用于施加接合層的方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及根據權利要求1的方法以及根據權利要求9的基板。
【背景技術】
[0002]在現有技術中，存在將不同材料相互連接的多種方法。在半導體工業中，近年來，主要是將兩個基板暫時地或永久地相互連接的接合技術得到了認可。很多時候，接合過程在基板上的(若干)半導體和/或金屬結構之間發生。近來最為熟知的金屬接合技術是銅接合。基板是用于功能組件、如微芯片、內存芯片或MEMS組件的載體。近年來，增多地嘗試在布置在不同的基板上的組件之間建立連接，以便回避所述組件之間的成本高的、昂貴且易出現缺陷的導線接合過程。另外，直接接合方案具有提高的組件密度的巨大優點。組件不必再并排地定位并經由導線連接，而是相疊地堆疊并通過不同的技術相互垂直地連接。通常通過接觸點產生垂直連接。不同基板的接觸點必須彼此相同且在實際接合過程之前彼此對齊。
[0003]另一較少流行的方法是鋁接合。在該工藝中，基板的表面上的鍍鋁點應該與處于第二基板上的材料接合。在此，可以是鋁或適合的不同材料。鋁的缺點是其極端的氧親和性。即使對于銅，氧親和性亦是高的，使得通常必須在接合過程之前移除氧化銅。對于鋁，氧親和性高多倍。對此，鋁還形成難以移除的相對厚的鈍化氧化鋁層。與銅相比，鋁因此更少用于接合連接，因為現在由于十分穩定的氧化層而不能以合理的花費實現可靠的接合結果。然而，鋁廣泛用于半導體領域中，以便在芯片表面上在橫向方向上建立金屬連接。在此，鋁的特征在于，鋁在硅中比例如銅或金具有明顯更慢的擴散行為。擴散至硅中的金屬將影響晶體管的特性或使晶體管完全喪失功能。基于該有利的擴散行為，伴隨著低成本及相對優良的導電性，多年來鋁已成為用于在半導體芯片上橫向地建立電連接的主要使用的材料。近來，在最新一代芯片中，雖然銅由于其更優選的導電性而日益取代鋁，然而盡管如此，鋁主要地在用稍老生產技術在200 mm基板上生產芯片的情形中一如既往地具有重要作用。具體地，這些生產周邊區/工廠近來已發現用于生產MEMS (微機電系統)部件的增強用途。這些MEMS部件的生產又頻繁地需要接合過程，使得對可靠的鋁接合過程的需求增加。除了半導體工業之外，鋁由于其質輕、便宜且主要地可硬化而亦是有需求市場的結構材料。在半導體工業中，基于上述的原因，較長時間以來已嘗試開發可將鋁用作結構材料且特別是用于接合連接的材料的工藝。
[0004]在使用氧親和性材料、如銅及鋁時的最大問題是避免在接合面上的氧化以及在接合過程之前從接合面完全移除氧化物。此外，極端氧親和性材料、如鋁產生強力且難以還原的氧化物。用于氧化物移除的設備是昂貴的、花費高的且可能是危險的(有毒物質)。
【發明內容】
[0005]因此，本發明的任務是說明一種方法以及一種配備有接合層的基板，借助該方法可氧化的材料、如特別是鋁可以用于接合。[0006 ]該任務借助權利要求1和9的特征來解決。在從屬權利要求中說明本發明的有利的改進方案。在說明書、權利要求和/或附圖中說明的特征中的至少兩個的所有組合亦落在本發明的范圍內。在所說明的值范圍中，處于所述的范圍內的值也應該被公開為邊界值且可以任何組合予以主張。
[0007]本發明的基本理念是在基板上特別是作為擴散對設置由基本層與保護層組成的接合層，其中該基本層的基本材料是可氧化的，而該保護層的保護材料可至少較不容易氧化。
[0008]因此，本發明特別是關于一種工藝，在該工藝中從一開始便防止氧親和性材料、如特別是鋁(優選的)或銅的氧化。根據本發明，特別是通過沉積至少部分地、特別是占大部分地、優選地完全地覆蓋基本材料的保護材料來實現對氧親和性基本材料的保護。
[0009]元素關于其氧親和性的目標分解可最簡單地由電化學電壓序列定義。氧親和性元素、如鋰不是極端昂貴的，容易氧化，且因此充當還原劑，容易釋放電子，且因此具有極端負性的標準電極電位。而具有低氧親和性的元素被稱為貴重元素，因為其可容易地被還原且因此充當氧化劑，接納電子，且具有極其正性的標準電極電位。特別是，使用具有小于2.00V、優選地小于1.00 V、更優選地小于0.0 V、最優選地小于-1.0 V、極其優選地小于-2.0 V且最最優選地小于-3.0 V的標準電極電位的材料作為基本材料。銅具有大約0.16 V的標準電極電位，鋁具有大約-1.66 V的標準電極電位。最貴重的金屬是具有大約1.69 V (針對第一氧化等級)的標準電極電位的金。
[0010]在一種特別優選的方案中，基本材料及保護材料作為彼此分離的靶材位于涂布室中且在真空下連續地被涂敷，使得不產生基本材料與含氧氣氛的接觸。
