｐ ｅｅ ｔｄ Ａｎ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌｐ ｏ ｅ ｓ ａ ｄ ｐ ｅ ｏ ｎ ｏ ＯＩ ｎ ｙｅ ｌｓ ｏ ｄｎ ｒ ｒｓｎｅ ．
ｔｅ ｏ ｈ ｂ ｎｄｉ ｃ ｒ ｎｔ ｎ ｂｏ ｉ ｗａ ｅ ｐｒ ａ ｉ ｗｅ ｅ Ｂｏ ｉ ｇ ｕ ｒ ｎ ｎｄ ｏｎ ｎ ｒ ｔ ｗ ｏ ｌ ｂ ｉ ｒａｓ ｄ ｎｇ ｕｒｅ ａ ｄ ｎｄｎｇ ｖ ｓ ｅ ｄｎｇ ｒ． ｎｄ ｎ ｃ ｒｅ ｔ ａ ｂ ｄｉｇ ａ ｅ ｕ ｄ ｅ ｎｃ ｅ ｅ
验也表 明玻璃表面溅射铝层对键合产生较 大影响。理论分析 了产生这些现 象的原 因， 出埋 氧层厚度 和键合 电 得
压 与静 电力 的 关 系式 。 还提 出从 阳极 引一探 针 电极 到 Ｓ 器件 层 ， 高玻 璃耗 尽 层 与 器件 层之 间 电 压 ， ＯＩ 提 实现 厚 埋
氧 层 Ｓ 片 与玻 璃 键 合 的 方 法 。 ０Ｉ
应用在 Ｃ ＭＯＳ等 Ｉ 工业 ， Ｃ 特别在 微 处理 器 （ Ｐ Ｃ Ｕ） 中的 应用 ， 其技 术含 量 高 ， 加值 大ｆ 。厚器 件 层 附 州 Ｓ １ 圆则 主要 应 用在 ＭＥ Ｏ 晶 ＭＳ、电 力组件 、传 感 器 、 电组件 等方 面＿ Ｏ１ 光 ７ Ｊ 。Ｓ 器件 层与 玻璃键 合 ， 可 以 制备 均 匀 、 密 、 整 、 应 力 的硅薄 膜 【， 用 致 平 低 ８应 ＿
摘 要 ： 介绍 了 Ｓ Ｉ ｙ ｘ Ｏ／ ｒ 玻璃静电键合 的实验过程和实验现 象， Ｐｅ 利用电流表 对静 电键合 电流进行测量 。发现
埋 氧层 厚 度 越 厚 ， 合 电流越 小 ， 合 波 扩散 速 度 越 小。 高键 合 电 压 ， 有 效增 大键 合 电流 及 加 快键 合 速 度 。 键 键 提 能 实
静电键合影响因素
提高温度和提高电压对键合质量的提高的影响却不一样，不同学者的研究结果都表明键合温度对键合质量的影响更大。
1.温度影响（200~450℃）a）在350--360℃之间进行键合时，键合速度和键合引起的应力和变形是最好的折中。
（9.16cm，525um厚）。
b）温度超过200℃时，在直流电场的作用下钠离子能摆脱玻璃内部晶格的束缚，向阴极移动。
c）膨胀系数:PYREX 7740玻璃在3.3xl0-6/℃左右，硅2.33×10-6/℃左右。
第一个交点20℃左右；第二个相交点在280℃左右；第三个相交点在540℃左右。
在20~280 ℃时，玻璃比硅的膨胀系数大，而在280~540℃时，硅比玻璃的热膨胀系数大一些。
PYREX 7740玻璃软化点820℃短期使用<10h 550℃长期使用≧10h 450℃2.电压影响（200~1000V）键合电压的上限是玻璃不发生击穿，下限则要保证静电吸引力能够引起键合材料的弹性或塑性变形，使键合界面发生紧密接触，从而产生键合。
3.电极影响a).采用点电极进行键合，键合质量好但速度慢。
键合区域由电极处向外扩展，可以避免键合界面空洞的产生，提高键合质量，但时间较长。
b).板电极进行键合，速度快。
键合界面处容易产生的空洞等缺陷。
4.实例a).10mm*10mm*0.5mm薄片。
温度：400℃，电压：750V，键合压力：0.1MPa。
b).15 mm×15 mm×400um硅片,15 mm×15 mm×350um pyrex7740#玻璃。
采用平板阴极方式键合，温度：350℃，电压：400V。
c).20mm×20 mm×2mm薄片。
温度：250～450℃，电压为200～750V，压力为0．05～l MPa。
时间5～10min。
d).直径9.16cm，厚度525um。
温度：350--360℃；电压：200~1000V；压力：3*10-3Kpa~100Kpa。
静电干扰的耦合机制及对策
静电干扰的耦合机制及对策措施摘要：静电放电产生的电磁干扰会通过不同的耦合途径耦合到电子设备中，可能会导致设备运行异常甚至损坏。
