DE102007047162B4

DE102007047162B4 - Verfahren zum Herstellen einer Mikrostruktur oder Nanostruktur und mit Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat

Info

Publication number: DE102007047162B4
Application number: DE102007047162A
Authority: DE
Inventors: Hermann Oppermann; Jürgen Wolf; Rafael Jordan; Ralf Schmidt; Dr. Engelmann Gunter
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2027-09-26
Also published as: DE102007047162A1

Abstract

cher Säulen (9) umfassenden Mikrostruktur oder Nanostruktur, bei dem eine Schablone (4), die eine Schar von Durchgangslöchern (5) aufweist, auf einer Seite mit einer die Durchgangslöcher (5) dort verschließenden metallischen Ausgangsschicht (6) versehen wird und bei dem, ausgehend von der dafür als Elektrode dienenden metallischen Ausgangsschicht (6), ein zumindest teilweise die Durchgangslöcher (5) füllendes und so die Säulen (9) bildendes Metall galvanisch abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass – auf eine mit leitenden Strukturen versehene Oberfläche eines Trägers (1) an mindestens einer Kontaktstelle (2) eine metallische Kontaktschicht (3) abgeschieden wird, – eine metallische Barriereschicht (7) auf die auf die Schablone (4) aufgebrachte metallische Ausgangsschicht (6) abgeschieden wird, – ein die Schablone (4), die metallische Ausgangsschicht (6) und die metallische Barriereschicht (7) umfassender Verbund mit dem mit der metallischen Kontaktschicht (3) versehenen Träger (1) durch Verbindung der metallischen Barriereschicht (7) und der...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer eine Schar metallischer Säulen umfassen Mikrostruktur oder Nanostruktur nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein mit einer derartigen Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat.
Mikrostrukturen oder Nanostrukturen dieser Art eignen sich zum Herstellen elektrischer Kontakte in mikroelektronischen Schaltungen. Dafür können z. B. gleichartige Mikrostrukturen oder Nanostrukturen so aneinandergedrückt werden, dass die metallischen Säulen miteinander verhaken. Alternativ kann eine solche Mikrostruktur oder Nanostruktur, die auch als Nanorasen bezeichnet wird, mit einer glatten metallischen Fläche verbunden werden, insbesondere durch Ausüben von Druck bei einer erhöhten Temperatur, so dass sich die metallischen Säulen durch Deformation annähern und mittels Diffusion verbinden. In jedem Fall eignet sich eine Mikrostruktur oder Nanostruktur genannter Art insbesondere dafür, bei der Herstellung eines elektrischen Kontakts Unebenheiten auszugleichen.
Es ist – beispielsweise aus der Veröffentlichung S. Fiedler et al.: Evaluation of metallic nano-lawn structures for application in microelectronic packaging, Electronic Systemintegration Technology Conference, Dresden, 2006, S. 886–891 – bekannt, Mikrostrukturen oder Nanostrukturen mit einer Schar metallischer Säulen in einem gattungsgemäßen Verfahren herzustellen, bei dem eine Schablone, die eine entsprechende Schar von Durchgangslöchern aufweist, auf einer Seite mit einer die Durchgangslöcher dort verschließenden metallischen Ausgangsschicht versehen wird und bei dem, ausgehend von der dafür als Elektrode dienenden metallischen Ausgangsschicht, ein zumindest teilweise die Durchgangslöcher füllendes und so die Säulen bildendes Metall galvanisch abgeschieden wird. Es stellt sich jedoch als außerordentlich schwierig heraus, eine derartig Mikrostruktur oder Nanostruktur auf einem für elektronische oder mikroelektronische Schaltungen geeigneten Substrat herzustellen bzw. mit einem solchen Substrat zu verbinden.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer eine Schar metallischer Säulen umfassenden Mikrostruktur oder Nanostruktur vorzuschlagen, bei dem diese Mikrostruktur oder Nanostruktur mit möglichst geringem Aufwand an einer Oberfläche eines als Schaltungsträger geeigneten Trägers realisiert werden kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes mit einer Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch ein mit einer Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat mit den Merkmalen des Anspruchs 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Eine mit geringem Aufwand realisierbare, stabile und elektrisch leitfähige Verbindung der metallischen Säulen, die einen sogenannten Nanorasen bilden können, mit einem Träger ergibt sich dabei dadurch, dass bei einem gattungsgemäßen Verfahren

– auf eine mit leitenden Strukturen versehene Oberfläche dieses Trägers an mindestens einer Kontaktstelle eine metallische Kontaktschicht abgeschieden wird,
– eine metallische Barriereschicht auf die auf die Schablone aufgebrachte metallische Ausgangsschicht abgeschieden wird,
– ein die Schablone, die metallische Ausgangsschicht und die metallische Barriereschicht umfassender Verbund mit dem mit der metallischen Kontaktschicht versehenen Träger durch Verbindung der metallischen Barriereschicht und der metallischen Kontaktschicht verbunden wird und schließlich
– die Schablone so entfernt wird, dass die Säulen an der mindestens einen Kontaktstelle, bei der es sich z. B. um eine Elektrode handeln kann, mit dem Träger verbunden bleiben.

