2. Waferbonden

2.3. Waferbondprozeß
Die hier aufgeführten, für ein erfolgreiches Waferbonden notwendigen Bedingungen
lassen sich am besten in einer Reinraumumgebung erreichen. So ist es nicht verwunderlich,
daß heutzutage nahezu die gesamte industrielle Waferbondtechnologie in Reinräumen zu
finden ist.
2.3. Waferbondprozeß
In nahezu allen Varianten des Waferbondens wird vor dem eigentlichen Bondprozeß eine
Reinigung, in speziellen Fällen gefolgt von einer zusätzlichen chemischen oder physikalischen
Aktivierung bzw. Passivierung der Oberfläche, durchgeführt. So haben sich im
Laufe der letzten Jahre, je nach den Anforderungen, entsprechende ”
Reinigungsrezepte“
etabliert.
Am weitesten verbreitet ist wohl die naßchemische RCA-Reinigung [30]. Diese aus zwei
Teilschritten bestehende Reinigung wird heute in den meisten Silizium-Waferbondprozessen
als Standard-Reinigungsmethode angesehen. In einer auf etwa 80 Æ C erhitzten Lösung aus
NH OH, H ¾ O ¾ und H ¾ O in einem Verhältnis von 1 : 1 : 5 RCA 1 genannt werden
die zu bondenden Wafer für etwa 10 min gereinigt. Auf diese Weise werden organische
Verunreinigungen von der Oberfläche gelöst. Die zweite Lösung RCA 2 genannt aus
HCl, H ¾ O ¾ und H ¾ O im Verhältnis 1 : 1 : 6 bestehend, bewirkt nach etwa 5 bis 10 min
bei 70 Æ C eine Reduzierung der Metall- und Alkali-Verunreinigungen. Gleichzeitig bilden
sich auf der Siliziumoberfläche eine Vielzahl von Si OH-Gruppen, was zu einer starken
Hydrophilisierung führt [30]. Vor, zwischen und nach den Reinigungsschritten werden
die Wafer in entgastem und deionisiertem Wasser (DI-Wasser, Leitwert etwa 18 MÅ¡cm,
TOC 10 ppb, Teilchenfilter 0,5 m) mehrmals gespült. Die so gereinigten Wafer können
nun hydrophil gebondet werden. Zu beachten ist jedoch, daß der Bondprozeß möglichst
schnell im Anschluß an die Reinigung durchgeführt werden muß, da sofort eine erneute
Kontamination der in einem DI-Wasserbad oder einer Reinraum-Waferbox lagernden
Wafer einsetzt. Dabei wird die Neuverunreinigung durch die aktivierte Oberfläche sogar
noch begünstigt. In weiterführenden Untersuchungen konnte die durch organische Oberflächenkontaminationen
hervorgerufene Bildung von Grenzflächenblasen in den gebondeten
Waferpaaren durch eine nachträgliche Behandlung der hydrophilen Wafer in einer etwa
1 %-igen kochenden H IO -Lösung (oder HIO ¡2H ¾ O-Lösung) reduziert werden [31].
Werden die hydrophilen Wafer kurzzeitig in ein Bad mit einer etwa 1 bis 5 %-igen
wässrigen HF-Lösung (HF-Dip) gegeben, kann das natürliche Oxid von der Oberfläche
abgeätzt werden. Als Resultat verbleibt eine extrem hydrophobe, mit Wasserstoffatomen
abgesättigte reine Siliziumoberfläche. Auch hier sollte der Bondprozeß möglichst schnell
nach der Reinigung erfolgen, da speziell bei hydrophoben Oberflächen sofort eine relativ
starke Neukontamination mit organischen Komponenten aus der Umgebungsatmosphäre
einsetzt, die, wie bereits beschrieben, zur Bildung von Grenzflächenblasen sowohl im
mikroskopischen als auch im makroskopischen Bereich in den gebondeten Waferpaaren
führt.
Im Fall der vorliegenden Arbeit wurden die Siliziumwafer in Anlehnung an die oben
beschriebene Prozedur gereinigt. Speziell in der RCA 2-Reinigung wurde die Lösung in
einem Verhältnis der genannten Chemikalien von 1 : 1 : 5 angesetzt und die Temperatur
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