[发明专利]晶片的永久粘合方法

说明书

本发明涉及如权利要求1中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的粘合方法。

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粘合，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小心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。在第一接触面上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。通过储库和储库中所含的原料物实现了以专门方式在产生暂时或可逆粘合后立即在接触面上引发增强永久粘合和提高粘合速度的反应（第一原料物或第一组原料物与第二原料物或第二组原料物的反应）的技术可能性，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）变形。根据本发明，在位于对面的第二接触面上具有生长层，在该层中发生根据本发明的变形或第一原料物(或第一组)与存在于第二衬底的反应层中的第二原料物(或第二组)反应。为加速第一原料物(或第一组)与第二原料物(或第二组)之间的反应，根据本发明在衬底接触之前减薄存在于第二衬底的反应层和储库之间的生长层，因为由此减小在反应参与物之间的间距，并同时有利于根据本发明的变形/形成生长层。通过减薄至少部分地，特别是主要地，优选完全地去除该生长层。甚至经完全去除后，在第一原料物与第二原料物反应时该生长层还会生长。

根据本发明，在使接触面接触之前可以采取措施抑制生长层的生长，特别是通过钝化该第二衬底的反应层，优选通过供给N₂、组合气体或惰性气氛或在真空下或通过非晶形化。在这方面，用含有组合气体，尤其主要由组合气体组成的等离子体处理经证实尤其合适。在此组合气体是指含有至少2%，更好4%，理想地10%或15%氢气的气体。该混合物的剩余部分由惰性气体，例如氮气或氩气组成。

替代或补充该措施，根据本发明有利的是，使在减薄和接触之间的时间减小到最短，特别是＜2小时，优选＜30分钟，还更优选＜15分钟，理想是＜5分钟。由此可以最大减少减薄后发生的氧化物生长。

通过该减薄的和由此至少在开始形成永久性粘合时或在开始反应时非常薄的生长层提高了原料物穿过生长层的扩散速率。这导致在相同温度下原料物的更短的输送时间。