[发明专利]涂覆及接合衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对第一衬底涂覆第一扩散接合层的方法及一种对衬底进行接合的方法。

背景技术

将衬底永久或不可逆接合的目标是在该衬底的两个接触表面间制造尽量强力(并且尤其是尽量永久)的连结，因此获得高接合力。为达此目的，在现有技术中有各种不同方法及制造方法，尤其是较高温下的表面熔接。

所有类型的材料(但主要是指金属、半金属、半导体、聚合物和/或陶瓷)是永久地接合。永久接合的最重要系统之一为金属-金属系统。特别是，Cu-Cu系统在近些年来日益涌现。3D结构的开发大多明确要求不同功能层的连接。此连接越来越通常是经由所谓的TSV(硅穿孔(through silicon vias))完成。该TSV彼此间的接触极通常是经由铜接触部位进行。在接合的时间点极通常会有全值可使用结构(例如微芯片)位于衬底的一或多个表面上。由于在微芯片中使用具有不同热膨胀系数的不同材料，不希望在接合期间提高温度。提高温度可导致热膨胀且因而导致可破坏微芯片的部件或其周围的热应力和/或应力诱发空洞(SIV)。

已知制造方法及迄今一直遵循的方法通常会导致无法再生产或再生产不良的并且可能极难应用于已改变的条件的结果。特别地，目前所采用的制造方法通常会使用高温(尤其是>400℃)以确保重现结果。

诸如高能量消耗及存在于衬底上的结构可能会被破坏的技术问题是由迄今为高接合力所需要的高温及由于加载和/或卸载产生的快速和/或通常完全温度变化(部分远高于300℃)所导致。

其它要求由以下组成：

-线后端(back-end-of-line)兼容性。

此线后端兼容性定义为该过程在处理期间的兼容性。该接合过程因此必须设计成使一般由已经存在于结构晶圆上的电导体及低k电介质组成的线后端结构在处理期间既不受负面影响也不会受损坏。兼容性标准主要包括机械及热负载能力(主要对于热应力及应力诱发空洞(SIV))。

-线前端(front-end-of-line)兼容性。

此线前端兼容性定义为该过程于制造电主动组件期间的兼容性。该接合过程因此必须设计成使已经存在于结构晶圆上的主动组件(诸如晶体管)在处理期间既不受负面影响也不受损坏。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、机械及热负载能力(主要对于热应力)。

- 低污染。

- 不施加力，或施加尽量低的力。

- 尽量低的温度，尤其针对于具有不同热膨胀系数的材料。

尤其当介于金属导体之间的绝缘层是由所谓的“低k”材料制成时，接合力的减小导致更无损伤地处理结构晶圆且因而导致降低因直接机械负载所造成的故障概率。

目前的接合方法主要设计用于高压及高温。特别是避免高温对于未来的半导体应用的熔接而言很重要，这是因为具有不同热膨胀系数的不同材料在加热和/或冷却过程期间产生不可忽视的热应力。另外，掺杂元素在温度升高的扩散日益成为难题。所掺杂元素在掺杂过程之后不应离开预期的空间区域。否则，电路的物理特性将基本上改变。在最优选情况中，这导致劣化，在最糟及最可能发生的情况中，会导致组件无法使用。特别是，存储器由于热过程期间电介质的降级及相关联的储存时间的缩短所致极易受影响。另一方面，存在其中3D技术的使用日益增加提高容量及性能的存储器。

发明内容

因此，本发明的任务是设计一种在同时尽量低的温度和/或平均处理时间的情况下无损伤地制造具有尽量高的接合力的两个衬底间永久接合的方法。