DE4136075C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden
eines scheibenförmigen Isolierkörpers mit einem scheibenförmi
gen, leitfähigen Körper durch anodisches Bonden, bei dem
der Isolierkörper und der leitfähige Körper mit ihren zu
verbindenden Flächen unter Bildung einer sandwichartigen
Anordnung aneinander gelegt werden, die aneinander gelegten
Körper mittels zweier Heizplatten erwärmt werden, die außen an
die sandwichartige Anordnung gedrückt werden, und an die zu
verbindenden Körper eine elektrische Spannung angelegt wird.
Ein Verfahren dieser Art ist in der OE-34 36 001 A1
beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren ist der Isolier
körper ein Tragkörper aus einem beliebigen Material, das
auf seiner Oberfläche mit einer dünnen Schicht eines alkali
haltigen Glases überzogen ist. Bei dem leitfähigen Körper
handelt es sich um eine Waferscheibe mit Halbleiterbauteilen.
Aus dem Isolierkörper und dem leitfähigen Körper wird eine
sandwichartige Anordnung gebildet, die zwischen zwei Metall
scheiben gelegt wird. An die Metallscheiben wird eine Gleich
spannungsquelle angeschlossen, und es wird anschließend der
gesamte Aufbau in einem Ofen erwärmt. Die Erwärmung der an
einander gelegten Körper erfolgt dabei bis zu einer Tempe
ratur, bei der der Isolierkörper schwach leitend wird. In
diesem Zustand erfolgt aufgrund der angelegten elektrischen
Spannung ein Stromfluß durch die aneinander gelegten Körper,
wodurch die Körper fest miteinander verbunden werden
(anodisches Bonden).
Der Erfindung liegt die Aufgebe zugrunde, das bekannte
Verfahren so weiter zu entwickeln, daß mit ihm ein Verbund
körper aus mehr als einem scheibenförmigen Isolierkörper und
einem scheibenförmigen, leitfähigen Körper hergestellt werden
kann.
Zur Lösung dieser Aufgebe wird bei einem Verfahren der eingangs
angegebenen Art erfindungsgemäß die sandwichartige Anordnung
mit einem weiteren scheibenförmigen Isolierkörper derart
gebildet, daß der leitfähige Körper zwischen den Isolierkörpern
liegt, und es wird die an die Heizplatten angelegte elektrische
Spannung während des Bondprozesses einmal umgepolt.
Unter "Isolierkörper" wird dabei nicht nur eine durchgängig
aus Isolierstoff bestehende Scheibe, z. B. aus Glas, verstanden,
sondern auch ein Mehrschichten-Körper, der aus einer Glas
schicht an der Bondfläche mit darüber befindlicher Halbleiter
schicht, aus einer Glasschicht an der Bondfläche mit darüber
befindlicher Metallschicht und Halbleiterscheibe, aus einer
Glasschicht an der Bondfläche mit darüber angeordneten Metall-
und Glasschichten sowie einer Halbleiterscheibe oder aus einer
Glasschicht an der Bondfläche mit darüber befindlicher Metall
scheibe und Glasscheibe besteht.
Unter "leitfähiger Körper" wird nicht nur eine durchgängig aus
Metall oder Halbleitermaterial bestehende Scheibe verstanden,
sondern ebenfalls ein Mehrschichten-Körper, der aus einer
Metallschicht an der Bondfläche und darüber befindlicher Halb
leiterscheibe oder aus einer Metallschicht mit darüber ange
ordneter Glasschicht ggf. in wiederholter Folge und Halbleiter
scheibe besteht. Allerdings muß bei einem Mehrschichten-Körper
als leitfähiger Körper mit einer Metallschicht und darüber
befindlicher Glasscheibe letztere auf beiden Seiten mit einer
Metallschicht versehen sein.
Eine weitere Lösung der oben aufgeführten Aufgabe besteht
darin, deß die sandwichartige Anordnung mit einem weiteren
scheibenförmigen Isolierkörper derart gebildet wird, daß der
leitfähige Körper zwischen den Isolierkörpern liegt, und die
elektrische Spannung wird einerseits an den leitfähigen Körper
und andererseits an die beiden Heizplatten angelegt. Bei dieser
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt
sich eine besonders gleichmäßige Stromverteilung beim Bonden.
