DE102015223347A1 - Verfahren zum verbinden zweier substrate - Google Patents

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Capucine Delage
Franck Fournel
Elodie Beche
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode des Verbindens von zwei Substraten (1, 2) durch molekulare Adhäsion, einschließlich: – einem ersten Schritt (1) der Inkontaktbringung des ersten und zweiten Substrats (2), um eine Einheit (3) mit einer Verbindungsschnittstelle (4) zu bilden. – einem zweiten Schritt (b) der Stärkung des Grads der Adhäsion der Einheit (3) über einem Schwellenwert der Adhäsion, über dem Wasser nicht mehr in der Lage ist, sich über die Länge der Verbindungsschnittstelle zu verbreiten; Laut der Erfindung umfasst das Verfahren ebenfalls einen Schritt (c) der wasserlose Behandlung des ersten und zweiten Substrats (1, 2) in einer Behandlungsatmosphäre mit einer Taupunkttemperatur von unter –10°C; und die Kontrolle des Taupunkts in einer Betriebsatmosphäre, der das erste und das zweite Substrat (1, 2) ab dem Bearbeitungsschritt (c) ohne Wasser und bis zum Ende des zweiten Schritts ausgesetzt sind, um das Auftreten von Klebefehlern an der Verbindungsschnittstellen zu begrenzen oder zu verhindern.

Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode des Verbindens von zwei Substraten durch molekulare Adhäsion.
  • TECHNISCHER PLAN IM HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Das Verbinden von Substraten durch molekulare Adhäsion („Direct Wafer Bonding” im Englischen) ist eine bekannte Technik, die in Anwendungen in den Bereichen der Mikroelektronik, der Optoelektronik, der elektromechanischen Mikrosystemen zu finden ist, beispielsweise für die Herstellung von Silizium-Substraten auf Dämmstoffen, Fotovoltaikzellen mit mehreren Verbindungen oder für die Ausarbeitung von 3D-Strukturen.
  • Nach dieser Technik werden zwei Substrate in engen Kontakt gebracht, in der Art und Wiese, dass sich ihre Oberflächen ausreichend einander nähern, um eine atomare und/oder molekulare Verbindung (hydroxyle oder kovalente Verbindung) herzustellen. Die Anwesenheit von Wasser an der Verbindungsschnittstelle erleichtert die Erstellung dieser Verbindungen. Man schafft so Haftkräfte zwischen den beiden Oberflächen in Kontakt, ohne eine Zwischenhaftschicht zu verwenden, wie eine Klebeschicht oder ein Polymer.
  • Die erhaltene Verbindung wird anschließend im Allgemeinen einer thermischen Behandlung unterzogen, hierbei kann die Temperatur zwischen 50°C und 1200°C variieren, je nach Art der Substrate und der geplanten Anwendung, um die Haftung zu stärken.
  • Die Verbindung durch die molekulare Haftung bringt in bestimmten Fällen das Auftreten von Fehlern an der Verbindungsfläche, bezeichnet als Klebefehler mit sich. Dabei kann es sich um Fehler vom Typ „Blasen” („bonding voids” im Englischen) handeln. Mängel bei Verklebungen kann zum Einfangen und Anhäufen von gashaltigen Bereichen zwischen den Oberflächen der aneinander geführten Substraten führen. Diese Flächen können den adsorbierten Flächen auf der Oberfläche der Substrate bei deren Vorbereitung vor der Montage entsprechen, sie können den Rückständen chemischer Reaktionen entsprechen, insbesondere der chemischen Reaktion mit Wasser, die während der Berührung der Substrate oder während der Aushärtung der Klebeverstärkung entstehen. Eine Beschreibung der chemischen Phänomene, die sich während der Zusammenführung durch molekulare Adhäsion entwickeln, wird beispielsweise im Artikel „Hydrophilic low-temperature direct wafer bonding" von C. Ventosa et al, Journal of Applied Physics 104, 123534 (2008) oder im Artikel „A review of hydrophilic silicon wafer bonding" von V. Masteika et al, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 3(4) Q42–Q54 (2014) beschrieben.
  • Vorhandene Mängel beim Kleben von Schnittstellen sind für die Qualität der erzeugten Struktur abträglich. Zum Beispiel wenn der Schritt des Zusammenführens von einer Phase der Verschlankung einer der beiden Substrate gefolgt ist, um eine Schicht, durch Schleifen oder der Smart CutTM-Technologie, zu bilden, fehlende Adhäsion zwischen zwei Oberflächen auf Höhe eines Klebefehlers können zum lokalen Ablösen der Schicht an dieser Stelle führen. Im Falle einer Integration von 3D-Komponenten verhindert ein Klebefehler die Herstellung des elektrischen Kontakts der auf dem einen oder anderen Substrat gebildeten Komponenten, dies macht diese Komponenten funktionsunfähig.
  • Eine geplante Lösung für die Reduzierung der Montagefehlern und insbesondere der Reduzierung von Klebefehlern, ist im Dokument US20130139946 vorgeschlagen. Dieses Dokument beschreibt eine Montageverfahren durch molekulare Adhäsion inklusive der Gaszirkulation auf den Substratoberflächen vor deren Montage.
  • Dieses Verfahren ermöglicht die Wassermoleküle, die von den Oberflächen durch Gasstromzirkulation desorbiert werden, außerhalb des Klebebereichs zu beseitigen. Diese Methode ermöglicht, laut diesem Dokument, dabei die Wassersättigung der Atmosphäre des Bereichs zu vermeiden, und die Qualität bei allen Montagen konstant aufrecht zu erhalten.
  • Jedoch ist die Anwendung dieser Methode sehr empfindlich und kann beispielsweise durch die Art der zusammengeführten Substrate und nach der Behandlung der Verstärkung, zu einer unzureichenden Adhäsion zwischen den Substraten oder zu vorhandenen Restfehlern der Verklebung führen. Es ist insbesondere darauf hinzuweisen, dass ein Gasfluss ein bedeutender Vektor für die Kontamination ist, für die insbesondere die molekulare Adhäsion sehr anfällig ist, die Partikel können Klebefehler verursachen.
  • ZIEL DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel der Erfindung ist daher, eine solide Methode anzubieten, um die Anzahl der Klebefehler bei der Zusammenführung von zwei Substraten und molekulare Adhäsion zu reduzieren oder gar vollständig zu verhindern. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist einen ausreichenden Grad der Adhäsion zwischen den zusammengeführten Substrate zu sichern.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts der Umsetzung von mindestens einem der Ziele schlägt der Gegenstand der Erfindung eine Vorgehensweise zur Zusammenführung von zwei Substraten durch molekulare Adhäsion vor, einschließlich Folgendem:
    • – einem ersten Schritt der Berührung des ersten und zweiten Substrats, um eine Einheit mit einer mit einer Verbindungsschnittstelle zu bilden.
