CN103328147A - 用于永久接合晶片的方法和装置以及切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将由第一材料制成的第一固体基底（1）的第一接合表面（1o）与由第二材料制成的第二固体基底（2）的第二接合表面（2o）接合的方法，具有以下步骤，特别是以下流程：利用切削工具（5）在低于临界速度vk的速度vs以及在高于临界温度Tk的温度Ts下对该第一和/或第二接合表面（1o，2o）进行加工，直到表面粗糙度O小于1μm，使所述第一固体基底（1）和第二固体基底（2）在所述接合表面（1o，2o）上相接触，以及对接触后的固体基底（1，2）施加温度，以利用高于再结晶温度的接合温度TB在所述接合表面（1o，2o）上构造至少主要是通过再结晶引起的、分别直至再结晶深度R的永久接合，所述再结晶深度R大于所述接合表面（1o，2o）的表面粗糙度O。本发明还涉及一种对应的装置和一种切削工具（5），所述切削工具用于在低于临界速度vk的速度vs以及在高于临界温度Tk的温度Ts下对第一和/或第二接合表面进行加工，直至粗糙度O小于1μm。

Description

用于永久接合晶片的方法和装置以及切削工具
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1所述的用于将由第一材料制成的第一固体基底的第一接合表面与由第二材料制成的第二固体基底的第二接合表面接合的方法，以及一种如权利要求7所述的对应的装置和一种如权利要求9所述的切削工具。
背景技术
固体基底的永久或不可逆的接合的目的在于，在固体基底的两个接触面之间产生尽可能强的以及特别是不可撤销的连接，即强接合力。为此在现有技术中存在各种措施和制造方法，特别是在高温下在表面之间的焊接或扩散接合的建立。
所有类型的材料都将永久接合，但主要是金属和/或陶瓷。永久接合的最重要的体系之一是金属-金属体系。近年来首先是Cu-Cu体系越来越多见。因为3D结构的发展大多要求不同功能层的连接。这种连接越来越频繁地通过所谓的TSV（Through Silicon Vias，硅通孔）实现。这些TSV彼此的接触常常是通过铜接触点来进行的。在接合的时刻在固体基底的一个或多个表面上常常已经存在完全有价值的、功能齐全的结构，例如微芯片。由于在微芯片中使用具有不同热膨胀系数的不同材料，因此在接合时不期望提高温度。提高温度有可能导致热膨胀并由此导致热电动势，其可能摧毁微芯片的部件或其环境。
公知的制造方法以及沿用至今的措施常常导致不能或很坏的可再现的以及特别是几乎不能转用到改变的条件的结果。特别是目前使用的制造方法常常使用高温，特别是>400℃的高温，以保证可重复的结果。
如高能耗和可能毁坏固体基底上现有的结构的技术问题是由于迄今对于高接合力所需要的高温部分地远高于300℃导致的。
其他的要求在于：
- 前端线兼容性（Front-end-of-line-Kompatibilität）。
其被理解为在制造电有源部件期间的过程的兼容性。因此必须这样设计接合过程：使得诸如已经存在于结构晶片上的晶体管的有源构件在该过程期间既不被影响也不被损坏。兼容性准则首先包括某些化学元素的纯度（首先是在CMOS结构的情况下）、机械可承载性，特别是通过热电动势引起的机械可承载性。
- 低污染，
- 没有或仅有尽可能低的力引入，
- 尽可能低的温度，特别是对于具有不同热膨胀系数的材料。
基于这一背景长期以来存在对在尽可能低的温度和压力以及力的情况下建立两个金属表面的直接、永久的连接的需求。对于直接、永久的连接，本领域的技术人员优选应理解为，跨越两个相接触的金属表面的边界面产生完全新的结构。
在此优选通过再结晶来实现结构的重新形成。再结晶被理解为通过晶粒生长（Kornwachstum）的结构重新形成。这样的晶粒生长的前提是高变形度，其提高材料的位错密度，并由此使材料处于能量亚稳状态，其使得在超过临界温度时重新形成晶粒。在重工业中，为了达到高的位错度优选采用整体成型工艺（Massivumformungsprozesse），如轧制、锻造，深拉、扭曲、剪切等。
