Anodisches Bonden

Anodisches Bonden ist ein Verbindungsverfahren das besonders bei der Herstellung von Sensoren und mikromechanischen Bauelementen der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik zur Anwendung kommt.

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Verfahrensweise

So kann man im einfachsten Fall das Verfahren mit folgendem Experiment beschreiben: Man nimmt einen Silizium-Wafer mit einer polierten Oberfläche und einen Wafer aus Glas, welches Alkaliionen enthält - also ähnlich wie Fensterglas. Der Glas-Wafer muss ebenfalls sehr eben sein.

Beide Wafer werden auf eine Heizplatte gelegt und diese auf ca. 300 bis 400 °C erwärmt. Der Siliziumwafer liegt direkt auf der Heizplatte und darüber der Glas-Wafer. Nun wird auf den Glas-Wafer an einen Punkt eine Punktelektrode leicht aufgedrückt. Die Heizplatte ist die Gegenelektrode. Der Silizium-Wafer ist bei den Temperaturen ausreichend eigenleitend. Die Erwärmung bewirkt, dass die im Glas befindlichen Ionen, wie Kalium und Natrium sich freier bewegen können. Legt man nun eine äußere Spannung so an, dass Minus am Glaswafer liegt und Plus an der Heizplatte, wandern die Ionen im Glas langsam zur Punktelektrode. An der Oberfläche des Glases zum Silizium-Wafer werden es immer weniger Ionen. D. h. dieser Bereich lädt sich negativ auf - es entsteht eine Raumladungszone.

Gleichzeitig ist der Silizium-Wafer durch die externe Spannung positiv geladen. So ziehen sich beide Oberflächen an. Auf Grund der sehr glatten und ebenen Oberflächen von Silizium und Glas besteht nur ein sehr kleiner Abstand zwischen beiden. Die Anziehungskraft entgegengesetzter Elektroden nimmt bei Verringerung des Abstandes zu (coulombsches Gesetz). So werden beide Oberflächen immer enger aneinander gezogen. Bis der Punkt erreicht wird, bei dem der Abstand so gering ist, dass die Oberflächenatome des Glases mit denen des Siliziums chemisch reagieren können. Es bilden sich chemische Verbindungen zwischen dem Silizium des Silizium-Wafers und dem Sauerstoff vom Siliziumoxid des Glases, obwohl dafür die eigentliche Reaktionstemperatur noch nicht erreicht ist.

Äußerlich kann man dies optisch daran verfolgen, dass sich von der Punktelektrode ausgehend, eine dunkle kreisförmige Front über die gesamte Fläche ausbreitet. Je weiter der Abstand von der Punktelektrode, desto langsamer wandert diese Front.

Kleine Störungen der Oberfläche oder Partikel führen zu Gaseinschlüssen. Nach dem Abschalten der Spannung und dem Abkühlen sind beide Wafer nicht mehr voneinander trennbar. Versucht man es trotzdem, dann befindet sich der Bruch meist im Glas, aber nicht an der Grenzfläche zwischen Glas und Silizium.

Anwendungen

Die Methode wird bei der Herstellung von Drucksensoren genutzt, die z. B. auch in der KFZ-Elektronik zur Anwendung kommen.