Dabei kann eine metallische Benetzungsschicht auf die metallische Barriereschicht abgeschieden werden, bevor der dann auch die metallische Benetzungsschicht umfassende Verbund mit dem Träger verbunden wird, indem eine Verbindung zwischen der metallischen Benetzungsschicht und der metallischen Kontaktschicht hergestellt wird. Die genannte Verbindung zwischen der metallischen Barriereschicht und der metallischen Kontaktschicht ist dann also durch die metallische Benetzungsschicht vermittelt.
Bei dem Träger kann es sich dabei um einen beispielsweise auf Silizium-Basis gebildeten Wafer oder ein anderes mit leitenden Strukturen versehenes Halbleitersubstrat aus Silizium oder einem anderen Halbleiter handeln. So kann in einfacher Weise eine große Zahl einander entsprechender mikroelektrischer Schaltungen mit zum Kontaktieren besonders gut geeigneten Mikrostrukturen oder Nanostrukturen hergestellt werden. Die am Ende verbleibende Schar metallischer Säulen kann dabei einen zweidimensionalen Array oder eine ungeordnete zweidimensionale Anordnung bilden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird das die Säulen bildende Metall, bei dem es sich beispielsweise um Gold handeln kann, schon vor dem Verbinden des genannten Verbunds mit dem Träger in den Durchgangslöchern auf die Ausgangsschicht abgeschieden. Das kann in einem Elektrolyt-Bad geschehen, nachdem die Ausgangsschicht durch Sputtern auf die Schablone aufgebracht wurde. In diesem Fall wird der aus der Schablone, und der Ausgangsschicht mit den die Durchgangslöcher zumindest teilweise füllenden metallischen Säulen, der Barriereschicht und ggf. der Benetzungsschicht bestehender folienartiger Verbund mit dem Träger verbunden. Dabei kann das die Säulen bildende Metall vorzugsweise schon vor dem Abscheiden der Barriereschicht auf die Ausgangsschicht abgeschieden worden sein. Alternativ kann das die Säulen bildende Metall aber auch nach dem Abscheiden der Barriereschicht abgeschieden werden oder, falls zusätzlich eine Benetzungsschicht auf die Barriereschicht aufgebracht wird, erst nach dem Abscheiden der Benetzungsschicht.
Eine alternative Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das die Säulen bildende Metall erst nach dem Verbinden des genannten Verbunds mit dem Träger so auf die Ausgangsschicht abgeschieden wird, dass es dann die Durchgangslöcher zumindest teilweise füllt. Auch in diesem Fall können die Säulen z. B. aus Gold gebildet werden, wobei die Ausgangsschicht wieder zuvor durch Sputtern auf die Schablone aufgebracht worden sein kann, beispielsweise ebenfalls durch Aufsputtern von Gold.