这样的、利用其可以在低温下制造上述亚稳的、位错丰富的微结构的整体成型工艺在半导体工业中由于具有极精细结构的非常薄的基底以及薄的、易碎的晶片而无法使用。结构和晶片都不能或不允许经受整体成型工艺，因为否则的话它们将被摧毁。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，说明一种方法和一种装置，以及一种切削工具，利用它们可以更经济且更有效地实施针对基底和在基底上的可能结构的两个固体基底的接合。
本发明的技术问题通过权利要求1、7、9的特征来解决。本发明的优选的扩展在从属权利要求中说明。在本发明的范围内还包括由至少两个在说明书、权利要求和/或附图中说明的特征的全部组合。所说明的值域也适用于位于所述边界之内的、作为边界值的值，并以任意组合要求保护。
本发明的基本思想在于，在接触之前使两个接合表面中的至少一个，优选两个接合表面平面化，使得一个或多个接合表面的表面粗糙度O最小，以在接触之后通过再结晶使基本表面彼此最佳地焊接在一起或接合。在此特别是规定放弃化学-机械的抛光工序（CMP）。此外，按照本发明，在接合表面上产生亚稳的微结构，以在接合表面上获得高位错密度和/或非晶层。通过高位错密度和/或非晶层使再结晶过程获益和/或加速。在此特别是设置平滑的表面（表面粗糙度减小）。
此外，为了更好地接合两个表面，在表面附近设置非晶区域。在工业中非晶材料的制造主要是通过在冷却的基底上蒸镀材料、通过离子轰击或照射、通过极强的机械变形等来实现。在此公开的本发明公开了产生具有高位错密度和/或非晶区域的已存在的接近表面的区域的可能性。
优选通过一种加工方法来实现平面化和产生亚稳结构。
由下述材料构成的固体基底适于作为本发明的固体基底：
- Cu-Fe, Cu-Ge, Cu-In, Cu-Li, Cu-Mg, Cu-Mn, Cu–Nb，Cu-Nd, Cu-Ni, Cu-Si, Cu-Sn, Cu-Zn, Cu-Zr, Cu-Ti, Cu-W, Cu-Ti, Cu-Ta, Cu-Au, Cu-Al, Cu-Cu
- W-Fe，W-Ge，W-In，W-Li , W-Mg，W-Mn，W-Nb，W-Nd, W-Ni , W-Si , W-Sn, W-Zn, W-Zr, W-Ti，W-Ti, W-Ta, W-Au, W-Al
- Ti-Fe，Ti-Ge，Ti-ln，Ti-Li，Ti-Mg，Ti-Mn，Ti -Nb，Ti -Nd，Ti-Ni，Ti -Si，Ti-Sn，Ti-Zn, Ti-Zr，Ti-Ta，Ti-Au, Ti-Al
- Ta-Fe, Ta-Ge, Ta-In, Ta-Li, Ta-Mg, Ta-Mn，Ta-Nb, Ta-Nd, Ta-Ni, Ta-Si, Ta-Sn, Ta-Zn, Ta-Zr, Ta-Ti, Ta-W, Ta-Ti, Ta-Ta, Ta-Au, Ta-Al
- Au-Fe, Au-Ge, Au-In, Au-Li, Au-Mg, Au-Mn, Au-Nb, Au-Nd, Au-Ni, Au-Si, Au-Sn, Au-Zn, Au-Zr, Au-Ti, Au-W, Au-Ti, Au-Au, Au-Au, Au-Al
- Al-Fe, Al-Ge, Al-In, Al-Li, Al-Mg, Al-Mn, Al-Nb, Al-Nd, Al-Ni，Al-Si, Al-Sn, Al-Zn, Al-Zr, Al-Ti, Al-W, Al-Ti, Al-Al, Al-Al, Al-Al。
此外，作为固体基底还可以考虑以下的半导体的混合形式：
- III-V: GaP, GaAs, InP, InSb, lnAs, GaSb, GaN, AlN, InN, AlxGa1- xAs, lnxGa1-xN
- IV-IV: SiC , SiGe，
- III-VI: InAIP
