用于永久接合晶片的方法技术

本发明专利技术揭示一种将第一基板(1)的第一接触表面(3)接合至第二基板(2)的第二接触表面(4)的方法，该方法包含以下步骤，尤其包含以下顺序：-在第一接触表面(3)的表面层(6)中形成贮液槽(5)，-利用第一起始物或第一组起始物至少部分填充该贮液槽(5)，-使第一接触表面(3)与第二接触表面(4)接触以形成预接合连接，-在第一与第二接触表面(3、4)之间形成永久接合，通过使第一起始物与第二基板的反应层(7)中含有的第二起始物反应来至少部分强化该永久接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于永久接合晶片的方法本专利技术涉及一种如权利要求1所述的用于将第一基板的第一接触表面接合至第二基板的第二接触表面的方法。基板的永久或不可逆的接合的目的在于，在基板的两个接触面之间产生尽可能强的以及特别是不可逆的连接，即强接合力。为此在现有技术中存在各种措施和制造方法。公知的制造方法以及沿用至今的措施常常导致不能再现或再现性差的以及特别是几乎不能应用到改变的条件的结果。特别是目前使用的制造方法常常使用高温，特别是>400℃的高温，以保证可重复的结果。WO01/61743A描述了一种低温接合方法。在US2003/0089950A1、Us2002/0048900A1、US2008/0006369A1、US5451547A、EP0584778A2、US5427638和JP5166690A中描述了其它接合方法。如高能耗和可能毁坏基板上现有的结构的技术问题是由于迄今对于高接合力所需要的高温部分地远高于300℃导致的。其它的要求在于：-前端线兼容性。其定义为在制造电有源部件期间的工艺过程兼容性。因此必须这样设计接合过程：使得已经存在于结构晶片上的有源构件诸如晶体管在该过程期间既不受不利影响也不被损坏。兼容性标准主要包括某些化学元素的纯度(主要是在CMOS结构中)、机械可承载性，特别是通过热应力引起的机械可承载性。-低污染-不施加力。接合力减小导致结构晶片的更谨慎处理且由此导致由于直接机械负载引起的破坏概率减小。因此，本专利技术的目的是设计出一种用于谨慎地生产具有尽可能高接合力的永久接合的方法。此目的是利用权利要求1的特征而获得。从属权利要求中给出了本专利技术的有利发展。说明书、权利要求书和/或附图中给出的至少两个特征的全部组合也落入本专利技术的框架内。在给定数值范围内，指定极限内的数值也将作为边界值公开且将可以以任何组合要求保护。本专利技术的基本理念是一种在基板的至少一个上设置用于接纳第一起始物（Edukt）的贮液槽,该第一起始物在该基板之间接触或在所述基板之间产生临时接合之后与存在于另一基板中的第二起始物发生反应且由此在所述基板之间形成不可逆或永久接合。在于该第一接触表面上的一个表面层中形成贮液槽之前或之后，通常尤其是通过冲洗步骤对该基板或该两个基板进行清洗。此清洗通常应可确保该表面上不存在会导致未接合部位的微粒。通过该贮液槽和该贮液槽中含有的起始物形成一种技术可能性以在产生临时或可逆接合之后直接在所述接触表面上以受控方式诱发强化该永久接合和增加接合速度的反应，尤其是通过该反应使所述接触表面中的至少一个变形，优选与该贮液槽相对的接触表面。就用于在基板之间产生临时或可逆接合的预接合步骤而言，为了在所述基板的接触表面之间产生弱相互作用而存在各种可能性。预接合强度低于永久接合强度至少2至3倍，尤其是5倍，较优选15倍，更优选25倍。将具有大致100mJ/m2的非活化亲水纯硅和具有大致200至300mJ/m2的等离子体活化的亲水纯硅的预接合强度作为指导值。分子润湿基板之间的预接合主要是由于不同晶片侧的分子之间的范德华力相互作用。因此具有永久偶极矩的分子适用于实现晶片之间的预接合。举例而非限制性地将以下化合物作为互联剂（Verbindungsmittel）-水-硫醇类-AP3000-硅烷类和/或-硅烷醇。根据本专利技术的适合的基板为其材料能作为起始物而与另一供应的起始物反应以形成具有更高摩尔体积的产物并由此在该基板上形成成长层的那些基板。以下组合尤其有利，其中箭头左边为起始物，箭头右边则为所述产物，其中没有详细指明与起始物反应的供应的起始物或副产物：-Si→SiO2、Si3N4、SiNxOy-Ge→GeO2、Ge3N4-α-Sn→SnO2-B→B2O3、BN-Se→SeO2-Te→TeO2、TeO3-Mg→MgO、Mg3N2-Al→Al2O3、AlN-Ti→TiO2、TiN-V→V2O5-Mn→MnO、MnO2、Mn2O3、Mn2O7、Mn3O4-Fe→FeO、Fe2O3、Fe3O4-Co→CoO、Co3O4-Ni→NiO、Ni2O3-Cu→CuO、Cu2O、Cu3N-Zn→ZnO-Cr→CrN、Cr23C6、Cr3C、Cr7C3、Cr3C2-Mo→Mo3C2-Ti→TiC-Nb→Nb4C3-Ta→Ta4C3-Zr→ZrC-Hf→HfC-V→V4C3、VC-W→W2C、WC-Fe→Fe3C、Fe7C3、Fe2C。