Bei vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung kommt ausschließlich im Bereich der mindestens einen Kontaktstelle eine Verbindung des Trägers mit dem die Schablone umfassenden Verbund zustande, damit auch nur dort am Schluss die zum Kontaktieren dienenden metallischen Säulen der Mikrostruktur oder Nanostruktur verbleiben.
Die Kontaktschicht kann durch Aufdampfen oder galvanisch auf der Oberfläche des Trägers und dort auf der Kontaktstelle oder den Kontaktstellen abgeschieden werden. Dabei sollte die Kontaktschicht aus möglichst leitfähigem Material gebildet werden, das sich zum Bonden, insbesondere zum Löten eignet. So kann die Kontaktschicht beispielsweise aus Gold und/oder Zinn gebildet werden, bei besonders bevorzugten Ausführungen der Erfindung zweilagig durch Aufbringen einer ersten Schicht aus Gold und einer zweiten Schicht aus zum Löten geeigneterem Zinn. Die Kontaktschicht kann dabei bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung mit einer Schichtdicke von zwischen 3 μm und 10 μm gebildet werden, um einerseits eine sichere Verbindung mit der Benetzungsschicht zu erlauben und andererseits einen unnötig hohen Materialaufwand und unnötig große Gesamtabmessungen zu vermeiden.
Die Barriereschicht kann in einfacher Weise durch Sputtern auf der Ausgangsschicht abgeschieden werden. Die Barriereschicht soll dazu dienen, ein Lösen des die Säulen bildenden Metalls beim Verbinden der Schablone mit dem Träger zu verhindern. Diese Aufgabe kann die Barriereschicht besonders gut erfüllen, wenn sie eine Schichtdicke von mehr als 50 nm hat. Um einen unnötig hohen Materialaufwand und unnötig große Gesamthöhe einer so entstehenden Struktur zu vermeiden, sollte die Barriereschicht dabei eine Schichtdicke von vorzugsweise nicht mehr als 1,5 μm erhalten. Schließlich sollte für die Barriereschicht ein Material verwendet werden, dass sich bei einem Lötvorgang nicht zu leicht in flüssiges Lot hinein auflöst. Geeignet ist in dieser Hinsicht zum Bilden der Barriereschicht beispielsweise TiW oder Ni. Die Barriereschicht sichert also die Haftung der Mikrostruktur oder Nanostruktur und bildet dabei eine Diffusionsbarriere. Außer in den Fällen, in denen keine Benetzungsschicht vorgesehen ist bzw. Barriereschicht und Benetzungsschicht aus dem gleichen Material bestehen, sollte das flüssige Lot nur mit der Benetzungsschicht Kontakt haben und nicht mit der Barriereschicht.
Die Benetzungsschicht kann wieder durch Sputtern auf der Barriereschicht abgeschieden werden. Auch ist es möglich, nur einen Teil der Benetzungsschicht durch Sputtern auf der Barriereschicht aufzubringen und diesen Teil der Benetzungsschicht dann bspw. galvanisch zu verstärken. In jedem Fall sollte für die Benetzungsschicht ein Material verwendet werden, das sich gut zum Bonden eignet, wie z. B. Gold. Dabei kann die Benetzungsschicht eine Schichtdicke von bspw. zwischen 100 nm und 3,5 μm erhalten. Insbesondere bei Schichtdicke von weniger als 500 nm kann es genügen, die Benetzungsschicht ohne galvanisches Verstärkern herzustellen, also ausschließlich durch Sputtern.
Die Verbindung zwischen der Benetzungsschicht oder der Barriereschicht und der Kontaktschicht kann in vorteilhafter Weise durch Löten hergestellt werden. Dazu kann ein die Kontaktschicht oder einen Teil der Kontaktschicht bildendes Metall, bei dem es sich z. B. um Zinn handeln kann, als Lot verwendet werden. Es ist aber auch möglich, eine zusätzliche Lotschicht auf der Kontaktschicht oder der Barriereschicht bzw. Benetzungsschicht aufzubringen und vorzugsweise auch zu strukturieren. Eine Lötverbindung lässt sich dabei jeweils in einfacher Weise dadurch erreichen, dass die Schablone mit der Benetzungsschicht bei erhöhter Temperatur an die Kontaktschicht auf dem Träger angedrückt wird.