    • – einem zweiten Schritt der Stärkung des Grads der Adhäsion der Einheit über einem Schwellenwert der Adhäsion, über dem Wasser nicht mehr in der Lage ist, sich über die Länge der Verbindungsschnittstelle zu verbreiten
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung umfasst das Verfahren:
    • – Einen Schritt der wasserlosen Behandlung des ersten und zweiten Substrats in einer Behandlungsatmosphäre mit einem Taupunkt unter –10°C; und
    • – der Kontrolle des Taupunkts in einer Betriebsatmosphäre, der das erste und das zweite Substrat ab dem Bearbeitungsschritt ohne Wasser und bis zum Ende des zweiten Schritts ausgesetzt sind, um das Auftreten von Klebefehlern an der Verbindungsschnittstelle zu begrenzen oder zu verhindern.
  • Somit verhindert man durch Kontrolle dieses Taupunkts die Verbreitung von Wasser der Atmosphäre, um die Einheit an der Verbindungsschnittstelle, und man verhindert oder begrenzt das Auftreten von Klebefehlern.
  • Gemäß weiteren vorteilhaften und nicht beschränkten Eigenschaften der Erfindung, einzeln oder zusammen genommen:
    • – die Kontrolle des Taupunkts der Betriebsatmosphäre besteht darin, die Temperatur des Taupunkts auf über –10°C während mindestens 10 Minuten ab Schritt (c) der wasserlosen Behandlung und bis zum Ende des zweiten Schritts (b) aufrechtzuerhalten.
    • – die Kontrolle des Taupunkts der Betriebsatmosphäre besteht darin, die Temperatur des Taupunkts auf unter –10°C ab Schritt (c) der wasserlosen Behandlung und bis zum Ende des zweiten Schritts (b) aufrechtzuerhalten.
    • – die Betriebsatmosphäre ist die Umgebungsatmosphäre, in der das Verfahren ausgeführt wird.
    • – Der Schritt der wasserlosen Behandlung wird in einem Sicherheitsbehälter bei Betriebsatmosphäre durchgeführt.
    • – Der zweite Schritt umfasst ein thermisches Brennen der Einheit bei einer Temperatur zwischen 50°C und 1200°C.
    • – Die Temperatur des Brennens liegt über 300°C.
    • – Das Brennen erfolgt unter neutraler Brennatmosphäre.
    • – Die Bearbeitungsatmosphäre ist statisch.
    • – Die Bearbeitungsatmosphäre verfügt über atmosphärischen Druck.
    • – Schritt (a) der Inkontaktbringung wird bei der Umgebungstemperatur durchgeführt
    • – Das Verfahren umfasst einen Schritt der Vorbereitung der hydrophilen Oberfläche des ersten und zweiten Substrats.
    • – Das Verfahren umfasst einen Schritt der Einlagerung der Einheit zwischen dem Schritt der wasserlosen Behandlung und dem zweiten Schritt.
    • – Der Schritt der wasserlosen Behandlung wird gleichzeitig mit dem ersten Schritt der Inkontaktbringung ausgeführt.
    • – Der Schritt der wasserlosen Behandlung benötigt mindestens 30 Sekunden vor der Inkontaktbringung des ersten und des zweiten Substrats.
    • – Der Schritt der wasserlosen Behandlung wird nach dem ersten Schritt (a) der Inkontaktbringung ausgeführt.
    • – Der erste Schritt der Inkontaktbringung erfolgt in einer Atmosphäre mit einem Taupunkt von über –10°.
    • – Der Schritt der wasserlosen Behandlung wird bei einer Temperatur zwischen 20°C und 150°C durchgeführt.
    • – Das erste oder das zweite Substrat besteht aus Silizium und die Temperatur der wasserlosen Behandlung des Schritts liegt zwischen 40°C und 60°C.
    • – Der Schritt der wasserlosen Behandlung dauert zwischen 1 Stunde und 100 Tagen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung ist verständlicher angesichts der folgenden Beschreibung der Umsetzungsarten, der besonderen und nicht einschränkenden der Erfindung, unter Verweis auf die Abbildungen in der Anlage, darunter die Folgenden:
  • stellt eine Beobachtung durch ein Akustikmikroskop der Verbindungsschnittstelle zweier Siliziumsubstrate dar, wobei eines mit einer Schicht Siliziumoxid von 10 nm versehen ist.
  • Die und stellen eine Beobachtung durch ein Akustikmikroskop der Verbindungsschnittstelle zweier Paare von Substraten dar, die in einer feuchten Umgebung für jeweils fünf und 60 Tage gelagert wurden.
  • Die stellt eine Beobachtung durch ein Akustikmikroskop der Verbindungsschnittstelle zweier Paare von Substraten dar, die in einer wasserlosen Umgebung für 20 Tage gelagert wurden.
  • Die ist eine grafische Darstellung, die den Abstand des Wassers zur Verbindungsschnittstelle entsprechend der Lagertemperatur anzeigt.
  • Die stellt eine erste Ausführungsform der Erfindung dar.
  • Die stellt eine Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung dar.
  • Die stellt eine zweite Ausführungsform der Erfindung dar.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf Beobachtungen, die vom Antragsteller umgesetzt und nachstehend beschrieben sind.
  • Ein unberührtes Siliziumsubstrat wurde mit einem anderen Siliziumsubstrat, mit einer feinen Siliziumoxidschicht von 10 Nanometern Stärke, verbunden. Ein Schritt dieser Inkontaktbringung der Substrate erfolgte in Reinraumatmosphäre, mit einer standardmäßigen relativen Luftfeuchte von 50% (entspricht einem Taupunkt von 9°C); gefolgt von einem Schritt der Stärkung der Adhäsion beider miteinander verbundenen Substrate, die durch den Zwischenschritt eines Brennens bei 550°C für 2 Stunden erfolgte.
  • Diese Inkontaktbringung ist besonders anfällig für das Auftreten von Klebefehlern, insbesondere aufgrund der feinen Schicht von Siliziumoxid an der Schnittstelle.
  • Am Ende dieser Schrittfolge wird die Schnittstelle der Inkontaktbringung durch ein Akustikmikroskop betrachtet. Die stellt die Ergebnisse dieser Beobachtungen dar: die schwarzen Bereiche der Betrachtungsoberfläche entsprechen den Klebefehlern, das heißt den Bereichen der Inkontaktbringung, an denen keine Adhäsion auftrat und die mit Gas gefüllt sein können. Man sieht in dieser , ebenso wie in den , und anschließend, die Kontur der aus den beiden Substraten gebildeten Einheit.
  • Anschließend wurden zwei weitere Experimentierserien durchgeführt.
