均一な筐体を実現するために2つのシリコンウェーハを永久に接着する方法が記載されている。これには、ウエハー製剤、洗浄、RTボンディング、およびアニーリングプロセスが含まれます。得られた結合されたウェーハ(細胞)は、エンクロージャ〜1%1,2の均一性を有する。結果として得られる幾何学は限られた液体およびガスの測定を可能にする。
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この記事について
サマリー
要約
閉じ込められた 4の熱容量と超流動分率の測定彼は、リソグラフィーパターンと結合シリコンウエハースを用いてラムダ転移付近で行われている。これらのタイプの実験3によく使用される多孔質材料の閉じ込めとは異なり、結合されたウエハは閉じ込めのためのあらかじめ設計された均一なスペースを提供する。各セルのジオメトリはよく知られており、データの解釈における大きなあいまいさの原因を取り除きます。
例外的に平ら、直径5cm、ウエハ全体に約1μmの変動を有する375μm厚いSiウエハーは商業的に得ることができる(例えば半導体処理会社から)。熱酸化物は、Z方向に閉じ込め寸法を定義するためにウエハーで成長します。パターンは、接合時に所望の筐体を作成するように、リソグラフィ技術を使用して酸化物にエッチングされます。穴は、測定する液体の導入を可能にするために、ウエハー(上部)の1つに掘削されます。ウエハーはRCA溶液の2 をきれいにし、マイクロクリーンチャンバーに入れ、そこで脱イオン水4で洗い流される。ウエハースはRTで結合し、その後、〜1,100°Cで焼成される。 これは強く、永久的な絆を形成します。このプロセスは、ナノメートルからマイクロメートルスケールまでの閉じ込められた液体の熱および流体力学特性を測定するための均一なエンクロージャを作るために使用することができる。
概要
クリーンシリコンウエハースがRTで親密な接触に持ち込まれると、ファンデルワールスの力を介して互いに引き付けられ、弱い地債を形成します。この結合は、より高い温度でのアニーリングによってはるかに強くすることができます5,6.SiO 2 から SiO2から SiO 2 へのサーフェスで、結合を正常に行うことができます。Siウエハの結合は、絶縁体デバイス、シリコンベースのセンサおよびアクチュエータ、および光学デバイス7上のシリコンに最も一般的に使用される。ここで説明する作業は、ウエハー領域全体にわたって明確に定義された均一に間隔を空けたエンクロージャー8,9に対して達成するために使用することにより、異なる方向にウエハ直接結合を取る。流体を導入できる明確に定義されたジオメトリを持つことで、流体の特性に対する閉じ込めの効果を判断するために測定を行うことができます。流体力学の流れは、小さな次元が数十ナノメートルから数マイクロメートルに制御することができるところに研究することができる。
SiO2は、加熱炉内で湿式または乾式の熱酸化プロセスを使用してSiウエハー上で成長させることができる。SiO2は、その後、リソグラフィ技術を使用して、必要に応じてパターン化およびエッチングすることができます。私たちの仕事で使用されている....
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プロトコル
1. ボンディング前、ウェーハ準備
1.8を除くこのステップはコーネルナノスケール施設クリーンルームで行われます。
- 厚い酸化物の湿った酸化物プロセスを使用して標準的な熱酸化炉で酸化物を成長させ、より良い厚さ制御を達成するために、非常に薄い酸化物のための乾燥した酸化物プロセス。楕円法を使用して、フルウェーハの上に均一性の厚さを確認します。
- エッチングするジオメトリのマスクを作成します。
- エッチングされているウエハースのスピンフォトレジスト。
- 試験ウエハを露出、開発、焼き、適切な顕微鏡で検査します。
- 試験ウェーハが所望に応じて露出される場合は、試験ウエハをエッチングする。横側面寸法に対する酸化物厚さの比率は、ウェットまたはドライエッチングが適切かどうかを決定します。ウェットエッチは等方性であるため、酸化物の垂直壁は生成されません。多くの場合、これは問題ではありません。垂直壁が望ましい場合は、反応イオンエッチングを使用することができる。エッチングが成功した場合は、他のウエハーで続行します。多くの場合、SiおよびSiO2の疎水性/親水性特性は、エッチングプロセスが成功したかどうかを確認するために使用することができる。
- ウエハースからフォトレジストを取り外します。ほとんどのフォトレジストでは、これはイソプロピルアルコールおよびアセトンで最初に行うことが....
