2. Waferbonden

2. Waferbonden
des Reinigungsbades um 10 Æ C auf etwa 80 Æ C erhöht. Für die Reinigungen stand eine
Naßbank (wet bench) in einem Reinraum der Klasse 1 (etwa 1 Partikel 0,5 m pro
Kubikfuß 0,028 m ¿ Reinraumluft [32]) zur Verfügung.
In einigen Fällen, hauptsächlich beim Niedertemperatur-Waferbonden, wird an die
Reinigung eine spezielle Oberflächenbehandlung angeschlossen, mit der ein spezifischer
Oberflächenzustand erreicht werden soll, um auf diese Weise einen Einfluß auf die Eigenschaften
des Waferpaares zu nehmen. So werden neben verschiedenen Plasmaaktivierungen,
etwa im Sauerstoffplasma [20], auch naßchemische Modifikationen der Oberflächen wie
im Fall einer Behandlung der Wafer in einer hydrolysierten Lösung aus Tetramethoxysilan
(TMOS) bzw. Tetraethoxysilan (TEOS) [33] oder beim Anlagern von ultradünnen
Polymerfilmen (designed monolayers) bzw. organischen Molekülen an die zu bondenden
Oberflächen [34] durchgeführt, wodurch sich die Bondenergie der Waferpaare schon in einer
Wärmebehandlung bei Temperaturen unter 500 Æ C teilweise deutlich erhöhen läßt. Oder
es werden spezielle Schichten, wie etwa ein Siliziumglas, auf der Waferoberfläche aufgebracht,
welche eine Verbindung verschiedener Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen
physikalischen Eigenschaften, beispielsweise Silizium mit Galiumarsenid, ermöglichen [35].
Nach der Reinigung und spezifischen Oberflächenbehandlung der Siliziumwafer können
diese nun gebondet werden. Dazu werden die beteiligten Wafer in einem Waferbonder,
auch Mikroreinraum genannt [2, 36, 37], entsprechend Abbildung 2.4 so eingebaut, daß
der untere Wafer, mit der zu bondenden Oberfläche nach oben zeigend, am Waferrand auf
mehreren Teflon-Stiften aufliegt, während der obere Wafer, mit der zu bondenden Seite
nach unten zeigend, auf Teflon-Abstandshaltern (Spacer) liegt, die beide Wafer etwa 1 mm
voneinander trennen.
Durch einen auf die Trennungsspalte justierten DI-Wasserstrahl sollen bei geringer Rotation
der Wafer in einem letzten Spülvorgang eventuell erneut auf die Oberfläche gelangte Partikel
weggespült werden. Zusätzlich baut sich auf diese Art und Weise durch Kapillarkräfte ein
Wasserfilm zwischen beiden Wafern auf, der eine weitere Kontamination mit Partikeln verhindern
soll. Nachdem die Spülung beendet ist, wird das endgültige Mikroreinraum-System
durch eine die Wafer abdeckende Haube etabliert. Im folgenden Trocknungsschritt (spindrying)
soll das zwischen und auf den Oberflächen befindliche Wasser durch eine schnelle
Rotation der Wafer unter zusätzlicher Einstrahlung von Infrarot-Licht abgeschleudert und
verdunstet werden. Obgleich sich die Wafer im Infrarot-Licht bis auf etwa 80 Æ C aufheizen
können, findet der eigentliche Bondprozeß bei Raumtemperatur statt.
Wie schon für die Reinigungsprozeduren haben sich auch hier verschiedene Rezepte
der Spülung und Trocknung hinsichlich ihrer Dauer, Rotationsgeschwindigkeit und IR-
Lampenintensität entwickelt. Als Standard wird oftmals eine DI-Wasserspülung von 3 min
und eine Trocknung von 5 min bei etwa 3000 Umdrehungen/min angegeben. Für den Erfolg
eines hydrophilen Bondprozesses ist es entscheidend, die optimale Menge an Wasser auf
der Waferoberfläche zu haben (gewöhnlich wenige Monolagen). Zuviel Wasser kann zu
großflächigen Wassereinschlüssen in der Bondgrenzfläche führen, wodurch die Wafer im
schlechtesten Fall wieder entbonden können.
Nun beginnt der eigentliche Bondprozeß. Noch in der Mikroreinraum-Atmosphäre werden
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