  • In der ersten Serie wurden zwei Einheiten durch Inkontaktbringung von identischen Substraten gebildet, diese führten zu den Ergebnissen der . Am Ende der Inkontaktbringung wurden beide Einheiten in einer feuchten Atmosphäre (Taupunkt unter –10°C) für jeweils fünf Tage und 60 Tage gelagert. Nach Ablauf dieser Zeiträume wurde jede der Einheiten einem Brennen zur Verstärkung unterzogen, bei 550°C für 2 Stunden, anschließend wurden die Schnittstellen der Inkontaktbringung unter dem Akustikmikroskop untersucht. Diese Beobachtungen sind in den und dargestellt.
  • Man erkennt, im Vergleich zu , dass die Lagerung bei feuchter Atmosphäre zwischen der Inkontaktbringung und der Behandlung zur Verstärkung zu einer Nettoerhöhung der Anzahl an Klebefehlern und deren Dichte führt. Man erkennt ebenfalls, dass diese Erhöhung mit der Dauer der Lagerung steigt, durch die Ausbreitung der Ränder der Substrate in Richtung deren Zentrum.
  • In der zweiten Experimentierserie wurde eine Einheit durch Inkontaktbringung von identischen Substraten gebildet, dies führte zu den Ergebnissen der . Am Ende der Inkontaktbringung wurde die Einheit unter wasserloser Atmosphäre mit einem Feuchtigkeitsgehalt von unter 10 ppm (Taupunkt < –63^°C) 20 Tage gelagert. Nach Ablauf dieses Zeitraums wurde auch diese Einheit bei 550°C 2 Stunden lang zur Aushärtung gebrannt.
  • stellte die Ergebnisse der Beobachtungen unter dem Akustikmikroskop der Schnittstelle der Inkontaktbringung dieser Einheit, nach dem Brennen, dar. Man beobachtet, durch Vergleich mit und , dass die Lagerung bei wasserloser Atmosphäre zu einer Reduzierung der Anzahl der Klebefehler führt, insbesondere an den Rändern der Einheit.
  • Es wird somit durch diese Experimente und im Gegensatz zur allgemeinen Annahme, beobachtet, das Wasser nach der Inkontaktbringung der Substrate weiterhin in der Lage ist, sich zwischen der Verbindungsschnittstelle und der Umgebungsatmosphäre der Einheit zu verteilen. Somit führt eine relativ feuchte Umgebung zu einer Rückkehr von Wasser ausgehend von den Rändern der Einheit, das sich im Laufe der Zeit in Richtung Zentrum verbreitet. Umgekehrt führt eine relativ trockene Atmosphäre dazu, das Wasser über die Ränder der Einheit austritt.
  • Ergänzende Erfahrungen haben es ermöglicht, dieses Phänomen genauer zu analysieren. Daraus ging hervor, dass die Verbreitung von Wasser aus der Schnittstelle der Inkontaktbringung durch eine relativ trockene Umgebung begünstigt wird, somit ist die Einheit gegenüber der Temperatur, der sie ausgesetzt ist, empfindlich.
  • ist eine grafische Darstellung dieses Phänomens. Die Ordinatenachse besteht aus der Dimension (in Millimeter) des jährlichen gesamten Bereichs, der nach 300 Lagerstunden der Einheit in Kontakt ohne Wasser fehlerfrei bleibt, die außerdem ähnlich wie bei den vorherigen Experimenten gebrannt wurde. Diese Dimension kann der Distanz der Verbreitung von Wasser an der Schnittstelle der Inkontaktbringung während der Lagerung ähneln. Die Abszissenachse der entspricht der Lagertemperatur (in Grad Celsius).
  • Man beobachtet, dass diese Distanz um eine Lagertemperatur von 50°C ein Maximum aufweist. Die Erhöhung der Adhäsionsenergie, die durch die Exposition der Einheit gegenüber der Lagertemperatur hervorgerufen wird, stellt sich der Mobilität von Wasser entgegen und führt dazu, die Länge der Diffusion bei einer erhöhten Lagertemperatur empfindlich einzuschränken.
  • Wahl gemerkt sind die Ergebnisse, die in dieser dargestellt sind, abhängig von den besonderen Bedingungen des Experiments, die erstellt wurden (insbesondere die Oberflächenbehandlung, die der Inkontaktbringung vorausgehen, die Stärke des Siliziumoxids, das auf einer der Oberflächen des Substrats gebildet wurde etc.), sie sind aber dennoch für die Phänomene der Diffusion, die an der Schnittstelle der Inkontaktbringung entsprechend der Lagertemperatur stattfinden, repräsentativ. Insbesondere kann sich das Maximum der Länge der Diffusion, bei 50°C, wie in dieser Abbildung, verschieben. In jedem Fall existiert ein Schwellenwert des Grads der Adhäsion der Einheit, über dem man davon ausgehen kann, dass das Wasser nicht mehr in der Lage ist, sich an der Schnittstelle der Inkontaktbringung zu verteilen. Somit kann man davon ausgehen, das, wenn mindestens eines der Substrate 1, 2 aus Silizium besteht, dass dieser Schwellenwert erreicht wird, wenn die Temperatur des Brennens über 300°C liegt.
  • Die Erfindung nutzt die Phänomene, die durch die Experiments erfasst wurden, und die präsentiert werden, um ein Verbindungsverfahren durch molekulare Adhäsion auszuarbeiten, was besonders vorteilhaft ist und dessen Beschreibung detailliert folgt.
  • Unter Verweis auf die bis umfasst dieses Verbindungsverfahren, wie das, das bereits per se bekannt ist, einen ersten Schritt a) der Inkontaktbringung eines ersten Substrats 1 und eines zweiten Substrats 2, um eine Einheit 3 mit einer Verbindungsschnittstelle 4 zu bilden. Vorzugsweise, aus Gründen der Einfachheit der Umsetzung, erfolgt Schritt a) der Inkontaktbringung bei Umgebungstemperatur (das heißt zwischen 10°C und 30°C). Das eine oder das andere der Substrate 1, 2 kann aus beliebigem Material bestehen, die Erfindung weist allerdings ein besonderes Interesse daran auf, dass mindestens eines der Substrate 1, 2 aus einem Material besteht oder ein solches enthält, das chemisch mit Wasser reagiert. Wie in den vorherigen Schritten erkannt, kann diese chemische Reaktion die Ursache der Klebefehler sein, die sich an der Schnittstelle der Verbindung beider Substrate entwickeln.
  • Dies ist insbesondere der Fall bei Halbleitermaterialien wie Silizium, Germanium, Siliziumkarbid, InP, AsGa, Metalle wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium und Nickel.
  • Dies ist auch der Fall, wenn ein Material, das chemisch mit Wasser reagiert, sich unter einem anderen Material befindet, das chemisch nicht mit Wasser reagiert (wie beispielsweise Siliziumoxid oder amorphes Aluminiumoxid), das aber von Wasser übertragen werden kann, somit kann dies mit dem darüberliegenden Material reagieren.
