DE19705304A1 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Anordnung, Halbleiter-Anordnung sowie Verwendung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Anordnung mit einem flexiblen Trägermaterial, das mit einer Vielzahl von voneinander getrennten Schaltungs­ komponenten versehen ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine Halbleiter-Anordnung mit einem flexiblen Trägermaterial, das mit einer Vielzahl von voneinander getrennten Schaltungskomponenten versehen ist.

Die Erfindung betrifft schließlich eine Verwendung der vorstehend genannten Halbleiter-Anordnung.

Ein Verfahren, eine Anordnung sowie eine Verwendung der vor­ stehend genannten Art, bei denen die Halbleiterbauelemente als Mikrophotodioden ausgebildet sind, sind aus der US-A-5,556,423 bekannt.

Obwohl die Erfindung nachstehend anhand des Beispiels von Mikrophotodioden beschrieben wird, versteht sich, daß dieses Beispiel nicht einschränkend zu verstehen ist. Statt Mikrophoto­ dioden können z. B. auch Transistoren oder andere Bauelemente oder Schaltungen angesprochen sein.

Unter "Mikrophotodioden-Anordnungen" oder "Mikrophotodioden-Arrays" (MPDAs) versteht man Anordnungen, bei denen auf einem Trägermaterial mikroskopisch kleine Photodioden angeordnet sind. Derartige Anordnungen werden z. B. in der medizinischen und biologischen Forschung eingesetzt, um lichtgesteuert Stimuli für Zellen eines Gewebes zu erzeugen, das elektrisch stimulier­ bare Zellen enthält.

Aus der eingangs erwähnten US-A-5,556,423 ist ein Retina-Implantat bekannt, d. h. ein MPDA, das in bestimmte Schichten einer Netzhaut eines Auges eingepflanzt werden soll, um die auf die Netzhaut auftreffenden Lichtsignale in elektrische Stimuli umzuwandeln. Mit Hilfe dieser Stimuli sollen Zellen in der Netzhaut stimuliert werden, um einem Patienten ein künstlich unterstütztes Sehen zu ermöglichen.

Das bekannte MPDA wird aus einem N-dotierten Silizium-Wafer hergestellt, der als Ausgangsmaterial einen Durchmesser von 3 Zoll (76,2 mm) sowie eine Dicke von 21 mil (533 µm) aufweist.

Dieses Ausgangsmaterial wird nun verschiedenen Bearbeitungs­ schritten (mechanisches Läppen, chemisches Ätzen, Ionen­ implantation, Beschichtung) unterworfen, bis schließlich eine endgültige Struktur entsteht, die 25 Micron (25 µm) dick ist und eine 7 Micron dicke P-Schicht, eine 11 Micron dicke I-Schicht sowie eine 7 Micron dicke N-Schicht umfaßt.

Dieses Gebilde wird nun auf eine keramische Platte laminiert und dort mittels eines Lasers zunächst in Streifen einer Richtung und dann in einer dazu senkrechten Richtung geschnitten, wodurch schlußendlich Mikrowürfel entstehen, deren Kantenlänge ungefähr 25 Micron beträgt. Diese Mikrowürfel werden von der keramischen Scheibe entfernt und zwischen zwei Glasplatten geläppt, bis entsprechende Mikrokugeln entstehen.

Diese Mikrokugeln stellen Mikrophotodioden dar. Die Mikrokugeln können nun gemäß einem ersten beschriebenen Verfahren in einer Lösung aufgeschwemmt und in die Netzhaut injiziert werden, und zwar unterhalb der sogenannten Bruch'schen Membran. Da die Mikrokugeln bzw. Mikrophotodioden in diesem Zustand ungeordnet sind, soll nach dem bekannten Verfahren eine Ausrichtung der Mikrophotodioden mit Hilfe eines extern angelegten magnetischen Feldes vorgenommen werden.

Gemäß einem anderen beschriebenen Ausführungsbeispiel sollen die Mikrophotodioden in eine Substratfolie eingebettet werden, wobei diese Folie vorzugsweise für Nährstoffe und Sauerstoff permeabel sein soll. Als Trägermaterial wird dabei auch ein zweidimensionales Gewebe vorgeschlagen, das aus einem inerten Material, beispielsweise Nylon oder Polypropylen, besteht. Auf diese Weise soll zusätzlich eine gleichförmige Beabstandung zwischen den Mikrophotodioden erreicht werden.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, die Mikrophotodioden auf einer dünnen Schicht eines löslichen Materials anzuordnen, beispielsweise auf Agar oder Collagen. Auf diese Weise soll es möglich sein, die Mikrophotodioden in vorbestimmter Beab­ standung und Ausrichtung auf der dünnen Schicht anzuordnen, die sich dann in der Netzhaut auflösen soll.

Diese bekannte Vorgehensweise ist mit mehreren Nachteilen verbunden.

