第一部分 技术 2
A．黏合剂和阳极键合 2
第1章 玻璃料晶圆键合 2
1.1 玻璃料键合原理 2
1.2 玻璃料材料 3
1.3 丝网印刷：将玻璃料涂覆到晶圆上的工艺 4
1.4 热处理：将印刷浆料转变为玻璃的键合工艺 5
1.5 晶圆键合工艺：由玻璃料中间层形成基本的晶圆到晶圆黏合 8
1.6 玻璃料键合的特性 10
1.7 玻璃料晶圆键合的应用 12
1.8 结论 12
参考文献 12
第2章 利用旋涂玻璃作为键合材料的晶圆键合 13
2.1 旋涂玻璃材料 13
2.2 采用SOG层的晶圆键合 14
2.2.1 试验 14
2.2.2 利用硅酸盐SOG层的晶圆键合 15
2.2.3 平坦化SOG的晶圆键合 19
2.2.4 利用SOG层进行晶圆键合的应用 21
2.2.5 结论 21
参考文献 22
第3章 聚合物晶圆键合 23
3.1 引言 23
3.2 聚合物黏合剂 23
3.2.1 聚合物黏结机制 23
3.2.2 聚合物黏合剂的性能 25
3.2.3 用于晶圆键合的聚合物黏合剂 26
3.3 聚合物黏合剂晶圆键合技术 30
3.3.1 聚合物黏合剂晶圆键合工艺 30
3.3.2 局部聚合物黏合剂晶圆键合 34
3.4 在聚合物黏合剂晶圆键合中晶圆到晶圆对准 36
3.5 聚合物黏合剂晶圆键合工艺和流程实例 37
3.5.1 用热固性聚合物键合进行永久晶圆键合（BCB）或临时晶圆键合（mr-I9000） 37
3.5.2 采用热塑性聚合物（HD-3007）的临时和永久性晶圆键合 39
3.6 总结和结论 40
参考文献 40
第4章 阳极键合 43
4.1 引言 43
4.2 阳极键合机制 43
4.2.1 玻璃极化 43
4.2.2 实现紧密接触 44
4.2.3 界面反应 45
4.3 键合电流 45
4.4 阳极键合所用的玻璃 46
4.5 键合质量的表征 47
4.6 真空密封腔体内的气压 48
4.7 阳极键合对柔性结构的影响 48
4.8 阳极键合过程中器件的电学退化 48
4.8.1 钠污染导致的退化 49
4.8.2 高电场导致的退化 50
4.9 薄膜键合 51
4.10 结论 52
参考文献 52
B．直接晶圆键合 56
第5章 直接晶圆键合 56
5.1 引言 56
5.2 表面化学与物理 56
5.3 晶圆键合技术 58
5.3.1 亲水性表面晶圆键合 58
5.3.2 疏水性晶圆键合 60
5.3.3 低温晶圆键合 61
5.3.4 超高真空下的晶圆键合 61
5.4 键合的界面特性 62
5.5 晶圆键合的应用 64
5.5.1 先进微电子的衬底 64
5.5.2 微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS） 65
5.6 结论 66
参考文献 66
第6章 等离子体活化键合 71
6.1 引言 71
6.2 理论 71
6.2.1 （硅）直接键合 71
6.2.2 硅表面等离子体的机理 72
6.2.3 等离子体的物理定义 73
6.3 PAB的分类 73
6.3.1 低压PAB 73
6.3.2 常压下的PAB 74
6.4 PAB工序 75
6.4.1 工艺流程 75
6.4.2 技术表征 76
6.4.3 实验结果 77
6.5 PAB的应用 78
6.5.1 压力传感器 79
6.5.2 光学微系统 79
6.5.3 微流体封装 79
6.5.4 背照式CMOS图像传感器 80
6.5.5 低压PAB的CMOS适用性 81
6.6 结论 81
参考文献 81
C．金属键合 84
第7章 Au/Sn焊料 84
7.1 引言 84
7.2 Au/Sn焊料合金 85
7.3 回流焊 90
7.4 热电极焊接 92
7.5 三维集成和晶圆级组装的特性 95
7.6 总结和结论 97
参考文献 97
第8章 共晶Au-In键合 99
8.1 引言 99
8.2 有机／金属混合键合 99
8.3 有机／In-Au混合键合 101
8.3.1 In-Au相图和键合原理 101
8.3.2 通过平坦化剥离法制备In-Au微凸点 103
8.3.3 共晶In-Au键合和环氧树脂黏合剂注入 104
8.3.4 In-Au微凸点的电学特性 105
8.4 通过共晶In-Au键合制造的三维LSI测试芯片 106
8.5 高密度与窄间距微凸点技术 108
