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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch
1 zum Herstellen mindestens einer thermoelektrischen Vorrichtung.
Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der
EP 1 118 127 B1 bekannt.
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Das
von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, ein
möglichst einfaches und möglichst kostengünstiges
Verfahren zum Herstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung zu
schaffen.
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Dieses
Problem wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Danach
wird ein Verfahren angegeben, das die Schritte aufweist:
- – Bereitstellen eines ersten Wafers,
der aus einem thermoelektrischen Material eines ersten Leitungstyps
gebildet ist;
- – Bereitstellen eines zweiten Wafers, der aus einem
thermoelektrischen Materials eines zweiten Leitungstyps gebildet
ist;
- – Strukturieren des ersten Wafers, so dass eine Gruppe
erster thermoelektrischer Strukturen entsteht;
- – Strukturieren des zweiten Wafers, so dass eine Gruppe
zweiter thermoelektrischer Strukturen entsteht;
- – Verbinden des ersten mit dem zweiten Wafer derart,
dass die ersten und die zweiten thermoelektrischen Strukturen elektrisch
miteinander verbunden, z. B. in Reihe geschaltet, sind und so die thermoelektrische
Vorrichtung ausbilden, wobei
- – vor dem Strukturieren des ersten Wafers ein erstes
Kontaktmaterial auf dem ersten Wafer und/oder vor dem Strukturieren
des zweiten Wafers ein zweites Kontaktmaterial auf dem zweiten Wafer
abgeschieden wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, bei
der Herstellung einer thermoelektrischen Vorrichtung (d. h. eines
thermoelektrischen Heiz- und/oder Kühlelementes bzw. eines
Thermogenerators) das thermoelektrische Material nicht als Schicht auf
einem Substrat abzuscheiden, sondern in Form eines Wafers bereitzustellen
und diesen Wafer zu strukturieren.
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Ein „Wafer” bezeichnet
hierbei ein als „Bulk” vorliegendes Material,
wobei die Geometrie des Wafers beliebig sein kann, z. B. rechteckig
oder rund. Insbesondere ist ein „Wafer” ein scheibenförmiges Material,
das z. B. Dicken zwischen 100 μm–500 μm aufweist.
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Der
Herstellungsschritt des Abscheidens eines (elektrisch leitfähigen)
Kontaktmaterials (insbesondere in Form einer Schicht), aus dem elektrische Kontakte
zu den jeweiligen ersten und/oder zweiten Strukturen erzeugt werden,
erfolgt auf dem thermoelektrischen Wafer und nicht auf einem (aus
einem nicht thermoelektrischen Material gebildeten) Substrat. Das
Kontaktmaterial weist z. B. Titan, Platin, Bismut, Gold oder Kupfer
auf. Das „Abscheiden” des Kontaktmaterials umfasst
insbesondere das Erzeugen der Kontaktschicht per Galvanik oder mittels
eines PVD-Verfahrens, z. B. Sputtern oder Elektronenstrahlverdampfen.
Das Verbinden (Bonden) eines Substrats, an dem eine Kontaktschicht
erzeugt wurde, mit dem thermoelektrischen Wafer, so dass die Kontaktschicht
in Kontakt mit dem Wafer kommt, zählt nicht dazu.
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Das
erste Kontaktmaterial, das an dem ersten Wafer erzeugt wird, kann
identisch mit dem zweiten Kontaktmaterial sein, das an dem zweiten
Wafer erzeugt wird. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Analog können das erste und das zweite thermoelektrische
Material und/oder die ersten und die zweiten thermoelektrischen
Strukturen identisch sein bzw. identisch ausgebildet sein.
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Ein „thermoelektrisches
Material” ist ein Material, das einen thermoelektrischen
Koeffizienten aufweist, der hoch genug ist, um mit dem Material
ein thermoelektrisches Bauelemente realisieren zu können.
Als thermoelektrisches Material für den ersten und/oder
den zweiten Wafer kommt z. B. ein Material der Hauptgruppen V–VI
oder IV–VI, z. B. Bismuttellurid oder Bleiselenid, aber
auch Silizium-Germanium in Frage.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung wird sowohl an dem ersten als
auch an dem zweiten Wafer ein (erstes bzw. zweites) Kontaktmaterial
abgeschieden. Nach dem Verbinden des ersten mit dem zweiten Wafer
sind die ersten und die zweiten thermoelektrischen Strukturen über
das erste und das zweite Kontaktmaterial elektrisch miteinander
in Reihe geschaltet.
