利用金属层制造暂时结合的半导体结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明的领域是利用基板暂时粘合至另一基板来制造结构的领域，尤其是制造半导体结构的领域。
[0002]发现这种结构可应用在微技术(尤其用于需要堆叠并且随后密封电子芯片的同质或异质3D集成)、微机电系统(MEMS)、电力、光子和光伏组件的所有领域中。
【背景技术】
[0003]在制造尤其用在微电子的这些结构期间，必须对薄层进行处理导致基板的处理问题。具体地，如果板的厚度小于150 μ m，则由于存在裂缝或甚至裂开的风险而不能通过常规方法(诸如人工、通过真空吸管、通过钳子、通过机器人等)来处理。实际上，这样厚度的基板不具有机械强度(更像是与硬纸片相比的纸片)。
[0004]针对该问题的方案在于根据以下顺序使被处理基板暂时结合至处理基板，该顺序为:
[0005]结合步骤，所述结合步骤能够使暂时处理基板组装至被处理基板，在该被处理基板上，需要例如进行有问题的特定技术步骤和/或常规处理；
[0006]拆卸步骤，所述拆卸步骤能够使该处理基板与所述组件分离，以剥离被处理基板用于将来集成。
[0007]这种暂时结合可通过氧化物-氧化物分子结合或甚至利用聚合物粘合剂来进行。
[0008]在第一种情况下，氧化物-氧化物结合的结合能仅随着温度的增加而增加，这使得在超过一些所应用的热预算下不能拆卸组件。换言之，处理基板不再是暂时基板，而是需要(例如通过机械和/或化学抛光)被消耗的牺牲基板。
[0009]为了克服该问题，存在在堆叠体中包括热“脆化”层的技术。这些层(例如多孔层或离子注入层)允许拆卸，但是导致材料的损失以及额外的生产成本。
[0010]在第二种情况下，所采用的聚合物粘合剂材料可能随着温度，例如从150°C开始变得不稳定。此外，由于它们的机械性质，聚合物在某些方法的影响(例如，由于在热压组装期间引入的压力)下可能发生变形并且可能导致数十微米的厚度偏差，很可能对施加至被处理基板的处理带来均匀性问题。该类型材料的有机性质还可带来清洁问题(例如，装置腔室中的脱气、抛光圆盘的污染)。并且在实践中，对于大直径的板来说，通过溶解聚合物来进行拆卸并不是容易的。
【发明内容】
[0011]本发明旨在解决现有技术的暂时结合技术的这些不足。为此，本发明提供了一种用于制造实现被处理基板和处理基板的暂时粘合的结构的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
[0012]提供覆盖有第一金属层的被处理基板，该第一层具有第一晶粒度；
[0013]提供覆盖有第二金属层的处理基板，该第二层具有与所述第一金属层相同的成分以及不同于所述第一晶粒度的第二晶粒度；
[0014]通过热压辅助直接结合所述第一金属层和第二金属层来组装所述被处理基板和所述处理基板；
[0015]可能地，在组装至所述处理基板时，处理所述被处理基板；
[0016]拆卸所述被处理基板和所述处理基板的组件以形成所述结构，所述拆卸包括导致所述处理基板分离的所述组件的脆化热退火。
[0017]以下为所述方法的一些优选但非限制性的方面:
[0018]所述第一晶粒度和所述第二晶粒度相差至少5倍以上，优选至少10倍以上，甚至更优选至少50倍以上；
[0019]所述第一金属层具有不同于所述第二金属层的厚度，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度之间的比例例如至少等于5 ;
[0020]根据不同的操作条件，在所述处理基板和所述被处理基板上分别沉积所述第一金属层和所述第二金属层；
[0021]所述方法包括在组装所述被处理基板和所述处理基板之前，对覆盖有所述第一金属层的所述被处理基板和覆盖有第二金属层的所述处理基板实施不同的结晶退火；
[0022]所述方法包括在组装所述被处理基板和所述处理基板之前，对所述第一金属层和所述第二金属层中的至少一个实施表面粗糙化处理；
