9. Рассмотрение технологии процессов обработки

В этом разделе изложим особенности технологии прямого связывания при производстве структур КНИ и структур германий на кремнии, изоляторе, арсениде галлия, на кремнии и изоляторе и др. Обсуждаемый материал является ключевым для применяемой технологии успешного связывания. Он включает вопросы целостности границы раздела и обсуждения образования пор, а также придания формы (профилирования) связанным пластинам. Остановимся вначале на микродефектах в связанных пластинах на примере структур КНИ на основе кремния.

Целостность границы (поверхности) раздела является одним из ключевых моментов в процессе сращивания. Если граница раздела не качественна, то она содержит поры между двумя связанными пластинами. Имеются четыре основных причины образования пор: недостаточная плоскостность пластин, наличие захваченного воздуха, частиц, а также поверхностных загрязнений. Требования высокой плоскостности для стандартных пластин и отсутствия частиц на границе раздела связано с захватом воздуха пустотами между двумя пластинами, образующимися в процессе прямого контакта. Вероятно, главной причиной образования больших пор на границе до размеров в несколько сантиметров является присутствие частиц и захваченный ими воздух. Захваченный воздух между двумя поверхностями приводит не только к плохому контакту при комнатной температуре, но и к отталкивающим силам между двумя связанными пластинами при высоких температурах. Когда пластины нагреваются, то связь между ними осуществляется в местах прямых контактов и появляются чашеобразные и дискообразные полости, заполненные воздухом. Давление за счет отталкивающих сил в полости может достигать значений, значительно превышающих атмосферное давление, при температуре связывания 1100⁰ С. В работе [21] в качестве примера приведены поры, вызванные загрязняющими частицами на пластине кремния диаметром 100 мм. При этом видны частицы, оставшиеся после шлифования на верхней части пластины. Поры размером в несколько миллиметров в диаметре проявляются в кругообразной форме и почти во всех случаях проявляют себя в центре. Кругообразная форма согласуется с минимумом энергии для заполненной воздухом полости. Там же показаны большие скопления частиц, ответственных за поры. Существуют поля напряжений в окрестности частиц, возникающих в результате связывания пластин кремния. Напряжения решетки в окрестности частицы ясно видны из полос слипания дислокаций, расположенных в ортогональных напряжениях скольжения <110>. Это подтверждают исследования с помощью рентгеновской просвечивающей топографии. Например, частица диаметром 1 мм между 8-дюймовыми пластинами (толщиной 700 мкм) может вызывать поры с диаметром приблизительно равным 1 см.

Изучение пор, зависящих от таких переменных как температура связывания и время, а также от поверхностных условий (окисленная поверхность или неокисленная) показывает, что содержание пор для этих двух случаев различно. Случай наличия пор между двумя окисленными поверхностями рассматривается подробно.