为了研究等离子体亲水处理在室温下 PHPS 转化为 (hbox {SiO}_{2}) 的情况，采用 X 射线光电子能谱 (XPS) 分析了晶圆上 PHPS 涂层的化学成分。 数字 1 显示 PHPS 表面在等离子处理前后的 XPS 核心光谱。 当PHPS层刚刚涂覆时，没有观察到氧峰，同时伴随着显着的氮峰。 101.3 eV 附近的硅峰表示氮化硅27,28。 这归因于 PHPS 的内在组成16,29,30。 然而，当用等离子体处理PHPS层时，氧峰的增加和氮峰的减少是显着的。 此外，硅峰向 103.5 eV 左右的更高结合能移动，表明存在氧化硅27,28。 由于 (hbox {N}_{2}) 等离子体本身不包含 (hbox {H}_{2}hbox {O}) 和 (hbox {O}_{2} )，表明等离子处理后水吸附在PHPS表面。 随后，PHPS 层消耗其亲水表面上存在的吸附水进行转化反应。
PHPS 表面在 (hbox {N}_{2}) 等离子体亲水处理之前和之后的 XPS 核心光谱（a）O1s、（b）N1s 和（c）Si2p 峰。
具有 PHPS 层的典型键合晶圆的拼接红外图像如图 2 所示。 2。 这些图像揭示了界面空隙的存在，这些空隙表现为带有干涉条纹的图案。 基本上，除了通过两侧 PHPS 层进行两侧等离子体处理的粘合之外，粘合界面显示出良好的粘合性，没有明显的界面空隙（图 1）。 2 （A））。 由于 PHPS 在转化为 (hbox {SiO}_{2}) 之前具有高粘度，因此通过 PHPS 层实现了良好的粘附力。 此外，表明亚微米尺寸的颗粒可以嵌入柔软的 PHPS 层中17 号,31。
相反，通过两侧等离子处理的 PHPS 层进行粘合会导致较大的界面空隙，如图 2 所示。 2 （A）。 XPS 分析表明，等离子体处理将 PHPS 表面转化为硬质 (hbox {SiO}_{2})。 然而，由于旋涂PHPS层不具有光滑平坦的表面，转换后的(hbox {SiO}_{2})表面不能完全补偿表面粗糙度，导致粘合质量较低。
通过 PHPS 缝合键合晶圆的红外图像。 (a) 通过对两个 PHPS 层进行等离子体处理的两侧 PHPS 层进行键合，(b) 通过对一个 PHPS 层进行等离子体处理的两侧 PHPS 层进行键合，(c) 通过未经等离子体处理的两侧 PHPS 层进行键合，(d)经由等离子体处理的一侧PHPS层接合，以及(e)未经等离子体处理经由一侧PHPS层接合。
通过刀片插入试验获得的粘合强度测量结果如图 2 所示。 3。 对于通过两侧 PHPS 层进行的粘合，当 PHPS 层均经过等离子体处理或未进行等离子体处理时，粘合强度较低，粘合强度为 0.64 J/m(^2) 和 0.30 J/m分别为(^2)。 在 PHPS 层两侧都经过等离子体处理的情况下，两个表面都转化为具有表面粗糙度的 (hbox {SiO}_{2})。 因此，会导致粘合力弱和粘合强度低，这与红外观察的结果一致。 在不进行等离子体处理的情况下，粘合界面处的水供给不足会阻碍PHPS层的转化，导致粘合强度低。
相反，当仅 PHPS 层的一侧经过等离子体处理时，粘合强度显着提高，达到 5.54 J/m(^2)。 在这种情况下，粘合界面的特征在于粘合性PHPS层与亲水性PHPS层接触。 具有吸附水的亲水层有利于未处理的PHPS层转化为(hbox {SiO}_{2})。 结果，获得了强粘合力和高粘合强度。
在通过单面PHPS层进行键合的情况下，当在没有等离子体亲水处理的情况下进行晶圆键合时，所得键合强度为1.07 J/m(^2)。 相比之下，等离子处理粘合的粘合强度显着提高，达到 6.02 J/m(^2)。 与使用两侧 PHPS 层的粘合一致，等离子体处理将吸附水引入 PHPS 层，从而促进其在室温下转化为机械稳定的 (hbox {SiO}_{2}) 界面。
室温下通过 PHPS 层键合晶圆的键合强度 (gamma )。