Soweit das Injizieren von einzelnen Mikrophotodioden in Gestalt von Mikrokugeln vorgeschlagen wird, besteht der Nachteil darin, daß, wie bereits erkannt, die Ausrichtung dieser Mikrophotodioden statistisch verteilt ist und durchaus nicht sichergestellt werden kann, daß die einmal injizierten Mikrophotodioden tatsächlich durch ein externes magnetisches Feld gleichförmig ausgerichtet werden können, und wenn ja, welche Störungen sich nach der Implantation durch beliebige externe Magnetfelder ergeben würden. Darüber hinaus sind einmal injizierte Mikrokugeln aus der Netzhaut nachträglich nicht mehr entfernbar, so daß eine solche Vorgehensweise in zahlreichen Ländern bereits wegen bestehender gesetzlicher Vorschriften nicht zulässig wäre, die vorsehen, daß jedwedes Implantat aus dem Körper eines Patienten wieder entnehmbar sein muß.

Soweit vorgeschlagen wird, die Mikrokugeln auf einem Gewebe oder einer löslichen Folie unterzubringen, ist kaum nachvollzieh­ bar, wie eine Vielzahl von Mikrophotodioden (Mikrokugeln) in geordnet er und ausgerichteter Form auf einem solchen Träger­ material angeordnet werden soll. Wenn die Mikrokugeln einen Durchmesser von 25 µm aufweisen, so ist nicht ersichtlich, wie diese Mikrokugeln mechanisch gehandhabt werden sollen, um sie entlang eines gleichmäßigen Rasters anzuordnen und überdies gemäß einer bestimmten Richtung auszurichten. Hinzu kommt, daß den Kugeln äußerlich kaum ansehbar ist, in welche Richtung sie in einer bestimmten Position ausgerichtet sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art dahin­ gehend weiterzubilden, daß eine Vielzahl von Mikrophotodioden im Rahmen einer gemeinsamen Anordnung (MPDA) vorgesehen werden kann, wobei sowohl die räumliche Anordnung wie auch die Aus­ richtung der Mikrophotodioden exakt vorgebbar und im Rahmen beherrschbarer Herstellungsprozesse einhaltbar ist. Auf diese Weise soll es möglich sein, derartige Anordnungen für medi­ zinische und biologische Zwecke zur Verfügung zu stellen, um in an sich bekannter Weise elektrische Stimuli für stimulierbare Zellen eines Gewebes zu erzeugen.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trägermaterial durch Dünnen eines Ausgangsmaterials größerer Dicke hergestellt wird.

Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anordnung eine Dicke aufweist, die im wesentlichen der Dicke der Schaltungskomponenten entspricht.

Wie bereits erwähnt, sind die Schaltungskomponenten vorzugsweise Mikrophotodioden, können aber auch andere Bauelemente, z. B. Transistoren oder dergleichen, sein.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Die Erfindung löst sich nämlich grundsätzlich von der beschrie­ benen bekannten Vorgehensweise, bei der die Mikrophotodioden zwar zunächst gesamthaft mit aus der Halbleitertechnologie bekannten Herstellungsverfahren erzeugt, dann jedoch vereinzelt werden. Erfindungsgemäß werden vielmehr Verfahren und Anordnungen möglich, bei denen die Anordnung im Rahmen des Herstellungs­ verfahrens als gemeinsame Anordnung verbleibt, so daß die in der Anordnung vorgesehenen Mikrophotodioden sowohl hinsichtlich ihrer Lage innerhalb der Anordnung wie auch hinsichtlich ihrer Ausrichtung unverändert bleiben. Die gewünschten Abmessungen und die gewünschte Flexibilität der Anordnung wird dabei durch geeignete Herstellungsverfahren gewährleistet.

Im Gegensatz zum beschriebenen Stand der Technik entfallen daher alle Probleme, die damit verbunden sind, daß vereinzelte Mikrophotodioden nachträglich wieder entlang eines bestimmten Rasters angeordnet und in ihrer jeweiligen Position ausgerichtet werden müssen.

Dadurch, daß eine mechanisch stabile und gesamthaft handhabbare Anordnung entsteht, ist es auch ohne weiteres möglich, eine erfindungsgemäße Anordnung nach einer Implantation im Bedarfs­ falle wieder zu explantieren, so daß auch den in vielen Ländern einschlägigen gesetzlichen Vorschriften Genüge getan ist.

Bei Ausführungsformen der Erfindung besteht das Ausgangsmaterial aus einem starren Material.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß einfache Ausgangsmaterialien sowie einfach beherrschbare und herkömmliche Herstellungsprozesse eingesetzt werden können.

In diesem Falle ist bevorzugt, wenn das Substrat an einer ersten Oberfläche mit den z. B. Mikrophotodioden versehen wird und das starre Material von einer der ersten Oberfläche gegenüber­ liegenden zweiten Oberfläche her so weit gedünnt wird, daß die Dicke der gedünnten Anordnung im wesentlichen der Dicke der Mikrophotodioden entspricht.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Anordnung aus einem einzigen Substrat hergestellt werden kann, wobei die notwendige Flexibilität durch die äußerst geringe Dicke des gedünnten starren Materials erreicht wird, die z. B. in der Größenordnung zwischen 5 und 10 µm liegt. Damit ist die Anordnung um etwa einen Faktor 5 dünner als die weiter oben beschriebene Anordnung, deren Dicke 25 Micron (25 µm) beträgt. Es ist somit erst im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt worden, daß das Dünnen eines Ausgangssubstrats nicht nur dazu dient, Bauteile (Mikro­ photodioden) mit entsprechend kleinen Abmessungen erzeugen zu können, sondern daß ein noch um eine halbe Größenordnung intensiveres Dünnen dazu führt, daß die gesamte Struktur, nämlich das gedünnte Substrat, hinreichend flexibel wird, auch wenn das Ausgangsmaterial (Silizium) starr ist.

Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung besteht das Ausgangsmaterial hingegen aus einem elastischen Material.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Elastizität oder Flexibilität entsprechend höher eingestellt werden kann.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels werden die z. B. Mikrophotodioden in einer außenliegenden Lage eines Substrats ausgebildet, wobei das elastische Material auf die Mikrophotodioden aufgetragen und die außenliegende Lage dann von dem übrigen Substrat abgetrennt wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß während des Herstellungs­ prozesses zunächst eine mechanisch in jedem Falle ausreichende Stabilität dadurch erreicht wird, daß ein verhältnismäßig dickes und mechanisch stabiles Substrat verwendet wird, das jedoch in einem der letzten Arbeitsschritte abgetrennt wird, so daß nur noch die extrem dünne Lage übrig bleibt, die mit den Mikrophotodioden versehen ist.

Das abgetrennte Substrat kann dabei an sich starr sein.

Zum Abtrennen der außenliegenden Lage von dem übrigen Substrat können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden.

Bei einer ersten Verfahrensvariante wird die außenliegende Lage durch Dünnen des übrigen Substrats abgetrennt.

Eine besonders gute Wirkung wird jedoch dann erzielt, wenn als Substrat ein sogenannter SOI-Wafer mit einer außenliegenden Siliziumschicht, einer darunter liegenden Oxidschicht und einer noch darunter liegenden Silizium-Substratschicht verwendet wird, wobei die z. B. Mikrophotodioden in der Siliziumschicht ausge­ bildet sind und deren Dicke wesentlich kleiner ist als die Dicke der Silizium-Substratschicht. Typischerweise hat die außen­ liegende Siliziumschicht dabei eine Dicke zwischen 5 und 10 µm, die in der Mitte liegende Oxidschicht eine Dicke von 1 bis 2 µm, die untere Silizium-Substratschicht jedoch eine Dicke von etwa 700 µm, wodurch sie etwa zwei Größenordnungen dicker als die beiden übrigen Schichten ist.

Bevorzugt ist dabei, wenn die Siliziumschicht durch Ausätzen der darunter liegenden Oxidschicht von der Silizium-Substrat­ schicht abgetrennt wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein aufwendiges mechanisches Abtragen einer relativ dicken Silizium-Substratschicht entfällt, da diese durch einen einfachen chemischen Prozeß abgetrennt wird, indem die zwischenliegende Oxidschicht durch Ätzen herausgelöst wird.

Bei einer ersten Gruppe von Ausführungsbeispielen werden die z. B. Mikrophotodioden stofflich in das Trägermaterial integriert.

Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsbeispielen werden die z. B. Mikrophotodioden hingegen mechanisch in das Trägermaterial integriert.

In diesem Falle ist z. B. bevorzugt, wenn zwischen den Mikro­ photodioden Gräben im Substrat ausgebildet und diese Gräben mit dem elastischen Material gefüllt werden, derart, daß zwischen den Mikrophotodioden flexible Verbindungsstege als Trägermaterial entstehen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein hochflexibles Gebilde entsteht, daß je nach rasterartiger Anordnung der Mikrophoto­ dioden in einer oder mehreren Koordinatenrichtungen flexibel ist. Die Flexibilität wird dabei im wesentlichen durch die Flexibilität der Verbindungsstege bestimmt, so daß die Mikro­ photodioden als "Inseln" eine wesentlich geringere Flexibilität aufweisen können. Es können daher als Basismaterial für die Mikrophotodioden auch starre und spröde Materialien eingesetzt werden.

Bei einer dritten Gruppe von Ausführungsbeispielen werden die z. B. Mikrophotodioden auf dem Trägermaterial angeordnet, wie dies an sich aus dem eingangs erläuterten Stand der Technik bekannt ist.

Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, wenn in an sich bekannter Weise in dem Trägermaterial Aussparungen angebracht werden.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß dann, wenn die Anordnungen für medizinische und biologische Anwendungen eingesetzt werden, diejenige Gewebeschicht, auf der die Anordnungen aufliegen, mit Nährstoffen versorgt werden kann, beispielsweise mit flüssigen Nährstoffen oder mit Sauerstoff. Diese Nährstoffe können durch die Aussparungen hindurch zu der entsprechenden Gewebeschicht gelangen.

Die Aussparungen haben jedoch auch während der Herstellung der Anordnung technologische Vorteile.

So ist bei Ausführungsformen der Erfindung, bei denen SOI-Wafer als Substrat eingesetzt werden, bevorzugt, wenn die Oxidschicht durch die Aussparungen hindurch ausgeätzt wird.