8.6 结论 112
参考文献 112
第9章 全覆铜和图案化晶圆的Cu-Cu热压键合 115
9.1 引言 115
9.2 Cu键合技术的分类 115
9.2.1 热压Cu键合 115
9.2.2 表面活化Cu键合 116
9.3 Cu键合的基本特性 116
9.3.1 Cu键合层的形态和氧化物检验 116
9.3.2 Cu键合过程中的微结构演变 117
9.3.3 Cu键合过程中晶向演变 118
9.4 Cu键合的发展 118
9.4.1 Cu键合焊盘的制作和表面清理 118
9.4.2 Cu键合参数 119
9.4.3 结构设计 119
9.5 Cu键合质量表征 120
9.5.1 机械测试 121
9.5.2 图像分析 121
9.5.3 电学表征 121
9.5.4 热可靠性 122
9.6 Cu-Cu键合的对准精度 122
9.7 可靠的Cu键合和多层堆叠 122
9.8 未全部覆盖的Cu-Cu键合 125
9.9 低温（＜300℃）Cu-Cu键合 126
9.10 Cu晶圆键合的应用 127
9.11 总结 127
参考文献 127
第10章 晶圆级固液互扩散键合 130
10.1 背景 130
10.1.1 固液互扩散键合工艺 130
10.1.2 SLID键合与焊接的对比 131
10.1.3 SLID键合的材料系统 132
10.2 Cu-Sn SLID键合 136
10.2.1 Cu-Sn材料特性及需要的金属层厚度 136
10.2.2 键合工艺 138
10.2.3 SLID键合的预处理要求 141
10.2.4 无助焊剂键合 141
10.3 Au-Sn SLID键合 143
10.3.1 Au-Sn材料性质和要求的金属层厚度 143
10.3.2 键合工艺 144
10.4 SLID键合的应用 145
10.4.1 Cu-Sn键合 145
10.4.2 Au-Sn键合 148
10.5 SLID键合完整性 149
10.5.1 电学可靠性和电迁移测试 149
10.5.2 SLID键合的机械强度 149
10.6 总结 152
参考文献 152
D．混合金属／电介质键合 155
第11章 混合金属／聚合物晶圆键合平台 155
11.1 引言 155
11.2 使用混合铜／BCB键合的三维平台 157
11.3 混合Cu/BCB键合平台的基准键合工艺 159
11.4 Cu/BCB混合键合工艺问题的评价 160
11.4.1 部分固化的BCB的CMP和键合 160
11.4.2 Cu/BCB CMP表面形貌 161
11.4.3 混合Cu/BCB键合界面 162
11.4.4 部分固化BCB的形貌适应能力 164
11.4.5 混合Cu/BCB键合的电学表征 167
11.5 总结和结论 168
参考文献 169
第12章 Cu/SiO2混合键合 172
12.1 引言 172
12.2 覆盖Cu/SiO2的直接键合原理 173
12.2.1 化学机械抛光参数 173
12.2.2 键合质量和对准 177
12.3 覆盖铜的直接键合原理 178
12.4 电学表征 182
12.5 芯片到晶圆键合 185
12.5.1 菊花链结构 186
12.6 总结 187
参考文献 187
第13章 金属／二氧化硅混合键合 189
13.1 引言 189
13.2 金属／非黏合剂混合键合-金属DBI？ 189
13.3 金属／二氧化硅DBI？ 190
13.3.1 金属／二氧化硅DBI？表面制造 190
13.3.2 金属／二氧化硅DBI？表面图形 191
13.3.3 金属／二氧化硅DBI？表面形貌 191
13.3.4 金属／二氧化硅DBI？表面粗糙度 191
13.3.5 金属／二氧化硅DBI？表面的活化与终止 191
13.3.6 金属／二氧化硅DBI？对准和混合表面接触 192
13.3.7 与DBI？表面加工和电学互连相关的金属参数 194
13.3.8 DBI？金属／二氧化硅的技术发展水平 195
13.4 金属／氮化硅DBI？ 196
13.5 金属／二氧化硅DBI？混合键合应用 197
13.5.1 像素化的3D IC 197
13.5.2 三维异构集成 199
13.5.3 CMOS（超）低-k 3D集成 200
13.6 总结 200
参考文献 201
第二部分 应用 203
第14章 微机电系统 203
