Permanentes Wafer-zu-Wafer-Bonden

Prinzipielle Prozessabfolge beim Wafer zu Wafer Bonden

Hermetisches Gehäuse für MEMS hergestellt durch Bondung zweier strukturierter Siliziumwafer

Unter permanentem Wafer zu Wafer Bonden versteht man die Ausbildung einer dauerhaften Verbindung zwischen zwei Wafern, die sowohl strukturiert oder auch ganzflächig sein kann. Die zur Verfügung stehenden Anlagen bieten die Möglichkeit, Wafer mittels Kleberschicht sowie anodisch, eutektisch oder durch Thermokompression zu bonden wobei in geeigneten Bondkammern Druck, Temperatur, elektrische Spannung, UV-Licht oder eine Kombination dieser Größen auf die Wafer einwirken.

Die benötigten Bondmaterialien oder Materialpaarungen werden in vorgelagerten Prozessen vor dem eigentlichen Bondprozess auf die Wafer aufgebracht. Hierbei können sowohl Metalle aber auch adhäsive Schichten wie Polymere, Epoxid- oder Acrylharze strukturiert oder ganzflächig aufgetragen werden. Bei Wafern, die es durch Ihre Oberfläche oder Funktionalität nicht erlauben Klebeschichten zunächst ganzflächig aufzutragen und nachfolgend zu strukturieren, besteht die Möglichkeit durch Stempelverfahren Kleber auf Bereiche erhöhter Topografie zu transferieren, so dass tiefer gelegene Bereiche nicht kontaminiert werden.

Um defektfreie, stabile und zuverlässige Bondverbindungen über die gesamte Waferfläche mit ausreichender Justagegenauigkeit zu erhalten, werden Vorbehandlungsschritte wie Partikelentfernung, nasschemische Entfernung von metallischen und organischen Verunreinigungen sowie Oberflächenaktivierungen im Plasma durchgeführt. Zur Sicherstellung einer hohen Bondqualität werden abhängig von der Art des durchgeführten Prozesses sowie der zu fügenden Materialpaarung während des Bondprozesses unterschiedliche atmosphärische Zustände mittels Vakuum, Formiergas, Inertgas und Luft erzeugt. Die Justage der Wafer zueinander erfolgt vor dem eigentlichen Bondprozess indem geeignete Muster auf den Wafervorderseiten oder auf Vorder- und Rückseite mithilfe von Mikroskopen und präzisen Verfahrtischen zueinander ausgerichtet werden. In Abhängigkeit vom gewählten Justageverfahren, der Art der Justagemarken sowie der Waferbeschaffenheit können Justagegenauigkeiten von wenigen Mikrometern erreicht werden.