DE4446703C2 - Anordnung zum anodischen Bonden - Google Patents

Anordnung zum anodischen Bonden

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum anodischen Bonden eines in einer Verbindungsebene teilmetallisierten Substrates aus Borosilikatglas oder Keramik mit einem dreidimensional strukturierten, verbindungsebenenseitig oxidierten Siliziumsubstrat.
Das anodische Bonden ist allgemein aus z. B. "S. Büttgenbach - Mikromechanik -, Verlag B. G. Teubner, Stuttgart, 1991, S. 168-170", den US 33 97 278 und 42 57 274 sowie "J. Appl. Phys. Bd. 40, 1969, S. 3946-3949 bekannt.
Aus der gattungsbildenden EP 0 310 225 ist ein Verfahren zur Serienproduktion von kapazitiven Drucksensoren bekannt, bei dem eine metallisierte Glasschicht mit einem verbindungsebenenseitig oxidierten bzw. nitrierten Siliziumsubstrat durch anodisches Bonden verbunden wird. Dabei werden die zu verbindenden Schichten mit einer Bondspannung von 2 kV bei einer Temperatur von 450°C beaufschlagt. Bei Bondversuchen mit derartigen Schichtstrukturen traten Beschädigungen an der Metallisierungsschicht durch örtliche Überschläge auf, die auf Feldstärkekonzentrationen infolge sprunghaften Wechsels der relativen Dielektrizitätskonstanten an den Rändern der Oxidschicht bzw. Nitritschicht zurückzuführen sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum anodischen Bonden derartiger Schichtstrukturen anzugeben, bei dem Beschädigungen der Metallisierungsschicht während des Bondens vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 beschrieben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung einer Anordnung zum anodischen Bonden mit einer in die Tiefenstruktur hereinreichenden Oxidschicht,
Fig. 2 eine Darstellung einer Anordnung zum anodischen Bonden mit gestufter Tiefenstruktur im Siliziumsubstrat,
Fig. 3 eine Darstellung einer Anordnung zum anodischen Bonden mit wannenartiger Ausnehmung im Substrat.
In Fig. 1 ist ein mit einer verbindungsseitigen Metallisierung 2, die als Leiterbahn ausgeführt sein kann, versehenes Substrat 1, das aus Borosilikatglas oder Keramik bestehen kann, im Schnitt dargestellt, das mit einem verbindungsseitig mit einem Oxid 3 versehenen, unter Bildung einer Ausnehmung 5 tiefenstrukturierten Siliziumsubstrat 4 einen geschichteten Verbundkörper bildet. Im Randbereich der Anordnung zum anodischen Bonden sind die Metallisierung 2 und die Oxidschicht 3 unter Bildung einer keilartigen Öffnung mit einem vorgegebenen Profil beabstandet. Diese Beabstandung wird dadurch erzielt, daß bei einer Metallisierung 2 die Oxidschicht 3 in die Tiefe des strukturierten Siliziumsubstrates 4 hineinragt und daß die Wandflächen 41 der Ausnehmung 5 zumindest teilweise von der Oxidschicht 3 bedeckt sind. Dabei kann die Oxidschicht 3, wie in Fig. 1 dargestellt, teilweise sich an die Wandflächen 41 anschließende Bodenflächen 42 der Ausnehmung 5 im Siliziumsubstrat 4 bedecken.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, gemäß Fig. 2 die Wandungen der tiefenstrukturierten Ausnehmungen im Siliziumsubstrat 4 treppenförmig gestuft auszuführen. Dabei ist zumindest der der Metallisierungsschicht 2 am nächsten gelegene Absatz 43 und die zugehörige Setzstufe 44 von der Oxidschicht 3 bedeckt. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei Applikationen, bei denen eine Oxidierung der Bodenfläche 42 auch in geringem Maße stört.
Eine weiterführende Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Die Beabstandung der Metallisierung 2 von der Oxidschicht 3 mit einem vorgegebenen Profil wird durch eine Ausnehmung 11 im Substrat 1 erzielt, deren Geometrie sich auf die Geometrie der Metallisierung 2 mit gleichbleibender Schichtstärke abbildet.
Allen dargestellten Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die Metallisierung 2 einen vorgegebenen Mindestabstand am Rand der Oxidschicht 3 aufweist, so daß die beim anodischen Bonden auftretende elektrische Feldstärke am Rand der Oxidschicht 3 so weit herabgesetzt ist, daß Überschläge sicher vermieden werden.
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Metallisierung
3 Oxidschicht
4 Siliziumsubstrat
5 Ausnehmung im Silizium
41 Wandfläche
42 Bodenfläche
43 Absatz
44 Setzstufe
11 Ausnehmung im Substrat

Claims (4)

1. Anordnung zum anodischen Bonden eines in der Verbindungsebene teilmetallisierten Substrates aus Borosilikatglas oder Keramik mit einem dreidimensional strukturierten, verbindungsebenenseitig oxidierten Siliziumsubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die zu bondenden Flächen in der Verbindungsebene die Metallisierungsschicht (2) des Substrats (1) und die Oxidschicht (3) des Siliziumsubstrates (4) voneinander unter Bildung einer keilartigen Öffnung mit einem vorgebbaren Profil beabstandet sind, so daß jede Fläche der Metallisierungsschicht (2) einen vorgebbaren Mindestabstand von der oxidfreien Oberfläche des Siliziumsubstrates (4) aufweist, um örtliche Überschläge zu vermeiden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wandungen (41) an tiefenstrukturierten Ausnehmungen (5) im Siliziumsubstrat (4) zumindest teilweise von der Oxidschicht (3) bedeckt sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (41) an tiefenstrukturierten Ausnehmungen (5) im Siliziumsubstrat (4) treppenförmig gestuft sind und daß zumindest der der Metallisierungsschicht (2) am nächsten gelegene Absatz (43) und die zugehörige Setzstufe (44) von der Oxidschicht (3) bedeckt sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das teilmetallisierte Substrat (1) aus Borosilikatglas oder Keramik siliziumseitig eine wannenförmige Ausnehmung (11) aufweist, so daß die Ränder der Oxidschicht (3) in einem vorgebbaren Profil freigelegt sind.
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