DE102009006822A1 - 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 Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrostruktur, ein Verfahren zu deren Herstellung, eine Vorrichtung zum Bonden einer Mikrostruktur sowie ein Mikrosystem, welches aus zwei Bondsubstraten und einem zwischen den Bondsubstraten liegenden Aufbau ausgebildet ist, der ein reagiertes, reaktives Schichtsystem aufweist. Die erfindungsgemäße Mikrostruktur weist ein Bondsubstrat und ein reaktives Mehrschichtsystem auf, wobei auf dem Bondsubstrat oder auf wenigstens einer auf dem Bondsubstrat vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht eine abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht vorgesehen ist und das reaktive Mehrschichtsystem eine auf der Lot- oder Verbindungsschicht abgeschiedene und/oder die Lot- oder Verbindungsschicht umfassende abgeschiedene Schichtfolge aus wenigstens zwei mehrfach alternierenden Nanoschichten unterschiedlicher Materialien ist.

Description

  • 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 Mikrosystemtechnik 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 Multischichten aus SiO2/Polysilizium und für Extreme-Ultra-Violet-(EUV)- und Röntgenoptiken aus Mo/Si, Ni/B4C, Mo/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 zusammengesetzte 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.
  • 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 Fü gen 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 auf dem Bondsubstrat oder auf wenigstens einer auf dem Bondsubstrat vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht eine abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht vorgesehen ist und das reaktive Mehrschichtsystem eine auf der Lot- oder Verbindungsschicht abgeschiedene und/oder die Lot- oder Verbindungsschicht umfassende abgeschiedene Schichtfolge aus wenigstens zwei mehrfach alternierenden Nanoschichten unterschiedlicher Materialien ist.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikrostruktur hat den Vorteil, dass sie einschließlich der Lot- oder Verbindungsschicht und des reaktiven Mehrschichtsystems in einem herkömmlichen mikroelektronischen bzw. mikromechanischen Verfahrensablauf hergestellt werden kann. Entsprechend sind sowohl die Lot- oder Verbindungsschicht als auch die wenigstens zwei alternierenden Nanoschichten des reaktiven Mehrschichtsystems mit guter Haftung und hoher Genauigkeit auf das Bondsubstrat bzw. auf eine auf dem Bondsubstrat vorgesehene Haft- und/oder Benetzungsschicht aufbringbar. Im Ergebnis kann die Mikrostruktur besonders vorteilhaft mit einer weiteren Struktur unter Verwendung der reaktiven Eigenschaften des reaktiven Mehrschichtsystems unter Ausbildung einer hochqualitativen Fügeverbindung verbunden werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Mikrostruktur können die Nanoschichten des reaktiven Mehrschichtsystems in einer solchen Anzahl und Dicke abgeschieden werden, dass die bei einer Reaktion frei werdende Wärmemenge derart begrenzt und kontrolliert werden kann, dass eine thermische Schädigung temperaturempfindlicher Substrate vermieden wird. Entsprechend eignet sich die erfindungsgemäße Mikrostruktur gerade für solche Anwendungen, in welchen ein selektiver Energieeintrag nur an der benötigten Fügestelle vorgenommen werden darf bzw. die zu erzeugende Fügestelle sehr klein ist oder mit herkömmlichen Schweiß- und Lötwerkzeugen nicht ohne Weiteres erreichbar ist.
  • Gemäß einer spezifischen Option der vorliegenden Erfindung ist die Schichtfolge aus drei oder mehr Nanoschichten aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet, wobei sich der Mehrfachschichtaufbau aus den drei oder mehr unterschiedlichen Nanoschichten mehrfach periodisch in der Schichtfolge wiederholt. Die Materialien sollten hierbei so ausgewählt werden, dass sich entsprechende Materialpartner bzw. Materialkombinationen nach der Größe der negativen Bildungsenthalpie der Reaktion richten. Beispielsweise können mit Gold, Silizium, Zinn und Nickel funktionierende reaktive Mehrschichtsysteme basierend auf abgeschiedenen Nanoschichten ausgebildet werden. Werden Mehrstoffsysteme mit drei und mehr Materialpartnern verwendet, können besonders vorteilhafte Ergebnisse hinsichtlich der Zünd- und Reaktionseigenschaften des ausgebildeten reaktiven Mehrschichtsystems erzielt werden.
  • In einem besonders geeigneten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Nanoschichten der Schichtfolge strukturiert abgeschieden und/oder nach der Abscheidung strukturierbar. Da die Nanoschichten des reaktiven Mehrschichtsystems abgeschiedene Schichten sind, können diese auf gleiche Weise wie sonstige in der Mikroelektronik bzw. Mikromechanik abgeschiedene Schichten mit hoher Variabilität und Genauigkeit strukturiert werden. Damit lassen sich, im Vergleich zu den bisher eingesetzten reaktiven Mehrschichtfolien, auch komplizierte Materialverbunde herstellen. Beispielsweise kann eine strukturierte Abscheidung über eine Lack- oder Hartmaske erfolgen, wobei der aus den alternierenden Nanoschichten ausgebildete Schichtstapel mittels spezieller Ätzprozesse mit Auflösungen im Mikrometerbereich strukturierbar ist. Hierfür sind primär chemische Gasphasenätzprozesse mit Plasmaunterstützung geeignet.
  • Es ist besonders empfehlenswert, wenn die Schichtfolge eine Gesamtdicke von < 30 μm aufweist. Zur Ausbildung dieser Gesamtdicke empfiehlt es sich, Einzelschichtdicken der Nanoschichten zwischen 20 nm und 100 nm einzusetzen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Gesamtdicke von < 30 μm ist geringer als die von im Stand der Technik verwendeten reaktiven Mehrschichtfolien, die Gesamtdicken zwischen 30 μm und 1 cm mit Einzelschichtdicken im Bereich von 10 nm bis 100 nm aufweisen. Durch die geringe Gesamtdicke der Schichtfolge kann die erfindungsgemäße Mikrostruktur insgesamt mit kleinen Abmessungen zur Verfügung gestellt werden. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Dicke der Bi- oder Multilayer der Schichtfolge bestimmt, wobei durch eine Erhöhung der Layeranzahl bei gleichzeitiger Reduzierung der Gesamtdicke die Reaktions geschwindigkeit erhöht wird und somit ein besseres Fügeergebnis zwischen der Mikrostruktur und einer weiteren Struktur erzielt werden kann.
