相对湿度对紫外激活石英晶圆键合界面化学与键合强度的影响

《Scientific Reports》：Enhanced UV-assisted quartz wafer bonding: unveiling the critical role of humidity gradient in surface hydroxylation and interfacial strength

　　

摘要

相对湿度（RH）是影响紫外光（UV）激活石英晶体晶圆键合可靠性的一个关键但常被忽视的变量。本研究考察了紫外激活过程中相对湿度对羟基和水的表面化学以及界面强度的影响。在受控相对湿度（15%–90%）条件下，对石英晶体晶圆进行185/254 nm复合紫外辐照，发现羟基和水的表面光谱响应呈非单调的湿度依赖性，且在相对湿度45%时响应最大。平均拉伸强度从相对湿度15%时的2.64 MPa增至45%时的最大值9.88 MPa，随后随湿度继续升高而下降，至90%时降至2.01 MPa。这种下降与过量吸附水阻碍界面紧密接触及后续硅醇缩合反应有关。截面透射电子显微镜（TEM）和能量色散X射线光谱（EDS）对相对湿度30%、45%、60%和75%下形成的局部界面进行了对比，揭示了界面衬度及Si/O信号分布的差异。这些发现为常压紫外辅助石英晶体晶圆键合确定了一个实用的湿度控制窗口，以提高其可重复性和键合强度，支持其在石英晶体谐振器晶圆级封装领域的发展。