原创 表面清洗工艺对晶圆键合的影响

引言

随着工业和消费的升级，电子设备不断小型化和智能化，这对电子设备提出了更高的要求。可靠的封装技术可以有效提高器件的使用寿命。阳极键合技术是晶圆封装的一种有效手段，已广泛应用于电子器件行业。其优点是粘接时间更短，粘接温度更低，粘接效率更高，粘接更可靠。晶片表面的质量直接影响键合过程。晶片表面上的杂质颗粒和氧化层将导致键合效率和键合强度的降低。晶圆的表面清洗工艺主要是去除这些杂质颗粒和氧化层，为键合准备合格的界面性能。在阳极键合过程中，键合界面需要紧密附着。然而，从微观角度来看，有几个点接触，如图1所示。本文英思特公司分析了不同清洗工艺对硅片表面粗糙度和清洁度的影响。

图1：结合界面处的微接触点示意图

实验与讨论

我们已经知道晶片表面特性对键合连接有影响，晶片表面清洗工艺用于减少表面杂质颗粒和氧化层。图2显示了采用三种不同清洗工艺的硅片表面的AFM图像。可以看出，三种处理后硅片的平均表面粗糙度(Ra)不同，脱脂硅片最大(2.35 nm)，piranha清洗硅片最小(0.65 nm)。RCA清洗的硅晶片介于两者之间(0.89纳米)。

在阳极键合中，晶片表面越光滑，在强静电场的作用下，界面接触点越多，这将提高键合效率。

图2：采用不同工艺的表面清洗后的粗糙度的AFM图像

通过对表面粗糙度和清洁度的研究，发现用食人鱼溶液和RCA清洗晶片后，键合效率更高。为此，我们设计并完成了硅耐热玻璃(S-P)和二氧化硅耐热玻璃(SiO2-P)的阳极键合实验，其中硅片分别用食人鱼溶液和RCA清洗，耐热玻璃用脱脂清洗。

结论

随着MEMS器件的多样化和智能化，高效可靠的晶圆封装成为研究的重点，而封装前的清洗工艺对键合质量有着重要的影响。英思特分析了三种不同的清洗工艺对晶片表面的影响。原子力显微镜观察显示晶片的表面粗糙度用食人鱼溶液清洗的最高，而用RCA溶液清洗更有利于界面的紧密结合。红外测试表明，脱脂后的晶片表面不良，导致键合效率降低。在阳极键合实验中，发现键合电流随着外加电压的增大而增大，键合时间缩短，键合效率提高。这种情况在用RCA溶液清洗的晶片的键合中更为明显。综合分析表明，在相同电压下，RCA清洗工艺更有利于阳极键合。

 江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护