DE4446704C1 - Verfahren zum anodischen Bonden - Google Patents

Verfahren zum anodischen Bonden

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Description

Die Erfindung betrifft ein Bondverfahren zum Verbinden eines interfaceseitig teilweise metallisierten Substrates aus Borosilikatglas oder Keramik mit einem interfaceseitig oxidierten Siliziumsubstrat.
Aus der EP 0 310 225 ist ein Verfahren zur Serienproduktion von kapazitiven Drucksensoren bekannt, bei dem eine metallisierte Glasschicht mit einem bondinterfaceseitig oxidierten bzw. nitrierten Siliziumsubstrat durch anodisches Bonden verbunden wird. Dabei werden die 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.
Aus den Schriften US 33 97 278 und EP 0 310 225 A 2 sind Bondverfahren bzw. -anordnun­ gen zu entnehmen, und in der Veröffentlichung J. App. Phys. Bd. 54 (1983), S. 2419-2428 wird eine zeitlich veränderliche Bondspannung eingesetzt. Damit ist jedoch das o. g. Pro­ blem noch nicht zu lösen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bondverfahren zum Verbinden der o.g. Schichtstrukturen anzugeben, bei dem Beschädigungen an der Metallisierungsschicht vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bondspannung beim Bonden in einer ersten Phase kontinuierlich von Null beginnend bis zu ihrem vorgegebenen Maximalwert gemäß einer Rampenfunktion erhöht wird und während einer zweiten Phase konstant gehalten wird.
Aufgrund von Oberflächenungenauigkeiten stehen durch das Zusammenpressen der Schichtstruktur bereits vor dem Anlegen der Bondspannung lokale Flächenelemente der Oxidschicht mit der Metallisierung punktuell mechanisch in Kontakt. An diesen punktuellen Kontakten entstehen bereits bei geringen Bondspannungen in der ersten Phase lokale punktuelle Bondinseln, die sich mit steigender Bondspannung ausbreiten, bis die gesamte Fläche aneinandergrenzender Oxidschicht und Metallisierung gebondet ist.
Durch lokale, mit fortschreitendem Bondprozeß progressive Leitfähigkeitserhöhung der Oxidschicht infolge wachsender Bondinseln wird der Gradient der elektrischen Feldstärke am Rand der Oxidschicht temporär so weit reduziert, daß Überschläge zwischen der Metallisierung und dem Siliziumsubstrat vermieden werden.
Bei Erreichen der maximalen Bondspannung, dem Beginn der zweiten Phase, ist der Prozeß des Inselwachstums im wesentlichen abgeschlossen. Die zweite Phase dient der Verfestigung der Bondverbindung durch die Entstehung chemischer Bindungen zwischen den Sauerstoffatomen auf der Glasoberfläche und den Silizium-Atomen auf der Substratoberfläche, um eine dichte und dauerhafte Verbindung der Schichtenstruktur zu erzielen. Ein langsamer, rampenförmiger Anstieg der Bondspannung führt zu einer gleichmäßigen Potentialverteilung im Borosilikatglas oder Keramikmaterial und verringert dadurch die an den Kanten auftretende Feldstärke. Gleichzeitig wird dabei der Spitzenwert des Bondstromes reduziert. Beide Wirkungen ermöglichen vorteilhafterweise eine schonende Behandlung der Metallisierung beim anodischen Bonden.
Vorteilhafterweise sind mit diesem Bondverfahren bereits flächenhafte, unstrukturierte Schichten ohne schädigende Überschläge verbindbar.

Claims (1)

  1. Verfahren zum anodischen Bonden eines verbindungsseitig teilmetallisierten Substrates aus Borosilikatglas oder Keramik mit einem verbindungsseitig oxidierten Siliziumsubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondspannung beim Bonden in einer ersten Phase kontinuierlich von Null bis zu ihrem vorgegebenen Maximalwert gemäß einer Rampenfunktion erhöht wird und während einer zweiten Phase konstant gehalten wird.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3397278A (en) * 1965-05-06 1968-08-13 Mallory & Co Inc P R Anodic bonding
EP0310225A2 (de) * 1987-08-06 1989-04-05 Hamilton Standard Controls, Inc. Verfahren zur Serienproduktion von kapazitiven Druckaufnehmern

Patent Citations (2)

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Non-Patent Citations (2)

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Title
J. Appl. Phys. Bd. 40 (1969) S. 3946-3949 *
J. Appl. Phys. Bd. 54 (1983) S. 2419-2428 *

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