[发明专利]用于永久接合晶片的方法和装置以及切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1所述的用于将由第一材料制成的第一固体基底的第一接合表面与由第二材料制成的第二固体基底的第二接合表面接合的方法，以及一种如权利要求7所述的对应的装置和一种如权利要求9所述的切削工具。

背景技术

固体基底的永久或不可逆的接合的目的在于，在固体基底的两个接触面之间产生尽可能强的以及特别是不可撤销的连接，即强接合力。为此在现有技术中存在各种措施和制造方法，特别是在高温下在表面之间的焊接或扩散接合的建立。

所有类型的材料都将永久接合，但主要是金属和/或陶瓷。永久接合的最重要的体系之一是金属-金属体系。近年来首先是Cu-Cu体系越来越多见。因为3D结构的发展大多要求不同功能层的连接。这种连接越来越频繁地通过所谓的TSV（Through Silicon Vias，硅通孔）实现。这些TSV彼此的接触常常是通过铜接触点来进行的。在接合的时刻在固体基底的一个或多个表面上常常已经存在完全有价值的、功能齐全的结构，例如微芯片。由于在微芯片中使用具有不同热膨胀系数的不同材料，因此在接合时不期望提高温度。提高温度有可能导致热膨胀并由此导致热电动势，其可能摧毁微芯片的部件或其环境。

公知的制造方法以及沿用至今的措施常常导致不能或很坏的可再现的以及特别是几乎不能转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。

如高能耗和可能毁坏固体基底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。

其他的要求在于：

- 前端线兼容性（Front-end-of-line-Kompatibilit?t）。

其被理解为在制造电有源部件期间的过程的兼容性。因此必须这样设计接合过程：使得诸如已经存在于结构晶片上的晶体管的有源构件在该过程期间既不被影响也不被损坏。兼容性准则首先包括某些化学元素的纯度（首先是在CMOS结构的情况下）、机械可承载性，特别是通过热电动势引起的机械可承载性。  

- 低污染，

- 没有或仅有尽可能低的力引入，

- 尽可能低的温度，特别是对于具有不同热膨胀系数的材料。

基于这一背景长期以来存在对在尽可能低的温度和压力以及力的情况下建立两个金属表面的直接、永久的连接的需求。对于直接、永久的连接，本领域的技术人员优选应理解为，跨越两个相接触的金属表面的边界面产生完全新的结构。

在此优选通过再结晶来实现结构的重新形成。再结晶被理解为通过晶粒生长（Kornwachstum）的结构重新形成。这样的晶粒生长的前提是高变形度，其提高材料的位错密度，并由此使材料处于能量亚稳状态，其使得在超过临界温度时重新形成晶粒。在重工业中，为了达到高的位错度优选采用整体成型工艺（Massivumformungsprozesse），如轧制、锻造，深拉、扭曲、剪切等。

这样的、利用其可以在低温下制造上述亚稳的、位错丰富的微结构的整体成型工艺在半导体工业中由于具有极精细结构的非常薄的基底以及薄的、易碎的晶片而无法使用。结构和晶片都不能或不允许经受整体成型工艺，因为否则的话它们将被摧毁。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，说明一种方法和一种装置，以及一种切削工具，利用它们可以更经济且更有效地实施针对基底和在基底上的可能结构的两个固体基底的接合。

本发明的技术问题通过权利要求1、7、9的特征来解决。本发明的优选的扩展在从属权利要求中说明。在本发明的范围内还包括由至少两个在说明书、权利要求和/或附图中说明的特征的全部组合。所说明的值域也适用于位于所述边界之内的、作为边界值的值，并以任意组合要求保护。

本发明的基本思想在于，在接触之前使两个接合表面中的至少一个，优选两个接合表面平面化，使得一个或多个接合表面的表面粗糙度O最小，以在接触之后通过再结晶使基本表面彼此最佳地焊接在一起或接合。在此特别是规定放弃化学-机械的抛光工序（CMP）。此外，按照本发明，在接合表面上产生亚稳的微结构，以在接合表面上获得高位错密度和/或非晶层。通过高位错密度和/或非晶层使再结晶过程获益和/或加速。在此特别是设置平滑的表面（表面粗糙度减小）。

此外，为了更好地接合两个表面，在表面附近设置非晶区域。在工业中非晶材料的制造主要是通过在冷却的基底上蒸镀材料、通过离子轰击或照射、通过极强的机械变形等来实现。在此公开的本发明公开了产生具有高位错密度和/或非晶区域的已存在的接近表面的区域的可能性。