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In
einer anderen Variante der Erfindung wird durch das Strukturieren
des ersten und des zweiten Wafers jeweils eine Mehrzahl von Gruppen
erster Strukturen und einer Mehrzahl von Gruppen zweiter Strukturen
so erzeugt, dass durch das Verbinden des ersten mit dem zweiten
Wafer eine Mehrzahl thermoelektrischer Vorrichtungen ausgebildet
werden. Mit anderen Worten werden die beiden miteinander zu verbindenden
Wafer jeweils so strukturiert, dass eine Vielzahl thermoelektrischer
Vorrichtungen entsteht.
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Das
Herstellen der Mehrzahl der thermoelektrischen Vorrichtungen erfolgt
also durch Prozessieren des Wafers. Das Vereinzeln (Voneinandertrennen)
der thermoelektrischen Vorrichtungen erfolgt erst nach dem Verbinden
des ersten mit dem zweiten Wafer, z. B. durch Sägen oder Ätzen.
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Insbesondere
werden das erste und/oder das zweite Kontaktmaterial derart strukturiert,
dass jeweils eine Mehrzahl erster elektrischer Kontakte für die
herzustellenden ersten Strukturen und/oder eine Mehrzahl zweiter
elektrischer Kontakte für die herzustellenden zweiten Strukturen
entsteht.
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Die
durch Strukturieren des ersten bzw. zweiten Wafers herzustellenden
ersten bzw. zweiten Strukturen können z. B. längserstreckte
Elemente (Schenkel) oder Säulen sein. Entsprechend können die
durch das Strukturieren der ersten bzw. der zweiten Kontaktschicht
erzeugten ersten bzw. zweiten elektrischen Kontakte längliche
oder rechteckige Flächen ausbilden, die mit den ersten
bzw. zweiten thermoelektrischen Strukturen verbunden sind und in elektrischem
Kontakt stehen.
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In
einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird vor dem Abscheiden des Kontaktmaterials eine Diffusionssperrschicht,
z. B. galvanisch, per CVD oder PVD, auf dem ersten und/oder dem
zweiten Wafer erzeugt.
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Darüber
hinaus ist gemäß einer anderen Ausführung
der Erfindung vorgesehen, dass
- – an
zumindest einem der Wafer, d. h. an dem ersten und/oder dem zweiten
thermoelektrischen Wafer, ein erster Träger zur mechanischen
Stabilisierung des Wafers angeordnet wird, wobei
- – der erste Träger an einer Seite des Wafers
angeordnet wird, der der Seite des Wafers abgewandt ist, an der
das Kontaktmaterial angeordnet ist oder angeordnet werden soll;
und/oder
- – ein zweiter Träger zur mechanischen Stabilisierung
des Wafers angeordnet wird, wobei
- – der zweite Träger an einer Seite des Wafers
angeordnet wird, an der das Kontaktmaterial angeordnet ist oder
angeordnet werden soll.
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Der
erste und/oder der zweite Träger können z. B.
durchgehend ausgebildet oder in Form eines Rahmens gestaltet sein.
Das Anordnen des ersten Träger erfolgt insbesondere vor
dem Abscheiden des Kontaktmaterials. Des Weiteren kann der erste
Träger vor dem Strukturieren des Wafers entfernt werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass zwar an jeder Seite des thermoelektrischen
Wafers ein Träger angeordnet sein kann. Dies ist jedoch
nicht zwingend, es kann auch nur ein Träger zur mechanischen Stabilisierung
verwendet werden. Beispielsweise kann nur der zweite Träger
vorgesehen werden, d. h. nur ein Träger, der auf der Seite
des Kontaktmaterials angeordnet wird. Insbesondere wird ein thermoelektrischer
Wafer mit einer Dicke verwendet, die eine sichere Handhabung des
Wafers ermöglicht, beispielsweise eine Dicke von mindestens
500 μm. Nach Anordnen des (zweiten) Trägers wird
der thermoelektrische Wafer auf die für die thermoelektrische
Vorrichtung erforderliche Dicke (z. B. 100 μm) abgedünnt
(z. B. per CMP).