Die für das beschriebene Verfahren beschriebene Schablone kann aus einer Polymerfolie gebildet werden, die zur Herstellung der Durchgangslöcher mit ionisierender Strahlung bestrahlt wird und in die dann die Durchgangslöcher geätzt werden. Dabei kann man sich die Tatsache zunutze machen, dass eine Löslichkeit der Polymerfolie in ätzenden Stoffen davon abhängt, ob ein entsprechender Bereich der Polymerfolie von der ionisierenden Strahlung getroffen worden ist oder nicht.
Das Entfernen der Schablone nach dem Verbinden mit dem Träger kann durch einen chemischen Lösungsprozess erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass dabei außerhalb der mindestens einen Kontaktstelle, an der eine Verbindung zwischen dem genannten Verbund und der Kontaktschicht hergestellt wurde, die metallischen Säulen mit der Barriereschicht und ggf. der Benetzungsschicht weggespült werden. Dabei kann die Barriereschicht und ggf. die Benetzungsschicht an einem Rand der mindestens einen Kontaktstelle durch mechanisch verursachte Kräfte abgerissen werden. Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens werden die mit dem Träger verbundenen Säulen nach dem Entfernen der Schablone an der mindestens einen Kontaktstelle abgedeckt, während die verbleibenden Säulen, die Barriereschicht und ggf. die Benetzungsschicht außerhalb der mindestens einen Kontaktstelle in einem weiteren Verfahrensschritt weggeätzt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung erhalten die die Mikrostruktur oder Nanostruktur bildenden metallischen Säulen einen Durchmesser von zwischen 100 nm und 1 μm und/oder eine Länge von zwischen 200 nm und 4 μm. Damit eignet sich die Mikrostruktur oder Nanostruktur besonders gut für eine Herstellung gut leitender elektrischer Kontakte mit ausgesprochen kleinen Abmessungen. Besonders vorteilhaft sind in dieser Hinsicht metallische Säulen mit einem Durchmesser von zwischen 200 nm und 600 nm. Um einen guten elektrischen Kontakt auch bei unebenen Oberflächen zu gewährleisten, können die metallischen Säulen mit einer Länge von zwischen 200 nm und 4 μm ausgeführt werden. Dabei ist es im Hinblick auf eine möglichst hohe Stabilität der Säulen vorteilhaft, wenn deren Länge das Zweifache bis Fünffache des Durchmessers der Säulen beträgt. Für einen guten elektrischen Kontakt ist es ferner vorteilhaft, wenn eine möglichst große Zahl derartiger metallischer Säulen dicht nebeneinander angeordnet wird. Ein Abstand zwischen benachbarten Säulen beträgt dabei vorzugsweise zwischen dem Einfachen und dem Vierfachen des Durchmessers der Säulen. Auf der Kontaktstelle oder einer der Kontaktstellen können so über 10000 oder auch über 1 Mio. Säulen beschriebener Art angeordnet werden.
Mit der Erfindung wird dementsprechend auch ein vorteilhaftes mit einer Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat vorgeschlagen, das einen durch einen Wafer oder ein anderes Halbleitersubstrat gegebenen Träger mit einer leitenden Struktur auf einer Oberfläche umfasst, wobei die leitende Struktur mindestens eine Kontaktstelle, z. B. in Form eines sogenannten Pads, umfasst und wobei auf der mindestens einen Kontaktstelle eine Lotschicht angeordnet ist, die direkt oder indirekt mit einer über der Lotschicht angeordneten metallischen Barriereschicht verbunden ist, welche die eine Schar metallischer Säulen umfassende Mikrostruktur oder Nanostruktur trägt. Typischerweise ist die Lotschicht dabei über eine zwischen der Lotschicht und der Barriereschicht angeordnete metallische Benetzungsschicht mit der Barriereschicht verbunden. In diesem Fall kann die Barriereschicht aus einem anderen Metall als die Benetzungsschicht gebildet sein. Die Säulen wiederum sind bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung aus einem anderen Metall gefertigt als die Barriereschicht und typischerweise durch eine auf der Barriereschicht aufliegende Ausgangsschicht miteinander verbunden, die als Startschicht bei einer galvanischen Herstellung der Säulen gedient hat.