数字 4(a)显示了两侧使用PHPS层接合且一侧经过等离子体处理的Si晶片的接合界面的截面扫描电子显微镜(SEM)图像。 在低倍图像中，粘合界面显得均匀且没有空隙。 在更高的放大倍数下，可以看到粘合界面由 PHPS 层组成，每个层的厚度为 0.4 (upmu )m，总厚度为 0.8 (upmu )m。 对于通过等离子处理的单面 PHPS 层进行的粘合，如图 1 所示。 4(b)，均匀且无空隙的粘合界面也清晰可见，PHPS层的厚度为0.4 (upmu )m，与使用双面PHPS层粘合时观察到的厚度一致。
(a) 一侧经等离子体处理的两侧 PHPS 层和 (b) 经等离子体处理的一侧 PHPS 层的键合界面的横截面 SEM 观察。
对键合界面进行能量色散 X 射线光谱 (EDX) 分析，结果如图 2 所示。 5。 对于通过双面 PHPS 层与一侧等离子体的键合，在 PHPS 层的界面处检测到 O 和 N 的存在，而 Si 信号与体 Si 区域相比相对较低。 这可以归因于转换后的 PHPS 层中硅原子的密度较低。 此外，O 强度似乎在 PHPS 层上均匀分布，而 N 强度在 PHPS 层左侧相对较弱，但在右侧与 O 一样强。
N 强度的这种分布归因于两个 PHPS 层的不同处理。 具体来说，图 1 中左侧的 PHPS 层。 5(a) 是用等离子体处理的，而右侧则没有。 左侧的主导 O 信号与等离子体处理的 PHPS 转换一致，而右侧的强 N 信号表明该区域的 PHPS 层部分转换为 (hbox {SiO}_{2} ）。
单 PHPS 层粘合界面上的 EDX 线轮廓如图 2 所示。 5（二）。 在 PHPS 层区域，Si 强度较低，而在键合界面处检测到 O 和 N 的存在。 与使用两侧 PHPS 层的粘合相比，如图 1 所示。 5(a)，PHPS 层的成分似乎在粘合界面上分布更均匀，并且 N 强度更接近背景水平。 这表明 PHPS 层到 (hbox {SiO}_{2}) 的转换比通过两侧 PHPS 层的粘合更均匀。 鉴于键合界面处的单个 PHPS 层位于亲水性 Si 表面之间，吸附的水从两侧扩散到 PHPS 层中。 因此，PHPS 到 (hbox {SiO}_{2}) 的转换比通过两侧 PHPS 层的粘合更加均匀。
此外，EDX 中的 N 信号部分归因于 PHPS 转换产生的 (hbox {NH}_{3}) 的副产品。 鉴于 N 通常分布在整个 PHPS 层中，这表明 (hbox {NH}_{3}) 和 (hbox {H}_{2}) 副产品扩散到 PHPS 层中。 由于转换为 (hbox {SiO}_{2}) 的 PHPS 具有非晶结构，(hbox {NH}_{3}) 和 (hbox {H}_{2} ) 的扩散预计与 (hbox {H}_{2}hbox {O}) 类似。
通过 (a) 一侧进行等离子处理的两侧 PHPS 层和 (b) 进行等离子处理的单侧 PHPS 层穿过粘合界面的 EDX 线轮廓。
为了研究键合界面处的 PHPS 转化，对使用两侧 PHPS 层和单侧 PHPS 层的键合的脱粘表面进行了 XPS 分析，无论是否经过等离子处理。 O 和 N 的原子比是根据每种条件的 O1s 和 N1s 峰计算的，如图 1 所示。 6。
对于未经等离子处理通过两侧 PHPS 层进行键合，N 比率为 0.88，表明 PHPS 分子中的 N 因硅片上水的自然吸附而被 O 轻微取代32。 然而，当两侧PHPS层之一用等离子体处理时，N比率下降至0.50，表明等离子体处理中吸附的水取代了键合界面处的N。
另一方面，具有单面 PHPS 层的脱粘表面在未经等离子体处理的情况下也表现出 0.75 的高 N 比。 与通过两侧 PHPS 层进行键合类似，等离子体处理将通过单侧 PHPS 层进行键合的 N 比率降低至 0.30。 如横截面 EDX 分析所示，单个 PHPS 层夹在亲水性 Si 表面之间。 由于粘合界面处存在相对大量的水，单面 PHPS 层的转化进一步进行，因为 PHPS 的量是通过两侧 PHPS 层粘合的一半。 因此，与通过双面 PHPS 层的键合相比，N 被 O 的取代进行得更大。
经过等离子体处理和未经等离子体处理的通过两侧和一侧 PHPS 层进行键合的脱粘晶圆表面上 O 和 N 的原子比。
1705153786
2024-01-13 13:33:25
#通过将聚硅氮烷转化为 #hbox #SiO_2 #进行室温晶圆键合