  • Vor Schritt a) der Inkontaktbringung haben beide Substrate 1, 2 hydrophile Oberflächenbehandlungen, wie eine Reinigung, eine Aktivierung durch Plasma oder Schleifen erhalten. Das eine und/oder das andere der Substrate 1, 2 kann mit einer Zwischenschicht, wie beispielsweise Oxid oder Siliziumnitrit, versehen sein.
  • Die Vorgehensweise der Inkontaktbringung umfasst ebenfalls einen zweiten Schritt der Stärkung des Grads der Adhäsion der Einheit 3 über einen Schwellenwert der Adhäsion, über dem Wasser nicht mehr in der Lage ist, sich über die Verbindungsschnittstelle zu verbreiten.
  • Der zweite Schritt b) der Verstärkung kam eine thermische Behandlung umfassen oder einer solchen entsprechen, insbesondere einem Brennen, beispielsweise zwischen einer Temperatur von 50°C und 1200°C und deren Dauer kann sich über wenige Sekunden oder mehrere Stunden erstrecken. Das Brennen erfolgt unter neutraler Härtungsatmosphäre.
  • Der exakte Schwellenwert der Adhäsion, bei dem Wasser nicht mehr in der Lage ist, sich erwähnenswert auf der Verbindungsschnittstelle zu verbreiten, kann je nach Art der verbundenen Materialien variieren, auch in Abhängigkeit vom Grad der Feuchtigkeit der Atmosphäre um die Einheit. Jedoch kann man davon ausgehen, wenn mindestens eines der Substrate 1, 2 aus Silizium besteht, dass dieser Schwellenwert erreicht wird, wenn die Temperatur des Brennens über 300°C liegt. Die jeweilige Fachkraft kann den Wert dieses Schwellenwerts für andere Materialien, beispielsweise ausgehend von ähnlichen Experimenten, wie sie eingangs erwähnt wurden, mit Leichtigkeit festlegen.
  • Laut der Erfindung umfasst das Verbindungsverfahren ebenfalls einen Schritt c) der wasserlosen Behandlung des ersten Substrats 1 und des zweiten Substrats 2 in einer Bearbeitungsatmosphäre, die einen Taupunkt von unter –10°C aufweist. Diesem Schritt c) geht Schritt b) der Verstärkung des Grades der Adhäsion voraus.
  • Man erinnere sich daran, dass die Temperatur des Taupunkts als die geringste Temperatur definiert ist, bei der Gas einfließen kann, ohne dass sich durch Sättigung flüssiges Wasser bildet. Es handelt sich um eine traditionelle und zuverlässige Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Gas.
  • Die wasserlose Behandlung der Erfindung wird daher in einer besonders trockenen Atmosphäre umgesetzt, die es ermöglicht, die Menge von Wasser an der Verbindungsschnittstelle einzuschränken oder zu senken. Somit kann der Taupunkt der wasserlosen Behandlung unter –10°C oder unter –50°C oder gar unter –85°C gewählt werden.
  • Um die Entwicklung von Klebefehlern einzuschränken und somit einen zufriedenstellenden Grad an Adhäsion zu erreichen, sieht die Erfindung ebenfalls vor, dass der Taupunkt der Betriebsatmosphäre, der die beiden Substrate 1, 2 ausgesetzt sind, ab Schritt c) der wasserlosen Behandlung und bis zum Ende des zweiten Schritts b) der Verstärkung des Grades de Adhäsion kontrolliert wird.
  • Unter Kontrolle versteht man, dass dieser Taupunkt ausreichend gering gehalten wird, und zwar während der Dauer zwischen dem Ende von Schritt c) der wasserlosen Behandlung und dem zweiten Schritt b) der Verstärkung des Grades der Adhäsion, um zu verhindern, dass sich Wasser aus der Betriebsatmosphäre zwischen der Verbindungsschnittstelle verteilt und so zu Klebefehlern oder deren Entwicklung führt. Gleichzeitig kann diese Taupunktatmosphäre so angepasst werden, dass die Schnittstelle der Bindung ausreichend Wasser aufweist, um einen ausreichenden Grad der Adhäsion zwischen den beiden Substraten 1, 2 zu entwickeln. Die Art dieser Kontrolle wird für jede Art der Umsetzung der Erfindung detailliert angegeben, diese sind nachstehend beschrieben.
  • Eine erste Art der Umsetzung der Erfindung ist in dargestellt. In dieser ersten Art geht der Schritt c) der wasserlosen Behandlung dem ersten Schritt a) der Inkontaktbringung des ersten und zweiten Substrats voraus oder wird gleichzeitig ausgeführt.
  • Dies kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Gemäß einer ersten Ausführungsart, die außerdem in jeder Art der Umsetzung der Erfindung durchgeführt werden kann, ist die Betriebsatmosphäre die Umgebungsatmosphäre, in der das Verfahren der Inkontaktbringung abläuft (im Allgemeinen bezeichnet als Reinraum). Diese Atmosphäre wird auf einer Taupunkttemperatur von unter –10°C gehalten. Somit erfolgt die Gesamtheit der Schritte und der Behandlungen, die das Verfahren darstellen, und insbesondere der Schritt a) der Inkontaktbringung in einer besonders trockenen Atmosphäre, wobei eine kontrollierte Menge Wasser auf der Oberfläche der Substrate und der Bindungsschnittstelle erhalten wird.
  • Im Bereich der Mikroelektronik und der Inkontaktbringung von Substraten ist es üblich, eine relative Luftfeuchte der Arbeitsumgebung zwischen 30 und 50% zu erhalten (dies entspricht einer Taupunkttemperatur zwischen 3°C und 9°C). Es gibt jedoch Bereiche, wie der Bereich der Herstellung von Batterien, in denen die Arbeitsatmosphäre eine Taupunkttemperatur von üblicherweise unter –10°C aufweist. Diese Art der Umsetzung der wasserlosen Behandlung der Erfindung kann dazu führen, dass relativ wichtige Mittel benötigt werden, hat jedoch den Vorteil, dass gleichermaßen die Kontrolle der Taupunkttemperatur der Arbeitsatmosphäre ab Schritt c) der wasserlosen Behandlung und bis zum Ende des zweiten Schritts b) gewährleistet ist.
  • In diesem Fall besteht die Kontrolle der Taupunkttemperatur der Arbeitsatmosphäre darin, die Einheit 3 in der Atmosphäre des Arbeitsraumes auf einer Taupunkttemperatur von unter –10°C zu halten, dies gilt für die gesamte Dauer. Entsprechend der Abfolge der Schritte im Rahmen des Verfahrens kann diese Dauer 1 Stunde oder gar 100 Tage betragen.
  • Gemäß einer zweiten Art der Anwendung von Schritt c) dargestellt in , wird die wasserlose Behandlung gleichzeitig mit dem ersten Schritt a) der Inkontaktbringung ausgeführt. Die Schritte c) und a) können ebenfalls in einem Sicherheitsbehälter 5 bei Behandlungsatmosphäre ausgeführt werden. Der Sicherheitsbehälter 5 kann ein Raum mit Ausstattung für die Inkontaktbringung sein, in dem sich Schritt a) der Inkontaktbringung abspielt.