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Des
Weiteren dient der erste bzw. der zweite Träger zur mechanischen
Stabilisierung, er kann jedoch auch weitere Funktionen haben, z.
B. einen elektrischen Kontakt ausbilden.
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In
einer Variante wird an dem ersten Träger vor seinem Anordnen
an dem Wafer ein Lotmaterial erzeugt, wobei das Lotmaterial nach
dem Entfernen des ersten Trägers an dem Wafer verbleibt.
Das Verbinden der beiden Wafer, d. h. des ersten mit dem zweiten
Wafer, umfasst das Verbinden der thermoelektrischen Strukturen des
Wafers (d. h. des ersten oder des zweiten Wafers) mit dem anderen
der beiden Wafer (d. h. mit dem zweiten bzw. dem ersten Wafer) über
das Lotmaterial. Als Lotmaterial kann z. B. eine Legierung aus Eismut-Gold
verwendet werden, insbesondere, wenn die thermoelektrischen Wafer
aus Bismuttellurid bestehen.
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Der
erste und/oder der zweite Träger werden z. B. galvanisch
erzeugt. Dabei wird die Dicke des Trägers so gewählt,
dass eine Stabilisierung des jeweiligen thermoelektrischen Wafers
erzielt wird. Insbesondere ist der zweite Träger eine Kupferschicht mit
einer Dicke zwischen 50 μm und 200 μm.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird auf einer dem ersten Träger
abgewandten Seite des Wafers der zweite Träger angeordnet
und der erste Träger nach dem Anordnen des zweiten Trägers
entfernt.
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In
einem Ausführungsbeispiel ist einer der beiden thermoelektrischen
Wafer ein Si-Ge-Wafer eines ersten Leitungstyps. Der erste Träger
ist ein Siliziumwafer, an dem vor dem Verbinden mit dem Si-Ge-Wafer
eine Lotschicht oder mehrere Materialschichten zum Ausbilden eines
Lotmaterials erzeugt werden. Nach dem Erzeugen des Lotmaterials
an dem Siliziumwafer wird dieser mit dem Si-Ge-Wafer verbunden,
z. B. durch Bonden.
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Dann
werden an der dem Siliziumwafer gegenüberliegenden Seite
des Si-Ge-Wafers ein Kontaktmaterial und ein zweiter Träger,
z. B. eine galvanisch erzeugte Kupferschicht, angeordnet. Anschließend
wird der Si-Ge-Wafer zur Erzeugung (erster) thermoelektrischer Strukturen
strukturiert. Nach dem Anordnen des zweiten Trägers wird
der Siliziumwafer entfernt, wobei das Lotmaterial an dem Si-Ge-Wafer verbleibt.
Der Si-Ge-Wafer mit einem zweiten, z. B. einem weiteren (ebenfall
strukturierten) Si-Ge-Wafer eines anderen Leitungstyps, über
das Lotmaterial verbunden. Das Prozessieren (Strukturieren) des zweiten
Si-Ge-Wafers erfolgt insbesondere analog zum ersten Si-Ge-Wafer.
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In
einer anderen Variante wird nicht der Siliziumwafer, d. h. der erste
Träger, mit einem Lotmaterial versehen, sondern das Anordnen
des Lotmaterials erfolgt an dem Si-Ge-Wafer nach Erzeugen des zweiten
Trägers und nach Trennen des Siliziumwafers von dem Si-Ge-Wafer.
Dabei wird das Lotmaterial an einer dem zweiten Träger
abgewandten Seite des Si-Ge-Wafers erzeugt.
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Es
sei erwähnt, dass der erste Träger selbstverständlich
nicht unbedingt ein Siliziumwafer sein muss. Als Träger
kommen auch andere, z. B. plattenartig ausgebildete, Materialien
in Frage, die eine Stabilisierung des Wafers ermöglichen.
