PDF《直接键合 结构界面的特性研究 ！》

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, 因此, 即使键合样品与背景 #

9 % 期 劳燕锋等: 直接键合 ./0E1234 结构界面的特性研究 样品的 ! # 与$%&

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厚度不相同, 取测试波长 ( ) ! * 时!项的影响也是比较小的+ 当选定测试波长为 ,-./0 ! * 时, (1) 式中的吸收系数! 是一个固定值, 光吸收 # 与石蜡中间层也即未键合区域空间层的 厚度 $ 成正比;

对于键合好的区域不存在界面空间 层, 因而不会有石蜡存在, 吸收光谱谱线上不出现 ,+./0 ! * 的峰位;

若对晶片表面进行红外吸收光谱 的二维扫描测试, 并截取 ,+ ./0 ! * 吸收强度数据作 出等值线图, 就可描绘出不连续空间层在键合界面 的厚度分布图, 间接反映出键合质量及其均匀性+ 键合界面质量分析 图2为石蜡与 ! # 及$%&

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衬底样品的红外吸 收光谱, 图中实线为 ! # 衬底上涂敷一层薄薄的石 蜡的吸收光谱, 吸收光谱中出现了三个强烈的吸收 峰: ,+,3, ! *, ,+124 ! * 和,+ ./0 ! *, 而在其他波长表 现出均匀吸收+ 但是, 如图所示干净的 ! # 与$%&

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衬底样品不存在吸收峰;

在键合样品的检测中利用 了,+./0! * 吸收峰来表征键合界面的质量+ 图2石蜡与 ! # 及$%&

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衬底样品的红外吸收光谱 在实验上, 将! #5$%&

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键合样品与石蜡一起加 热到石蜡熔化温度, 石蜡将渗透并被填充到由 ! # 与$%&

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表面形成的隙缝即未键合区域中;

至于键合 好的区域由于 ! # 与$%&

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两种材料呈连续过渡, 不 出现界面空间层而不会被石蜡所填充, 因此通过检 测红外吸收光谱上是否出现石蜡的 ,+ ./0 ! * 吸收 峰可判别出未键合区域+图,(%) 是用石蜡处理过的 ! #5$%&

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键合样品的红外吸收光谱, 其中三条谱线 分别对应测试的三个区域, 该样品的键合条件是: 温 度为 .4/

6、 压强约为 .7#%+同时该样品沿着测试区 域被解理开, 并用扫描电子显微镜观察区域 ),

2 和,的横断面, 如图

1 (%) , (8) 和(9) + 由图 , (%) 及图

1 可以得到两个结论, 一是具有红外吸收峰特性的区 域)和2分别存在着约 2/ * 和)/ * 的界面空间 层, 且空间层厚度与吸收强度有着对应关系, 而不出 现红外吸收峰的区域 , 其! #5$%&

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交界面上无空 间过渡层出现, 这与 (1) 式是一致的, 说明在键合过 程中该晶片右侧受到的压强大于左侧, 使得样品右 侧区域界面接触紧密而左侧区域出现隙缝;

二是利 用石蜡作为探测未键合区域的介质, 其灵敏度可到 纳米量级厚度的空间层, 如图 , (%) 中的谱线 2, 该谱 线中的吸收峰 ,+ ./0 ! * 仍能很好地被区分出来+ 因此, 利用石蜡处理过的键合样品的红外吸收光谱上 是否出现 ,+ ./0 ! * 波长吸收峰以及在该波长位置 的吸收强度可以判定 ! #5$%&

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键合界面是否存在 着空间层及其厚度分布, 从而对键合质量进行了 评估+ ! ! 利用红外吸收光谱方法表征 直接键 合质量 图,(8) 是二维扫描测试图 , (%) 经石蜡处理过 的键合样品不同区域的红外吸收光谱, 并抽取各测 试点 ,+./0 ! * 波长吸收强度值作出的等值线图+ 其 中深颜色区域代表吸收较大区域, 虚线以左区域出 现界面空间层, 可以看出从右到左空间层逐渐变厚, 因而键合过程中作用在晶片上的压力分布从右到左 依次减小, 图,(8) 等值线图相当于一张作用在晶片 上的压力分布图, 深颜色区域代表压力较小区域+局 部界面空间层的存在不利于键合器件的制作, 一方 面可能导致该区域上下结构的电绝缘, 无法用于器 件的制备, 同时它的存在改变了微腔器件结构的光 学谐振腔长, 另一方面它会导致键合后样品在剥离 ! # 衬底过程中 ! # 基外延薄膜的脱落, 难于进行后 工艺处理;