EP2382152A2 - Mikrostruktur, verfahren zu deren herstellung, vorrichtung zum bonden einer mikrostruktur und mikrosystem - Google Patents

Mikrostruktur, verfahren zu deren herstellung, vorrichtung zum bonden einer mikrostruktur und mikrosystem

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Publication number
EP2382152A2
EP2382152A2 EP10708091A EP10708091A EP2382152A2 EP 2382152 A2 EP2382152 A2 EP 2382152A2 EP 10708091 A EP10708091 A EP 10708091A EP 10708091 A EP10708091 A EP 10708091A EP 2382152 A2 EP2382152 A2 EP 2382152A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nanostructures
microstructure
layer
bonding
bond substrate
Prior art date
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Ceased
Application number
EP10708091A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg BRÄUER
Thomas Gessner
Lutz Hofmann
Jörg FRÖMEL
Maik Wiemer
Holger Letsch
Mario Baum
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Chemnitz
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Technische Universitaet Chemnitz
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Chemnitz, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Technische Universitaet Chemnitz
Publication of EP2382152A2 publication Critical patent/EP2382152A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C3/00—Assembling of devices or systems from individually processed components
    • B81C3/001—Bonding of two components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0172—Seals
    • B81C2203/019—Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/03—Bonding two components
    • B81C2203/032—Gluing

Definitions

  • Microstructure process for its preparation, device for bonding a microstructure and microsystem
  • the present invention relates to a microstructure and a method for producing a microstructure with at least one bond substrate and a reactive multilayer system.
  • the invention further relates to a device for bonding a microstructure comprising at least one bond substrate and reactive multilayer system with a further structure comprising a bond substrate.
  • the present invention relates to a microsystem which is formed of two bond substrates and a structure lying between the bond substrates, which has a reacted, reactive layer system.
  • Multilayer systems are known in many ways in semiconductor and microsystem technology. For example, such layer stacks are used for targeted adjustment of reflectivities in optical elements or for influencing layer stresses and stress. M redeploy from SiCyPolysilizium and Extreme-Ultra-Violet- (EUV) for infrared components - and X-ray optics made of Mo / Si, Ni / B 4 C, M0 / B 4 C etc. used.
  • EUV Extreme-Ultra-Violet-
  • Reactive multilayer films available today consist largely of a layer stack with an aluminum layer, which are offered alternately with other layers (usually nickel, monel (70% Ni, 30% Cu), titanium or zirconium) as freestanding films. Alternatively, alternating layer structures of silicon, paired with rhodium, nickel or zirconium, are used.
  • the freestanding multilayer films used have overall thicknesses of 30 .mu.m to 1 cm with individual layer thicknesses in the range of 10 nm to 100 nm. According to the supplier, a wide variety of materials can be interconnected with the aid of the films.
  • the films may e.g. be structured by punching.
  • integration of these films in a microelectronic or micromechanical manufacturing process seems difficult because the brittle films require very careful handling, are difficult to position and difficult to ignite.
  • the known reactive multilayer films are used in a joining process, as a result of thermally induced mixing of the alternating layers of the multilayer system, energy is released by an exothermic reaction. After a single initiation of the reaction, the heat of reaction liberated ideally leads to a continuous connection of the joining partners.
  • the joining method described by Qiu and Wang has the disadvantage that the reactive multilayer film used requires a very careful handling. This is the case in particular if only selected and / or particularly small areas of the surfaces of substrates are to be connected to one another, since the known multilayer films are only mechanically structurable, as a result of which small dimensions or their assignment to the areas to be bonded are not compatible with the necessary Accuracy can be realized.
  • at least part of the film must be accessible from outside in order to be able to ignite the film. This can result in unwanted residues or structural changes on the side of the substrates to be joined.
  • due to the later-side ignition of the reactive multilayer film under certain circumstances only a limited part of the multilayer film can be reacted during ignition, so that an imperfect joining result is achieved.
  • reactive nanosheets can also be deposited over one another flat on a substrate.
  • the document also proposes to provide a non-reactive intermediate layer or a valve element between the respective reactive layers, whereby a direct contact between the reactive layers can be prevented or controlled in a defined manner.
  • document WO 2008/021073 A2 discloses a reactive structure in which pores are first formed in a non-reactive aluminum oxide layer deposited on a silicon substrate. The individual pores are delimited from each other by upright walls of alumina. Subsequently, aluminum is first deposited in the free pores by means of electron beam deposition. This is followed by electron beam deposition of nickel into the free pores. In this way, separate in each of the pores from each other through the pore walls bimetallic Al / Ni nanorods, which are exothermic reactive and thus can form nano-heater. For this, it is necessary that the non-reactive alumina, which is located between the nanorods, be removed by etching.
  • a microstructure and a method for producing a microstructure a device for bonding a microstructure with a further structure, and a microsystem of the abovementioned type, which make it possible to produce a high-quality joining result easy to handle joining method to provide, which can also be used for joining temperature-sensitive substrates.
  • even small and difficult-to-access surfaces of substrates can be connected to one another.
  • a microstructure comprising at least one bond substrate and a reactive multilayer system, wherein the reactive multilayer system has at least one surface layer of the bond substrate with vertically aligned, spaced-apart nanostructures and between the nanostructures, with at least one reaction partner to the region of the nanostructures having representative material filled areas.
  • microstructure has the advantage that it can be produced in a conventional microelectronic or micromechanical process sequence.
  • the microstructure according to the invention results in a structure structure on the bond substrate in which the reactive layers or structures are not formed horizontally, as known from the prior art, but vertically, directly next to one another on the bond substrate.
  • This has the advantage that a multiplicity of nanostructures with intervening regions filled with the material representing the reaction partner to the material of the nanostructures can be provided, whereby the structural height of the nanostructures and therefore the overall structure can be kept relatively low.
  • the nanostructures can be generated in a simple manner by a conventional layer deposition and subsequent structuring or by structured deposition, for example via a mask technology. This results in a large number of nanostructures spaced apart in a simple sequence of technologies, whereby the nanostructures can be formed with high accuracy.
  • the present invention can thus be used Microstructure variant a reactive multilayer system with a large number of nanostructures and intervening, filled with the reactants to the material of the nanostructures material filled areas can be realized by only a few process steps, so that the manufacturing time and the manufacturing costs for the formation of the reactive multilayer system are significantly reduced can.
  • the nanostructures In contrast to the document WO 2008/021073 A2, it is sufficient according to the invention to form the nanostructures from a single material and to deposit a single material in the space between the nanostructures, which can then react with the material of the nanostructures.
  • the latter is not possible in the document WO 2008/021073 A2, as between the reactive nanorods either alumina, d. H. a non-reactive material, or - after etching away the alumina - air is. Accordingly, it is necessary in the document WO 2008/021073 A2 to form the nanorods themselves from at least two materials which react with one another, which necessitates at least two layer deposits in the pores.
  • the nanostructures as well as the intervening regions can be formed with high accuracy, small size, and high density of structure, with the material of the nanostructures directly adjacent to the intervening material, thus providing a particularly advantageous reaction between the nanostructures and the interposed one located material can be achieved.
  • the vertical nanostructures are web-shaped.
  • Such web-like nanostructures can be prepared by known lithography processes in conjunction with wet or dry etching steps with high efficiency.
  • the webs act as upright on the substrate aligned, horizontally separated from each other by the intervening material nano layers, which can react particularly suitable with the intervening material.
  • the vertical nanostructures are in the shape of a needle, for example in the form of a "nanorase". Structures can be formed with particular fineness, whereby the melting temperature of the materials used can be lowered, so that there is a particularly good reaction between the material of the needle-shaped nanostructures and the material located therebetween.
  • the individual structures of the "nanorase” can be both geometrically defined or ordered and also stochastically distributed or disordered and / or distributed. The individual structures of the "nanorase” can therefore have the same or different distances, heights and / or thicknesses.
  • the vertical nanostructures have a feature width of about 10 nm to about 300 nm. Due to the small structural width, a large number of vertical nanostructures can be produced side by side, which can react particularly easily to form a rapidly propagating reaction front.
  • the vertical nanostructures have an aspect ratio of feature width to feature depth of from about 1: 8 to about 1:12.
  • the height of the structures is thus significantly greater than their width, so that the vertical nanostructures, viewed from the side, act like a multiplicity of thin vertical layers whose interstices are filled with the material representing one reactant to the material of the nanostructures, so that one particular easy and complete reaction between the material of the nanostructures and the intermediate material can take place.
  • At least one insulator layer is provided below the nanostructure.
  • the insulator layer can serve for electrical and / or thermal insulation of the vertical reactive layer stack above it from the remainder of the substrate.
  • the bond substrate is preferably an SOI (silicon on insulator) substrate or formed from an SOI substrate and / or provided with a (nano) porous layer, such as an airgel, with particularly high thermal resistance.
  • SOI silicon on insulator
  • the upper silicon layer located on an SOI substrate can be suitably patterned to form the vertical nanostructures, the underlying thermal insulation layer formed by the oxide layer or the high or nanoporous layer providing particularly good thermal and / or electrical insulation of the vertical reactive layer stack caused by the rest of the substrate.
  • an electrical and / or thermal contact layer or structure is provided on the material representing the material of the nanostructures on the one reactant.
  • the contact layer or structure can also be provided locally limited to the material that represents a reaction partner to the material of the nanostructures.
  • the contact layer or structure can be used as an initiator or igniter layer or structure. For example, this is a heated tungsten interconnect into consideration.
  • a further structure is applied to the contact layer or structure, which has a bond substrate and a solder or bonding layer deposited on the bond substrate or on an adhesion and / or wetting layer provided on the bond substrate, wherein the solder or bonding layer of the further structure rests on the contact layer or structure of the microstructure.
  • a soldered structure may be advantageously bonded to the microstructure to initiate a reaction between the material of the nanostructures and the material therebetween.
  • a further structure having a bond substrate with at least one surface layer with vertically aligned, spaced-apart nanostructures is applied to the contact layer or structure, wherein regions between the nanostructures with at least one reactant to the Material of the nanostructural material are filled.
  • At least one of the nano-layers or of the nanostructures or have the filled areas of a material having a melting temperature of ⁇ 500 0 C.
  • materials such as zinc, tin, indium or lithium are considered. Due to the relatively low melting temperature of at least one of the reactive layers or structures, initiation of a reaction between the nanosheets or between the nanostructures and the material representing one reactant to the material of the nanostructures can be relatively low Temperatures are made, whereby the temperature load when joining the microstructure can be kept low with a different structure.
  • At least one adhesion and / or wetting layer is deposited on the material of the microstructure which represents a reaction partner to the material of the nanostructures.
  • adhesion and / or wetting layer good adhesive properties or wetting properties can be made available for a solder or bonding layer applied to the layer sequence or a further structure applied thereto, so that the microstructure according to the invention can be easily manufactured and one for the subsequent bonding having required stability.
  • a particularly easy and effective ignition of the layer sequence of the microstructure can be achieved if the reactant to the material of the nanostructures material is contacted by at least one electrical contact structure, wherein the at least one contact structure is connected to an electrically conductive channel, at least through the Bondsubstrate of the microstructure and / or the bond substrate of another structure, which is applied to the microstructure leads.
  • the contact can be provided as one or more individual contact (s) or as planar contacting or contact layer both from above and laterally at the microstructure.
  • the reactive arrangement can be selectively ignited electrically at the at least one electrical contact structure, whereby a simple contacting from the outside is possible through the provided electrically conductive channel.
  • the at least one electrical contact structure and the electrically conductive channel are formed of copper.
  • Copper has a very good electrical conductivity, is conventionally available in deposition technologies of microelectronics and / or micromechanics, easily separable and structurable, so that in a simple way good and permanently usable electrical contacts and electrically conductive channels can be formed by copper.
  • the object of the invention is furthermore achieved by a method for producing a microstructure having at least one bond substrate and a reactive multilayer system, wherein for forming the reactive multilayer system at least one surface layer of the bond substrate is structured to form vertically aligned, spaced-apart nanostructures or is deposited in a structured manner and regions between the nanostructures with at least one reactant the material of the nanostructures representing material to be filled.
  • the material representing a reaction partner to the material of the nanostructures can also cover the vertically oriented nanostructures.
  • a reactive multi-layer system oriented vertically on a substrate can be provided, whose vertically aligned nanostructures can react with the material therebetween with the release of heat of reaction in order to be able to add the substrate to another structure or another substrate.
  • the structure produced by the method according to the invention can be produced with high precision and with high productivity using a large number of nanostructures, whereby the method according to the invention is completely compatible with conventional processes of microelectronics or micromechanics, so that it can be easily integrated into any production sequences of microelectronics or micromechanics ,
  • a SO.sub.i substrate and / or a substrate having a nanoporous layer which is similar to an airgel and has a particularly high thermal resistance is used as the bond substrate.
  • a substrate is particularly suitable for the method according to the invention, since the material present on the nanoporous layer or the oxide layer can be patterned simply forming the vertical nanostructures and the underlying insulator or oxide layer advantageously as a thermal or electrical insulation layer for the above vertical reactive structures can be used.
  • adhesion and / or wetting layer is deposited on the material that represents one reactant to the material of the nanostructures.
  • the adhesion and / or wetting layer serves for a more suitable application of an initiator or ignition layer on the material that represents a reaction partner to the material of the nanostructures or can itself be used as an initiator or ignition layer.
  • the present invention is on the one reaction partner to the material of the nanostructures material representing deposited an electrical and / or thermal contact layer or structure.
  • the contact layer or structure may, for example, be contacted electrically or thermally to cause ignition of a reaction between the material of the vertical nanostructures and the material therebetween.
  • the material of the microstructure which represents a reaction partner to the material of the nanostructures is electrodeposited.
  • the process parameters of the layer production can be optimized so that the thermo-mechanical stresses between the vertical nanostructures and the material located therebetween are minimized.
  • the so-called pulse-plating process has crystallized, in which from a mixed electrolyte by switching the voltage potential at least two different, each representing a reactant to the material of the nanostructures Materials between the vertically oriented nanostructures can be introduced.
