Fraunhofer-Institut für Elektronische NanosystemeDie Verringerung der Prozesstemperaturen während des Fügens ist essentiell für die heterogene Integration von Substraten auf Waferlevel, um einer Schädigung der Substrate infolge der thermischen Beanspruchung infolge hoher Prozesstemperaturen vorzubeugen.
Verfahrensprinzip
Beim reaktiven Bonden wird durch eine selbstausbreitende exotherme Reaktion die erforderliche Energie zur Ausbildung der Fügeverbindung lokal im Interface bereitgestellt. Durch den Verzicht auf ein ganzheitliches Aufheizen kann die globale Substrattemperatur dabei auf weniger als 50°C reduziert werden. Die als Energiequelle eingesetzten integrierten reaktiven Multilagensysteme (iRMS) bestehen aus alternierenden Einzelschichten und werden über Sputterprozesse auf einem der Fügepartner abgeschieden. Beim Fügen werden über einen Zündimpuls die Diffusionsprozesse zwischen den Einzelschichten ausgelöst, wodurch die Edukte unter Freisetzung von thermischer Energie eine Legierung bilden. Die Reaktion breitet sich dabei mit hoher Geschwindigkeit (mehrere Meter pro Sekunde) durch den gesamten Mehrschichtstapel aus und stellt die erforderliche Energie zum Fügen der Substrate in Form von Wärme bereit. Diese Energie schmilzt eine metallische Benetzungsschicht wie Aluminium, Kupfer oder Gold an und erzeugt somit eine stoffschlüssige, je nach iRMS System elektrisch leitfähige, mechanisch feste und hermetische Dichte Verbindung zwischen den Substraten her. Infolge der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Reaktionsfront können mit diesem Verfahren Wafersubstrate innerhalb von Sekundenbruchteilen miteinander gefügt werden.
Für das reaktive Fügen auf Waferlevel steht eine vollständige Reinraum-Präparationslinie einschließlich Charakterisierungsausrüstung für die Bearbeitung von 4" bis 8"Substraten zur Verfügung.