Prozesstechniken am Beispiel Wafer Bumping | Einführung in die Mikroelektronik – Teil 8
In Teil sieben unserer Reihe Einführung in die Mikroelektronik hat FMD-Experte Dr. Michael Töpper bereits über das Thema Wafer Bumping gesprochen. Der achte Teil der Videoreihe legt den Fokus speziell auf dieses Verfahren und erklärt drei Grundprozesse, die beim Wafer Bumping eine wichtige Rolle spielen.
Für das Wafer Bumping sind vor allem die drei Grundprozesse (1) Sputtern (deutsch »Kathodenzerstäubung«), (2) Lithografie sowie (3) Galvanisieren relevant. Der erste Schritt beim Sputtern ist in der Regel das Entfernen der Aluminiumoxidschicht oder einer anderen vorhandenen Oxidschicht bei anderen Metallisierungen, denn diese verhindert elektrisches Leiten. Während des Sputterns werden energiereiche Teilchen auf ein Target geschossen, das aus Metall besteht. In der Folge lösen sich Metallatome, die sich dann auf dem Wafer niederschlagen. So können durch das Sputtern nach und nach sehr dünne Metallschichten abgeschieden werden. Das Sputtern erfolgt immer im Vakuum, da sich sonst eine neue Oxidschicht auf dem Wafer bilden würde. Da dieser Prozess durch das Abschießen energiereicher Teilchen auf ein Target erfolgt, wird das Verfahren auch als physikalisches Abscheiden (Physical Vapour Deposition (PVD)) bezeichnet. Anschließend werden durch das Lithografie-Verfahren (siehe auch Teil 5, ASML) geometrische Muster mithilfe von Strahlung von einer Fotomaske auf einen lichtempfindlichen Fotolack auf dem Substrat übertragen. Heute wird dazu vor allem das Step-and-Repeat-Verfahren angewendet, bei dem nicht mehr die ganze Waferfläche belichtet wird, sondern nur noch ein Reticle (deutsch »Fotomaske«).
Während der Galvanisierung wird die Oberfläche des Wafers so vorbehandelt, dass sie leitfähig wird. Dazu wird der Wafer entweder vertikal (Rack Plater) oder horizontal (Fountain Plater) in eine Elektrolyt-Mischung getaucht, sodass sich die gelösten Metallkationen reduzieren und auf der Waferoberfläche abscheiden können. Diese Elektrolytlösungen sind hochkomplexe Mischungen aus verschiedenen Salzen und Additiven und erfordern große Sorgfalt bei der Kontrolle der Zusammensetzung.
Zu den anderen Teilen der Videoreihe
Teil 1: Einführung in die Thematik
Teil 2: Was ist die Mikroelektronik?
Teil 3: Warum ist das Silizium für die Mikroelektronik so wichtig?
Teil 4: Wie wird aus Halbleiterbauelementen ein mikroelektronisches System?
Teil 5: Was sind Halbleiterfirmen?
Teil 8: Prozesstechniken: Beispiel Wafer Bumping
Teil 9: Mikroelektronik ein weites Thema: Von Sensoren bis Quantencomputer
Exkurs: Schematischer Aufbau eines Lotkontakts
Die Lotkugeln sitzen auf dem Siliziumwafer bzw. Chip (siehe galvanische Abscheidung von Zinn-Silber). Zwischen diesen Lotkugeln und dem Aluminium-Bondpad liegt eine sogenannte Diffusionsbarriere, die verhindert, dass das Lot in das Aluminium-Bondpad diffundiert. Dabei handelt es sich um eine spezielle Metallisierung. Das Aluminium-Bondpad wiederum fungiert als Kontakt zum Chip (ohmscher Kontakt). Wichtig ist: Die verschiedenen Schichten müssen gut aneinanderhaften – man spricht von Adhäsion. Häufig handelt es sich bei dieser Adhäsionsschicht um eine sogenannte Under Bump Metallurgie (UMB) – die Metallisierung befindet sich also unterhalb der Lotkugel und basiert meistens auf Titan oder titanhaltigen Legierungen.
