用于衬底的表面处理的方法和设备技术

用于衬底的表面处理的方法和设备。本发明专利技术涉及如下方法，所述方法用于对衬底（1、1'）的至少主要地结晶的衬底表面（1o、1o'）的表面处理，使得通过所述衬底表面（1o、1o'）的非晶化在所述衬底表面（1o、1o'）处形成非晶层（2、2'、2"）其中所述非晶层（2、2'、2"）的厚度d＞0nm。此外，本发明专利技术涉及相应的设备。

【技术实现步骤摘要】
用于衬底的表面处理的方法和设备本申请是申请日为2014年6月24日、申请号为201480079844.8、国际申请号为PCT/EP2014/063303、专利技术名称为“用于衬底的表面处理的方法和设备”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及根据权利要求1或8所述的方法及根据权利要求10所述的相应的设备。
技术介绍
在半导体工业中，数年来已使用不同的接合技术来使衬底彼此连接。该连接过程称为接合。在临时接合方法与永久接合方法之间进行大致区别。在临时接合方法中，将产物衬底与载体衬底接合使得所述产物衬底在处理后又可以被脱离。借助于临时接合方法能够以机械方式使产物衬底稳定。机械稳定化确保能够在不拱曲、变形或损坏的情况下处理产物衬底。在背面减薄过程期间及之后，通过载体衬底来稳定化是必要的。背面减薄过程允许产物衬底厚度减少至数微米。在永久接合方法中，两个衬底持续地(即，永久地)彼此接合。两个衬底的永久接合也允许制造多层结构。这些多层结构可由相同或不同的材料构成。存在不同的永久接合方法。使用阳极接合的永久接合方法来将含离子的衬底彼此永久地连接。在多数情况下，两个衬底之一是玻璃衬底。第二衬底优选地是硅衬底。在该方法中，沿待要彼此接合的两个衬底施加电场。该电场在两个电极之间被产生，所述电极优选地接触衬底的两个表面。该电场在玻璃衬底中产生离子运输以及在两个衬底之间形成空间电荷区域。该空间电荷区域引起所述两个衬底的表面的强烈的吸引，所述表面在靠近之后彼此接触并且因此形成永久连接。该接合过程因此主要是基于最大化所述两个表面的接触面积。另一永久接合方法是共晶接合。在共晶接合的情况下，合金以一种共晶浓度被产生或在接合期间被调整。通过超过共晶温度(共晶体的液相与固相处于平衡中的温度)，该共晶体完全熔解。共晶浓度的所产生的液相润湿仍未液化的区域的表面。在凝固过程期中，液相凝固成共晶体并且形成在两个衬底之间的连接层。另一永久接合方法是熔合接合。在熔合接合情况下，两个平坦的、纯的衬底表面通过接触而彼此接合。在此，该接合过程分为两个步骤。在第一步骤中，进行两个衬底的接触。在此，两个衬底的固定主要是通过范德瓦尔斯(van-der-Waals)力来进行。该固定称为预接合（英文pre-bond）。该力允许制造如下固定，所述固定足够强而使衬底彼此牢固地接合，使得尤其通过施加切力引起的相互移位仅仅利用巨大的力消耗才是可能的。另一方面，该两个衬底可以尤其通过施加法向力来又相对容易地被彼此分离。该法向力在此优选地作用在边缘处，以便在两个衬底的界面处引起楔形效果，所述楔形效果产生持续的裂缝并且因此又将两个衬底彼此分离。为产生永久的熔合接合，使衬底堆叠经受热处理。热处理导致在两个衬底的表面之间形成共价连接。这种所产生的永久接合仅有通过使用在多数情况下伴随衬底的损毁的相当高的力才是可能的。出版物US5441776描述一种用于将第一电极接合至氢化的非晶硅层的方法。该非晶硅层通过沉积过程在衬底的表面处沉积。出版物US7462552B2展示如下方法，所述方法使用化学气相沉积(英文：chemicalvapourdeposition，CVD)来将非晶硅层沉积在衬底的表面处的方法。该非晶层具有介于0.5与10μm之间的厚度。Suga等人在其出版物US7550366B2中，报告一种意外产生的约100nm厚的非晶层。该非晶层是位于两个衬底表面之间，所述衬底表面通过表面活化过程被准备过。该非晶层是以惰性气体原子及金属原子来离子轰击衬底表面的副产物。因此，实际的接合过程是在覆盖非晶层的铁原子之间进行。另一技术问题是热处理。所接合的衬底经常已配备具有温度敏感性的功能单元，诸如微芯片、MEM、传感器、LED。尤其是，微芯片具有相对强的掺杂。在提高的温度下，掺杂元素具有提高的扩散性，其会导致掺杂物在衬底中的不期望、不利的分布。此外，热处理总是与提高的温度以及因此也与较高成本、产生热电压、以及加热和冷却的较长的处理时间相关联。此外，接合应在尽可能低的温度下进行，以便阻止由不同材料构成及因此一般也具有不同热膨胀系数的不同的衬底区域的移位。用于纯化及活化衬底表面的等离子体处理将是在相对低的温度下接合的一种可能性。然而，在氧仿射(sauerstoffaffine)表面(尤其是金属表面)的情况下，这种等离子体方法无法工作或仅非常差地工作。所述氧仿射金属发生氧化并且一般形成相对稳定的氧化物。所述氧化物又有碍于接合过程。这种金属也可以通过扩散接合相对困难地彼此接合。然而，形成二氧化硅层的等离子体活化的(尤其是单晶)硅的接合非常良好地工作。该二氧化硅层极适用于接合。因此，氧化物的所提到的负作用并不一定涉及全部的材料种类。在文献中存在多种描述在低温下直接接合的方案。PCT/EP2013/064239中的方案在于施加牺牲层，所述牺牲层在接合过程期间和/或之后溶解于衬底材料中。PCT/EP2011/064874中的另一方案描述了通过相转换来制造永久连接。提到的出版物尤其是涉及金属表面，所述金属表面更可能是通过金属键而非通过共价键接合。在PCT/EP2014/056545中描述了一种硅的通过表面纯化而优化的直接接合方法。另一问题是要接合的表面/接触面的表面粗糙度。尤其是，当利用已知的方法从要彼此接合的衬底的表面移除氧化物及污染物时，经常产生较高的粗糙度。在微观尺度，该粗糙度阻止两个表面在接合过程期间的完全触碰，这对有效的接合强度起负面作用。两个衬底表面实际上主要在触碰的表面最大点处接合。因此，尤其是在良好的纯化与提供尽可能理想的表面之间存在矛盾。在半导体工业中，尤其是应将相同类型的原料或材料彼此连接。类型相同导致跨越连接部位存在相同的物理和化学特性。这对于如下连接而言是尤其重要的，应通过所述连接来传导电流，所述连接应具有低腐蚀倾向和/或相同机械特性的。在这些类型相同的原料中，主要存在以下物质：●铜-铜●铝-铝●钨-钨●硅-硅●氧化硅-氧化硅。用于半导体工业的金属中的一些是氧仿射的。因此，在含氧氛围下，铝形成相对牢固的氧化铝。在接合中，由于这种氧化物被包围在要彼此接合的两份材料之间，因此所述氧化物对接合结果起负面作用。在极端的条件下，这种氧化物可完全阻止接合过程；在最佳条件下，该氧化物被包围。也可设想在嵌入之前机械地损坏该氧化物层。该氧化物是足够热力学稳定的，而不会分解或变成固体溶液。其作为氧化物遗留在接合界面中并且在那里对机械特性起负面作用。对于钨和/或铜接合而言得出相似的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是说明一种方法及一种设备，通过该方法及设备在尽可能低的温度下、尤其是以尽可能高的纯度来在该接合界面处实现最优的连接。该任务利用权利要求1、8及10的特征来解决。本专利技术的有利的改进方案在从属权利要求中加以说明。由在说明书、权利要求和/或附图中所说明的至少两个特征组成的全部组合也落在本专利技术的范围之内。在说明值范围时，位于提到的边界之内的值也应视为作为边界值公开并且能够以任意组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于衬底的至少主要地结晶的衬底表面的表面处理的方法，该方法包括：/n使一种或多种气体、一种或多种气体混合物、或其组合离子化以利用没有金属粒子的离子束形成粒子，所述气体选自包括Ar、He、Ne、Kr、H

