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本研究使用直接連接法連接玻璃和硅酮基板，并在爐內(nèi)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間低溫?zé)崽幚?，以提高?duì)此的連接強(qiáng)度，另外，為了查明直接連接法中重要的基板清洗工藝及表面粗糙度的效果，對(duì)清洗工藝中表面戶籍變化對(duì)連接基板連接率的影響進(jìn)行了反演。
作為傳統(tǒng)玻璃(Glass)和硅基板之間的連接方法，報(bào)告了從弦灰到玻璃和硅直接連接研究的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本研究使用直接連接法連接玻璃和硅酮基板，并在爐內(nèi)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間低溫?zé)崽幚?，以提高?duì)此的連接強(qiáng)度，另外，查明了直接連接法中很重要的基材清洗工藝和表面粗糙度的效果。
使用了直徑為4英寸的7740 Pyrex玻璃基板和P型線里昂基板(100)，玻璃基板厚度為500米，硅基板外厚度為525 um，玻璃基板具有包括12.7 %的B2Oa和4.0 %的Na20在內(nèi)的Al、K離子等成分，各基板的清洗使用了兩種不同的清洗方法，同時(shí)表現(xiàn)出了各自的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，氨基磺酸(SPM)清潔法有強(qiáng)酸性留下殘留物的門劑，RCA清潔法擔(dān)心用強(qiáng)堿腐蝕玻璃玻璃板的表面。
利用自動(dòng)圖像分析裝置定量計(jì)算數(shù)碼相機(jī)拍攝的基底對(duì)圖像，另外，為了了解各種清潔方法下Glass基板表面的變化，用自動(dòng)力顯微鏡(AFM)對(duì)玻璃基板表面的粗糙度進(jìn)行了分析，通過(guò)熱處理連接的Glass/Si wafer基板對(duì)的接合強(qiáng)度是用常用的剃須刀片插入法測(cè)量的。這是通過(guò)將剃刀片放在連接界面之間產(chǎn)生裂紋來(lái)求得連接力強(qiáng)度的方法，以下表達(dá)式顯示了這些方法產(chǎn)生的裂縫的大小。
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圖1
圖1顯示了玻璃基板和硅基板的清洗室試驗(yàn)結(jié)果，如圖所示，僅SPM用液或RCA溶液?jiǎn)为?dú)清洗不能獲得高接合率，至少有一個(gè)基板必須在SPM后進(jìn)行RCA AFTER SPM(RCA)聯(lián)動(dòng)清洗，才能獲得90 %以上的高接合率。特別是，如果兩個(gè)基板都在SPM后進(jìn)行RCA清洗，則可以獲得95 %以上的極高接合率。
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圖2
圖2顯示了清洗后用接合前的AFM測(cè)量的表面粗糙度結(jié)果，與圖1的結(jié)果相比，確認(rèn)了表示最高連接率的S4室試驗(yàn)組的清洗方法具有最小的表面粗糙度?？梢詮腞CA清洗的特點(diǎn)中推測(cè)出其原理。也就是說(shuō)，SPM清洗是含有H2SO1的強(qiáng)酸溶液，在去除有機(jī)物和金屬不純火的同時(shí)，在基板表面形成殘留物，RCA三井是含有NHOH的強(qiáng)堿溶液，具有強(qiáng)烈的清洗效果，同時(shí)產(chǎn)生腐蝕基板的作用，因?yàn)閮煞N溶液相互連接使用，可以引起中和作用下殘留物的最小化和強(qiáng)腐蝕性的緩解效果，從而達(dá)到最佳表面狀態(tài)。單獨(dú)三次精煉引起的表面粗糙度增加現(xiàn)象受到清潔溶液內(nèi)顆粒大小傾向的影響，從S4實(shí)驗(yàn)組取得了良好的室溫接合結(jié)果，可以看出SPM后RCA聯(lián)動(dòng)清洗是優(yōu)化條件，這種現(xiàn)象與SPM清洗有關(guān)。
在室溫下直接接合的玻璃和硅基底對(duì)通過(guò)熱處理工藝提高接合強(qiáng)度，這是將表面之間的氫鍵重組為強(qiáng)鍵——共價(jià)鍵的過(guò)程，硅基板之間的結(jié)合是同種材料的結(jié)合，因此，為了獲得最佳的接合強(qiáng)度，即使加熱1000 ℃以上，也不會(huì)發(fā)現(xiàn)熱膨脹引起的基板再分離休銀熱沖擊引起的基板為什么曲現(xiàn)象，但玻璃和硅基板是異種材料之間的結(jié)合，因此彼此的物理性質(zhì)差異對(duì)熱處理效果有很大影響。
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圖3
圖3顯示了分別以200 ℃、300 ℃、400 ℃進(jìn)行28小時(shí)電爐熱處理時(shí)的收縮連接強(qiáng)度。加熱銀度高，乙修復(fù)界面反應(yīng)活躍，連接強(qiáng)度增加，但在450 ℃以上的情況下，大多數(shù)基板發(fā)生分離，無(wú)法測(cè)量連接強(qiáng)度,這是說(shuō)，室溫下用氫鍵連接在一起，實(shí)施熱處理類的話，重組為共價(jià)鍵增加的粘合強(qiáng)度會(huì)受到熱膨脹性質(zhì)差異引起的連接界面應(yīng)力的影響,特別是，與連接強(qiáng)度的增加效果相比，熱膨脹性質(zhì)引起的應(yīng)力效果更大，無(wú)法避免氣板之間的重新分離。因此，可以看出，界面的恩麗應(yīng)該在不希望追究合并強(qiáng)度的范圍下進(jìn)行熱處理。
基板對(duì)在300 ℃和400 ℃的熱處理?xiàng)l件下保持6、28、50小時(shí)時(shí)接合強(qiáng)度的變化流。最初在熱處理時(shí)間增加的同時(shí)，接合強(qiáng)度也很重，熱處理了28小時(shí)，形成了最大的接合強(qiáng)度。但是，如果熱處理了50個(gè)小時(shí)，則接頭強(qiáng)度會(huì)明顯下降。從這些堅(jiān)果中推測(cè)，接合強(qiáng)度的增加現(xiàn)象可以理解為熱處理時(shí)間的增加導(dǎo)致共價(jià)鍵形成時(shí)間的增加，減少現(xiàn)象是熱處理時(shí)間過(guò)多導(dǎo)致的基體界面內(nèi)的粘結(jié)分離作用。
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?由此可見(jiàn)，從玻璃基板流入銀錐基板的Na離子量急劇增加，界面的結(jié)合力明顯下降。 特別是，熱處理時(shí)間的重價(jià)不是基板的應(yīng)力發(fā)生側(cè)，而是緩和側(cè)，因此可以說(shuō)是對(duì)熊力發(fā)生引起的結(jié)合力下降原因和其他新問(wèn)題的推諉。SIMS分析法具有良好的檢測(cè)精度，可以精確觀察擴(kuò)散到硅襯底上的離子分布,在4種離子中，Na離子分布最多的原因是玻璃內(nèi)含有的Na離子比其他離子最容易擴(kuò)散，尤其是在50小時(shí)熱處理中，可以明顯觀察到Na離子的擴(kuò)散分布層。因此，長(zhǎng)時(shí)間的熱處理時(shí)間有膿，其他離子相對(duì)量小，可見(jiàn)Na離子是最容易對(duì)熱處理?xiàng)l件反應(yīng)的狀態(tài)。因此，如果超過(guò)日晶熱處理維持時(shí)間，從玻璃基板流入硅基板的Na離子量將急劇增加。
玻璃基板與硅基板之間的基板直接接合，根據(jù)清洗方法和軟處理?xiàng)l件，觀察了接合強(qiáng)度的變化,在清洗方法方面，SPM三井后進(jìn)行RCA清洗時(shí)，顯示出了最優(yōu)秀的接合腔?？梢酝茢喑觯诎灞砻娲植诙茸兓那闆r下，SPM三次定時(shí)殘留的酸性離子物質(zhì)可以通過(guò)RCA清洗中和去除，RCA清洗所表現(xiàn)出的強(qiáng)烈腐蝕性也可以通過(guò)SPM清洗殘留物得到緩解,在熱處理溫度方面，可以確認(rèn)在450℃以上，熱膨脹系數(shù)差異引起的應(yīng)力大于界面結(jié)合力,在熱處理時(shí)間，根據(jù)油指示間的增加，確認(rèn)了從玻璃基板到硅基板的Na離子擴(kuò)散量增加,因此，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可以知道的硅基板與玻璃基板的異種連接與傳統(tǒng)硅基板之間的同種連接不同，對(duì)化學(xué)反應(yīng)及熱處理過(guò)程中的Na離子擴(kuò)散反應(yīng)等非常敏感。