DE4325140C2 - Elektrode zum anodischen Bonden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zum anodischen Bonden von Glas auf Silizium oder anderen anodisch bondbaren Werkstoff­ paaren in der Halbleitertechnologie und Mikrosystemtechnik.

Nach dem von Pomerantz u. a. entwickelten Verfahren zum anodischen Bonden (US 3 397 278) werden unter anderem Silizium- und Glasscheiben ganzflächig verbunden. Hierzu werden die möglichst planen Scheiben aufeinander gelegt, erwärmt und unter der Wirkung eines starken elektrischen Feldes aneinander gepreßt und chemisch irreversibel verbunden. Genutzt wird dabei die Tatsache, daß das an sich isolierende Glas durch seine Alkalibestandteile bei erhöhten Temperaturen eine spürbare Ionenleitfähigkeit aufweist.

Für qualitativ hochwertige Verbindungen wird das elektrische Feld über Punktelektroden angelegt (Köhler, J. et. al. "Anodisches Bonden . . .". In Sensor Magazin 2/92, S. 6). Ganzflächige Elektroden beschleunigen den Prozeß zwar wesentlich, liefern aber keine gute Bondqualität. Durch die immer vorhandenen Unebenheiten werden zuerst Stellen mit geringem Luftspalt gebondet. Dabei kann es dazu kommen, daß noch nicht gebondete Flächenteile von gebondeten weitgehend umschlossen sind und dann durch die Randeinspannung nicht mehr gebondet werden.

Anthony, T. R.: Dielectric Isolation of silicon by anodic bonding, in: J. Appl. Phys., 1985, Vol 58, No. 3, S. 1240-1247, erläutert, daß die Elektrodenform beim Anodischen Bonden die Potentialverteilung in den zu bondenden Körpern bestimmt und geht auf eine Punkt- oder Nadelelektrode und auf Plattenelektroden ein. Daneben wird auf die Verfahrensgrößen Bonddauer und maximale Bondspannung eingegangen. Zudem wird das Problem erwähnt, daß beim Zusammenwachsen der Bondfronten sich Gaseinschlüsse bilden können.

Anthony, T. R.: Anodic bonding of imperfect surfaces, in: J. Appl. Phys., 1983, Vol. 54, No. 5, S. 2419-2428, erläutert die radiale Ausbreitung der Bondfront und das damit einhergehende Verhindern von Gaseinschlüssen.

Albaugh, K. B.: Electrode Phenomena during Anodic Bonding of Silicon to Sodium Borosilicate Glass, in: J. Electrochem. Soc., 1991, Vol. 138, No. 10, S. 3089-3094, behandelt mehrere Elektroden-Effekte beim Anodischen Bonden.

US 43 84 899 verwendet eine gitterförmige Dünnschichtelektrode, um an die zu bondenden Körper mittels eines Probers und einer Gegenelektrode die Vorspannung anzulegen.

In allen Fällen wird kein Hinweis darauf gegeben, die Elektrode mit strahlenförmig auseinanderlaufenden Armen auszubilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrode zum anodischen Bonden anzugeben, mit der gute Bondqualitäten in kurzer Zeit erreicht werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektrode parallel zur Bondebene liegende strahlenförmige Arme aufweist.

Es hat sich gezeigt, daß mit einer so ausgebildeten Elektrode mit mindestens gleichbleibender, bei großen Scheiben verbesserter Qualität wesentlich schneller als mit einer Punktelektrode anodisch gebondet werden kann. Die Bondzeiten verringern sich insbesondere in dem in der Halbleiterelektronik wichtigen Temperaturbereich unter 400°C um mehr als eine Größenordnung.

Die Elektrode muß nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Es sind auch kammartige Strukturen für rechtwinklige Flächen einsetzbar.

Es wurde auch gefunden, daß mehrere dieser Elektroden abwechselnd mit zu bondenden Scheibenpaaren in einem Stapel angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden können. Dadurch wird die Arbeitsproduktivität erheblich gesteigert. Es wird nur einmal erwärmt und einmal das elektrische Feld angelegt. Alle Scheibenpaare des Stapels haben eine gleich gute Bondqualität. Die Elektrodenfläche ist gegenüber der einer Punktelektrode so groß, daß die Scheiben im Prinzip ganzflächig abgestützt sind und bei nur geringfügig höherer Aufheizzeit gleichmäßig erwärmt werden. Zum anderen besteht ein ausreichender elektrischer Kontakt durch den ganzen Stapel hindurch.

Die Erfindung wird nachfolgend näher dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete Elektrode,

Fig. 2 einen Bondstapel.

In Fig. 1 ist die Elektrode 1 mit ihren strahlenförmigen Armen 2 gezeigt. Die Elektrode ist plangeschliffen. Ihr äußerer Durchmesser entspricht dem Durchmesser der zu bondenden Teile, z. B. 3 Zoll.

In Fig. 2 sind mehrere planparallel geschliffene Elektroden 1 abwechselnd mit den zu bondenden Scheiben 3 und 4 in einem Stapel angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet. Die Gesamtspannung entspricht dem Produkt aus der Anzahl der Bondpaare und der für das einzelne Bondpaar notwendigen Spannung. Der Heizer 5 ist unter dem Stapel angeordnet. Die Versuche haben eine gleichmäßig gute Bondqualität der einzelnen Bondpaare ergeben. Der Heizer kann bei großen Stapeln oder zur Erzielung einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung im Stapel auch auf beiden Seiten angeordnet werden.

Claims (2)

1. Elektrode zum anodischen Bonden, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektrode (1) parallel zur Bondebene liegende, strahlenförmig auseinanderlaufende Arme (2) aufweist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere der Elektroden (1) in einem Stapel mit dazwischenliegenden Bondpaaren (3 und 4) übereinander angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet sind.