  • a further structure comprising a bond substrate, a solder or bonding layer deposited on the bond substrate or deposited on a bond and / or wetting layer provided on the bond substrate, with the solder or bonding layer on the layer sequence of the microstructure applied.
  • a bond substrate having at least one surface layer with vertically aligned, spaced-apart nanostructures, wherein regions between the nanostructures are filled with at least one material representing a reactant to the material of the nanostructures, with the one reactant applied to the material of the nanostructures material is applied to the contact layer or structure of the microstructure.
  • Joining can be effected in a simple manner by electrical or thermal contacting of the contact layer or structure.
  • the bond substrate of the microstructure and / or the bond substrate of the further structure and / or a solder or bonding layer of the microstructure and / or the solder or bonding layer of the further structure are etched through an etch, lift Off, a resist mask, a shadow mask, a photoresist, a sacrificial layer and / or a lithography process is structured, wherein the structuring is carried out below an activation temperature of the nanostructures and the one reactant to the material of the nanostructures representing material.
  • a broad selection of structuring methods is available, by means of which a very wide variety of designs of the microstructure or of its layer sequences or structures can be produced, resulting in a high variability of producible microstructures which can be connected to a joining partner. Since the structuring takes place below an activation temperature of the nanostructures and of the material reacting with the material of the nanostructures, a premature initiation of a reaction between the reactive structures can be prevented so that the microstructure has advantageous joining properties even after structuring.
  • At least one electrical contact or an electrical contact layer is formed adjacent to at least one of the nanostructures and / or to the reactant to the material of the nanostructures and at least one electrically conductive channel for contacting the at least one contact or the electrical contact layer is formed, wherein the electrically conductive channel is guided at least through the bond substrate of the microstructure and / or the bond substrate of the further structure.
  • one or more electrical contacts may be provided on the nanostructures and / or the material that represents a reaction partner to the material of the nanostructures to form a broad reaction front on the reactive layers or structures, so that a continuous,sausumblende exothermic reaction between the reactive structures can take place, whereby a very good joining result can be achieved.
  • a bonding of the microstructure with a further structure it is particularly useful according to a variant of the inventive method, when the microstructure and the other structure are adjusted to each other, are pressed under vacuum with a pressure of about 500 kPa to about 1500 kPa and a temperature is set in a range of about 20 0 C to about 200 0 C. As a result, high-quality joining results can be achieved without having to set high temperatures during joining from the outside.
  • the object is furthermore achieved by a device for bonding a microstructure, which has at least one bond substrate and a reactive multilayer system, with a further structure comprising a bond substrate, the device comprising an openable and / or closable, evacuatable bonding chamber in which the microstructure and the further structure can be introduced and adjusted to one another, and an activation mechanism coupled to the bonding chamber, with which the reactive multilayer system of the microstructure formed from reactive nanostructures with an intermediate material forming a reaction partner with respect to the material of the nanostructures is mechanically, electrically, electromagnetically, optically and / or thermally activated that between the nanostructures and a reactant to the material of the nanostructures material representing a self-propagating, exothermic reaction takes place.
  • a novel bonding apparatus in which the reactive multilayer system provided between the bonding substrates can be ignited particularly suitably by the activation mechanism coupled to the bonding chamber, wherein suitable bonding process parameters can additionally be set in the bonding chamber.
  • the activation mechanism used in the device according to the invention comprises a current pulse generator, a vibration pulse generator, a laser pulse generator, a heat generator and / or a micro-lighter.
  • the proposed activation mechanisms can be individually or in combination suitably coupled to the bonding chamber of the device according to the invention or integrated into it, so that a reaction between the nanostructures and the material that represents a reaction partner to the material of the nanostructures can be triggered directly at the bond substrates and / or the reactive layer sequence or the reactive structures.
  • electrical contacts and / or contact pads are integrated in the bonding chamber, which can be connected to at least one electrically conductive channel of the microstructure and / or the further structure.
  • the object is further achieved by a microsystem which is formed from two bond substrates and a structure lying between the bond substrates, which has a reacted, reactive layer system, wherein the reacted, reactive layer system has a reacted structure sequence comprising at least one surface layer provided on the bond substrate with vertical aligned, spaced-apart nanostructures and between the nanostructures with at least one reactant to the material of the nanostructures representing material filled areas, and wherein the microsystem is a biomaterial coated sensor and / or elements of polymer material and / or at least a magnetic and / or piezoelectric and / or piezoresistive component.
  • a microsystem of interconnected bond substrates is made available, which would not be able to be produced in a suitable quality due to its temperature sensitivity by means of conventional bonding technologies.
  • the biomaterial-coated sensor formed from the microsystem according to the invention can be coated, for example, with proteins, DNA or antibodies which typically have a limit temperature of 42 ° C.
  • the elements of polymeric material formed from the microsystem proposed according to the invention may comprise, for example, micro-optics, microfluidics or a polymer MEMS whose limit temperature is usually about 100 ° C.
  • the microsystem of the invention may be formed with magnetic components, such as magnetic field sensors (AMR or GMR), which have limit temperatures of about 250 0 C.
  • Figure 1 shows schematically a microstructure according to an embodiment of the present invention with web-like vertical nanostructures in a sectional side view;
  • FIG 2 schematically a further embodiment of an inventive
  • FIGS. 3a to 3d show a possible process sequence according to an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 4a to 4e shows schematically another possible embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 5 schematically shows the microstructure from FIG. 1 with a further structure applied thereon for carrying out a variant of the bonding method according to the invention in a sectional side view;
  • FIG. 6 schematically shows the microstructure from FIG. 1 with a similar microstructure applied thereto for carrying out a further variant of the bonding method according to the invention in a sectional side view;
  • Figure 7 shows schematically a bonding device according to the present invention in a side view.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of a microstructure 10 according to the invention in a sectional side view.
  • the microstructure 10 comprises a bond substrate 1, which in the example shown is an SOI substrate consisting of a silicon bulk material 3, an insulator or oxide layer 33 and a structured surface layer 54 located thereon.
  • the patterned surface layer has vertically aligned, spaced-apart nanostructures 55 with interposed regions filled with a material 57. These are explained in more detail below.
  • the bond substrate 1 may also be formed from another, eg other semiconductor or insulator materials, metal, glass or ceramic containing material layer sequence whose surface layer 54 is structured or structured and which preferably between the Surface layer 54 and the remaining substrate material has an electrically and / or thermally insulating layer.
  • the bond substrate 1 may also be provided with a (nano) porous layer, such as an airgel, having a particularly high thermal resistance.
  • highly doped, conductive silicon or a metal such as, for example, palladium or platinum, is preferably used as the material for the bond substrate 1.
  • the bond substrate 1 is a wafer, but in other embodiments, not shown, it can also be another substrate provided for a joining connection, such as a film.
  • the bond substrate 1 and / or elements thereof may be sensitive to temperature and / or have particularly small or hard-to-reach areas to be joined.
  • an adhesion layer may further be deposited, on which a wetting layer and / or a solder and bonding layer is deposited.
  • the deposition of the adhesive layer and the wetting layer can be done for example by sputtering, vapor deposition or by electrodeposition.
  • Possible adhesive layers may be formed of chromium, titanium or titanium nitride. Typically, such adhesion and wetting layers are only a few nanometers thick.
  • an electrically conductive channel can be guided up to the nanostructures 55 and / or the material 57 therebetween, wherein the channel is formed, for example, from copper.
  • the electrically conductive channel is in such a case with an electrical contact or an electrical contact layer 60 on the nanostructures 55 and / or the material 57 in connection.
  • the electrical contact or the contact layer 60 may also be formed of copper.
  • a lateral contacting of the described below in more detail, formed from the nanostructures 55 and the intermediate material 57 reactive structure can be made.
  • the above-mentioned solder or bonding layer may be a eutectic solder, a solder or a solid-liquid interdiffusion (SLID) solder.
  • a eutectic solder is used for the solder or compound layer, this may consist of Au-Si with a melting temperature of 363 0 C to 370 ° C, Au / Ag / Cu / Al / -Sn with a melting temperature of 217 ° C to 228 ° C, be formed of Al-Ge with a melting temperature of 420 0 C or In-Sn with a melting temperature of 120 0 C.
  • solder used for the solder or connection layer this may be, for example, Sn or Ag-based and have a melting temperature of about 200 0 C to 230 0 C.
  • Sn or Ag-based In-Au / Al / Ag / Pt / Pd / Cu / Si / Ni or Sn-Pd / Cu / Al / Ag / Au may be considered as a solid-liquid interdiffusion (SLID) solder.
  • the material used for the solder or bonding layer may also be low-melting single layers such as Sn or In or also Au as a material melting at higher temperatures or eutectic partners, as well as thermally hardenable materials such as adhesives, ceramics or polymers.
  • the wetting layer and / or the solder or bonding layer depending on the structure to be fabricated and the material to be structured, for example, lift-off, wet etching or dry etching can be used.
  • the surface layer 54 has web-like, vertically aligned, spaced-apart nanostructures 55.
  • the nanostructures may also have a different structural form, structure height and / or structure width than the nanostructures 55 in FIG.
  • the nanostructures 56 of the bond substrate 1 'shown in FIG. 2 are in the shape of a needle to form a lawn-like structure.
  • the nanostructures 55, 56 from FIGS. 1 and 2 may have been structured, for example, by means of electron beam lithography or by nanoimprinting.
  • the nanostructures 55, 56 in the examples shown have a feature width of about 10 nm to about 300 nm and an aspect ratio of feature width to feature depth of about 1: 8 to about 1:12.
  • the regions lying between the nanostructures 55, 56 are filled with at least one material 57 representing a reaction partner to the material of the nanostructures 55, 56, the material 57 covering the nanostructures 55 in the example shown in FIG.
  • the materials of the nanostructures 55, 56 and the material 57 are chosen so that they have a negative enthalpy of formation when mixed or alloyed.
  • the width of the nanostructures 55, 56 and of the material 57 therebetween is in each case selected such that the energy released from the reaction between these materials is sufficient to allow the temperature required for the bond connection to reach. It is important here that the stoichiometric ratio of the material partners corresponds to the desired alloy.
  • Suitable material pairings for the material of the nanostructures 55, 56 and the material 57 therebetween are Ag-Pd, Ag-Cu, Cu-Ni, Pd-Co or Pd-Sn, Pd-Zn or Pd-In.
  • the material 57 is deposited electrochemically or galvanically on the bond substrate 1.
  • Particularly suitable for the deposition of the material 57 is the so-called pulse-plating process.
  • the galvanic layer deposition is more sensitive compared to other deposition technologies and thus particularly well suited for the deposition of the material 57 on temperature-sensitive substrates, since in the electrodeposition, the thermo-mechanical stresses in the structure to be produced can be optimized.
  • PVD methods such as magnetron sputtering or e-beam evaporation, or CVD vapor deposition processes
  • CVD vapor deposition processes can be used for depositing the material 57.
  • the process temperature is preferably controlled, whereby diffusion processes between the nanostructures 55, 56 and the material 57 and the formation of resulting mixing zones can be reduced.
  • the vertically aligned, spaced-apart nanostructures 55, 56 and the material 57 located between the nanostructures 55, 56 form a reactive multilayer system wherein the nanostructures 55, 56 and the material 57 are mechanically or electrically, electro-magnetically, optically and / or thermal activation react with each other in a self-propagating, exothermic reaction.
  • the nanostructures 55, 56 and the material 57 may be formed of Ag, Pd, Cu, Ni, Pt, Co, Au, Sn, Zn, Zr, In, Si, or Li, or combinations or alloys of these materials.
  • at least one of the materials should have a relatively low melting temperature.
  • materials such as Sn, In or Li are primarily considered.
  • Corresponding partners or combinations depend on the size of the negative formation enthalpy of the reaction and the electrochemical suitability for a galvanic deposition. In this case, for example, with Au, Ag, Zn and Ni functioning systems can be constructed.
  • On the material 57 may be provided a solder or bonding layer or a layer stack of a solder or bonding layer, a wetting layer and / or an adhesive layer.
  • a contact layer 60 is provided on the material 57, which is electrically contactable and thereby serves as an initiator or ignition layer for the arrangement underneath, consisting of the material 57 and the nanostructures 55.
  • contact layer 60 serves.
  • contact structure or heating structure which electrically and / or thermally contacts the material 57 and / or at least one of the nanostructures 55, 56.
  • the contact layer 60 in FIG. 1 is provided flat on the material 57.
  • the contact layer 60 or a corresponding contact structure can also be localized, for example as one or more punctiform contact (s) over or also laterally on the arrangement of the material 57 and the nanostructures 55 be arranged.
  • both the microstructures 10, 10 'shown in FIG. 1 and FIG. 2 are a structure comprising a vertically formed reactive multilayer system consisting of the nanostructures 55, 56 and the intervening material 57, which has at least one reaction partner to the Material of the nanostructures 55, 56, has.
  • a material 57 is shown between the nanostructures 55, 56 in FIGS. 1 and 2, different materials, for example at least two different materials, can also be interspersed between the nanostructures 55, 56
  • each forming a reaction partner to the material of the nanostructures 55, 56 be introduced one above the other.
  • the nanostructures 55, 56 can react with the material 57 therebetween in an exothermic reaction to form a reacted, reactive multi-layer system, this reaction being carried out, for example, in a joining process for joining the respectively represented microstructure 10, 10 'with a further structure, as in FIGS Figures 5 and 6 shown, can be used.
  • FIGS. 3 a to 3d schematically show a possible process sequence of the method according to the invention for producing a microstructure 10 ', as shown in FIG. 2.
  • a bond substrate 1 ' is provided, which in the exemplary embodiment shown consists of heavily doped, conductive silicon.
  • the bond substrate V in other, not shown embodiments of the present invention may also be formed of a metal.
  • the bond substrate 1 ' is etched by means of a suitable anisotropic etching process in such a way that needle-shaped vertical nanostructures 56 are formed on the surface of the bond substrate 1'.
