2. Waferbonden

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

2. Waferbonden die Wafer eine oberflächenspezifische Reinigungsprozedur durchlaufen haben, werden sie in Kontakt gebracht. Durch Adhäsionskräfte zusammengehalten, ist für eine Trennung des so gebondeten Waferpaares eine Energie von bis zu 0,2 J/m ¾ nötig [16]. In einer nachfolgenden Wärmebehandlung unter definierten Bedingungen kommt es zu einer Umbildung der Bondgrenzfläche, bei der sich kovalente Bindungen ausbilden. Entsprechend der Dauer der Wärmebehandlung und der Höhe der Temperatur werden dabei Bindungsenergien von bis zu 2,5 J/m ¾ erreicht [16]. Die orientierungsabhängige Bindungsenergie des reinen Siliziumkristalls beträgt vergleichsweise etwa 2,5 J/m ¾ (maximal in 100-Richtung) [17]. Schließlich erhält man, abhängig von den ursprünglichen Oberflächeneigenschaften und den Randbedingungen während der Wärmebehandlung, ein Waferpaar mit einer spezifischen Grenzschicht, das auf Grund seiner hohen Bondenergie einer weiteren mechanischen Präparation zugeführt werden kann. Die Verbindung zweier extrem glatter und sauberer Siliziumwafer beruht auf den Adhäsionskräften, hervorgerufen durch atomare Wechselwirkungen der an der Oberfläche befindlichen Spezies sowie den oberflächennahen Atomlagen des Festkörperkristalls. Dabei setzen sich die Adhäsionskräfte, je nach den Eigenschaften der Oberfläche und den Umgebungsbedingungen, zu einem unterschiedlichen Grad aus Van der Waals-Wechselwirkungskräften, elektrostatischen Coulomb-Wechselwirkungskräften und kapillaren Wechselwirkungskräften zusammen [2]. Beim Waferbonden wird im allgemeinen davon ausgegangen, daß die Van der Waals-Wechselwirkung die treibende Kraft ist. Van der Waals-Wechselwirkungen beschreiben die Kräfte, welche von polarisierten bzw. polarisierbaren Atomen oder Molekülen auf ihre nächste Umgebung ausgeübt werden. Der Ursprung dieser Wechselwirkungskräfte liegt in den elektrischen Dipolen der Atome bzw. Moleküle, die je nach ihrer Anordnung anziehend oder abstoßend wirken können. Zwischen folgenden Wechselwirkungen muß dabei unterschieden werden: ¯ Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen zwei polaren Atomen bzw. Molekülen, ¯ Dipol-induzierten Wechselwirkungen zwischen einem polaren und einem nichtpolaren Atom bzw. Molekül und ¯ dispersen Wechselwirkungen zwischen zwei nicht-polaren Atomen bzw. Molekülen. In allen drei Fällen nehmen die Wechselwirkungskräfte Ï mit dem Abstand der beteiligten Partner entsprechend Ö ab. Betrachtet man jedoch die Van der Waals-Wechselwirkungen zwischen zwei Oberflächen, so müssen die Einflüsse der umgebenden Atome bzw. Moleküle mit berücksichtigt werden, wodurch sich die Reichweite der Kräfte wesentlich erhöht. Die Proportionalität zum Abstand beträgt nunmehr Ï » Ö ¿ [2]. Eine spezielle Form der Van der Waals-Wechselwirkung stellt die vergleichsweise starke Wasserstoffbrückenbindung“ dar, bei der ein Wasserstoffatom eines polaren Moleküls mit ” einem elektronegativen Atom eines benachbarten oder desselben Moleküls wechselwirkt. Das wohl bekannteste Beispiel für die Wasserstoffbrückenbindung ist im Wasser selbst realisiert. Infolge des stark negativ polarisierten Sauerstoffatoms erhalten die Wasserstoffatome 4
2.1. Genereller Überblick eine leichte positive Ladung, wodurch sie mit dem Sauerstoffatom eines benachbarten Wassermoleküls in Wechselwirkung treten können. Auf diese Weise kann die Stärke der Van der Waals-Wechselwirkung, etwa durch einen Wasserfilm auf den zu bondenden Siliziumoberflächen, deutlich erhöht werden. Je nach den Spezifikationen der Siliziumoberfläche muß zwischen dem hydrophilen und dem hydrophoben Waferbonden unterschieden werden. Ein handelsüblicher Siliziumwafer beispielsweise hat immer eine natürliche, einige ˚ngström dicke Oxidschicht, da er den atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt ist. An dieser Oxidschicht, welche im wesentlichen aus Siliziumdioxid (SiO ¾ ) besteht, schließen sich Silanol-Gruppen (Si OH) an, die ihrerseits wiederum durch Wasserstoffbrückenbindungskräfte Wassermoleküle aus der Atmosphäre adsorbiert haben, so daß sich ein wenige Monolagen dicker Wasserfilm auf der Oberfläche bildet. Bedingt durch den hohen Anteil an Wassermolekülen auf der Oberfläche verhält sich diese wasseranziehend bzw. hydrophil. Abbildung 2.1 (a) zeigt schematisch den Aufbau einer hydrophilen Siliziumoberfläche. Der Grad der Hydrophilisierung hängt dabei stark von der Luftfeuchtigkeit, der Verunreinigung der Oberfläche, der Temperatur und dem Luftdruck ab. Berechnungen haben ergeben, daß bei einer Bedeckung der Siliziumoberfläche mit 4 - 5 Silanol-Gruppen pro nm ¾ die maximale mögliche Hydrophilizität erreicht ist [18, 19]. chemisorbiertes Wasser Wasserstoffbrückenbindungen O H H H H O H H O O O H H H H H H O H H O O H H Silanol- Gruppen (chemisorbiertes Wasser) OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH natürliche Oxidschicht Siliziumwafer (a) Wasserstoff-abgesättigte Oberfläche H H H H H H H H H H H Siliziumwafer (b) Abbildung 2.1.: Schematische Darstellung einer (a) hydrophilen und einer (b) hydrophoben Siliziumoberfläche [3] Wird die oben beschriebene hydrophile Siliziumoberfläche einer HF-Lösung ausgesetzt, kommt es zur vollständigen Auflösung des natürlichen Oxids. Die verbleibende reine 5
Seite 1: 2. Waferbonden Der Effekt des Anein
Seite 5 und 6: 2.2. Voraussetzungen für das Wafer
Seite 7 und 8: 2.3. Waferbondprozeß Die hier aufg
Seite 9 und 10: 2.3. Waferbondprozeß oberer Wafer
Seite 11 und 12: 2.4. Theoretische Modelle 2.4. Theo
Seite 13 und 14: 2.5. Grenzflächenblasen 3.5 3.5 3.
Seite 15 und 16: 2.6. Anwendungen philen als auch in

2. Waferbonden

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?