[发明专利]用于衬底的表面处理的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1或8所述的方法及根据权利要求10所述的相应的设备。

背景技术

在半导体工业中，数年来已使用不同的接合技术来使衬底彼此连接。该连接过程称为接合。在临时接合方法与永久接合方法之间进行大致区别。

在临时接合方法中，将产物衬底与载体衬底接合使得所述产物衬底在处理后又可以被脱离。借助于临时接合方法能够以机械方式使产物衬底稳定。机械稳定化确保能够在不拱曲、变形或损坏的情况下处理产物衬底。在背面减薄过程期间及之后，通过载体衬底来稳定化是必要的。背面减薄过程允许产物衬底厚度减少至数微米。

在永久接合方法中，两个衬底持续地(即，永久地)彼此接合。两个衬底的永久接合也允许制造多层结构。这些多层结构可由相同或不同的材料构成。存在不同的永久接合方法。

使用阳极接合的永久接合方法来将含离子的衬底彼此永久地连接。在多数情况下，两个衬底之一是玻璃衬底。第二衬底优选地是硅衬底。在该方法中，沿待要彼此接合的两个衬底施加电场。该电场在两个电极之间被产生，所述电极优选地接触衬底的两个表面。该电场在玻璃衬底中产生离子运输以及在两个衬底之间形成空间电荷区域。该空间电荷区域引起所述两个衬底的表面的强烈的吸引，所述表面在靠近之后彼此接触并且因此形成永久连接。该接合过程因此主要是基于最大化所述两个表面的接触面积。

另一永久接合方法是共晶接合。在共晶接合的情况下，合金以一种共晶浓度被产生或在接合期间被调整。通过超过共晶温度(共晶体的液相与固相处于平衡中的温度)，该共晶体完全熔解。共晶浓度的所产生的液相润湿仍未液化的区域的表面。在凝固过程期中，液相凝固成共晶体并且形成在两个衬底之间的连接层。

另一永久接合方法是熔合接合。在熔合接合情况下，两个平坦的、纯的衬底表面通过接触而彼此接合。在此，该接合过程分为两个步骤。在第一步骤中，进行两个衬底的接触。在此，两个衬底的固定主要是通过范德瓦尔斯(van-der-Waals)力来进行。该固定称为预接合（英文pre-bond）。该力允许制造如下固定，所述固定足够强而使衬底彼此牢固地接合，使得尤其通过施加切力引起的相互移位仅仅利用巨大的力消耗才是可能的。另一方面，该两个衬底可以尤其通过施加法向力来又相对容易地被彼此分离。该法向力在此优选地作用在边缘处，以便在两个衬底的界面处引起楔形效果，所述楔形效果产生持续的裂缝并且因此又将两个衬底彼此分离。为产生永久的熔合接合，使衬底堆叠经受热处理。热处理导致在两个衬底的表面之间形成共价连接。这种所产生的永久接合仅有通过使用在多数情况下伴随衬底的损毁的相当高的力才是可能的。

出版物US5441776描述一种用于将第一电极接合至氢化的非晶硅层的方法。该非晶硅层通过沉积过程在衬底的表面处沉积。

出版物US7462552B2展示如下方法，所述方法使用化学气相沉积(英文：chemical vapour deposition，CVD)来将非晶硅层沉积在衬底的表面处的方法。该非晶层具有介于0.5与10μm之间的厚度。

Suga等人在其出版物US7550366B2中，报告一种意外产生的约100nm厚的非晶层。该非晶层是位于两个衬底表面之间，所述衬底表面通过表面活化过程被准备过。该非晶层是以惰性气体原子及金属原子来离子轰击衬底表面的副产物。因此，实际的接合过程是在覆盖非晶层的铁原子之间进行。

另一技术问题是热处理。所接合的衬底经常已配备具有温度敏感性的功能单元，诸如微芯片、MEM、传感器、LED。尤其是，微芯片具有相对强的掺杂。在提高的温度下，掺杂元素具有提高的扩散性，其会导致掺杂物在衬底中的不期望、不利的分布。此外，热处理总是与提高的温度以及因此也与较高成本、产生热电压、以及加热和冷却的较长的处理时间相关联。此外，接合应在尽可能低的温度下进行，以便阻止由不同材料构成及因此一般也具有不同热膨胀系数的不同的衬底区域的移位。

用于纯化及活化衬底表面的等离子体处理将是在相对低的温度下接合的一种可能性。然而，在氧仿射(sauerstoffaffine)表面(尤其是金属表面)的情况下，这种等离子体方法无法工作或仅非常差地工作。所述氧仿射金属发生氧化并且一般形成相对稳定的氧化物。所述氧化物又有碍于接合过程。这种金属也可以通过扩散接合相对困难地彼此接合。然而，形成二氧化硅层的等离子体活化的(尤其是单晶)硅的接合非常良好地工作。该二氧化硅层极适用于接合。因此，氧化物的所提到的负作用并不一定涉及全部的材料种类。