- 非线性光学装置: LiNbO3, LiTaO3 , KDP (KH2PO4)
- 太阳能电池: CdS, CdSe, CdTe，CulnSe2, CulnGaSe2, CulnS2, CulnGaS2
- 导电氧化物: ln2-xSnxO3-y。
为了阐述本发明的思想在微观世界和/或纳米世界中的结构上的应用，首先要描述一般化的物理、化学以及材料科学的知识。当在以下提到工具时，是一般化地指所有能够在一定温度T下以速度v到达工件的工具。因此这是对工件的很高的要求。工具优选是标准化的工具，例如按照Charpy (DIN EN 10045-1)（冲击强度）的楔击检验机。工件优选是标准样本。图3a和图3b示意性示出在散装金属（Bulkmetallen）的情况下工具速度（图3a）和温度（图3b）对脆性断裂强度(Tf)和剪切断裂强度(Gf)的影响。这些图中示意性示出该两个物理特性。由于对于不同的材料这些数值是不同的，因此没有说明绝对数值。在图3a中以工具速度的函数示出材料的剪切断裂强度和脆性断裂强度的依赖关系。
脆性断裂强度Tf是材料对力的阻抗，该力试图在没有塑性变形、即理想脆性（spröde）的情况下分离所述材料。剪切断裂强度Gf是材料对力、更确切地说是推力的阻抗，该力试图使材料塑性变形。在此塑性变形的机制首先是位错运动和位错生成的机械塑化机制以及结晶双胞胎的形成。脆性断裂强度和剪切断裂强度的区别无法完全依据材料来区分。由此当可延展的材料具有嵌入式金属间相或由于样本几何形状而使不利的应力比（Spannungsverhältnisse）占主导时，可延展的材料也会表现出脆性断裂特性。此外，工具的碰撞条件以及样本温度也起着决定性的作用。图3a和图3b示意性示出对于金属作为温度和工具速度的函数的剪切断裂强度和脆性断裂强度的变化。在图3a中可以看出，在低于分别为材料（特别是在考虑厚度的情况下）经验地确定的临界速度vk的低的工具速度时，剪切断裂强度Gf的值小于脆性断裂强度Tf的值。因此在工具速度低于临界速度vk时，较之于通过脆性断裂，材料更多地通过变形断裂（即剪切断裂）断裂。当高于临界速度vk时，脆性断裂强度Tf的值小于剪切断裂强度Gf的值。以高于临界速度vk的速度达到材料的工具将使材料易碎，即通过脆性断裂使其破碎。从图3a可以看到，剪切断裂强度Gf极强地取决于工具速度vk，而脆性断裂强度Tf则几乎不随工具速度变化。脆性断裂强度和剪切断裂强度还取决于材料温度（图3b）。在高于临界温度Tk的温度下，材料失效主要是通过剪切断裂进行的，而在低于临界温度Tk的温度下，材料主要由于易碎断裂（即脆性断裂）而失效。因此，按照本发明，在低温下对位错进行“冷冻”。位错运动作为材料物理过程明显取决于温度。温度越低，位错活动性就越小并且使固体基底的位错进行运动就越难。由图3a和图3b可以看到，一般来说，工具速度越高且温度越低，金属就越易碎。为了将不同的材料按照它们的断裂特性来划分，将由实验确定的、使材料断裂所需的楔击能量K作为温度的函数绘制（图3c）。由此得到楔击能量-温度图，其依据相应的材料具有明显的楔击能量的下降（2），或者其楔击能量在该温度间隔上仅有轻微的改变（1或3）。具有曲线变化（1）的材料在整个温度范围内需要非常高的楔击能量并主要是通过变形断裂而断裂。较高的楔击能量通过在位错的产生和运动中插入很多的能量来实现。具有曲线变化（3）的材料在整个温度范围内需要非常少的楔击能量并主要是通过脆性断裂而断裂。低的楔击能量这样实现：对各种情况下现有的或形成的裂纹仅需施加使其继续生长所需的能量，因此是原子间的接合能。与变形断裂相反，没有消耗能量来用于位错形成和/或位错运动，因此楔击能量较低。此外，还存在这样的的材料，该材料的楔击能量具有曲线变化（3）。该曲线变化示出随着温度的下降有明显的从变形断裂向脆性断裂的过渡。因此对于具有这种物理特性的材料可以明显地通过温度的变化来影响其断裂特性。
