原创 《炬丰科技-半导体工艺》晶片清洗和退火对玻璃/硅晶片直接键合的影响

我们的结果表明，当使用RCA后SPM，RCA溶液中和了之前的残留物清洁步骤。因此，表面粗糙度的增加。在清洗过程中，残留物和溶液之间的相互作用可能会减少。清洗可能会在表面留下羟基自由基，这可以增强氢键。很可能，由于这些影响，SPM清洗后的RCA最大化了表面结合和清洁。

退火对结合强度的影响：

图3显示了28小时内结合强度随退火温度的变化。在本研究中，我们使用了不同的曲率，两个晶片的曲率是不同的，这是在我们的粘合强度测定中引入了固有误差。然而，这个误差是一致的，因此，相对比较被认为是有效的。当温度升高到400℃时，结合强度增加，但是在450℃时发生剥离。结合强度的增加可以用结合界面处的水分被烘烤出来并且氢键被转化的事实来解释。然而，450℃时的剥离表明，玻璃和硅的热膨胀系数不同会影响结合强度。

图4显示了在300℃和400℃退火过程中结合强度的变化。结合强度随着时间的推移增加到28小时。在400℃的退火温度下，应力的增加速率高于300℃，然而，退火50小时后，强度下降。结合强度随退火时间的增加可以用共价键程度的增加来解释。温度越高，这个速度应该越快。然而，进一步退火时结合强度降低意味着存在破坏结合的机制。我们认为这可能是由于进一步退火过程中的离子漂移。

图5显示了在400℃退火后通过SIMS分析在硅表面中的离子分布。退火50小时后在硅晶片的表面上检测到钠离子。考虑到钠的来源是玻璃晶片，这意味着从玻璃晶片到硅晶片发生了离子漂移。因为除了退火50小时的情况之外没有检测到钠，退火50小时后降低的结合强度归因于钠离子从玻璃漂移到硅晶片中引起的结合中断。

我们的结果表明存在一个最佳退火条件。通过在适当的温度和时间下退火，可以获得最大的结合强度。较高的温度和较长的退火时间会导致脱粘。

总结

我们研究了硅片清洗和热处理对玻璃与硅片直接键合的影响。当晶片在SPM处理后用RCA清洗时，由于最小的表面粗糙度，室温粘合质量被最大化。发现退火过程中结合强度对温度和时间敏感。不同的热膨胀系数使得玻璃和硅片在450℃时发生剥离。当硅片恒温退火时，键合强度在28小时后增加，但随后下降。进一步退火后结合强度的降低归因于钠离子通过玻璃/硅界面的漂移。我们的结果表明，通过优化清洗和退火工艺可以获得最大的结合强度。实际上，剥离也可以通过使用退火条件来控制。