2. Waferbonden

2.4. Theoretische Modelle
2.4. Theoretische Modelle
Während der letzten Jahre wurden eine Vielzahl von Untersuchungen an gebondeten
Waferpaaren durchgeführt, deren Ergebnisse einen Einblick in den Ablauf und die
Wirkungsweise des Waferbondens gegeben haben. Dabei entstanden entsprechend den
Eigenschaften der Oberfläche verschiedene Modelle, welche die Veränderungen innerhalb
der Bondgrenzfläche im Laufe der Wärmebehandlung beschreiben [40, 41, 42, 43]. Im
Folgenden soll auf die Theorie des hydrophilen Waferbondens genauer eingegangen werden.
Hydrophiles Waferbonden
Wie bereits zu Beginn dieses Kapitels beschrieben, spielen beim Raumtemperatur-
Waferbonden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den einzelnen Wassermolekülen
der auf den Oberflächen angelagerten etwa 3 bis 4 Monolagen Wasser eine wesentliche
Rolle. Abbildung 2.6 (a) zeigt schematisch eine idealisierte Vorstellung der Bondgrenzfläche
eines bei Raumtemperatur gebondeten Siliziumwaferpaares.
Oxid
Siliziumwafer
Wasserstoffbrückenbindungen
OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH
HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2
HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2 HO 2
OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH
Oxid
Siliziumwafer
(a)
Siliziumwafer
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Si-O-Si
Bindungen
Siliziumwafer
(b)
Abbildung 2.6.: Schematische und idealisierte Darstellung der Grenzfläche (a) eines raumtemperaturgebondeten
Siliziumwaferpaares und (b) die Bondgrenzfläche
desselben Waferpaares nach einer Wärmebehandlung bei 1000 Æ C[3]
Unter der Voraussetzung ideal gebondeter Waferpaare hängt die Bondenergie hauptsächlich
von den Brückenbindungen zwischen den Silanol-Gruppen, welche die natürliche Oxidschicht
auf der Waferoberfläche abschließen, und den daran angelagerten Wassermolekülen
ab. Berechnungen haben gezeigt, daß bei einer Oberflächendichte der Silanol-Gruppen von
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