Das Substrat mit der Mikro- oder Nanostruktur kann in einfacher Weise mit einem Verfahren zuvor beschriebener Art hergestellt werden. Insbesondere kann es zusätzlich eine beliebige Unterkombination aus schon erwähnten oder sich aus den beschriebenen Verfahrensmerkmalen ergebenden gegenständlichen Merkmalen aufweisen. Die Lotschicht kann dabei mit der zuvor genannten Kontaktschicht identifiziert werden. Ein derartiges mit einer Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat eignet sich besonders gut für eine aufwandsarme Herstellung mikroelektronischer Schaltungen, wobei die mit den metallischen Säulen versehenen Kontaktstellen einen besonders sicheren und einfach herstellbaren elektrischen Kontakt des Substrats mit anderen mikroelektronischen Bauteilen erlauben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 bis 5 beschrieben. Es zeigt
1 einen Querschnitt durch einen Wafer und weitere Bestandteile einer entstehenden Struktur bei einem Herstellungsverfahren in einer Ausführung der Erfindung,
2 in entsprechender Darstellung ein späteres Stadium des gleichen Herstellungsverfahrens,
3 ein bei diesem Herstellungsverfahren hergestelltes fertiges mit einer Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat,
4 eine der 1 entsprechende Darstellung eines Herstellungsverfahrens in einer zweiten Ausführung der Erfindung, und
5 in entsprechender Darstellung ein späteres Stadium desselben Herstellungsverfahrens in der zweiten Ausführung der Erfindung.
In 1 ist ein durch einen Silizium-Wafer gegebener Träger 1 zu erkennen, der an einer in 1 oberen Oberfläche eine leitende Struktur aufweist. Zu dieser leitenden Struktur gehört eine in 1 erkennbare Kontaktstelle 2, bei der es sich um ein sogenanntes Kontakt-Pad handelt. Auf diese Kontaktstelle 2 ist eine Kontaktschicht 3 durch Aufdampfen oder galvanisch abgeschieden worden, und zwar beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Auftragen einer ersten Schicht aus Gold mit einer Schichtdicke von etwa 5 μm und ein anschließendes Auftragen einer zweiten Schicht aus Zinn mit einer Schichtdicke von etwa 2 μm. Die Kontaktschicht 3 hat so eine Schichtdicke von insgesamt etwa 7 μm.
Ebenfalls erkennbar ist in 1 eine Schablone 4, bei der es sich um eine Polymerfolie handelt, die eine Schar von Durchgangslöchern 5 eines Durchmessers von etwa 300 nm aufweist. Zur Herstellung dieser Durchgangslöcher 5 wurde die Polymerfolie mit ionisierender Strahlung bestrahlt, worauf die Durchgangslöcher 5 an von der ionisierenden Strahlung getroffenen Stellen in die Polymerfolie geätzt wurden.