Bei beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die drei scheibenförmigen Körper in einem einzigen
Bondvorgang fest und verzugsfrei miteinander verbunden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs
gemäßen Verfahrens wird die sandwichartige Anordnung mit
mindestens einem zusätzlichen scheibenförmigen, leitfähigen
Körper gebildet, der außen an einen Isolierkörper angedrückt
wird, und die angelegte elektrische Spannung wird während des
Bondprozesses einmal umgepolt. Soll ein weiterer zusätzlicher
scheibenförmiger, leitfähiger Körper in einem einzigen Bond
prozeß mit den übrigen Körpern verbunden werden, dann wird
dieser weitere scheibenförmige, leitfähige Körper außen an
den anderen Isolierkörper der sandwichartigen Anordnung ange
drückt. Mit diesem Verfahren läßt sich dann eine Verbindung
eines scheibenförmigen, leitfähigen Körpers mit einer
beispielsweise als Folie ausgebildeten Glasscheibe, einem
weiteren scheibenförmigen, leitfähigen Körper, einer weiteren
als Glasfolie ausgebildeten Scheibe und einem weiteren scheiben
förmigen, leitfähigen Körper herstellen.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
als Heizplatten Edelstahlheizplatten verwendet werden. Der
artige Heizplatten lassen sich nämlich mit sehr ebenen Flächen
herstellen und sind frei von plastischer Verformung beim
Bonden. Außerdem gewährleisten Edelstahlheizplatten einen
guten Wärmeübergang; sie sind außerdem mechanisch ausreichend
hart. Darüber hinaus führen die Edelstahlheizplatten zu einer
gleichmäßigen Stromverteilung an der Bond-Fläche.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn mit basisch beständigen
Metallen beschichtete Edelstahlheizplatten verwendet werden.
Durch eine derartige Beschichtung wird die chemische Beständig
keit der Heizplatten an ihrer Kontaktfläche zu den Körpern
beim Bonden wesentlich erhöht.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in
Fig. 1 eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens zum anodischen Bonden von zwei
Isolierkörpern und einem leitfähigen Körper, in
Fig. 2 eine weitere Einrichtung zum Bonden von fünf
scheibenförmigen Körpern, in
Fig. 3 verschiedene Ausführungen der Isolierkörper und in
Fig. 4 unterschiedliche Ausgestaltungen des leitfähigen
Körpers dargestellt.
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 ist eine sandwichartige
Anordnung 30 gebildet aus einem scheibenförmigen leitfähigen
Körper 31, einem scheibenförmigen Isolierkörper 32 und
einem weiteren scheibenförmigen Isolierkörper 33, die zwischen
Heizplatten 34 und 35 angeordnet sind; die Heizplatten 34 und
35 sind als Edelstahlheizplatten mit einer basisch beständigen
Metallbeschichtung 8 als elektrisch leitender Oberfläche aus
geführt. Über Anschlußleitungen 36 und 37 bzw. 38 und 39 sind
die Heizplatten 34 und 35 mit einer nicht dargestellten Strom
versorgungseinrichtung zum Zwecke ihrer elektrischen Beheizung
verbunden.
An die Heizplatten 34 und 35 ist ein Pol 40 einer weiteren
Stromversorgungsquelle 41 angeschlossen. Der andere Pol 42 der
weiteren Stromversorgungsquelle ist direkt an den scheiben
förmigen, leitfähigen Körper 31 angeschlossen.
Ist die sandwichartige Anordnung 30 durch die Heizplatten 34
und 35 ausreichend erwärmt, dann ergibt sich aufgrund der
an die Heizplatten 34 und 35 einerseits und an den scheiben
förmigen, leitfähigen Körper 31 andererseits angelegten
elektrischen Spannung ein anodisches Bonden des scheiben
förmigen, leitfähigen Körpers 31 mit den beiden scheibenförmigen
Isolierkörpern 32 und 33; dieses Bonden tritt gleichzeitig
auf, so daß gewissermaßen in einem einzigen Bondvorgang die
Bondverbindungen innerhalb der sandwichartigen Anordnung 30
hergestellt werden.
Das Verbinden der Körper durch anodisches Bonden erfolgt - wie
an sich bekannt - in vorteilhafter Weise zum Beispiel in einer
Wasserstoffatmosphäre, wodurch eine sehr hohe thermische
Leitfähigkeit gewährleistet ist. Dadurch Ist die Qualität der
Verbindung auch dann gewährleistet, wenn die zu verbindenden
Körper an ihrer Verbindungsfläche kleine Hohlräume aufweisen.
Die Wasserstoffatmosphäre wird in ebenfalls bekannter Weise in
einem Ofen geschaffen, in den die zu verbindenden Teile
eingebracht werden. Anstelle von Wasserstoff kann auch ein
anderes Formiergas benutzt werden.
Die Einrichtung nach Fig. 2 zeigt in weiten Teilen wesent
liche Übereinstimmung mit der nach Fig. 1, so daß für gleiche
Einzelteile hier gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind.
