Temporäres Bonden mittels Polyelektrolyt-Schichten

Für manche Anwendungen bzw. Arbeitsschritte in der Mikrosystemtechnik sind die dort verwendeten Wafer mittlerweile so groß und dünn, dass sie zerbrechen würden. Für diese Fälle setzt man das sogenannte temporäre Waferbonden ein. Dabei werden beispielsweise Siliziumwafer für die Bearbeitung auf einem Handling-Wafer fixiert. Anschließend müssen sie ohne mechanische Beschädigung wieder abgelöst werden können. Am Fraunhofer IST werden Polyelektrolyt-Zwischenschichten eingesetzt, um die Haftung der Wafer zu steuern.

Bonden mit herkömmlichen Klebefilmen

Das wichtigste Anwendungsgebiet des temporären Bondens ist die Mikrosystemtechnik. Vor allem die richtige Wahl des Klebstoffs ist dabei von entscheidender Bedeutung. Sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die thermische und chemische Stabilität des Klebstoffs müssen den für die nachfolgenden Bearbeitungsprozesse geltenden Materialanforderungen genügen.

Für das temporäre Bonden haben sich Zwischenschichten aus Wachsen und thermoplastischen Materialien wie auch aus UV-aktivierbaren Klebefilmen etabliert. Die Schichten werden meistens durch Spin-Coating aufgebracht oder als Laminat aufgewalzt. Durch Temperaturerhöhung oder UV-Bestrahlung kann die Haftkraft gesteuert werden, so dass die Wafer anschließend wieder mechanisch getrennt werden können. Je dünner die Wafer sind, desto anspruchsvoller gestaltet sich der Trennprozess. In der Regel müssen die Wafer dann vor der Weiterverarbeitung aufwändig gereinigt werden.

Bonden mit Polyelektrolyt-Zwischenschichten

Am Fraunhofer IST wurden in Kooperation mit dem Institut für Oberflächentechnik der Technischen Universität Braunschweig (IOT) Beschichtungen mittels Polyelektrolyten entwickelt, die sich für das temporäre Bonden eignen und die zuvor erwähnten Klebschichten und Klebefilme ersetzen. Polyelektrolyte sind Polymere mit positiv oder negativ geladenen ionischen Gruppen. In wässrigen Lösungen adsorbieren sie in der Regel sehr stark an entgegengesetzt geladenen Oberflächen. Auf diese Weise entstehen einlagige Polyelektrolytschichten. Polyelektrolyt-Multilagen (PEM) bilden sich durch aufeinanderfolgende Adsorption von positiv und negativ geladenen Polyelektrolyten. Der Vorteil des Einsatzes von Polyelektrolyten liegt darin, dass diese die Oberflächen nur als Monolage bedecken, somit gleichmäßig aufwachsen und leicht wieder zu entfernen sind.

Trennung mittels Tempern

Temperaturabhängige Untersuchungen zur Bondfestigkeit an Silizium-Wafern mit Polyelektrolyt-Zwischenschichten haben gezeigt, dass die Festigkeit mit zunehmender Temperatur steigt. Beim Überscheiten einer bestimmten Temperatur fällt die Festigkeit jedoch stark ab und bleibt auch nach dem Abkühlen niedrig, so dass die Wafer leicht getrennt werden können. Diese Festigkeit kann durch die Wahl der Temperatur beim Tempern im Bereich von 100 °C bis 250 °C eingestellt werden. So können mit einem ersten Temperschritt Substrat-Wafer auf einem Carrier-Wafer fest gebondet und anschließend bearbeitet werden. Nach einem zweiten Temperschritt lassen sich die Wafer anschließend bei Raumtemperatur leicht voneinander trennen.

Ausblick

Die zukünftigen Arbeiten konzentrieren sich auf die Steuerung des Trennprozesses über verschiedenste Temperaturbereiche durch die Verwendung weiterer Polyelektrolyt-Kombinationen. Diese sollen für unterschiedliche Wafer-Materialien optimiert werden. Darüber hinaus sind weitere grundlegende Unter­suchungen zum Verständnis des Trennprozesses geplant.