An einer in 1 unteren Seite wurde die Schablone 4 mit einer die Durchgangslöcher 5 dort verschließenden metallischen Ausgangsschicht 6 versehen. Diese Ausgangsschicht 6 wurde dabei aus Gold gebildet, das durch Sputtern auf die Schablone 4 aufgetragen wurde. Ausgehend von dieser als Startschicht dienenden Ausgangsschicht 6 wurde dann weiteres Gold galvanisch abgeschieden, so dass die Durchgangslöcher 5 im vorliegenden Ausführungsbeispiel fast vollständig mit dem galvanisch abgeschiedenen Gold gefüllt wurden. Anschließend wurde eine etwa 120 nm bis 200 nm dicke Barriereschicht 7 aus TiW durch Sputtern auf der Ausgangsschicht 6 abgeschieden. Anstelle von TiW kann aber auch ein anderes metallisches Metall, beispielsweise Nickel, verwendet werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wurde eine Benetzungsschicht 8 aus Gold auf der Barriereschicht 7 abgeschieden, indem zunächst ein erster Teil der Benetzungsschicht 8 durch Sputtern aufgetragen und dieser Teil dann galvanisch verstärkt wurde. Die Benetzungsschicht 8 hat hier eine Schichtdicke von etwa 3 μm. Bei einer Abwandlung des Verfahrens wäre es möglich, die Benetzungsschicht 8 ausschließlich durch Sputtern aufzutragen und etwas dünner auszuführen, beispielsweise mit einer Schichtdicke von etwa 150 nm. Die eben beschriebene Reihenfolge abwandelnd kann das die Durchgangslöcher 5 bildende Gold auch erst nach dem Abscheiden der Barriereschicht 7 und vor oder nach dem Abscheiden der Benetzungsschicht 8 galvanisch auf der Ausgangschicht 6 abgeschieden werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in 2 dargestellt ist, wird nun die mit der Barriereschicht 7 und der Benetzungsschicht 8 versehene Schablone 4 – oder genauer ein aus der Schablone 4, der Ausgangsschicht 6, der Barriereschicht 7, der Benetzungsschicht 8 und dem auf der Ausgangsschicht 6 abgeschiedenen Gold bestehender Verbund – mit dem mit der Kontaktschicht 3 versehenen Träger 1 verbunden, indem eine Verbindung zwischen der Benetzungsschicht 8 und der Kontaktschicht 3 hergestellt wird. Dieses Verbinden oder Bonden geschieht dabei durch Löten, wobei das einen Teil der Kontaktschicht 3 bildende Zinn als Lot verwendet wird. Dazu wird die Schablone 4 mit der Benetzungsschicht 8 in einfacher Weise bei erhöhter Temperatur an die Kontaktschicht 3 angedrückt. Eine Verbindung des Trägers 1 mit der Schablone 4 – oder genauer mit der Benetzungsschicht 8 – kommt dabei nur im Bereich der Kontaktstelle 2 und eventuell vorhandener weiterer ähnlich gestalteter und genauso behandelter Pads oder Elektroden zustande.
Schließlich wird die Schablone 4 durch einen chemischen Lösungsprozess so entfernt, dass das in den Durchgangslöchern 5 abgeschiedene Gold in Form von über der Kontaktstelle 2 verbleibenden metallischen Säulen 9 stehen bleibt. Diese metallischen Säulen 9 bilden eine Mikrostruktur oder Nanostruktur, die auch als Nanorasen bezeichnet wird und ein einfaches Kontaktieren der Kontaktstelle 2 mit einem anderen mikroelektronischen Bauteil erlaubt. Die Säulen 9 haben bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa 300 nm und eine Länge von etwa 1,4 μm, wobei ein Abstand zwischen benachbarten Säulen 9 etwa 700 nm beträgt. Auf der Kontaktstelle 2, die eine Kantenlänge von etwa 100 μm hat, verbleiben so ungefähr 10000 der Säulen 9. Diese Säulen 9 sind dabei in ungeordneter Form in zwei Dimensionen verteilt angeordnet.
Bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren ist vorgesehen, dass beim Entfernen der Schablone 4 außerhalb der Kontaktstelle 2 und weiterer ähnlich gestalteter Elektroden die Benetzungsschicht 8, die Barriereschicht 7 und die Ausgangsschicht 6 mit dem darauf abgeschiedenen Gold weggerissen und weggespült werden. Eine Abwandlung des Verfahrens sieht vor, dass die Benetzungsschicht 8, die Barriereschicht 7 und die Ausgangsschicht 6 mit eventuell auch außerhalb der Kontaktstelle 2 verbleibenden Säulen 9 beim Entfernen der Schablone 4 zunächst zurückbleiben. Dann können die an der Kontaktstelle 2 mit dem Träger 1 verbundenen Säulen 9 abgedeckt werden, während die Benetzungsschicht 8, die Barriereschicht 7 und die Ausgangsschicht 6 mit eventuell verbliebenem darauf abgeschiedenem Gold dann außerhalb der Kontaktstelle 2 in einem weiteren Verfahrensschritt weggeätzt werden.
