两步协同活化Cu/SiO 2 低温混合键合工艺及机理研究

发布时间：2023-03-29 23:24

　　随着摩尔定律走向极限和电子产品小型化、智能化及多功能化发展浪潮的掀起,芯片封装维度从二维(2D)扩展至三维(3D)被微电子产业公认为是有效缩短互连长度、提高芯片功能密度的理想方案。Cu/SiO₂混合键合技术能兼容CuCu、SiO₂-SiO₂和Cu-SiO₂的混合互连,无需微凸点与底充胶即可完成芯片堆叠,是实现高密度3D Si集成的关键技术。然而目前混合键合技术仍受美国专利保护,工艺细节尚未公开。现有的Cu/SiO₂键合往往需要近400°C的高温加热,难与半导体工艺兼容,亟待开发出具有独立自主知识产权的低温混合键合技术。本文利用Ar和N₂等离子体对Cu及SiO₂晶片进行表面处理。结果表明两种等离子体均能够快速去除晶片表面有机污染物,平整表面以增加键合接触面积,并有效提高SiO₂表面的羟基(-OH)官能团密度。但因等离子体活化氛围中含有少量氧气,Ar/O2等离子体在Cu表面上易产生少量氧化,而N₂

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景与研究目的
    1.2 国内外的研究现状
        1.2.1 Cu-Cu晶圆键合
        1.2.2 SiO₂-SiO₂ 晶圆键合
        1.2.3 Cu/SiO₂ 混合键合(DBI?)
        1.2.4 国内外文献综述的简析
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及实验方法
    2.1 实验过程概述
    2.2 实验材料
    2.3 实验方法
        2.3.1 表面活化实验
        2.3.2 热压键合实验
        2.3.3 低温退火强化
        2.3.4 力学性能测试
        2.3.5 键合材料表面分析
        2.3.6 键合样品界面测试
    2.4 实验设备
        2.4.1 表面活化实验设备
        2.4.2 热压键合设备
        2.4.3 低温退火强化设备
        2.4.4 拉伸测试实验设备
        2.4.5 键合材料表面及界面分析设备
第3章 单一表面活化工艺对晶片表面作用研究
    3.1 等离子体活化对晶片表面物理化学性质影响
        3.1.1 晶片表面形貌及粗糙度分析
        3.1.2 晶片表面XPS能谱测试
        3.1.3 晶片表面FT-IR光谱测试
        3.1.4 晶片表面润湿性表征
    3.2 甲酸活化对晶片表面物理化学性质影响
        3.2.1 对晶片表面形貌及粗糙度影响
        3.2.2 对晶片表面化学状态影响
        3.2.3 对晶片表面润湿性影响
    3.3 本章小结
第4章 两步协同表面活化低温键合工艺研究
    4.1 两步协同表面活化对晶片表面作用研究
        4.1.1 表面粗糙度表征
        4.1.2 表面化学结构分析
        4.1.3 表面官能团测试
        4.1.4 表面亲水性变化
    4.2 两步协同表面活化低温键合工艺探究
        4.2.1 表面活化工艺对键合强度影响
        4.2.2 热压键合工艺优化及分析
    4.3 本章小结
第5章 两步协同表面活化低温混合键合机理研究
    5.1 同质键合界面SEM-EDS分析
        5.1.1 Cu-Cu键合界面表征
        5.1.2 SiO₂-SiO₂ 键合界面表征
    5.2 异质及混合键合界面SEM-EDS分析
        5.2.1 Cu-SiO₂键合界面微观表征
        5.2.2 混合键合界面微观表征
    5.3 两步协同表面活化低温混合键合机理
        5.3.1 低温混合键合分子动力学模拟
        5.3.2 两步协同表面活化低温混合键合机理模型
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3774705