Solid-Liquid-Interdiffusion Bonding für 3D-Integration und Wafer-Level-Packaging

Abstract:
Die Miniaturisierung und die Erhöhung der Funktionalität und Komplexität mikrosystemtechnischer Komponenten erzwingen ein verstärktes Einbeziehen der dritten Dimension sowohl auf Chip- aber auch auf Waferebene. Hier geforderte Packagingtechnologien müssen neben dem mechanischen Verkapseln der Sensor-/Aktoreinheit auch die elektrische Kontaktierung derselben realisieren. Demzufolge müssen leitfähige und damit vorrangig metallische Verbindungen genutzt werden. Das vorgestellte Waferbondverfahren basiert auf einer kurzzeitigen Flüssigphase eines Bondpartners und der darauffolgenden isothermen Erstarrung durch Diffusion und Vermischung mit einem zweiten Bondpartner (Solid-Liquid Interdiffusion - SLID) und entspricht zusätzlich den Anforderungen an Prozesstemperaturen kleiner 400 °C. Neben dem Stand der Wissenschaft werden in dieser Arbeit die Schichtabscheidung, das Bondverfahren und die Charakterisierung der Verbindung beschrieben. Für die experimentellen Untersuchungen wurden 4-Zoll Si-Wafer verwendet und als SLID-Materialpartner Cu und Sn ausgewählt. Diese Bondverbindungen sind auf Chip- und Komponentenlevel bereits ausführlich untersucht und sollen nun auch für Waferbondverfahren eingesetzt werden. Abschließend werden die Möglichkeiten für den Einsatz dieser Technologie bewertet.