低温键合中非晶Ge薄层下的气泡与应力诱导结晶机制

本文主要探讨了基于薄中间非晶态锗(Non-Crystalline Germanium, Ge)层的低温硅晶片键合过程中的气泡演化机理以及应力诱导结晶的关键问题。硅晶片键合技术在微电子机械系统(MEMS)、绝缘体上硅(SOI)和硅基光电设备的制造中起着至关重要的作用。近年来，随着对低温度键合和高强度工艺的需求增加，科研人员特别关注如何实现无气泡、无氧化界面的结晶结构。 传统的高温键合过程中，由于Si与水发生的亲水反应(Si-OH + HO-Si → Si-O-Si + H2O, Si + 2H2O → SiO2 + 2H2)和疏水反应(Si-H + H-Si → Si-Si + H2)，会不可避免地产生氢气(H2)副产品，导致键合后出现气泡。为了降低热处理温度，一种常见的方法是采用等离子体处理，这会提高表面的亲水性，从而实现低温键合。然而，这种方法仍存在挑战，即在保持较低温度的同时，如何有效控制气泡形成并防止硅片表面氧化。 本文的研究着重于解决这一难题。通过在硅片键合过程中引入薄中间非晶Ge层，科学家们可能已经找到了一个潜在的解决方案。非晶Ge层可能会起到缓冲或减缓气泡生成的作用，同时可能通过其独特的力学性质，如相变或微观结构的变化，帮助分散或转移应力，从而避免或减少应力诱导的结晶。这种策略可能有助于在低温条件下实现更稳定的气泡控制和更高质量的键合界面。 文章深入探讨了气泡在非晶Ge层中的扩散行为、气泡-非晶Ge界面的相互作用，以及应力如何在不同阶段影响键合性能。作者可能通过实验和模拟分析，揭示了这些复杂过程的微观机制，这对于优化低温键合工艺和提高硅晶片集成器件的整体性能具有重要意义。 总结来说，这篇研究论文提供了对基于薄中间非晶Ge层的低温硅晶片键合工艺的深入理解，特别是关于气泡控制和应力诱导结晶的关键步骤。这对于推动硅基技术的发展，尤其是在CMOS工艺中的应用，具有很高的学术价值和实践指导意义。