  • In einem geeigneten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf die Schichtfolge eine weitere Struktur aufgebracht, die ein Bondsubstrat und eine auf dem Bondsubstrat oder 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 Schichtolge der Mikrostruktur aufliegt. Mit Hilfe dieses Schichtaufbaus können die beiden Bondsubstrate bei Initiierung einer Reaktion zwischen den mehrfach alternierenden Nanoschichten mit geringer Temperaturbelastung für beide Bondsubstrate miteinander verbunden werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Schichtfolge auf eine strukturierte und/oder nicht planare Oberfläche des Bondsubstrates und/oder eine strukturierte und/oder nicht planare Oberfläche der Lot- oder Verbindungsschicht abgeschieden und die mit der Lot- oder Verbindungsschicht beschichtete Oberfläche des Bondsubstrates und/oder die Oberfläche der Lot- oder Verbindungsschicht ist strukturiert und/oder nicht planar. Mit Hilfe dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikrostruktur können auch nicht planare und/oder strukturierte Nano-, Mikro- und Makrooberflächen und Bauteile beschichtet und gefügt werden. Damit stehen auf verschiedenen Ebenen Niedertemperaturbondverfahren für verschiedene Substratmaterialien und -größen zur Verfügung.
  • Die Aufgabe wird ferner 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 beabstandete Nanostrukturen und zwischen den Nanostrukturen befindliche, mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material gefüllte Bereiche aufweist.
  • Diese Mikrostruktur besitzt ebenfalls den Vorteil, dass sie in einer herkömmlichen mikroelektronischen bzw. mikromechanischen Prozessabfolge herstellbar ist. Zudem ergibt sich durch diese Option der erfindungsgemäßen Mikrostruktur auf dem Bondsubstrat ein Strukturaufbau, bei dem die reaktiven Schichten bzw. Strukturen nicht horizontal, wie bei der oben beschriebenen Mikrostruktur, sondern vertikal 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. Im Gegensatz zu dem hohen Arbeitsaufwand, der mit der Herstellung einer Vielzahl mehrfach alternierender, horizontal auf dem Bondsubstrat abgeschiedener Nanoschichten verbunden ist, kann 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. Zudem lassen sich die Nanostrukturen als auch die dazwischen befindlichen Bereiche mit hoher Genauigkeit, entsprechender Kleinheit und hoher Strukturdichte ausbilden, 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 Nanoschichten, welche besonders geeignet mit dem dazwischen befindlichen Material reagieren können.
  • Es hat sich ferner als förderlich erwiesen, wenn die vertikalen Nanostrukturen nadelförmig, beispielsweise in Form eines „Nanorasens”, ausgebildet sind. Die nadelförmigen Nanostrukturen 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 nadelförmigen 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 „Na norasens” 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 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 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 dieser erfindungsgemäßen Mikrostrukturvariante das Bondsubstrat ein SOI(silicon an insulator)-Substrat oder aus einem SOI-Substrat ausgebildet und/oder mit einer (nano)-porösen Schicht [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 nanoporöse 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 ≤ 500°C 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 Ma terial 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 der Schichtfolge oder 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 die Schichtfolge oder das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Material durch wenigstens einen elektrischen Kontakt kontaktiert ist, wobei der wenigstens eine Kontakt 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 sowohl von oben als auch seitlich an der der Mikrostruktur vorgesehen sein. Somit kann die Schichtfolge gezielt an dem wenigstens einen elektrischen Kontakt elektrisch gezündet werden, wobei durch den vorgesehenen elektrisch leitfähigen Kanal eine einfache Kontaktierung von außen möglich ist.
  • Günstigerweise sind der wenigstens eine elektrische Kontakt und der elektrisch leitfähige Kanal aus Kupfer ausgebildet. Kupfer weist eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf, ist herkömmlich in Abscheidetechnologien der Mikroelektronik und/oder Mikromechanik 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 wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur mit wenigstens einem Bondsubstrat und einem reaktiven Mehrschichtsystem gelöst, wobei eine Lot- oder Verbindungsschicht auf dem Bondsubstrat oder auf wenigstens einer auf dem Bondsubstrat vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht abgeschieden wird und für ein Ausbilden des reaktiven Mehrschichtsystems wenigstens zwei mehrfach alternierende Nanoschichten unterschiedlicher Materialien auf die Lot- oder Verbindungsschicht unter Ausbildung einer Schichtfolge abgeschieden werden.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Mikrostruktur zur Verfügung gestellt werden, welche ein reaktives Mehrschichtsystem in integrierter Form aufweist, welches zweckmäßig zum Fügen der Mikrostruktur mit einer weiteren Struktur eingesetzt werden kann. Die mehrfach alternierenden Nanoschichten der Schichtfolge des reaktiven Mehrschichtsystems der Mikrostruktur können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in geeigneter Anzahl und Einzelschichtdicke abgeschieden werden, was es ermöglicht, die freiwerdende Wärmemenge bei einer Reaktion zwischen den Nanoschichten zu begrenzen und zu kontrollieren, sodass eine für eine thermisch induzierte Verbindungsbildung nötige Temperaturerhöhung bei den zu verbindenden Strukturen nur sehr kurzzeitig auftritt. Entsprechend kann eine thermische Schädigung temperaturempfindlicher Substrate vermieden werden bzw. auch temperaturempfindliche Sensoren oder dergleichen mit weiteren Strukturen zuverlässig verbunden werden. Darüber hinaus ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch abgeschattete Fügestellen, die mit Schweiß- und Lötwerkzeugen nicht ohne weiteres erreichbar sind, zu verbinden, sodass auch im Aufbau komplexe Produkte und deren Gehäuse automatisiert, zuverlässig und dicht miteinander verbunden werden können.
  • In einem gut für spezifische Anwendungsfälle einsetzbaren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Nanoschichten der Schichtfolge strukturiert abgeschieden und/oder nach der Abscheidung strukturiert. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung unterschiedlichster, auch komplizierter Mikrostrukturen verwendet werden, welche sich vorteilhaft mit einem Fügepartner verbinden lassen.