Insbesondere kann dabei oberhalb des Trägermaterials zunächst eine Maske aus einem Photolack aufgetragen werden, ferner Öffnungen in der Maske angebracht werden und die Aussparungen dann durch die Öffnungen hindurch ausgeätzt werden, wobei die Öffnungen vorzugsweise kleiner als die Aussparungen bemessen sind.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß mit Hilfe herkömmlicher und beherrschbarer Verfahren aus dem Bereich der mikroelektro­ nischen Schaltungen Strukturen der hier gewünschten Art herge­ stellt werden können. Wenn die Öffnungen kleiner als die Aussparungen bemessen werden, so kann der Tatsache Rechnung getragen werden, daß Ätzlösungen im allgemeinen isotrop ausätzen, also auch unterhalb einer durchbrochenen Lackschicht eine Unterätzung bewirken. Man kann daher durch geeignete Dimen­ sionierung der Öffnungen bewirken, daß die Aussparungen bei entsprechender Einstellung der Ätzdauer auf ein vorbestimmtes Maß ausgeätzt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Trägermaterial zeilen- und spaltenweise entlang eines kartesischen Koordinaten­ systems mit den z. B. Mikrophotodioden versehen werden.

In diesem Falle ist besonders bevorzugt, wenn die Aussparungen kreuzförmig an Kreuzungspunkten von Zeilen und Spalten angebracht werden.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß großflächige Anordnungen mit hoher Flexibilität in den beiden Koordinatenrichtungen erzielt werden können.

Alternativ ist jedoch auch möglich, das Trägermaterial mindestens näherungsweise kreisförmig auszubilden.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß in Anwendungsfällen, in denen die Anordnung nicht nur entlang einer Koordinatenrichtung gebogen werden soll, optimale Konfigurationen gefunden werden können. Wenn die Anordnung z. B. am Einsatzort gewölbt werden soll, wie dies in einer Netzhaut der Fall ist, die näherungsweise kugelkappenförmig ausgebildet ist, so kann eine näherungsweise kreisförmige Ausbildung des Trägermaterials diesen besonderen Gegebenheiten Rechnung tragen.

Dies kann in einer Weiterbildung z. B. dadurch geschehen, daß das Trägermaterial als eine Mehrzahl von konzentrischen Ringen mit im wesentlichen radial verlaufenden Verbindungsstegen ausgebildet wird. Alternativ kann das Trägermaterial aber auch als spiraliger Streifen ausgebildet werden.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Anordnung am Einsatzort in eine kugelkappenförmige Gestalt umgeformt werden bzw. sich einer solchen Formgebung anpassen kann.

Zur Verbesserung der Handhabbarkeit kann die Anordnung mit Haltern versehen werden, die vorzugsweise beim Dünnen, insbe­ sondere beim Ätzen, des Ausgangsmaterials stehen gelassen werden. Die Anordnung ist mit den Haltern über Stege oder entsprechend geschwächte Abschnitte verbunden, so daß die Anordnung leicht manuell von den Haltern getrennt, insbesondere abgebrochen, werden kann. Auf diese Weise kann z. B. ein Implantat während der Operation zunächst einfach gehandhabt werden und wird erst unmittelbar vor dem Implantieren von dem Halter bzw. den Haltern entfernt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der bei­ gefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 in schematisierter Schnittdarstellung die Herstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungs­ gemäßen Mikrophotodioden-Anordnung in drei verschie­ denen Verfahrensschritten;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die fertige Anordnung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 bis 7 eine Darstellung, ähnlich den Fig. 1 bis 3, jedoch für ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 bis 10 eine Darstellung, ähnlich den Fig. 1 bis 3, jedoch für ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 11, 12 und 13 Draufsichten, ähnlich Fig. 2, jedoch für weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung;

Fig. 14 und 15 Schnittdarstellungen entlang der Linie XIV-XIV bzw. XV-XV von Fig. 13;

Fig. 16 bis 18 Darstellungen ähnlich den Fig. 1 bis 3, jedoch für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 19 und 20 zwei weitere Draufsichten auf noch weitere Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet 10 ein Substrat, vorzugsweise aus Silizium, wie es für übliche Halbleiteranwendungen eingesetzt wird. Das Substrat 10 hat eine Dicke von D in der Größenordnung von 500 bis 1.000 µm.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß Mikrophotodioden (MPD) 11, wie mit Pfeilen 12 angedeutet, in einer Oberseite 13 des Substrats 10 angebracht werden können. Diese Technik ist an sich bekannt und braucht daher im vorliegenden Zusammenhang nicht näher erläutert zu werden.

Wenn die Mikrophotodioden 11 in der Oberseite 13 des Substrats 10 mit Abstand zueinander angebracht worden sind, wird das Substrat 10 von seiner Unterseite 14 her gedünnt, wie mit Pfeilen 15 angedeutet. Das Substrat 10 wird dabei so weit gedünnt, bis ein Niveau 16 erreicht ist, das in etwa der Dicke d der Mikro­ photodioden 11 entspricht. Die Dicke d liegt im Bereich zwischen beispielsweise 1 und 15 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 10 µm.

Wie Fig. 3 zeigt, entsteht auf diese Weise eine Mikrophotodioden-Anordnung oder ein Mikrophotodioden-Array (MPDA) 18 von extrem kleiner Dicke d mit den erwähnten Abmessungen.

Wie man zusätzlich aus der Draufsicht gemäß Fig. 4 erkennen kann, wird auf diese Weise z. B. eine kartesische Anordnung 18 erzeugt, bei der die Mikrophotodioden 11 entlang von Zeilen 20 und Spalten 21 mit äquidistantem Abstand zueinander angeordnet sind.

