C) Контраст изображения рентгено-дифракционного исследования

той же структуры после высокотемпературного отжига.

При незначительном нарушении плоскостности, вызываемом волнистостью поверхности исходных пластин возникает взаимная упругая деформация пластин в паре, то есть пластины подстраиваются друг под друга. Рентгено-дифракционные исследования этапов ТПС показали, что контраст изображений, полученных после первого этапа сращивания (приведение пластин в контакт при комнатной температуре) не отличается от контраста, полученного на этих же структурах после высокотемпературного отжига (рис.9). Этот факт свидетельствует о том, что деформация возникает, в основном, уже при комнатной температуре.

Именно взаимной деформацией пластин можно объяснить факт успешного сращивания стандартных полированных кремниевых пластин толщиной ~ 0,5 мм и диаметром 76–100 мм, неплоскостность которых в свободном состоянии больше 5 мкм. В общем случае, если вводятся в контакт пластины разной толщины, площадь сцепления определяется толщиной более тонкой пластины, легче подвергающейся деформации.

Однако подобной деформацией можно пренебречь лишь при изготовлении методом твердофазного прямого сращивания SOI-структур (silicon on insulater). При формировании р-п переходов деформационный потенциал отрицательно влияет на электрофизические параметры интерфейса. В этих случаях необходимо уделять плоскостности пластин повышенное внимание.

Гладкость поверхности пластин, или иначе, микро-шероховатость, – микропараметр, принципиально важный при проведении процедуры сращивания. Для оценки качества поверхности используют обычно средне-квадратичную величину микро-шероховатости. Если микро-шероховатость превышает некую критическую величину, сращивание становится невозможным. На практике сцепление кремниевых пластин при приведении их в контакт происходит спонтанно, если их средне-квадратичная микро-шероховатость менее 0,5 нм. Для стандартных кремниевые пластин после финишной химико-механической полировки эта величина составляет единицы ангстрем, что делает их по этому параметру вполне пригодными для процедуры сращивания.

Дефекты тпс и контроль качества интерфейса

Основным дефектом при ТПС является появление несплошностей (“пузырей”) на границе раздела. Поэтому подавление “пузырей”, на границе раздела является главной проблемой в технологии прямого сращивания. Обычно пузыри возникают из-за попадания частиц пыли, локальных поверхностных загрязнений, недостаточной плоскостности пластин. Практика показывает, что размеры несросшихся областей во много раз превышают размеры самого дефекта или случайно попавшей на поверхность частицы. Так, например, при сращивании при комнатной температуре кремниевых пластин диаметром 100 мм и толщиной 525 мкм изначальное присутствие на границе раздела пылинки размером 1мкм приводит к образованию пузыря диаметром ~0.5см. При попадания воздуха между соединяемыми пластинами также возникают пузыри, так как в этом случае контактная волна при соединении пластин при комнатной температуре начинается от двух или более источников одновременно.

Пузыри, возникшие при комнатной температуре, как правило, не исчезают после высокотемпературного отжига. Поэтому надо сразу исключить возможность их появления, необходимо использовать для сращивания максимально плоские пластины, проводить отмывку непосредственно перед процедурой соединения, осуществлять все операции в обеспыленной среде. Попадание воздуха может быть исключено осуществлением процесса сращивания в вакууме. В ФТИ разработана оригинальная методика соединения пластин перед сращиванием непосредственно в обеспыленной воде.

Для обеспечения при сращивании минимального уровня дефектов и высокой однородности интерфейса осуществляют контроль качества интерфейса на различных этапах сращивания. Для этих целей широко применяется уже упомянутое рентгено-дифракционное исследование. Достаточно информативным методом контроля сплошности сращивания является широко используемая инфракрасная фотометрия, проводимая методом лазерного сканирования в режиме строчной развертки. Присутствие на интерфейсе пузырей сопровождается появлением концентрических интерференционных колец.