Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.

Methodenartikel

Herstellung von uniformen Nanoschuppen-Cavities über Silicon Direct Wafer Bonding

9.5K Aufrufe

⸱

DOI:

10.3791/51179

⸱

9. Januar 2014

 ,  ,  ,  , 

In diesem Artikel

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 werden3,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 entionisiertemWasser4 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 Temperaturen5,6viel 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 Geräten7 verwendet. Die hier beschriebene Arbeit nimmt waferdirekte Verklebung in eine andere Richtung, indem sie verwendet wird, um klar definierte ....

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

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....

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

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.......

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

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 .......

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Offenlegungen

Wir haben nichts zu verraten.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde durch die NSF-Stipendien DMR-0605716 und DMR-1101189 finanziert. Auch das Cornell NanoScale Science and Technology Center wurde verwendet, um die Oxide zu wachsen und zu strukturieren. Wir danken ihnen für ihre Unterstützung. Einer von uns FMG ist dankbar für die Unterstützung der Moti Lal Rustgi Professur.

....

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
SmartCutNorth American ToolFL 130Pro Zelle wird nicht viel benötigt. Kleinere Größen sind erhältlich.
Silicon WafersSemiconductor Processing CoEs gibt viele Anbieter. Achten Sie bei der Bestellung auf Dicke und Dickenabweichungen.
Deionisiertes WasserAllgemeine Verfügbarkeit
PeroxidAllgemeine Verfügbarkeit
SalzsäureAllgemeine Verfügbarkeit
AmmoniumhydroxidAllgemeine Verfügbarkeit
StickstoffgasAllgemeine Verfügbarkeit
HeliumgasAllgemeine Verfügbarkeit
DiamantpasteBeuler Metadi IIem>z.B. 406533032
DiamantbohrerStarlitez.B. 115010
PyrexschalenAllgemeine Verfügbarkeit
FilterpapierWhatman1001-110
AcetonAllgemeine Verfügbarkeit
MethanolAllgemeine Verfügbarkeit
Quarzrohre für SpülofenAllgemeine Verfügbarkeit
Gummi-VakuumschlauchAllgemeine Verfügbarkeit
<

Referenzen

  1. Gasparini, F. M., Kimball, M. O., Mooney, K. P., Diaz-Avila, M. Finite-size scaling of He-4 at the superfluid transition. Rev. Mod. Phys. 80, 1009-1059 (2008).
  2. Mehta, S., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. Superfluid transition of He-4 for two-dimension....

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Nachdrucke und Genehmigungen

Weitere Artikel entdecken

Silizium-Wafer-Bondingthermisches Oxidwachstumlithografische StrukturierungRCA-ReinigungInfrarottrocknungArbor-Press-BondingQuarz-VakuumspannplatteOfen-Tempern