Language
Country/Area
No result found
Keajaiban mikroskopis tanpa interposer: Bagaimana ikatan langsung dapat mencapai peleburan wafer yang sempurna?
Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan, penerapan teknologi ikatan langsung silikon secara bertahap menarik perhatian di bidang manufaktur semikonduktor. Ikatan langsung, yang juga dikenal sebagai ikatan fusi, menggambarkan proses ikatan wafer yang tidak memerlukan interposer apa pun. Proses ini didasarkan pada ikatan kimia antara permukaan material, yang menghasilkan ikatan yang sangat efisien. Kunci dari proses ini adalah kebersihan, kerataan, dan kehalusan permukaan wafer, karena apa pun yang tidak memenuhi persyaratan dapat membentuk cacat selama proses ikatan, sehingga memengaruhi kualitas produk.
“Hanya setelah pembersihan yang cukup, permukaan wafer dapat mencapai hasil ikatan yang ideal.”
Langkah-langkah ikatan wafer langsung dapat dibagi menjadi praperlakuan wafer, prapengikatan suhu ruangan, dan anil suhu tinggi. Meskipun teknologi ikatan langsung mencakup hampir semua material, silikon masih merupakan material aplikasi yang paling matang hingga saat ini. Oleh karena itu, proses ini sering disebut ikatan langsung silikon atau ikatan fusi silikon. Banyak aplikasi, termasuk pembuatan wafer silikon pada isolator (SOI), sensor, dan aktuator, bergantung pada teknologi ini.
Latar belakang teknis
Ikatan langsung silikon didasarkan pada interaksi antarmolekul, termasuk gaya van der Waals, ikatan hidrogen, dan ikatan kovalen yang kuat. Proses ikatan langsung awal memerlukan operasi suhu tinggi, tetapi dengan diversifikasi bahan aplikasi, ada kebutuhan yang semakin meningkat untuk pemrosesan suhu rendah. Para peneliti bekerja sama untuk mencapai ikatan langsung yang stabil di bawah 450 °C, yang tidak hanya akan memenuhi kebutuhan proses manufaktur, tetapi juga menghindari masalah yang disebabkan oleh perbedaan koefisien ekspansi termal antara berbagai bahan.
“Mengurangi suhu yang dibutuhkan selama proses dapat meningkatkan kompatibilitas material secara signifikan dan memfasilitasi pengembangan lebih banyak aplikasi.”
Tinjauan Historis
Pada awal tahun 1734, Desaguliers menemukan efek adhesi permukaan halus dan menekankan pengaruh kehalusan permukaan terhadap gesekan. Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, laporan awal tentang ikatan silikon langsung muncul pada tahun 1986, dan teknologi ini mulai muncul di industri.
Ikatan langsung tradisional
Proses ikatan langsung sebagian besar berfokus pada pemrosesan bahan silikon, yang dapat dibagi menjadi ikatan hidrofilik dan hidrofobik menurut struktur kimia permukaan. Sudut kontak permukaan hidrofilik kurang dari 5°, sedangkan permukaan hidrofobik lebih besar dari 90°. Karakteristik ini membuat bahan silikon lebih fleksibel dan mudah beradaptasi dalam berbagai aplikasi.
Pengikatan wafer silikon hidrofilik
Praproses wafer
Sebelum pengikatan, permukaan wafer harus dijaga kebersihannya untuk mencegah kotoran memengaruhi efek pengikatan. Metode pembersihan utama meliputi pembersihan kering (seperti perawatan plasma atau pembersihan UV/ozon) dan prosedur pembersihan kimia basah. Prosedur pembersihan standar yang banyak digunakan adalah metode pembersihan SC RCA.
Pra-pengikatan suhu normal
Setelah perawatan permukaan wafer selesai dan memenuhi standar, wafer disejajarkan dan pengikatan dapat dimulai. Molekul air dalam fase gas memulai reaksi kimia saat kontak, membentuk Silanol (Si-OH) dan berpolimerisasi, selanjutnya membentuk struktur dengan kekuatan ikatan yang cukup.
Annealing suhu tinggi
Saat proses annealing berlangsung, kekuatan ikatan akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Dengan menyediakan cukup panas, lebih banyak Silanol yang dapat bereaksi, membentuk ikatan Si-O-Si yang stabil.
Pengikatan wafer silikon hidrofobik
Praproses wafer
Pembuatan permukaan hidrofobik memerlukan penghilangan lapisan film, yang dicapai dengan perlakuan plasma atau larutan etsa yang mengandung fluor. Yang terpenting, rehidrofilisasi harus dicegah agar tidak terjadi guna mempertahankan sifat hidrofobik.
Annealing suhu tinggi
Dalam lingkungan suhu tinggi, saat hidrogen dan fluor terlepas, ikatan kovalen Si-Si mulai muncul di dalam kristal silikon. Proses ini dapat diselesaikan pada suhu 700 °C, yang pada akhirnya mencapai kekuatan ikatan yang sama dengan badan silikon.
Arah penelitian ikatan langsung suhu rendah
Seiring dengan terus meningkatnya permintaan untuk pemrosesan suhu rendah, para peneliti mengeksplorasi berbagai metode untuk mengurangi suhu annealing yang diperlukan. Kesulitan dalam proses ini terutama terletak pada penghilangan air dan dampaknya pada ikatan silikon-oksigen yang terbentuk. Para peneliti tengah mengerjakan berbagai teknologi perawatan permukaan termasuk aktivasi plasma dan pemolesan mekanis kimia, yang berupaya untuk mencapai efek ikatan yang ideal dalam kondisi suhu rendah.
"Teknologi ini telah menunjukkan potensi penerapannya yang luas dalam fabrikasi struktur mikro multi-wafer seperti pompa mikro, katup mikro, dan akselerator."
Di masa mendatang, pengembangan lebih lanjut teknologi ikatan langsung dapat mengubah lanskap manufaktur semikonduktor. Dengan pemahaman mendalam tentang ilmu material dan pengenalan teknologi baru, kejutan apa yang akan dihadirkan teknologi ini bagi kita?