  • 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 ein 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 Nanostrukturen und dem dazwischen befindlichen Material zu bewirken.
  • Es hat sich als besonders praktisch erwiesen, wenn die Nanoschichten und Lot- oder Verbindungsschichten oder das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Material der Mikrostruktur galvanisch abgeschieden werden. Bei der galvanischen Abscheidung können die Prozessparameter der Schichterzeugung so optimiert werden, dass die thermo-mechanischen Spannungen zwischen den Nanoschichten der Schichtfolge bzw. zwischen den vertikalen Nanostrukturen und dem dazwischen befindlichen Material minimiert werden.
  • Als besonders angebrachtes Verfahren zur Abscheidung der Nanoschichten oder 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 entweder die eine oder eine andere Schicht der Schichtfolge bzw. das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Material abgeschieden werden kann.
  • Des Weiteren können mit Hilfe einer Kontrolle der Prozesstemperatur bei der Abscheidung der einzelnen Nanoschichten der Schichtfolge oder 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 Lot- oder 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 weiteren 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 Kontaktierung 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 die 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 Schichtfolge oder 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 Schichtfolge bzw. der Nanostrukturen und des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Materials erfolgt, kann eine vorzeitige Initiierung einer Reaktion zwischen den reaktiven Schichten bzw. 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 Nanoschichten oder an wenigstens eine der Nanostrukturen und/oder an das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellende Material wenigstens ein elektrischer Kontakt ausgebildet und wenigstens ein elektrisch leitfähiger Kanal zur Kontaktierung des wenigstens einen Kontaktes 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 Nanoschichten bzw. der Nanostrukturen und des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Materials ausgelöst werden. Dabei können an den Nanoschichten oder 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 Schichten bzw. 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 20°C bis etwa 200°C eingestellt wird. Im Ergebnis lassen sich hochqualitative Fügeergebnisse erzielen, ohne dass 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 wenigstens zwei mehrfach alternierenden horizontal oder vertikal ausgerichteten Nanoschichten oder Nanostrukturen mit einem dazwischen befindlichen einen Reaktionspart ner 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 oder 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 Fügeprozessparameter 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 Nanoschichten oder 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 Schichten der Schichtfolge bzw. 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 auf den Bondsubstraten oder auf auf den Bondsubstraten vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschichten abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschichten vorgesehen sind und das reagierte, reaktive Schichtsystem eine zwischen den Lot- oder Verbindungsschichten vorgesehene oder wenigstens eine der Lot- oder Verbindungsschichten umfassende reagierte, abgeschiedene Schichtfolge aus wenigstens zwei mehrfach alternierenden Nanoschichten unterschiedlicher Materialien ist, die durch die Bondsubstrate und/oder die auf den Bondsubstraten abgeschiedenen Schichten eingebettet ist, und 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.
  • Alternativ dazu wird die Aufgabe 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 beabstandeten 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 polymerem 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. 100°C liegt. Ferner kann das erfin dungsgemäße Mikrosystem mit magnetischen Komponenten, wie Magnetfeldsensoren (AMR oder GMR) ausgebildet sein, welche Grenztemperaturen von etwa 250°C aufweisen.
  • Geeignete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei
  • 1 schematisch eine Mikrostruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
  • 2 schematisch eine Mikrostruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
  • 3 schematisch einen Aufbau zur Ausbildung eines Mikrosystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
  • 4 schematisch ein aus dem in 3 gezeigten Aufbau ausgebildetes Mikrosystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
  • 5 schematisch eine Mikrostruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit stegartig ausgebildeten vertikalen Nanostrukturen in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
  • 6 schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mikrostruktur mit nadelförmig ausgebildeten vertikalen Nanostrukturen in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
  • 7 schematisch die Mikrostruktur aus 5 mit einer darauf aufgebrachten weiteren Struktur zur Ausführung einer Variante des erfindungsgemäßen Bondverfahrens in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt;
  • 8 schematisch die Mikrostruktur aus 5 mit einer darauf aufgebrachten gleichartigen Mikrostruktur zur Ausführung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Bondverfahrens in einer geschnittenen Seitenansicht zeigt; und
  • 9 schematisch eine Bondvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht zeigt.
  • 1 zeigt schematisch eine Mikrostruktur 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Mikrostruktur 10 weist ein Bondsubstrat 1 auf, das in dem gezeigten Beispiel aus Silizium ausgebildet ist. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung kann das Bondsubstrat 1 auch aus einem anderen oder mehreren anderen Materialien, wie Metall, Glas oder Keramik, ausgebildet sein. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Bondsubstrat 1 ein Wafer, kann jedoch in anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung auch ein anderes, für eine Fügeverbindung vorgesehenes Substrat sein. Das Bondsubstrat 1 aus 1 weist eine im Wesentlichen ebene Oberfläche 1 auf, wobei in anderen, beispielsweise in 2 gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung auch Bondsubstrate 1' mit nicht planaren und/oder strukturierten Oberflächen 11 zum Einsatz kommen können. 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 ist eine Haftschicht 31 abgeschieden, auf welcher eine Benetzungsschicht 32 abgeschieden ist. Die Abscheidung der Haftschicht 31 und der Benetzungsschicht 32 kann beispielsweise mittels Sputtern, Bedampfen oder durch galvanische Abscheidung erfolgen. Mögliche Haftschichten 31 können aus Chrom, Titan oder Titannitrid ausgebildet sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Haftschicht 31 wenige Nanometer dünn.
  • Durch das Bondsubstrat 1 und die Haftschicht 31 führt ein elektrisch leitfähiger Kanal 7, welcher beispielsweise aus Kupfer ausgebildet ist. Der elektrisch leitfähige Kanal 7 ist mit einem elektrischen Kontakt 6 in Verbindung, der in dem in 1 gezeigten Beispiel in der Benetzungsschicht 32 ausgebildet ist. Der elektrische Kontakt 6 kann ebenfalls aus Kupfer ausgebildet sein. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann auch eine seitliche Kontaktierung der unten beschriebenen reaktiven Schichtfolge bzw. reaktiven Struktur erfolgen.