在此要说明，对如Al、Cu、Ni或奥氏体钢的材料（通常主要是具有面心立方晶格的材料）的楔击能量通过曲线（1）来描述。体心立方材料的断裂特性主要通过曲线（2）来描述。高强度材料、玻璃以及陶瓷主要表现出根据曲线（3）的特性。材料的所有这些物理特性、更确切地说是散装材料（Bulkmaterialien）的组的所有这些特性对于本领域的技术人员都是公知的。现在要利用所有在此公开的以及本领域技术人员公知的散装材料的特性，以一方面将已在晶片上的结构的表面平面化，另一方面使接近表面的区域处于亚稳状态，该状态有益于与其他结构的其他表面的接合和/或使所述接合加速。
为了进行再结晶，按照本发明，累积地满足两个条件。
首先必须对高度变形的金属加热到超过再结晶温度。例如，锡在大约0℃时再结晶，锌在大约20℃时再结晶，铝在大约100℃时再结晶，铜在大约270℃时再结晶，铁在大约450℃时再结晶，而钨在大约1200℃时再结晶。一般来说必须假设，实际的再结晶温度要高于或低于这些值。对于再结晶温度的决定性的影响因素是合金添加物的污染。由此例如99.999%铜的再结晶温度在120℃附近，而本质上更加不纯的电解分离铜的再结晶温度却约为200℃。通过电解分离铜总是与有机添加剂、离子和污染相关。而通过CVD和/或PVD工艺分离出的铜则是高纯度的。
再结晶的第二个条件是有能量的亚稳状态。按照本发明，该状态通过高位错密度和/或通过非晶-结晶结构和/或通过准晶结构来建立。优选设置非晶基质，其中存在部分结晶相和/或准晶相，优选为具有高位错密度的微晶体和/或纳米晶体。还可以考虑具有任何任意的体积比的晶体、准晶体和非晶结构组成部分的任何任意组合。以下为了清楚起见将主要描述晶体-非晶结构。
公知的是，所谓的“晶粒尺寸效应”可以彻底地改变材料的物理-化学特性。铜，特别是尺寸很小的铜的再结晶在低于以上所述的最小再结晶温度120℃时可能就已经发生。因此，按照本发明，具有微结构和/或纳米结构的高纯度的、其表面在所设置温度时通过快速工具加工的材料，能够在更低的温度时比相应的散装材料更有效地引起再结晶。
按照本发明特别具有优点的是，在第一加工（以及必要时第二加工）之后尽可能时间接近地，特别是在2小时内，优选在30分钟内，更优选在10分钟内，理想地是在5分钟内，使固体基底相接触。通过该措施可以使可能的不期望的反应如功能层或固体基底的表面的氧化最小化。
将本发明的接合表面加工到平方粗糙度（Rq）小于1μm，优选小于100nm、更优选小于10nm、最优选小于1nm的表面粗糙度O。这些经验值利用原子力显微镜（AFM）来确定。
本发明的另一方面在于构造两个待接合的固体基底之间的无缝过渡。无缝过渡被理解为多晶结构，其在不打断晶粒结构的情况下从被接合的晶片的一面延伸到另一面。产生这样的无缝过渡特别是通过再结晶在已描述的、特别是经验地结合固体基底的材料及其尺寸所确定的参数下来执行。再结晶是通过高位错密度以及按照本发明经验地确定的温度所引起的、通过晶粒生长的结构重新形成。该结构通过按照本发明设置的高位错密度处于亚稳状态。该亚稳状态通过位错的叠加的伸展场产生。低于再结晶温度，热运动就不足以使位错网的位错通过本身排斥的伸展场自行开始滑动。位错近乎被“冻结”。如果温度高于再结晶温度，则热运动足以使位错密度通过位错运动而降低。随着位错密度的降低，伴随着结构的完全重新形成。本发明所达到的效果在于，跨越（通过表面粗糙度O定义或限制的）接合界面进行结构转变，并由此使该界面实际上完全消失。
由此，按照本发明的方法，特别是以其最一般化的方式，为了将由第一材料制成的第一固体基底的第一接合表面与由第二材料制成的第二固体基底的第二接合表面接合，具有以下步骤，特别是以下的流程：
- 利用切削工具对该第一和/或第二接合表面进行加工，以至少在接近表面的区域中产生亚稳结构以及特别是以低于临界速度vk的速度vs以及在高于临界温度Tk的温度Ts下，并且优选同时和/或随后进行平面化，达到平方粗糙度（Rq）小于1μm，优选小于100nm、更优选小于10nm、最优选小于1nm，