14.1 引言 203
14.2 MEMS封装中的晶圆键合 203
14.2.1 晶圆划片中的保护 203
14.2.2 电学信号线的布线 204
14.3 构造先进MEMS结构的晶圆键合 205
14.3.1 几个晶圆的堆叠 205
14.3.2 键合晶圆的后处理 205
14.4 MEMS案例及键合工艺要求 206
14.5 一些常见晶圆键合工艺的集成 207
14.5.1 图形化晶圆的熔融键合 207
14.5.2 图形化晶圆的阳极键合 209
14.5.3 图形化晶圆的共晶键合：AuSn 211
14.6 总结 214
参考文献 214
第15章 三维集成 217
15.1 定义 217
15.2 3D集成技术中晶圆键合的应用 218
15.3 转向3D集成的动机 219
15.4 三维集成技术的应用 221
15.4.1 演化而非革命的三维集成应用 221
15.4.2 微凸点键合／无TSV 222
15.4.3 TSV的形成／没有堆叠 223
15.4.4 存储器 226
15.4.5 逻辑存储器 232
15.4.6 逻辑重新分区 233
15.4.7 代工厂和OSAT动态 233
15.4.8 其他3D应用 234
15.5 结论 235
参考文献 235
第16章 用于三维集成和封装中的临时键合 238
16.1 引言 238
16.2 临时键合技术的选择 238
16.2.1 关键的要求 239
16.2.2 最重要的临时键合技术 240
16.3 成功处理的边界条件 243
16.3.1 均匀无空洞键合 243
16.3.2 在减薄和后续处理过程中晶圆边缘的保护 244
16.4 热机械的剥离方法证明的三维集成工艺 245
16.4.1 在CMOS图像传感器的器件晶圆上的后制作过孔工艺 245
16.4.2 宽长比2：1的后制作过孔工艺 246
16.4.3 采用高温TEOS工艺的50μm深的后制作过孔工艺 247
16.4.4 使用互连过孔固液相互扩散工艺实现芯片到晶圆的堆叠 248
16.5 结束语 248
参考文献 249
第17章 用于三维系统集成的合格芯片重构的临时黏合剂键合 250
17.1 采用SLID键合技术的芯片组装 250
17.2 重构 251
17.3 晶圆到晶圆SLID键合组装 252
17.4 超薄芯片的重构 253
17.5 结论 254
参考文献 255
第18章 250℃以上处理和冷键合剥离的薄晶圆支撑系统 256
18.1 引言 256
18.2 工艺流程 256
18.2.1 剥离层处理 257
18.2.2 载体晶圆处理 257
18.2.3 键合工艺 258
18.2.4 减薄 259
18.2.5 键合剥离工艺 260
18.2.6 设备 260
18.3 性能 260
18.3.1 器件晶圆厚度 260
18.3.2 厚度均匀性 261
18.3.3 稳定性 261
18.4 应用 261
18.4.1 带凸点晶圆的键合 262
18.4.2 超薄芯片的封装 262
18.4.3 TSV处理 262
18.4.4 载体的重复利用 263
18.5 结论 263
参考文献 263
第19章 临时键合：静电 264
19.1 基本原理：平行板之间的静电力 264
19.1.1 在一个平板电容器中的电场与静电力 264
19.1.2 在一个双极结构中的静电引力 265
19.1.3 Johnsen-Rahbek效应 266
19.2 制造移动静电吸盘的技术概念 267
19.2.1 衬底材料的选择 267
19.2.2 薄膜介电层的选择 268
19.2.3 电极模式：材料与几何形状 268
19.2.4 可移动静电吸盘的实例 270
19.3 静电吸盘的特性 270
19.3.1 电学和热学特性，泄漏电流 270
19.3.2 CMOS器件上静电场可能带来的影响 272
19.4 用于加工薄的和柔性衬底的静电吸盘 272
19.4.1 薄半导体晶圆的处理与转移 272
19.4.2 晶圆减薄和背面金属化 273
19.4.3 等离子工艺中的静电吸盘 273
19.4.4 静电吸盘形成薄晶圆的凸点 273
19.4.5 湿法化学环境中的静电吸盘 274
19.4.6 单芯片的静电操作 274
19.4.7 箔和绝缘衬底的加工 274
19.5 小结与展望 275
参考文献 275