直接键合硅片的亲水处理

硅片直接键合技术的关键是硅片表面的亲水处理。本文研究了亲水处理的微观过程，处理溶液的选择条件及处理的方法。指出只要具有氧化剂的硅片清洗液都可以做亲水处理液。     

M35高速钢飞秒激光加工表面亲液性试验研究

使用波长为1 030 nm飞秒脉冲激光在M35高速钢表面加工微凹坑阵列,运用光学显微镜、白光干涉仪和接触角测量仪分别测量样品表面的三维形貌和接触角,探究不同参数对样品表面形貌和接触角的影响规律。结果表明,随能量密度和扫描次数增加,微凹坑的半径和深度均增大,M35高速钢表面接触角减小,样品表面亲水性增大,微凹坑间距减小可提高M35高速钢表面的亲液性。试验结果可为高速钢表面润湿性的研究提供参考。     

咪唑提升硅片CMP速率的机理研究

为了提高硅片的抛光速率,从机械作用及化学作用两个方面分析研究了咪唑在硅片表面的作用机理。接触角测试和静态腐蚀实验结果显示,咪唑对于硅表面的水解反应影响较小。Zeta电位结果显示,咪唑的加入使Zeta电位呈现上升的趋势,Zeta电位升高减弱了抛光垫、硅片、硅溶胶磨料之间的静电斥力,从而提高了硅的机械研磨速率。XPS分析显示,咪唑在硅片表面发生吸附行为,其1号位上的N原子由于具有更高的电子云密度,水解后替换了原有Si—H键中的H吸附在硅片表面,形成了新的Si—N键,使相邻原子间的化学键产生了极化现像,在机械力的作用下更容易被去除。相比传统以腐蚀为主的硅速率促进剂,咪唑在提高硅去除速率的同时保持低静态腐蚀速率,更加符合实际生产要求。     

基于磨粒运动轨迹的硅片化学机械抛光材料去率研究

硅片化学机械抛光（CMP）是机械作用与化学作用相结合的技术,硅片表面的化学反应层主要是由抛光液中磨料的机械作用去除,磨粒对硅片表面的摩擦和划擦对硅片表面材料的去除起着重要作用。磨粒在硅片表面上的划痕长度直接影响硅片表面的材料去除率。本文首先在实验结果的基础上分析了硅片CMP过程中磨粒的分布形式,然后根据运动学和接触力学理论,分析了硅片、磨粒及抛光垫三者之间的运动关系,根据磨粒在硅片表面上的运动轨迹长度,得出了材料去除率与抛光速度之间的关系,该分析结果与实验结果一致,研究结果可为进一步理解硅片CMP的材料去除机理提供理论指导。     

硅抛光片表面疏水改性工艺研究

采用稀释HF溶液对亲水性的硅抛光片表面进行了疏水改性,并对HF腐蚀硅片表面氧化层、钝化表面的机理进行了分析。研究了HF溶液浓度和反应时间对硅抛光片表面颗粒度和接触角的影响,通过对比分析,得到了HF溶液疏水改性的最佳浓度和最佳反应时间,HF体积比为3%,反应时间为120 s时,HF能够与样品表面充分反应,并且二次吸附颗粒数量最少。采用兆声溢流方式可以大大减少样品表面吸附颗粒数量,而不影响疏水性能。     

CF4等离子处理在低温硅片直接键合中的应用

键合前用CF4等离子体对硅片表面进行处理,经亲水处理后,完成对硅片的预键合.再在N2保护下进行40h 300℃退火,获得硅片的低温直接键合.硅片键合强度达到了体硅的强度.实验表明,CF4对硅片的处理不仅可以激活表面,而且可以对硅片表面进行有效的抛光,大大加强了预键合的效果.     

硅片背面减薄技术研究

硅片背面磨削减薄工艺中,机械磨削使硅片背面产生损伤,导致表面粗糙,且发生翘曲变形.分别采用粗磨、精磨、精磨后抛光和精磨后湿法腐蚀等四种不同背面减薄方法对15.24cm(6英寸)硅片进行了背面减薄,采用扫描电子显微镜对减薄后的硅片表面和截面形貌进行了表征,用原子力显微镜测试了硅片表面的粗糙度,用翘曲度测试仪测试了硅片的翘曲度.结果表明,经过粗磨与精磨后的硅片存在机械损伤,表面粗糙且翘曲度大,粗糙度分别为0.15和0.016 μm,翘曲度分别为147和109 μm;经过抛光和湿法腐蚀后的样品无表面损伤,粗糙度均小于0.01 μm,硅片翘曲度低于60 μm.     

