Plazma bilan faol bog'lanish - Plasma-activated bonding

Plazma bilan faol bog'lanish quyi ishlov berishga yo'naltirilgan lotin harorat uchun to'g'ridan-to'g'ri bog'lanish bilan hidrofilik yuzalar. To'g'ridan-to'g'ri bog'lanish haroratini pasaytirishga qo'yiladigan asosiy talablar past haroratlarda va boshqalari bilan eriydigan materiallardan foydalanish hisoblanadi issiqlik kengayish koeffitsientlari (CTE).[1]

Yuzaki faollashtirish bog'lashdan oldin odatiy afzalliklarga ega, chunki oraliq qatlam kerak emas va undan keyin etarli darajada yuqori bog'lanish energiyasiga erishiladi tavlash 400 ° C dan past haroratlarda.

Umumiy nuqtai

Haroratning pasayishi yordamida bog'lanish kuchini oshirishga asoslanadi plazmani faollashtirish toza joyda gofret yuzalar. Bundan tashqari, o'sish Si-OH guruhlari miqdorining ko'payishi, olib tashlanishi bilan bog'liq ifloslantiruvchi moddalar gofret yuzasida, sirt qatlamining yopishqoq oqimining kuchayishi va yaxshilanishi diffuzivlik interfeysda ushlanib qolgan suv va gaz.[2] Asoslangan atrof-muhit bosimi, foydalanadigan ikkita asosiy sirt faollashtirish maydonlari plazma tavlash paytida haroratni pasaytirish uchun gofretni oldindan ishlov berish uchun davolash o'rnatiladi.[3] Past haroratlarda (<100 ° C) maksimal sirt energiyasini o'rnatish uchun plazmani faollashtirish va yoqish uchun ko'plab parametrlarni biriktiruvchi materialga muvofiq optimallashtirish kerak.[4]Plazmadagi faol bog'lanish quyidagilarga bo'linadigan jarayon bosimiga asoslanadi.

Atmosfera bosimi-plazma bilan faol bog'lanish (AP-PAB)

Ushbu usul past bosimli muhitni ishlatmasdan plazmani yoqishdir, shuning uchun qimmat uskunalar yo'q vakuum avlod kerak.[1]

Atmosfera bosimi bilan plazma bilan bog'lanish plazmani ma'lum mahalliy joylarda yoki substratning butun yuzasida yoqish imkoniyatini beradi. Ikkala elektrod o'rtasida o'zgaruvchan voltaj orqali plazma gazi yonadi.[3]

Gofret juftliklari quyidagi jarayon oqimidan o'tadi:

  1. RCA tozalash
  2. Atmosfera bosimida sirt faollashishi
    • Davolashning davomiyligi ~ 40 s
    • Kremniy uchun ishlatiladigan gazlarni qayta ishlash
      • Sintetik havo (80 vol .-% N2 + 20 jild -% O2)
      • Kislorod (O2)
    • Shisha yoki LiTaO uchun ishlatiladigan gazlarni qayta ishlash3
      • Ar / H2 (90 vol .-% Ar + 10 vol .-% H2)
      • Nam kislorod (O2dH2O)
  3. Ionsizlangan suvda yuvish
    • Davolashning davomiyligi 10 daqiqa
    • Zarrachalar konsentratsiyasini kamaytirish
  4. Xona haroratida oldindan yopishtirish
  5. Tavlash (xona harorati 400 ° C gacha)

Plazma bilan ishlov berish uchun optimal gaz aralashmasi tavlanish haroratiga bog'liq. Bundan tashqari, plazma bilan davolash kuydirish jarayonida bog'lanish nuqsonlarini oldini olish uchun javob beradi.[5]

Agar foydalanayotgan bo'lsangiz stakan, yuqori sirt pürüzlülüğüne asoslangan, a kimyoviy-mexanik planarizatsiya (CMP) chayishdan keyin qadam yopishtirish sifatini yaxshilash uchun zarur. The bog'lanish kuchi bilan tavsiflanadi sinishning qattiqligi tomonidan belgilanadi mikro chevron sinovlari. Plazmadagi gofretli bog'lanishlar bilan solishtirish mumkin bo'lgan sinish chidamliligiga erishish mumkin ommaviy materiallar.[3]

Dielektrik to'siqni tushirish (DBD)

Dielektrik to'siqni tushirish sxemasi[1]

Ning ishlatilishi dielektrik to'siqni tushirish at barqaror plazma beradi atmosfera bosimi. Qochish uchun uchqunlar, a dielektrik biriga yoki ikkalasiga o'rnatilishi kerak elektrodlar. Elektrodning shakli butun sirtni qoplash uchun ishlatiladigan substrat geometriyasiga o'xshaydi. Bir dielektrik to'siq bilan AP-faollashtirish printsipi "Dielektrik to'siqni tushirish sxemasi" rasmida keltirilgan.[1]