本文首先介绍了静电干扰的来源以及静电干扰对电子设备、电子元器件的影响，本文接着指出了静电干扰的几种主要耦合机制，并总结出了一些针对静电干扰的对策措施，本文最后简要说明了对电子设备模拟静电放电的测试方法。
一、静电干扰的来源“摩擦起电”是人所共知的。
当不同材料的物体（主要是非金属）相互接触摩擦时，物体间的电荷分布就有可能改变，其中一些物体倾向于释放电子，而另一些物体则会倾向于吸引电子，当这些物体分开时，这些物体会因为电子的转移而形成一定的电位，我们将这一客观存在的电位称之为静电。
物体也可能通过感应等方式带上静电。
当两个存在电位差的物体相互靠近到一定距离时，其间的电位差将感应出电流，并传送相应的电量以抵消电位差，我们将这一过程称之为静电放电，英文缩写为ESD（Electrostatic discharge）。
人体是电子设备最常碰到的静电放电的来源之一。
人体所带的静电量的多少主要与人体所接触的环境及人体本身的一些因素有关，特别是与环境中的相对湿度有关，越是干燥的环境，人体所带的静电就会越多，人体所带的静电量最高可达30KV左右，一般不会高于此值，这是由电晕效应所决定的。
二、静电干扰的影响静电放电过程中，将会产生潜在的具有破坏性的大电流、高电压以及电磁场，可能会使在附近运行的电子设备工作异常，甚至可能会导致设备的损伤或损坏。
静电放电对电子设备硬件的破坏机理与浪涌信号对电子设备硬件的破坏机理差不多，主要有两种机制：一种是由于大电流导致设备硬件过热，从而使元件热失效；另一种是由于高电压导致设备绝缘击穿，这两种都是直接的破坏方式。
当然静电放电也可能对设备硬件产生间接的损坏，例如静电干扰有可能使不能同时导通的晶体管同时导通从而造成二次破坏，其结果往往也是硬件的损伤或损坏。
在实际情况中，这几种破坏机制也有可能在同一设备中同时发生。
键合技巧[常识]
![键合技巧[常识]](https://img.taocdn.com/s3/m/5370852366ec102de2bd960590c69ec3d5bbdb12.png)
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。
化学反应中的键合与构象
化学反应中的键合与构象化学反应是化学学科的核心内容之一，通过探究化学反应的机理以及化学反应中化学键的形成和分解过程，可以更深入地了解化学原理。
而化学键合和构象也是化学反应中的重要内容，可以影响反应速度和反应产物的稳定性。
本文将深入探讨化学反应中的键合与构象。
一、化学键合化学键是由两个或多个元素通过共享或转移电子而建立的化学连接。
化学键的形成涉及到电子云之间的相互作用和空间排布。
依据了解的电子排布而形成的键合被称为共价键，电子从一个原子转移到另一个原子而形成的键称为离子键，而通过金属原子之间传递电子建立的键称为金属键。
1. 共价键共价键是化学键中最常见的类型。
这种化学键是由两个不同元素之间的化学键合形成的。
共价键的形成需要两个原子之间的电子云重叠，这使得每个原子所拥有的电子数增加，成为两个原子之间共享的电子。
共价键的强度和分子之间相对位置有关，因为它与分子的键角度和长度有关。
2. 离子键离子键是由一个相对电负性更强的非金属原子凭借自己剩余的电子而形成的键。
由于更活泼的原子可以吸收一个电子，这使该原子形成带负电的离子，而散失电子的原子则会带上一个正电荷，从而形成带正电荷的离子。
因此，这两个离子之间的静电相互作用就在原子之间建立了一个离子键。
由于离子键的强度主要取决于阳离子和阴离子的电荷，它们之间的距离也会影响离子键的强度。
3. 金属键金属键是由相邻的原子之间通过共享外层电子而形成的键。
由于金属原子中外层电子的共享，使得金属原子之间相对稳定的连接，而金属键的形成也使得整个金属的物理、化学性质大不相同。
金属键的强度主要取决于金属原子内部的电子密度和横向电子排布，这也是金属性的基本特征之一。
二、化学构象化学构象是指在化学反应中产生的化学物质的立体构造和具体结构。
化学构象的形成涉及到分子之间的几何排布和内部各元素之间的相互作用。
化学构象的不同形式会影响化学反应的速率和稳定性。
