Collage de silicium et d'oxyde de silicium : mécanismes mis en jeu

par Caroline Rauer

Thèse de doctorat en Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie

Sous la direction de François Rieutord et de Hubert Moriceau.

Le président du jury était Jean-Charles Joud.

Le jury était composé de François Rieutord, Hubert Moriceau, Gilles Patriarche.

Les rapporteurs étaient Alain Bosseboeuf, Etienne Barthel.


  • Résumé

    Le collage direct consiste en la mise en contact de deux surfaces suffisamment lisses et propres pour qu'une adhésion puisse se créer sans ajout de matière à l'interface. Ce procédé réalisable à l'échelle industrielle trouve son intérêt dans l'empilement de structures ou de matériaux pour la microélectronique ou les microtechnologies. Il s'avère alors important de maîtriser ce procédé et cela passe notamment par la compréhension des mécanismes physico-chimique se produisant lors du collage. Le but de ce travail de thèse est donc l'étude des mécanismes mis en jeu dans le collage hydrophobe de silicium et le collage hydrophile d'oxydes de silicium déposés.Dans cette étude, des procédés de collage direct hydrophobe de plaques de silicium (100) reconstruit ont été développés, ainsi que des collages de surfaces hydrophiles d'oxyde de silicium déposés préparées par des activations plasma azote ou oxygène ou par un procédé de polissage mécano-chimique. Le comportement de toutes ces structures a été étudié à plusieurs stades du procédé, en particulier lors des traitements thermiques de consolidation de l'interface de collage. Pour ce faire, différentes techniques de caractérisation ont été mises en oeuvre comme la mesure d'énergie de collage, l'observation de la défectivité par microscopie acoustique, la spectroscopie infrarouge et la réflectivité des rayons X. Cela a ainsi permis de suivre la fermeture de l'interface de collage en température d'un point de vue chimique et mécanique et des mécanismes de collage ont alors pu être proposés pour toutes les structures étudiées. Des recommandations ont également pu être faites pour l'obtention de collages d'oxydes de silicium déposés efficaces et de qualité.

  • Titre traduit

    Direct bonding of silicon and silicon oxides : mechanisms involved


  • Résumé

    Direct wafer bonding refers to a process by which two mirror-polished wafers are put into contact and held together at room temperature by adhesive force, without any additional material. This technology feasible at an industrial scale generates wide interest for the realization of stacked structures for microelectronics or microtechnologies. In this context, a precise understanding of bonding mechanisms is necessary. Consequently, the aim of this work is to study the bonding mechanisms for hydrophobic silicon reconstructed surfaces and hydrophilic deposited silicon oxides surfacesIn this study, bonding of hydrophobic silicon reconstructed surfaces and bonding of hydrophilic deposited silicon oxides prepared either by plasma activation or chemical-mechanical polishing were analyzed, as a function of post-bonding annealing temperature. For this, several characterization techniques have been used: bonding energy measurement, acoustic microscopy in order to observe defectivity, infrared spectroscopy and X-Ray reflectivity. Thus the bonding interface closure has been analyzed from a chemical and mechanical point of view and bonding mechanisms have been proposed for the studied bonded structures. Finally the study of deposited silicon oxide bonding prepared either by plasma activation or by chemical-mechanical polishing has lead to some recommendations for efficient and high quality deposited silicon oxides bonding.


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