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[转帖] 应用于MEMS的晶圆键合技术概述

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发表于 2017-2-21 16:39:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
晶圆键合是MEMS工艺流程中最重要的组成部分。特别是晶圆堆叠和3D技术的重要性与日俱增,选择最佳的晶圆键合工艺可能会决定结构成本,决定MEMS器件最终的市场成功。MEMS Investor Journal(以下简称MIJ)最近就应用于MEMS的键合技术的发展趋势话题采访了EV Group的MEMS商业发展经理Eric Pabo。在本次采访中,Eric讨论了晶圆键合历史、新兴的MEMS键合技术、设备供应商和键合工艺的成本因素。
MIJ:让我们从头开始。什么产品需求驱动最初的晶圆键合技术发展?
Eric Pabo:尽管在首饰的两金属表面实现连接可以追溯到古代,但是这些基本应用实现于电子行业却是在20世纪60年代。最初的工作重点在于通过直接键合技术将电子特性集成到基板上。一些公司在该领域做了研究,如NEC、飞利浦、RCA、IBM和东芝。这项研究工作使得当前的直接键合技术应用于SOI晶圆制造。
在20世纪60年代-70年代,研究工作主要是开发晶圆-晶圆键合工艺,可应用于MEMS器件的晶圆级封盖,以避免每个MEMS器件单独封盖的成本。直接键合、玻璃浆料键合和阳极键合都是这些努力的结果。
MIJ:除了MEMS,在电子制造的其它方面是否也用到了晶圆-晶圆键合技术?
Eric Pabo:SOI晶圆通常采用直接键合技术来制造。作为MEMS和其它产品初始材料,厚SOI和空腔SOI晶圆也直接由键合技术制造。
背面照明的COMS图像传感器采用直接键合和粘结剂键合制造,不过以直接键合为主。
为了将键合技术用于3D IC集成,很多研发工作正在开展。Cu的热压键合技术被认为是领先的工艺,但是其它工艺,如直接和热压的混合键合已经被考虑。举例,晶圆级光学芯片可对准和键合以形成透镜组,这通常采用粘结剂键合完成。
MIJ:当前晶圆键合技术应用于MEMS制造有哪些优缺点?
Eric Pabo:下表比较了用于制造MEMS器件和结构的主要键合方法。

MIJ:当前MEMS键合设备的主要供应商有哪些?
Eric Pabo:根据Yole Development最近报道,EV Group拥有69%市场份额,Suss MicroTec为17%,AML为4%,剩下的10%被AST、Ayumi、TEL和其它设备商占据。
MIJ:总体来说,金属基键合的主要挑战和弊端是什么?
Eric Pabo:主要的挑战是选择合适的金属堆栈(金属堆栈通过包含一个黏附层和一个阻挡层)、沉积和成形工艺、氧化控制。
MIJ:过去十年,在MEMS对准键合方面什么是最主要的挑战?
Eric Pabo:在对准晶圆键合方面最主要的挑战已经从小批量“手工艺”发展到大批量生产。这些进步主要归功于对主要键合工艺的透彻理解,包括输入变量、工艺变量和输出变量。基于工艺理解的设计规则的快速发展对于可靠的全自动化对准和键合设备也是很重要的,如EV Group Gemini。另外,现在计量工具也扮演一个关键角色,它们使得键合可自动测量对准,SAM工具可提供键合缺陷反馈。有了这些和其它工具,深入的过程控制才变得可能。
MIJ:当建立键合工艺进行大批量生产时,什么是关键问题?
Eric Pabo:除了上面已经提到的,必须仔细选择设备供应商,要考虑供应商可提供的支持水平,而不是只考虑购买价格。同样,对于大批量生产,应用数据采集是非常重要的,因为它使严密的过程控制成为可能。
MIJ:在长期拥有的成本考虑中,什么是主要的成本驱动因素?
Eric Pabo:主要的成本驱动因素是选择的键合工艺。对于选定的工艺,三个主要的因素是键合所需的上游工艺成本、键合工艺的周期时间和键合工艺的良率。上游工艺的成本差异取决于选择的工艺,工艺的周期时间主要影响因素是最高温度和在该温度下保持的时间,良率取决于很多因素。
MIJ:键合良率的典型值是什么?
Eric Pabo:键合良率通常被认为是专有值,但是对于成熟产品的大批量生产,通常在90%以上。对于量产,如果达不到90%,是不可以接受的。量产的驱动因素为使用的设计规则、选择的对准和键合工艺、晶圆质量、键合工艺如何执行、使用的键合设备、计量和控制计划。当然,良率低下的原因可能有键合工艺使用了新工艺、不恰当的设计规则或控制过程不佳。
MIJ:正在融入MEMS生产流程中最新的晶圆键合工艺是什么?
Eric Pabo:金属基键合,如焊料、共晶、TLP(瞬间液相),和热压键合正在融入更多的MEMS流程中,因为它们既没有玻璃熔块的功耗问题,也没有阳极键合的钠离子问题,但可以提供良好的气密性、导电性和CMOS器件兼容性。
此外,直接键合被用于特种SOI基板制造,如SOI空腔晶圆。Okmetic公司使用该方法在一些MEMS制造流程中生产SOI晶圆。
MIJ:如何选择一个晶圆键合工艺?
Eric Pabo:需要考虑选择的键合技术的键合性能、键合技术要求的工艺条件、这些工艺条件对晶圆上器件的影响、形成键合层的上游工艺要求。该工艺以文档形式记录在BKP(Best Know Practice)中,可通过联系EV Group获得。
MIJ:晶圆键合是高度专业化的,这些工艺知识还没普及。如何减少自己在研发这些工艺时所耗费的成本和时间?
Eric Pabo:有几种方法来减少研发成本和时间。研发过程中购买设备的成本可通过拜访一些应用实验室的设备供应商来减少,因为当选择了正确的供应商时,可以通过供应商的应用工程师和科学家获得键合工艺知识。另外一种方法是聘请专业的晶圆键合顾问。

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发表于 2020-10-26 11:32:10 | 显示全部楼层
好东西,谢谢楼主,学习一下!!!:handshake
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