  • Der Behälter 5 oder der Raum wird daher durch geeignete Mittel auf einer Taupunkttemperatur von unter –10°C gehalten. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine Einheit 6 zur Reinigung von Gas handeln, das in den Behälter oder den Raum eintritt. Das Gas, das die Behandlungsatmosphäre bildet, zirkuliert vor seinem Eintritt in den Behälter oder den Raum in der Reinigungsanlage über ein Molekularsieb 7, beispielsweise aus Kupfer, das mit Wasser aus der Atmosphäre gefüllt wird, um ein besonders trockenes Gas zu erzeugen, dessen Taupunkttemperatur wird dabei kontrolliert.
  • Wenn das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 in den Sicherheitsbehälter 5 oder den Verbindungsraum eingebracht werden, werden beide der Schutzatmosphäre ausgesetzt, die eine Taupunkttemperatur von unter –10°C aufweist. Diese Exposition stellt somit Schritt c) der wasserlosen Behandlung der Erfindung dar.
  • Vorzugsweise und aus Gründen der Einfachheit der Umsetzung weist die Sicherheitsatmosphäre der wasserlosen Behandlung atmosphärischem Druck auf. Außerdem kann die Sicherheitsatmosphäre der Behandlung statisch sein, das heißt dass diese Atmosphäre nicht in Form eines Stroms im Raum zirkuliert. Somit verhindert man, die Oberflächen vor deren Inkontaktbringung mit Partikeln zu verunreinigen.
  • Vorteilhafterweise weist die Exposition der Oberfläche der Substrate bei Schutzatmosphäre der wasserlosen Behandlung eine Dauer von mindestens 30 Sekunden vor der Inkontaktbringung des ersten und des zweiten Substrats auf. Somit wird sichergestellt, dass die Wassermenge an der Schnittfläche dieser Substrate 1, 2 im gewünschten Gleichgewicht liegt. Aus demselben Grund ist es möglich, die Sicherheitsatmosphäre der wasserlosen Behandlung zu erhitzen, beispielsweise auf zwischen 20 und 150°C. Der Schritt der Inkontaktbringung kann in derselben Schutzumgebung durchgeführt werden.
  • Am Ende dieser Schritte, unabhängig von der Art, wie diese in Schritt c) der wasserlosen Behandlungen in der ersten Art der Umsetzung angewendet werden, verfügt man über die Einheit 3, die aus der Inkontaktbringung des ersten Substrats 1 und des zweiten Substrats 2 gebildet wurde, und eine kontrollierte Wassermenge an der Schnittstelle der Inkontaktbringung 4 aufweist.
  • Wie bereits oben erkannt wurde, ist dieser erste Schritt a) gefolgt von einem zweiten Schritt b) der Stärkung des Grads der Adhäsion der Einheit über einem Schwellenwert der Adhäsion, über dem Wasser nicht mehr in der Lage ist, sich über die Verbindungsschnittstelle zu verbreiten.
  • Um diese reduzierte Wassermenge an der Verbindungsschnittstelle 4 auf einem Niveau zu erhalten, dass das Auftreten oder die Entwicklung von Klebefehlern eingeschränkt, wird die Taupunkttemperatur der Arbeitsatmosphäre, der die Einheit 3 ausgesetzt ist, zwischen diesen beiden Schritten kontrolliert.
  • Wie bereits oben erkannt wurde, wird diese Kontrolle durchgeführt, wenn die Atmosphäre des Raumes, in dem das Verfahren stattfindet, auf einer Taupunkttemperatur von beispielsweise unter –10°C gehalten wird.
  • Als Alternative und insbesondere wenn Schritt c) der wasserlosen Behandlung im Inneren eines Sicherheitsbehälters durchgeführt wird, wird das Bindungsverfahren so durchgeführt, dass die Einheit 3 keiner Atmosphäre und nicht länger als 10 Minuten ausgesetzt wird, die eine Taupunkttemperatur von über –10°C beträgt. Mit anderen Worten, die Kontrolle des Taupunkts der Betriebsatmosphäre besteht darin, die Temperatur des Taupunkts auf einer Temperatur über –10°C während mindestens 10 Minuten ab Schritt (c) der wasserlosen Behandlung und bis zum Ende des zweiten Schritts (b) zu erhalten.
  • Die Erfahrung hat gezeigt, dass man bei einer Exposition gegenüber einer Taupunkttemperatur von über –10°C während eines Zeitraums von maximal 10 Minuten, die Verbreitung von Wasser an der Verbindungsschnittstelle einschränken und somit die Qualität der Verbindung erhalten kann, insbesondere im Vergleich zu Standardverbindungen.
  • Dies kann bei der Abfolge des Verfahrens eingesetzt werden, für das der Beginn des zweiten Schritts b) innerhalb von weniger als 10 Minuten nach Entnahme der Einheit 3 aus dem Sicherheitsbehälter umgesetzt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Art der Umsetzung, entspricht Schritt b) einem Brennvorgang und das Gas, das sich in der Brennatmosphäre bildet, weist eine Taupunkttemperaturen von unter –10°C auf. Somit wird sichergestellt, dass während der ersten Sekunden dieses Brennens zur Verstärkung, auch wenn der Grad der Adhäsion noch nicht den Schwellenwert erreicht hat, das Wasser, das im Brenngas vorhanden ist, sich nicht auf der Schnittstelle der Inkontaktbringung verbreiten kann.
  • Wenn das Gas, das im Brennofen zirkuliert, nicht trocken ist (das heißt eine Taupunkttemperatur von über –10°C aufweist), wird sichergestellt, dass die Dauer der Exposition zwischen dem Ende von Schritt c) der wasserlosen Behandlung und dem Beginn des zweiten Schritts, kumuliert während der Dauer des Brennens, das notwendig ist, um den Schwellenwert der Adhäsion zu erreichen, deutlich unter 10 Minuten liegt.
  • Im Falle, dass es nicht möglich ist, systematisch Schritt c) der wasserlosen Behandlung und den zweiten Schritt b) innerhalb von weniger als 10 Minuten hintereinander auszuführen, sieht die Erfindung vor, die Einheit 3 in einem Bereich zwischenzulagern, etwa eine, Trockenschrank, der eine Taupunktatmosphäre von unter –10°C aufweist. Dieser Zwischenlagerung kann von beliebiger Dauer sein, beispielsweise von 1 Stunde bis zu 100 Tagen oder mehr, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass überschüssiges Wasser in die Verbindungsschnittstelle eindringt und die Qualität der Verbindung beeinträchtigt.