  • In dem in 1 gezeigten Beispiel ist auf der Benetzungsschicht 32, in elektrischem Kontakt mit dem Kontakt 6, eine Lot- oder Verbindungsschicht 4 vorgesehen. Die Lot- oder Verbindungsschicht 4 kann ein eutektisches Lot, ein Weichlot oder ein Solid-Liquid-Interdiffusion-(SLID)-Lot sein. Wird ein eutektisches Lot für die Lot- oder Verbindungsschicht 4 verwendet, kann dieses aus Au-Si mit einer Schmelztemperatur von 363°C 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 420°C oder aus In-Sn mit einer Schmelztemperatur von 120°C ausgebildet sein. Wird für die Lot- oder Verbindungsschicht 4 ein Weichlot eingesetzt, kann dieses beispielsweise Sn- oder Ag-basiert sein und eine Schmelztemperatur von ca. 200°C bis 230°C 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. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Lot- oder Verbindungsschicht 4 eine im Wesentlichen planare Oberfläche 41 auf. Als Material für die Lot- oder Verbindungsschicht 4 können auch niedrigschmelzende Einzelschichten wie Sn oder In oder auch Au als bei höheren Temperaturen schmelzendes Material oder eutektischer Partner sowie thermisch aushärtbare Materialen wie Kleber, Keramiken oder Polymere zum Einsatz kommen.
  • Die Lot- oder Verbindungsschicht 4 ist in dem Beispiel von 1 eine auf den Untergrund abgeschiedene, 10 nm bis 400 nm dicke Schicht, die mit Silizium ein Eutektikum bildet und mit der Haftschicht 31 und der Benetzungsschicht 32 die Grundlage für eine Flüssigphase bildet.
  • Auf der Oberfläche 41 der Lot- oder Verbindungsschicht 4 ist in dem in 1 gezeigten Beispiel eine Schichtfolge 5 aus mehrfach alternierenden Nanoschichten 51, 52, 53 abgeschieden. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Lot- oder Verbindungsschicht 4 eine Nanoschicht der Schichtfolge 5 ist, die mehrfach alternierend mit den anderen Nanoschichten 51, 52, 53 der Schichtfolge 5 verwendet wird. Die Materialien der Nanoschichten 51, 52, 53 sind so gewählt, dass sie bei Vermischung bzw. Legierungsbildung eine negative Bildungsenthalpie aufweisen.
  • Die Dicke der aus den Nanoschichten 51, 52, 53 ausgebildeten Schichtfolge 5 wird soweit erhöht, bis die aus der Reaktion 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.
  • In dem gezeigten Beispiel sind die Nanoschichten 51, 52, 53 mehrfach alternierend elektrochemisch bzw. galvanisch auf die Lot- oder Verbindungsschicht 4 abgeschieden. Bei der elektrochemischen Abscheidung können einerseits getrennte Elektrolyte verwendet werden und jede Einzellage 51, 52, 53 in einem separaten Elektrolyten abgeschieden werden. Andererseits besteht die Möglichkeit, dass in einem Elektrolyten alle Materialien für die Ausbildung der Nanoschichten 51, 52, 53 gemeinsam vorliegen. Durch Anpassung der Konzentration der Einzelkomponenten und der Prozessparameter ist es möglich, die Einzelkomponenten abwechselnd nacheinander abzuscheiden. Hierfür kommen beispielsweise Materialpaarungen wie Ag-Pd, Ag-Cu, Cu-Ni, Pd-Co oder Pd-Sn, Pd-Zn bzw. Pd-In in Betracht.
  • Besonders geeignet für die Abscheidung der Nanoschichten 51, 52, 53 ist das sogenannte Pulse-Plating-Verfahren, bei dem aus dem gemischten Elektrolyten durch Umschaltung des Spannungspotenzials entweder die eine oder eine andere Schicht abgeschieden wird.
  • Die galvanische Schichtabscheidung ist im Vergleich zu anderen Schichtabscheidetechnologien sensitiver und damit besonders gut für die Abscheidung des aus den Nanoschichten 51, 52, 53 ausgebildeten reaktiven Schichtsystems auf temperaturempfindlichen Substraten geeignet, da bei der galvanischen Abscheidung die thermomechanischen Spannungen zwischen den abgeschiedenen Nanoschichten 51, 52, 53 optimiert werden können.
  • In anderen Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung können auch andere Abscheideverfahren, beispielsweise PVD-Verfahren, wie Magnetron-Sputtern oder E-Beam-Evaporation, oder CVD-Gasphasenabscheideprozesse, zur Abscheidung der Nanoschichten 51, 52, 53 zum Einsatz kommen.
  • Bei der Abscheidung der Nanoschichten 51, 52, 53 wird die Prozesstemperatur kontrolliert, wodurch Diffusionsvorgänge zwischen den Schichten und die Entstehung daraus resultierender Mischzonen reduziert werden können.
  • Die Schichtfolge 5 bildet ein reaktives Mehrschichtsystem aus, dessen Nanoschichten 51, 52, 53 nach einer entsprechenden mechanischen, elektrischen, elektromagnetischen, optischen und/oder thermischen Aktivierung miteinander in einer selbstausbreitenden, exothermen Reaktion reagieren.
  • Obwohl in dem Beispiel von 1 die Schichtfolge 5 aus drei jeweils alternierenden Nanoschichten 51, 52, 53 ausgebildet ist, können in anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung auch zwei oder mehr als drei mehrfach alternierende Nanoschichten für den Aufbau der Schichtfolge 5 verwendet werden.
  • Die Nanoschichten 51, 52, 53 können aus Ag, Pd, Cu, Ni, Pt, Co, Au, Sn, Zn, Zr, In, Si oder Li bzw. Kombinationen aus diesen Materialien ausgebildet sein. Bevorzugte galvanisch abgeschiedene Nanoschichten 51, 52, 53 können aus Pd-Sn oder Pd-Zn ausgebildet sein. Bevorzugte mit PVD-Verfahren abgeschiedene Nanoschichten 51, 52, 53 können aus Ti-Si, Co-Si oder Al-Ni ausgebildet sein.