  • a sputter deposition of a metal takes place. Since the trenches between the vertical nanostructures 56 are substantially deeper than the horizontal distances of the vertical nanostructures 56 from each other, it is not possible in the sputtering process shown in FIG. 3c to fill the trenches in their depth. Instead, the aluminum or titanium atoms attach, in particular, as shown schematically, at the tips of the needle-shaped structures. The aluminum or titanium atoms, which reach the bottom of the trenches between the vertical nanostructures 56, are insufficient to form a closed layer there.
  • a metal such as aluminum or titanium
  • This tip isolation is used in the subsequent galvanic deposition process shown in FIG. 3d, so that the trenches between the vertical nanostructures 56 are particularly advantageously galvanically connected to another material 57, which represents a reaction partner to the material of the nanostructures 56, such as, for example, nickel or palladium. can be filled.
  • FIGS. 4a to 4e show a further possible embodiment variant for carrying out the method according to the invention for producing a microstructure, such as the microstructure 10 from FIG. 1.
  • the bond substrate 1 is coated with a photoresist material (PMMA) in a subsequent process step shown in FIG. 4b, preferably using self-assembling polymers.
  • PMMA photoresist material
  • the photoresist material is patterned in a next process step shown in FIG. 4 c to form an etching mask 59 for the vertical nanostructures 55 to be produced.
  • the bond substrate 1 is etched into the depth via the etching mask 59.
  • this results in a certain undercutting of the etching mask 59, so that care must be taken to ensure that the structuring of the etching mask 59 in the preceding step is adapted to the subsequent undercut.
  • a so-called "Bosch process” can be used, in which an alternation of deep etching and polymer deposition makes it possible to produce narrow, deep trenches.
  • the etch mask 59 is not immediately removed in the following, but serves in the process step shown in FIG. 4e as insulation of the tips of the generated vertical nanostructures 55 during the electrodeposition of a material 57 which is filled into the areas located between the nanostructures 55 in the electroplating process ,
  • the material 57 is selected so that it can react with the material of the nanostructures 55 in an exothermic reaction.
  • nickel or palladium can be used as material 57 nickel or palladium.
  • FIG. 5 schematically shows a microsystem 30 in which a further structure 20 is provided on the microstructure 10 from FIG. 1, which comprises a substrate 2, an adhesion and / or wetting layer 81 provided thereon and a solder or connection layer 9 provided thereon wherein the further structure 20 is arranged on the microstructure 10 such that the solder or connection layer 9 rests on the contact layer 60.
  • a further structure 20 is provided on the microstructure 10 from FIG. 1, which comprises a substrate 2, an adhesion and / or wetting layer 81 provided thereon and a solder or connection layer 9 provided thereon wherein the further structure 20 is arranged on the microstructure 10 such that the solder or connection layer 9 rests on the contact layer 60.
  • suitable electrical and / or thermal contacting of the contact layer 60 for example by means of the bonding device 12 shown in FIG. 7, an exothermic reaction between the nanostructures 55 and the material 57 representing a reactant to the material of the nanostructures 55 can be triggered. or bonding layer 9 melts and / or
  • FIG. 6 schematically shows a further possible embodiment variant of a microsystem 30 'using the microstructure 10 from FIG. 1, on which a further structure 20' is arranged in the example shown, which is a silicon bulk material 3, an insulator layer 33, a web-like one Nanostructures 55 structured surface layer 54 and located therebetween, with a one reactant to the material the material 55 representing the nanostructures 55 has filled regions, the material 57 representing a reaction partner to the material of the nanostructures 55 covering the nanostructures 55.
  • the further structure 20 ' is provided on the microstructure 10 such that the material 57 of the further structure 20' rests on the contact layer 60 of the microstructure 10.
  • the structure of FIG. 6 has the peculiarity that a solder does not necessarily have to be provided between the structures 10 and 20 'here.
  • the alignment of the microstructures 10 and 20 or 20 'to one another preferably takes place in the bonding device 12. Before the alignment, a cleaning, a surface activation and / or an oxide removal on the structures to be bonded may be necessary.
  • an electrical start pulse on the contact layer 60 or other on the microstructures 10, 10 ', 20, 20' provided contacts given, whereby the respective reactive structure is ignited.
  • the respective reactive structure is ignited.
  • interdiffusion of adjacent atoms from nanostructures 55, 56 and material 57 begins.
  • the resulting alloy formation results in an exothermic reaction.
  • the resulting heat propagates between the nanostructures 55, 56 and the material 57 and stimulates a further mixing of the not yet reacted nanostructures 55, 56 and the not yet reacted material 57, so that the bond front between the respective microstructures can spread over the entire surface .
  • This self-propagating reaction is characterized by an intense local heating rate, a very high rate of propagation, and a very short duration of heat exposure to the bond substrates 2, 3.
  • the connected substrates or microstructures can be removed from the joining device 12 and the connection can be checked.
  • the connected Substrates or the chips encapsulated by the joining can then be separated and processed further.
  • Figure 7 shows schematically a possible embodiment of a bonding device 12 according to the invention in a side view.
  • the bonding device 12 has an openable and closable bonding chamber 13, in which a microstructure 10, 10 'and a further structure 20, 20', as described above, can be introduced and adjusted to one another via an adjusting device or alignment device 14.
  • the microstructure 10, 10 'and the further structure 20, 20' is for this purpose between two pressure plates 15, 16 arranged on soft, as indicated by the arrows F, a bond pressure in the amount of about 500 kPa to about 1500 kPa can be exercised.
  • the bonding chamber 13 is coupled to a module 22, such as a vacuum pump, through which the bonding chamber 13 can be evacuated or by means of which an overpressure or underpressure can be generated in the bonding chamber 13.
  • a normal pressure can be adjusted.
  • the pressure plates 15, 16 are tempered via ports 17 to which at least one heater is coupled or coupled, wherein a temperature T in a range of about 20 0 C to about 200 0 C can be adjusted to assist the reaction. Furthermore, current or voltage connections 19 for electrical contacting are provided on the pressure plates 15, 16.
  • the nanostructures 55, 56 and / or the intermediate material 57 and / or the contact layer or structure 60 of the composite microsystem 30 to be bonded are coupled to an activation mechanism 18 integrated in the bonding chamber 13 or provided on the bonding chamber 13, via which a reaction between the nanostructures 55, 56 and the material 57 can be triggered.
  • the activation mechanism 18 has a current pulse generator in the example shown, but in other, not shown embodiments of the present invention may additionally or additionally comprise a vibration pulse generator, a laser pulse generator, a heat generator and / or a micro-lighter. Depending on the selection of the activation mechanism used, an electrical, thermal, mechanical, optical and / or electromagnetic start pulse may thus be provided for initiating a reaction between the nanostructures 55, 56 and the material 57.
  • the coupling between the activation mechanism 18 and the substrates to be bonded or the layer structure provided between the substrates to be bonded takes place via contact pads, electrically conductive channels, optical windows or the like provided on the substrates and / or the layer structure.
  • the activation mechanism 18 initiates the reaction between the nanostructures 55, 56 and the material 57 locally at the starting point 23 shown schematically in FIG. 7 and then propagates independently in the microsystem 30 or the reactive vertically formed multilayer system of another microstructure according to the invention thus formed microsystem.
  • the reaction measured at a rate of propagation of the reaction of 4 to 10 ms -1 , is typically as small as 0.01 to 0.05 seconds plus 4, 6 or 8 inch wafers, plus essentially one of The preparation and initiation time of about 1 to 15 minutes, depending on the equipment and manageability of the bonding device 12.
  • a control device may further be provided with which, for example, a resistance measurement on the bonded structure is possible.
  • the bonding device 12 is preferably designed such that it is also suitable for bonding substrates which have at least one layer sequence of horizontally superimposed reactive nano layers of different materials between the substrates to be bonded.
  • the inventively proposed reactive layer systems serve as an integrated energy source for the connection of semiconductor-typical components and systems, of temperature-sensitive components and of different substrates and materials such as polymers, ceramics and metals.
  • a self-propagating reaction takes place without further energy input, with a low heat input into the substrates to be bonded.
  • the very fast reaction propagation leads to a short process time and thus to a cost optimization.
  • requirements with regard to solid, stable and hermetically sealed connections, low bonding temperatures, for example in the range of approximately 25 ° C., and low heat input into surrounding material can be met.
  • the invention does not result in increased costs compared to previously known bonding methods, it is possible to produce in volume, and a high yield with high quality of the joining results can be achieved.
  • a particular advantage of the present invention is the local, only short-term temperature propagation only in the area of structured frames and contacts and on the order of magnitude which is sufficient to melt or thermally activate a solder or bonding layer and to establish the connection.
  • the present invention using vertical nanostructures filled with the material representing one of the reactants to form the material of the nanostructures reveals great potentials in microsystem and sensor technology with regard to packaging and household technology.
  • various substrates such as silicon in chip-to-chip, chip-to-wafer or chip-to-board technologies, ceramics, metals, plastics or combinations of said materials, can be interconnected.
  • the use according to the invention of reactive layer systems deposited or producible directly on a substrate to be joined for bonding semiconductor substrates or wafers supplements the hitherto known bonding methods by a method without significant temperature input at the component level.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrostruktur mit wenigstens einem Bondsubstrat und einem reaktiven Mehrschichtsystem, wobei das reaktive Mehrschichtsystem wenigstens eine Oberflächenschicht des Bondsubstrates mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen und zwischen den Nanostrukturen befindliche, mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllte Bereiche aufweist. Die Erfindung beinhaltet ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur mit wenigstens einem Bondsubstrat und einem reaktiven Mehrschichtsystem, wobei für ein Ausbilden des reaktiven Mehrschichtsystems eine Oberflächenschicht des Bondsubstrates unter Ausbildung vertikal ausgerichteter, voneinander beabstandeter Nanostrukturen strukturiert wird oder strukturiert abgeschieden wird und Bereiche zwischen den Nanostrukturen mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllt werden. Zudem enthält die Erfindung eine Vorrichtung zum Bonden einer Mikrostruktur, wobei die Vorrichtung eine öffen- und/oder schließbare, evakuierbare Bondkammer, in welcher die Mikrostruktur und die weitere Struktur einbringbar und zueinander justierbar sind, sowie einen mit der Bondkammer gekoppelten Aktivierungsmechanismus aufweist, mit welchem das aus reaktiven Nanostrukturen mit einem dazwischen befindlichen einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material ausgebildete reaktive Mehrschichtsystem der Mikrostruktur derart mechanisch, elektrisch, elektromagnetisch, optisch und/oder thermisch aktivierbar ist, dass zwischen den Nanoschichten eine selbstausbreitende, exotherme Reaktion stattfindet. Außerdem betrifft die Erfindung ein Mikrosystem, welches aus zwei Bondsubstraten und einem zwischen den Bondsubstraten liegenden Aufbau ausgebildet ist, der ein reagiertes, reaktives Schichtsystem aufweist, wobei das reagierte, reaktive Schichtsystem eine reagierte Strukturabfolge aus wenigstens einer auf dem Bondsubstrat vorgesehenen Oberflächenschicht mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen und zwischen den Nanostrukturen mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllten Bereichen ist, wobei das Mikrosystem ein mit Biomaterial beschichteter Sensor ist und/oder Elemente aus polymerem Material und/oder wenigstens eine magnetische und/oder piezoelektrische und/oder piezoresistive Komponente aufweist.

Description

Mikrostruktur, Verfahren zu deren Herstellung, Vorrichtung zum Bonden einer Mikrostruktur und Mikrosystem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrostruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur mit wenigstens einem Bondsubstrat und einem reaktiven Mehrschichtsystem. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bonden einer Mikrostruktur, die wenigstens ein Bondsubstrat und reaktives Mehrschichtsystem aufweist, mit einer weiteren Struktur, die ein Bondsubstrat aufweist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Mikrosystem, welches aus zwei Bondsubstraten und einem zwischen den Bondsubstraten liegenden Aufbau ausgebildet ist, der ein reagiertes, reaktives Schichtsystem aufweist.
Die heutige Aufbau- und Verbindungstechnik zielt auf immer kleiner und komplexer werdende Bauteile und Mikrosysteme ab. Dabei ist es das Ziel, den Wärmeeinfluss beim Kontaktieren möglichst gering zu halten, um empfindliche Elemente nicht zu beschädigen. Etablierte, zu hermetisch dichten Verbindungen führende Fügeverfahren in der Mikrosys- temtechnik bzw. Waferbondverfahren, wie das anodische Bonden, das Niedertemperatur- Silizium-Direktbonden, das Seal-Glas-Bonden oder das eutektische Bonden verbinden zwar zuverlässig, jedoch herrschen hier über einen längeren Zeitraum Temperaturen von zum Teil über 400°C vor. Diese hohen und relativ lang einwirkenden Temperaturen können empfindliche Bauteile oder Werkstoffe schädigen. Des Weiteren ist es aufgrund der Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten kaum möglich, verschiedene Substrate, wie Silizium, Metalle, Keramiken oder Polymere großflächig dicht zu verbinden.
Andererseits wird es zunehmend schwieriger, komplexe Produkte und deren Gehäuse automatisiert, zuverlässig und dicht zu verbinden. Neben temperaturempfindlichen Sensoren kommt es immer wieder zu abgeschatteten Fügestellen, die mit Schweiß- und Lötwerkzeugen nicht ohne weiteres erreichbar sind.
Aus diesem Grund wurde in den letzten Jahren verstärkt an Technologien geforscht, die einen selektiven Energieeintrag nur an der benötigten Fügestelle auf Quadratmikrometer großen Flächen ermöglichen.
