DE4426288C2 - Elektrode zum anodischen Bonden - Google Patents
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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.
Die DE-43 25 140 A1 beschreibt eine Elektrode zum anodischen Bonden, die
parallel zur Bondebene liegende, strahlenförmig auseinanderlaufende Arme
aufweist.
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.
EP 05 94 182 A2 lehrt zum selektiven anodischen Bonden weitere aus dünnen
Schichten gebildete, geerdete Elektroden anzubringen, um mit diesen das Potential
in bestimmten Bereichen abzuschirmen, um dort das Bonden zu unterdrücken.
In allen Fällen wird kein Hinweis darauf gegeben, die Elektrode mit strahlenförmig
auseinanderlaufenden Armen auszubilden, deren Arme sich verzweigen.
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, deren Arme sich verzweigen.
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.
Versuche haben gezeigt, daß bei einer solchen Elektrode die
Bondfront, d. h., die momentane Linie zwischen der bereits
gebondeten und der noch ungebondeten Fläche, zwischen je zwei
benachbarten Armen von innen nach außen voranschreitet, bis zum
Schlug auch die Randfläche gebondet ist (s. Fig. 3). Wie bei
einer Punktelektrode wird die Fläche nacheinander gebondet und
der Einschluß ungebondeter Fläche weitgehend ausgeschlossen. Im
Unterschied zur Punktelektrode geht die Bondfront aber nicht nur
von einem Punkt aus, sondern von diesem und allen Armen wachsen
gleichzeitig mehrere Bondfronten, deren Anfangslänge gegenüber
der des Umfanges einer Punktelektrode zudem beträchtlich größer
ist.
Die Elektrode muß nicht rotationssymmetrisch ausgebildet sein.
Es sind z. B. auch kammartige Strukturen einsetzbar, wobei die
Zahl der Arme und die Winkel zwischen ihnen in weiten Grenzen
wählbar sind. Wichtig
ist, daß benachbart liegende Arme oder/und Zweige von innen nach
außen auseinanderlaufen. Auch der theoretisch mögliche Fall, daß
zwei benachbarte Arme bzw. Zweige, parallel sind, sollte
vermieden werden.
Diese Elektroden eignen sich auch sehr gut zum Aufbau eines
Stapels, bei dem mehrere dieser Elektroden abwechselnd mit zu
bondenden Scheibenpaaren gestapelt werden und die Gesamtspannung
an die Außenelektroden des Stapels gelegt wird. 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. Bei den typischen Bondtemperaturen besteht ein
ausreichender elektrischer Kontakt durch den ganzen Stapel
hindurch. Dabei ist es auch nicht von Bedeutung, ob die
Elektroden gegeneinander verdreht oder deckungsgleich
übereinander liegen. Der Stapel kann mechanisch stabil aufgebaut
werden.
Die Elektroden können aus Edelstahl gefertigt werden. Korrosion
der Elektrodenoberfläche durch die Natriumionen der Gläser kann
in einfacher Weise von Zeit zu Zeit abgeschliffen werden.
Dadurch sind die Elektroden über einen langen Zeitraum
einsetzbar.
Die Erfindung wird nachfolgend näher dargestellt. In den
Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine
Elektroden gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 einen Bondstapel,
Fig. 3 das Ausbreiten der Bondfronten,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Elektrode mit verzweigten Armen.
In Fig. 1 ist eine bekannte 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 planparellel geschliffene Elektroden 1
abwechselnd mit den zu bondenden Scheiben 3 und 4 in einem
Stapel angeordnet. Die Gesamtspannung ist an die beiden äußeren
Elektroden angelegt. Sie entspricht dem Produkt aus der Anzahl
der Bondpaare und der für das einzelne Bondpaar notwendigen
Spannungen. 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. Ebenso ist die
Unterbringung in einem Ofen denkbar.
In der Fig. 4 hat die Elektrode 1 erfindungsgemäß
strahlenförmige Arme 2, die sich zum Rand hin verzweigen.
Jeweils benachbarte Zweige 6 schließen dabei einen spitzen
Winkel β ein.
Claims (2)
1. Elektrode zum anodischen Bonden mit parallel zur Bondebene liegenden,
strahlenförmig auseinanderlaufenden Armen (2), wobei sich ein oder mehrere der
strahlenförmig auseinanderlaufenden Arme (2) verzweigen und benachbarte
Zweige (6) bzw. benachbarte Zweige (6) und Arme (2) von innen nach außen
auseinanderlaufend, einen spitzen Winkel (β) einschließen.
2. Elektrode nach Anspruch 1, wobei mehrere der Elektroden (1) im Wechsel
mit Bondpaaren (3) und (4) in einem Stapel übereinander angeordnet sind und die
Gesamtspannung an den beiden Stirnseiten des Stapels angelegt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944426288 DE4426288C2 (de) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | Elektrode zum anodischen Bonden |
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DE19944426288 DE4426288C2 (de) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | Elektrode zum anodischen Bonden |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4426288A1 DE4426288A1 (de) | 1996-04-18 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944426288 Expired - Fee Related DE4426288C2 (de) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | Elektrode zum anodischen Bonden |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4426288C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8529724B2 (en) | 2003-10-01 | 2013-09-10 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Anodic bonding of silicon carbide to glass |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4384899A (en) * | 1981-11-09 | 1983-05-24 | Motorola Inc. | Bonding method adaptable for manufacturing capacitive pressure sensing elements |
EP0594182A2 (de) * | 1992-10-22 | 1994-04-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Anodisches Verbindungsverfahren und nach diesem Verfahren hergestellter Beschleunigungssensor zum anodischen Verbinden |
DE4325140A1 (de) * | 1993-07-27 | 1995-11-30 | Burghardt Hans Joachim Dr | Elektrode zum anodischen Bonden |
-
1994
- 1994-07-26 DE DE19944426288 patent/DE4426288C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (3)
Title |
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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 * |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4426288A1 (de) | 1996-04-18 |
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