  • Bei der Wahl der Materialien für die Nanoschichten 51, 52, 53 sollte wenigstens eines der Materialien eine relativ niedrige Schmelztemperatur besitzen. Hierbei werden Werkstoffe wie Sn, In, 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.
  • Die abgeschiedenen Nanoschichten 51, 52, 53 weisen in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel Einzelschichtdicken zwischen 20 nm und 500 nm bei einer Gesamtdicke der Schichtfolge 5 von ≤ 30 μm, vorzugsweise von weniger als 10 μm, auf.
  • Bei der Abscheidung der Nanoschichten 51, 52, 53 bildet in der Regel die Nanoschicht, die das bessere Benetzungsverhalten aufweist, den Abschluss. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich auf der obersten Na noschicht 53 eine Benetzungsschicht 82 vorgesehen. Wird die Mikrostruktur 10 mit einer weiteren Struktur, auf der ein Lot vorgesehen ist, gebondet, kommt es durch die Benetzungsschicht 82 auf der Mikrostruktur 10 zu einer besseren Verbindung zwischen den zu bondenden Strukturen.
  • In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung kann auf der obersten Nanoschicht 53 auch eine Lot- oder Verbindungsschicht 9 oder ein Schichtstapel aus einer Lot- oder Verbindungsschicht 9, einer Benetzungsschicht 82 und/oder einer Haftschicht 81, wie in 3 gezeigt, ausgebildet sein.
  • 2 zeigt schematisch eine Mikrostruktur 10' gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer geschnittenen Seitenansicht.
  • Die Mikrostruktur 10' ist grundsätzlich ähnlich wie die Mikrostruktur 10 aus 1 ausgebildet, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, wobei hier auf die obigen Ausführungen zu diesen Elementen verwiesen wird.
  • Im Unterschied zu der Mikrostruktur 10 ist die Mikrostruktur 10' auf einem nicht planaren bzw. strukturierten Bondsubstrat 1' ausgebildet. Ferner sind die Haftschicht 31, die Benetzungsschicht 32, die Lot- oder Verbindungsschicht 4 sowie die Nanoschichten 51, 52, 53 der Schichtfolge 5 strukturiert auf dem Bondsubstrat 1' abgeschieden. Eine strukturierte Abscheidung kann beispielsweise über eine Lack- oder Hartmaske erfolgen. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung können die auf dem Bondsubstrat 1' vorgesehenen Schichten auch nach der Abscheidung strukturiert werden. Hierfür empfehlen sich Ätzprozesse, mit denen es möglich ist, den Stapel aus mehreren, sich wiederholenden Materialabfolgen mit Auflösungen im Nanometer- und Mikrometerbereich zu strukturieren. Dafür sind beispielsweise chemische Gasphasenätzprozesse mit Plasmaunterstützung geeignet.
  • Für eine Strukturierung der Haftschicht 31, der Benetzungsschicht 32, der Lot- oder Verbindungsschicht 4 und/oder der Schichten der Schichtfolge 5 können in Abhängigkeit von der herzustellenden Struktur und dem zu strukturierenden Material beispielsweise Lift-off-, Nassätz- oder Trockenätzverfahren zum Einsatz kommen.
  • 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Mikrosystems 30' in einer geschnittenen Seitenansicht vor einer exothermen Reaktion, die zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Mikrosystems 30 aus 5 führt. In dem Beispiel von 3 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale wie in den 1 und 2, weshalb hier der Einfachheit halber auf obige Ausführungen zu diesen Elementen verwiesen wird.
  • Das Mikrosystem 30' weist zwei Bondsubstrate 1, 2 auf, zwischen welchen ein Aufbau aus einer Haftschicht 31, einer Benetzungsschicht 32, einer Lot- oder Verbindungsschicht 4, einer Schichtfolge 5 aus mehrfach alternierenden Nanoschichten 51, 52, 53, einer Lot- oder Verbindungsschicht 9, einer Benetzungsschicht 82 und einer Haftschicht 81 ausgebildet ist, wobei sowohl das Bondsubstrat 1 als auch das Bondsubstrat 2 jeweils einen durchgängigen elektrisch leitfähigen Kanal 7 aufweist und die Kanäle 7 mittels Kontakten 6 in den Benetzungsschichten 32 und 82 elektrisch kontaktieren. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann auch nur an einem der Substrate 1, 2 ein elektrischer Kontakt 6 sowie ein elektrisch leitfähiger Kanal 7 vorgesehen sein. Die Kontakte 6 und die elektrisch leitfähigen Kanäle 7 können in weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung bei einer nicht elektrisch induzierten Auslösung einer Reaktion zwischen den Nanoschichten 51, 52, 53 der Schichtfolge 5 auch ganz weggelassen werden. Ebenso können auch die Haft- und Benetzungsschichten 31, 32, 81, 82 ganz oder teilweise weggelassen werden.
  • Das Bondsubstrat 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein planarer Siliziumwafer, kann jedoch in anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung auch aus einem anderen Material ausgebildet sein und/oder nicht planar oder strukturiert sein. Insbesondere kann das Bondsubstrat 2 und/oder Elemente davon temperaturempfindlich sein und/oder besonders kleine oder schwer zugängliche zu fügende Bereiche aufweisen.
  • In dem Beispiel von 3 sind die Nanoschichten 51, 52, 53 auf nur einem Substrat 1 abgeschieden. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung können die Nanoschichten 51, 52, 53 auch auf beiden zu bondenden Substraten 1, 2 oder nur auf dem Substrat 2 abgeschieden sein.
  • Das Bondsubstrat 2, die darauf abgeschiedene Haftschicht 81, die auf der Haftschicht 81 abgeschiedene Benetzungsschicht 82 sowie die auf der Benetzungsschicht 82 abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht 9 bilden eine weitere Struktur 20 aus, die zu der darunterliegenden Mikrostruktur, bestehend aus dem Bondsubstrat 1, der Haftschicht 31, der Benetzungsschicht 32, der Lot- oder Verbindungsschicht 4 und der Schichtfolge 5, justiert in Kontakt gebracht ist. Das Alignment der Substrate 1, 2 zueinander erfolgt vorzugsweise in einer beispielsweise in 9 gezeigten 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 des Mikrosystems 30' werden daraufhin in der beispielsweise in 9 dargestellten Bondvorrichtung 12 zusammengepresst und durch Fügen gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden.