Ferner wurden in den letzten Jahren Verfahren entwickelt, welche eine lokale, interne Energiequelle nutzen, die es ermöglicht, die Energie direkt an der Verbindung einwirken zu lassen. Beispielsweise werden reaktive Pulver eingesetzt, die eine selbstausbreitende Reaktion erzeugen, welche jedoch schwer kontrollier- und steuerbar ist. Alternativ finden sich im Stand der Technik reaktive Mehrschichtsysteme, die aus einer Vielzahl dünner, alternierender Schichten bestehen, die durch ihre Reaktionseigenschaften eine Kontrolle der sehr hohen aber kurzzeitig frei werdenden thermischen Energie ermöglichen.
Mehrschichtsysteme sind in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik in vielerlei Hinsicht bekannt. Beispielsweise werden solche Schichtstapel zur gezielten Einstellung von Reflektivitäten bei optischen Elementen oder auch zur Beeinflussung von Schichtspannungen und Stress genutzt. Für Infrarot-Komponenten werden M umschichten aus SiCyPolysilizium und für Extreme-Ultra-Violet- (EUV)- und Röntgenoptiken aus Mo/Si, Ni/B4C, M0/B4C etc. eingesetzt.
Heute verfügbare reaktive Mehrschichtfolien bestehen größtenteils aus einem Schichtstapel mit einer Aluminiumschicht, die alternierend mit anderen Schichten (meist Nickel, Monel (70% Ni, 30% Cu), Titan oder Zirkonium) als freistehende Folien angeboten werden. Alternativ werden alternierende Schichtaufbauten aus Silizium, gepaart mit Rhodium, Nickel oder Zirkonium, verwendet. Die eingesetzten freistehenden Mehrschichtfolien besitzen Gesamtdicken von 30 μm bis 1 cm mit Einzelschichtdicken im Bereich von 10 nm bis 100 nm. Laut Anbieter können die verschiedensten Werkstoffe mit Hilfe der Folien miteinander verbunden werden.
Die Folien können z.B. mittels Stanzen strukturiert werden. Eine Integration dieser Folien in einem mikroelektronischen oder mikromechanischen Fertigungsprozess scheint jedoch schwierig, da die spröden Folien ein sehr sorgfältiges Handling erfordern, schwer zu positionieren und schwierig zu zünden sind.
Werden die bekannten reaktiven Mehrschichtfolien in einem Fügeverfahren angewendet, wird infolge einer thermisch induzierten Vermischung der alternierenden Schichten des Mehrschichtsystems Energie durch eine exotherm ablaufende Reaktion frei. Nach einmaliger Initiierung der Reaktion führt die frei werdende Reaktionswärme im Idealfall zu einer durchgängigen Verbindung der Fügepartner.
Der Artikel von Qiu und Wang „Bonding Silicon wafers with reactive multilayer foils" in Sensors and Actuators A141 (2008), Seiten 476 bis 481, beschreibt ein Bondverfahren, in welchem zwei Silizium-Wafer, die mit einer Gold- und Chrombeschichtung beschichtet sind und zwischen welchen ein Schichtstapel aus zwei Lot- oder Verbindungsschichten und einer reaktiven Folie angeordnet ist, unter Druckeinwirkung miteinander verbunden werden. Die dabei verwendete reaktive Folie ist eine aus Nickel-Aluminium-Lagen zusammen- gesetzte reaktive Mehrschichtfolie, welche an einer Seite aus dem Schichtstapel übersteht und an dieser Seite durch einen elektrischen Funken gezündet wird.
Das von Qiu und Wang beschriebene Fügeverfahren besitzt den Nachteil, dass die verwendete reaktive Mehrschichtfolie ein sehr sorgfältiges Handling erfordert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn nur ausgewählte und/oder besonders kleine Bereiche der Oberflächen von Substraten miteinander verbunden werden sollen, da die bekannten Mehrschichtfolien lediglich mechanisch strukturierbar sind, wodurch kleine Abmessungen bzw. deren Zuordnung zu den zu bondenden Bereichen nicht mit der notwendigen Genauigkeit realisiert werden können. Zusätzlich muss bei der Verwendung von reaktiven Mehrschichtfolien in Fügeprozessen wenigstens ein Teil der Folie von außen zugänglich sein, um die Folie zünden zu können. Dadurch können ungewollte Reste oder Strukturveränderungen an der Seite der zu verbindenden Substrate entstehen. Darüber hinaus kann durch die seitlich erfolgende Zündung der reaktiven Mehrschichtfolie unter Umständen nur ein begrenzter Teil der Mehrschichtfolie beim Zünden umgesetzt werden, sodass ein unvollkommenes Fügeergebnis erzielt wird.
Gemäß der Druckschrift WO 2008/021073 A2 können reaktive Nanoschichten auch flächig übereinander auf einem Substrat abgeschieden werden. Hierzu schlägt die Druckschrift ferner vor, zwischen den jeweiligen reaktiven Schichten eine nicht reaktive Zwischenschicht oder ein Ventilelement vorzusehen, wodurch ein direkter Kontakt zwischen den reaktiven Schichten verhindert oder definiert gesteuert werden kann.
Desweiteren offenbart die Druckschrift WO 2008/021073 A2 eine reaktive Struktur, bei welcher zunächst in einer auf einem Siliziumsubstrat abgeschiedenen, nicht reaktiven Aluminiumoxidschicht Poren ausgebildet werden. Dabei sind die einzelnen Poren durch von aufrecht stehende Wänden aus Aluminiumoxid voneinander abgegrenzt. Nachfolgend wird zunächst in die freien Poren mittels Elektronenstrahlabscheidung Aluminium abgeschieden. Daraufhin erfolgt in die freien Poren eine Elektronenstrahlabscheidung von Nickel. Auf diese Weise entstehen in jeder der Poren voneinander durch die Porenwände getrennte bimetallische Al/Ni-Nanostäbe, die exothermisch reaktiv sind und somit Nano-Heizer ausbilden können. Hierfür ist es notwendig, dass das nichtreaktive Aluminiumoxid, dass sich zwischen den Nanostäben befindet, durch Ätzen entfernt wird. Im Ergebnis entsteht eine Struktur, welche eine Vielzahl vertikaler, voneinander getrennter Al/Ni-Nanostäbe aufweist, wobei jeder der Nanostäbe in sich reagieren kann. In der Druckschrift ist jedoch nicht ausgeführt, wie solche Strukturen zu kontaktieren sind. Zudem ist es fraglich, wie bei einer solchen Struktur eine für Fügeprozesse notwendige, sich flächig selbst ausbreitende Reaktion erfolgen soll, wo doch die reaktiven Nanostäbe voneinander getrennt sind.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mikrostruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur, eine Vorrichtung zum Bonden einer Mikrostruktur mit einer weiteren Struktur sowie ein Mikrosystem der oben genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welche es ermöglichen, ein hochqualitatives Fügeergebnis mit einem einfach handhabbaren Fügeverfahren zur Verfügung zu stellen, welches auch zum Fügen temperaturempfindlicher Substrate eingesetzt werden kann. Darüber hinaus sollen erfindungsgemäß auch kleine und schwer zugängliche Oberflächen von Substraten miteinander verbunden werden können.
Die Aufgabe wird zum einen durch eine Mikrostruktur mit wenigstens einem Bondsubstrat und einem reaktiven Mehrschichtsystem gelöst, wobei das reaktive Mehrschichtsystem wenigstens eine Oberflächenschicht des Bondsubstrates mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen und zwischen den Nanostrukturen befindliche, mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Bereich der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllte Bereiche aufweist.
Diese Mikrostruktur besitzt den Vorteil, dass sie in einer herkömmlichen mikroelektronischen bzw. mikromechanischen Prozessabfolge herstellbar ist. Zudem ergibt sich durch die erfindungsgemäße Mikrostruktur auf dem Bondsubstrat ein Strukturaufbau, bei dem die reaktiven Schichten bzw. Strukturen nicht horizontal, wie aus dem Stand der Technik bekannt, sondern vertikal, direkt nebeneinander auf dem Bondsubstrat ausgebildet sind. Dies hat den Vorzug, dass eine Vielzahl von Nanostrukturen mit dazwischen befindlichen, mit dem den Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllten Bereichen vorgesehen werden kann, wobei die Strukturhöhe der Nanostrukturen und damit der Gesamtaufbau relativ gering gehalten werden kann.
Die Nanostrukturen können auf einfache Weise durch eine herkömmliche Schichtabschei- dung und nachfolgende Strukturierung oder gleich durch strukturierte Abscheidung, beispielsweise über eine Maskentechnologie, erzeugt werden. Dabei entsteht eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Nanostrukturen in einer einfachen Technologieabfolge, wobei die Nanostrukturen mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden können. Im Gegensatz zu dem hohen Arbeitsaufwand, der mit der Herstellung einer Vielzahl mehrfach alternierender, horizontal auf einem Bondsubstrat abgeschiedener Nanoschichten oder mit der in der Druckschrift WO 2008/021073 A2 beschriebenen Herstellung horizontal voneinander beanstandeter vertikaler reaktiver Nanostäbe verbunden ist, kann somit bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Mikrostrukturvariante ein reaktives Mehrschichtsystem mit einer großen Anzahl an Nanostrukturen und dazwischen befindlichen, mit dem den Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllten Bereichen durch nur wenige Prozessschritte realisiert werden, sodass die Herstellungszeit als auch die Herstellungskosten für die Ausbildung des reaktiven Mehrschichtsystems bedeutend verringert werden können.
Dabei reicht es erfindungsgemäß im Gegensatz zu der Druckschrift WO 2008/021073 A2 aus, die Nanostrukturen aus einem einzigen Material auszubilden und ein einziges Material in den Zwischenraum zwischen den Nanostrukturen abzuscheiden, welches dann jeweils mit dem Material der Nanostrukturen reagieren kann. Letzteres ist in der Druckschrift WO 2008/021073 A2 nicht möglich, da sich zwischen den reaktiven Nanostäben entweder Aluminiumoxid, d. h. ein nicht reaktives Material, oder - nach dem Wegätzen des Aluminiumoxides - Luft befindet. Entsprechend ist es in der Druckschrift WO 2008/021073 A2 notwendig, die Nanostäbe selbst aus wenigstens zwei miteinander reagierenden Materialien auszubilden, was wenigstens zwei Schichtabscheidungen in den Poren erforderlich macht.
Zudem lassen sich in der vorliegenden Erfindung die Nanostrukturen als auch die dazwischen befindlichen Bereiche mit hoher Genauigkeit, entsprechender Kleinheit und hoher Strukturdichte ausbilden, wobei das Material der Nanostrukturen direkt an das dazwischen befindliche Material angrenzt, sodass eine besonders vorteilhafte Reaktion zwischen den Nanostrukturen und dem dazwischen befindlichen Material erzielt werden kann.
In einem besonders zweckmäßigen Beispiel der vorliegenden Erfindung sind die vertikalen Nanostrukturen stegartig ausgebildet. Derartige stegartige Nanostrukturen können durch bekannte Lithografieverfahren in Verbindung mit Nass- oder Trockenätzschritten mit hoher Effektivität hergestellt werden. Die Stege wirken dabei wie aufrecht auf dem Substrat ausgerichtete, horizontal voneinander durch das dazwischen befindliche Material getrennte Nanoschichten, welche besonders geeignet mit dem dazwischen befindlichen Material reagieren können.
Es hat sich ferner als förderlich erwiesen, wenn die vertikalen Nanostrukturen nadeiförmig, beispielsweise in Form eines „Nanorasens", ausgebildet sind. Die nadeiförmigen Nano- strukturen können mit besonderer Feinheit ausgebildet werden, wodurch die Schmelztemperatur der eingesetzten Materialien gesenkt werden kann, sodass sich eine besonders gute Reaktion zwischen dem Material der nadeiförmigen Nanostrukturen und dem dazwischen befindlichen Material ergibt. Die Einzelstrukturen des „Nanorasens" können sowohl geometrisch definiert bzw. geordnet als auch stochastisch verteilt bzw. ungeordnet ausgebildet und/oder verteilt sein. So können die Einzelstrukturen des „Nanorasens" sowohl gleiche als auch unterschiedliche Abstände, Höhen und/oder Dicken aufweisen.
Vorzugsweise weisen die vertikalen Nanostrukturen eine Strukturbreite von etwa 10 nm bis etwa 300 nm auf. Aufgrund der geringen Strukturbreite kann eine Vielzahl vertikaler Nanostrukturen nebeneinander erzeugt werden, welche besonders leicht unter Ausbildung einer sich schnell ausbreitenden Reaktionsfront reagieren können.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen die vertikalen Nanostrukturen ein Aspektverhältnis von Strukturbreite zu Strukturtiefe von etwa 1 :8 bis etwa 1 :12 auf. Die Höhe der Strukturen ist damit deutlich größer als deren Breite, sodass die vertikalen Nanostrukturen, von der Seite her gesehen, wie eine Vielzahl dünner vertikaler Schichten wirken, deren Zwischenräume mit dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllt sind, sodass eine besonders leichte und vollständige Reaktion zwischen dem Material der Nanostrukturen und dem dazwischen liegenden Material erfolgen kann.
Es ist besonders nützlich, wenn unter der Oberflächenschicht, d. h. unterhalb der Nano- struktur wenigstens eine Isolatorschicht vorgesehen ist. Die Isolatorschicht kann dabei einer elektrischen und/oder thermischen Isolierung des darüber befindlichen vertikalen reaktiven Schichtstapels von dem Rest des Substrates dienen.
Vorzugsweise ist bei einer Variante der erfindungsgemäßen Mikrostruktur das Bondsubstrat ein SOI(silicon on insulator)-Substrat oder aus einem SOI-Substrat ausgebildet und/oder mit einer (nano)-porösen Schicht, wie einem Aerogel, mit besonders hohem thermischen Widerstand ausgestattet. So kann die auf einem SOI-Substrat befindliche obere Siliziumschicht geeignet unter Ausbildung der vertikalen Nanostrukturen strukturiert werden, wobei die darunter liegende, durch die Oxidschicht oder die hoch- oder nanoporö- se Schicht ausgebildete thermische Isolationsschicht eine besonders gute thermische und/oder elektrische Isolierung des vertikalen reaktiven Schichtstapels vom Rest des Substrates bewirkt. In einer günstigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material eine elektrische und/oder thermische Kontaktschicht oder -struktur vorgesehen. Die Kontaktschicht oder - struktur kann auch lokal begrenzt auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material vorgesehen sein. Dabei kann die Kontaktschicht oder -struktur als Initiator- bzw. Zünderschicht oder -struktur eingesetzt werden. Beispielsweise kommt hierfür eine beheizte Wolfram-Leitbahn in Betracht.