Die wesentliche Abweichung der Einrichtung nach Fig. 2 von
der nach Fig. 1 besteht darin, daß hier eine sandwichartige
Anordnung 50 nicht nur aus einem inneren scheibenförmigen,
leitfähigen Körper 31 und beiderseits dieses leitfähigen Körpers
befindlichen scheibenförmigen Isolierkörper 32 und 33
besteht, sondern noch zusätzlich aus jeweils einem weiteren
scheibenförmigen, leitfähigen Körper 51 und 52, die die
sandwichartige Anordnung 50 nach außen hin abschließen. Außen
an der sandwichartigen Anordnung 50 liegen die Heizplatten 34
und 35, die - wie im Zusammenhang mit der Erläuterung der
Fig. 1 beschrieben - beschaltet sind. Entsprechendes gilt für
den Anschluß des scheibenförmigen, leitfähigen Körpers 31 an
die weitere Stromversorgungsquelle 41. Nach Aufheizen der
sandwichartigen Anordnung 50 wird beispielsweise die elektri
sche Spannung mit der gleichen Polarität wie in Fig. 1
gezeigt angelegt. Danach wird innerhalb desselben Bond
prozesses die elektrische Spannung einmal umgepolt. Beim
ersten Vorgang werden die Körper 31 bis 33 durch Bonden
miteinander verbunden, während beim zweiten Vorgang (umgepolte
Spannung) die Körper 51 und 52 mit dem bereits gebondeten
Verbund verbunden werden.
Fig. 3 zeigt verschiedene Ausgestaltungsformen der bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Isolierkörper. In den
Einzeldarstellungen dieser Figur ist jeweils durch eine Schräg-
Schraffur mit abwechselnd durchgezogenen und strichlierten
Linien Glas, durch eine Schrägschraffur mit durchweg strich
lierten Linien Halbleiter-Werkstoff und durch eine Schräg
schraffur mit durchgehenden Linien Metall gekennzeichnet.
Eine entsprechende Kennzeichnung der unterschiedlichen
Materialien für die verschiedenen Ausführungsformen des
scheibenförmigen, leitfähigen Körpers ist in Fig. 4 gewählt.
Claims (7)
1. Verfahren zum Verbinden eines scheibenförmigen Isolier
körpers mit einem scheibenförmigen, leitfähigen Körper durch
anodisches Bonden, bei dem
- a) der Isolierkörper und der leitfähige Körper mit ihren zu verbindenden Flächen unter Bildung einer sandwichartigen Anordnung aneinander gelegt werden,
- b) die aneinander gelegten Körper mittels zweier Heizplatten erwärmt werden, die außen an die sandwichartige Anordnung gedrückt werden, und
- c) an die zu verbindenden Körper eine elektrische Spannung angelegt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- d) die sandwichartige Anordnung (30) mit einem weiteren scheibenförmigen Isolierkörper (33) derart gebildet wird, daß der leitfähige Körper (31) zwischen den Isolierkörpern (32, 33) liegt, und
- e) die an die Heizplatten angelegte elektrische Spannung während des Bondprozesses einmal umgepolt wird.
2. Verfahren zum Verbinden eines scheibenförmigen Isolier
körpers mit einem scheibenförmigen, leitfähigen Körper durch
anodisches Bonden, bei dem
- a) der Isolierkörper und der leitfähige Körper mit ihren zu verbindenden Flächen unter Bildung einer sandwichartigen Anordnung aneinander gelegt werden,
- b) die aneinander gelegten Körper mittels zweier Heizplatten erwärmt werden, die außen an die sandwichartige Anordnung gedrückt werden, und
- c) an die zu verbindenden Körper eine elektrische Spannung angelegt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- f) die sandwichartige Anordnung (30) mit einem weiteren scheibenförmigen Isolierkörper (33) derart gebildet wird, daß der leitfähige Körper (31) zwischen den Isolierkörpern (32, 33) liegt, und
- g) die elektrische Spannung einerseits an den leitfähigen Körper (31) und andererseits an die beiden Heizplatten (34, 35) angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- h) die sandwichartige Anordnung (50) mit mindestens einem zu sätzlichen scheibenförmigen, leitfähigen Körper (51) ge bildet wird, der außen an einen Isolierkörper (32) ange drückt wird, und
- i) die angelegte elektrische Spannung während des Bondprozesses einmal umgepolt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- j) als Heizplatten Edelstahlheizplatten (34, 35) verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
- k) mit basisch beständigen Metallen beschichtete Edelstahlheiz platten (34, 35) verwendet werden.
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