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Darüber
hinaus kann nach dem Strukturieren zumindest eines der thermoelektrischen
Wafer (und z. B. auch nach dem Verbinden des ersten mit dem zweiten
Wafer) ein gut wärmeleitender Träger an dem Wafer
angeordnet werden. Dieser gut wärmeleitende Träger
kann mit dem (zweiten) Träger verbunden werden, der an
der Seite des Wafers angeordnet ist, an der das Kontaktmaterial
abgeschieden wurde.
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In
einer weiteren Variante der Erfindung wird vor dem Abscheiden des
Kontaktmaterials Kontaktschicht eine Diffusionssperrschicht an dem
ersten und/oder dem zweiten Wafer erzeugt, wobei das Anordnen der
Diffusionssperrschicht nach Anordnen des ersten Trägers
erfolgt, so dass dieser zumindest abschnittsweise von der Diffusionssperrschicht
bedeckt ist.
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Darüber
hinaus kann das erste und/oder das zweite Kontaktmaterial so ausgebildet
werden, dass es den jeweiligen Wafer mechanisch stabilisiert. Dies kann
insbesondere dadurch erfolgen, dass das zweite Kontaktmaterial mit
einer entsprechenden Dicke erzeugt wird. Beispielsweise erfolgt
die mechanische Stabilisierung des Wafers ausschließlich
durch das Kontaktmaterial und nicht durch zusätzliche Stabilisierungsträger.
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In
einem weiteren Beispiel kann das erste und/oder das zweite Kontaktmaterial
unter Verwendung einer an dem jeweiligen Wafer angeordneten Maske
abgeschieden wird, so dass das erste und/oder das zweite Kontaktmaterial
jeweils eine Mehrzahl erster und/oder zweiter Kontakte ausbildet, die
als elektrischer Kontakt zu den herzustellenden thermoelektrischen
Strukturen dienen sollen.
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Dabei
verbleibt die Maske an dem Wafer und isoliert jeweils die ersten
und/oder die zweiten Kontakte elektrisch voneinander. Die Maske
wird insbesondere aus einem strukturierten Fotolack gebildet, der
an dem Wafer angeordnet wird. Die Kontakte werden z. B. per Galvanik
unter Verwendung des strukturierten Fotolacks erzeugt.
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Die
Kontakte und die an dem Wafer verbleibende Maske können
z. B. so ausgebildet sein, dass sie eine Trägerschicht
bilden, die den Wafer mechanisch stabilisiert; insbesondere durch
Erzeugen der Kontakte und der Maske mit einer hierfür ausreichenden
Dicke. Somit dienen die Kontakte einerseits zur elektrischen Kontaktierung
der thermoelektrischen Strukturen und zusammen mit der an dem Wafer
verbleibenden Maske zur mechanischen Stabilisierung des Wafers.
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Das
Strukturieren des ersten und/oder des zweiten Wafers, das dazu dient,
die Gruppe erster bzw. zweiter thermoelektrischer Strukturen zu
erzeugen, erfolgt beispielsweise durch Ätzen oder Sägen, z.
B. per Laser, Wasser- oder Sandstrahlen.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
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1 bis 9 ein
erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
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10 und 11 eine
Weiterbildung des Verfahrens der 1 bis 11;
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12 ein
weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Die 1 bis 11 zeigen
schematisch Verfahrensschritte bei der Prozessierung eines ersten
thermoelektrischen Wafers 1, die vor dem Verbinden des
ersten Wafers 1 mit einem zweiten thermoelektrischen Wafer
(nicht dargestellt) erfolgen.
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Der
thermoelektrische Wafer 1 ist aus einem thermoelektrisch
aktiven Material eines ersten Leitungstyps, d. h. ein n- oder p-dotiertes
Material, gebildet. Der zweite thermoelektrische Wafer, der mit
dem ersten Wafer verbunden wird, ist aus einem Material eines zweiten
Leitungstyps, d. h. komplementär zum ersten Wafer ein p-
oder n-dotiertes thermoelektrisch aktives Material, gebildet. Der
zweite Wafer kann analog zum ersten Wafer gemäß den
Verfahrensschritten der 1 bis 11 prozessiert
werden.
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Der
thermoelektrische Wafer 1 wird gemäß 1 zur
Oberflächenverbesserung und/oder zur Dickenreduzierung
auf einer oder auf beiden Seiten bearbeitet, z. B. durch chemisch-mechanisches
Polieren (CMP).