  • Hierfür wird in dem in 3 gezeigten Beispiel über die Kanäle 7 ein elektrischer Startimpuls auf die Kontakte 6 gegeben, wodurch die Schichtfolge 5 gezündet wird. Mit dem Zünden beginnt eine Interdiffusion benachbarter Atome aus den sehr dünnen Einzelschichten 51, 52, 53 der Schichtfolge 5. Die dadurch erfolgende Legierungsbildung führt zu einer exothermen Reaktion. Die dabei entstehende Wärme breitet sich durch die Nanoschichten 51, 52, 53 in der Schichtfolge 5 aus und regt eine weitere Vermischung der noch nicht reagierten Nanoschichten 51, 52, 53 an. Diese selbstausbreitende Reaktion ist durch eine intensive lokale Erhitzungsrate, eine sehr hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit und eine sehr kurzfristige Dauer der Wärmeeinwirkung auf die Bondsubstrate 1, 2 gekennzeichnet.
  • Nach kurzer Zeit können die verbundenen Substrate 1, 2 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.
  • 4 zeigt schematisch die Mikrostruktur aus 3 nach erfolgter exothermer Reaktion zwischen den Nanoschichten 51, 52, 53 und den Lot- oder Verbindungsschichten 4, 9. Im Ergebnis entsteht ein Mikrosystem 30, in welchem die Bondsubstrate 1, 2 aus 3 fest durch die dazwischen befindliche reagierte Schichtfolge 50 verbunden sind.
  • Das Mikrosystem 30 kann beispielsweise ein mit Biomaterial beschichteter Sensor sein und/oder Elemente aus polymerem Material und/oder wenigstens eine magnetische und/oder piezoelektrische und/oder piezoresistive Komponente aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es somit, auch temperaturempfindliche Bauelemente mit einem Substrat oder anderen Bauelementen hermetisch dicht zu verbinden. Damit eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere für den Einsatz bei der Systemintegration von höchstintegrierter Mikroelektronik in Kombination mit MEMS oder bei Verwendung empfindlicher Polymere oder organischer Stoffe. Hinzu kommen spezielle Anwendungsfälle, in denen die Fügestelle nur unzureichend mit herkömmlichen Werkzeugen erreichbar war.
  • Mit der vorliegenden Erfindung steht somit eine Mikrostruktur, ein Mikrosystem, ein Verfahren und eine Bondvorrichtung zur Verfügung, mit welchen eine neue Form eines Niedertemperaturbondens ausgeführt werden kann, welches sich für den Einsatz bei unterschiedlichen Substratmaterialien und -größen eignet. Es können hiermit sowohl planare als auch nicht planare und strukturierte Nano-, Mikro- und Makro-Oberflächen und Bauteile miteinander verbunden werden.
  • 5 zeigt schematisch eine weitere, besonders bevorzugte 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. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung kann das Bondsubstrat 1'' auch aus einer anderen Materialschichtfolge ausgebildet sein, deren Oberflächenschicht strukturiert oder strukturierbar ist und welche vorzugsweise zwischen der Oberflächenschicht und dem übrigen Substratmaterial eine elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht aufweist. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Substrat auch mit einer (nano)porösen Schicht [Aerogel] mit besonders hohem thermischen Widerstand ausgestattet sein.
  • Die Oberflächenschicht 54 weist in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel stegartige, vertikal ausgerichtete, voneinander beabstandete Nanostrukturen 55 auf. In ande ren, beispielsweise in 6 gezeigten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Nanostrukturen auch eine andere Strukturform, Strukturhöhe und/oder Strukturbreite als die Nanostrukturen 55 in 5 aufweisen. So sind z. B. die Nanostrukturen 56 des in 6 gezeigten Bondsubstrates 1''' nadelförmig unter Ausbildung einer rasenartigen Struktur ausgebildet.
  • 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 darstellenden Material 57 gefüllt, wobei in dem in 5 gezeigten Beispiel das Material 57 die Nanostrukturen 55 abdeckt. Das Material 57 sowie die Nanostrukturen 55, 56 können aus den gleichen oder ähnlichen Materialien wie die in Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen Nanoschichten 51, 52, 53 ausgebildet sein, weshalb hier auf die obigen Ausführungen zu diesen Figuren verwiesen wird. Das Material 57 kann ebenso mit gleichen oder ähnlichen Abscheidetechnologien wie die Nanoschichten 51, 52, 53 aus den 1 bis 3 abgeschieden werden, sodass auch hierzu auf die obenstehenden Ausführungen zu diesen Figuren verwiesen wird.
  • In dem Beispiel von 5 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 5 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 6 ist flächig über 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 punktförmiger Kontakt(e) über bzw. auch seitlich an der Anordnung aus dem Material 57 und den Nanostrukturen 55 angeordnet sein.
  • Die Nanostrukturen 55, 56 aus den 6 und 9 können beispielsweise mittels Elektronenstrahllithografie oder durch Nanoimprinting strukturiert worden sein.
  • Im Ergebnis ist sowohl die in 5 als auch die in 6 gezeigte Mikrostruktur 10'', 10''' eine Struktur, die ein vertikal ausgebildetes reaktives Mehrschichtsystem, bestehend aus den Nanostrukturen 55, 56 und dem dazwischen befindlichen Material 57, aufweist. 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 7 und 8 gezeigt, eingesetzt werden kann.
  • So ist beispielsweise in 7 ein Mikrosystem 30'' gezeigt, in welchem auf der Mikrostruktur 10'' aus 5 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 9 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.
  • 8 zeigt schematisch eine weitere mögliche Ausführungsvariante eines Mikrosystems 30''' unter Nutzung der Mikrostruktur 10'' aus 5, auf welcher 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 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 8 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 9 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.
  • In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann auch die Mikrostruktur 10''' aus 6 mit einer weiteren Struktur 20, 20' gebondet werden.
  • Im Ergebnis kann ein Mikrosystem, wie in 4 gezeigt, ausgebildet werden, wobei hinsichtlich dessen Eigenschaften und Funktionalität auf obige Ausführungen zu 4 verwiesen wird.