- 使第一固体基底和第二固体基底在接合表面上相接触，以及
- 对接触后的固体基底施加温度，以利用高于再结晶温度的接合温度TB在接合表面上构造至少主要是通过再结晶引起的、分别直至再结晶深度R的永久接合，所述再结晶深度R大于接合表面的表面粗糙度O。
一种对应的本发明装置特别是在其最一般化的实施方式中具有以下特征：
- 切削工具，用于对第一和/或第二接合表面进行加工，以至少在接近表面的区域中产生亚稳结构，特别是在低于临界速度vk的速度vs以及在高于临界温度Tk的温度Ts下，并且一直达到小于1μm、优选小于100nm、更优选小于10nm、最优选小于1nm的表面粗糙度O，
- 用于使第一固体基底和第二固体基底在接合表面上相接触的装置，以及
- 用于对接触后的固体基底施加温度的装置，以利用高于再结晶温度的接合温度TB在接合表面上构造至少主要是通过再结晶引起的、分别直至再结晶深度R的永久接合，所述再结晶深度R大于接合表面的表面粗糙度O。
按照本发明的切削工具被构造为在低于临界速度vk的速度vs以及在高于临界温度Tk的温度Ts下对第一和/或第二接合表面进行加工，并且直到表面粗糙度小于1μm，优选小于100nm、更优选小于10nm、最优选小于1nm。
在本发明的一优选实施方式中规定，将第一材料和第二材料选择为相同的。由此有利于再结晶。
在本发明的另一实施方式中规定，第一材料和/或第二材料是金属。本发明尤其适于金属材料，从而对于金属材料可以获得最佳结果。
如果在高于临界温度Tk的接合温度TB下进行永久接合的构造，则可以加快永久接合的构造。
在本发明的另一优选实施方式中规定，利用切削工具的加工这样进行：使得在第一和/或第二接合表面上形成非晶层和/或具有提高的位错密度的层。在此，加工速度和温度的参数尤其是取决于固体基底的材料及其尺寸、特别是厚度。可以经验地、特别是特定于材料地确定合适的参数。
在另一实施方式中有利地规定，在第一加工之后和进行接触之前，利用特别是相同的切削工具以高于临界速度vk的速度vo，特别是在低于临界温度Tk的温度To下，对第一和/或第二接合表面进行第二加工，以使表面粗糙度O降低到小于100nm、优选小于10nm、更优选小于1nm、最优选小于0.1nm。由此在产生微结构（第一加工）之后表面粗糙度O降低，特别是通过脆性断裂。如果要使表面粗糙度通过第一加工就已经足够地降低，则该工艺步骤是不需要的。
原则上区分两类脆性断裂：晶间脆性断裂和穿晶脆性断裂（脆性断裂在本文献中也经常被称为脆断）。在晶间脆性断裂中，裂纹沿晶粒的晶粒边界延伸。在穿晶脆性断裂中，裂纹横向穿过晶粒延伸。如果通过经验数据给出，材料通过晶间断裂而断裂并由此得到不利的、因此高的表面粗糙度，则可以相应地改变按照本发明的参数，使表面粗糙度最小。于是，与在此清楚公开的本发明相反，该状态也极有可能是仅由剪切断裂变形引起的。但要提及的是，所使用的材料的微结构具有优选在纳米范围内的晶粒并因此本身在晶间脆性断裂中仅有纳米范围内的粗糙度。特别是，于是（平均）晶粒直径就构成了该（平均）粗糙度的上限。如果结构具有在微米范围内的晶粒，则在所有情况下穿晶脆性断裂都是期望的。但在此示例性谈到的并不仅是晶粒边界分离，晶粒内部的金属间相，能使裂纹转向的、对准的微结构元素，等等。一般来说，当晶粒之间的强度小于晶粒内原子的强度时，优选晶粒沿晶粒边界断裂。
由此本发明涉及一种方法，利用该方法可以在相对较低的温度下在接合表面的接近表面的区域中通过在组织结构中产生亚稳的能量状态来执行材料（固体基底的材料）的再结晶。由此使两个彼此接触的接合表面以相对非常小的表面粗糙度O永久地且无缝地彼此连接。优选仅在接合表面的接近表面的区域中产生亚稳的能量状态。在此使用切削工具，特别是由多个工具组成的切削工具，该一个或多个工具能够通过频度、切割速度、工具几何形状、工具温度和/或插入楔角在接合表面上建立特定的微结构。在此，当选择工具参数和环境参数使得接近表面的区域或接合表面在工具通过之后具有提高的位错密度时，则按照本发明是尤其具有优点的。