Faollashtirish uskunalari quyidagilardan iborat asosli chak gofret tashuvchi vazifasini bajaruvchi va indiy kalay oksidi (ITO) qoplangan shisha elektrod. Bundan tashqari, shisha substrat dielektrik to'siq sifatida ishlatiladi va tushirish korona generatori tomonidan quvvatlanadi.[2]

Past bosimli plazma bilan faol bog'lanish (LP-PAB)

Past bosimli plazma bilan bog'langan birikma doimiy gaz oqimi bilan nozik vakuumda (0,1 - 100 Pa) ishlaydi. Ushbu protsedura quyidagilarni talab qiladi:

  • Vakuum
  • Gazlarni qayta ishlash
  • Ikki elektrod orasidagi yuqori chastotali (HF) elektr maydoni

Plazmadagi sirt ion bombardimon va kimyoviy reaktsiyalar orqali faollashadi radikallar. Elektronlar ning atmosfera uning ijobiy vaqtida HF elektrodiga qarab harakatlaning Kuchlanish. HF elektrodining eng aniqlangan chastotasi 13,56 MGts.

Bundan tashqari, elektronlar elektrodni qo'llaniladigan kuchlanishning musbat yarim to'lqinida qoldira olmaydi, shuning uchun salbiy elektrod 1000 V gacha zaryadlanadi (kuchlanish kuchi ).[2] Elektrod va patron orasidagi bo'shliq plazma gaz bilan to'ldirilgan. Atmosferaning harakatlanuvchi elektronlari plazmadagi gaz atomlariga urilib, elektronlarni urib tushirmoqda.[6]Uning ijobiy yo'nalishi tufayli massiv ionlari, HF maydoniga ergashishga qodir emaslar, gofret joylashtirilgan manfiy zaryadlangan elektrodga o'ting. Ushbu muhitda sirt faollashishi gofret yuzasi bilan o'zaro ta'sir qiluvchi ionlar va radikallarga asoslanadi ("Past bosimli plazmadagi faol bog'lanish uchun plazma reaktori sxemasi" bilan taqqoslang).[2]

Past bosim ostida plazma bilan sirt faollashuvi quyidagi bosqichlarda amalga oshiriladi:[7]

  1. RCA tozalash
  2. Past bosimdagi sirtni faollashtirish
    • Davolashning davomiyligi ~ 30-60 s
    • Gazlarni qayta ishlash (N2, O2)
  3. Ionsizlangan suvda yuvish
    • Davolashning davomiyligi 10 min
    • Zarrachalar konsentratsiyasini kamaytirish
  4. Xona haroratida oldindan yopishtirish
  5. Tavlash (xona harorati 400 ° C gacha)

Reaktiv ionlarni zarb qilish (RIE)

Past bosimli plazma bilan faol bog'lanish uchun plazma reaktorining sxemasi[7]

RIE rejimi quruq ishlov berish jarayonida va parametrlarni kamaytirish orqali, ya'ni HF quvvatidan foydalaniladi, bu usul sirtni faollashtirish uchun foydalidir.

HF-Generatorga biriktirilgan elektrod gofretning tashuvchisi sifatida ishlatiladi. Keyinchalik, gofretlar yuzalari elektronlar tomonidan salbiy zaryad oladi va plazmaning ijobiy ionlarini o'ziga tortadi. RIE-reaktorda plazma yonadi ("past bosimli plazma bilan bog'langanlik uchun plazma reaktorining sxemasi" rasmida ko'rsatilgan).

Bog'lanishning maksimal kuchiga erishiladi azot va kislorod jarayon gazlari sifatida va 250 ° C da tavlangandan keyin gofretlar ustida bir hil tarqalishi bilan etarlicha yuqori. Bog'lanish energiyasi bir xil haroratda tavlanadigan 200% faollashtirilmagan mos yozuvlar gofreti bilan tavsiflanadi. Sirt faol gofret juftligi yuqori haroratli bog'langan gofret juftligiga nisbatan 15% kamroq bog'lanish energiyasiga ega. 350 ° C da tavlanish natijasida yuqori haroratli bog'lanishga o'xshash bog'lanish kuchlari paydo bo'ladi.[7]

Masofali plazma

Masofali plazma tizimi[8]

Tartibi uzoqdan plazma alohida yon kamerada plazma yaratishga asoslangan. Kirish gazlari uzoq plazma manbasiga kiradi va reaksiya berish uchun asosiy texnologik kameraga etkaziladi. Tizim sxemasi "Uzoq plazma tizim" rasmida keltirilgan.

