Waferbonden
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Das Waferbonden ist ein Verfahrensschritt in der Halbleitertechnologie und Mikrosystemtechnik bei dem zwei Wafer oder Scheiben (Silizium, Quarz, Glas,...) miteinander verbunden werden. Das Waferbonden umfasst dabei Verbindungen wie zum Beispiel:
- Silizium Direktbonden (engl. silicon fusion bonding auch silicon direct bonding)
- Eutektisches Bonden (engl. eutectic bonding)
- Adhäsives Bonden, d. h. Kleben (engl. adhesiv bonding)
- Anodisches Bonden (engl. anodic bonding)
- Glas-Frit-Bonden (engl. glas frit bonding)
Das Waferbonden wird bei der Herstellung von SOI-Wafern eingesetzt. 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.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Silizium-Direktbonden
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 erstnoch mittels Abstandhaltern voneinander getrennt. Anschließend werden die Abstandshalter entfernt und die Silizium-Verbindungsstelle breitet sich vom Zentrum aus. Übliche Prozesstemperaturen liegen im zwischen 1000 °C und 1200 °C. Der Druck mit dem die Wafer aufeinandergedrückt werden beträgt ca. 18 MPa.
[Bearbeiten] Vergleichstabelle Waferbonden
| Methode | Material | Zwischenschichten | Temperatur in °C |
Oberflächenbehandlung | Selektives Bonden erreicht durch |
|---|---|---|---|---|---|
| Anodisches Bonden | Glas-Si Si-Si Si-Metall/Glas |
auf Pyrex gesputtertes Al, W, Ti, Cr | >250 > 300 300 - 500 |
Spannung 50-1000 V | Lithographie, Ätzen, Lift-Off |
| Silizium-Direktbonden | Si-Si SiO2-SiO2 |
700 - 1000 | Standard-Reinigung | Lithographie, Ätzen | |
| Glas-Frit-Bonden | Si-Si SiO2-SiO2 |
Na2O - SiO2 und andere Sol-Gel-Materialien, Bor-Glas | 400-600 > 450 |
Rotationsbeschichtung chemische Gasphasenabscheidung, Dotierung, |
Siebdruck |
| Niedertemperatur Silizium-Direktbonden | Si-Si SiO2-SiO2 |
200-400 | Plasma-Behandlung, Nasse Oberflächenaktivierung (tauchen) | Lithographie, Ätzen, Lift-Off | |
| Eutektisches Bonden | Si-Si |
Au, Al | 379, 580 | Sputtern, Galvanisieren | Lift-Off, Ätzen |
| Schweiß-Bonden | Si-Si |
Au, Pb-Sn | 300 | thermisches Verdampfen, Sputtern | Lift-Off, Ätzen |
| Adhäsives Bonden | Glas-Si Si-Si SiO2-Si2 Si3N4-Si3N4 |
Kleber, Fotolack | 25-200 | Rotationsbeschichtung (spin coating) | Lithographie |
[Bearbeiten] Quellen und Fußnoten
- ↑ J. B. Lasky: Waferbonding for silicon on insulator technologies. In Appl. Phys. Lett. Vol. 48, No. 1, S. 78-80, (1986).[1]
- ↑ http://www.imsas.uni-bremen.de/education/isys1/IS_I_WS06-07_T10_Bonden.pdf
[Bearbeiten] Literatur
- A. R Mirza und A. A. Ayon: Silicon wafer bonding: Key to MEMS high-volume manufactoring. In Sensors, 24, (1998) [2]
- J.-P. Colinge: Silicon-On-Insulator Technology: materials to VLSI. Springer, 3. Auflage (2005), ISBN 1402077734 Google-Books
