在将施加在接触表面之一上的牺牲层溶于接触表面中的至少一个中的情况下接合金属接 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的用于将第一基板的第一接触表面与第二基板的第二接触表面相接合的方法。
【背景技术】
[0002] 所谓的接合技术已在半导体工业中使用达数年。接合技术允许大多彼此极精确地对准的两个或更多个基板的连接。在大多数情形中，此连接永久地(因此不可逆地)实现。不可逆意指在无基板的破坏或至少基板的部分地破坏的情况下不再可能在该接合过程之后分离两个基板。当连接所述基板时，展示存在致使永久连接的不同化学及物理机构。非金属表面是尤其令人关注的。在非金属表面中，所谓的预接合的形成通过进行纯接触而发生。
[0003] 将经由表面效应引起的此自发地形成的该两个基板的可逆连接称作预接合，以便区分其与稍后的真正的实际接合，该实际接合不再可分离(因此是不可逆的)且通过额外热处理引起。以此方式产生的预接合的特点仍在于不应低估的强度。尽管这样彼此连接的晶片必须仍在较高温度下经热处理以用于永久接合，但预接合的强度已经足以固定两个基板直至下一过程步骤为止。预接合是用于主要在对准过程之后初步固定(Vorfixierung)两个基板的一种极有用手段，因为在对准过程之后两个基板不再允许朝向彼此移动。预接合应主要基于在因基板的表面上的永久及感应偶极而存在的范德华(Van der Waals)力。由于范德华力是极弱的，因此相应高的接触面积是必要的，以便显著黏合作用发生在所述基板之间。然而，未抛光的固体表面不在相应高粗糙度下进行最佳接触。在纯固体接触的情形中，预接合因而主要在极平坦的抛光基板表面之间出现。在室温下，可能甚至在无温度和/或力至基板的额外施加的情况下也可在基板表面之间形成已经分离的共价键。然而，在室温下已形成的共价连接的数目应是小到可忽略。
[0004] 主要地，液体的使用可增大基板之间的相应黏合作用。另一方面，液体均衡基板的表面上的不均匀性且自身较佳地形成甚至永久偶极。明显的预接合能力主要建立在非金属表面上。经抛光且极平坦的诸如硅、陶瓷的半导体(此处主要为氧化物、金属氧化物)在进行接触时展示相应特性。
[0005] 对于非金属表面、即展示主要共价键特征的表面(例如31、3102等)而言，先前施加的液体膜可通过在热处理期间出现的共价键而甚至有助于强化永久接合。非金属表面在预接合之后经历热处理。热活化在表面之间产生共价键且这样产生不可逆连接。这样，单晶、高精确切割且磨碎的硅晶片主要通过在硅原子之间形成共价连接而彼此焊接。如果硅氧化物位于硅晶片上，则主要地共价硅氧化物键和/或氧化物-氧化物键形成。已展示，极薄液体层(通常为水)的使用致使或至少改良表面之间的共价键的形成。液体层在此仅数纳米厚或甚至仅由单个液体单层构成。液体层因此不必仅改良预接合特性，而是也显著贡献于共价连接的形成。在水的情形中，原因主要在于使得提供氧作为彼此要接合的基板表面的原子之间的连接原子。水分子的氢与氧之间的键合能足够低以用所施加能量破坏。作为氧的新反应物主要是基板表面的原子。但是必须提及，存在其中在基板表面的永久接合过程中液体的原子直接参与的这样的过程不需要必须发生的表面。