1. 立体异构立体异构是指分子的化学构象不同于自身对称的情况。
MEMS工艺(12键合与封装)
暴露的表面能够抵抗外部杂质的污染
使封装内部避免潮湿，环境的湿度可以导 致精细的微型光机械元件的粘附
机械接口
机械接口涉及到MEMS中可动部分的设
计问题，需同它们的驱动机构连接起来； 不恰当的处理接口会造成微元器件的故障 和损坏
电机械接口
电的绝缘、接地和屏蔽是这类MEMS微系统的
典型问题。这些问题在低电压级的系统中表 现的更为明显
静电键合中，静电引力起着非常重要的作用。例 如，键合完成样品冷却到室温后，耗尽层中的电 荷不会完全消失，残存的电荷在硅中诱生出镜象 正电荷，它们之间的静电力有1M P a左右。可见 较小的残余电荷仍能产生可观的键合力。 另外，在比较高的温度下，紧密接触的硅/玻璃 界面会发生化学反应，形成牢固的化学键，如 Si-O-Si键等。如果硅接电源负极，则不能形成 键合，这就是“阳极键合”名称的由来。
Si-Si或SiO2-SiO2直接键合的关键是 在硅表面的活化处理、表面光洁度、 平整度以及在工艺过程中的清洁度。
硅硅键合表面
缺点：
Si-Si和SiO2-SiO2直接键合需在高温 （700～1100C）下才能完成，而高温处理 过程难以控制，且不便操作；
因此，能否在较低温度或常温下实现Si-Si 直接键合，就成为人们关注的一项工艺。 这项工艺的关键是，选用何种物质对被键合 的表面进行活化处理。
与主要的信号处理电路封装 ； 需要对电路进行电磁屏蔽、恰当的力和热 隔离； 系统级封装的接口问题主要是安装不同尺 寸的元件
微系统封装中的接口问题
接口问题使得为器件和信号处理电 路以及考虑密封工作介质和电磁场 问题而选择合适的封装材料成为微 系统成功设计中的一个关键问题
生物医学接口 光学接口 机械接口 电机械接口 微流体学接口
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提高温度和提高电压对键合质量的提高的影响却不一样，不同学者的研究结果都表明键合温度对键合质量的影响更大。
1.温度影响（200~450℃）
a）在350--360℃之间进行键合时，键合速度和键合引起的应力和变形是最好的折中。
（9.16cm，525um厚）。
b）温度超过200℃时，在直流电场的作用下钠离子能摆脱玻璃内部晶格的束缚，向阴极移动。
c）膨胀系数:PYREX 7740玻璃在3.3xl0-6/℃左右，硅2.33×10-6/℃左右。
第一个交点20℃左右；第二个相交点在280℃左右；第三个相交点在540℃左右。
在20~280 ℃时，玻璃比硅的膨胀系数大，而在280~540℃时，硅比玻璃的热膨胀系数大一些。
PYREX 7740玻璃
软化点820℃
短期使用<10h 550℃
长期使用≧10h 450℃
2.电压影响（200~1000V）
键合电压的上限是玻璃不发生击穿，下限则要保证静电吸引力能够引起键合材料的弹性或塑性变形，使键合界面发生紧密接触，从而产生键合。
3.电极影响
a).采用点电极进行键合，键合质量好但速度慢。
键合区域由电极处向外扩展，可以避免键合界面空洞的产生，提高键合质量，但时间较长。
b).板电极进行键合，速度快。
键合界面处容易产生的空洞等缺陷。
4.实例
a).10mm*10mm*0.5mm薄片。
温度：400℃，电压：750V，键合压力：0.1MPa。
b).15 mm×15 mm×400um硅片,15 mm×15 mm×350um pyrex7740#玻璃。
采用平板阴极方式键合，温度：350℃，电压：400V。
c).20mm×20 mm×2mm薄片。
温度：250～450℃，电压为200～750V，压力为0．05～l MPa。
时间5～10min。
d).直径9.16cm，厚度525um。
温度：350--360℃；电压：200~1000V；压力：3*10-3Kpa~100Kpa。
e)..玻璃环尺寸为外径8 mm，内径6 mm，高2mm。
温度360℃，电压：1 100 V。