《水蒸氣輔助電漿活化室溫鍵合及其機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由王晨曦擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水蒸氣輔助電漿活化室溫鍵合及其機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王晨曦
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在半導體製造及微納系統封裝領域，無需加熱的室溫(～25℃)晶圓直接鍵合能夠避免一切高溫退火所帶來的問題，被視為下一代微納製造工藝的備選。本項目提出了水蒸氣輔助電漿活化法。該方法通過水蒸氣輔助電漿照射控制吸附於晶圓表面的羥基 (OH基團)密度和吸附的水分子層，從而提高鍵合強度。該方法旨在實現在室溫即能達到足夠鍵合強度的同時，最大限度地減少孔洞的產生。該方法還具備簡單易行，綠色環保，低成本等特點。. 另外，本項目我們利用分子動力學,參照材料表面及鍵合界面表徵結果，模擬鍵合行為。通過原子尺度鍵合能和巨觀鍵合強度的相關關係。考察溫度對鍵合強度的影響，實現鍵合機理模型建立。該模型能夠對鍵合工藝參數的最佳化提供幫助，弄清電漿表面活化的條件對鍵合強度的影響及其作用方式，理論上預測矽基材料之間的鍵合性。
結題摘要
晶圓鍵合是半導體製造中不可替代的重要環節，常規的半導體晶圓鍵合方法由於退火溫度高，熱擴散和熱應力難控制，無法滿足後摩爾時代電子/光學/生物等多元器件異質集成的要求。為了突破這一技術瓶頸，本項目提出了一種新型水蒸氣輔助電漿活化室溫鍵合方法，實現了矽基晶圓之間無需加熱的室溫鍵合工藝，從根本上解決了鍵合過程中因高溫帶來的一系列問題。利用材料表面及界面的表征，研究電漿表面活化的條件對鍵合強度的影響，建立矽基晶圓直接鍵合機理模型，闡明了室溫鍵合機理。在此基礎上，進一步提出了水蒸氣輔助真空紫外光活化鍵合新方法，能夠在獲得清潔表面的同時最大限度地減少物理損傷，以消除後續退火過程鍵合界面產生空洞的隱患，闡明了界面水分子在鍵合過程中的重要作用。該方法成功適用於矽/矽、矽/石英、石英/石英以及第三代半導體碳化矽的低溫鍵合。將表面活化鍵合方法套用於微納流控晶片開發，基於液態水在擴展納米空間(10-1000 nm)內的特性，製造出微納米熱管冷凝器件、三維人造腎臟和植物仿生納米泵等新型器件。通過本項目研究，開發出了具有自主智慧財產權的水蒸氣輔助表面活化鍵合工藝和設備，獲得了異質材料室溫/低溫鍵合的基礎理論及數據，為下一代晶圓級三維異質集成奠定理論和技術基礎。以上研究工作總計發表論文25篇（負責人均為第一/通訊作者），其中SCI論文16篇，2篇論文被選為期刊封面圖片；國際會議論文8篇，1篇論文獲電子封裝技術國際會議傑出論文獎；申請國家發明專利11項，其中已獲得授權4項；培養博士研究生1名，碩士研究生5名；國際會議口頭報告7次，其中邀請報告4次。
