Korean Journal of Materials Research (한국재료학회지)

Materials Research Society of Korea (한국재료학회)
권호 표지

Direct bonding of Si(100)/Si$_3$N$_4$∥Si (100) wafers using fast linear annealing method

선형열처리를 이용한 Si(100)/Si$_3$N$_4$∥Si (100) 기판쌍의 직접접합

  • Lee, Young-Min (Department of Materials Sciences & Engineering, University of Seoul) ;
  • Song, Oh-Song (Department of Materials Sciences & Engineering, University of Seoul) ;
  • Lee, Sang-Hyun (Department of Materials Sciences & Engineering, University of Seoul)
  • 이영민 (서울시립대학교 재료공학과) ;
  • 송오성 (서울시립대학교 재료공학과) ;
  • 이상연 (서울시립대학교 재료공학과)
  • Published : 2001.05.01
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Abstract

We prepared 10cm-diameter Si(100)/500 $\AA$-Si$_3$N$_4$/Si(100) wafer Pairs adopting 500 $\AA$ -thick Si$_3$N$_4$layer as insulating layer between single crystal Si wafers. Si3N, is superior to conventional SiO$_2$ in insulating. We premated a p-type(100) Si wafer and 500 $\AA$ -thick LPCVD Si$_3$N$_4$∥Si (100) wafer in a class 100 clean room. The cremated wafers are separated in two groups. One group is treated to have hydrophobic surface and the other to have hydrophilic. We employed a FLA(fast linear annealing) bonder to enhance the bond strength of cremated wafers at the scan velocity of 0.1mm/sec with varying the heat input at the range of 400~1125W. We measured bonded area using a infrared camera and bonding strength by the razor blade crack opening method. We used high resolution transmission electron microscopy(HRTEM) to probe cross sectional view of bonded wafers. The bonded area of two groups was about 75%. The bonding strength of samples which have hydrophobic surface increased with heat input up to 1577mJ/$m^2$ However, bonding strength of samples which have hydrophilic surface was above 2000mJ/$m^2$regardless of heat input. The HRTEM results showed that the hydrophilic samples have about 25 $\AA$ -thick SiO layer between Si and Si$_3$N$_4$/Si and that maybe lead to increase of bonding strength.

절연 특성이 기존의 SiO$_2$ 보다 우수한 500 두께의 SiN$_4$층을 두 단결정 실리콘사이의 절연막질로 채택하고 직접접합시켜 직경 10cm의 Si(100) /500 -Si$_3$N$_4$/Si (100) 기판쌍을 제조하였다. p-type (100) 실리콘기판을 친수성, 소수성을 갖도록 습식방법으로 세척한 두 그룹의 시편들을 준비하였다. 기판전면에 LPCVD로 500 $\AA$ 두께의 Si$_3$N$_4$∥Si(100) 기판을 성장시키고 실리론 기판과 고청정상태에서 가접시킨 후, 선형열원의 이동속도를 0.1mm/s로 고정시키고 선형 입열량을 400~1125w 범위에서 변화시키면서 직접접합을 실시하였다. 접합된 기판은 적외선 카메라로 계면 접합면적을 확인하고 razor blade creek opening 측정법으로 세정 방법에 따른 각 기판쌍 그들의 접합강도를 확인하였다. 접합강도가 측정된 기판쌍은 high resolution transmission electron microscopy (HRTEM )을 사용하여 수직단면 미세구조를 조사하였다. 입열량의 증가에 따라 두 그를 모두 접합율은 큰 유의차 없이 765% 정도로, 소수성 처리가 된 기판쌍의 접합강도는 1577mJ/$m^2$가지 선형적으로 증가하였으나, 친수성 처리가 된 기판쌍은 주어진 실험 범위에서 입열량의 증가에 따라 큰 변화 없이 2000mj/$m^2$이상의 접합 강도를 보였다 친수성 처리가 된 기판쌍의 수직단면 미세구조를 고분해능 투과전자현미경으로 각인한 결과 모든 시편의 실리콘과 Si$_3$N$_4$사이에 25 $\AA$ 정도의 SiO$_2$ 자연산화막이 존재하여 중간충 역할을 함으로서 기판접합강도를 향상시키는 것으로 판단되었다.

Keywords

References

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