Mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung des Bondens von Silizium, Silizium und Silizium, Glas mit Laserstrahlung

Sari, Fahri; Poprawe, Reinhart

doi:999910053533

Mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung des Bondens von Silizium, Silizium und Silizium, Glas mit Laserstrahlung = Microstructural and mechanical characterization of bonding silicon/silicon and silicon/glass with laser radiation

Sari, Fahri (Author)

2011

VerantwortlichkeitsangabeFahri Sari

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

UmfangVII, 148 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Poprawe, Reinhart (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-05-17

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-37121
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64708/files/3712.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Lasertechnik (418710)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Bonden (Genormte SW) ; Lasertechnologie (Genormte SW) ; Laser (Genormte SW) ; Fügen (Genormte SW) ; Mikrosystemtechnik (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Fügetechnik (frei) ; Waferbonden (frei) ; wafer level packaging WLP (frei) ; bonding (frei) ; joining (frei) ; integration (frei) ; microsystem (frei) ; MEMS packaging (frei) ; solid state (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In dieser Dissertation wird das Bonden von Silizium und Silizium mit Laserstrahlung unter Anwendung einer absorbierenden Zwischenschicht aus Platin und das direkte Bonden von Silizium und Glas mit Laserstrahlung vorgestellt. Selektives Silizidbonden von Silizium und Silizium mit Laserstrahlung: Eine neue selektive Bondmethode unter dem Namen „Silizidbonden“ zum Bonden von Silizium und Silizium mit Laserstrahlung wird vorgestellt. Die erzielten Bondverbindungen basieren auf der Bildung von Platinsiliziden. Die Bondverbindungen werden mit einem cw-Thulium-Faserlaser (Wellenlänge 1940 nm) durchgeführt. Zur Erzielung der Silizidbondungen werden Pt-Beschichtungen der Dicke 35, 45 und 80 nm als absorbierender Zwischenschicht eingesetzt. Die Charakterisierung der Mikrostruktur der Fügegrenzfläche erfolgt mit Hilfe von TEM-Untersuchungen. Zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Grenzfläche und zur Phasenbestimmung werden XRD-Untersuchungen (streifender Einfall GIXRD) durchgeführt. Anhand von Mikro-Chevron-Tests wird die Bruchzähigkeit der Bondverbindungen untersucht. Selektives direktes Bonden von Silizium und Glas mit Laserstrahlung: Die Bondverbindungen werden unter Einsatz einer thermisch geregelten Prozessführung mit einer Nd:YAG-Laserstrahlquelle (Wellenlänge 1064 nm) erzielt. Zur Untersuchung der Mikrostruktur der Fügegrenzfläche und zur Klärung der thermo-chemischen Prozesse bei einem schnellen Bondprozess mit Laserstrahlung, werden TEM, EELS und TOF-SIMS Untersuchungen durchgeführt. Diese Untersuchungen erfolgen vergleichend mit konventionell und auf Wafer Level gebondeten Probenpaaren (T = 400°C, Temperzeit t = 6 h, unter Stickstoff-Atmosphäre). Zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften der Bondungen werden Zugversuche, Mikro-Chevron-Tests, Vier-Punkt-Biege-Versuche und Blister-Tests durchgeführt.

This PhD-Thesis (dissertation) introduces the bonding of silicon and silicon with laser radiation applying an intermediate absorbing layer of platinum as well as the direct bonding of silicon and glass with laser radiation. Selective silicide bonding of silicon and silicon with laser radiation: This section introduces an Innovative selective bonding method called “silicide bonding” for bonding silicon and silicon with laser radiation. The achieved bonding results are based on the formation of platinum silicide. The bond results are generated using a thulium-fiber laser (wavelength 1940 nm). To achieve the silicide bonding results, intermediate absorbing layers of platinum are used (thicknesses of 35, 45 und 80 nm). The characterization of the micro structure of the bonded interface is performed with TEM analyses. To identify the chemical composition and to determine the phases in the bonding interface, x-ray diffraction (XRD) analyses are carried out (grazing incidence GIXRD). The fracture toughness of the silicide bonding is determined by applying micro chevron tests. Selective direct bonding of silicon and glass with laser radiation: A Nd-YAG-Laser (wavelength 1064 nm) with integrated thermal process control is applied to achieve direct bonding results between silicon and glass. TEM, EELS und TOF-SIMS analyses are performed to investigate the micro structure of the bonding interface and to clarify the thermo-chemical processes using a rapid bonding process applying laser radiation. These analyses are also performed in comparison to reference bonding results of conventionally and wafer-level bonded silicon and glass pairs (bonded by T = 400°C for 6 hours under nitrogen atmosphere). To determine the mechanical properties of the bonding results, four tests are conducted: tensile tests, micro chevron tests, four point bending tests and blister tests.

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