硅或锗部件的低应力结合制造技术

本发明专利技术涉及硅或锗部件的低应力结合。一种方法包括提供第一部件、第二部件和在第一部件和第二部件之间的结合材料。所述第一部件和所述第二部件由从硅和锗组成的组中选择的第一材料制成。所述结合材料包括与所述第一材料不同的第二材料。该方法包括将所述第一部件、所述结合材料和所述第二部件布置在炉中；以及通过将所述第一部件、所述第二部件和所述结合材料加热到预定温度持续预定时间段来形成结合部件，所述预定时间段之后是预定凝固时间段。所述预定温度大于包括所述第一材料和所述第二材料的合金的共晶温度的1.5倍并且小于所述第一材料的熔化温度。

【技术实现步骤摘要】
硅或锗部件的低应力结合
本公开涉及由硅或锗制成的结合部件以及用于将硅或锗部件结合在一起的方法。
技术介绍
这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该
技术介绍
部分以及在提交申请时不会以其他方式认为是现有技术的描述的方面中描述的程度上，目前署名的专利技术人的工作既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。半导体处理系统可以包括需要由硅(Si)或锗(Ge)制成的部件。使用这些材料制造的大的部件制造起来很昂贵。生产用于制造这些大的部件的起始坯料的成本随着成品部件的尺寸的增大而增加。当使用硅时，起始坯通常由单晶、无位错(DF)硅锭和切成所需厚度的多晶硅锭制成。在许多情况下，加工过程耗时且劳动力成本高。某些部件可能需要从起始坯料上去除大量材料。某些部件(如配有内部充气室的气体分配板)不可能使用单块硅坯料来制造。芯钻和放电加工(EDM)是减少某些类型部件(如环形部件)的材料损失和加工时间的有效方法。较大的部件可以使用被分开加工并且然后结合在一起的两个或更多个较小的部件进行组装。与从单一的单块坯料加工等同部件相比，这种方法可显著降低制造成本。已经使用弹性体将硅与硅、硅与石墨以及硅与铝结合。然而，弹性体结合具有较弱的拉伸强度(通常约为～470psi)。弹性体的使用也将工作温度限制在约185℃。弹性体结合通常比体硅具有更高的电阻率和更低的热导率。弹性体结合也容易在衬底处理系统中产生颗粒污染。液相结合包括在待结合在一起的两个或两个以上部件之间设置诸如铝或金之类的结合剂。结合剂被加热到其熔化温度以上。虽然结合通常较强，但最高应用温度受Si和结合剂的共晶温度的限制，Si-Al的共晶温度为580℃，Si-Au的共晶温度为363℃，这些共晶温度对于某些衬底处理系统应用来说可能太低。另外，结合剂可能会增加金属污染并在随后用于衬底处理系统期间产生非挥发性颗粒。除了污染风险之外，Si和结合材料之间的热膨胀系数(CTE)通常是不同的，这会在Si中引起剪切应力并削弱结合部件的机械强度。
技术实现思路
用于将第一部件结合到第二部件的方法包括提供第一部件、第二部件和布置在所述第一部件和所述第二部件之间的结合材料。所述第一部件和所述第二部件由从硅和锗组成的组中选择的第一材料制成。所述结合材料包括与所述第一材料不同的第二材料。该方法包括：将所述第一部件、所述结合材料和所述第二部件布置在炉中；以及通过将所述第一部件、所述第二部件和所述结合材料加热到预定温度持续预定时间段来形成结合部件，所述预定时间段之后是预定凝固时间段。所述预定温度大于包括所述第一材料和所述第二材料的合金的共晶温度的1.5倍并且小于所述第一材料的熔化温度。所述结合部件包括结合层，所述结合层包括：邻近所述第一部件布置的第一缓冲层；邻近第一缓冲层布置的共晶层；以及邻近所述共晶层和所述第二部件布置的第二缓冲层。所述第一缓冲层和所述第二缓冲层比所述共晶层具有更高浓度的所述第一材料。在其他特征中，所述第一材料包括硅，并且所述结合材料从由铝、铝-硅合金、金和金-硅合金组成的组中选择。所述第一材料包括锗，并且所述结合材料选自由铝和铝-锗合金组成的组。在其他特征中，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层具有第一热膨胀系数(CTE)值，所述第一热膨胀系数(CTE)值在所述第一部件和所述第二部件的第二CTE值和所述共晶层的第三CTE值之间。所述第一和第二缓冲层中的所述第二材料的第一重量百分比小于所述共晶层中的所述第二材料的第二重量百分比的一半。在其他特征中，所述第一和第二缓冲层中的铝的重量百分比在所述第一和第二缓冲层与所述第一和第二部件之间的界面处分别为<0.01％(按重量计)，并且在所述第一和第二缓冲层与所述共晶层之间的界面处为80％至90％(按重量计)。在其他特征中，所述方法包括在所述预定凝固时间段期间以一个或多个预定冷却速率将所述结合部件冷却至低于所述共晶温度的温度。在其他特征中，该方法包括在所述预定时间段期间以一个或多个预定加热速率加热所述第一部件、所述第二部件及所述结合材料。该方法包括将所述炉的压强控制到预定压强，其中所述预定压强小于1托。该方法包括在结合期间使用0psi至5psi范围内的外部压缩力将所述第一部件、所述第二部件和所述结合材料压在一起。在其它特征中，在所述预定温度下的所述预定时间段是在30分钟至300分钟的范围内。所述结合层的Si浓度为45～80重量％。所述共晶层具有5至30微米的厚度。结合部件包括由从由硅和锗组成的组中选择的第一材料制成的第一部件和第二部件。结合层包括：邻近所述第一部件布置的第一缓冲层；邻近所述第一缓冲层布置的共晶层；以及邻近所述共晶层和所述第二部件布置的第二缓冲层。所述结合层包括与所述第一材料不同的第二材料。所述第一缓冲层和所述第二缓冲层比所述共晶层具有更高浓度的所述第一材料。在其他特征中，所述第一缓冲层中的所述第一材料的重量浓度在朝向所述共晶层的方向上随着距在所述第一缓冲层和所述第一部件之间的界面的距离的增大而减小。在其他特征中，所述第一材料包括锗，并且所述结合层包括锗和铝。所述第一材料包括硅，并且所述结合层包括硅和从由铝和金构成的组中选择的材料。在其他特征中，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层具有第一热膨胀系数(CTE)值，所述第一热膨胀系数(CTE)值介于所述第一部件和所述第二部件的第二CTE值与所述共晶层的第三CTE值之间。所述第一缓冲层和所述第二缓冲层中的所述第二材料的第一重量百分比小于所述共晶层中的所述第二材料的第二重量百分比的一半。所述第一和第二缓冲层中的铝的重量百分比在所述第一和第二缓冲层与所述第一和第二部件之间的界面处分别为<0.01％(重量)，并且在所述第一和第二缓冲层与所述共晶层之间的界面处为80％至90％(按重量计)。具体而言，本专利技术的一些方面可以阐述如下：1.一种用于将第一部件结合到第二部件的方法，其包括：提供所述第一部件、所述第二部件以及在所述第一部件和所述第二部件之间的结合材料，其中所述第一部件和所述第二部件由从由硅和锗组成的组中选择的第一材料制成，并且其中所述结合材料包括不同于所述第一材料的第二材料；将所述第一部件、所述结合材料和所述第二部件布置在炉中；通过将所述第一部件、所述第二部件和所述结合材料加热至预定温度持续预定时间段来产生结合部件，其中所述预定时间段之后是预定凝固时间段，其中，所述预定温度大于包括所述第一材料和所述第二材料的合金的共晶温度的1.5倍并且小于所述第一材料的熔化温度，并且其中所述结合部件包括结合层，所述结合层包括：邻近所述第一部件布置的第一缓冲层；邻近所述第一缓冲层布置的共晶层；和邻近所述共晶层和所述第二部件布置的第二缓冲层，并且其中所述第一缓冲层和所述第二缓冲层比所述共晶层具有更高浓度的所述第一材料。2.根据条款1所述的方法，其中所述第一材料包括硅，并且所述结合材料选自由铝、铝-硅合金、金和金-硅合金组成的组。3.根据条款1所述的方法，其中，所述第一材料包括锗，并且所述结合材料选自由铝和铝-锗合金组成的组。4.根据条款1所述的方法，其中所述第一缓冲层和所述第二缓冲层具有第一热膨胀系数(CTE)值，所述第一热膨胀系数(CTE)值在所述第一部件和所述第二部件的第二C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将第一部件结合到第二部件的方法，其包括：提供所述第一部件、所述第二部件以及在所述第一部件和所述第二部件之间的结合材料，其中所述第一部件和所述第二部件由从由硅和锗组成的组中选择的第一材料制成，并且其中所述结合材料包括不同于所述第一材料的第二材料；将所述第一部件、所述结合材料和所述第二部件布置在炉中；通过将所述第一部件、所述第二部件和所述结合材料加热至预定温度持续预定时间段来产生结合部件，其中所述预定时间段之后是预定凝固时间段，其中，所述预定温度大于包括所述第一材料和所述第二材料的合金的共晶温度的1.5倍并且小于所述第一材料的熔化温度，并且其中所述结合部件包括结合层，所述结合层包括：邻近所述第一部件布置的第一缓冲层；邻近所述第一缓冲层布置的共晶层；和邻近所述共晶层和所述第二部件布置的第二缓冲层，并且其中所述第一缓冲层和所述第二缓冲层比所述共晶层具有更高浓度的所述第一材料。

