矽晶片直接黏合之應用技術研究

Abstract

高功率元件的領域里，厚磊晶層技術或深接面擴散技術是經常利用到的技術，但此二 種技術都有其缺點，矽晶片直接黏合是可取代並克服此二種技術缺點的可靠技術。矽 晶片直接黏合的關鍵技術：親水性表面處理和最適化的二階段熱處理業已經我們發展 完成。但由於，H SO ╱H O 溶液是強氧化酸溶液，當晶片在此種溶液中作親水性表 面處理時，會同時行成一層自然氧化層在晶片表面。在Si╱Si黏合的應用，例如：取 代厚磊晶層技術或者取代深層擴散技術時，存在黏合介面的自然氧化層對於介面電性 會有不良影。因此，我們在作完晶片親水性表面處理後，更進一步地將晶片處理於稀 釋的氫氟酸中，其結果顯示，此進一步處理，能有效除去自然氧化層並保持親水性表 面，也因此仍能夠提無空隙Si╱Si黏合介面。我們應用此一最新的SDB 技術，製造了 N╱P和N＋P介面mesa二極體, 其中我們利用非等向性蝕刻方式, 隔離每一個mesa二極 體元件島。 對N╱P二極體而言, 其電性確實反應黏合接面特性, 在0.2∼0.3V 電壓範圍, 其理想 係數n 為2.4∼2.8, 在相同電壓範圍, 比較Stefan的結果為3.8∼4.1, 我們明顯地降 低了理想係數N 。而且, 大於520 V 的崩憒電壓, 也顯示比一最新SDB 製程的有效性 。 對N＋╱P二極體而言, 在0.2∼0.6V 電壓範圍, 其理想係數n 為1.1∼1.3, 如此低的 n 值乃歸因於自動摻雜（auto-doping ）現象, 將junction接面雜開黏合接面趨入到 矽本體里, 因此電性不受黏合接面的影響。所以，為了得到優良的I-V 特性, 將jun- ction 接面趨入無缺陷的本體矽裡而避開黏合接面, 是一可靠技術。 本研究已發表:Ching-Fa Yeh, Shyang-Hwang Leu, Jui-I Tsai, “The Advanced l- mprovement of PN Mesa Junction Diode Prepared by Silicon-Wafers Direct Bo- ilding”,INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON VLSI TECHNOLOGY, SYSTEMS, AND APPLICA- TIONS,p 136, May 22-24, 1991, Taipei, Taiwan, R.O.C.