廣東省科學(xué)院半導(dǎo)體研究所依托其材料外延與微納加工平臺(tái)，在晶圓鍵合技術(shù)研究中持續(xù)探索。針對(duì)第三代氮化物半導(dǎo)體材料的特性，科研團(tuán)隊(duì)著重分析不同鍵合溫度對(duì) 2-6 英寸晶圓界面結(jié)合強(qiáng)度的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)壓力參數(shù)與表面預(yù)處理方式，觀(guān)察鍵合界面的微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化，目前已在中試規(guī)模下實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的鍵合效果。研究所利用設(shè)備總值逾億元的科研平臺(tái)，結(jié)合材料分析儀器，對(duì)鍵合后的晶圓進(jìn)行界面應(yīng)力測(cè)試，為優(yōu)化工藝提供數(shù)據(jù)支持。在省級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目支持下，團(tuán)隊(duì)正嘗試將該技術(shù)與外延生長(zhǎng)工藝結(jié)合，探索提升半導(dǎo)體器件性能的新路徑，相關(guān)研究成果已為后續(xù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。晶圓鍵合提升微型燃料電池的界面質(zhì)子傳導(dǎo)效率。安徽等離子體晶圓鍵合技術(shù)
在異質(zhì)材料晶圓鍵合的研究中，該研究所關(guān)注寬禁帶半導(dǎo)體與其他材料的界面特性。針對(duì)氮化鎵與硅材料的鍵合，團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)渡層結(jié)構(gòu)，緩解兩種材料熱膨脹系數(shù)差異帶來(lái)的界面應(yīng)力。利用材料外延平臺(tái)的表征設(shè)備，可觀(guān)察過(guò)渡層在鍵合過(guò)程中的微觀(guān)變化，分析其對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度的影響。科研人員發(fā)現(xiàn)，合理的過(guò)渡層設(shè)計(jì)能在一定程度上提升鍵合的穩(wěn)定性，減少后期器件使用過(guò)程中的界面失效風(fēng)險(xiǎn)。目前，相關(guān)研究已應(yīng)用于部分中試器件的制備，為異質(zhì)集成器件的開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持，也為拓寬晶圓鍵合的材料適用范圍積累了經(jīng)驗(yàn)。安徽等離子體晶圓鍵合技術(shù)結(jié)合材料分析設(shè)備，探索晶圓鍵合界面污染物對(duì)鍵合效果的影響規(guī)律。
晶圓鍵合通過(guò)分子力、電場(chǎng)或中間層實(shí)現(xiàn)晶圓長(zhǎng)久連接。硅-硅直接鍵合需表面粗糙度<0.5nm及超潔凈環(huán)境，鍵合能達(dá)2000mJ/m2；陽(yáng)極鍵合利用200-400V電壓使玻璃中鈉離子遷移形成Si-O-Si共價(jià)鍵；共晶鍵合采用金錫合金（熔點(diǎn)280℃）實(shí)現(xiàn)氣密密封。該技術(shù)滿(mǎn)足3D集成、MEMS封裝對(duì)界面熱阻(<0.05K·cm2/W)和密封性(氦漏率<5×10?1?mbar·l/s)的嚴(yán)苛需求。CMOS圖像傳感器制造中，晶圓鍵合實(shí)現(xiàn)背照式結(jié)構(gòu)。通過(guò)硅-玻璃混合鍵合（對(duì)準(zhǔn)精度<1μm）將光電二極管層轉(zhuǎn)移到讀out電路上方，透光率提升至95%。鍵合界面引入SiO?/Si?N?復(fù)合介質(zhì)層，暗電流降至0.05nA/cm2，量子效率達(dá)85%（波長(zhǎng)550nm），明顯提升弱光成像能力。
圍繞晶圓鍵合過(guò)程中的質(zhì)量控制，該研究所建立了一套較為完善的檢測(cè)體系。利用器件測(cè)試平臺(tái)的精密儀器，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)鍵合后的晶圓進(jìn)行界面平整度、電學(xué)性能等多維度檢測(cè)，分析不同工藝參數(shù)對(duì)鍵合質(zhì)量的影響權(quán)重。在中試基地的實(shí)踐中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍵合過(guò)程中的壓力與溫度變化，積累了大量工藝數(shù)據(jù)，為制定標(biāo)準(zhǔn)化操作流程提供依據(jù)。針對(duì)鍵合界面可能出現(xiàn)的氣泡、裂縫等缺陷，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)方法，能夠在不破壞晶圓的前提下識(shí)別潛在問(wèn)題。這些工作不僅提升了鍵合工藝的可靠性，也為后續(xù)的器件加工提供了質(zhì)量保障。晶圓鍵合為深空探測(cè)提供宇宙塵埃原位捕集與分析一體化芯片。
該研究所將晶圓鍵合技術(shù)與微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的制備相結(jié)合，探索其在微型傳感器與執(zhí)行器中的應(yīng)用。在 MEMS 器件的多層結(jié)構(gòu)制備中，鍵合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)不同功能層的精確組裝，提高器件的集成度與性能穩(wěn)定性。科研團(tuán)隊(duì)利用微納加工平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，在鍵合后的晶圓上進(jìn)行精細(xì)的結(jié)構(gòu)加工，制作出具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的 MEMS 器件原型。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，采用鍵合技術(shù)制備的器件在靈敏度與響應(yīng)速度上較傳統(tǒng)方法有一定提升。這些研究為 MEMS 技術(shù)的發(fā)展提供了新的工藝選擇，也拓寬了晶圓鍵合技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。晶圓鍵合推動(dòng)高效水處理微等離子體發(fā)生器的電極結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。湖北臨時(shí)晶圓鍵合加工廠(chǎng)
晶圓鍵合實(shí)現(xiàn)嗅覺(jué)-神經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的仿生多模態(tài)集成。安徽等離子體晶圓鍵合技術(shù)
5G射頻濾波器晶圓鍵合實(shí)現(xiàn)性能躍升。玻璃-硅陽(yáng)極鍵合在真空氣腔中形成微機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)，Q值提升至[email protected]。離子注入層消除熱應(yīng)力影響，頻率溫度系數(shù)優(yōu)化至0.3ppm/℃。在波束賦形天線(xiàn)陣列中，插入損耗降至0.5dB，帶外抑制提升20dB。華為基站測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)使毫米波覆蓋半徑擴(kuò)大35%，功耗節(jié)省20%。曲面鍵合工藝支持三維堆疊，濾波模塊厚度突破0.2mm極限。器官芯片依賴(lài)晶圓鍵合跨材料集成。PDMS-玻璃光活化鍵合在微流道中構(gòu)建仿生血管內(nèi)皮屏障，跨膜運(yùn)輸效率提升300%。脈動(dòng)灌注系統(tǒng)模擬人體血壓變化，實(shí)現(xiàn)藥物滲透實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在藥物篩選中，臨床相關(guān)性達(dá)90%，研發(fā)周期縮短至傳統(tǒng)動(dòng)物試驗(yàn)的1/10。強(qiáng)生公司應(yīng)用案例顯示，肝毒性預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率從65%升至92%。透明鍵合界面支持高分辨細(xì)胞動(dòng)態(tài)成像。安徽等離子體晶圓鍵合技術(shù)
