WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Как показывают результаты проведенного в данной работе исследования, сращивание гидрофильных поверхДлина цепочек достигает 7, т. е. процесс сцепления ностей пластин кремния далеко не всегда заканчивается осуществляется по всей площади, в пределах которой формированием непрерывного интерфейса. Этот факт не следует из физико-химической модели сращивания идеально плоских и гладких поверхностей и может быть объяснен только путем учета реальной структуры поверхности. В [1] было показано, что при сращивании пластин, поверхность которых имеет естественный рельеф синусоидальной формы с периодом R и амплитудой h, формирование непрерывного интерфейса возможно при условии h < 3.6 (R/E )1/2 для случая R < 2tw (случай, соответствующий условиям нашего эксперимента). Здесь tw — толщина каждой из пластин, E — комбинация упругих констант материала и — поверхностная энергия. При комнатной температуре величина растет вместе с количеством атомов на поверхности пластин, обеспечивающих первоначальный контакт. С ростом температуры увеличение обусловлено изменением химической природы связи между атомами — переходом от силанольных связей к силоксановым, которые существенно короче поэтому имеют более короткий радиус действия. Следовательно, возрастание прочности и формирование непрерывной границы сращивания может иметь место лишь там, где осуществился первоначальный КТ контакт, т. е. площадь интерфейса, на который сращивание прошло успешно, практически целиком определяется радиусом действия сил первоначального сцепления.

Высокая сплошность интерфейса, полученная при приведении пластин в контакт в водном растворе нитрата алюминия Al(OH3)3, по нашему мнению, может быть объяснена увеличением площади первоначального контакта пластин. Благодаря встраиванию Al–OH групп в OH цепочки (рис. 7, b) происходит увеличение длины цепочек и следует ожидать, что первоначальное сцепление имеет место в пределах большей площади, чем при традиционном сращивании (рис. 7, a).

Предполагается, что формирование непрерывного интерфейса в данном случае может протекать следующим образом. При диссоциации молекул алюминиевой соли в водном растворе Al(NO3)3 Al3+ + 3(NO3) ионы Al3+, взаимодействуя с водой, образуют гидроксид алюминия Al(OH)3, и далее при комнатной температуре процесс Рис. 7. Модель начального (КТ) этапа процесса прямого прямого сращивания развивается по схеме, представленсращивания гидрофильных поверхностей пластин кремния, приведенных в контакт, в H2O (a) и в растворе Al(NO3)3 (b). ной на рис. 7, b.

4 Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 50 И.В. Грехов, Л.С. Костина, Т.С. Аргунова, Е.И. Белякова, Н.М. Шмидт, К.Б. Костин, Е.Д. Ким, С.Ч. Ким С повышением температуры водородные связи заме- диффузионному механизму. Кроме того, поскольку энерняются на более прочные гия Al–Si связи выше, чем Al–Al, внедрение атомов Al в решетку кремния стимулирует процесс самодиффузии SiOH : (OH2)2 : 2Al(OH)3 : (OH2)2OHSi последнего и его участие в зарастании микрополостей.

Диффузия алюминия от интерфейса в кремний в про Si - O - Al - Al - O - Si + 7H2O.

цессе высокотемпературной термообработки приводит к образованию pn-перехода в n-кремнии. На рис. 8 предO ставлена вольт-амперная характеристика p+n-ПСК диода с предварительным соединением пластин в 0.5%-ном Дальнейшее участие атомов Al в процессе сращивания водном растворе Al(NO3)3. Благодаря глубокой дифосновано, с одной стороны, на его взаимодействии с фузии алюминия в толщу n-пластины в процессе сраестественным окислом [10] щивания качество интерфейса не оказывает влияния на электрофизические параметры диодной структуры, и (4/3)Al + SiO2 =(2/3)Al2O3 + Si, вольт-амперная характеристика имеет вид, типичный для традиционного диффузионного перехода: в проводящем приводящим к высвобождению дополнительных атомов направлении падение напряжения было равно 2V кремния, способных участвовать на завершающей стадии при плотности тока 200 A/cm2. Напряжение пробоя процесса сращивания в заполнении микрополостей по такого диода составляло величину 1200 V (рис. 8, b), что соответствует напряжению лавинного пробоя кремния при выбранном удельном объемном сопротивлении (20 · cm).

Заключение Результаты проведенного исследования показали возможность диффузии атомов Al в полированную поверхность кремния из источника, расположенного на интерфейсе сращиваемых пластин, при высокотемпературной термообработке в окисляющей среде. Присутствие алюминия на интерфейсе сращиваемых пластин приводило к улучшению структурного качества границы раздела.

Предполагается, что соединение пластин в водном растворе нитрата алюминия Al(NO3)3 способствует увеличению площади их первоначального сцепления за счет встраивания Al–OH групп между адсорбированными молекулами воды в цепочки соединения пластин друг с другом. Представляется, что технология формирования диффузионных слоев в едином технологическом цикле с прямым сращиванием кремниевых пластин раскрывает новые возможности при создании полупроводниковых приборов с pn-переходами.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 98-02-18250).

Список литературы [1] Tong Q.-Y., Gsele. Semiconductor Wafer Bonding:

Science and Technology. New York: John Wiley & Sons. Inc., 1999. 297 p.

[2] Bengtsson S.J. // Electron. Mater. 1992. Vol. 21. N 8. P. 841– 862.

[3] Pll A., Kruter G. // Mater. Sci. & Eng. 1999. Vol. R25.

N1–2. P. 1–88.

Рис. 8. Вольт-амперная характеристика p+n-ПСК диода с [4] Maszara W.P., Jiang B.-L., Yamada A. et al. // J. Appl. Phys.

рабочей площадью 12 cm2. a — прямая ветвь, b —обратная 1991. Vol. 69. N 1. P. 257–260.

ветвь.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Прямое сращивание кремниевых пластин с одновременным формированием диффузионных слоев [5] Аргунова Т.С., Витман Р.Ф., Грехов И.В. и др. // ФТТ.

1999. Т. 41. Вып. 11. С. 1953–1962.

[6] Argunova T.S., Grekhov I.V., Kostina L.S. et al. // Jap. J. Appl.

Phys. 1998. Vol. 37. N 12A. P. 62.

[7] Грехов И.В., Берман Л.С., Аргунова Т.С. и др. // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22. Вып. 12. С. 14–18.

[8] Bowen D.K., Tanner B.K. High Resolution X-ray Diffractometry and Topography. Bristol: Taylor & Francis, 1998.

251 p.

[9] Stengl R., Tan T., Gsele. // Jap. J. Appl. Phys. 1989.

Vol. 28. N 10. P. 1735–1741.

[10] Ohring M. The Material Science and Thin Films. Acad. Press Limited, 1991. 703 p.

4 Журнал технической физики, 2001, том 71, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.