[发明专利]用于永久连接两个金属表面的方法

说明书

技术领域

本申请是申请日为2011年2月23日、申请号为201180016870.2、发明名称为“用于永久连接两个金属表面的方法”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及按照权利要求1的用于在两个金属表面之间制造永久连接的方法。

背景技术

在两个金属表面之间制造永久的导电金属连接在半导体工业中越来越重要。特别是对于在所谓的“3D集成器件或IC（3DIC）”的领域中新式的封装技术，在两个功能层面之间的金属键合（Bond）连接起决定性作用。在此，首先在两个独立的衬底上制成有源或无源的电路，并且在键合步骤将它们永久地相互连接，以及建立电接触。该连接步骤可以或者借助两个晶片（晶片到晶片-W2W）的连接、一个或多个芯片与晶片（芯片到晶片-C2W）的连接、或者一个或多个芯片与芯片（芯片到芯片-C2C）的连接方法来进行。在这些连接方法中对在两个连接面之间的直接连接有大的兴趣，其中两个面很大程度上由相同的材料（金属）组成。在此如下方法是完全尤其有利的，所述方法在所述连接层面中很大程度上无附加的材料也行。通常在此情况下使用铜（Cu）或铝（Al）或金（Au）作为金属化结构。但是，应当澄清的是，本发明原则上也与其它金属相互作用地起作用，并且金属选择主要基于芯片结构的要求和预加工步骤。因此其他金属也应当是被认为是本发明的所需要的。此外，该方法也可以被应用到所谓的“混合键合界面（HybridBondInterface）”上。这些混合界面由被非金属区域包围的金属接触面的合适组合组成。这些非金属区域在此被设计为使得可以在单个结合步骤中不仅制造金属接触、而且制造在非金属区域之间的接触。当前这些没有异质材料、尤其是异质金属的连接是通过所谓的扩散键合方法来制造的。在此，接触面相对彼此定向并且接触。接触面借助合适的方法（例如“化学机械抛光（ChemicalMechanicalPolishing）”或者简写为“CMP”）这样被预处理，使得它们是非常平的，并且具有小的表面粗糙度。接触面于是在合适的设备（例如晶片键合机）中被压在一起并且同时被加热到可自由选择的过程温度。这里也可以证实为有利的是，这发生在优化的气氛中、例如真空（例如<1mbar,优选<1e-3mbar）或者在还原性气氛中、尤其是具有氢（H2）高含量（>1％，优选>3％，更好地>5％并且理想地>9％）的气氛。在这些过程条件下现在形成在两个金属表面之间的所谓的扩散键合。在此，金属原子或分子在低共熔金属复合物的情况下在两个表面之间来回扩散并且由此建立永久的、金属传导的并且机械上非常稳定的在表面之间的连接。通常，该连接在此具有使得在金属组织中对原始接触面的探测不可能的性质。更确切地说，该连接表现为均质的金属结构，其现在延伸超出原始的接触面。当今强烈限制该技术的使用的因素是大多相对高的温度，该温度是制造连接和实现尤其是扩散所必需的。在许多情况下，该温度高于300℃，在许多情况下高于350℃，典型地380至400℃并且在确定的情况下也直至450或500℃高于由部件可以容忍的温度（典型地<260℃，经常<230℃，对于确定的部件<200℃，并且在确定情况下<180或甚至150<℃）并且因此防止或者限制了该方法的使用。现在本发明回避了该问题，因为其能够实现如下方法，其中所需要的过程温度被显著地降低。

这些金属连接在下面在该文献中现在应当被称为“真实的（sortenreine）键合连接”。在此，总是提到键合连接，在键合连接中在两个由金属A制成的金属接触面之间产生连接，而不借助永久地置入该连接中的异质材料、尤其是异质金属B，其具有不同的基本成分。