Collage de plaquettes à température ambiante par conversion du polysilazane en $$\hbox {SiO}_{2}$$

Afin d’étudier la conversion PHPS en (hbox {SiO}_{2}) à température ambiante par traitement hydrophile au plasma, les composants chimiques du revêtement PHPS sur les tranches ont été analysés par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). La figure 1 présente les spectres de base XPS de la surface PHPS avant et après (hbox {N}_{2}) traitement au plasma. Lorsque la couche de PHPS est juste recouverte, aucun pic d’oxygène n’est observé, accompagné d’un pic important d’azote. Le pic du silicium à environ 101,3 eV indique du nitrure de silicium^27,28. Ceci est attribué à la composition intrinsèque du PHPS^16,29,30. Cependant, lorsque la couche PHPS est traitée par plasma, une augmentation du pic d’oxygène et une diminution du pic d’azote sont significatives. De plus, le pic du silicium se déplace vers une énergie de liaison plus élevée autour de 103,5 eV, indiquant la présence d’oxyde de silicium.^27,28. Depuis le (hbox {N}_{2}) le plasma lui-même ne contient pas (hbox {H}_{2}hbox {O}) et (hbox {O}_{2}), il est suggéré que l’eau soit adsorbée sur la surface du PHPS après le traitement au plasma. Par la suite, la couche PHPS consomme l’eau adsorbée présente sur sa surface hydrophile pour la réaction de conversion.

Les images IR cousues des tranches liées typiques avec des couches PHPS sont représentées sur la figure 2. Ces images révèlent la présence de vides interfaciaux, qui apparaissent sous la forme de motifs avec des franges d’interférence. Fondamentalement, l’interface de liaison montre une bonne adhésion sans vides interfaciaux importants, à l’exception de la liaison via une couche PHPS des deux côtés avec un traitement plasma des deux côtés (Fig. 2 (un)). En raison de la viscosité élevée du PHPS avant sa conversion en (hbox {SiO}_{2}), une bonne adhérence est obtenue grâce aux couches PHPS. De plus, il est indiqué que des particules de taille submicronique peuvent s’incruster dans les couches molles du PHPS.^17,31.

À l’inverse, la liaison via des couches PHPS traitées au plasma des deux côtés entraîne de grands vides interfaciaux, comme le montre la figure 2 (un). Comme l’indique l’analyse XPS, le traitement au plasma convertit la surface PHPS en surface dure. (hbox {SiO}_{2}). Cependant, comme la couche PHPS déposée par centrifugation ne possède pas de surface lisse et plane, la couche convertie (hbox {SiO}_{2}) la surface ne compense pas complètement les aspérités de la surface, ce qui conduit à une adhérence de moindre qualité.

Images IR cousues des plaquettes collées via PHPS. (un) Collage via les deux couches PHPS latérales avec traitement plasma pour les deux couches PHPS, (b) collage via les deux couches PHPS latérales avec traitement plasma pour une couche PHPS, (c) collage via les deux couches PHPS latérales sans traitement plasma, (d) collage via des couches PHPS une face avec traitement plasma, et (e) collage via des couches PHPS unilatérales sans traitement plasma.

Les résultats des mesures de force de liaison obtenues grâce aux tests d’insertion de lame sont présentés sur la figure 3. Pour la liaison via les deux couches PHPS latérales, la force de liaison est faible lorsque les deux couches PHPS sont soumises à un traitement plasma ou lorsque le traitement plasma n’est pas effectué. donnant des forces d’adhérence de 0,64 J/m(^2) et 0,30 J/m(^2), respectivement. Dans le scénario où les deux faces des couches PHPS subissent un traitement plasma, les deux surfaces sont converties en (hbox {SiO}_{2}) avec des aspérités superficielles. Par conséquent, il en résulte une faible adhérence et une faible force de liaison, ce qui concorde avec les résultats des observations IR. Dans les cas où le traitement au plasma n’est pas effectué, un apport insuffisant d’eau à l’interface de liaison empêche la conversion des couches PHPS, ce qui entraîne une faible force de liaison.

À l’inverse, lorsqu’un seul côté des couches PHPS est traité au plasma, une force de liaison considérablement améliorée de 5,54 J/m(^2) est accompli. Dans ce cas, l’interface de collage présente la couche PHPS adhésive en contact avec la couche PHPS hydrophile. La couche hydrophile avec de l’eau adsorbée facilite la conversion de la couche PHPS non traitée en (hbox {SiO}_{2}). En conséquence, une forte adhérence et une force de liaison élevée sont obtenues.

Dans le cas des liaisons via la couche PHPS simple face, lorsque la liaison des tranches est réalisée sans traitement hydrophile au plasma, la force de liaison résultante mesure 1,07 J/m.(^2). En revanche, le collage avec traitement plasma présente une force de liaison considérablement améliorée de 6,02 J/m.(^2). Conformément à la liaison utilisant les deux couches PHPS latérales, le traitement au plasma introduit de l’eau adsorbée dans la couche PHPS, favorisant ainsi sa conversion en un matériau mécaniquement stable. (hbox {SiO}_{2}) interface à température ambiante.

Une force de liaison (gamma) des tranches liées via des couches PHPS à température ambiante.

