Химическое сращивание (сплавление, fusion) кремниевых пластин.

На рис. 3.2 показаны схема процесса химического соединения кремниевых пластин и их микрофотография после сплавления.

(а) (б) (в)

Рис. 3.2. Схема процесса химического сплавления кремниевых пластин (а) (Hot plate – горячая плита; Silicon wafers – кремниевые пластины), схема формирования соединения при гидрофильном активировании поверхностей (б).

В этом процессе чистые и гладкие (шероховатость меньше 5 нм) поверхности кремниевых пластин, гидрофильно или гидрофобно активированные, соединяются за счет ван-дер-ваальсовских или водородных связей при сравнительно низкой температуре (порядка 200-400 ^оС). Затем пластины подвергаются высокотемпературной термообработке (отжигу) при температуре порядка 1000 ^оС с образованием связей Si-О-Si (в случае гидрофильно активированных поверхностей) или Si–Si (в случае гидрофобно активированных поверхностей). На рис. 6 схематически показано гидрофильное и гидрофобное активирование поверхности кремния с последующим образованием химических Si-О-Si и Si–Si связей соответственно.

(а) (б)

Рис. 3.3. Схемы образования Si-О- Si (а) и Si – Si (б) связей при химическом соединении гидрофильно и гидрофобно активированных поверхностей кремниевых пластин соответственно.

Гидрофильное активирование кремниевых пластин, осуществляемое при очистке их поверхности стандартным методом RCA, приводит к образованию Si-ОН групп, которые способны образовывать прочные межмолекулярные (водородные) связи между собой и сохранять связанными молекулы воды даже после тщательной сушки пластин, а в процессе высокотемпературного отжига образовывать химические ионно-ковалентные Si-О-Si связи. При гидрофобном активировании кремниевой пластины она обрабатывается плавиковой (фтористоводородной) кислотой HF, что сопровождается образованием Si–Н-Н и Si–Н-F групп, образующих между собой слабые межмолекулярные (ван-дер-ваальсовские) связи и прочные химические связи Si – Si только при высокотемпературном отжиге.