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晶圓接合技術是將兩片晶圓互相接合,再進一步使表面原子反 應,產生鍵結,讓兩片平面彼此間的鍵結能達到一定強度,而使這兩 片晶圓純由原子鍵結成為一體。這種特性能使接合介面表保持絕對純 淨,避免無預期之化學黏接物雜資污染,以符合現代微電子材料、光 電材料及奈米材料等級微機電嚴格製做要求。這種技術可以接合不同 晶格、不同種類之單晶或多晶材料。這項複合之材料具有不同的物理 性質(如熱傳導度、機械強度)、化學性質(如活化能)、電子性質(如 原子能帶)等,以製造具備特殊物理或化學特性之先進高性能光電材 料,例如垂直腔式面射型雷射二極體(VCSEL)光電材料,或耐高溫電 子材料,如絕緣層矽晶圓(SOI),或將矽和Ⅲ-Ⅴ半導體的整合在一起,

發展光電積體電路(optoelectronic integration circuits)和 MMICs

(monolithic microwave integrated circuits)。

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2.2.1 晶圓接合技術的優點

晶圓接合的優點大致而言有下列幾項:

1. 使晶格不匹配(lattice mismatch)所產生的差排(dislocation)和缺陷 (defect)僅限於接合界面區域,而不會延伸至元件活性層而影響

一般晶圓接合的製程中有許多種類,以中間介質層(Intermediate layer)的有無來區分,晶圓接合可被分為兩大類:直接晶圓接合(Direct wafer bonding)與間接晶圓接合(Indirect wafer bonding)。

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1. 直接晶圓接合

所謂直接晶圓接合即是在晶圓接合時不靠任何的中間介質層,例 如:膠或者金屬層,直接由晶圓相互接觸後,經由高溫及同軸壓力使 兩片晶圓產生接合,其主要有以下幾類接合法:

(1) 融合接合(Fusing bonding):

一般的泛指的晶圓接合就是所謂的融合接合,將欲接合的試片經 清洗、旋乾後在微潔淨室內直接面對面接觸。利用二晶圓間的凡得瓦 力或氫鍵的力量使其自然接觸在一起,再放置氣氛爐中作高溫退火處 理。一般來說 Si/Si 接合的溫度約為 1000˚C,GaAs/GaAs 接合溫度大多 為 700~900˚C,使二試片間產生共價鍵結而成為一體,使界面強度能達 到如塊材般的水準。

(1) 陽極接合法(Anodic bonding)[4]:

當兩晶圓之接合兩端為導體(或半導體)及內含離子之絕緣體(如

11 進行接合退火(iii)表面活化晶圓接合(Surface activated bonding;SAB)

[5]。

2. 間接晶圓接合

間接接合顧名思義是利用中間介質層來進行晶圓接合,而非靠兩 晶片本身來接合。目是為了要降低接合的溫度或者是比較特別的用途 例如合金化之用,接合方式有下列幾種:

(1) 金屬共晶接合法(Eutectic bonding):

這方法是事先將兩具有共晶相的金屬分別鍍在兩不同的晶片上,

經過清洗再將兩晶片接觸,接著於共晶溫度下執行退火,此時這兩層 金屬就會產生共晶相,利用此方式材料就能在較相對低溫下進行接合。

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(Spin on glass:SOG)和 BCB(Bzocyclobutene)膠,這些膠大多使用 於異質材料之低溫接合。 Chemical Vapor Deposition, MOCVD)製作氮化鋁銦鎵一族之材料到亮 度極高的藍光二極體[6],使得紅、藍、綠三基本色之光源齊全,而全 彩的夢想得以實現,且可見光發光二極體中的高亮度高功率發光二極 體的研發也大幅提升了發光二極體的應用層面。此外,發光二極體與 其它照明系統比較起來可以節省 80-90%以上的能源,以氮化鎵為材料 所研發的白光發光二極體可以取代現在的照明系統,使得能源的利用

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