Catalysis effect in direct bonding mechanisms

L’utilisation de catalyseurs chimiques a été récemment introduit dans le champ du collage direct hydrophile comme un moyen de renforcer la cohérence mécanique des substrats collés à basse température. L’activité de certains catalyseurs comme la soude ou l’éthanolamine ont été spécifiquement étudiés pour les effets intéressants qu’ils produisent aux interfaces de collage. Le dépôt de certains ions ou molécules permettent de produire des interfaces de collages scellées à basse température, ce qui en fait un procédé prometteur pour remplacer les procédés de préparation de surface existants (comme l’activation de surface par plasma). Cependant, les procédés de dépôt d’éléments catalytiques, les effets des catalyseurs sur les interfaces de collage, l’intérêt de ce nouveau procédé ne sont pas encore totalement compris. Ce travail vise à initier des connaissances sur les mécanismes de catalyse qui permettront aussi de renforcer celles préexistantes sur le collage direct hydrophile. Le procédé de dépôt d’ion par spin-drying sera premièrement étudié, permettant de comprendre finement quelles sont les contributions d’apports d’ions sur la surface (adsorption, couche diffuse et séchage du volume de la solution). Pour cela, nous utilisons des caractérisations de dynamique d’épaisseur de film de solution par interférence monochromatique et de quantification d’ions déposés par TXRF. L’impact de tels procédés de surface sur la propagation de l’onde de collage sera aussi un objet d’étude. Une fois les substrats mis en contact nous caractériserons quel est l’impact de ces chimies catalytiques sur la structure des interfaces de collage avec des mesures d’énergie de collage, microscopie acoustique, réflectivité de rayons-X durs, microscopie électronique a transmission. La composition de ces interfaces sera aussi étudiée par spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol ainsi que par spectroscopie infrarouge. Quatre cas spécifiques sont étudiés : les collages Si-Si, Si-SiO2, SiO2 SiO2 et Si3N4-Si3N4. Ces caractérisations nous permettrons de définir quels sont les réactions qui se produisent entre l’eau interfaciale et la couche exposée à l’interface de collage. Le but est de comprendre quels mécanismes permettent la fermeture de l’interface. Un dernier axe d’étude portera sur les applications qu’un tel procédé pourrait permettre, dans le cadre de collages pour l’intégration 3D, du collage basse température (avec un recuit post-collage à température inférieure à 200°C) ainsi que du transfert de couche de silicium avec la technologie SmartCut™ avec des couches d’oxydes enterrés fines (inférieure ou égale à 20 nm).