Die Verbindungsstege 19 bewirken dabei nicht nur einen mechani­ schen Zusammenhalt zwischen den Mikrophotodioden 11, sie stellen darüber hinaus auch eine elektrische Isolierung zwischen den Mikrophotodioden 11 dar. Die Isolierung kann im Bedarfsfall weiter dadurch verbessert werden, daß ein P-N-Übergang 23 in die Verbindungsstege 19 integriert wird.

Es versteht sich dabei, daß die Anordnung gemäß Fig. 4 mit Zeilen 20 und Spalten 21 nur beispielhaft zu verstehen ist. Durch geeignete lithographische Verfahren können vielmehr beliebige Raster von Mikrophotodioden erzeugt werden, wie dies weiter unten z. B. anhand der Fig. 19 und 20 noch erläutert werden wird.

Ferner bleibt insoweit festzuhalten, daß die Verbindungsstege 19, die aus demselben Basismaterial bestehen, wie die Mikro­ photodioden 11, diese stofflich miteinander verbinden. Die Elastizität bzw. Flexibilität der Anordnung 18 wird in diesem Falle also überwiegend durch die Dicke d bestimmt, da das Ausgangsmaterial (Silizium) des Substrats 10 bekanntlich starr ist.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist, wird zunächst in eine außenliegende Lage 29 der Dicke d eines Substrats 30 eine Vielzahl von Gräben 31 eingebracht, wozu beispielsweise bekannte photolithographische Verfahren eingesetzt werden können.

In den stehengebliebenen Bereichen zwischen den Gräben 31 werden nun, wie mit Pfeilen 32 angedeutet, Mikrophotodioden 33 erzeugt. Die Gräben 31 werden, wie in Fig. 6 dargestellt, mit einem flexiblen Füllmaterial, beispielsweise einem Photolack, aus­ gefüllt.

Anschließend kann das flexible Füllmaterial, wie mit Pfeilen 35 angedeutet, von oben herabgedünnt werden, während gleichzeitig oder danach das Substrat 30 von unten (Pfeile 36) gedünnt wird, wie bereits oben zu Fig. 2 beschrieben.

Am Ende verbleibt die in Fig. 7 dargestellte Mikrophotodioden Anordnung 38. Bei dieser sind die Mikrophotodioden 33 über elastische Verbindungsstege 39 miteinander verbunden, die aus dem flexiblen Füllmaterial 34 bestehen. Würde man die Anordnung 38 in Draufsicht betrachten, so wäre die Ansicht ähnlich derjenigen gemäß Fig. 4, wobei sich jedoch die Verbindungsstege 39 von den Mikrophotodioden 33 abheben würden, da die Mikrophoto­ dioden 33 mechanisch in das Trägermaterial, nämlich die Verbin­ dungsstege 39, integriert sind.

In den Fig. 8 bis 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem als Substrat ein sogenannter SOI-Wafer 40 eingesetzt wird, der als Ausgangsmaterial für verschiedene Halbleiter-Herstellungsprozesse bekannt ist. Ein SOI-Wafer 40 besteht aus einer obenliegenden Siliziumschicht 41, einer darunter liegenden Oxidschicht 42 sowie einer unteren Silizium-Substratschicht 43. Während die Siliziumschicht 41 eine Dicke d von z. B. 5 bis 10 µm aufweist und die Oxidschicht 42 typischer­ weise nur 1 bis 2 µm dick ist, ist die Silizium-Substratschicht 43 um mindestens zwei Größenordnungen dicker; ihre Dicke D beträgt typischerweise etwa 700 µm.

Zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen Mikrophotodioden-Anordnung werden zunächst in der oberen Siliziumschicht 41 Mikrophotodioden 45 angebracht, wie z. B. bereits zu Fig. 6 erläutert. Nach dem Anbringen von Gräben 47 zwischen den Mikrophotodioden 45 werden diese wiederum mit einem flexiblen Füllmaterial 46 ausgefüllt. Nachdem dieses von oben her bis auf die Oberfläche der Mikro­ photodioden 45 herabgedünnt wurde, wird die so bearbeitete Siliziumschicht 41 von der unteren Silizium-Substratschicht 43 abgetrennt, indem mittels eines Ätzvorganges 49 die zwischen­ liegende Oxidschicht 42 herausgeätzt bzw. herausgelöst wird, wie in Fig. 9 mit Pfeilen 49 angedeutet.

Sobald die Oxidschicht 42 herausgelöst ist, kann die dicke Silizium-Substratschicht 43 entfernt werden, wie in Fig. 9 mit einem Pfeil 50 angedeutet.

Es verbleibt dann die in Fig. 10 dargestellte Mikrophotodioden-Anordnung 52, bei der die Mikrophotodioden 45 wiederum nur noch über elastische Verbindungsstege 53 miteinander verbunden sind. Insoweit entspricht die Anordnung 52 gemäß Fig. 10 der Anordnung 38 gemäß Fig. 7, wobei die Unterschiede im Herstellungsverfahren liegen.

In den Fig. 11 bis 15 sind weitere Aspekte der Erfindung dargestellt.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 11 ist eine Mikrophotodioden-Anordnung 58 gezeigt, die vom Prinzip her der Anordnung 18 gemäß Fig. 4 entspricht. Mikrophotodioden 60 sind wiederum in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei zwischen den Mikrophotodioden 60 Verbindungsstege 61 verlaufen.