【技术特征摘要】
1.一种用于衬底的至少主要地结晶的衬底表面的表面处理的方法，该方法包括：
使一种或多种气体、一种或多种气体混合物、或其组合离子化以利用没有金属粒子的离子束形成粒子，所述气体选自包括Ar、He、Ne、Kr、H2、N2、CO和CO2的组，所述气体混合物选自包括合成气体FG、合成气体RRG和合成气体NFG的组，合成气体FG由大于或等于50%的氩气与余额的氢气构成，合成气体RRG由大于或等于50%的氢气与余额的氩气构成，合成气体NFG由大于或等于50%的氩气与余额的氮气构成；
在不沉积材料的情况下使所述衬底表面非晶化以形成用于在所述衬底的衬底表面处接合的非晶层，所述非晶层通过使所述粒子与所述衬底表面碰撞来产生，所述非晶层具有厚度d＞0nm；
在所述衬底表面的非晶化期间从所述衬底表面去除氧化物。


2.根据权利要求1所述的方法，其中进行所述非晶化直至所述非晶层的厚度d＜100nm。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述非晶化被执行，使得所述衬底表面的平均粗糙度减小。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述衬底表面的平均粗糙度减小到小于10nm的平均粗糙度。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述粒子被加速。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述粒子的动能在1eV与1000keV之间。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述粒子的电流密度在0.1mA/cm2与1000mA/cm2之间。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述非晶化在处理室中被执行，所述处理室在所述非晶化之前被抽空。
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【专利技术属性】
技术研发人员：M温普林格，
申请(专利权)人：EV集团E·索尔纳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT