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本研究使用直接连接法连接玻璃和硅酮基板,并在炉内进行了长时间低温热处理,以提高对此的连接强度,另外,为了查明直接连接法中重要的基板清洗工艺及表面粗糙度的效果,对清洗工艺中表面户籍变化对连接基板连接率的影响进行了反演。
作为传统玻璃(Glass)和硅基板之间的连接方法,报告了从弦灰到玻璃和硅直接连接研究的一些实验结果,本研究使用直接连接法连接玻璃和硅酮基板,并在炉内进行了长时间低温热处理,以提高对此的连接强度,另外,查明了直接连接法中很重要的基材清洗工艺和表面粗糙度的效果。
使用了直径为4英寸的7740 Pyrex玻璃基板和P型线里昂基板(100),玻璃基板厚度为500米,硅基板外厚度为525 um,玻璃基板具有包括12.7 %的B2Oa和4.0 %的Na20在内的Al、K离子等成分,各基板的清洗使用了两种不同的清洗方法,同时表现出了各自的特点和优缺点,氨基磺酸(SPM)清洁法有强酸性留下残留物的门剂,RCA清洁法担心用强碱腐蚀玻璃玻璃板的表面。
利用自动图像分析装置定量计算数码相机拍摄的基底对图像,另外,为了了解各种清洁方法下Glass基板表面的变化,用自动力显微镜(AFM)对玻璃基板表面的粗糙度进行了分析,通过热处理连接的Glass/Si wafer基板对的接合强度是用常用的剃须刀片插入法测量的。这是通过将剃刀片放在连接界面之间产生裂纹来求得连接力强度的方法,以下表达式显示了这些方法产生的裂缝的大小。
图1
图1显示了玻璃基板和硅基板的清洗室试验结果,如图所示,仅SPM用液或RCA溶液单独清洗不能获得高接合率,至少有一个基板必须在SPM后进行RCA AFTER SPM(RCA)联动清洗,才能获得90 %以上的高接合率。特别是,如果两个基板都在SPM后进行RCA清洗,则可以获得95 %以上的极高接合率。
图2
图2显示了清洗后用接合前的AFM测量的表面粗糙度结果,与图1的结果相比,确认了表示最高连接率的S4室试验组的清洗方法具有最小的表面粗糙度。可以从RCA清洗的特点中推测出其原理。也就是说,SPM清洗是含有H2SO1的强酸溶液,在去除有机物和金属不纯火的同时,在基板表面形成残留物,RCA三井是含有NHOH的强碱溶液,具有强烈的清洗效果,同时产生腐蚀基板的作用,因为两种溶液相互连接使用,可以引起中和作用下残留物的最小化和强腐蚀性的缓解效果,从而达到最佳表面状态。单独三次精炼引起的表面粗糙度增加现象受到清洁溶液内颗粒大小倾向的影响,从S4实验组取得了良好的室温接合结果,可以看出SPM后RCA联动清洗是优化条件,这种现象与SPM清洗有关。
在室温下直接接合的玻璃和硅基底对通过热处理工艺提高接合强度,这是将表面之间的氢键重组为强键——共价键的过程,硅基板之间的结合是同种材料的结合,因此,为了获得最佳的接合强度,即使加热1000 ℃以上,也不会发现热膨胀引起的基板再分离休银热冲击引起的基板为什么曲现象,但玻璃和硅基板是异种材料之间的结合,因此彼此的物理性质差异对热处理效果有很大影响。
图3
图3显示了分别以200 ℃、300 ℃、400 ℃进行28小时电炉热处理时的收缩连接强度。加热银度高,乙修复界面反应活跃,连接强度增加,但在450 ℃以上的情况下,大多数基板发生分离,无法测量连接强度,这是说,室温下用氢键连接在一起,实施热处理类的话,重组为共价键增加的粘合强度会受到热膨胀性质差异引起的连接界面应力的影响,特别是,与连接强度的增加效果相比,热膨胀性质引起的应力效果更大,无法避免气板之间的重新分离。因此,可以看出,界面的恩丽应该在不希望追究合并强度的范围下进行热处理。
基板对在300 ℃和400 ℃的热处理条件下保持6、28、50小时时接合强度的变化流。最初在热处理时间增加的同时,接合强度也很重,热处理了28小时,形成了最大的接合强度。但是,如果热处理了50个小时,则接头强度会明显下降。从这些坚果中推测,接合强度的增加现象可以理解为热处理时间的增加导致共价键形成时间的增加,减少现象是热处理时间过多导致的基体界面内的粘结分离作用。
由此可见,从玻璃基板流入银锥基板的Na离子量急剧增加,界面的结合力明显下降。 特别是,热处理时间的重价不是基板的应力发生侧,而是缓和侧,因此可以说是对熊力发生引起的结合力下降原因和其他新问题的推诿。SIMS分析法具有良好的检测精度,可以精确观察扩散到硅衬底上的离子分布,在4种离子中,Na离子分布最多的原因是玻璃内含有的Na离子比其他离子最容易扩散,尤其是在50小时热处理中,可以明显观察到Na离子的扩散分布层。因此,长时间的热处理时间有脓,其他离子相对量小,可见Na离子是最容易对热处理条件反应的状态。因此,如果超过日晶热处理维持时间,从玻璃基板流入硅基板的Na离子量将急剧增加。
玻璃基板与硅基板之间的基板直接接合,根据清洗方法和软处理条件,观察了接合强度的变化,在清洗方法方面,SPM三井后进行RCA清洗时,显示出了最优秀的接合腔。可以推断出,在板表面粗糙度变化的情况下,SPM三次定时残留的酸性离子物质可以通过RCA清洗中和去除,RCA清洗所表现出的强烈腐蚀性也可以通过SPM清洗残留物得到缓解,在热处理温度方面,可以确认在450℃以上,热膨胀系数差异引起的应力大于界面结合力,在热处理时间,根据油指示间的增加,确认了从玻璃基板到硅基板的Na离子扩散量增加,因此,通过本实验可以知道的硅基板与玻璃基板的异种连接与传统硅基板之间的同种连接不同,对化学反应及热处理过程中的Na离子扩散反应等非常敏感。