亲水键合的工艺过程

亲水键合工艺虽然不断改进，并且应用到不同的领域，但亲水键合工艺的基本过程是类同的，一般分为三步^[2]：

（1）将两片表面平整洁净的抛光硅片（氧化或未氧化）先经含OH^-的溶液浸泡处理，使硅片的表面吸附足够的OH根离子；

（2）在室温下将硅片的抛光面贴合在一起，使两硅片在室温下依靠短程的分子间作用力（如H键）吸合在一起，由于这时硅片之间的作用力很弱，界面间有许多微小的没有键合上的区域；

（3）将贴合好的硅片在O₂或N₂环境下经过数小时的高温退火处理，使界面发生物理化学反应，键合强度急剧增强，界面间没有键合上的区域消失或被填充，增加键合强度而形成整体，键合完成。

在高温退火过程中，键合界面发生了物理化学反应，在键合界面形成强度很大的Si-O键。Si-O键主要来源：（1）两个硅片表面的Si-OH分子之间的聚合反应生成的Si-O键^[7]，即：

Si-OH+HO-Si → Si-O-Si+H₂O （1.1）

和（2）高温下氧化层的分子距离接近而形成的Si-O键。当退火温度高于800℃，键合界面的水向SiO₂中扩散显著，而且随着温度升高扩散量成指数增大。键合界面的空洞和间隙处的水分子可在高温下扩散进入四周的SiO₂中，从而产生局部真空，这样硅片会发生塑性变形使空洞消除。同时，高温下SiO₂粘度降低，而发生粘滞流动，从而消除了微间隙。温度超过1000℃时，邻近原子间相互反应产生Si-O共价键，使键合完成，如图1.5所示。

（a）键合前（b）室温键合（c）高温退火

图1.5 亲水键合过程示意图