根据硅片在室温下预键合时硅片表面的亲水情况，硅-硅直接键合技术分为两种:亲水键合和疏水键合。亲水键合是一种常用的硅-硅直接键合技术，也是发展最早，它是要求硅片在室温下预键合时硅片表面的亲水，吸附大量的OH根增强预键合时的硅片之间的相互作用力，所以亲水键合工艺简单、容易，并且成品率高。但是由于亲水的硅片表面有一层本征氧化层，键合界面的本征氧化层存在着不稳定性[10~12]，引起界面电荷成为一个缺陷中心[13~17]。所以，亲水键合硅片可能会影响器件的电学参数，增加器件的串联电阻等缺点，严重影响了亲水键合片在大功率器件方面的应用。
功率器件的电流从键合界面流过，要求键合界面象外延界面那样没有本征氧化层作为中间夹层，是完全意义上的硅与硅的连接。所以又发展了硅-硅直接键合技术的另一个分支--疏水键合技术。
疏水键合工艺过程如图1.8所示，主要工艺有活化、HF酸漂洗、键合、减薄和抛光。与亲水键合相比较，疏水键合是把经过活化处理过的硅片，放入到1~2%的稀释的HF酸溶液中浸泡1~2分钟，漂去硅片表面的本征氧化层，使硅片表面完全疏水，其它工艺步骤与亲水键合工艺相同。Q.Y.Tong[18]提出了疏水模型，疏水处理后的硅片表面的悬挂急键主要是H和F。Si-H键显弱极化，有效电荷仅0.1e，Si-F键强极化，因此被H和F终结的疏水表面贴合时形成Si-F…H-Si，它们以H键连接。温度在0~200℃范围内，疏水表面能基本无变化，200℃以上，表面能随温度升高而显著增强。疏水表面同时存在Si-H2和Si-H，而Si-H2不如Si-H稳定。当温度升高后，Si-H2会向Si-H转化。这导致了界面的重排，键能增加，极性增强，而偶极子与偶极子之间的作用力大于偶极子诱导的极化分子之间的作用力，表面能上升。当退火温度达到Si-H熔点时氢从Si-H中释放出来，即
Si-H + Si-H → Si-Si + H2↑ （1.2）
从而使Si-Si键成为可能。同时，在高温下，相邻近的Si原子之间形成共价的Si-Si键。
图1.8 疏水键合的工艺过程
疏水键合硅片中间没有本征氧化层，可以完全代替硅的厚外延技术，是硅-硅直接键合技术发展的一个重要方向。与厚外延工艺和亲水键合工艺相比较，疏水键合技术具有很大的优势，具有二者的优点：
（1）硅层的是原单晶硅片的一部分，在键合和减薄工艺中不会引入新的缺陷，所以缺陷密度小，质量高，少子寿命长；
（2）键合工艺避免了外延工艺过程中杂质的自掺杂效应，并且高温时间短，所以杂质分布比较陡，器件的反向电压高，正向特性好；
（3）键合的界面没有本征氧化层的夹层，导电性能好，正向电阻小，与外延工艺一样实现了硅与硅的结合；
（4）硅层的厚度可以自由控制，从几个µm到几百µm，所以器件的击穿电压可以达到几千伏，而外延工艺不但有严重的自掺杂效应，而且当外延厚度超过80µm后，硅层的质量很难保证，超过200µm后，外延层的表面出现严重的多晶和凸凹不平。
所以疏水键合在制备高压大功率器件衬底有着非常大的优势，是解决高压器件衬底的一个有效途径，也是本论文研究的一个重点。
