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不同半導體的結合–晶圓黏合新技術

96/11/06 16769

何哲欣｜臺灣大學新聞研究所

積體電路（integrated circuit, IC）每個世代的主流技術，多利用元件尺寸縮小來提升其性能或驅動電流，改善CMOS電路效能；然而，進入奈米世代後，因為所碰到的物理瓶頸與顯影技術上的困難，藉由元件尺寸縮小來達到性能的改善，卻顯得不易。臺灣大學電子工程研究所劉致為教授領導的研究團隊，應用晶圓直接鍵結技術結合膜層轉移製程技術（或稱為 smart-cut 製程技術），有效增加半導體的效能，把不同的半導體整合在同樣的晶片上，發揮各自的優點。

劉教授說：「黏合不是像做勞作把兩片晶圓用白膠黏起來就好，而是要做兩片晶圓表面的化學鍵與化學鍵之間的結合，因此才叫鍵結。」晶圓鍵結黏合（wafer bonding）是一種把兩片鏡面般拋光的晶圓於室溫下鍵結黏合在一起，而不使用任何黏膠層或外加壓力，也稱為直接鍵結黏合（direction bonding）。

因為矽（Si）的地表蘊含量豐富及易形成品質良好絕緣體的特性，晶圓通常以矽當材料，但屬於同族半導體的鍺（Ge）在許多光電特性上又比矽的性質好。只是鍺晶圓漏電問題嚴重，在自然界中的含量也稀少，價格偏高。劉教授與他的學生余承曄從 2004 年研究至今，已成功開發出 smart-cut 製程技術，把矽晶圓與鍺晶圓鍵結起來，製作出絕緣鍺晶圓。矽鍺間的絕緣體，可減少寄生電容效應與降低元件的漏電流，有助於解決隨半導體製程世代演進而日益嚴重的耗電問題。而切割剩餘的純鍺晶圓又可回收重製利用，同時克服了漏電與價格昂貴二大缺點。

鍵結完成的晶圓，還必須測試有無瑕疵，為此劉教授也自行組裝建立非破壞性紅外線晶圓鍵結檢測系統。透過紅外線檢測，不需要破壞晶圓結構，就可以觀察鍵結的成效，減少研究的成本。

「我們把晶圓的開發，由單一半導體發展為多種半導體的整合，使各別半導體發揮自己最佳的優點，創造出最優秀的晶片。」劉教授表示。

劉教授說：「晶圓黏合，最高的境界是看不到黏合的界面，界面的原子排列沒有缺陷。」舉凡手機、電腦、音響，很多東西都會用到晶片，晶片傳遞速度及功能的差異決定了科技產品品質的優劣，因此晶片的製造就要設法增加效能、減低成本。未來劉致為教授也會朝這方向繼續研究。

資料來源

《科學發展》2007年11月，419期，77頁

半導體(59) 晶圓(7)

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