Entsprechend einer besonders geeigneten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf die Kontaktschicht oder -struktur eine weitere Struktur aufgebracht, die ein Bondsubstrat und eine auf dem Bondsubstrat oder eine auf wenigstens einer auf dem Bondsubstrat vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht aufweist, wobei die Lot- oder Verbindungsschicht der weiteren Struktur auf der Kontaktschicht oder -struktur der Mikrostruktur aufliegt. Somit kann eine mit einem Lot versehene Struktur vorteilhaft mit der Mikrostruktur unter Auslösen einer Reaktion zwischen dem Material der Nanostrukturen und dem dazwischen befindlichen Material gebondet werden.
Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist auf die Kontaktschicht oder -struktur eine weitere Struktur aufgebracht, die ein Bondsubstrat mit wenigstens einer Oberflächenschicht mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen aufweist, wobei Bereiche zwischen den Nanostrukturen mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllt sind. Bei einer solchen Strukturabfolge kann gegebenenfalls auf das Vorsehen einer Lot- oder Verbindungsschicht zwischen den zu bondenden Substraten verzichtet werden, wobei es ausreichend ist, eine Reaktion zwischen dem Material der vertikal ausgerichteten Nanostrukturen und dem dazwischen befindlichen Material auszulösen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine der Nanoschichten oder der Nanostrukturen oder weisen die gefüllten Bereiche ein Material mit einer Schmelztemperatur von < 5000C auf. Hierfür kommen Werkstoffe wie Zink, Zinn, Indium oder Lithium in Betracht. Bedingt durch die relativ niedrige Schmelztemperatur wenigstens einer der reaktiven Schichten bzw. Strukturen kann eine Initiierung einer Reaktion zwischen den Nanoschichten oder zwischen den Nanostrukturen und dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material bei relativ geringen Temperaturen vorgenommen werden, wodurch die Temperaturbelastung beim Fügen der Mikrostruktur mit einer anderen Struktur gering gehalten werden kann.
In einem praktikablen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material der Mikrostruktur wenigstens eine Haft- und/oder Benetzungsschicht abgeschieden. Durch die Haft- und/oder Benetzungsschicht können gute Hafteigenschaften bzw. Benetzungseigenschaften für eine auf der Schichtfolge aufgebrachte Lot- oder Verbindungsschicht bzw. eine darauf aufgebrachte weitere Struktur zur Verfügung gestellt werden, sodass die erfindungsgemäße Mikrostruktur leicht hergestellt werden kann und eine für das nachfolgende Bonden erforderliche Stabilität aufweist.
Eine besonders leichte und effektive Zündung der Schichtfolge der Mikrostruktur lässt sich erzielen, wenn das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Material durch wenigstens eine elektrische Kontaktstruktur kontaktiert ist, wobei die wenigstens eine Kontaktstruktur mit einem elektrisch leitfähigen Kanal verbunden ist, der wenigstens durch das Bondsubstrat der Mikrostruktur und/oder das Bondsubstrat einer weiteren Struktur, die auf die Mikrostruktur aufgebracht ist, führt. Dabei kann der Kontakt als ein oder mehrere Einzelkontakt(e) oder als planare Kontaktierung bzw. Kontaktschicht sowohl von oben als auch seitlich an der der Mikrostruktur vorgesehen sein. Somit kann die reaktive Anordnung gezielt an der wenigstens einen elektrischen Kontaktstruktur elektrisch gezündet werden, wobei durch den vorgesehenen elektrisch leitfähigen Kanal eine einfache Kontaktierung von außen möglich ist.
Günstigerweise sind die wenigstens eine elektrische Kontaktstruktur und der elektrisch leitfähige Kanal aus Kupfer ausgebildet. Kupfer weist eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf, ist herkömmlich in Abscheidetechnologien der Mikroelektronik und/oder Mikromecha- nik verfügbar, leicht abscheidbar und strukturierbar, sodass auf einfache Weise gute und dauerhaft nutzbare elektrische Kontakte und elektrisch leitfähige Kanäle durch Kupfer ausgebildet werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird darüber hinaus durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur mit wenigstens einem Bondsubstrat und einem reaktiven Mehrschichtsystem gelöst, wobei für ein Ausbilden des reaktiven Mehrschichtsystems wenigstens eine Oberflächenschicht des Bondsubstrates unter Ausbildung vertikal ausgerichteter, voneinander beabstandeter Nanostrukturen strukturiert wird oder strukturiert abgeschieden wird und Bereiche zwischen den Nanostrukturen mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllt werden. Das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Material kann dabei die vertikal ausgerichteten Nanostrukturen auch abdecken.
Somit kann erfindungsgemäß ein vertikal auf einem Substrat ausgerichtetes reaktives Mehrschichtsystem zur Verfügung gestellt werden, dessen vertikal ausgerichtete Nanostrukturen mit dem dazwischen befindlichen Material unter Freisetzung von Reaktionswärme reagieren können, um das Substrat mit einer anderen Struktur oder einem anderen Substrat fügen zu können. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Struktur lässt sich mit einer Vielzahl von Nanostrukturen hochgenau und mit hoher Produktivität herstellen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren vollständig mit herkömmlichen Prozessen der Mikroelektronik bzw. Mikromechanik kompatibel ist, sodass es sich leicht in jegliche Fertigungsabfolgen der Mikroelektronik oder Mikromechanik integrieren lässt.
In einem vorteilhaften Beispiel der vorliegenden Erfindung wird als Bondsubstrat ein SOi- Substrat und/oder ein Substrat mit einer nanoporösen Schicht, die ähnlich einem Aerogel ausgebildet ist und einen besonders hohe thermischen Widerstand aufweist, verwendet. Ein solches Substrat eignet sich insbesondere für das erfindungsgemäße Verfahren, da das auf der nanoporösen Schicht oder der Oxidschicht befindliche Material einfach unter Ausbildung der vertikalen Nanostrukturen strukturierbar ist und die darunter liegende Isolator- bzw. Oxidschicht vorteilhaft als thermische bzw. elektrische Isolationsschicht für die darüber hergestellten vertikalen reaktiven Strukturen genutzt werden kann.
Es hat sich als besonders zweckdienlich erwiesen, wenn die Strukturierung der Oberflächenschicht durch Elektronenstrahllithografie oder durch Nanoimprinting erfolgt. Mit derartigen Strukturierungsverfahren lassen sich besonders feine und hochgenaue Strukturen erzeugen, wodurch die damit herstellbaren Nanostrukturen besonders geeignet für die Herstellung reaktiver, vertikal ausgerichteter Mehrschichtsysteme sind.
Es ist zudem von Vorteil, wenn auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material wenigstens eine Haft- und/oder Benetzungsschicht abgeschieden wird. Die Haft- und/oder Benetzungsschicht dient einem geeigneteren Aufbringen einer Initiator- bzw. Zündschicht auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material oder kann selbst als Initiator- oder Zündschicht genutzt werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material eine elektrische und/oder thermische Kontaktschicht oder -struktur abgeschieden. Die Kontaktschicht oder -struktur kann beispielsweise elektrisch oder thermisch kontaktiert werden, um eine Zündung einer Reaktion zwischen dem Material der vertikalen Nanostruktu- ren und dem dazwischen befindlichen Material zu bewirken.
Es hat sich als besonders praktisch erwiesen, wenn das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Material der Mikrostruktur galvanisch abgeschieden wird. Bei der galvanischen Abscheidung können die Prozessparameter der Schichterzeugung so optimiert werden, dass die thermo-mechanischen Spannungen zwischen den vertikalen Nanostrukturen und dem dazwischen befindlichen Material minimiert werden.
Als besonders angebrachtes Verfahren zur Abscheidung des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Materials hat sich das sogenannte Pulse- Plating-Verfahren herauskristallisiert, bei welchem aus einem gemischten Elektrolyten durch Umschaltung des Spannungspotenzials wenigstens zwei verschiedene, jeweils einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Materialien zwischen die vertikal ausgerichteten Nanostrukturen eingebracht werden können.
Des Weiteren können mit Hilfe einer Kontrolle der Prozesstemperatur bei der Abscheidung des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Materials Diffusionsvorgänge während der Abscheidung der Materialien und damit die bereits entstehenden Mischzonen reduziert werden.
Entsprechend einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird eine weitere Struktur, die ein Bondsubstrat, eine auf dem Bondsubstrat abgeschiedene oder eine auf einer auf dem Bondsubstrat vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht abgeschiedene Lotoder Verbindungsschicht aufweist, mit der Lot- oder Verbindungsschicht auf die Schichtfolge der Mikrostruktur aufgebracht. Dies ermöglicht es, die beiden Bondsubstrate durch eine Initiierung einer Reaktion der zwischen den Bondsubstraten befindlichen Schichten bzw. Strukturen vorteilhaft miteinander zu verbinden.
Es ist ebenfalls günstig, wenn eine weitere Struktur, die ein Bondsubstrat mit wenigstens einer Oberflächenschicht mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen aufweist, wobei Bereiche zwischen den Nanostrukturen mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllt sind, mit dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material auf die Kontaktschicht oder -struktur der Mikrostruktur aufgebracht wird. Auf diese Weise kann ein besonders gutes Fügeergebnis zwischen der Mikrostruktur und der weite- ren Struktur erzielt werden, wobei für das Fügen nicht unbedingt eine Lot- oder Verbindungsschicht zwischen den zu bondenden Substraten zur Verfügung gestellt werden muss. Das Fügen kann hierbei auf einfache Weise durch elektrische oder thermische Kontaktie- rung der Kontaktschicht oder -struktur erfolgen.
Es hat sich als besonders geeignet erwiesen, wenn das Bondsubstrat der Mikrostruktur und/oder das Bondsubstrat der weiteren Struktur und/oder eine Lot- oder Verbindungsschicht der Mikrostruktur und/oder die Lot- oder Verbindungsschicht der weiteren Struktur durch ein Ätz-, ein Lift-off-, ein Lackmasken-, ein Schattenmasken-, ein Fotoresist-, ein Opferschicht- und/oder ein Lithografieverfahren strukturiert wird, wobei die Strukturierung unterhalb einer Aktivierungstemperatur der Nanostrukturen und des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Materials erfolgt. Hiermit steht erfindungsgemäß eine breite Auswahl von Strukturierungsverfahren zur Verfügung, durch welche unterschiedlichste Ausbildungen der Mikrostruktur bzw. von deren Schichtfolgen oder Strukturen erzeugt werden können, sodass sich eine hohe Variabilität erzeugbarer Mikrostrukturen ergibt, die mit einem Fügepartner verbindbar sind. Da die Strukturierung unterhalb einer Aktivierungstemperatur der Nanostrukturen und des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Materials erfolgt, kann eine vorzeitige Initiierung einer Reaktion zwischen den reaktiven Strukturen verhindert werden, sodass die Mikrostruktur auch nach der Strukturierung vorteilhafte Fügeeigenschaften aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird angrenzend an wenigstens eine der Nanostrukturen und/oder an das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Material wenigstens ein elektrischer Kontakt oder eine elektrische Kontaktschicht ausgebildet und wenigstens ein elektrisch leitfähiger Kanal zur Kontaktierung des wenigstens einen Kontaktes oder der elektrischen Kontaktschicht ausgebildet, wobei der elektrisch leitfähige Kanal wenigstens durch das Bondsubstrat der Mikrostruktur und/oder das Bondsubstrat der weiteren Struktur geführt wird. Durch diese Vorgehensweise kann über einen von außen einfach erreichbaren elektrisch leitfähigen Kanal eine vorteilhafte Zündung der Nanostrukturen und des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Materials ausgelöst werden. Dabei können an den Nanostrukturen und/oder dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material ein oder mehrere elektrische Kontakte vorgesehen sein, um eine breite Reaktionsfront an den reaktiven Schichten bzw. Strukturen auszubilden, sodass eine durchgängige, selbstausbreitende exotherme Reaktion zwischen den reaktiven Strukturen stattfinden kann, wodurch ein sehr gutes Fügeresultat erzielbar ist. Bei einem Bonden der Mikrostruktur mit einer weiteren Struktur ist es entsprechend einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders zweckdienlich, wenn die Mikrostruktur und die weitere Struktur zueinander justiert werden, unter Vakuum mit einem Druck von etwa 500 kPa bis etwa 1500 kPa aufeinander gepresst werden und eine Temperatur in einem Bereich von etwa 200C bis etwa 2000C eingestellt wird. Im Ergebnis lassen sich hochqualitative Fügeergebnisse erzielen, ohne dass von außen hohe Temperaturen beim Fügen eingestellt werden müssen.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch eine Vorrichtung zum Bonden einer Mikrostruktur, die wenigstens ein Bondsubstrat und ein reaktives Mehrschichtsystem aufweist, mit einer weiteren Struktur, die ein Bondsubstrat aufweist, gelöst, wobei die Vorrichtung eine öffen- und/oder schließbare, evakuierbare Bondkammer, in welcher die Mikrostruktur und die weitere Struktur einbringbar und zueinander justierbar sind, sowie einen mit der Bondkammer gekoppelten Aktivierungsmechanismus aufweist, mit welchem das aus reaktiven Nano- strukturen mit einem dazwischen befindlichen, einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material ausgebildete reaktive Mehrschichtsystem der Mikrostruktur derart mechanisch, elektrisch, elektromagnetisch, optisch und/oder thermisch aktivierbar ist, dass zwischen den Nanostrukturen und dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material eine selbstausbreitende, exotherme Reaktion stattfindet.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine neuartige Bondapparatur zur Verfügung gestellt, in welcher das zwischen den Bondsubstraten vorgesehene reaktive Mehrschichtsystem durch den mit der Bondkammer gekoppelten Aktivierungsmechanismus besonders geeignet gezündet werden kann, wobei zusätzlich in der Bondkammer passende Fügepro- zessparameter eingestellt werden können. Somit lassen sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung hochqualitative Fügeergebnisse zwischen unterschiedlichen Substraten, auch bei Verwendung temperaturempfindlicher Bauteile oder Werkstoffe, erzielen, da durch die erzeugte Wärmemenge der exothermen Reaktion und die an der Vorrichtung einzustellende Temperatur die benötigte Wärmemenge genau eingestellt und kontrolliert werden kann.
