Fabricage van uniforme nanoschaalholtes via Silicon Direct Wafer Bonding

Samenvatting

Er wordt een methode beschreven voor het permanent verlijmen van twee siliciumwafels om een uniforme behuizing te realiseren. Dit omvat wafervoorbereiding, reiniging, RT-hechting en gloeiprocessen. De resulterende gebonden wafers (cellen) hebben uniformiteit van de behuizing ~1%^1,2. De resulterende geometrie maakt metingen van beperkte vloeistoffen en gassen mogelijk.

Samenvatting

Metingen van de warmtecapaciteit en de superfluïdumfractie van opgesloten ⁴Hij is in de buurt van de lambdaovergang uitgevoerd met behulp van lithografisch gevormde en gebonden siliciumwafels. In tegenstelling tot beperkingen in poreuze materialen die vaak worden gebruikt voor dit soort experimenten^3,bieden verlijmde wafers vooraf ontworpen uniforme ruimtes voor opsluiting. De geometrie van elke cel is bekend, waardoor een grote bron van dubbelzinnigheid in de interpretatie van gegevens wordt verwijderd.

Uitzonderlijk vlakke Si-wafers met een diameter van 5 cm en een dikke Si-wafer van 375 μm met een variatie van ongeveer 1 μm over de gehele wafer kunnen commercieel worden verkregen (bijvoorbeeld van Semiconductor Processing Company). Op de wafers wordt thermisch oxide gekweekt om de opsluitingsdimensie in z-richting te definiëren. Vervolgens wordt een patroon in het oxide geëtteerd met behulp van lithografische technieken om bij het verlijmen een gewenste behuizing te creëren. In een van de wafers (de bovenkant) wordt een gat geboord om de vloeistof te kunnen meten. De wafels worden² in RCA-oplossingen gereinigd en vervolgens in een microzuivere kamer geplaatst waar ze worden gespoeld met gedeioneerd water⁴. De wafers worden bij RT gebonden en vervolgens gegloeid bij ~1.100 °C. Dit vormt een sterke en permanente band. Dit proces kan worden gebruikt om uniforme behuizingen te maken voor het meten van thermische en hydrodynamische eigenschappen van beperkte vloeistoffen van de nanometer tot de micrometerschaal.

Inleiding

Wanneer schone siliciumwafels bij RT in nauw contact worden gebracht, voelen ze zich via van der Waals krachten tot elkaar aangetrokken en vormen ze zwakke lokale banden. Deze hechting kan veel sterker worden gemaakt door te gloeien bij hogere temperaturen^5,6. Verlijming kan met succes worden gedaan met oppervlakken van SiO₂ tot Si of SiO₂ tot SiO₂. Verlijming van Si wafers wordt het meest gebruikt voor silicium op isolatorapparaten, op silicium gebaseerde sensoren en actuatoren en optische apparaten⁷. Het hier beschreven werk neemt wafer directe binding in een andere richting door het te gebruiken om goed gedefin....

Protocol

1. Voor het verlijmen, Wafer Voorbereiding

Deze stap behalve 1.8 wordt uitgevoerd in de Cleanroom van de Cornell Nanoscale Facility.

1. Kweek de oxiden in een standaard thermische oxidatieoven met behulp van een nat oxideproces voor dikke oxiden en, om een betere diktecontrole te bereiken, een droog oxideproces voor zeer dunne oxiden. Controleer de dikte op uniformiteit over de volledige wafer met ellipsometrie.
2. Maak een masker voor de geometrie die u wilt etsen.
3. Draai fotoresist op de wafels die worden geëtst.
4. Stel een testwafel bloot, ontwikkel en bak deze en onderzoek met een geschikte microscoop.
....

Resultaten

Goed gebonden wafers zullen geen ongebondde regio's hebben. Als u na het gloeien probeert de wafers te splitsen, breekt de cel in stukken door de sterkte van de binding. Infraroodbeelden van goed verlijmde wafer zijn weergegeven in de figuren 5 en 6. Vaak verbetert gloeien de uniformiteit van de cel, vooral als lokale niet-verbonden regio's te wijten zijn aan een gebrek aan vlakheid in de wafers. In figuur 5 zijn de lichtvlekken en de rand verbonden gebieden. De middelst.......

Discussie

De ontwikkeling van geschikte siliciumlithografie in combinatie met directe waferbinding heeft ons in staat gesteld vacuümdichte behuizingen te maken met zeer uniforme kleine afmetingen over het volledige gebied van een siliciumwafel met een diameter van 5 cm. Deze behuizingen hebben ons in staat gesteld om het gedrag van vloeistof te bestuderen ⁴Hij in de buurt van zijn fase overgangen van een normale vloeistof naar een superfluïdum. Deze studies hebben voorspellingen van eindige schaalvergroting geverifieerd.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
SmartCut	North American Tool	FL 130	Er is niet veel nodig per cel. Er zijn kleinere maten beschikbaar.
Silicon Wafers	Semiconductor Processing Co		Er zijn veel leveranciers. Let op de dikte en diktevariatie bij het bestellen.
Deionized Water			Algemene Beschikbaarheid
Peroxide			Algemene Beschikbaarheid
Hydrochloric Acid			Algemene Beschikbaarheid
Ammonium Hydroxide			Algemene Beschikbaarheid
Nitrogen Gas			Algemene Beschikbaarheid
Helium Gas			Algemene Beschikbaarheid
Diamond Paste	Beuler Metadi II	bijv. 406533032
Diamond Drills	Starlite	bijv. 115010
Pyrex Dishes			Algemene Beschikbaarheid
Filter Paper	Whatman	1001-110
Acetone			Algemene Beschikbaarheid
Methanol			Algemene Beschikbaarheid
Quartz tubes for flushing furnace			Algemene Beschikbaarheid
Rubber vacuum hose			Algemene Beschikbaarheid