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In
einem nachfolgenden Schritt (2) wird der
Wafer 1 mit einer Diffusionssperrschicht 2 versehen,
z. B. galvanisch oder mittels eines PVD- oder CVD-Verfahrens. Als
Material für die Diffusionssperrschicht wird insbesondere
ein metallisches Material wie z. B. Nickel oder Platin verwendet,
das ein Eindiffundieren des Kontaktmaterials in den thermoelektrischen
Wafer vermindern oder ganz vermeiden soll.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Diffusionssperrschicht 2 nicht
zwingend – wie in 2 dargestellt – an
beiden Seiten des Wafers 1 erzeugt werden muss. Es kann
auch vorgesehen sein, dass die Diffusionssperrschicht den Wafer
nicht vollständig umschließt und z. B. nur auf
einer Seite oder nur abschnittsweise auf einer Seite des Wafers 1 angeordnet
wird.
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3 zeigt,
dass nach dem Erzeugen der Diffusionssperrschicht 2 ein
(erstes) Kontaktmaterial in Form einer (ersten) Kontaktschicht 3 auf
dem (ersten) thermoelektrischen Wafer 1 abgeschieden wird. Das
Abscheiden der Kontaktschicht 3 kann z. B. per Galvanik, Elektronenstrahlverdampfen
oder Sputtern erfolgen. Es ist nicht unbedingt notwendig, dass die Kontaktschicht 3 die
komplette Seite des Wafers 1 bedeckt, beispielsweise kann
das Abscheiden der Kontaktschicht auch so erfolgen, dass nur Abschnitte einer
Seite des Wafers 1 bedeckt werden.
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Gemäß 4 wird
die Kontaktschicht 3 derart strukturiert, dass eine Mehrzahl
(erster) elektrischer Kontakte 31 entsteht. Die Kontakte 31 dienen später
dazu, die herzustellenden (ersten) thermoelektrischen Strukturen
mit den in den zweiten thermoelektrischen Wafer herzustellenden
zweiten thermoelektrischen Strukturen elektrisch miteinander zu
verbinden, insbesondere in Reihe zu schalten. Die Kontakte 31 sind
z. B. als rechteck- oder streifenförmige Flächen
ausgebildet.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das Erzeugen der Kontakte 31 nicht
unbedingt durch Strukturieren einer vorher abgeschiedenen Kontaktschicht
erfolgen muss. In einer anderen Variante der Erfindung werden unmittelbar
einzelne Kontaktstrukturen 31 erzeugt, z. B. per Lift-off-Prozess
oder Galvanik unter Verwendung eines entsprechend strukturierten
Maskenmaterials (z. B. strukturierter Fotolack).
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Nach
Erzeugen der Kontakte 31 wird gemäß 5 eine
Isolationsschicht 4 angeordnet, die zumindest einige der
Kontakte 31 und Zwischenräume zwischen Kontakten 31 bedeckt,
so dass diese gegeneinander elektrisch isoliert sind. Als Material
für die Isolationsschicht kommt z. B. Siliziumoxid oder Siliziumnitrid
in Frage, das insbesondere per PVD oder CVD erzeugt werden kann.
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Nach
Erzeugen der Isolationsschicht 4 wird an der Seite, an
der die Kontakte 31 angeordnet sind, ein (zweiter) Träger
in Form einer galvanisch erzeugten Trägerschicht 5 angeordnet,
z. B. einer Kupferschicht. Dies ist in 6 dargestellt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel trennt die Isolationsschicht 4 die
Kontakte 31 von der Trägerschicht 5.
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Die
Trägerschicht 5 kann im Bereich der Zwischenräume
zwischen benachbarten Kontakten 31 Einbuchtungen aufweisen.
Optional kann daher eine Glättung oder Abdünnung
der Trägerschicht 5 erfolgen, z. B. per CMP (7).
Die Dicke der Trägerschicht 5 ist insbesondere
auch nach dem Polieren so ausgebildet, dass sie zu einer Stabilisierung
des Wafers 1 beiträgt.