Masofaviy plazma asosan neytral radikallar sirt bilan reaksiyaga kirishadigan kimyoviy tarkibiy qismlardan foydalanadi. Ushbu jarayonning afzalligi, yo'qolgan ion bombardimonlari natijasida kamroq shikastlangan sirt. Bundan tashqari, plazma ta'sir qilish vaqtini masalan, nisbatan uzoqroq vaqtga ajratish mumkin. RIE usuli.[8]

Ketma-ket plazma (SPAB)

Plitalar qisqa RIE plazmasi bilan faollashtiriladi, so'ngra bitta reaktor kamerasida radikal ishlov beriladi. Qo'shimcha mikroto'lqinli pech manba va ionni ushlab turuvchi metall plastinka radikallarni hosil qilish uchun ishlatiladi. Plazmaning sirtga ta'siri kimyoviy / fizikadan kimyoviy plazma bilan davolashga o'zgaradi. Bu sirtdagi radikallar va atomlar orasidagi reaktsiyalarga asoslangan.

Texnik xususiyatlari

Materiallar
  • Si
  • SiO2
  • Shisha taglik
  • Lityum-tantalat (LiTaO)3)
  • ...
Harorat
  • Xona harorati - 400 ° C
Afzalliklari
  • yuqori bog'lanish kuchi
  • yuqori harorat barqarorligi
  • jarayonning yarimo'tkazgich texnologiyasiga muvofiqligi
  • vakuum yoki turli xil atmosfera gazlarida fizibilite
Kamchiliklari
  • sirt geometriyasida yuqori standartlar
  • pürüzlülükte yuqori standartlar
Tadqiqotlar
  • duragaylar (bir vaqtning o'zida metall va SFB)
  • T <200 ° C darajasida bog'lash
  • to'liq quruq jarayon, shu jumladan oldindan konditsionerlik

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d D. Vyunsh va M. Wiemer va M. Gabriel va T. Gessner (2010). "Dielektrik to'siqni deşarjidan foydalangan holda mikrosistemalar uchun past haroratli gofret bilan bog'lanish". MST yangiliklari. 1/10. 24-25 betlar.
  2. ^ a b v d M. Wiemer va J. Bräuer va D. Vyunsh va T. Gessner (2010). "Reaktiv bog'lash va bir hil bo'lmagan materiallarni past haroratda bog'lash". ECS operatsiyalari. 33 (4). 307-318 betlar.
  3. ^ a b v M. Wiemer va D. Vyunsh va J. Brauer va M. Eyxler va P. Xenne va T. Gessner (2009). "Atrof muhit bosimi plazmasining faollashuvidan foydalangan holda, hetero-materiallarning past haroratli bog'lanishi". R. Knechtelda (tahrir). WaferBond 2009: Mikrosistemalar uchun gofretni yopishtirish bo'yicha konferentsiya 3D va gofret darajasidagi integratsiya, Grenobl (Frantsiya). 73-74 betlar.
  4. ^ M. Eyxler va B. Mishel va P. Xenne va C.-P. Klages (2009). "Past haroratli silikon termoyadroviy biriktirish paytida silanol kondensatsiyasiga ta'siri". Elektrokimyoviy jamiyat jurnali. 156 (10). H786-H793-betlar.
  5. ^ M. Eyxler va B. Mishel va M. Tomas va M. Gabriel va C.-P. Klages (2008). "Past haroratlarda kremniy plastinalarni to'g'ridan-to'g'ri yopishtirish uchun atmosfera bosimli plazmadagi dastlabki ishlov berish". Yuzaki va qoplama texnologiyasi. 203 (5-7). 826-829 betlar.
  6. ^ G. Gerlax va V. Dotsel (2008 yil mart). Ronald Peting (tahrir). Mikrosistemalar texnologiyasiga kirish: talabalar uchun qo'llanma (Wiley Microsystem va nanotexnologiyalar). Wiley Publishing. ISBN  978-0-470-05861-9.
  7. ^ a b v D. Vyunsh va B. Myuller va M. Viymer va T. Gessner va X. Miskke (2010). "Aktivierung mittels Niederdruckplasma zur Herstellung von Si-Verbunden im Niedertemperatur-Bereich und deren Charakterisierung mittels Mikro-Chevron-Test". Technologien und Werkstoffe der Mikrosystem- und Nanotechnik (GMM-Fachbereicht Band 65). 66-71 betlar. ISBN  978-3-8007-3253-1.
  8. ^ a b R. E. Belford va S. Sood (2009). "Kremniy va kvarts gofretini yopishtirish uchun masofaviy plazma yordamida sirtni faollashtirish". Microsystem Technologies. 15. 407-412 betlar. doi:10.1007 / s00542-008-0710-4.