An den Kreuzungspunkten zwischen Spalten und Reihen sind jedoch kreuzförmige Durchbrüche 62 vorhanden. Diese Durchbrüche 62 gehen durch die gesamte Dicke d der Anordnung 58 durch. Es kann somit ein Materialaustausch zwischen Oberseite und Unterseite der Anordnung 58 bewirkt werden. Bei medizinischen und biologi­ schen Anwendungen kann dadurch das Gewebe, auf dem die Anordnung 58 aufliegt, durch die Durchbrüche 62 hindurch mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden.

Die Durchbrüche 62 können jedoch bei Ausführungsbeispielen der Erfindung eingesetzt werden, um darunter liegende Schichten auszuätzen oder herauszulösen. So können auf diese Weise die Gräben 31 (Fig. 6) oder 47 (Fig. 8) von oben herausgeätzt werden, indem auf eine entsprechend aufgebrachte Maske aus Photolack entsprechende Durchbrüche angebracht werden.

In Fig. 12 ist hierzu veranschaulicht, daß in eine Lackschicht 64, die von oben auf der Anordnung 58a aufliegt, kreuzförmige Aussparungen 65 angebracht werden können. Diese Aussparungen 65 sind etwas kleiner bemessen, wie links in Fig. 12 mit b und B angedeutet. Wenn nämlich über die Aussparungen 65 ein Ätz- oder Lösungsmittel nach unten in die darunter liegende Schicht gelangt, so findet eine sogenannte Unterätzung statt, wie mit Pfeilen 66 angedeutet. Da die Ätzwirkung isotrop ist, wird unterhalb der Aussparung 65 in alle Richtungen geätzt, also auch in einer Horizontalrichtung. Wenn man daher die Breite b der Flügel der Aussparungen 65 im Verhältnis zur Breite B der Gräben zusammen mit der Zeitdauer des Ätzvorganges entsprechend einstellt, so kann bei entsprechend schmalen Aussparungen 65 eine gewünschte Endabmessung der darunter liegenden, heraus­ geätzten Bereiche erreicht werden.

Wenn die Aussparungen unterhalb der Lackschicht 64 bereits durch die Siliziumschicht 41 (Fig. 8) durchgehen, so können diese Durchgänge auch dazu eingesetzt werden, um die zwischenliegende Oxidschicht 42 herauszulösen.

Man erkennt, daß auf diese Weise zahlreiche Varianten möglich sind, bei denen mit einer Lackschicht (als flexibles Füllmaterial 34 oder 46) oder mit zwei Lackschichten übereinander bzw. nacheinander gearbeitet wird.

In den Fig. 13 bis 15 ist hierzu noch ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine Mikrophotodioden-Anordnung 68 mit Mikrophotodioden 70 versehen ist, die wiederum in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Verbindungsstege 71 aus einem elasti­ schen Material verbinden die Mikrophotodioden 70 jeweils nur über einen Abschnitt der jeweiligen Breitseiten, weil kreuz­ förmige Durchbrüche 72 an den Kreuzungspunkten der Spalten und Zeilen vorgesehen sind.

Es liegt auf der Hand, daß auf diese Weise eine extrem flexible Bauweise der Anordnung 68 erreicht wird.

Während bei den bisher geschilderten Ausführungsbeispielen die Mikrophotodioden-Anordnungen stofflich (Fig. 1 bis 4) bzw. mechanisch (Fig. 6 bis 15) in das Trägermaterial integriert waren, zeigen die Fig. 16 bis 18 ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Erfindung, bei dem die Mikrophotodioden auf dem Trägermaterial angeordnet sind.

Als Ausgangsmaterial wird in Fig. 16 wiederum ein SOI-Wafer 80 von bereits geschilderter Bauweise verwendet, der eine Siliziumschicht 81, eine Oxidschicht 82 sowie eine Silizium-Substratschicht 83 umfaßt.

Mikrophotodioden 84 mit dazwischenliegenden Gräben 85 werden in bereits beschriebener Weise in der Siliziumschicht 81 ausgebildet.

Ein flexibles Füllmaterial 86 wird in diesem Falle jedoch im wesentlichen nur oberhalb der Mikrophotodioden 84 angebracht. Dies kann dadurch bewirkt bzw. gefördert werden, daß die Gräben 85 nur sehr schmal ausgebildet werden, so daß das flexible Füllmaterial 86 nicht oder nur in ganz geringfügigen Bereichen 87 in den Bereich dieser Gräben 85 eindringt.

Das flexible Füllmaterial wird nun, wie mit Pfeilen 88 in Fig. 16 angedeutet, von oben abgetragen, bis nur noch eine dünne Schicht der Dicke x des Füllmaterials 86 oberhalb der Mikrophotodioden 84 verbleibt.

Diese Schicht kann direkt strukturiert werden, wie mit 89 in Fig. 17 angedeutet. Zum Strukturieren kann aber auch zunächst eine Lackschicht 90 aufgetragen und diese zur Strukturierung eingesetzt werden, wie mit 91 angedeutet. Infolge dieser Strukturierung können z. B. Aussparungen in der dünnen Schicht aus Füllmaterial 86 angebracht werden, die den Aussparungen 72 in Fig. 13 entsprechen.