Beispielsweise weist der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Aktivierungsmechanismus einen Stromimpulsgeber, einen Schwingungsimpulsgeber, einen Laserimpulsgeber, einen Wärmegeber und/oder einen Mikroanzünder auf. Die vorgeschlagenen Aktivierungsmechanismen lassen sich einzeln oder in Kombination geeignet mit der Bondkammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung koppeln bzw. in dieser integrieren, sodass eine Reaktion zwischen den Nanostrukturen und dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material direkt an den Bondsubstraten und/oder der reaktiven Schichtfolge bzw. den reaktiven Strukturen ausgelöst werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind elektrische Kontaktierungen und/oder Kontaktpads in der Bondkammer integriert, die mit wenigstens einem elektrisch leitfähigen Kanal der Mikrostruktur und/oder der weiteren Struktur verbindbar sind. Somit lässt sich eine besonders günstige Initiierung einer Reaktion zwischen den Strukturen des reaktiven Mehrschichtsystems erzielen.
Die Aufgabe wird zudem durch ein Mikrosystem gelöst, welches aus zwei Bondsubstraten und einem zwischen den Bondsubstraten liegenden Aufbau ausgebildet ist, der ein reagiertes, reaktives Schichtsystem aufweist, wobei das reagierte, reaktive Schichtsystem eine reagierte Strukturabfolge aus wenigstens einer auf dem Bondsubstrat vorgesehenen Oberflächenschicht mit vertikal ausgerichteten, voneinander beab-standeten Nanostrukturen und zwischen den Nanostrukturen mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllten Bereichen ist, und wobei das Mikrosystem ein mit Biomaterial beschichteter Sensor ist und/oder Elemente aus polyme- rem Material und/oder wenigstens eine magnetische und/oder piezoelektrische und/oder piezoresistive Komponente aufweist.
Somit wird erfindungsgemäß ein Mikrosystem aus miteinander verbundenen Bondsubstraten zur Verfügung gestellt, welches mittels herkömmlicher Bondtechnologien aufgrund seiner Temperaturempfindlichkeit nicht in geeigneter Qualität herstellbar wäre. So kann der aus dem erfindungsgemäßen Mikrosystem ausgebildete, mit Biomaterial beschichtete Sensor beispielsweise mit Proteinen, DNA oder Antikörpern beschichtet sein, welche typischerweise eine Grenztemperatur von 42°C aufweisen. Ferner können die aus dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrosystem ausgebildeten Elemente aus polymerem Material beispielsweise Mikrooptiken, eine Mikrofluidik oder ein Polymer-MEMS umfassen, deren Grenztemperatur üblicherweise bei ca. 1000C liegt. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Mikrosystem mit magnetischen Komponenten, wie Magnetfeldsensoren (AMR oder GMR) ausgebildet sein, welche Grenztemperaturen von etwa 2500C aufweisen.
Geeignete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei Figur 1 schematisch eine Mikrostruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit stegartig ausgebildeten vertikalen Nano- strukturen in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
Figur 2 schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Mikrostruktur mit nadeiförmig ausgebildeten vertikalen Nanostrukturen in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
Figur 3a bis 3d eine mögliche Prozessabfolge gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
Figur 4a bis 4e schematisch eine weitere mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
Figur 5 schematisch die Mikrostruktur aus Figur 1 mit einer darauf aufgebrachten weiteren Struktur zur Ausführung einer Variante des erfindungsgemäßen Bondverfahrens in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
Figur 6 schematisch die Mikrostruktur aus Figur 1 mit einer darauf aufgebrachten gleichartigen Mikrostruktur zur Ausführung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Bondverfahrens in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt; und
Figur 7 schematisch eine Bondvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht zeigt.
Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mikrostruktur 10 in einer geschnittenen Seitenansicht. Die Mikrostruktur 10 weist ein Bondsubstrat 1 auf, das in dem gezeigten Beispiel ein SOI-Substrat, bestehend aus einem Silizium- Bulkmaterial 3, einer Isolator- bzw. Oxidschicht 33 und einer darauf befindlichen strukturierten Oberflächenschicht 54, ist. Die strukturierte Oberflächenschicht weist vertikal ausgerichtete, voneinander beabstandete Nanostrukturen 55 mit dazwischen befindlichen, mit einem Material 57 gefüllten Bereichen auf. Diese sind nachfolgend noch näher erläutert.
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung kann das Bondsubstrat 1 auch aus einer anderen, z.B. andere Halbleiter- oder Isolatormaterialien, Metall, Glas oder Keramik enthaltenden Materialschichtfolge ausgebildet sein, deren Oberflächenschicht 54 strukturiert oder strukturierbar ist und welche vorzugsweise zwischen der Oberflächenschicht 54 und dem übrigen Substratmaterial eine elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht aufweist. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Bondsubstrat 1 auch mit einer (nano)porösen Schicht, wie einem Aerogel, mit besonders hohem thermischen Widerstand ausgestattet sein. In weiteren, beispielsweise in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt hochdotiertes, leitfähiges Silizium oder ein Metall, wie beispielsweise Palladium oder Platin, als Material für das Bondsubstrat 1 verwendet.
In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Bondsubstrat 1 ein Wafer, kann jedoch in anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten auch ein anderes, für eine Fügeverbindung vorgesehenes Substrat, wie eine Folie, sein. Insbesondere kann das Bondsubstrat 1 und/oder Elemente davon temperaturempfindlich sein und/oder besonders kleine oder schwer zugängliche zu fügende Bereiche aufweisen.
Auf dem Bondsubstrat 1 bzw. auf der strukturierten Oberflächenschicht 54 des Bondsubstrates 1 kann ferner eine Haftschicht abgeschieden sein, auf welcher eine Benetzungs- schicht und/oder eine Lot- und Verbindungsschicht abgeschieden ist. Die Abscheidung der Haftschicht und der Benetzungsschicht kann beispielsweise mittels Sputtem, Bedampfen oder durch galvanische Abscheidung erfolgen. Mögliche Haftschichten können aus Chrom, Titan oder Titannitrid ausgebildet sein. Typischerweise sind derartige Haft- und Benet- zungsschichten nur wenige Nanometer dünn.
Durch das Bondsubstrat 1 und die Haftschicht kann ein hier nicht gezeigter elektrisch leitfähiger Kanal bis zu den Nanostrukturen 55 und/oder dem dazwischen befindlichen Material 57 geführt sein, wobei der Kanal beispielsweise aus Kupfer ausgebildet ist. Der elektrisch leitfähige Kanal ist in einem solchen Fall mit einem elektrischen Kontakt oder einer elektrischen Kontaktschicht 60 auf den Nanostrukturen 55 und/oder dem Material 57 in Verbindung. Der elektrische Kontakt oder die Kontaktschicht 60 kann ebenfalls aus Kupfer ausgebildet sein. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann auch eine seitliche Kontaktierung der unten näher beschriebenen, aus den Nanostrukturen 55 und dem dazwischen befindlichen Material 57 ausgebildeten reaktiven Struktur erfolgen.
Die oben angeführte Lot- oder Verbindungsschicht kann ein eutektisches Lot, ein Weichlot oder ein Solid-Liquid-Interdiffusion-(SLID)-Lot sein. Wird ein eutektisches Lot für die Lotoder Verbindungsschicht verwendet, kann dieses aus Au-Si mit einer Schmelztemperatur von 3630C bis 370°C, aus Au/Ag/Cu/Al/-Sn mit einer Schmelztemperatur von 217°C bis 228°C, aus Al-Ge mit einer Schmelztemperatur von 4200C oder aus In-Sn mit einer Schmelztemperatur von 1200C ausgebildet sein. Wird für die Lot- oder Verbindungsschicht ein Weichlot eingesetzt, kann dieses beispielsweise Sn- oder Ag-basiert sein und eine Schmelztemperatur von ca. 2000C bis 2300C aufweisen. Als Solid-Liquid-Interdiffusion- (SLID)-Lot kommt beispielsweise In-Au/Al/Ag/Pt/Pd/Cu/Si/Ni oder Sn-Pd/Cu/Al/Ag/Au in Betracht. Als Material für die Lot- oder Verbindungsschicht können auch niedrigschmelzende Einzelschichten wie Sn oder In oder auch Au als bei höheren Temperaturen schmelzendes Material oder eutektischer Partner sowie thermisch aushärtbäre Materialen wie Kleber, Keramiken oder Polymere zum Einsatz kommen.
Für eine Strukturierung der Haftschicht, der Benetzungsschicht und/oder der Lot- oder Verbindungsschicht können in Abhängigkeit von der herzustellenden Struktur und dem zu strukturierenden Material beispielsweise Lift-off-, Nassätz- oder Trockenätzverfahren zum Einsatz kommen.
Wie oben bereits erwähnt, weist die Oberflächenschicht 54 weist in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel stegartige, vertikal ausgerichtete, voneinander beabstandete Na- nostrukturen 55 auf. In anderen, beispielsweise in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Nanostrukturen auch eine andere Strukturform, Strukturhöhe und/oder Strukturbreite als die Nanostrukturen 55 in Figur 1 aufweisen. So sind z.B. die Nanostrukturen 56 des in Figur 2 gezeigten Bondsubstrates 1' nadeiförmig unter Ausbildung einer rasenartigen Struktur ausgebildet.
Die Nanostrukturen 55, 56 aus den Figuren 1 und 2 können beispielsweise mittels Elektro- nenstrahllithografie oder durch Nanoimprinting strukturiert worden sein.
Die Nanostrukturen 55, 56 weisen in den gezeigten Beispielen eine Strukturbreite von etwa 10 nm bis etwa 300 nm und ein Aspektverhältnis von Strukturbreite zu Strukturtiefe von etwa 1:8 bis etwa 1:12 auf.
Die zwischen den Nanostrukturen 55, 56 liegenden Bereiche sind mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen 55, 56 darstellenden Material 57 gefüllt, wobei in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel das Material 57 die Nanostrukturen 55 abdeckt. Die Materialien der Nanostrukturen 55, 56 und des Materials 57 sind so gewählt, dass sie bei Vermischung bzw. Legierungsbildung eine negative Bildungsenthalpie aufweisen. Die Breite der Nanostrukturen 55, 56 und des dazwischen befindlichen Materials 57 ist jeweils so gewählt, dass die aus der Reaktion zwischen diesen Materialien frei werdende Energie ausreicht, um die für die Bondverbindung notwendige Temperatur zu erreichen. Wichtig ist hierbei, dass das stöchiometrische Verhältnis der Materialpartner dem der gewünschten Legierung entspricht. Als Materialpaarungen für das Material der Nanostrukturen 55, 56 und das dazwischen befindliche Material 57 kommen Ag-Pd, Ag-Cu, Cu-Ni, Pd-Co oder Pd-Sn, Pd-Zn bzw. Pd-In in Betracht.
In dem gezeigten Beispiel ist das Material 57 elektrochemisch bzw. galvanisch auf das Bondsubstrat 1 abgeschieden. Besonders geeignet für die Abscheidung des Materials 57 ist das sogenannte Pulse-Plating-Verfahren. Die galvanische Schichtabscheidung ist im Vergleich zu anderen Schichtabscheidetechnologien sensitiver und damit besonders gut für die Abscheidung des Materials 57 auf temperaturempfindlichen Substraten geeignet, da bei der galvanischen Abscheidung die thermo-mechanischen Spannungen in der zu herzustellenden Struktur optimiert werden können.
In anderen Ausführungsvarianten können auch andere Abscheideverfahren, beispielsweise PVD-Verfahren, wie Magnetron-Sputtern oder E-Beam-Evaporation, oder CVD- Gasphasenabscheideprozesse, zur Abscheidung des Materials 57 zum Einsatz kommen.
Bei der Abscheidung des Materials 57 wird vorzugsweise die Prozesstemperatur kontrolliert, wodurch Diffusionsvorgänge zwischen den Nanostrukturen 55, 56 und dem Material 57 und die Entstehung daraus resultierender Mischzonen reduziert werden können.
Die vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen 55, 56 und das zwischen den Nanostrukturen 55, 56 befindliche Material 57 bilden ein reaktives Mehrschichtsystem aus, wobei die Nanostrukturen 55, 56 und das Material 57 nach einer entsprechenden mechanischen, elektrischen, elektromagnetischen, optischen und/oder thermischen Aktivierung miteinander in einer selbstausbreitenden, exothermen Reaktion reagieren.
Die Nanostrukturen 55, 56 und das Material 57 können aus Ag, Pd, Cu, Ni, Pt, Co, Au, Sn, Zn, Zr, In, Si oder Li bzw. aus Kombinationen oder Legierungen aus diesen Materialien ausgebildet sein. Bei der Wahl der Materialien für die Nanostrukturen 55, 56 und des Materials 57 sollte wenigstens eines der Materialien eine relativ niedrige Schmelztemperatur besitzen. Hierbei werden Werkstoffe wie Sn, In oder Li primär betrachtet. Entsprechende Partner bzw. Kombinationen richten sich nach der Größe der negativen Bildungsenthalpie der Reaktion und der elektrochemischen Eignung für eine galvanische Abscheidung. Dabei können beispielsweise mit Au, Ag, Zn und Ni funktionierende Systeme aufgebaut werden. Auf dem Material 57 kann eine Lot- oder Verbindungsschicht oder ein Schichtstapel aus einer Lot- oder Verbindungsschicht, einer Benetzungsschicht und/oder einer Haftschicht vorgesehen sein.
