随着集成電(diàn)路制造技术进入45nm及以下技术代，為(wèi)了克服特征尺寸缩小(xiǎo)所带来的技术挑战，业界普遍采用(yòng)了一些新(xīn)技术，如应变硅工程、高介電(diàn)常数介质/金属栅极、多(duō)重曝光技术等，相应的设计成本和研发成本显著升高，同时提高了技术竞争的门槛。因此，众多(duō)芯片制造商(shāng)和封装厂商(shāng)都不约而同地关注三维集成技术，其优势在于高性能(néng)、低功耗、小(xiǎo)的物(wù)理(lǐ)尺寸、高的集成密度。其中，如何实现垂直互连是三维集成的关键，其核心技术就是堆叠键合（Stacked Bonding）和硅通孔（TSV）。

经过多(duō)年的研究，硅通孔技术已经趋于成熟，但工艺成本问题是最大的瓶颈，只要有(yǒu)合适的产品需求，就能(néng)迅速进入大规模量产。而对于堆叠键合技术而言，主要有(yǒu)三种方式，即芯片-芯片键合、芯片-硅片键合、硅片-硅片键合，如图1所示。其中，硅片-硅片键合是最具潜力的技术趋势，它能(néng)够最大化生产效率、简化工艺流程、最小(xiǎo)化成本，适用(yòng)于高良率的同类产品间的三维集成。

在硅片-硅片键合技术中，硅直接键合技术结合硅通孔技术是一种代表性的工艺制程。其中，硅直接键合技术可(kě)以在Si-Si、Si-SiO₂、Si-Si₃N₄、SiO₂-SiO₂、Si₃N₄-Si₃N₄等多(duō)种介质表面进行，采用(yòng)了等离子體(tǐ)表面激活的低温介质键合技术，如图2所示的SiO₂-SiO₂键合工艺。首先，采用(yòng)O₂等离子體(tǐ)轰击SiO₂表面，以此激活介质表面的Si-O键，使其具有(yǒu)亲水性。其次，采用(yòng)去离子水清洗介质表面，处于亚稳态的Si-O键很(hěn)容易与H₂O结合形成OH^—悬挂键，以此在介质表面形成一层水分(fēn)子膜。接着，采用(yòng)夹具将两枚完成表面激活处理(lǐ)的硅片相互正面对准，并将硅片表面接近到亚毫米级的距离，先后从硅片中心到边缘进行介质表面键合，以此排出空气，获得理(lǐ)想的键合效果。由于SiO₂介质表面存在OH^—悬挂键，氢键的范德华力会使两枚硅片的介质表面相互粘合在一起，获得一定强度的临时键合。最后，采用(yòng)400℃退火温度处理(lǐ)两小(xiǎo)时，将键合面的OH^—键还原成水分(fēn)子，形成键合力更强的Si-O-Si键合面，并排出水气。

ICRD进行了硅直接键合工艺开发，分(fēn)别对裸硅片和热氧化SiO₂硅片先后进行了上述的等离子體(tǐ)表面激活工艺和去离子水清洗工艺处理(lǐ)，接着进行了Si-SiO₂对准临时键合，然后进行退火处理(lǐ)，最后分(fēn)别进行了C-SAM检测和键合强度检测，如图3和图4所示。

在12英寸硅片的有(yǒu)效检测范围内，仅在硅片边缘出现白色的空洞，而有(yǒu)效Die區(qū)域均未发现大于25um的空洞，Si-SiO₂键合的无空洞率达到99.97%。

在硅片三个不同方位插入刀(dāo)片，并采用(yòng)红外成像方式穿透键合叠片，观察刀(dāo)片引起的裂纹區(qū)域，并测量裂纹的半径方向長(cháng)度，进而计算得到Si-SiO₂键合工艺的键合强度达到2.04 J/m²。