Wenn nun die zwischenliegende Oxidschicht 82 herausgeätzt wird, wie mit Pfeilen 93 in Fig. 17 angedeutet, so kann die Silizium-Substratschicht 83 wiederum abgetrennt werden. Wenn man dann die bearbeitete Siliziumschicht 81 mit der daran haftenden Trägerschicht aus Füllmaterial 86 um 180° dreht (Pfeil 94), so entsteht die in Fig. 18 dargestellte Mikrophotodioden-Anordnung 96, bei der die dünne Schicht aus flexiblem Füll­ material ein flexibles Substrat 97 bildet.

In Fig. 17 ist mit 99 angedeutet, daß aus der Silizium-Substrat­ schicht 83 ein Halter 99 herausgeformt werden kann, z. B. durch Ätzen. Der Halter 99 ist mit der Anordnung 96 über einen dünnen Steg 98 verbunden, der z. B. in der Oxidschicht 82 belassen werden kann. Die extrem dünne Anordnung kann auf diese Weise mechanisch stabilisiert werden, wenn z. B. der Halter 99 als umlaufender Rahmen ausgebildet ist. Ferner wird die Anordnung leichter handhabbar, z. B. während einer Operation, wenn die Anordnung 96 in eine Netzhaut implantiert werden soll. Der Operateur kann dann die Anordnung 96 zunächst am Halter 99 ergreifen, z. B. mit einer Pinzette, und die Anordnung dann erst unmittelbar vor dem Einsetzen in die Netzhaut vom Halter 99 lösen, indem er sie im Bereich des Steges 98 abbricht. Statt eines Steges 98 kann dabei natürlich auch eine entsprechende Schwächung (Kerblinie, Perforation und dergleichen) vorgesehen sein. Der Begriff "Steg" steht damit für jedwede geeignete Sollbruchstelle.

Wie bereits weiter oben erwähnt wurde, sind neben den vorstehend beschriebenen Anordnungen mit Mikrophotodioden, die zeilen- und spaltenweise angeordnet sind, auch anders strukturierte Anordnungen möglich.

Fig. 19 zeigt eine Mikrophotodioden-Anordnung 100, von der der Übersichtlichkeit halber nur das Trägermaterial bzw. Substrat 101 dargestellt ist. Dieses Substrat besteht aus einer Mehrzahl konzentrischer Ringe 101a, 101b, 101c, 101d, die mit Abstand zueinander angeordnet sind. Mechanisch sind diese Ringe 101a bis 101d mittels radialer bzw. spiralig angeordneter Stege 102 verbunden, die vorzugsweise aus einem elastischen, d. h. flexiblen Material bestehen.

Eine ähnliche Anordnung ist in Fig. 20 dargestellt, wo eine Mikrophotodioden-Anordnung 104 im wesentlichen aus einem spiraligen Substrat bzw. Trägermaterial 105 besteht, wobei die verschiedenen Gänge des Substrates 105 durch eine ebenfalls spiralige Aussparung 106 voneinander getrennt sind.

Durch die Anordnungen gemäß den Fig. 19 und 20 können Anordnungen 100, 104 dargestellt werden, die mechanisch so verformbar sind, daß sie sich einer Kugeloberfläche optimal anpassen können. Auf diese Weise können sich die Anordnungen 100, 104 z. B. der natürlichen Formgebung in einer Netzhaut eines Auges anpassen.

Während die Ausführungsbeispiele vorstehend anhand des Anwen­ dungsbeispieles als Retina-Implantat, vorzugsweise subretinales Implantat, erläutert wurden, versteht sich, daß auch andere Anwendungsfälle denkbar sind, beispielsweise als kardiales Implantat, als Blasenimplantat oder überall sonst dort, wo elektrisch stimulierbare Zellen von Gewebe mittels elektrischer Impulse oder Signale stimuliert werden sollen.

Claims (41)