在再结晶之后，优选结构是尽可能粗晶粒的。粗晶粒的结构具有非常小的热阻并首先是具有很小的电阻。由此这样的粗晶粒的、优选在界面上甚至是单晶的结构特别适用于导电连接。由于在工业上更喜欢按照本发明的方法，但不仅是用来制造作为导电连接的互连接，因此大多期望尽可能低的电阻以及由此可能的粗晶粒的结构。而对于与本发明的方法彼此相关且应仅具有机械稳定性、特别是热-机械稳定效应的组件，则期望其是细晶粒的结构，因为该结构特别是在热交变负荷下具有较高的疲劳强度。
在本发明的一个优选实施方式中，这样选择工具参数和环境参数：使得在第一加工后、即在通过工具后，接合表面或接近表面的区域由非晶层构成，在非晶层中设有结晶区域，这些结晶区域优选具有很高的位错密度。非晶层的厚度特别是通过经验地确定的工具速度来确定。
本发明的另一基本的方面是再结晶跨越接触平面或跨越接触的接近表面的层（特别是在表面粗糙度O的范围内）。按照本发明，这尤其是通过将表面粗糙度O设置得较小、也就是通过利用切削工具的加工来实现或优化的。通过有针对性地调整工具的速度以及温度，可以使表面粗糙度O最小。对于大多数材料，最小的表面粗糙度O伴随着高工具速度和低的温度，因为脆性断裂表面要比经历塑性变形工艺的表面光滑。尽管更小的表面粗糙度从物理上不改变对再结晶没有改变什么，即结构改变，但其允许重新形成轻微跨接接触平面的晶粒，因为由于较小的表面粗糙度使得有更多的接触位置。
再结晶温度取决于所使用的固体基底的材料，而固体基底又特别是取决于材料的位错密度。对于本说明书的目的来说，将材料熔解温度的50%设为再结晶温度（0.5的同系温度）。按照本发明，可以考虑通过有针对性地添加添加物、特别是合金元素，或有针对性地影响污染，优选通过使用高纯度的金属来使再结晶温度降到最低。
经验地确定特定于材料的参数特别是可以通过对散装材料的楔击粘度测量来实现。此外，经验地确定按照本发明的参数可以借助本发明的装置的实际实施和实验序列来实现。因此这是特别优选的，因为至少能够容易地将本发明参数的散装材料的标准值转用于薄的基底。
此外，按照本发明，有利地在一个实施方式中在第一模块中执行对第一和/或第二接合表面加工的步骤，而对已接触的固体基底的接触、对准（对齐）以及施加温度则在分离的第二模块（在空间上与第一模块分离）中进行。
图4示例而非限制性地、示意性地且极度简化地示出一种具有切削工具的可能的工具保持装置的俯视图，该工具围绕自身的轴转动并通过前移在待加工的晶片上移动。对于本领域的技术人员来说，这类工具或类似工作的工具是熟知的。
按照本发明还设有样本保持装置，其可以相应地主动被加热和/或冷却，以使待加工的晶片处于所期望的温度。此外还公开了,可以/必须使两个晶片在按照本发明的处理过程之后彼此对准。
附图说明
本发明的其它优点、特征及细节将由以下对优选实施例的描述以及借助附图给出。图中示出：
图1a示出根据本发明的利用按照本发明的切削工具对固体基底进行加工的方法步骤；
图1b示出按照本发明加工后的接合表面，其具有带有提高的位错密度的接近表面的层；
图1c示出按照本发明加工后的接合表面，其具有接近表面的非晶层；
图1d示出按照本发明加工后的接合表面，其具有带有提高的位错密度的接近表面的非晶层；
图1e示出按照本发明加工后的接合表面，其具有带有高位错密度的结晶区域的、接近表面的非晶层；
图2a示出根据本发明对如图1b的第一和第二接合表面进行加工的方法步骤；
图2b示出根据本发明使固体基底相接触的方法步骤；
图2c示出根据本发明对接触后的固体基底施加温度以在接合表面上构造至少主要是通过结晶引起的永久接合；
图3a示出脆性断裂强度和剪切断裂强度与切削工具的速度的依赖性的图；
图3b示出脆性断裂强度和剪切断裂强度与温度的依赖性的图；
图3c示出对于三类典型的材料的楔击能量与温度的依赖性的图；以及
图4示出切削加工的工具的可能的实施方式。
具体实施方式
