2. Waferbonden

2.6. Anwendungen
philen als auch in hydrophoben Waferpaaren neben untergeordneten Mengen an Wasser,
Kohlenwasserstoffverbindungen und Stickstoff hauptsächlich Wasserstoff zu finden ist [45].
Im Fall hydrophil gebondeter Waferpaare entsteht der Wasserstoff durch eine chemische
Reaktion zwischen Wasser und dem Silizium-Basismaterial entsprechend Gleichung (2.3),
wobei das notwendige Wasser auch bei Temperaturen bis zu 700 Æ C als Folge der Reaktion
zweier Silanolgruppen zu einer Siloxangruppe freigesetzt wird (siehe auch 2.4 Theoretische
Modelle). In hydrophob gebondeten Waferpaaren verbleibt bei der Ausbildung kovalenter
Siliziumbindungen zwischen den wasserstoffgesättigten Oberflächen ebenfalls Wasserstoff
Ë À · À Ë µ Ë Ë · À ¾ (2.5)
2.6. Anwendungen
Prinzipiell lassen sich nach dem beschriebenen Modell nahezu alle Materialien in verschiedenen
Kombinationen atomar verbinden. In der Realität ist das Waferbonden gegenwärtig
jedoch nur für ausgewählte Stoffe und in den meisten Fällen auch nur für Verbindungen
von Materialien gleichen Typs möglich. Schwierigkeiten liegen dabei vor allem in der
Herstellung extrem reiner und glatter Oberflächen. Zudem ist der Temperaturbereich für
eine Wärmebehandlung durch die teilweise stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
der verschiedenen Materialien oftmals eingeschränkt. Daher überrascht es nicht, daß,
abgesehen von einzelnen Ausnahmen, die Waferbond-Technologie hauptsächlich in der auf
Siliziumbasis arbeitenden Halbleiterelektronik und Mikrosystemtechnik eingesetzt wird
[2,3,4].
Generell läßt sich das Waferbonden überall dort einsetzten, wo eine atomare Verbindung
zweier Oberflächen ohne den Nachteil einer an der Grenzfläche verbleibenden
Kleberschicht erwünscht ist, wie eben beispielsweise in der Mikrosystemtechnik. Auch
lassen sich Klebeverbindungen oftmals nicht beliebig aufheizen. Hinzu kommt der Vorteil,
Hohlraumstrukturen in den gebondeten Waferpaaren auf atomarer Ebene vakuumdicht
einschließen zu können, was beispielsweise für die Produktion von Druck- und Beschleunigungssensoren
von besonderem Interesse ist. Im Zuge der nutzungsspezifischen Gestaltung
der Bauelemente in der Mikrosystemtechnik, vorzugsweise durch photolithographische
Prozesse, befinden sich nicht selten einzelne Schichten oder ganze Schichtsysteme, wie
etwa thermisch gewachsene Oxide oder CVD-abgeschiedene Oxide, Nitride und Oxinitride,
auf den zu bondenden Waferoberflächen. Da eine Ablösung dieser Schichten für die
Waferbondtechnologie oftmals mit einem erheblichen Mehraufwand verbunden ist, wurden
verschiedene chemomechanische Polierprozesse (chemomechanical polishing - CMP)
entwickelt bzw. verbessert, so daß auch eine atomare Verbindung derartiger Schichten bzw.
Schichtsysteme möglich wurde [38, 47].
Den derzeit bedeutendsten Anwendungsbereich stellt wohl die Produktion von SOI-Wafern
(silicon on insulator - SOI) dar [46]. Werden oxidierte Siliziumwafer gebondet und wärmebehandelt,
erhält man einen Halbleiterverbund, der durch eine isolierende Oxidschicht
getrennt ist. Nachdem einer der beteiligten Wafer auf wenige m abgedünnt wurde (mittels
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