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Anordnung mit einem flexiblen Trägermaterial (19; 39; 53; 61; 71; 86; 101; 105), das mit einer Vielzahl von voneinander getrennten Schaltungskomponenten (11; 33; 45; 60; 70; 84) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (19; 39; 53; 61; 71; 86; 101; 105) durch Dünnen eines Ausgangs­ materials (10; 30, 34; 43, 46; 83, 86) größerer Dicke (D + d) hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (11; 33; 45; 60; 70; 84) Mikro­ photodioden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial aus einem starren Material (10) besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Material (10) an einer ersten Oberfläche (13) mit den Schaltungskomponenten (11) versehen wird und daß das starre Material (10) von einer der ersten Oberfläche (13) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (14) her so weit gedünnt wird, daß die Dicke der gedünnten Anordnung im wesentlichen der Dicke (d) der Schaltungskomponenten (11) entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial aus einem elastischen Material (34; 46; 86) besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (33; 45; 70; 84) in einer außen­ liegenden Lage (29; 41; 81) eines Substrats (30; 40; 80) ausgebildet werden, daß das elastische Material (34; 46; 86) auf die Schaltungskomponenten (33; 45; 70; 84) aufge­ tragen wird, und daß die außenliegende Lage (29; 41; 81) dann von dem übrigen Substrat (30; 40; 80) abgetrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (30) starr ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegende Lage (29) durch Dünnen des übrigen Substrats (30) von diesem abgetrennt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein SOI-Wafer (40; 80) mit einer außenliegenden Siliziumschicht (41), einer darunter liegenden Oxidschicht (42) und einer noch darunter liegenden Silizium-Substrat­ schicht (43) verwendet wird, wobei die Schaltungskomponenten (45; 70; 84) in der Siliziumschicht (43) ausgebildet sind und deren Dicke (d) wesentlich kleiner ist als die Dicke (D) der Silizium-Substratschicht (43).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumschicht (41) durch Ausätzen der darunter liegenden Oxidschicht (42) von der Silizium-Substratschicht (43) abgetrennt wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (11) stofflich in das Trägermaterial (19) integriert werden.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (33; 45; 60; 70) mechanisch in das Trägermaterial (39; 53) integriert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 5 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schaltungskomponenten (33; 45; 70) Gräben (31; 47) im Substrat (30; 40) ausgebildet und die Gräben (31; 47) mit dem elastischen Material (34; 46) gefüllt werden, derart, daß zwischen den Schaltungskomponenten (33; 45; 70) flexible Verbindungsstege (39; 53; 71) als Trägermaterial entstehen.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (84) auf dem Trägermaterial (86) angeordnet werden.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trägermaterial (19; 39; 53; 71) Aussparungen (62; 72; 103; 106) angebracht werden.

16. Verfahren nach Anspruch 10 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht (42; 82) durch die Aussparungen (62; 72) hindurch ausgeätzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Trägermaterials (19; 39; 53; 71) zunächst eine Maske aus einem Photolack aufgetragen wird, daß Öffnungen (65) in der Maske angebracht werden und daß die Aussparungen (62; 72) durch die Öffnungen (65) hindurch ausgeätzt werden, wobei die Öffnungen (65) vorzugsweise kleiner als die Aussparungen (62; 72) bemessen sind.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (19; 39; 53; 61; 71; 86) zeilen- und spaltenweise (20, 21) entlang eines kartesischen Koordinatensystems mit den Schaltungskomponenten (11; 33; 45; 60; 70; 84) versehen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 15 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (62; 72) kreuzförmig an Kreuzungs­ punkten von Zeilen (20) und Spalten (21) angebracht werden.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (101; 105) mindestens näherungsweise kreisförmig ausgebildet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (101) als eine Mehrzahl von konzen­ trischen Ringen (101a-101d) mit im wesentlichen radial verlaufenden Verbindungsstegen (102) ausgebildet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (105) als spiraliger Streifen ausgebildet wird.

23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß beim Dünnen des Ausgangs­ materials (83) Halter (99) des Ausgangsmaterials (83) stehen gelassen werden, die mit der Anordnung (96) über manuell entfernbare Stege (98) verbunden sind.

24. Anordnung von Halbleiter-Schaltungskomponenten mit einem flexiblen Trägermaterial (19; 39; 53; 61; 71; 86; 101; 105), das mit einer Vielzahl von Schaltungskomponenten (11; 33; 45; 60; 70; 84) versehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung (18; 38; 52; 58; 68; 96; 100; 104) eine Dicke (d) aufweist, die im wesentlichen der Dicke der Schaltungskomponenten (11; 33; 45; 60; 70; 84) ent­ spricht.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (11; 33; 45; 60; 70; 84) Mikro­ photodioden sind.

26. Anordnung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (33) stofflich in das Träger­ material (19) integriert sind.

27. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (45; 60; 70) mechanisch in das Trägermaterial (39; 53) integriert sind.

28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schaltungskomponenten (33; 45; 70) Verbindungs­ stege (39; 53; 71) aus elastischem Material (34; 46) vorgesehen sind.

29. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskomponenten (84) auf dem Trägermaterial (86) angeordnet sind.

30. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trägermaterial (19; 39; 53; 71) Aussparungen (62; 72; 103; 106) angeordnet sind.

31. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (19; 39; 53; 61; 71; 86) zeilen- und spaltenweise (20; 21) entlang eines kartesischen Koordinatensystems mit den Schaltungskomponenten (11; 33; 45; 60; 70; 84) versehen ist.

32. Anordnung nach Anspruch 30 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (62; 72) kreuzförmig an Kreuzungs­ punkten von Zeilen (20) und Spalten (21) ausgebildet sind.

33. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (101; 105) mindestens näherungsweise kreisförmig ausgebildet ist.

34. Anordnung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (101) als eine Mehrzahl von konzent­ rischen Ringen (101a-101d) mit im wesentlichen radial verlaufenden Verbindungsstegen (102) ausgebildet ist.

35. Anordnung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (105) als spiraliger Streifen ausgebildet ist.

36. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß sie (96) mit Haltern (99) versehen ist, die mit der Anordnung (96) über manuell entfernbare Stege (98) verbunden sind.

37. Verwendung einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 35 zum Erzeugen von Stimuli für Zellen eines die Zellen enthaltenden Gewebes.

38. Verwendung nach Anspruch 37 als Retina-Implantat.

39. Verwendung nach Anspruch 38 als subretinales Implantat.

40. Verwendung nach Anspruch 37 als kardiales Implantat.

41. Verwendung nach Anspruch 37 als Blasenimplantat.