La figure 4 (a) montre les images transversales au microscope électronique à balayage (MEB) de l’interface de liaison des tranches de Si liées à l’aide de couches PHPS des deux côtés, un côté étant soumis à un traitement au plasma. Dans l’image à faible grossissement, l’interface de liaison apparaît uniforme et dépourvue de vides. À un grossissement plus élevé, l’interface de liaison est constituée de couches PHPS, chacune d’une épaisseur de 0,4 (upmu)m, ce qui donne une épaisseur totale de 0,8 (upmu)m. Pour la liaison via une couche PHPS simple face avec traitement plasma illustrée à la figure 4 (b), une interface de liaison uniforme et sans vide est également clairement visible, l’épaisseur de la couche PHPS mesurant 0,4. (upmu)m, cohérent avec l’épaisseur observée lors du collage utilisant des couches PHPS double face.

Observation SEM transversale de l’interface de liaison de (un) les deux couches PHPS latérales avec un traitement plasma d’un côté et (b) couche PHPS une face avec traitement plasma.

Une analyse par spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie (EDX) a été réalisée à travers l’interface de liaison et les résultats sont présentés sur la figure 5. Pour la liaison via des couches PHPS double face avec un plasma sur une face, la présence de O et N est détectée au niveau de l’interface de liaison. interface des couches PHPS, tandis que le signal Si est relativement inférieur à celui de la zone Si en vrac. Cela peut être attribué à la plus faible densité d’atomes de Si dans les couches PHPS converties. De plus, l’intensité O semble être uniformément répartie dans les couches PHPS, tandis que l’intensité N est relativement faible sur le côté gauche des couches PHPS mais aussi forte que O sur le côté droit.

Cette distribution de l’intensité N est attribuée au traitement différent des deux couches PHPS. Plus précisément, la couche PHPS du côté gauche de la figure 5 (a) est traitée avec du plasma, alors que le côté droit ne l’est pas. Le signal O dominant sur le côté gauche est cohérent avec la conversion PHPS par traitement plasma, tandis que le signal N fort sur le côté droit suggère que la couche PHPS dans cette région est partiellement convertie en (hbox {SiO}_{2}).

Le profil de ligne EDX à travers l’interface de liaison de la couche PHPS unique est illustré sur la figure 5 (b). Au niveau de la couche PHPS, l’intensité du Si est plus faible, tandis que la présence de O et N est détectée à l’interface de liaison. Par rapport à la liaison utilisant les deux couches PHPS latérales, comme le montre la figure 5 (a), la composition de la couche PHPS semble se répartir plus uniformément sur l’interface de liaison et l’intensité N est plus proche du niveau de fond. Ceci suggère une conversion plus uniforme de la couche PHPS en (hbox {SiO}_{2}) que la liaison via les deux couches PHPS latérales. Étant donné que la couche unique de PHPS à l’interface de liaison est située entre des surfaces de Si hydrophile, l’eau adsorbée se diffuse dans la couche de PHPS des deux côtés. En conséquence, la conversion de PHPS en (hbox {SiO}_{2}) se déroule de manière plus uniforme que la liaison via les couches PHPS des deux côtés.

De plus, le signal N dans EDX peut être en partie attribué aux sous-produits de (hbox {NH}_{3}) résultant de la conversion PHPS. Étant donné que N est généralement réparti dans les couches PHPS, cela suggère la diffusion de (hbox {NH}_{3}) et (hbox {H}_{2}) sous-produits dans la couche PHPS. Comme le PHPS converti en (hbox {SiO}_{2}) a une structure amorphe, à la fois (hbox {NH}_{3}) et (hbox {H}_{2}) devraient se diffuser de la même manière que (hbox {H}_{2}hbox {O}).

Profil de ligne EDX à travers l’interface de liaison via (un) les deux couches PHPS latérales avec un traitement plasma d’un côté et (b) couche PHPS simple face avec traitement plasma.

Pour étudier la conversion PHPS au niveau de l’interface de liaison, une analyse XPS a été réalisée sur la surface décollée pour les liaisons en utilisant les deux couches PHPS latérales et une couche PHPS simple face, avec et sans traitement plasma. Le rapport atomique de O et N a été calculé à partir des pics O1 et N1 pour chaque condition, comme illustré sur la figure 6.

Pour la liaison via les deux couches PHPS latérales sans traitement plasma, le rapport N était de 0,88, ce qui suggère que le N dans les molécules PHPS a été légèrement remplacé par de l’O provenant de l’adsorption naturelle de l’eau sur les tranches de Si.³². Cependant, lorsque l’une des deux couches latérales de PHPS a été traitée avec du plasma, le rapport N a diminué à 0, 50, ce qui indique que l’eau adsorbée provenant du traitement au plasma a remplacé le N à l’interface de liaison.

D’autre part, la surface décollée avec une couche PHPS sur un seul côté présentait également un rapport N élevé de 0, 75 sans traitement plasma. De la même manière que pour la liaison via des couches PHPS des deux côtés, le traitement au plasma a réduit le rapport N à 0,30 pour la liaison via une couche PHPS simple face. Comme l’indique l’analyse EDX transversale, la couche unique de PHPS est prise en sandwich entre les surfaces de Si hydrophile. La conversion de la couche PHPS simple face s’est poursuivie en raison de la quantité d’eau relativement plus grande présente à l’interface de liaison, car la quantité de PHPS était la moitié de celle de la liaison via les deux couches PHPS latérales. Par conséquent, le remplacement de N par O s’est déroulé plus largement que le collage via des couches PHPS double face.

Rapport atomique de O et N sur la surface de la tranche décollée de la liaison via les deux couches PHPS et un côté avec et sans traitement plasma.