7.3. Сращивание пластин, покрытых SiO2

Содержание пор для случая связывания окисленных пластин за­висит от трех переменных: температуры связывания, времени свя­зывания и толщины оксида. Для иллюстрации приведем пример, в котором температура связывания заключена между 900 и 1200 С, время связывания - между 0,5 и 2 ч, а толщина оксида – в области между пластинами 0,5 и 1,0 мкм. Пластины связывались с одинако­выми слоями оксида на их поверхностях во влажной окислитель­ной атмосфере. Связывались также пластины с толщинами оксида 1 мкм с неокисленными пластинами. Перед соединением пластины погружались в раствор, что приводило к увеличению содержания гидроксильных групп на связываемых поверхностях. Все пластины были стандартного полупроводникового качества, при этом отсут­ствовал контроль по плоскостности и микрошероховатости. Пла­стины связывались в условиях нечистых комнат, что не давало возможности избежать появления пор.

Содержание пор анализировалось методом сканирующей аку­стической томографии (CAT). Результаты измерений приведены в [1] для случая связи двух оксидов с одинаковыми толщинами 1 мкм. Не наблюдалось различий в содержании пор, и общее появ­ление пор было обнаружено при связывании пластин со слоем ок­сида толщиной 0,5 мкм или если связывались неокисленных пла­стин с окисленными. Из CAT изображений [1] очевидно, что со­держание пор в окисленных пластинах кремния не зависит от тем­пературы отжига, а также от времени отжига. За исключением не­скольких макропор, вызванных наличием частиц и загрязнений, связанные пластины были свободны от пор. Имеются исключения для пространства шириной от 4 до 8 мм на периферии пластин. Эти круглые или полукруглые пространства содержат высокую плот­ность малых пор. Концентрация пор на периферии пластины под­тверждает наличие локализованного источника загрязнений. В ряде исследований, в которых использовались пониженные темпера­туры, также были получены подобные результаты, которые указы­вают на то, что связь SiO₂/SiO₂ стабильна при температурах не ниже 400 С.

Исследовалось влияние органических загрязнений, попадающих на поверхность подложек из материала контейнеров для хранения пластин. Анализ содержания пор после связывания показал, что в пластинах, которые связываются без пор при комнатной темпера­туре, производятся поры после связывания и отжига при темпера­турах 200  800 С. Такое поведение объяснено разложением орга­ники, преимущественно углеводородов, на поверхности пластины и ее последующим испарением при высоких температурах, приво­дящим к образованию пор. Происходящие явления зависят от изго­товителя пластин и от условий хранения. При этом рекомендуется использование комнатных температур связывания как способ хра­нения пластин без их загрязнения. Так как связывание при комнат­ных температурах обратимо, то пластины в дальнейшем легко разъединяются. Следует указать на тот факт, что длительное хра­нение пластин также может приводить к образованию пор. В ра­боте [1] показаны CAT изображения двух связанных пластин, ко­торые были окислены до слоя оксида толщиной 1 мкм и хранились в течение месяца в пластиковой коробке. Перед соединением пла­стины подвергались обработке парами с целью увеличения содер­жания гидроксильных групп и удаления макрочастиц. Пара пла­стин также обрабатывалась вначале очищающим раствором с це­лью удаления органических загрязнений и затем подвергалась той же самой обработке, что и пара неочищенных пластин. Обе пары отжигались 1 ч в окислительной атмосфере при температуре 1200 С. Как видим, пара очищенных пластин свободна от пор при связывании, за исключением периферийных пор, в то время как пара неочищенных пластин имеет несколько больших пор. Это обусловлено наличием органических загрязнений.