【技术特征摘要】
2017.01.05 US 15/399,1881.一种用于将第一部件结合到第二部件的方法，其包括：提供所述第一部件、所述第二部件以及在所述第一部件和所述第二部件之间的结合材料，其中所述第一部件和所述第二部件由从由硅和锗组成的组中选择的第一材料制成，并且其中所述结合材料包括不同于所述第一材料的第二材料；将所述第一部件、所述结合材料和所述第二部件布置在炉中；通过将所述第一部件、所述第二部件和所述结合材料加热至预定温度持续预定时间段来产生结合部件，其中所述预定时间段之后是预定凝固时间段，其中，所述预定温度大于包括所述第一材料和所述第二材料的合金的共晶温度的1.5倍并且小于所述第一材料的熔化温度，并且其中所述结合部件包括结合层，所述结合层包括：邻近所述第一部件布置的第一缓冲层；邻近所述第一缓冲层布置的共晶层；和邻近所述共晶层和所述第二部件布置的第二缓冲层，并且其中所述第一缓冲层和所述第二缓冲层比所述共晶层具有更高浓度的所述第一材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料包括硅，并且所述结合材料选自由铝、铝-硅合金、金和金-硅合金组成的组。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料包括锗，并且所述结合材料选自由铝和铝-锗合金组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继宏，约瑟夫·P·多恩池，罗伯特·J·珀特尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US