[0023]所述第一金属层为由分布在所述被处理基板上的多个金属微凸块组成的不连续层，所述第一晶粒度大于所述第二晶粒度；
[0024]所述方法包括在分离所述处理基板之后，回收存在于所述被处理基板上的所述第一金属层和第二金属层的残余物；
[0025]所述金属层为铜，在组装至所述处理基板时对所述被处理基板的处理在高于200°C且低于所述组件的脆化热退火温度的温度下进行；
[0026]所述金属层为铜，所述组件的脆化热退火在高于或等于400°C的温度下进行；
[0027]所述金属层为难熔金属，所述组件的脆化热退火在高于或等于900°C的温度下进行；
[0028]组件的脆化退火为缺陷成核和生长热处理，所述成核和生长在所述第一金属层和第二金属层中具有最小晶粒度的一侧更活泼；
[0029]在组装至所述处理基板时对所述被处理基板的处理可包括组装至接收基板；
[0030]在组装至所述处理基板时对所述被处理基板的处理可包括:在组装至接收基板之前，使所述被处理基板的自由面变薄，并且形成穿透变薄的被处理基板的硅通孔。
【附图说明】
[0031]通过阅读下列非限制性实施例提供的优选实施方式的详细描述并且参照所附附图，本发明的进一步的方面、目的、优势和特征将更加明显，其中:
[0032]图la至图1d为示出了根据本发明的方法的第一可行实施方式的不同步骤的示意图；
[0033]图2为具有相同晶粒度的两个铜层之间的结合界面的截面图；
[0034]图3为图2的结合界面在400°C下退火1小时后的截面图；
[0035]图4a至图4f为示出了根据本发明的方法的第二可行实施方式的不同步骤的示意图。
【具体实施方式】
[0036]本发明涉及一种用于制造半导体结构的方法，该半导体结构实现被处理基板和处理基板的暂时粘合。
[0037]将首先参照示出了本发明的第一可行实施方式的图la至图1d来描述该方法。
[0038]参照图la，该方法包括以下步骤:提供覆盖有第一金属层2的被处理基板1，第一层具有第一晶粒度。在该第一实施方式的范围内，第一金属层1是连续的且覆盖被处理基板1的整个表面。
[0039]对于晶粒度，在本文中其表示在基板的平面内，晶粒中内切圆的平均半径。
[0040]仍然参照图la，该方法进一步包括以下步骤:提供覆盖有第二金属层4的处理基板3，该第二层具有与第一层相同的成分(相同的金属)以及不同于第一晶粒度的第二晶粒度。第二层2同样是连续的。
[0041]第一和第二金属层2、4可为铜层，鉴于该材料大量存在于微电子生产线中所以是有利的。也可使用金、铝、钼、钨等的金属层2、4以扩大该方法的容许温度范围。
[0042]优选地，第一和第二金属层2、4分别形成在第一和第二连接亚层5、6上，第一和第二连接亚层5、6分别插入在被处理基板1和第一金属层之间以及在处理基板3和第二金属层4之间。这些连接亚层能够沉积有金属层。
[0043]连接亚层5、6例如由硅氧化物S1x、硅氮化物SiNx、钛T1、氮化钛TiN、钽Ta、氮化钽TaN或氮化钨WN制成。优选地，可选择进一步形成金属扩散阻挡的连接亚层以阻碍金属层2、4的材料扩散至基板1、3，尤其是在后续热处理步骤中。通过示出的实施例，氮化钛或氮化钽的阻挡层可插入在硅基板和铜金属层之间以防止铜扩散至硅。
[0044]通过金属有机化学气相沉积(M0CVD)能够尤其在存在于被处理基板或处理基板的表面上的热氧化物层上形成氮化钛的连接金属扩散阻挡亚层。例如，在500nm的热氧化物上形成厚度为20nm的亚层5、6。
[0045]第一和第二金属层2、4可为通过物理气相沉积(PVD)形成的例如厚度为200nm的铜晶种层。如果需要增加铜层的厚度，则可随后在晶种层上进行铜电化学沉积(ECD)。
[0046]可例如在400°C下进行再结晶退火以使分别沉积在被处理基板1和处理基板3上的金属层2、4的微结构稳定。
[0047]在本发明的范围内，第一金属层2和第二金属层并不具有相同的晶粒度。第一晶粒度和第二晶粒度优选地相差至少5倍以上，更优选至少10倍以上，甚至更优选至少50倍以上。从而，能够确定的是，第一晶粒度和第二