In dem Beispiel von Figur 1 ist auf dem Material 57 eine Kontaktschicht 60 vorgesehen, welche elektrisch kontaktierbar ist und dadurch als Initiator- bzw. Zündschicht für die darunter befindliche Anordnung, bestehend aus dem Material 57 und den Nanostrukturen 55,
56, dient. Anstelle der in Figur 1 dargestellten Kontaktschicht 60 kann auch eine Kontaktstruktur bzw. Heizstruktur vorgesehen sein, die das Material 57 und/oder wenigstens eine der Nanostrukturen 55, 56 elektrisch und/oder thermisch kontaktiert.
Die Kontaktschicht 60 in Figur 1 ist flächig auf dem Material 57 vorgesehen. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung kann die Kontaktschicht 60 oder eine entsprechende Kontaktstruktur auch lokal begrenzt, beispielsweise als ein oder mehrere punktförmige(r) Kontakt(e) über bzw. auch seitlich an der Anordnung aus dem Material 57 und den Nanostrukturen 55 angeordnet sein.
Im Ergebnis ist sowohl die in Figur 1 als auch die in Figur 2 gezeigte Mikrostruktur 10, 10' eine Struktur, die ein vertikal ausgebildetes reaktives Mehrschichtsystem, bestehend aus den Nanostrukturen 55, 56 und dem dazwischen befindlichen Material 57, das wenigstens einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen 55, 56 darstellt, aufweist. Obwohl in den Fig. 1 und 2 jeweils nur ein Material 57 zwischen den Nanostrukturen 55, 56 dargestellt ist, können in die Zwischenräume zwischen den Nanostrukturen 55, 56 auch unterschiedliche Materialien, beispielsweise wenigstens zwei unterschiedliche Materialien
57, die jeweils einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen 55, 56 ausbilden, übereinander eingebracht sein. Die Nanostrukturen 55, 56 können mit dem dazwischen befindlichen Material 57 in einer exothermen Reaktion unter Ausbildung eines reagierten, reaktiven Mehrschichtsystems reagieren, wobei diese Reaktion beispielsweise in einem Fügeverfahren zum Fügen der jeweils dargestellten Mikrostruktur 10, 10' mit einer weiteren Struktur, wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, eingesetzt werden kann.
Die Figuren 3a bis 3d zeigen schematisch eine mögliche Prozessabfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Mikrostruktur 10', wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Hierfür wird in einem ersten, in Fig. 3a dargestellten Prozessschritt ein Bondsubstrat 1' bereitgestellt, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus hochdotiertem, leitfähigem Silizium besteht. Grundsätzlich kann das Bondsubstrat V in anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung auch aus einem Metall ausgebildet sein. In einem zweiten, in Fig. 3b dargestellten Prozessschritt wird das Bondsubstrat 1' mit Hilfe eines geeigneten anisotropen Ätzprozesses derart geätzt, dass an der Oberfläche des Bondsubstrates 1' nadeiförmige vertikale Nanostrukturen 56 ausgebildet werden.
In einem weiteren, in Fig. 3c gezeigten Prozessschritt erfolgt eine Sputterabscheidung von einem Metall, wie Aluminium oder Titan. Da die Gräben zwischen den vertikalen Nanostrukturen 56 wesentlich tiefer als die horizontalen Abstände der vertikalen Nanostrukturen 56 voneinander sind, ist es bei dem in Fig. 3c gezeigten Sputterprozess nicht möglich, die Gräben in ihrer Tiefe zu füllen. Stattdessen lagern sich die Aluminium- oder Titanatome insbesondere, wie es schematisch dargestellt ist, an den Spitzen der nadeiförmigen Strukturen an. Die Aluminium- oder Titanatome, die bis auf den Boden der Gräben zwischen den vertikalen Nanostrukturen 56 gelangen, reichen nicht aus, um dort eine geschlossene Schicht auszubilden. Bei diesem Sputterprozess wird eine nur wenige Nanometer dünne Schicht abgeschieden, die sofort an der Umgebungsluft unter Ausbildung einer Oxidschicht 58 oxidiert. Im Ergebnis entsteht durch die Oxidation eine Spitzenisolation der vertikalen Nanostrukturen 56, beispielsweise durch Aluminiumoxid oder Titanoxid.
Diese Spitzen isolation wird in dem nachfolgenden, in Fig. 3d gezeigten galvanischen Abscheideprozess genutzt, sodass die Gräben zwischen den vertikalen Nanostrukturen 56 besonders vorteilhaft galvanisch mit einem weiteren, einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen 56 darstellenden Material 57, wie beispielsweise Nickel oder Palladium, gefüllt werden können.
Die Figuren 4a bis 4e zeigen eine weitere mögliche Ausführungsvariante zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Mikrostruktur, wie der Mikrostruktur 10 aus Fig. 1.
Dabei wird in einem ersten, in Fig. 4a gezeigten Prozessschritt ein Bondsubstrat 1 aus hochdotiertem, leitfähigem Silizium oder einem Metall, wie Palladium oder Platin, zur Verfügung gestellt.
Das Bondsubstrat 1 wird in einem nachfolgenden, in Fig. 4b gezeigten Prozessschritt mit einem Fotoresistmaterial (PMMA), vorzugsweise unter Verwendung selbstorganisierender Polymere, beschichtet. Das Fotoresistmaterial wird in einem nächsten, in Fig. 4c gezeigten Verfahrensschritt unter Ausbildung einer Ätzmaske 59 für die zu erzeugenden vertikalen Nanostrukturen 55 strukturiert.
Daraufhin wird in einem in Fig. 4d dargestellten Verfahrensschritt das Bondsubstrat 1 über die Ätzmaske 59 in die Tiefe geätzt. Dabei kommt es, wie in Fig. 4d zu sehen ist, zu einer gewissen Unterätzung der Ätzmaske 59, sodass darauf zu achten ist, dass die Strukturierung der Ätzmaske 59 in dem vorhergehenden Schritt an die nachfolgende Unterätzung angepasst ist. Für das Tiefenätzen kann beispielsweise ein sogenannter „Bosch-Prozess" verwendet werden, in welchem durch ein abwechselndes Tiefenätzen und Polymerabscheiden eine Herstellung schmaler tiefer Gräben möglich ist.
Die Ätzmaske 59 wird nachfolgend nicht sogleich entfernt, sondern dient in dem in Fig. 4e gezeigten Verfahrensschritt als Isolierung der Spitzen der erzeugten vertikalen Nanostrukturen 55 während der galvanischen Abscheidung eines Materials 57, das in dem Galvanikprozess in die zwischen den Nanostrukturen 55 befindlichen Bereiche gefüllt wird. Dabei ist das Material 57 so ausgewählt, dass es mit dem Material der Nanostrukturen 55 in einer exothermen Reaktion reagieren kann. Beispielsweise kann als Material 57 Nickel oder Palladium verwendet werden.
In Figur 5 ist schematisch ein Mikrosystem 30 gezeigt, in welchem auf der Mikrostruktur 10 aus Figur 1 eine weitere Struktur 20 vorgesehen ist, welche ein Substrat 2, eine darauf vorgesehene Haft- und/oder Benetzungsschicht 81 und eine darauf vorgesehene Lot- oder Verbindungsschicht 9 aufweist, wobei die weitere Struktur 20 so auf der Mikrostruktur 10 angeordnet ist, dass die Lot- oder Verbindungsschicht 9 auf der Kontaktschicht 60 aufliegt. Durch geeignete elektrische und/oder thermische Kontaktierung der Kontaktschicht 60, beispielsweise mittels der in Figur 7 gezeigten Bondvorrichtung 12, kann eine exotherme Reaktion zwischen den Nanostrukturen 55 und dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen 55 darstellenden Material 57 ausgelöst werden, wobei die Lot- oder Verbindungsschicht 9 schmilzt und/oder thermisch aktiviert wird und die Strukturen 10 und 20 im Ergebnis der Reaktion miteinander verbunden bzw. gebondet sind.
Figur 6 zeigt schematisch eine weitere mögliche Ausführungsvariante eines Mikrosystems 30' unter Nutzung der Mikrostruktur 10 aus Figur 1 , auf weicher in dem gezeigten Beispiel eine weitere Struktur 20' angeordnet ist, welche ein Silizium-Bulkmaterial 3, eine Isolatorschicht 33, eine unter Ausbildung stegartiger Nanostrukturen 55 strukturierte Oberflächenschicht 54 und dazwischen befindliche, mit einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen 55 darstellenden Material 57 gefüllte Bereiche aufweist, wobei das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen 55 darstellende Material 57 die Nanostrukturen 55 abdeckt. Die weitere Struktur 20' ist derart auf der Mikrostruktur 10 vorgesehen, dass das Material 57 der weiteren Struktur 20' auf der Kontaktschicht 60 der Mikrostruktur 10 aufliegt. Die Struktur aus Figur 6 weist die Besonderheit auf, dass hier nicht unbedingt ein Lot zwischen den Strukturen 10 und 20' vorgesehen werden muss.
Durch ein geeignetes elektrisches und/oder thermisches Kontaktieren der Kontaktschicht 60 kann beispielsweise in der in Figur 7 gezeigten Bondvorrichtung 12 eine exotherme Reaktion zwischen den Nanostrukturen 55 und dem dazwischen befindlichen Material 57 der Strukturen 10 und 20' ausgelöst werden, wodurch die Mikrostruktur 10 mit der weiteren Struktur 20' im Ergebnis dieser Reaktion miteinander verbunden bzw. gebondet ist.
Das Alignment der Mikrostrukturen 10 und 20 bzw. 20' zueinander erfolgt dabei vorzugsweise in der Bondvorrichtung 12. Vor dem Alignment ist gegebenenfalls eine Reinigung, eine Oberflächenaktivierung und/oder eine Oxidentfernung auf den zu bondenden Strukturen vorzunehmen. Die Substrate und Schichten der Mikrosysteme 30, 30' werden daraufhin in der beispielsweise in Figur 7 dargestellten Bondvorrichtung 12 zusammengepresst und durch Fügen gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden.
Hierfür wird beispielsweise über einen in die Mikrostrukturen 10, 10', 20 und/oder 20' eingebrachten, in den Figuren nicht gezeigten Kanal ein elektrischer Startimpuls auf die Kontaktschicht 60 oder andere an den Mikrostrukturen 10, 10', 20, 20' vorgesehene Kontakte gegeben, wodurch die jeweilige reaktive Struktur gezündet wird. Mit dem Zünden beginnt eine Interdiffusion benachbarter Atome aus den Nanostrukturen 55, 56 und dem Material 57. Die dadurch erfolgende Legierungsbildung führt zu einer exothermen Reaktion. Die dabei entstehende Wärme breitet sich zwischen den Nanostrukturen 55, 56 und dem Material 57 aus und regt eine weitere Vermischung der noch nicht reagierten Nanostrukturen 55, 56 und dem noch nicht reagierten Material 57 an, sodass sich die Bondfront zwischen den jeweiligen Mikrostrukturen ganzflächig ausbreiten kann. Diese selbstausbreitende Reaktion ist durch eine intensive lokale Erhitzungsrate, eine sehr hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit und eine sehr kurzfristige Dauer der Wärmeeinwirkung auf die Bondsubstrate 2, 3 gekennzeichnet.
Nach kurzer Zeit können die verbundenen Substrate bzw. Mikrostrukturen aus der Fügevorrichtung 12 entnommen werden und die Verbindung geprüft werden. Die verbundenen Substrate bzw. die durch das Fügen gekapselten Chips können daraufhin vereinzelt und weiter verarbeitet werden.
Figur 7 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Bondvorrichtung 12 in einer Seitenansicht.
Die Bondvorrichtung 12 weist eine offen- und schließbare Bondkammer 13 auf, in welcher eine Mikrostruktur 10, 10' und eine weitere Struktur 20, 20', wie oben beschrieben, einbringbar und über eine Justiervorrichtung bzw. Alignmentvorrichtung 14 zueinander justierbar sind. Die Mikrostruktur 10, 10' und die weitere Struktur 20, 20' ist hierfür zwischen zwei Druckplatten 15, 16 angeordnet, auf weiche, wie durch die Pfeile F angedeutet, ein Bonddruck in Höhe von etwa 500 kPa bis etwa 1500 kPa ausgeübt werden kann.
Die Bondkammer 13 ist mit einem Modul 22, wie einer Vakuumpumpe, gekoppelt, durch welches die Bondkammer 13 evakuierbar ist oder mit Hilfe dessen in der Bondkammer 13 ein Überdruck oder Unterdruck erzeugt werden kann. In der Bondkammer 13 kann auch ein Normaldruck eingestellt werden.
Die Druckplatten 15, 16 werden über Anschlüsse 17, an welche wenigstens eine Heizvorrichtung gekoppelt oder ankoppelbar ist, temperiert, wobei eine Temperatur T in einem Bereich von etwa 200C bis etwa 2000C eingestellt werden kann, um die Reaktion zu unterstützen. Ferner sind an den Druckplatten 15, 16 Strom- bzw. Spannungsanschlüsse 19 für eine elektrische Kontaktierung vorgesehen.
In dem gezeigten Beispiel sind die Nanostrukturen 55, 56 und/oder das dazwischen befindliche Material 57 und/oder die Kontaktschicht oder -struktur 60 des zu bondenden zusammengesetzten Mikrosystems 30 mit einem in der Bondkammer 13 integrierten oder an der Bondkammer 13 vorgesehenen Aktivierungsmechanismus 18 gekoppelt, über welchen eine Reaktion zwischen den Nanostrukturen 55, 56 und dem Material 57 ausgelöst werden kann.