  • 9 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Bondvorrichtung 12 in einer Seitenansicht.
  • Die Bondvorrichtung 12 weist eine öffen- und schließbare Bondkammer 13 auf, in welcher eine Mikrostruktur 10, 10', 10'' oder 10''' und eine weitere Struktur 20 oder 20' bzw. ein aus diesen Strukturen zusammengesetztes Mikrosystem 30' mit einer Schichtfolge 5 mit reaktiven Nanoschichten 51, 52, 53, wie in den 1 bis 3 schematisch dargestellt oder ein Mikrosystem 30'' oder 30''', wie in den 7 und 8 gezeigt, einbringbar und über eine Justiervorrichtung bzw. Alignmentvorrichtung 14 zueinander justierbar sind. Die Mikrostruktur 10, 10', 10'', 10''' und die weitere Struktur 20, 20' bzw. das Mikrosystem 30', 30'', 30''' ist hierfür zwischen zwei Druckplatten 15, 16 angeordnet, auf welche, 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 gekoppelt, durch welches die Bondkammer 13 evakuierbar ist oder mit Hilfe dessen in der Bondkammer 13 ein Überdruck oder Un terdruck erzeugt werden kann. In der Bondkammer 13 kann auch ein Normaldruck eingestellt werden.
  • Die Druckplatten 15, 16 werden über Anschlüsse 17 temperiert, wobei eine Temperatur T in einem Bereich von etwa 20°C bis etwa 200°C 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 Nanoschichten 51, 52, 53 bzw. die Schichtfolge 5 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 Nanoschichten 51, 52, 53 ausgelöst werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, in welchen eine Struktur wie das Mikrosystem 30'' oder 30''' aus den 7 bzw. 8 gebondet werden sollen, ist der Aktivierungsmechanismus 18 mit der Kontaktschicht oder -struktur 60, dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material 57 und/oder den Nanostrukturen 55, 56 gekoppelt.
  • 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 Nanoschichten 51, 52, 53 bzw. 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 alternierenden Nanoschichten 51, 52, 53 bzw. Nanostrukturen 55, 56 und dem Material 57 lokal an dem schematisch in 9 dargestellten Startpunkt 23 initiiert und breitet sich daraufhin selbstständig in der Schichtfolge 5 des Mikrosystems 30' bzw. dem reaktiven horizontal oder vertikal ausgebildeten Mehrschichtsystem einer anderen erfindungsgemäßen Mikrostruktur oder eines damit ausgebildeten Mikrosystems 30'', 30''' 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 erfindungsgemäß vorgeschlagenen abgeschiedenen 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 Schichtsystemen 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 die 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, 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 abgeschiedener reaktiver Schichtsysteme bzw. unter Ausbildung vertikaler, mit dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen darstellenden Material verfüllter Nanostrukturen 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Qiu und Wang „Bonding silicon wafers with reactive multilayer foils” in Sensors and Actuators A141 (2008), Seiten 476 bis 481 [0010]
    • - Qiu und Wang [0011]

Claims (38)

  1. Mikrostruktur (10, 10') mit wenigstens einem Bondsubstrat (1, 1') und einem reaktiven Mehrschichtsystem, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Bondsubstrat (1, 1') oder auf wenigstens einer auf dem Bondsubstrat (1, 1') vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht (31, 32) eine abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht (4) vorgesehen ist und das reaktive Mehrschichtsystem eine auf der Lot- oder Verbindungsschicht (4) abgeschiedene und/oder die Lot- oder Verbindungsschicht (4) umfassende, abgeschiedene Schichtfolge (5) aus wenigstens zwei mehrfach alternierenden Nanoschichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Materialien ist.
  2. Mikrostruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfolge (5) aus drei oder mehr Nanoschichten (51, 52, 53) aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet ist, wobei sich der Mehrfachschichtaufbau aus den drei oder mehr unterschiedlichen Nanoschichten (51, 52, 53) mehrfach periodisch in der Schichtfolge (5) wiederholt.
  3. Mikrostruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoschichten (51, 52, 53) der Schichtfolge (5) strukturiert abgeschieden sind und/oder nach der Abscheidung strukturierbar sind.
  4. Mikrostruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfolge (5) eine Gesamtdicke von < 30 μm aufweist.
  5. Mikrostruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Schichtfolge (5) 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, 82) abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht (9) aufweist, wobei die Lot- oder Verbindungsschicht (9) der weiteren Struktur (20) auf der Schichtfolge (5) der Mikrostruktur (10) aufliegt.
  6. Mikrostruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfolge (5) auf eine strukturierte und/oder nicht planare Oberfläche (11) des Bondsubstrates (1, 1') und/oder eine strukturierte und/oder nicht planare Oberfläche (41) der Lot- oder Verbindungsschicht (4) abgeschieden ist und die mit der Lot- oder Verbindungsschicht (9) beschichtete Oberfläche (21) des Bondsubstrates (2) und/oder die Oberfläche (91) der Lot- oder Verbindungsschicht (9) strukturiert und/oder nicht planar ist.
  7. 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 beabstandeten Nanostrukturen (55, 56) und zwischen den Nanostrukturen (55, 56) befindliche, mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) gefüllte Bereiche aufweist.
  8. Mikrostruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Nanostrukturen (55) stegartig ausgebildet sind.
  9. Mikrostruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Nanostrukturen (56) nadelförmig ausgebildet sind.
  10. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Nanostrukturen (55, 56) eine Strukturbreite von etwa 10 nm bis etwa 300 nm aufweisen.
  11. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Nanostrukturen (55, 56) ein Aspektverhältnis von Strukturbreite zu Strukturtiefe von etwa 1:8 bis etwa 1:12 aufweisen.
  12. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Oberflächenschicht (54) wenigstens eine Isolatorschicht (33) vorgesehen ist.
  13. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 12, 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.
  14. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 13, 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.
  15. Mikrostruktur nach Anspruch 14, 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, 82) 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.
  16. Mikrostruktur nach Anspruch 14, 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 Nanostrukturen (55, 56) mit wenigstens einem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) gefüllt sind.