图1a示出由第一材料（在此为金属）制成的第一固体基底1，其在接合侧1s具有较高的表面粗糙度O （涉及整个接合侧1s或第一固体基底1的接合侧1s的待接合的接合表面1o的均方根粗糙度）。在图1a-1e以及图2a-2c中分别仅示出了第一固体基底1和第二固体基底2（图2a-2c）的小的横截面。
对于第一接合表面1o的第一加工步骤设置了切削工具5，该切削工具能以速度vs沿第一接合表面1o运动，使得在第一接合表面1o上的材料被磨除。对于材料磨除，特别是切削工具5的相对速度vs和在第一加工期间的温度Ts具有显著的影响。除此之外的影响因素是切削工具5的形状（工具几何形状）、工具本身的温度以及相对于切削工具5的运动方向（速度向量vs）的插入楔角α。
按照本发明，这样调整（特别是通过经验地确定）上述参数：在第一加工之后并且必要时在至少一次对接合表面1o的另外的加工之后形成接近表面的区域3（图1b）、3’（图1c）、3’’（图1d）或3’’’（图1e）。
在图1b示出的实施方式中，这样选择上述参数：使接近表面的区域3在利用切削工具5的第一加工之后与根据图1a的固体基底1的第一材料相比具有提高的位错密度。
在图1c示出的实施方式中，这样选择上述参数：使接近表面的区域3’在利用切削工具5的第一加工之后至少部分地，优选主要地，由特别是在局部完全非晶的材料4组成。
在图1d示出的实施方式中，这样选择上述参数：使接近表面的区域3’’在利用切削工具5的第一加工之后至少部分地，优选主要地，由特别是在局部完全非晶的材料4组成，并且特别是在该非晶材料之外的区域内具有相对于第一加工之前的第一固体基底1提高的位错密度。
在图1e示出的实施方式中，这样选择上述参数：使接近表面的区域3’’’在利用切削工具5的第一加工之后至少部分地，特别是完全地，由至少部分地、特别是主要地非晶的材料4形成，在该区域中结晶区域6尤其是以提高的位错密度形成。
按照本发明，可以考虑在第一加工期间改变用于上述实施方式的上述参数，和/或设置其他的加工步骤，以实现所述的特征。在各种情况下，切削工具5都如图3a所示至少主要、优选完全以低于临界速度vk的速度vs工作，从而使材料主要通过变形断裂被磨除。同时，根据图3b在第一加工期间温度至少主要、优选完全高于临界温度Tk，从而由此也有利于变形断裂。
如果在第一加工步骤之后尚未达到所需的平面度，可以通过至少一个另外的加工步骤来调整所需的平面度。优选切削工具5在第二加工步骤中具有如图3a所示的高于临界速度vk的速度vs，从而使材料主要通过脆性断裂被磨除。同时，根据图3b在第二加工期间温度至少主要、优选完全低于临界温度Tk，从而由此也有利于脆性断裂。
由非晶材料4组成的层的厚度特别是通过工具速度vs来确定，该工具速度可以特定于材料地以及依据材料温度来经验地确定。
按照本发明，在根据图1b至图1e的实施方式中，不仅接近表面的区域3、3’、3’’、3’’’的材料的改变，而且特别是表面粗糙度O明显减小到最多1/5、特别是最多1/10、优选最多1/20，引起表面粗糙度O小于1μm，特别是小于100nm、优选小于10nm、更优选小于1nm、最优选小于0.1nm。
通过将以上措施进行组合以及在第二固体基底2的接合侧2s上对第二固体基底2进行相应的加工，以在第一加工步骤和必要时的其他加工步骤之后获得类似的接合表面2o，使得如图2a所示第一固体基底1和第二固体基底2彼此对准，从而使接合侧1s和接合侧2s彼此相对置。
在图2b示出的方法步骤中，第一固体基底1与第二固体基底2在接合表面1o、2o（接触平面E）上相接触。由于两个固体基底1、2的显著减小的表面粗糙度O，使得固体基底1、2之间的距离极其微小，由此有利于第一固体基底1的第一材料与第二固体基底2的第二材料的再结晶。此外以及与此相结合，通过按照本发明构造接近表面的区域3、3’、3’’、3’’’有利于所述再结晶，从而在再结晶时间之后，特别是在施加温度的情况下，可以引起直至再结晶深度R的永久接合，该再结晶深度R大于表面粗糙度O，特别是大于接近表面的区域3、3’、3’’、3’’’的深度。图2c示出按照本发明接合的固体基底7，其中通过按照本发明的措施接合表面1o、2o已不再能看出，特别是也不再有非晶材料4。