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結果
適切に結合されたウェーハには、未結合の領域はありません。アニーリング後にウエハースを分割しようとすると、結合の強度により細胞が粉々に割れてしまう。適切に結合したウェハの赤外線画像を 図5 および 図6に示す。多くの場合、アニーリングは、特に局所的な未結合領域がウエハースの平坦性の欠如による場合、細胞の均一性を改善する。 図5 では、光のスポットと境界は接合領域です。中央の明るいスポットは、セルを充填するための穴です。暗い領域では、ウエハーは0.321 μmの分離にあります。 図 5 の非結合領域は、画像の左上の境界付近に表示されます。それは酸化物の境界の端を越えて位置し、したがって液体で満たすることができなかったので、これは、この細胞の使用に影響を与えないだろう。
結合不良の症状は複数あり、これが顕在化する可能性がありますが、最も一般的なのは、ウェーハ間に閉じ込められた粒子を有することです。これにより、局所的な結合の欠如が発生し、図
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ディスカッション
直接ウエハーボンディングと組み合わせた適切なシリコンリソグラフィの開発により、直径5cmのシリコンウエハーの全領域にわたって、非常に均一な小さな寸法の真空密閉エンクロージャを可能にしました。これらのエンクロージャは、通常の液体から超流動への相転移の近くにある液体 4彼の挙動を研究することを可能にしました。これらの研究は、有限サイズのスケーリングの予測を検証し、残りの障害を指摘した。この研究はまた、初めて、非常に薄い~30nmの膜で分離したときに液体の2つの領域の間に存在する非常に強い結合を同定した。これらの線に沿った研究は、 図 8に示すように、コルビーノジオメトリで設計されたセルで継続されます。この幾何学はリングによって互いに分離され、30 nm厚さのフィルムによってだけ連結される2つの領域を有する。
2μmを超えるSiO2厚は達成が困難であるため、セル構築の方法は限られています。これは、長い炉の成長時間のためです。他の限界では、分離が〜30nmより小さい大きな平面構造は、オーバーボンディングを避けなが.......
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開示事項
開示するものは何もありません。
謝辞
この作業は、NSF助成金DMR-0605716とDMR-1101189によって資金提供されました。また、コーネルナノスケール科学技術センターは、酸化物の成長とパターン化に使用されました。私たちは彼らの援助に感謝します。私たちのFMGの一つは、モティラルルルスティ教授のサポートに感謝しています.
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| SmartCut | North American Tool | FL 130 | セルごとに必要なことはあまりありません。より小さいサイズが利用可能です。 |
| Silicon Wafers | Semiconductor Processing Co | 多くのサプライヤーがいます。ご注文の際は厚みや厚みのばらつきに注意してください。 | |
| 脱イオン水 | の一般提供 | ||
| 過酸化物 | の一般提供 | ||
| 塩酸 | の一般提供 | ||
| 水酸化 | の一般提供 | ||
| 窒素ガス | の一般提供 | ||
| ヘリウムガス | の一般提供 | ||
| ダイヤモンドペースト | Beuler Metadi II | e.g.. 406533032 | |
| ダイヤモンドドリル | Starlite | e.g. 115010 | |
| Pyrex Dishes | 一般入手可能 | ||
| 濾紙 | Whatman | 1001-110 | |
| アセトン | 一般入手可能性 | ||
| メタノール | 一般出荷 | ||
| フラッシング炉 | 一般出荷 | ||
| ゴム製バキュームホース | 出荷 |
参考文献
- 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).
- Mehta, S., Kimball, M. O., Gasparini, F. M. Superfluid transition of He-4 for two-dimension....
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再版と許可