  • Diese Zwischenlagerung kann ebenfalls in einer Atmosphäre mit einer Taupunkttemperatur von weniger als –10°C, wie beispielsweise –30°C oder –80°C erfolgen, und möglicherweise bei einer Temperatur von beispielsweise 20°C bis 150°C. Diese Bestimmungen ermöglichen, die Qualität der Verbindung weiter zu verbessern.
  • Gemäß einer zweiten Art der Umsetzung der Erfindung, dargestellt in , wird Schritt c) der wasserlosen Behandlung nach dem ersten Schritt a) der Inkontaktbringung der beiden Substrate 1, 2 ausgeführt. Die Erfindung nutzt somit die Beobachtung, laut der Wasser in der Lage ist, sich von der Schnittstelle der Inkontaktbringung 4 der Einheit 3 nach außen zu verbreiten, um die Wassermenge an dieser Schnittstelle zu kontrollieren.
  • In diesem Fall kann der erste Schritt a) der Inkontaktbringung in einer Atmosphäre mit einer Taupunkttemperatur von über –10° erfolgen. Somit ist es nicht notwendig, Schritt a) in einer Sicherheitsumgebung auszuführen, wie in einem Raum und/oder die Verbindungsausstattung mit einer Reinigungsanlage auszurüsten. Dies ist somit besonders vorteilhaft.
  • Außerdem kann ein Großteil des Verfahrens der Inkontaktbringung in einer beliebigen Atmosphäre stattfinden, in dem Maße, in dem man vorsieht, dass Schritt c) der wasserlosen Behandlung vor dem zweiten Schritt b) stattfindet und in dem Maße, dass die Arbeitsatmosphäre zwischen Schritt c) der wasserlosen Behandlung und dem Ende des zweiten Schritts b) kontrolliert wird.
  • Somit kann man die Einheit 3 für einen beliebigen Zeitraum unter beliebiger Atmosphäre zwischen dem ersten Schritt a) der Inkontaktbringung und dem Schritt c) der wasserlosen Behandlung lagern.
  • In dieser zweiten Art der Umsetzung weist die Einheit 3, die aus der Verbindung des ersten Substrats 1 und des zweiten Substrats 2 am Ende des ersten Schritts a) erhalten wurde, eine Wassermenge am ihrer Verbindungsschnittstelle 4 auf, die nicht kontrolliert ist.
  • Um die Qualität der Verbindung zu verbessern, insbesondere in Bezug auf Klebefehler, wird die Einheit einer wasserlosen Behandlung im Rahmen eines Schritts c) unterzogen, dieser weist eine Taupunkttemperatur von unter –10°C auf, beispielsweise –30°C oder gar –80°C.
  • Vorzugsweise wird diese Behandlung in einem Trockenschrank durchgeführt, der es ermöglichte die Einheit 3 auf zwischen 20°C und 150°C zu erhitzen, um die Verteilung von Wasser und insbesondere von der Verbindungsschnittstelle 4 nach außen hin zu begünstigen.
  • Sowie bei der Art der Umsetzung, die oben beschriebenen wurde, und um eine Taupunkttemperatur von unter –10°C sicherzustellen, kann der Trockenschrank an eine Reinigungsanlage für seine Atmosphäre angeschlossen werden, dies wiederum ermöglicht, ein trockenes Gas im Behälter zirkulieren zu lassen, das eine Taupunkttemperatur von unter –10°C aufweist.
  • Die Dauer der wasserlosen Behandlung kann an die Bedingungen angepasst werden. Wenn man beispielsweise wünscht, dass sich alles überschüssige Wasser an der Verbindungsschnittstelle 4 (über die gesamte Fläche der Oberflächen in Kontakt) verteilt, wird diese Dauer also an die Dimension der Substrate 1, 2 angepasst.
  • Ebenso wird die Dauer dieser wasserlosen Behandlung, für kreisförmige Substrate 1, 2 von Silizium, wenn die Einheit 3 auf 50°C erhitzt und einer Taupunkttemperatur von –50°C während dieser Behandlung unterzogen wird, durch folgende Tabelle festgelegt:
    Durchmesser der Substrate 1, 2 in mm Dauer der Behandlung in Tagen
    50 2,6
    100 11
    150 24
    200 43
    300 97
  • Man stellt fest, dass die oben angegebenen experimentellen Werte den Durchschnittswerten entsprechen und angepasst werden können, insbesondere gemäß der Wassermenge, die an der Verbindungsschnittstelle vor der wasserlosen Behandlung vorhanden ist.
  • Unter anderen Umständen kann es notwendig sein, zu versuchen, das Wasser über die gesamte Verbindungsschnittstelle 4 zu verteilen und eine Verteilung über eine reduzierte Peripheriedistanz kann ausreichend sein. In diesem Fall kann man die Dauer der wasserlosen Behandlung, wie sie in der oben stehenden Tabelle angegeben ist, verkürzen.
  • Der zweite Schritt b) der Verstärkung des Grades der Adhäsion des Verbindungsverfahrens, wird im Anschluss an Schritt c) der wasserlosen Behandlung durchgeführt. Gemäß einer bevorzugten Art der Umsetzung, weist das Gas des Brennens eine Taupunkttemperaturen von unter –10°C auf. Somit wird sichergestellt, dass während der ersten Sekunden dieses Brennens zur Verstärkung, auch wenn die Adhäsionsenergie noch nicht den Schwellenwert erreicht hat, das Wasser, das im Brenngas vorhanden ist, sich nicht übermäßig auf der Schnittstelle der Inkontaktbringung verbreiten kann.
  • Wie in der ersten Art der Umsetzung wird die Arbeitsatmosphäre, der die Einheit 4 zwischen dem Schritt c) der wasserlosen Behandlung und dem zweiten Schritt b) ausgesetzt ist, kontrolliert. Dieselben Mittel, wie sie im Rahmen der ersten Art der Umsetzung beschrieben wurden, gelten auch für diese zweite Art der Umsetzung und müssen somit nicht wiederholt werden.
  • Beispiel 1
  • Zwei Siliziumsubstrate <001> mit einem Durchmesser von 200 mm und dem Widerstand p zwischen 1 und 50 Ohm/cm werden durch eine mit Ozon versetzte Wasserlösung, mit 40 mg/l Ozon, mit einer APM-Lösung (Ammonium-Peroxid-Gemisch) mit einer Konzentration aus Ammoniak, sauerstoffhaltigem Wasser und entionisiertem Wasser von je 0,25/1/5 gereinigt. Anschließend werden beide Platten getrocknet und in einen Verbindungsraum verbracht, in der eine Umgebungstemperatur und eine Stickstoffatmosphäre mit einer Taupunkttemperatur von unter –85°C herrscht. Nach 1 Minute Wartezeit werden beide Oberflächen miteinander verbunden und die Einheit aus dem Raum genommen. Mindestens 10 Minuten später wird die Einheit in einen Rohrofen unter Stickstoff platziert, mit einem Stickstoffgehalt des Wassers von mindestens 100 ppb (–90°C Taupunkttemperatur). Unabhängig von der Temperatur des Brennens, das im Anschluss bei zwischen 50°C und 1200°C erfolgt, weist die Klebeverbindung keinerlei Klebefehler auf. Außerdem ist der Grad der Adhäsion zwischen beiden Substrate ausreichend, um mit der mechanische Verschlankung von einem der beiden fortzufahren.
  • Beispiel 2
  • Zwei Substrate, identisch mit denen aus Beispiel 1, werden ebenfalls identisch mit diesem Beispiel vorbereitet. Nach dem Trocknen werden beide Substrate vorübergehend bei Umgebungstemperatur miteinander verbunden. Anschließend wird die Einheit, die durch diese beiden verbundenen Substrate gebildet wird, in einen Reinraum positioniert, der Luft mit einer Taupunkttemperatur von unter –40°C aufweist oder in einem Behälter mit Stickstoffatmosphäre und einer Taupunkttemperatur von unter –85°C. Die beiden Substrate werden voneinander gelöst und ihre Oberflächen dieser wasserlosen Atmosphäre ausgesetzt. Nach 1 Minute Wartezeit werden beide Substrate bei Umgebungstemperatur miteinander verbunden und verlassen den Reinraum oder den Behälter. Mindestens 10 Minuten später wird die Einheit in einen Rohrofen unter Stickstoff platziert, mit einem Stickstoffgehalt des Wassers von mindestens 100 ppb (–90°C Taupunkttemperatur). Vor dem Anstieg der Temperaturen bleibt sie 10 Minuten unter dieser Atmosphäre. Unabhängig von der Temperatur des Brennens, das im Anschluss bei zwischen 50°C und 1200°C erfolgt, weist die Klebeverbindung keinerlei Klebefehler auf. Außerdem ist der Grad der Adhäsion zwischen beiden Substrate ausreichend, um mit der mechanische Verschlankung von einem der beiden fortzufahren.
  • Beispiel 3
  • In einem Reinraum, der Luft mit einer Taupunkttemperatur von unter –40° enthält, werden zwei Siliziumsubstrate <001> von 200 mm Durchmesser, einem Widerstand p zwischen 1 und 50 Ohm/cm identisch mit Beispiel 1 gereinigt. Nach dem Trocknen werden beide Substrate bei Umgebungstemperatur miteinander verbunden. Ohne den trockenen Reinraum zu verlassen, wird die Einheit in einen Rohrofen unter Stickstoff platziert, mit einem Stickstoffgehalt des Wassers von mindestens 100 ppb (–90°C Taupunkttemperatur). Vor dem Anstieg der Temperaturen bleibt sie 10 Minuten unter dieser Atmosphäre. Unabhängig von der Temperatur des Brennens, das im Anschluss bei zwischen 20°C und 1200°C erfolgt, weist die Klebeverbindung keinerlei Klebefehler auf. Außerdem ist der Grad der Adhäsion zwischen beiden Substrate ausreichend, um mit der mechanische Verschlankung von einem der beiden fortzufahren.
  • Beispiel 4
  • Zwei Substrate, identisch mit denen aus Beispiel 1, werden ebenfalls identisch mit diesem Beispiel vorbereitet. Nach dem Trocknen werden beide Substrate miteinander verbunden. Anschließend werden die Substrate in einem Reinraum, der Luft mit einer Taupunkttemperatur von unter –40°C enthält, voneinander gelöst und 1 Minute lang der Atmosphäre dieses Reinraums ausgesetzt. Anschließend werden sie bei Umgebungstemperatur wieder miteinander verbunden. Ohne den trockenen Reinraum zu verlassen, wird die Einheit, die aus den zwei miteinander verbundenen Substraten gebildet wird, in einen Rohrofen unter Stickstoff platziert, mit einem Stickstoffgehalt des Wassers von mindestens 100 ppb (–90°C Taupunkttemperatur). Vor dem Anstieg der Temperaturen bleibt sie 10 Minuten unter dieser Atmosphäre. Unabhängig von der Temperatur des Brennens, das im Anschluss bei zwischen 20°C und 1200°C erfolgt, weist die Klebeverbindung keinerlei Klebefehler auf. Außerdem ist der Grad der Adhäsion zwischen beiden Substrate ausreichend, um mit der mechanische Verschlankung von einem der beiden fortzufahren.
  • Beispiel 5
  • Zwei Siliziumsubstrate <001> mit 200 mm im Durchmesser, ähnlich und identisch vorbereitet, wie die beiden vorherigen Beispiele, werden in einer Klebeanlage miteinander verbunden, die keinen Sicherheitsbehälter aufweist. Sie werden unter einer Atmosphäre mit einer standardmäßigen Taupunkttemperatur von 9°C (entspricht einer relativen Luftfeuchte von 50%) und bei Umgebungstemperatur verbunden. Die verbundenen Substrate werden anschließend in einem Trockenschrank platziert, in dem neutrales Stickstoffgas bei einer Temperatur von 50°C zirkuliert, das neutrale Gas weist eine Taupunkttemperatur von –80°C auf, die Einheit verbleibt hier 43 Tage. Die Klebeverbindung wird anschließend direkt in einen Rohrofen unter Stickstoff platziert, der weniger als 100 ppb Wasser aufweist, (Taupunkt –90°C). Unabhängig von der Temperatur des Brennens, das im Anschluss bei zwischen 300°C und 1200°C erfolgt, weist die Klebeverbindung nach dieser thermischen Behandlung keinerlei Klebefehler auf. Außerdem ist der Grad der Adhäsion zwischen beiden Substrate ausreichend, um mit der mechanische Verschlankung von einem der beiden fortzufahren.
  • Beispiel 6
  • Siliziumsubstrate <001> mit einem Durchmesser von 200 mm werden identisch zum vorherigen Beispiel vorbereitet. Die verbundenen Substrate werden anschließend in einem trocken Schrank platziert, indem neutrales Stickstoffgas bei einer Temperatur von 50°C zirkuliert, das neutrale Gas weist eine Taupunkttemperatur von –80°C auf, die Einheit verbleibt hier 43 Tage. Am Ende dieses Zeitraums wird ein Brennen direkt im Trockenschrank der Lagerung durchgeführt, somit also ohne die Platten einen Rohrofen zu übertragen. Ebenso wie in den vorherigen Beispielen weist die Klebeverbindung am Ende dieses Brennvorgangs keinerlei Klebefehler auf. Außerdem ist der Grad der Adhäsion zwischen beiden Substrate ausreichend, um mit der mechanische Verschlankung von einem der beiden fortzufahren.