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Nach
dem Anordnen der Trägerschicht 5 wird gemäß 8 an
der den Kontakten 31 abgewandten Seite des Wafers 1 ein
Lotmaterial in Form einer Lotschicht 6 angeordnet, beispielsweise
durch Verdampfen oder Sputtern. Die Lotschicht 6 kann z. B.
eine metallische Legierung, z. B. Bismut-Gold, aufweisen.
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Die
Lotschicht 6, die Diffusionssperrschicht 2 sowie
der thermoelektrische Wafer 1 werden nachfolgend strukturiert
(z. B. durch Ätzen und/oder Sägen), so dass eine
Mehrzahl thermoelektrischer Strukturen 7 entsteht, die übereinander
angeordnete Abschnitte 61, 21, 11, 22 der
jeweiligen Schichten aufweisen. Das Strukturieren der Lotschicht 6,
der Diffusionssperrschicht 2 sowie des thermoelektrischen
Materials 1 kann in einem Schritt oder in mehreren Teilschritten
erfolgen. Die Dicke der Kontaktschicht ist ausreichend groß gewählt,
so dass ein vollständiges Entfernen der Kontakte 31 beim
Strukturieren der Lotschicht 6, der Diffusionssperrschicht 2 sowie
des thermoelektrischen Materials 1, insbesondere wenn dieses
durch Sägen erfolgt, vermieden wird. Zudem kann die Dicke
der Kontaktschicht so gewählt werden, dass Schwankungen
der Dicke des thermoelektrischen Wafers ausgeglichen werden.
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Das
Strukturieren des thermoelektrischen Wafers 1 sowie der
Diffusionssperrschicht 2 und der Lotschicht 6 erfolgt
so, dass die thermoelektrischen Strukturen 7 zueinander
beabstandet und z. B. säulen- oder schenkelartig ausgebildet
sind.
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Die
thermoelektrischen Strukturen 7 werden im Bereich der elektrischen
Kontakte 31 erzeugt, wobei sie insbesondere so in Bezug
zu den Kontakten 31 positioniert sind, dass die Kontakte 31 jeweils
freie Abschnitte aufweisen, auf die die entsprechenden (zweiten)
thermoelektrischen Strukturen des zweiten thermoelektrischen Wafers
aufsetzen können, wenn der erste mit dem zweiten Wafer
verbunden wird.
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Es
sei erwähnt, dass die 1 bis 12 insofern
schematisch sind, als sie das Verfahren anhand der Herstellung von
vier thermoelektrischen Strukturen zeigt. Die Verfahrensschritte
können natürlich so ausgeführt werden,
dass weniger und insbesondere auch mehr thermoelektrische Strukturen erzeugt
werden können, die nach dem Verbinden der Wafer z. B. auch
eine Mehrzahl thermoelektrischer Vorrichtungen bilden können
Vor dem Verbinden des ersten Wafers 1 mit dem zweiten Wafer
können die thermoelektrischen Strukturen 7, insbesondere
im Bereich ihrer jeweiligen Seitenwände, mit einer schützenden
(passivierenden) Schicht versehen werden. Die schützende
Schicht verhindert z. B., dass beim Verbinden des ersten mit dem
zweiten Wafer Lotmaterial an die Sei tewände der thermoelektrischen
Strukturen gelangt und das elektrische Verhalten der thermoelektrischen
Vorrichtung verschlechtert. Die schützende Schicht kann
auch ausgebildet sein, die thermoelektrischen Strukturen (bereits
vor dem Verbinden der Wafer) vor Umwelteinflüssen, insbesondere
vor Feuchtigkeit, zu schützen.
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Die
schützende Schicht wird in einem Beispiel in Form einer
Polymerschicht (z. B. Fotolack, Polyimid oder BCB) ausgebildet.
insbesondere wird eine dünne Polymerschicht verwendet,
z. B. mit einer Dicke von einigen Mikrometern.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass neben den in den 1 bis 9 dargestellten
Prozessschritten zusätzliche oder alternative Herstellungsschritte beim
Prozessieren des ersten und/oder des zweiten Wafers vorgesehen sein
können.