也可想到将以下混合形式的半导体作为基板：-III-V：GaP、GaAs、InP、InSb、InAs、GaSb、GaN、AlN、InN、AlxGaI-xAs、InxGaI-xN-IV-IV：SiC、SiGe-III-IV：InAlP-非线性光学器件：LiNbO3、LiTaO3、KDP(KH2PO4)-太阳能电池：CdS、CdSe、CdTe、CuInSe2、CuInGaSe2、CuInS2、CuInGaS2-导电氧化物：In2-xSnxO3-y。根据本专利技术，在晶片的至少一个上和更确切地直接在各自接触表面上存在一贮液槽，用于体积膨胀反应的一定量的至少一种供应的起始物可储存于其中。因此，起始物可为(例如)O2、O3、H2O、N2、NH3、H2O2等等。由于膨胀，尤其由氧化物成长引起的膨胀，基于反应参与物减小系统能量的趋势，使接触表面之间可能的间隙、孔和空腔最小化并通过使这些区域中的基板之间的距离变窄而相应地增加接合力。在最可能的情况下，现有间隙、孔和空腔完全闭合使得整个接合表面增加并由此根据本专利技术相应地增加接合力。接触表面通常显示具有0.2nm的二次粗糙度(Rq)的粗糙度。此对应于1nm范围内的表面峰至峰(peak-to-peak)值。这些经验值利用原子力显微镜(AFM)测定。如本专利技术所述的反应适合于针对具有200至300mm的直径的圆形晶片的常规晶片表面利用1单分子层(ML)的水以允许成长层成长0.1至0.3nm。因此，根据本专利技术，特别提供了将至少2ML、优选至少5ML、甚至更优选至少10ML的流体，尤其是水储存于贮液槽中。通过暴露于等离子体中形成贮液槽是尤其优选的，这是由于等离子体暴露另外引起接触表面平滑以及作为协同效应的亲水化。通过等离子体活化而使该表面平滑主要由该表面层的材料的粘性流实施。亲水性的增强尤其根据以下反应尤其通过硅羟基化合物的增加，优选通过裂化存在于该表面上的Si-O化合物诸如Si-O-Si而发生：Si-O-Si+H2O2SiOH。另一副作用(尤其由于上述效应)在于预接合强度尤其增强2至3倍。该第一基板的第一接触表面上的表面层中的贮液槽例如通过等离子体活化已涂覆有热氧化物的第一基板而形成。所述离子体活化在真空室中进行以便能够调整所述离子体所需的条件。根据本专利技术，对于等离子体释放使用离子能量介于0至2000eV的范围内的N2气、O2气或氩气，由此产生贮液槽，其中该处理的表面(在此情况中，该第一接触表面)的深度最多为20nm、优选最多15nm、更优选最多10nm、最优选最多5nm。根据本专利技术，可使用适合产生该贮液槽的各微粒类型(原子和/或分子)。较优选地，使用产生具有所需性质的贮液槽的那些原子和/或分子。相关性质主要为孔尺寸、孔分布和孔密度。或者，根据本专利技术，可使用气体混合物，诸如(例如)空气或由9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.将第一基板(1)的第一接触表面(3)接合至第二基板(2)的第二接触表面(4)的方法，该方法具有以下步骤：-在第一接触表面(3)的表面层(6)中形成贮液槽(5)，-用第一起始物或第一组起始物至少部分填充该贮液槽(5)，-使第一接触表面(3)与第二接触表面(4)接触以形成预接合连接，-在所述第一和第二接触表面(3、4)之间形成永久接合，通过使填充在该贮液槽(5)内的第一起始物与第二基板(2)的反应层(7)中含有的第二起始物反应并通过该反应使所述接触表面(3、4)中的至少一个变形来至少部分强化该永久接合。2.将第一基板(1)的第一接触表面(3)接合至第二基板(2)的第二接触表面(4)的方法，该方法具有以下步骤：-在第一接触表面(3)的表面层(6)中形成贮液槽(5)，-用第一起始物或第一组起始物至少部分填充该贮液槽(5)，-使第一接触表面(3)与第二接触表面(4)接触以形成预接合连接，-在所述第一和第二接触表面(3、4)之间形成永久接合，通过使填充在该贮液槽(5)内的第一起始物与第二基板(2)的反应层(7)中含有的第二起始物反应来至少部分强化该永久接合，其中在该反应期间，形成具有的摩尔体积大于在反应层(7)中的第二起始物的摩尔体积的反应产物(10)。3.如权利要求1或2的方法，其中该永久接合的形成和/或强化通过将第一起始物扩散至反应层(7)中进行。4.如权利要求1或2的方法，其中该永久接合的形成发生在介于室温与200℃之间的温度下。5.如权利要求1或2的方法，其中所述永久接合是具有大于1.5J/m2的接合强度的不可逆接合。6.如权利要求1或2的方法，其中该贮液槽(5)是由等离子体活化作用而形成，其中对于等离子体放电使用离子能量介于0至200...

【专利技术属性】
技术研发人员：T普拉赫，K欣格尔，M温普林格，C弗勒特根，
申请(专利权)人：EV集团E·索尔纳有限责任公司，
类型：
国别省市：