附图标记列表
1 第一固体基底
1o 接合表面
1s 接合侧
2 第二固体基底
2o 接合表面
2s 接合侧
3，3’, 3”, 3’’’ 接近表面的区域
4 非晶材料
5 切削工具
6 结晶区域
7 经接合的固体基底
8 用于多个切削工具的工具保持器
Ts 温度
Tk 临界温度
TB 接合温度
vs 速度
vk 临界速度
O 表面粗糙度
R 再结晶深度
E 接触平面
α 插入楔角

Claims (9)

1. 一种用于将由第一材料制成的第一固体基底（1）的第一接合表面（1o）与由第二材料制成的第二固体基底（2）的第二接合表面（2o）接合的方法，具有以下步骤，特别是以下的流程：
-利用切削工具（5）对该第一和/或第二接合表面（1o，2o）进行加工，用于至少在接近表面的区域中产生亚稳结构以及用于产生减小的表面粗糙度，该表面粗糙度小于100nm、优选小于10nm、更优选小于1nm、最优选小于0.1nm，
-使所述第一固体基底（1）和第二固体基底（2）在所述接合表面（1o，2o）上相接触，以及
-对接触后的固体基底（1，2）施加温度，以利用高于再结晶温度的接合温度TB在所述接合表面（1o，2o）上构造至少主要是通过再结晶引起的、分别直至再结晶深度R的永久接合，所述再结晶深度R大于所述接合表面（1o，2o）的表面粗糙度O。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，将所述第一材料和第二材料选择为相同的。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一材料和/或第二材料是金属材料。
4. 如权利要求1至3之一所述的方法，其中，在高于临界温度Tk 的接合温度TB下进行所述永久接合的构造。
5. 如权利要求1至4之一所述的方法，其中，利用所述切削工具（5）的加工这样进行：使得在所述第一和/或第二接合表面（1o，2o）上形成非晶层（3）和/或具有提高的位错密度的层（2）。
6. 如权利要求1至5之一所述的方法，其中，在第一加工之后和进行接触之前，利用特别是相同的切削工具（5）以高于临界速度vk的速度vo，特别是在低于临界温度Tk的温度To下，对所述第一和/或第二接合表面（1o，2o）进行第二加工，以使表面粗糙度O降低到小于100nm、优选小于10nm、更优选小于1nm、最优选小于0.1nm。
7. 一种用于将由第一材料制成的第一固体基底（1）的第一接合表面（1o）与由第二材料制成的第二固体基底（2）的第二接合表面（2o）接合的装置，具有：
-用于对该第一和/或第二接合表面（1o，2o）进行加工的切削工具（5），以用于至少在接近表面的区域中产生亚稳结构以及用于产生减小的表面粗糙度，该表面粗糙度小于100nm、优选小于10nm、更优选小于1nm、最优选小于0.1nm，
-用于使所述第一固体基底（1）和第二固体基底（2）在所述接合表面（1o，2o）上相接触的装置，以及
-用于对接触后的固体基底（1，2）施加温度的装置，以利用高于再结晶温度的接合温度TB在所述接合表面（1o，2o）上构造至少主要是通过结晶引起的、分别直至再结晶深度R的永久接合，所述再结晶深度R大于接合表面（1o，2o）的表面粗糙度O。
8. 如权利要求7所述的装置，其中，能够这样调整所述切削工具（5）：使得在高于临界速度vk的速度vo时，特别是在低于临界温度Tk的温度To下，进行第二加工，以使表面粗糙度O降低到小于100nm、优选小于10nm、更优选小于1nm、最优选小于0.1nm。
9. 一种切削工具（5），用于在低于临界速度vk的速度vs以及在高于临界温度Tk的温度Ts下对第一和/或第二接合表面（1o，2o）进行加工，直至表面粗糙度O小于1μm。
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