Waferbonden

Das Waferbonden ist ein Verfahrensschritt in der Halbleitertechnologie und Mikrosystemtechnik bei dem zwei Wafer oder Scheiben (Silizium, Quarz, Glas,...) miteinander verbunden werden. In der Mikrosystemtechnik wird Waferbonden genutzt, um die für die Sensoren nötigen Kavitäten herzustellen, so z. B. die Referenzdruckkammer bei einem absoluten Drucksensor oder die Unterdruckkammer einiger Drehratensensoren.

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Waferbondverfahren

Verfahren ohne Zwischenschichten

Direktes Bonden

Das Silizium-Direktbonden (SFB) wurde erstmals 1986 von J. B. Lasky ^[1] vorgestellt.

Bei diesem Verfahren werden hydrophile und hydrophobe Oberflächen bei hohen Temperaturen in Kontakt gebracht. Dabei wird ein Wafer in der Mitte gegen den anderen Wafer gepresst, es entsteht der erste Kontaktpunkt. Die Grundlage der mechanischen Verbindung stellen Wasserstoffbrücken und van-der-Waal-Wechselwirkungen im Bereich der Kontaktzone. Die übrige Fläche wird dabei erst noch mittels Abstandhaltern voneinander getrennt. Anschließend werden die Abstandshalter entfernt und die Silizium-Verbindungsstelle breitet sich vom Zentrum aus. Übliche Prozesstemperaturen liegen im Bereich zwischen 1000 °C und 1200 °C. Der Druck, mit dem die Wafer aufeinandergedrückt werden, beträgt ca. 18 MPa.

Anodisches Bonden

Beim anodischen Bonden wird Glas mit erhöhter Na+- Ionenkonzentration genutzt. Dieses Glas wird mit dem Siliziumwafer in Kontakt gebracht und eine Spannung so angelegt, dass die negative Polung am Glas anliegt. Dadurch und durch erhöhte Temperatur diffundieren die Na+-Inonen zur Elektrode. Aufgrund dessen bildet sich eine Raumladungszone an der Grenzfläche aus, was zu einem hohen Feld führt und damit zur Bildung von Si-O-Si Bindungen. Die Bondfront verhält sich nun wie beim SFB, nur langsamer.

Verfahren mit Zwischenschichten

Eutektisches Bonden

Das Prinzip beruht hier auf Verbindungsbildung durch eine eutektische Legierung wie zum Beispiel Si-Au oder Ge-Al.

Glas-Frit- Bonden

Verbindungsbildung durch Aufschmelzen von Glasloten/Glas-Fritten)

Adhäsives Bonden

Verbindungsbildung durch Kleber als Zwischenschicht

Vergleichstabelle Waferbonden

Quellen und Fußnoten

1. ↑ J. B. Lasky: Waferbonding for silicon on insulator technologies. In Appl. Phys. Lett. Vol. 48, No. 1, S. 78-80, (1986). doi:10.1063/1.96768
2. ↑ http://www.imsas.uni-bremen.de/education/isys1/IS_I_WS06-07_T10_Bonden.pdf

Literatur

• Jean-Pierre Colinge: Silicon-On-Insulator Technology: materials to VLSI. 3. Auflage, Springer, Berlin 2005, ISBN 1402077734 Google-Books