硅片发生室温键合所需的平整度条件

根据薄板弹性力学,推导了室温键合过程中硅片接触表面缝隙封闭的临界条件.硅片的表面起伏幅度、起伏的空间波长、表面张力、材料弹性和硅片厚度都是影响接触表面缝隙封闭的重要因素,越薄的硅片越容易室温键合.     

用于调焦调平测量系统中的硅片表面形貌模型

以硅片表面的平整度(flatness)和硅片表面的全场厚度范围(TTV)等参数为基础,建立了硅片表面的理论形貌模型。根据调焦调平测量系统指标等确定了调焦调平测量系统的有效频带,并设计了相应的滤波器。对硅片表面的理论形貌进行滤波后,得到用于调焦调平测量的硅片表面形貌的模型。由于该模型包括硅片表面在一个曝光视场内的模型和全场模型,并以SEMI标准和ITRS预测的相关参数为基础,因此不受实验条件影响,适用范围广,可用于调焦调平测量系统的模拟测试以及相关光刻工艺的分析。     

硅片发生室温键合所需的平整度条件

根据薄板弹性力学 ,推导了室温键合过程中硅片接触表面缝隙封闭的临界条件 .硅片的表面起伏幅度、起伏的空间波长、表面张力、材料弹性和硅片厚度都是影响接触表面缝隙封闭的重要因素 .越薄的硅片越容易室温键合     

表面处理对液晶显示阵列基板中黑矩阵残留的影响

主要分析了黑矩阵残留程度与SiNx、SiON、SiOx等基底表面亲水特性的关系,研究了等离子体处理对基底表面亲水特性以及黑矩阵残留的影响。首先,通过原子力显微镜和扫描电子显微镜对黑矩阵在不同基底表面的残留颗粒大小、表面粗糙度进行了测试。然后,使用接触角测试仪对不同基底表面的亲水特性进行了表征,分析了表面亲水特性和黑矩阵残留程度的关系。最后,研究了等离子体处理条件对基底表面亲水特性的影响,提出了采用O2/He等离子体对基底表面进行改性来解决黑矩阵的残留问题。实验结果表明:基底表面的水接触角越小、亲水性越强,黑矩阵在基底表面的残留越少;O2/He等离子体表面处理使基底表面的水接触角从17°降低到3°,增强了基底表面的亲水特性,并且黑矩阵工艺之后基底表面的粗糙度从3.06nm降低到0.69nm,消除了黑矩阵的残留。     

Surface modification of silicon by laser surface treatment: Improvement of adhesion and copper deposition

We have studied the use of lasers for modifying the surface properties of silicon to improve its wettability and adhesion characteristics. Using a 4th harmonic Nd:YAG (λ = 266 nm, pulse) laser, the wettability and adhesion characteristics of the silicon surfaces have been enhanced by laser irradiation. It was found that laser surface treatment of silicon modified the surface energy. By the contact angle measurement, using distilled water, the wetting characteristics of silicon after the laser irradiation show a decrease in the contact angle and a change in the surface chemical composition. In the case of the laser-treated silicon surface, laser direct writing of copper lines has been achieved through pyrolytic decomposition of copper formate by using a focused Ar⁺ laser beam (λ = 514.5 nm, continuous wave (CW)) on the silicon substrates. The deposited lines and surface chemical compositions were measured by energy dispersive x-ray (EDX), scanning electron microscopy (SEM), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and surface profiler (Alpha Step 500, San Jose, CA) to examine the cross section of deposited copper lines.     