In beschriebener Weise erhält man ein in 3 ausschnittsweise als Querschnitt gezeigtes mit einer auch als Nanorasen bezeichneten Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat, das neben dem den Träger 1 bildenden Silizium-Wafer eine die Kontaktstelle 2 umfassende leitende Struktur aufweist, wobei auf der Kontaktstelle 2 und weiteren ähnlich gestalteten Elektroden eine durch die Kontaktschicht 3 gegebene Lotschicht angeordnet ist, die mit der über der Lotschicht angeordneten metallischen Benetzungsschicht 8 verbunden ist, wobei ferner über der Benetzungsschicht 8 die mit der Benetzungsschicht 8 verbundene Barriereschicht 7 angeordnet ist, welche die aus den metallischen Säulen 9 bestehende Mikrostruktur oder Nanostruktur trägt.
Eine Abwandlung des anhand der 1 bis 3 beschriebenen Verfahrens wird in den 4 und 5 veranschaulicht. Wiederkehrende Merkmale sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr eigens erläutert. Der einzige Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Verfahren ergibt sich dabei dadurch, dass das die Säulen 9 bildende Gold hier erst nach dem Verbinden des Verbundes aus Schablone 4, Ausgangsschicht 6, Barriereschicht 7 und Benetzungsschicht 8 mit dem Träger 1 in den Durchgangslöchern 5 auf die Ausgangsschicht 6 abgeschieden wird. Bei dieser Ausführung der Erfindung wird also nach dem Aufsputtern der Ausgangsschicht 6 auf die auch als Template bezeichnete Schablone 4 zunächst die Barriereschicht 7 und die Benetzungsschicht 8 abgeschieden, wonach ein so gebildeter Verbund mit den von einer Oberseite noch voll zugänglichen Durchgangslöchern 5 in einem in 4 dargestellten Verfahrensschritt auf den mit der Kontaktschicht 2 versehenen Träger 1 aufgelegt und durch Erhitzen und Andrücken mit der Kontaktstelle 2 verlötet wird. Dadurch ergibt sich eine in 5 dargestellte Struktur, bei der die Durchgangslöcher 5 noch immer nicht gefüllt sind. Ein außerhalb der Kontaktstelle 2 verbleibender Spalt zwischen der Benetzungsschicht 8 und dem Träger 1 wird dann abgedichtet, und erst jetzt werden die Durchgangslöcher 5 durch galvanisches Abscheiden von Gold auf der als Startschicht oder Elektrode dienenden Ausgangsschicht 6 gefüllt. Dadurch ergibt sich eine Struktur der schon in 2 gezeigten Art. Alle weiteren Verfahrensschritte und das so erhaltene Substrat entsprechen dann dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer eine Schar metallischer Säulen (9) umfassenden Mikrostruktur oder Nanostruktur, bei dem eine Schablone (4), die eine Schar von Durchgangslöchern (5) aufweist, auf einer Seite mit einer die Durchgangslöcher (5) dort verschließenden metallischen Ausgangsschicht (6) versehen wird und bei dem, ausgehend von der dafür als Elektrode dienenden metallischen Ausgangsschicht (6), ein zumindest teilweise die Durchgangslöcher (5) füllendes und so die Säulen (9) bildendes Metall galvanisch abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass – auf eine mit leitenden Strukturen versehene Oberfläche eines Trägers (1) an mindestens einer Kontaktstelle (2) eine metallische Kontaktschicht (3) abgeschieden wird, – eine metallische Barriereschicht (7) auf die auf die Schablone (4) aufgebrachte metallische Ausgangsschicht (6) abgeschieden wird, – ein die Schablone (4), die metallische Ausgangsschicht (6) und die metallische Barriereschicht (7) umfassender Verbund mit dem mit der metallischen Kontaktschicht (3) versehenen Träger (1) durch Verbindung der metallischen Barriereschicht (7) und der metallischen Kontaktschicht (3) verbunden wird und schließlich – die Schablone (4) so entfernt wird, dass die Säulen (9) an der mindestens einen Kontaktstelle (2) mit dem Träger (1) verbunden bleiben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) ein Wafer oder ein anderes mit leitenden Strukturen versehenes Halbleitersubstrat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Säulen (9) bildende Metall vor dem Verbinden des genannten Verbunds mit dem Träger (1) in den Durchgangslöchern (5) auf die metallische Ausgangsschicht (6) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Säulen (9) bildende Metall vor dem Abscheiden der metallische Barriereschicht (7) auf die metallische Ausgangsschicht (6) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Säulen (9) bildende Metall nach dem Verbinden des genannten Verbunds mit dem Träger (1) in den Durchgangslöchern (5) auf die metallische Ausgangsschicht (6) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung des Trägers (1) mit dem genannten Verbund nur im Bereich der mindestens einen Kontaktstelle (2) zustande kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Kontaktschicht (3) durch Aufdampfen oder galvanisch auf der Oberfläche des Trägers (1) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Kontaktschicht (3) eine Schichtdicke von zwischen 3 μm und 10 μm erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Barriereschicht (7) durch Sputtern auf der metallischen Ausgangsschicht (6) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Barriereschicht (7) eine Schichtdicke von zwischen 50 nm und 1,5 μm erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf die metallische Barriereschicht (7) eine metallische Benetzungsschicht (8) abgeschieden wird und dass der genannte Verbund mit dem Träger (1) verbunden wird, indem eine Verbindung zwischen der metallischen Benetzungsschicht (8) und der metallischen Kontaktschicht (3) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der metallischen Benetzungsschicht (8) durch Sputtern auf der metallischen Barriereschicht (7) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Teil der metallischen Benetzungsschicht (8) galvanisch verstärkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Benetzungsschicht (8) eine Schichtdicke von zwischen 100 nm und 3,5 μm erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem genannten Verbund und der metallischen Kontaktschicht (3) durch Löten hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (4) aus einer Polymerfolie gebildet wird, die mit ionisierender Strahlung bestrahlt wird und in welche dann die Durchgangslöcher (5) geätzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (4) durch einen chemischen Lösungsprozess entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen der Schablone (4) die mit dem Träger (1) verbundenen Säulen (9) an der mindestens einen Kontaktstelle (2) abgedeckt werden, während die verbleibenden Säulen (9) und die metallische Barriereschicht (7) außerhalb der mindestens einen Kontaktstelle (2) weggeätzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Säulen (9) einen Durchmesser von zwischen 100 nm und 1 μm und/oder eine Länge von zwischen 200 nm und 4 μm erhalten.
Mit einer Mikrostruktur oder Nanostruktur versehenes Substrat, umfassend einen durch einen Wafer oder ein anderes Halbleitersubstrat gegebenen Träger (1) mit einer leitenden Struktur auf einer Oberfläche, wobei die leitende Struktur mindestens eine Kontaktstelle (2) umfasst und wobei auf der mindestens einen Kontaktstelle (2) eine Lotschicht (3) angeordnet ist, die direkt oder über eine metallische Benetzungsschicht (8) mit einer über der Lotschicht (3) angeordneten metallischen Barriereschicht (7) verbunden ist, wobei die metallische Barriereschicht (7) mit der aus einer Schar metallischer Säulen (9) bestehenden Mikrostruktur oder Nanostruktur verbunden ist.
Substrat nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Barriereschicht (7) aus einem anderen Metall als die metallische Benetzungsschicht (8) gebildet ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur oder Nanostruktur aus einem vom Metall der metallischen Barriereschicht (7) unterschiedlichen Metall gebildet ist.