Fabbricazione di cavità uniformi su nanoscala tramite silicon direct wafer bonding

Sommario

Viene descritto un metodo per legare permanentemente due wafer di silicio in modo da realizzare un involucro uniforme. Ciò include i processi di preparazione, pulizia, incollaggio RT e ricottura del wafer. I wafer legati risultanti (cellule) hanno uniformità di involucro ~1%^1,2. La geometria risultante consente di misurazioni di liquidi e gas confinati.

Abstract

Misurazioni della capacità termica e della frazione superfluida del ^{confinato 4}È stato eseguito vicino alla transizione lambda usando wafer di silicio modellati e incollati litograficamente. A differenza dei confinamenti in materiali porosi spesso utilizzati per questi tipi^{di esperimenti 3}, i wafer incollati forniscono spazi uniformi predesignati per il confinamento. La geometria di ogni cella è ben nota, il che rimuove una grande fonte di ambiguità nell'interpretazione dei dati.

Wafer Si eccezionalmente piatti, di 5 cm di diametro, spessi 375 μm con circa 1 μm di variazione sull'intero wafer possono essere ottenuti commercialmente (ad esempio da Semiconductor Processing Company). L'ossido termico viene coltivato sui wafer per definire la dimensione di confinamento nella direzione z. Un modello viene quindi inciso nell'ossido usando tecniche litografiche in modo da creare un involucro desiderato al momento del legame. Un foro viene praticato in uno dei wafer (la parte superiore) per consentire l'introduzione del liquido da misurare. I wafer vengono puliti² in soluzioni RCA e quindi messi in una camera micropulizia dove vengono risciacquati con acqua deionizzata⁴. I wafer sono incollati a RT e poi ricotti a ~1.100 °C. Questo forma un legame forte e permanente. Questo processo può essere utilizzato per creare involucri uniformi per misurare le proprietà termiche e idrodinamiche dei liquidi confinati dal nanometro alla scala del micrometro.

Introduzione

Quando i wafer di silicio puliti vengono portati in contatto intimo a RT, sono attratti l'uno dall'altro attraverso le forze di van der Waals e formano deboli legami locali. Questo legame può essere reso molto più forte ricottura a temperature più elevate^5,6. L'incollaggio può essere eseguito con successo con superfici da SiO₂ a Si o Da SiO₂ a SiO₂. L'incollaggio dei wafer Si è più comunemente usato per il silicio su dispositivi isolanti, sensori e attuatori a base di silicio e dispositivi ottici⁷. Il lavoro qui descritto prende il legame diretto del wafer in una direzione diversa utilizzandolo per ottenere custod....

Protocollo

1. Prima dell'incollaggio, preparazione del wafer

Questo passaggio tranne 1.8 è fatto nella camera bianca Cornell Nanoscale Facility.

1. Far crescere gli ossidi in un forno di ossidazione termica standard utilizzando un processo di ossido umido per ossidi spessi e, per ottenere un migliore controllo dello spessore, un processo di ossido secco per ossidi molto sottili. Controllare lo spessore per l'uniformità sul wafer completo con ellissetria.
2. Create una maschera per la geometria che si desidera incidere.
3. Gira fotoresist sui wafer incisa.
4. Esporre, sviluppare e cuocere un wafer di prova ed esaminare con un m....

Risultati

I wafer correttamente legati non avranno regioni non disossate. Il tentativo di dividere i wafer dopo la ricottura farà sì che la cellula si rompa in pezzi a causa della forza del legame. Le immagini a infrarossi di wafer correttamente incollati sono mostrate nelle figure 5 e 6. Spesso la ricottura migliora l'uniformità della cellula, specialmente se le regioni locali non disossate sono dovute alla mancanza di planarità nei wafer. Nella figura 5 i punti luce e il bordo .......

Discussione

Lo sviluppo di un'adeguata litografia in silicio in combinazione con l'incollaggio diretto dei wafer ci ha permesso di realizzare custodie a tenuta sottovuoto con dimensioni ridotte altamente uniformi su tutta l'area di un wafer di silicio di 5 cm di diametro. Questi recinti ci hanno permesso di studiare il comportamento del ^{liquido 4}Egli nel vicinato delle sue transizioni di fase da un liquido normale a un superfluido. Questi studi hanno verificato le previsioni del ridimensionamento a dimensioni finite, così.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
SmartCut	North American Tool	FL 130	Non è necessario molto per cella. Sono disponibili dimensioni più piccole.
Silicon Wafers	Semiconductor Processing Co		Ci sono molti fornitori. Prestare attenzione allo spessore e alla variazione di spessore al momento dell'ordine.
		deionizzata	Disponibilità generale
Perossido			Disponibilità generale
Acido cloridrico Disponibilità			generale
Idrossido			Disponibilità generale
Azoto gassoso			Gas
elio			Disponibilità generale
Pasta diamantata	Beuler Metadi II	em>es. 406533032
Trapani diamantati	Starlite	es. 115010
Piatti			Disponibilità generale
Carta da filtro	Whatman	1001-110
Acetone			Disponibilità generale
Metanolo			Disponibilità generale
Tubi al quarzo per forno			Disponibilità generale
Tubo di			Disponibilità generale

Acqua di ammonio < in Pyrex di lavaggio aspirazione in gomma