[发明专利]晶片的永久粘合方法

说明书

本发明涉及根据权利要求1所述的用于使第一衬底的第一接触面与第二衬底的第二接触面粘合的方法。

衬底永久性或不可逆粘合的目的是在该衬底的两接触面之间产生尽可能强的特别是不可再拆开的接合，即产生高的粘合力。为此，在现有技术中存在各种手段和制备方法。

已知的制备方法和迄今遵循的手段常导致不可再现的或再现性差的，且特别是几乎不适用于改变的条件的结果。特别是现今所用的制备方法常利用高温，尤其是＞400℃，以确保可再现的结果。

技术问题如高能耗和衬底上存在的结构的可能破坏均由至今为产生高粘合力所需的有时远高于300℃的高温造成。

其它的要求在于：

- 前道工序(Front-end-of-line)的相容性。

该意指在制备电有源部件（elektrisch aktiven Bauteilen）时工艺的兼容性。因此必须如此设计该粘合工艺，以使结构晶片上已存在的有源部件，如晶体管在该加工过程中既不受负面影响也不受损。兼容性标准主要包括某些化学元素（主要在CMOS结构中）的纯度和机械承载能力（由热应力引起的）。

- 低污染。

- 不引入力。

- 尽可能低的温度，特别是在具有不同热膨胀系数的材料的情况下。

粘合力的降低导致对结构晶片的更小心处理和因此降低由直接机械负荷造成的失效概率。

因此本发明的目的在于提供在同时尽可能低的温度下温和制造具有尽可能高的粘合力的永久粘合的方法。

用权利要求1的特征实现这一目的。在从属权利要求中给出本发明有利的扩展方案。说明书、权利要求和/或附图中给出的至少两个特征的所有组合也落在本发明的范围内。在给出的数值范围中，在所述界限内的数值也被视作界限值公开，并可以以任意组合要求保护。

本发明的基本思路是，至少在所述衬底之一上实现用于容纳第一原料物的储库，该第一原料物在衬底之间接触或产生暂时粘合后与存在于这两个衬底之一中的，尤其是在反应层中的第二原料物反应并由此在衬底之间形成不可逆的或永久性的粘合。在第一和/或第二衬底中的储库形成层中形成储库之前或之后，大都清洗所述该一个或两个衬底，尤其是通过冲洗步骤。该清洗通常应确保表面上没有微粒，这样的微粒会产生不粘合部位。

根据本发明，在形成一个或多个储库后，为了缩短原料物之间的距离，在至少一个储库上施加或在它们上形成至少一个反应层。该反应层尤其由第二原料物，优选可氧化材料，更优选硅构成。

通过该储库和含于储库中的原料物实现了一种技术可能性，即在产生暂时的或可逆的粘合后直接在接触面上有针对性地引发增强永久性粘合的和提高粘合速度的反应（第一原料物或第一组与第二原料物或第二组），尤其通过由该反应使至少一个接触面，优选为与储库相对的接触面或两个接触面变形。

对在衬底之间产生预粘合或可逆的粘合的预-粘合-步骤，提供了各种可能性，其目的是在衬底的接触面之间产生弱的相互作用。该预粘合强度低于永久粘合强度，至少低2至3倍，尤其低5倍，优选低15倍，还更优选低25倍。作为基准值，提及约100 mJ/m²的纯的未活化的亲水化硅的预粘合强度和约200 - 300 mJ/m²的纯的经等离子体活化的亲水化硅的预粘合强度。被分子润湿的衬底之间的预粘合主要通过不同晶片侧的分子之间的范德华相互作用实现。因此，具有永久偶极矩的分子尤其适合实现晶片之间的预粘合。作为粘合剂可示例性提及下列的化学化合物，但不限于此

- 水

- 硫醇（Tiole）

- AP3000

- 硅烷和/或

- 硅烷醇。

适用于本发明的衬底是这类衬底，即其材料可作为原料物与加入的另一原料物反应而形成具有更高摩尔体积的产物，由此导致在衬底上形成生长层。下列的组合特别有利，其中各箭头左方列举原料物，箭头右方列举一种产物/多种产物，没有详细列举与该原料物反应所加入的原料物或副产物：

。

 此外，作为衬底还可考虑半导体的下列混合形式：

- 非线性光学: 

- 太阳能电池: 

- 导电氧化物: 。