Herstellung von uniformen Nanoschuppen-Cavities über Silicon Direct Wafer Bonding

Zusammenfassung

Beschrieben wird ein Verfahren zum dauerhaften Verkleben von zwei Siliziumwafern, um ein einheitliches Gehäuse zu realisieren. Dazu gehören Wafervorbereitung, Reinigung, RT-Bindung und Glühprozesse. Die resultierenden gebundenen Wafer (Zellen) haben eine Gleichmäßigkeit des Gehäuses von 1%^1,2. Die resultierende Geometrie ermöglicht Messungen von geschlossenen Flüssigkeiten und Gasen.

Zusammenfassung

Messungen der Wärmekapazität und des Superfluidanteils von eingeschlossenen ⁴Er wurden in der Nähe des Lambda-Übergangs mit lithographisch gemusterten und gebundenen Siliziumwafern durchgeführt. Im Gegensatz zu eingeschlossenen Stoffen in porösen Materialien, die häufig für diese Art von Experimenten verwendet werden^3,bieten gebundene Wafer vorgefertigte einheitliche Räume für die Einschließung. Die Geometrie jeder Zelle ist bekannt, was eine große Quelle von Mehrdeutigkeit bei der Interpretation von Daten entfernt.

Außergewöhnlich flache, 5 cm große, 375 m dicke Si-Wafer mit ca. 1 m Streuung über den gesamten Wafer können kommerziell bezogen werden (z.B. von Semiconductor Processing Company). Thermisches Oxid wird auf den Wafern angebaut, um die Einschließungsdimension in Z-Richtung zu definieren. Ein Muster wird dann mit lithographischen Techniken in das Oxid geätzt, um beim Kleben ein gewünschtes Gehäuse zu erzeugen. In einem der Wafer (oben) wird ein Loch gebohrt, um die Einschleppung der Flüssigkeit zu ermöglichen. Die Wafer werden² in RCA-Lösungen gereinigt und dann in eine mikrosaubere Kammer gelegt, wo sie mit entionisiertem^Wasser4 abspült werden. Die Wafer werden bei RT gebunden und dann bei 1.100 °C geglüht. Dies bildet eine starke und dauerhafte Bindung. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um einheitliche Gehäuse zur Messung der thermischen und hydrodynamischen Eigenschaften von begrenzten Flüssigkeiten vom Nanometer bis zur Mikrometerskala herzustellen.

Einleitung

Wenn saubere Siliziumwafer bei RT in intimen Kontakt gebracht werden, werden sie über van der Waals Kräfte zueinander angezogen und bilden schwache lokale Bindungen. Diese Verklebung kann durch Glühen bei höheren Temperaturen^5,6viel stärker werden. Das Verkleben kann erfolgreich mit Oberflächen von SiO₂ bis Si oder SiO₂ zu SiO₂erfolgen. Die Verklebung von Si-Wafern wird am häufigsten für Silizium auf Isolatoren, Silizium-basierten Sensoren und Aktoren sowie optischen Geräten^{7 verwendet.} Die hier beschriebene Arbeit nimmt waferdirekte Verklebung in eine andere Richtung, indem sie verwendet wird, um klar definierte ....

Protokoll

1. Vor dem Verkleben, Wafer-Vorbereitung

Dieser Schritt mit Ausnahme von 1.8 wird im Reinraum der Cornell Nanoscale Facility durchgeführt.

1. Wachsen Sie die Oxide in einem Standard-Thermooxidationsofen mit einem Nassoxid-Verfahren für dicke Oxide und, um eine bessere Dickenkontrolle zu erreichen, einem Trockenoxid-Verfahren für sehr dünne Oxide. Überprüfen Sie die Dicke auf Gleichmäßigkeit über den vollen Wafer mit Ellipsometry.
2. Erstellen Sie eine Maske für die Geometrie, die Sie ätzen möchten.
3. Spin photoresist auf den Wafern geätzt.
4. Einen Testwafer aussetzen, entwickeln und backen und mit einem geeigneten....

Ergebnisse

Richtig gebundene Wafer haben keine nicht gebundenen Regionen. Der Versuch, die Wafer nach dem Glühen zu spalten, führt dazu, dass die Zelle aufgrund der Stärke der Bindung in Stücke zerbricht. Infrarotbilder von richtig gebundenen Wafern sind in den Abbildungen 5 und 6dargestellt. Oft verbessert das Glühen die Gleichmäßigkeit der Zelle, vor allem, wenn lokale nicht gebundene Regionen auf mangelnde Ebenheit in den Wafern zurückzuführen sind. In Abbildung 5 sind die Licht.......

Diskussion

Die Entwicklung einer geeigneten Silizium-Lithographie in Kombination mit direkter Wafer-Bindung hat es uns ermöglicht, vakuumdichte Gehäuse mit sehr gleichmäßigen kleinen Abmessungen über die gesamte Fläche eines Siliziumwafers mit 5 cm Durchmesser herzustellen. Diese Gehäuse haben es uns ermöglicht, das Verhalten von Flüssigkeit ⁴Er in der Nachbarschaft seiner Phase Übergänge von einer normalen Flüssigkeit zu einem Superfluid zu studieren. Diese Studien haben Vorhersagen der finite-size-Skalierung überprüft .......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
SmartCut	North American Tool	FL 130	Pro Zelle wird nicht viel benötigt. Kleinere Größen sind erhältlich.
Silicon Wafers	Semiconductor Processing Co		Es gibt viele Anbieter. Achten Sie bei der Bestellung auf Dicke und Dickenabweichungen.
Deionisiertes Wasser			Allgemeine Verfügbarkeit
Peroxid			Allgemeine Verfügbarkeit
Salzsäure			Allgemeine Verfügbarkeit
Ammoniumhydroxid			Allgemeine Verfügbarkeit
Stickstoffgas			Allgemeine Verfügbarkeit
Heliumgas			Allgemeine Verfügbarkeit
Diamantpaste	Beuler Metadi II	em>z.B. 406533032
Diamantbohrer	Starlite	z.B. 115010
Pyrexschalen			Allgemeine Verfügbarkeit
Filterpapier	Whatman	1001-110
Aceton			Allgemeine Verfügbarkeit
Methanol			Allgemeine Verfügbarkeit
Quarzrohre für Spülofen			Allgemeine Verfügbarkeit
Gummi-Vakuumschlauch			Allgemeine Verfügbarkeit

<