硅-硅直接键合的亲水处理及界面电特性

研究了基于亲水处理的微观机理分析和不同清洗剂亲水处理的过程及效果，提出了一种独特的三步亲水处理法。这一方法既能顺利完成室温预缝合，又能减少界面上非定形大尺寸ＳｉＯｘ体的生成，避免了界面对电输运的势垒障碍，获得了理想的键合界面。     

A thin transition film formed by plasma exposure contributes to the germaniumsurface hydrophilicity

Plasma treatment and 10% NH₄OH solution rinsing were performed on a germanium (Ge) surface. It was found that the Ge surface hydrophilicity after O₂ and Ar plasma exposure was stronger than that of samples subjected to N₂ plasma exposure. This is because the thin GeO_x film formed on Ge by O₂ or Ar plasma is more hydrophilic than GeO_xN_y formed by N₂ plasma treatment. A flat (RMS<0.5 nm) Ge surface with high hydrophilicity (contact angle smaller than 3°) was achieved by O₂ plasma treatment, showing its promising application in Ge low-temperature direct wafer bonding.     

纳秒激光诱导氧化钛片及涂层的润湿性研究

采用纳秒激光在纯钛片表面制备微织构,并辅助化学处理的方法,获得了类似"荷叶效应"且润湿稳定的超疏水表面。通过调整激光加工工艺参数,获得了具有不同润湿性的微纳米结构;在此基础上,采用全氟癸基三甲氧基硅烷和乙醇溶液的混合溶液在微结构表面制备涂层。采用扫描电子显微镜和能谱分析后可知钛板在激光作用下产生了多尺度的氧化钛多孔微结构;通过接触角测量表征进一步分析了钛片表面的亲水性与微纳米结构表面变化规律的关系,以及涂层对表面润湿性的影响,为生物医学药物输送方面的研究提供了参考。     

微纳工艺中防粘连自组装薄膜技术的研究

研究在硅基表面形成1,1,2,2 H过氟癸基三氯硅烷防粘自组装膜的方法和特性。成功地在硅基表面形成了防粘连自组装薄膜,从浸润角、表面能、薄膜成分和表面粗糙度几个角度对该薄膜进行了分析,证实薄膜可将硅基表面能降低47.35%,可满足半导体工艺中的微纳器件加工工艺的防粘连涂层的需要。     

电子浆料用超微细玻璃粉的等离子体改性

以六甲基二硅氧烷为单体,利用高频等离子体在超微细低熔磷酸盐玻璃粉体表面聚合硅氧聚合物包覆薄膜。用水和粉体压片之间的接触角变化表征了等离子体工艺参数对粉体表面能的影响。结果表明改性后粉体配制电子浆料的细度、黏度、流变特性提高显著。改性后可以改变或控制超微细粉体的表面能大小,从而可调节电子浆料的流变性和印刷适性。     

Characterization of oxide etching and wafer cleaning using vapor phase anhydrous hydrofluoric acid and ozone

A cleaning process using anhydrous hydrofluoric acid/methanol (AHF) and ozone was carried out in a vapor phase cleaning module (VPC). The dependence of the AHF vapor phase etch rate of thermally grown silicon dioxide on different process parameters, such as etch time, AHF-flow and temperature was studied. The optimized etch process is attained at a temperature of 40°C and a pressure of 50 mbar. To demonstrate the feasibility of this cluster tool for advanced gate dielectric formation, investigations on surface properties after AHF vapor cleaning, such as contact angle measurement and atomic force microscopy (AFM) were carried out. Using XPS, the surface binding states of HF-vapor treated silicon surfaces were studied. Traces of fluorine and low oxygen coverage were monitored. An ozone treatment immediately after AHF cleaning increases significantly the fluorine concentration on the silicon surface. A beneficial impact of AHF and ozone on the electrical characteristics of 4 nm oxide films grown in oxygen by RTP in a cluster tool immediately after cleaning without breaking the vacuum was found.     

Tunable wettability of metallic films with assistance of porous anodic aluminum oxide

The present work demonstrates a simple method to prepare nanostructured Ni films with different morphologies with the assistance of porous anodic aluminum oxide (AAO) membranes. A great distinction is observed as the Ni films deposited onto the top and bottom sides of AAO membranes. The wetting properties of as-prepared membranes are investigated by measuring the contact angles of water on the surfaces. Results show that the static water contact angle changes dramatically from 124°±1° to 45°±1° on different Ni films, implying a change of the wettability from hydrophobicity to hydrophilicity affected by the surface patterns. This versatile approach can be conducted on various materials with potential applications in a broad range of fields.