7. Технология гёзеля-тонга связывания гидрофильных пластин во влажных условиях (включая возможность использования химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания)

Из предыдущего рассмотрения видно, что для достижения связывания без наличия пор необходимы чрезвычайная чистота поверхностей сращивания и очень малое количество частиц между ними в процессе химической и водной очистки. Более того, нужны строгие требования по чистоте к атмосфере, в которой происходит контактирование поверхностей при сращивании. Однако сообщается [20,21], что даже для контактирующих пластин в условиях чистых комнат первого класса около 70 % пластин уже содержат одну или более пор, обязанных частицам пыли <1 мкм в диаметре. Теоретические расчеты показывают [20,21], что частица диаметром около 1 мкм приводит к несвязываемому пространству диаметром около 0,5 см для стандартной пластины кремния диаметром 100 мм и толщиной 525 мкм.

Для того чтобы избежать наличия частиц между пластинами и удовлетворить строгим требованиям атмосферы чистых комнат было предложено простое устройство [20,21] для достижения сращивания без наличия пор. Пластины в нем устанавливаются горизонтально в тефлоновой рамке полированными сторонами друг к другу. При этом пластины содержатся раздельно с помощью прокладки тефлона, омываются потоком деионизованной воды и затем сушатся с помощью центрифугирования. После этого две поверхности приводятся в контакт посредством передвижения тефлоновой прокладки. Содержание пор в пластинах, связанных таким образом, зависит от скорости потока воды в щели между пластинами и от угловой скорости осушителя. При достаточно высоких скоростях воды и высоких значениях угловой скорости осушителя можно достичь высокой степени связывания без наличия пор, присущей сращиванию в атмосфере чистых комнат. Должны отметить, что при высокотемпературном связывании некоторые из пор сжимаются благодаря образованию вакуума между пластинами. Это приводит к более тесному контакту двух поверхностей, что уменьшает пространство несвязывания. Окисление кремния и германия в полости приводит к истощению по кислороду и созданию вакуума в ее объёме. Некоторые поры могут полностью исчезать. Такая ситуация конечно невозможна в случае образовании пор частицами. При отсутствии частиц на поверхности сращивания могут получаться достаточно качественные структуры, что подтверждается данными электронномикроскопических исследований поперечного сечения структуры КНИ (рис.6). Эти же выводы справедливы и для структур германий на кремнии, изоляторе, арсениде галлия, на кремнии и изоляторе и др.

8. Экспериментальные данные по технологИи газового скалывания получения структур кни c использованием методов термообработки поверхности во влажных условиях

Нами проведены [23] эксперименты по получению структур КНИ с использованием технологии газового скалывания и термообработки поверхности во влажных условиях. Подготовка пластин состояла в их суперфинишной полировке и химической обработке для получения максимально чистой и максимально гладкой поверхности. Имплантацию ионов водорода выполняли на установках с плотностью тока ионов на поверхности пластин около 0,5 мкА/см^-2 и с плотностью 5 мкА/см^-2. Энергия ионов равнялась 40, 150 кэВ. Получены образцы с дозами имплантации: 310¹⁶; 410¹⁶, 510¹⁶; 710¹⁶ , 10¹⁷ см^-2. Перед стыковкой приборные пластины обрабатывали в 40%-ном фториде аммония 2 сек, в деионизованной воде 10 мин и в 100%-ной азотной кислоте 10 мин, после чего - в деионизованной воде. Наряду с этим исследовались также специальные методы химобработок. Расщепление проводили обработкой состыкованных пластин в диффузионной печи при температуре 450 - 600С в течение 10-30 мин в атмосфере азота или кислорода. Приборный слой сплошь отщепился от приборных пластин, в которых имплантированы ионы Н⁺ дозой 310¹⁶ см^-2. При дозах имплантации Н⁺ 510¹⁶ см^-2, 710¹⁶ см^-2, 10¹⁷ см^-2 приборный слой отщепился мелкими островками. Данный эффект объясняется отсутствием сплошной стыковки пластин вследствие появления микрорельефа высотой 40450 нм от вырастающих блистеров. Это обстоятельство вынуждает искать специальные способы стыковки и предварительного сращивания пластин перед расщеплением (термообработка в течение нескольких десятков часов при температурах 120-300С), подбором давления среды, в которой проводится эта операция, более тонким подбором дозы имплантации Н⁺. Структуры, полученные в экспериментах, описанных выше, имели толщины приборного слоя от 0,3 до 0,8 мкм, шероховатость внешней поверхности этого слоя составляла 2030 нм