2. Waferbonden

2. Waferbonden
Siliziumoberfläche ist dann, abgesehen von wenigen Siliziumfluorid-Bindungen (Si F), im
wesentlichen mit Wasserstoff abgesättigt (siehe Abb. 2.1 (b)). Eine solche Oberfläche ist
stark wasserabweisend (hydrophob).
Durch geeignete chemische oder thermische Behandlungen ist es möglich, nahezu
jede Oberfläche hydrophil oder hydrophob zu gestalten. Eine einfache Methode zur Unterscheidung
hydrophiler und hydrophober Oberflächen bietet die Kontaktwinkelmessung
eines Wassertropfens. Während der Wassertropfen auf einer hydrophilen Oberfläche einen
sehr kleinen Kontaktwinkel ( 15 Æ ) bildet, ist er auf einer hydrophoben Oberfläche sehr
groß ( 60 Æ ) [20, 21].
Abschließend sei noch erwähnt, daß es neben dem direkten Waferbonden noch andere
Verbindungs- bzw. Kontaktierungstechnologien gibt, wie beispielsweise Kleben, Löten,
eutektisches Bonden, Drahtbonden oder auch anodisches Bonden, welche jedoch bezüglich
ihrer Voraussetzungen an die zu bondenden Materialien weit weniger empfindlich sind
und nicht auf den Adhäsionskräften zwischen den Bondoberflächen selbst beruhen.
Entsprechend den spezifischen technologischen Anforderungen lassen sich so die verschiedensten
Materialien sowohl großflächig als auch im Mikrostrukturbereich verbinden
[22, 23].
2.2. Voraussetzungen für das Waferbonden
Da die Reichweiten der beschriebenen atomaren Wechselwirkungskräfte sehr begrenzt sind,
ist es nötig, die zu bondenden Wafer großflächig so dicht wie möglich in Kontakt zu bringen.
Um dies zu erreichen, dürfen die polierten Oberflächen spezifische Grenzwerte bezüglich
ihrer Durchbiegung, Welligkeit und Mikrorauhigkeit nicht überschreiten.
Untersuchungen zum Bondverhalten von Siliziumwafern haben gezeigt, daß sich die Wafer
während des spontanen Bondprozesses elastisch deformieren und sich dabei bis zu einem
bestimmten Grad (abhängig von der Dicke der zu bondenden Wafer bis zu einigen m)
entsprechend der gegebenen Oberflächenmorphologie anpassen [24]. Bei einer zu großen
Inhomogenität der Oberflächenglätte verbleiben lokal ungebondete Bereiche, sogenannte
Grenzflächenblasen, in der Grenzfläche. In theoretischen Berechnungen konnte eine Relation
zwischen dem Abstand beider Wafer Ö (als Folge der Welligkeit der Oberflächen) und
der daraus resultierenden lateralen Ausdehnung Ð des ungebondeten Bereiches bestimmt
werden [25]. Unter den Voraussetzungen, beide Wafer hätten die gleiche Dicke und für Ð
gelte Ð ¡ , sind die Wafer komplett gebondet, wenn die Ungleichung
Ö
Ð ¾
Õ
¿ ¡ ¼ ¡ ¿
­
(2.1)
erfüllt ist, wobei ¼ ´½ ¾ µ, das Elastizitätsmodul, die Poisson-Zahl und ­ die
Oberflächenenergie ist (siehe dazu Abb. 2.2 (a)). Für den Fall, daß Ð ¡ ist, muß
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