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Die 10 und 11 betreffen
eine Weiterbildung des zuvor beschriebenen Verfahrens. Hiernach
wird vor dem Erzeugen der Kontaktschicht und vor dem Erzeugen der
Diffusionssperrschicht (vgl. 2) ein (erster)
Träger in Form eines Substrats 8 an dem ersten
thermoelektrischen Wafer 1 angeordnet. Genauer ist das
Substrat 8 an einer Seite des thermoelektrischen Wafers 1 angeordnet,
z. B. durch Bonden, die der Seite des Wafers gegenüber liegt,
an der die elektrische Kontaktschicht (vgl. 3) erzeugt
werden soll.
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In 11 ist
gezeigt, dass nach dem Anordnen des Substrats 8 die Diffusionssperrschicht 2 erzeugt
wird, wobei eine Seite des Substrats 8 ebenfalls mit der
Diffusionssperrschicht bedeckt wird. Das Anordnen der Diffusionssperrschicht 2 kann
jedoch auch so erfolgen, dass sie nur im Bereich des thermoelektrischen
Wafers 1 ausgebildet wird, d. h. insbesondere an einer
Seite des Wafers, die dem Substrat 8 gegenüberliegt.
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Nach
Anordnung der Diffusionssperrschicht 2 erfolgen z. B. die
Herstellungsschritte gemäß den 3 bis 9,
d. h. es wird zusätzlich zu dem Substrat 8 der
galvanisch erzeugte (zweite) Träger 5 angeordnet.
In einer anderen Variante der Erfindung wird jedoch auf einen zweiten
Träger 5 verzichtet und die Stabilität
des thermoelektrischen Wafers 1 nur über das Substrat 8 gewährleistet.
Vor dem Verbinden des (ersten) Wafers 1 mit dem zweiten
Wafer, insbesondere vor dem Strukturieren des Wafers 1, wird
das Substrat 8 entfernt.
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12 bezieht
sich auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens. An dem thermoelektrischen Wafer 1 wird zur
Herstellung der Kontakte im Unterschied zu den 3 bis 6 keine
Kontaktschicht abgeschieden, die in einem nachfol genden Schritt
strukturiert wird. Stattdessen wird eine Maske 9 aus lithografisch
strukturiertem Fotolack (z. B. SU-8) an dem Wafer angeordnet, die
zu einander beabstandete Öffnungen 91 aufweist.
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Mit
dem so vorbereiteten Wafer wird ein Galvanikschritt durchgeführt,
so dass an dem Wafer 1 ein Metall, z. B. Kupfer, im Bereich
der Öffnungen 91 abgeschieden wird. Die Öffnungen 91 sind
so beschaffen und angeordnet, dass das galvanisch abgeschieden Material
Kontakte 31 ausbildet, die zum Kontaktieren der (noch herzustellenden)
thermoelektrischen Strukturen dienen.
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Die
Maske 9 verbleibt nach Fertigstellung der Kontakte 31 auf
dem Wafer 1, so dass die Kontakte 31 durch die
verbleibende Maske 9 voneinander elektrisch isoliert sind.
Gleichzeitig sorgen die quer zum thermoelektrischen Wafer 1 verlaufenden,
rippenartigen Fotolackstrukturen der Maske 9 für
eine mechanische Stabilisierung des Wafers 1. Die Maske 9 und
die in den Öffnungen 91 der Maske gebildeten Kontakte 31 bilden
somit eine Trägerschicht aus, die den Wafer 1 mechanisch
stabilisiert. Hierfür wird insbesondere die Dicke der Maske
entsprechend gewählt, z. B. zwischen 100 μm und
200 μm.
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Nach
Fertigstellung können die Kontakte 31 zusammen
mit der verbleibenden Maske planarisiert werden. Anschließend
werden mit dem Wafer 1 weitere Prozessschritte durchgeführt,
z. B. gemäß den oben beschriebenen 8 und 9.
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- 1
- thermoelektrischer
Wafer
- 2
- Diffusionssperrschicht
- 3
- Kontaktschicht
- 4
- Isolationsschicht
- 5
- zweiter
Träger
- 6
- Lotschicht
- 7
- thermoelektrische
Struktur
- 8
- erster
Träger
- 9
- Maske
- 11
- Abschnitt
des thermoelektrischen Wafers
- 21,
22
- Abschnitt
der Diffusionssperrschicht
- 31
- elektrischer
Kontakt
- 61
- Abschnitt
der Lotschicht
- 91
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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