ANALYSIS OF THE EFFECT OF HYDROXYL GROUPS IN SILICON DIRECT BONDING USING FT-IR

규소 기판 접합에 있어서 FT-IR을 이용한 수산화기의 영향에 관한 해석

Silicon direct bonding technology is very attractive for both silicon-on-insulator devices and sensor fabrication because of its thermal stress free structure and stability. The process of SDB includes hydration of silicon wafer and heat treatment in a wet oxidation furnace. After hydration process, hydroxyl groups of silicon wafer were analyzed by using Fourier transformation-infrared spectroscopy. In case of hydrophilic treatment using a ($H_{2}O_{2}\;:\;H_{2}SO_{4}$) solution, hydroxyl groups are observed in a broad band around the 3474 $cm^{-1}$ region. However, hydroxyl groups do not appear in case of diluted HF solution. The bonded wafer was etched by using tetramethylammonium hydroxide etchant. The surface of the self etch-stopped silicon dioxide is completely flat, so that it can be used as sensor applications such as pressure, flow and acceleration, etc..

Silicon direct bonding 기술은 잔류 응력이 없고, 안정한 특성을 가진 센서의 제작과 silicon-on-insulator 소자의 제조에 널리 이용되고 있다. SDB의 공정 절차는 크게 실리콘 웨이퍼의 수산화 공정 과정과 wet oxidation fumace에서 고온의 열처리 공정 과정을 거치게 된다. 수산화 공정을 행한 후, Fourier transformation-infrared spectroscopy를 사용하여 실리콘 웨이퍼 표면을 분석하여 보면, 실리콘 웨이퍼의 표면에서는 수산화기가 생성됨을 알 수 있다. 실험 결과, $H_{2}O_{2}\;:\; H_{2}SO_{4}$ 용액을 사용한 친수성 용액 처리의 경우에 있어서는 수산화기가 3474 $cm^{-1}$ 주위의 넓은 영역에서 관찰되었다. 그러나, diluted HF 용액의 경우에 있어서는 수산화기가 관찰되지 않았다. 접합된 실리콘웨이퍼를 tetramethylammonium hydroxide 식각 용액을 사용하여 식각 공정을 수행하였다. 식각 공정은 자동 식각 중지가 수행되었으며, 식각된 표면은 평탄하고 균일하였다. 그러므로, 이러한 SDB 기술은 우수한 특성을 가진 압력, 유속, 가속도 센서 등과 같은 센서의 제작 및 센서 응용 분야에 이용될 수 있을 것이다.