Bei der 3D-Integration und heterogenen Integration von Chips spielt das direkte Wafer-Wafer-Bonding eine zentrale Rolle. Zwei Wafer werden dabei ohne Klebstoff oder Zwischenschicht flächig miteinander verbunden, indem sich eine sogenannte Bondwelle von einem Initiationspunkt aus über die gesamte Waferfläche ausbreitet. Wie schnell und gleichmäßig sich diese Welle bewegt, entscheidet maßgeblich über die Qualität der Bondverbindung und die Ausbeute im Produktionsprozess.

Ein Forscher von imec hat nun ein mathematisches Modell veröffentlicht, das die Physik hinter dieser Bondfront-Bewegung bei flexiblen Substraten unter Einfluss einer Schmierschicht (Lubrikation) beschreibt. Das Modell erklärt insbesondere, warum die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Bondwelle im Verlauf des Prozesses zunimmt – ein Effekt, der bislang empirisch beobachtet, aber nicht vollständig theoretisch hergeleitet war. Die Arbeit verknüpft dabei mechanische Eigenschaften der Substrate, etwa deren Biegesteifigkeit, mit den hydrodynamischen Effekten der dünnen Flüssigkeitsschicht zwischen den Waferoberflächen.

Bedeutung für die Fertigungspraxis

Ein besseres Verständnis der Bondwellen-Dynamik ermöglicht es, Prozessparameter wie Anpressdruck, Oberflächenbeschaffenheit und Umgebungsbedingungen gezielter zu optimieren. Da Fehler während der Bondfront-Ausbreitung – etwa eingeschlossene Luft- oder Flüssigkeitsblasen – direkt zu Void-Bildung und damit zu Ausbeuteverlusten führen können, liefert das Modell eine quantitative Grundlage, um solche Defekte vorhersehbarer zu vermeiden. Dies ist besonders relevant für fortgeschrittene Packaging-Verfahren, bei denen präzises Wafer-Bonding zunehmend zum limitierenden Faktor für Durchsatz und Zuverlässigkeit wird.