  17. Mikrostruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schichtfolge (5) oder auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Ma terial (57) wenigstens eine Haft- und/oder Benetzungsschicht (81, 82) abgeschieden ist.
  18. Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 5, 6, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfolge (5) oder das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) durch wenigstens einen elektrischen Kontakt (6) kontaktiert ist, wobei der wenigstens eine Kontakt (6) mit einem elektrisch leitfähigen Kanal (7) verbunden ist, der wenigstens durch das Bondsubstrat (1, 1', 1'', 1''') der Mikrostruktur (10, 10', 10'', 10''') und/oder das Bondsubstrat (2, 3) der Struktur (20, 20') führt.
  19. Mikrostruktur nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Kontakt (6) und der elektrisch leitfähige Kanal (7) aus Kupfer ausgebildet sind.
  20. Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur (10, 10') mit wenigstens einem Bondsubstrat (1, 1') und einem reaktiven Mehrschichtsystem, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lot- oder Verbindungsschicht (4) auf dem Bondsubstrat (1, 1') oder auf wenigstens einer auf dem Bondsubstrat (1, 1') vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschicht (31, 32) abgeschieden wird und für ein Ausbilden des reaktiven Mehrschichtsystems wenigstens zwei mehrfach alternierende Nanoschichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Materialien auf die Lot- oder Verbindungsschicht (4) unter Ausbildung einer Schichtfolge (5) abgeschieden werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoschichten (51, 52, 53) der Schichtfolge (5) strukturiert abgeschieden und/oder nach der Abscheidung strukturiert werden.
  22. Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur (10'') mit wenigstens einem Bondsubstrat (1'', 1''') und einem reaktiven Mehrschichtsystem, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Ausbilden des reaktiven Mehrschichtsystems 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.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, 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.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) wenigstens eine Haft- und/oder Benetzungsschicht (81, 82) abgeschieden wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, 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.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoschichten (51, 52, 53) und Lot- oder Verbindungsschichten (4, 9) der Mikrostruktur (10, 10') oder das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) der Mikrostruktur (10'', 10''') galvanisch abgeschieden werden.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoschichten (51, 52, 53) oder das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) in einem Pulse-Plating-Verfahren abgeschieden werden.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abscheidung der Nanoschichten (51, 52, 53) oder des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Materials (57) die Prozesstemperatur kontrolliert wird.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, 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, 82) abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschicht (9) aufweist, mit der Lot- oder Verbindungsschicht (9) auf die Schichtfolge (5) oder das einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) der Mikrostruktur (10, 10', 10'', 10''') aufgebracht wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 25, 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 Reaktionspartner 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.
  31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondsubstrat (1, 1', 1'', 1''') der Mikrostruktur (10, 10', 10'', 10''') und/oder das Bondsubstrat (2) der weiteren Struktur (20, 20') und/oder die Lot- oder Verbindungsschicht (4) der Mikrostruktur (10, 10') und/oder die Lot- oder Verbindungsschicht (9) der 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 Schichtfolge (5) oder der Nanostrukturen (55, 56) und des einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Materials (57) erfolgt.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an wenigstens eine der Nanoschichten (51, 52, 53) oder an wenigstens eine der Nanostrukturen (55, 56) und/oder an das ei nen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellende Material (57) wenigstens ein elektrischer Kontakt (6) ausgebildet wird und wenigstens ein elektrisch leitfähiger Kanal (7) zur Kontaktierung des wenigstens einen Kontaktes (6) ausgebildet wird, der wenigstens durch das Bondsubstrat (1, 1', 1'', 1''') der Mikrostruktur (10, 10', 10'', 10''') und/oder das Bondsubstrat (2, 3) der weiteren Struktur (20, 20') geführt wird.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Bonden der Mikrostruktur (10, 10', 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 20°C bis etwa 200°C eingestellt wird.
  34. Vorrichtung (12) zum Bonden einer Mikrostruktur (10, 10', 10'', 10'''), die wenigstens ein Bondsubstrat (1, 1', 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 öffen- und schließbare, evakuierbare Bondkammer (13), in welcher die Mikrostruktur (10, 10', 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 wenigstens zwei mehrfach alternierenden reaktiven horizontal oder vertikal ausgerichteten Nanoschichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Materialien oder 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', 10'', 10''') derart mechanisch, elektrisch, elektromagnetisch, optisch und/oder thermisch aktivierbar ist, dass zwischen den Nanoschichten (51, 52, 53) oder den Nanostrukturen (55, 56) und dem einen Reaktionspartner zu dem Material der Nanostrukturen (55, 56) darstellenden Material (57) eine selbstausbreitende, exotherme Reaktion stattfindet.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsmechanismus (18) einen Stromimpulsgeber, einen Schwingungsimpulsgeber, einen Laserimpulsgeber, einen Wärmegeber und/oder einen Mikroanzünder aufweist.
  36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 oder 35, 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', 10'') und/oder der weiteren Struktur (20, 20') verbindbar sind.
  37. Mikrosystem, welches aus zwei Bondsubstraten (1, 1', 2) und einem zwischen den Bondsubstraten (1, 1', 2) liegenden Aufbau ausgebildet ist, der ein reagiertes, reaktives Schichtsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Bondsubstraten (1, 1', 2) oder auf auf den Bondsubstraten (1, 1', 2) vorgesehenen Haft- und/oder Benetzungsschichten (31, 32, 81, 82) abgeschiedene Lot- oder Verbindungsschichten (4, 9) vorgesehen sind und das reagierte, reaktive Schichtsystem (50) eine zwischen den Lot- oder Verbindungsschichten (4, 9) vorgesehene oder wenigstens eine der Lot- oder Verbindungsschichten (4, 9) umfassende, reagierte, abgeschiedene Schichtfolge (5) aus wenigstens zwei mehrfach alternierenden Nanoschichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Materialien ist, die durch die Bondsubstrate (1, 1', 2) und/oder die auf den Bondsubstraten abgeschiedenen Schichten (31, 32, 81, 82, 4, 9) eingebettet ist, wobei das Mikrosystem (30) 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.
  38. Mikrosystem (30'), welches aus zwei Bondsubstraten (1'', 1''', 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'', 1''') 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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