[0011]本發明的一種實施方式在于:在接合過程期間將保護材料施于基本材料上并且保護材料由于其化學物理特性在接合過程期間至少部分地、特別是占大部分地、優選地完全溶解于基本材料中。實現基本材料-保護材料組合的選擇，使得該選擇允許固體溶解過程。與基本材料溶解于保護材料中相比，保護材料優選地更好地溶解于基本材料中。
[0012]特別是，保護材料在確定的過程條件下溶解于基本材料中。因此，基本材料對保護材料具有邊界溶解度和/或基本材料可與基本材料至少部分地、特別是占大部分地、優選地完全地混合。在保護材料在基本材料中的現有邊界溶解度的情形中，在室溫下的邊界溶解度特別是是足夠大的，以便保持一定量的保護材料被溶解。以此方式，保護材料根據本發明可以作為極薄的層被涂敷，以便在保護材料至基本材料中的擴散過程期間避免可導致(不期望的)沉淀的局部濃度過高。
[0013]本發明的另一根據本發明的并且有利的方面在于:特別是通過用保護層至少占大部分地覆蓋基本層的未由基板覆蓋的面來防止氧親和性基本材料與含氧或富氧氣氛的接觸。
[0014]保護材料本身優選地特別是至少在室溫下是固體。因此，該固體是非液態的且允許所保護的基本材料穿過含氧氣氛的傳輸。
[0015]在本發明的一種有利實施方式中，選擇保護材料，使得該保護材料具有比基本材料小的氧親和性，或可以比移除形成于基本材料上的氧化物的情形更簡單的手段移除形成于保護材料上的可能的氧化物。有利地選擇用于保護層的氧化物形成材料，使得除簡單移除氧化物以外，在氧化物移除之后還僅又緩慢形成新氧化物。特別是，在至少2分鐘、優選地至少5分鐘、更優選地至少10分鐘且最優選地至少15分鐘過去后形成小于0.3 nm的氧化物，優選地小于0.1 nm的氧化物。
[0016]根據本發明，特別是至少主要地防止形成于保護層上的可能的氧化物被吸收到基本材料中。為此，特別是緊接在接合過程之前移除保護材料的氧化物。在較小量的所形成氧化物的情形中，亦可設想在稍后所期望的接合過程期間破壞氧化物且直接構建到邊界層中。優選地使用具有下文提及的特性中的一個或多個的保護材料:
'低氧親和性，特別是由大于O V、優選地大于1.00 V、更優選地大于2.00 V的標準電極電位來定義，且優選地小于基本材料的氧親和性，
'在基本材料中的高溶解度，特別是大于10—5 mol%、優選地大于10—3 mol%、更優選地大于I mol%、最優選地大于10 mol%且最最優選地大于40 mol%,
'基本材料的特性不受負面影響，因此在所期望的高電導率的情況下不削弱該電導率及在所期望的高強度的情況下不減小該強度，
_相對于氣氛是氣密的，
'成本適宜的，
'高的可用性，
_低毒的，特別是無毒的，和/或 '良好的接合特性。
[0017]因此，本發明特別是涉及一種用第二材料、即保護材料覆蓋、特別是涂布易于氧化的第一材料、即基本材料、特別是金屬或半導體的方法。保護材料特別是在另一工藝步驟中通過溶解過程而至少部分地、特別是占大部分地、優選地完全地被基本材料溶解和/或在相當特定的擴展的實施方式中部分地、特別是占大部分地、優選地完全地形成沉淀。根據本發明優選的實施方式包括保護材料在基本材料中的完全溶解，其中在此情形中無沉淀產生。由保護材料形成的保護層的任務特別是在于防止基本材料氧化。保護材料本身可在與含氧氣氛的接觸中氧化，且在根據本發明的溶解過程在基本材料中開始之前必要時移除氧化物。在一種相當特別的實施方式中，在設計決定地防止保護層在去往接合器的路程中重新氧化的設備中執行移除保護層上的該氧化物。例如可設想的是，在相應的真空叢中使用氧化物移除模塊及接合室，該真空叢使所述模塊與周邊含氧的氣氛分離。這樣的叢對于專業人員所最佳熟知。
[0018]根據本發明的工藝的優選目標主要在于:保護在另一工藝步驟中應該被接合的氧親和的基本材料、特別是鋁以及銅，直至氧化之前的實際的接合步驟。優選地具有比要保護的基本材料低得多的氧親和性的保護材料的可能的氧化物的移除是顯著地更簡單、更快速且主要地更可靠的，使得可加速該工藝。
[0019]根據一種優選實施方式，保護材料特別是在移除保護材料的氧化物之后緊接著與特別是根據本發明形成的另一基板接合。優選地，保護材料在接合過程期間還至少部分地、特別是占大部分地、優選地完全地溶解于基本材料中，使得在理想情形中直至接合，在基本材料與富氧氣氛之間沒有形成接觸。
[0020]因此，根據本發明的方法主要適于在涂布于基板上之后立即用保護材料暫時保護氧親和性基本材料、特別是鋁或銅。
[0021]只要基本材料不整面地而是特別是以結構化方式和/或僅以部分區域(例如銅觸點或鋁邊界，其應該成為MEMS部件的氣密密封空間的部分)施加于基板上，保護材料作為厚度盡可能均勻的、特別是密封的膜來施加