Der Aktivierungsmechanismus 18 weist in dem gezeigten Beispiel einen Stromimpulsgeber auf, kann jedoch in anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch oder zusätzlich einen Schwingungsimpulsgeber, einen Laserimpulsgeber, einen Wärmegeber und/oder einen Mikroanzünder aufweisen. In Abhängigkeit von der Auswahl des verwendeten Aktivierungsmechanismus kann somit ein elektrischer, thermischer, mechanischer, optischer und/oder elektromagnetischer Startimpuls für die Auslösung einer Reaktion zwischen den Nanostrukturen 55, 56 und dem Material 57 bereitgestellt werden. Die Kopplung zwischen dem Aktivierungsmechanismus 18 und den zu bondenden Substraten bzw. dem zwischen den zu bondenden Substraten vorgesehenen Schichtaufbau erfolgt über an den Substraten und/oder dem Schichtaufbau vorgesehenen Kontaktpads, elektrisch leitfähigen Kanälen, optischen Fenstern oder dergleichen.
Durch den Aktivierungsmechanismus 18 wird die Reaktion zwischen den Nanostrukturen 55, 56 und dem Material 57 lokal an dem schematisch in Figur 7 dargestellten Startpunkt 23 initiiert und breitet sich daraufhin selbstständig in dem Mikrosystem 30 bzw. dem reaktiven vertikal ausgebildeten Mehrschichtsystem einer anderen erfindungsgemäßen Mikrostruktur oder eines damit ausgebildeten Mikrosystems aus. Die Reaktion ist, gemessen an einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der Reaktion von 4 bis 10 ms"1, bei einer Verwendung von 4-, 6- oder 8-Zoll-Wafern typischerweise bereits nach 0,01 bis 0,05 Sekunden, zuzüglich einer im Wesentlichen von der Ausstattung und Handhabbarkeit der Bondvorrichtung 12 abhängigen Vorbereitungs- und Initiierungszeit von ca. 1 bis 15 Minuten, abgeschlossen. An oder in der Bondvorrichtung 12 kann ferner eine Kontrollvorrichtung vorgesehen sein, mit welcher beispielsweise eine Widerstandsmessung an der gebondeten Struktur möglich ist.
Die Bondvorrichtung 12 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie sich auch zum Bonden von Substraten, die wenigstens eine Schichtfolge aus horizontal übereinander abgeschiedenen reaktiven Nanoschichten unterschiedlicher Materialien zwischen den zu bondenden Substraten aufweisen, eignet.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen reaktiven Schichtsysteme dienen als integrierte Energiequelle für das Verbinden von halbleitertypischen Komponenten und Systemen, von temperaturempfindlichen Bauteilen und von unterschiedlichen Substraten und Materialien wie Polymeren, Keramiken und Metallen. Beim Fügen mit diesen reaktiven Strukturen erfolgt eine selbstausbreitende Reaktion ohne weitere Energiezufuhr, wobei ein geringer Wärmeintrag in die zu bondenden Substrate vorliegt. Die sehr schnelle Reaktionsausbreitung führt zu einer kurzen Prozesszeit und damit zu einer Kostenoptimierung. Somit können mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fügetechnologie Anforderungen hinsichtlich fester, stabiler und hermetisch dichter Verbindungen, niedriger Bondtemperaturen, beispielsweise im Bereich von etwa 25°C, und geringen Wärmeeintrags in umgebendes Material erfüllt werden. Ferner ergeben sich durch die Erfindung im Vergleich zu bisher bekannten Bondverfahren keine erhöhten Kosten, es ist eine Volumenproduktion möglich und es kann eine hohe Ausbeute bei hoher Qualität der Fügeergebnisse erzielt werden. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die lokale, nur kurzfristige Temperaturausbreitung nur im Bereich strukturierter Rahmen und Kontakte und genau in der Größenordnung, die ausreicht, um eine Lot- oder Verbindungsschicht aufzuschmelzen bzw. thermisch zu aktivieren und die Verbindung herzustellen. Weitere Vorteile sind die Möglichkeit der in-situ-Abscheidung der Schichten, welche hierdurch im Vakuum, lunker- und oxidfrei abgeschieden werden können, ein mikrometergenaues Alignment der zu fügenden Substrate, der Einsatz durchgängig planarer Technologien und herkömmlicher Strukturie- rungstechniken, die Möglichkeit eines selektiven selbstausbreitenden Bondens, die Einsatzmöglichkeit bei unterschiedlichsten Substrat- und Wafergrößen sowie die einstellbare Energiefreisetzung und Qualität der Verbindung. Durch die geringen Temperaturschwankungen bei der Herstellung der Fügeverbindung ergibt sich eine erhöhte Qualität und Lebensdauer der Verbindung sowie der verbundenen Substrate bzw. Strukturen.
Die vorliegende Erfindung unter Anwendung unter Ausbildung vertikaler, mit dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material verfüllter Na- nostrukturen offenbart große Potenziale in der Mikrosystem- und Sensortechnik hinsichtlich des Packagings bzw. der Hausungstechnologie. So können beispielsweise verschiedene Substrate, wie Silizium in Chip-to-Chip-, Chip-to-Wafer- oder Chip-to-Board-Technologien, Keramiken, Metalle, Kunststoffe oder Kombinationen aus den genannten Materialien, miteinander verbunden werden. Somit ergänzt die erfindungsgemäße Verwendung von direkt auf einem zu fügenden Substrat abgeschiedenen bzw. herstellbaren reaktiven Schichtsystemen für das Verbinden von Halbleitersubstraten bzw. Wafern die bisher bekannten Bondverfahren um ein Verfahren ohne wesentlichen Temperatureintrag auf Komponentenebene.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrostruktur (10, 10') mit wenigstens einem Bondsubstrat (1 , 1') und einem reaktiven Mehrschichtsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Mehrschichtsystem wenigstens eine Oberflächenschicht (54) des Bondsubstrates (1 , 1') mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstan-deten Nanostrukturen (55, 56) und zwischen den Na- nostrukturen (55, 56) befindliche, mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) gefüllte Bereiche aufweist.
2. Mikrostruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Nanostrukturen (55) stegartig ausgebildet sind.
3. Mikrostruktur nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Nanostrukturen (56) nadeiförmig ausgebildet sind.
4. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Nanostrukturen (55, 56) eine Strukturbreite von etwa 10 nm bis etwa 300 nm aufweisen.
5. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Nanostrukturen (55, 56) ein Aspektverhältnis von Strukturbreite zu Strukturtiefe von etwa 1 :8 bis etwa 1 :12 aufweisen.
6. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Oberflächenschicht (54) wenigstens eine Isolatorschicht (33) vorgesehen ist.
7. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondsubstrat (1 , 1') ein SOI-Substrat oder aus einem SOI-Substrat ausgebildet ist und/oder mit einer nanoporösen Schicht ausgestattet ist.
8. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material (57) eine elektrische und/oder thermische Kontaktschicht oder -struktur (60) vorgesehen ist.
9. Mikrostruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kontaktschicht oder -struktur (60) eine weitere Struktur (20) aufgebracht ist, die ein Bondsubstrat (2) und eine auf dem Bondsubstrat (2) oder auf wenigstens einer auf dem Bondsubstrat (2) vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht (81) abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht (9) aufweist, wobei die Lot- oder Verbindungsschicht (9) der weiteren Struktur (20) auf der Kontaktschicht oder -struktur (60) der Mikrostruktur (10) aufliegt.
10. Mikrostruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kontaktschicht oder -struktur (60) eine weitere Struktur (20') aufgebracht ist, die ein Bondsubstrat (3) mit wenigstens einer Oberflächenschicht (54) mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen (55, 56) aufweist, wobei Bereiche zwischen den Nano- strukturen (55, 56) mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) gefüllt sind.
11. Mikrostruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) wenigstens eine Haft- und/oder Benetzungsschicht (81) abgeschieden ist.
12. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) durch wenigstens eine elektrische Kontaktstruktur kontaktiert ist, wobei die wenigstens eine Kontaktstruktur mit einem elektrisch leitfähigen Kanal verbunden ist, der wenigstens durch das Bondsubstrat (1 , 1') der Mikrostruktur (10, 10') und/oder das Bondsubstrat (2, 3) der Struktur (20, 20') führt.
13. Mikrostruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrische Kontaktstruktur und der elektrisch leitfähige Kanal aus Kupfer ausgebildet sind.
14. Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur (10) mit wenigstens einem Bondsubstrat (1 , 1') und einem reaktiven Mehrschichtsystem, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Ausbilden des reaktiven Mehrschicht-systems wenigstens eine Oberflächenschicht (54) des Bondsubstrates (1 , 1") unter Ausbildung vertikal ausgerichteter, voneinander beabstandeter Nanostrukturen (55, 56) strukturiert wird oder strukturiert abgeschieden wird und Bereiche zwischen den Nanostrukturen (55, 56) mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) gefüllt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Bondsubstrat (1 , 1') ein SOI-Substrat oder ein vorstrukturiertes SOI-Substrat und/oder ein Substrat mit einer nanoporösen Schicht verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) wenigstens eine Haft- und/oder Benetzungsschicht (81) abgeschieden wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) eine elektrische und/oder thermische Kontaktschicht oder -struktur (60) abgeschieden wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) der Mikrostruktur (10", 10'") galvanisch abgeschieden wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) in einem Pulse-Plating-Verfahren abgeschieden werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abscheidung des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Materials (57) die Prozesstemperatur kontrolliert wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Struktur (20), die ein Bondsubstrat (2), eine auf dem Bondsubstrat (2) abgeschiedene oder eine auf einer auf dem Bondsubstrat (2) vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht (81) abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht (9) aufweist, mit der Lot- oder Verbindungsschicht (9) auf das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) der Mikrostruktur (10, 10') aufgebracht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Struktur (20'), die ein Bondsubstrat (3) mit wenigstens einer Oberflächenschicht (54) mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen (55, 56) aufweist, wobei Bereiche zwischen den Nanostrukturen (55, 56) mit wenigstens einem einen Reakti- onspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) gefüllt sind, mit dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) auf die Kontaktschicht oder -struktur (60) der Mikrostruktur (10", 10'") aufgebracht wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondsubstrat (1 , 1') der Mikrostruktur (10, 10') und/oder das Bondsubstrat (2) der weiteren Struktur (20, 20') und/oder eine Lot- oder Verbindungsschicht der Mikrostruktur (10, 10') und/oder die Lot- oder Verbindungsschicht (9) der weiteren Struktur (20) durch ein Ätz-, ein Lift-Off-, ein Lackmasken-, ein Schattenmasken-, ein Fotoresist-, ein Opferschicht- und/oder ein Lithografie-Verfahren strukturiert wird, wobei die Strukturierung unterhalb einer Aktivierungstemperatur der Nanostrukturen (55, 56) und des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Materials (57) erfolgt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an wenigstens eine der Nanostrukturen (55, 56) und/oder an das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) wenigstens ein elektrischer Kontakt oder eine elektrische Kontaktschicht (60) ausgebildet wird und/oder wenigstens ein elektrisch leitfähiger Kanal zur Kontaktierung des wenigstens einen Kontaktes oder der elektrischen Kontaktschicht (60) ausgebildet wird, der wenigstens durch das Bondsubstrat (1 , 1') der Mikrostruktur (10, 10') und/oder das Bondsubstrat (2, 3) der weiteren Struktur (20, 20') geführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Bonden der Mikrostruktur (10, 10') mit der weiteren Struktur (20, 20") diese zueinander justiert werden, unter Vakuum mit einem Druck von etwa 500 kPa bis etwa 1500 kPa aufeinander gepresst werden und eine Temperatur in einem Bereich von etwa 200C bis etwa 2000C eingestellt wird.
26. Vorrichtung (12) zum Bonden einer Mikrostruktur (10, 10'), die wenigstens ein Bondsubstrat (1 , 1') und ein reaktives Mehrschichtsystem aufweist, mit einer weiteren Struktur (20, 20'), die ein Bondsubstrat (2, 3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) eine offen- und schließbare, evakuierbare Bondkammer (13), in welcher die Mikrostruktur (10, 10') und die weitere Struktur (20, 20') einbringbar und zueinander justierbar sind, sowie einen mit der Bondkammer (13) gekoppelten Aktivierungsmechanismus (18) aufweist, mit welchem das aus reaktiven Nanostrukturen (55, 56) mit einem dazwischen befindlichen einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) ausgebildete reaktive Mehrschichtsystem der Mikrostruktur (10, 10') derart mechanisch, elektrisch, elektromagnetisch, optisch und/oder thermisch aktivierbar ist, dass zwischen den Nanostrukturen (55, 56) und dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) eine selbstausbreitende, exotherme Reaktion stattfindet.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsmechanismus (18) einen Stromimpulsgeber, einen Schwingungsimpulsgeber, einen Laserimpulsgeber, einen Wärmegeber und/oder einen Mikroanzünder aufweist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Kontaktierungen und/oder Kontaktpads in der Bondkammer (13) integriert sind, die mit wenigstens einem elektrisch leitfähigen Kanal (7) der Mikrostruktur (10, 10') und/oder der weiteren Struktur (20, 20') verbindbar sind.
29. Mikrosystem (30), welches aus zwei Bondsubstraten (1, Y, 2, 3) und einem zwischen den Bondsubstraten (1 , 1', 2, 3) liegenden Aufbau ausgebildet ist, der ein reagiertes, reaktives Schichtsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das reagierte, reaktive Schichtsystem eine reagierte Strukturabfolge aus wenigstens einer auf dem Bondsubstrat (1 , Y) vorgesehenen Oberflächenschicht (54) mit vertikal ausgerichteten, voneinander beabstandeten Nanostrukturen (55, 56) und zwischen den Nanostrukturen (55, 56) mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) gefüllten Bereichen ist, wobei das Mikrosystem ein mit Biomaterial beschichteter Sensor ist und/oder Elemente aus polymerem Material und/oder wenigstens eine magnetische und/oder piezoelektrische und/oder piezoresistive Komponente aufweist.
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