[0006]用于纯金属表面的接合过程极不同地进行。由于金属因其金属接合性质而在化学上及物理上表现得完全不同，因此需要完全不同的接合策略。金属主要在较高温度下且大多在极高压力下彼此接合。高温导致沿着表面和/或晶粒边界和/或体积的增强扩散。由于原子的增大行动性，不同物理及化学效应发生，所述不同物理及化学效应导致两个表面的焊接。这样的金属接合的缺点因此主要在于极高温度及压力的使用以完全确保两个基板的连接。在绝大多数情形中，但是将不会发现纯金属表面。除诸如Pt、Au及Ag的极惰性金属之外的几乎所有金属在大气中涂覆有氧化物层(即使仅极薄)。该氧化物层足以甚至在以极薄氧化物层覆盖的金属表面之间产生预接合。但是，如果意欲使两种金属彼此直接接合以例如使两个导电触点彼此连接，则该氧化物层继而是不期望的。
[0007]基板的热处理规定相应长加热及冷却时间。此外，高温可导致诸如微芯片的功能单元及主要地内存芯片的破坏且可将其损坏到不可用的程度。
[0008]此外，具有相应表面的基板在实际接合步骤之前必须彼此对准。该对准一旦经实施便应不再被破坏直至最终(因此永久)接合过程为止。但是，主要在较高温度下，由于不同材料的不同热膨胀系数及所得热应力，通常基板的不同部分区域彼此的位移发生。在最糟糕情形中，彼此待连接的两个基板由具有不同热膨胀系数的两种不同材料构成。这些位移越大，不同材料的热膨胀系数的差别就越大。
【发明内容】
[0009]本发明的任务是构想一种对于材料的低温度和/或低压力接合尽可能高效的方法。
[0010]利用权利要求1的特征解决本任务。在从属权利要求中给出本发明的有利的扩展方案。说明书、权利要求书和/或附图中所给出的特征中的至少两个特征构成的所有组合也归属于本发明的范围内。在给定值范围内，在所提到的边界之内的值也应被视为公开为边界值且将以任何组合是可请求保护的。
[0011]本发明所基于的任务是将至少一个超薄牺牲层沉积在待接合的基板的接触表面中的至少一个上，该牺牲层在根据本发明的接合步骤期间溶解于环绕其的材料中或在界面上消耗。本发明的另一方面在于，通过用材料(尤其是至少主要地为液体，较佳地至少主要地为水)作为牺牲层的先前润湿过程的金属表面的接合尤其是用于在基板之间产生预接合。也可设想到由上下重叠的多个牺牲层构成的组合，尤其较佳地固体牺牲层及已沉积在其上的液体牺牲层的沉积。因此，通常也可上下重叠地施加多个牺牲层。
[0012]尽管所公开的本发明根本上适合于满足必要前提条件的所有种类的材料，但主要地金属适合于根据本发明的实施形式。在进一步公开内容中，关于金属表面示例性地图解说明根据本发明的实施形式。
[0013]基板尤其由硅构成，其中在基板上尤其是金属接合层、较佳地由铜构成的金属接合层至少施加于接合区中。只要接合层不覆盖整个基板，接合区就较佳地由尤其是基板的块体材料(Bulkmaterial)环绕，且共同地形成尤其是平面的接触表面。
[0014]根据本发明的另一尤其是独立的方面，彼此待接合的接合区涂层有牺牲层，该牺牲层一方面能够产生预接合，其原子另一方面在预接合之后在尽可能小的温度处理中被接合区的材料/在接合区的材料中溶解。材料层在此较佳地由决不达到牺牲层的材料的溶解性边界的材料构成。根据本发明，牺牲层的材料完全地崩解(auf loesen)于在接触表面中的至少一个上(较佳地两个接触表面上)的材料层中。浓度较佳地以原子百分比(at%)为单位来给定。根据本发明，接触表面中的至少一个的尤其是金属的材料中的牺牲层的材料的溶解性介于0 at%与10 at%之间，较佳地介于0 at%与1 at%之间，更佳地介于0 at%与
0.1 at%之间，最佳地介于0 &七％与0.01 at%之间，特佳地介于0 &七％与0.001 at%之间，绝佳地介于0 &丨％与0.0001 at%之间。
[0015]根据本发明的牺牲层的厚度小于1000 nm，较佳地小于100 nm，更佳地小于10 nm，最佳地小于1 nm。牺牲层的厚度对基板(尤其基板的接合区)的