  • Diese Erfindung ist wohlgemerkt nicht auf die beschriebenen Arten der Umsetzung beschränkt und man kann Abwandlungen umsetzen, ohne den Rahmen der Erfindung, wie er in diesen Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
  • Die Erfindung ist von besonderem Interesse für alle Verbindungen von Substraten, die zu einer großen Anzahl an Klebefehlern führen, wie die Verbindung von Substraten mit einer sehr dünnen dämmenden Zwischenschicht (kleiner 50 Nanometer), die direkte Verbindung von heterogenen III-V-Materialien, mit dem Ziel, Verbindungen zu schaffen (wie die Verbindungen einer Fotovoltaikzelle), die Verbindung von Substraten, die Schritten einer intensiven Aktivierung der Oberfläche unterzogen wurden (wie eine Plasmaaktivierung oder eine Aktivierung durch Gleitschleifen).
  • Die Erfindung ist ebenfalls von Interesse in der Verbindung von Substraten, die üblicherweise nicht zu Klebefehlern führen, außer in einem am Rand der Platten lokalisierten Bereich. Diese Konfiguration kann einer Ansammlung von Wasser an dieser Stelle aufgrund der Ausbreitung der Kleberwelle zugeschrieben werden, wie dies beispielsweise in Dokument WO2013160841 beschrieben ist. Die Erfindung und insbesondere die Zwischenlagerung in einer wasserlosen Umgebung, ermöglichen in diesem Fall diese Ansammlung von Wasser zu verhindern und die Fehler, die sich infolgedessen dort bilden können, zu vermeiden.
  • Obwohl in der Beschreibung dieser Erfindung Beispiele anhand von Siliziumplatten aufgrund der Einfachheit der Beschaffung und der Experimente gegeben wurden, ist die Erfindung keineswegs auf diese Materialien beschränkt. Außerdem kann das eine oder das andere Substrat eine Beschichtung der Oberfläche, die als Dämmstoff dient, aufweisen. Das eine oder das andere der Substrate kann mikroelektronische Komponenten oder einfache Plots der metallischen Verbindung enthalten. Obwohl der Schritt b) der Verstärkung des Grades der Adhäsion einfach durch den Zwischenschritt eines Brennens erfolgen kann, wie dies in diesem Antrag präzisiert wurde, können ebenfalls andere Behandlungen (insbesondere thermische) für diese Verstärkung umgesetzt werden. Es kann sich beispielsweise um eine Behandlung mit Mikrowellen oder Laser handeln.
  • Dem Verfahren der Inkontaktbringung der Erfindung kam ein Schritt der Verschlankung eines der beiden Substrate 1, 2 durch Abrieb, Schleifen oder chemisches Ätzen folgen. Es kann sich hierbei auch um einen Schritt der Abspaltung eines Teils eines der beiden Substrate 1, 2 entlang einer fragilen Ebene handeln, die var der Verbindung gebildet wurde, beispielsweise mit der Technologie Smart CutTM.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20130139946 [0007]
    • WO 2013160841 [0092]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • „Hydrophilic low-temperature direct wafer bonding” von C. Ventosa et al, Journal of Applied Physics 104, 123534 (2008) [0005]
    • „A review of hydrophilic silicon wafer bonding” von V. Masteika et al, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 3(4) Q42–Q54 (2014) [0005]

Claims (15)

  1. Das Verfahren der Verbindung von zwei Substraten durch molekulare Adhäsion, das Folgendes umfasst: – einen ersten Schritt (1) der Berührung des ersten und zweiten Substrats (2), um eine Einheit (3) mit einer Verbindungsschnittstelle (4) zu bilden. – einen zweiten Schritt (b) der Stärkung des Grads der Adhäsion der Einheit (3) über einem Schwellenwert der Adhäsion, über dem Wasser nicht mehr in der Lage ist, sich über die Länge der Verbindungsschnittstelle (4) zu verbreiten; das so gekennzeichnete Verfahren umfasst: – Einen Schritt (3) der wasserlosen Bearbeitung des ersten und zweiten Substrats (1, 2) in einer Behandlungsatmosphäre mit einem Taupunkt unter –10°C; und – der Kontrolle des Taupunkts in einer Betriebsatmosphäre, der das erste und das zweite Substrat (1, 2) ab dem Bearbeitungsschritt (c) ohne Wasser und bis zum Ende des zweiten Schritts (b) ausgesetzt sind, um das Auftreten von Klebefehlern an der Verbindungsschnittstelle zu begrenzen oder zu verhindern.
  2. Verfahren zur Verbindung gemäß Anspruch 1, in dem die die Kontrolle des Taupunkts der Betriebsatmosphäre darin besteht, die Temperatur des Taupunkts auf über –10°C während mindestens 10 Minuten ab Schritt (c) der wasserlosen Behandlung und bis zum Ende des zweiten Schritts (b) aufrechtzuerhalten.
  3. Verfahren zur Verbindung gemäß Anspruch 1 oder 2, indem die die Kontrolle des Taupunkts der Betriebsatmosphäre darin besteht, die Temperatur des Taupunkts auf unter –10°C ab Schritt (c) der wasserlosen Behandlung und bis zum Ende des zweiten Schritts (b) aufrechtzuerhalten.
  4. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, in dem der zweite Schritt ein thermisches Brennen der Einheit (3) bei einer Temperatur zwischen 50 und 1020°C umfasst.
  5. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, in dem die Atmosphäre der Behandlung statisch ist.
  6. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, in dem die Atmosphäre unter atmosphärischem Druck steht.
  7. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, in dem der Schritt (a) der Inkontaktbringung bei Umgebungstemperatur ausgeführt wird.
  8. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, einschließlich eines vorherigen Schritts zur Vorbereitung der hydrophilen Oberfläche des ersten und des zweiten Substrats (1, 2).
  9. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, das einen Schritt der Einlagerung der Einheit (3) zwischen dem Schritt (c) der wasserlosen Behandlung und dem zweiten Schritt (b) umfasst.
  10. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, dem der Schritt (c) der wasserlosen Bearbeitung vorausgeht oder in dem diese gleichzeitig mit dem ersten Schritt (a) der Inkontaktbringung ausgeführt wird.
  11. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, in dem die Dauer der wasserlosen Behandlung eine Dauer von mindestens 30 Sekunden vor der Inkontaktbringung des ersten und des zweiten Substrats (1, 2) aufweist.
  12. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der der genannten Ansprüche 1 bis 9, in dem der Schritt (c) der wasserlosen Behandlung nach dem ersten Schritt (a) der Inkontaktbringung ausgeführt wird.
  13. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, in dem der erste Schritt (a) der Inkontaktbringung in einer Atmosphäre mit einem Taupunkt von über –10° stattfindet.
  14. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche 12 oder 13, in dem der Schritt (c) der wasserlosen Behandlung bei einer Temperatur von zwischen 20°C und 150°C durchgeführt wird.
  15. Verfahren zur Verbindung gemäß einem der vorher genannten Ansprüche, in dem das erste oder das zweite Substrat (1, 2) aus Silizium besteht und die Temperatur der wasserlosen Behandlung des Schritts (c) zwischen 40°C und 60°C liegt.
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