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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Mikrofertigung
und integrierte Schaltungstechniken und insbesondere ein System
und ein Verfahren zum Verbinden und Abdichten von zwei Wafern in
eine einzige Anordnung, um eine Vakuumkammer innerhalb der Anordnung
zu erzeugen.
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VERWANDTE
TECHNIK
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Die
japanische Patentzusammenfassung Band 0008, Nr. 200 (E-266), 13.
September 1984 und
JP
590 88 864 A (MATSUSHITA DENKI SANGYO KK), 22. Mai 1984
beschreibt ein Mikrobearbeitungssystem, das zwei Substrate, auf
denen Elektroden angeordnet sind, aufweist, wobei ein Lötdamm am Rand
der Elektroden gebildet ist, um eine hermetisch abgedichtete Verbindung
zwischen den Substraten zu schaffen. Die Bildung einer mechanischen
Verbindung und einer elektrischen Verbindung zwischen den Elektroden
erfordert, daß die
Vorrichtung auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Lötmittel
der Elektroden schmilzt. Das bewirkt zusätzlich, daß das Lötmittel des Metalldamms schmilzt,
was zu einem Verlust der mechanischen Unversehrtheit führen kann.
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Die
japanische Patentzusammenfassung Band 1999, Nr. 07, 31. März 1999,
JP 09 186199 A (LUCENT
TECHNOL INC), 15. Juli 1997 und
US 5 918 794 A 6. Juli 1999 beschreibt aneinanderpassende
mehrschichtige Kontaktanordnungen, die durch Thermokompressionskontaktieren
miteinander verbunden sind. Dieses Dokument offenbart Palladium als
Ersatz für
Gold in Schichten von mehrschichtigen Kontaktanordnungen. Wenn die
Kontakte durch Verbinden der mehrschichtigen Kontaktanordnungen gebildet
werden, verbleiben die Palladiumschichten am Ende in der Mitte der
Kontakte.
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In
vielen Situationen kann es wünschenswert sein,
eine Vakuumkammer oder einen evakuierten Hohlraum innerhalb einer
mikrogefertigten Vorrichtung zu bilden. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein,
rund um komplementäre
Metalloxidhalbleiter-Komponenten (CMOS- Halbleiter), die innerhalb der Vorrichtung
angeordnet sind, einen Unterdruck zu erzeugen, um die Leistung der
CMOS-Komponenten zu erhöhen.
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Um
den Unterdruck zu erzeugen, wird zunächst eine Vorrichtung gebaut
die eine Kammer oder einen Hohlraum aufweist. Die Kammer wird dann
evakuiert und abgedichtet, so daß die Kammer evakuiert bleibt.
Der Vorgang des Evakuierens und Abdichtens der Kammer kann jedoch
schwierig sein, insbesondere wenn die Vorrichtung mikrogefertigt
ist. Wie Fachleute verstehen werden, macht es der kleine Maßstab der
mikrogefertigten Vorrichtung schwierig, eine Öffnung zur Kammer angemessen
zu erzeugen, zu evakuieren und abzudichten. In dieser Hinsicht ist
es bei vielen Anwendungen typischerweise wünschenswert, einen Unterdruck
von mindestens 10–6 Torr zu erzeugen.
Aufgrund der Schwierigkeit des Bildens und Abdichtens eines Unterdrucks
innerhalb von feinbearbeiteten Vorrichtungen sind die meisten Mikrofertigungsverfahren
zum Bilden und Abdichten von Vakuumkammern entweder unerschwinglich
oder unzulänglich
zum Bilden und Aufrechterhalten von Unterdrücken auf wünschenswerten Niveaus.
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Somit
besteht in der Branche ein bisher nicht angegangener Bedarf für die Bereitstellung
eines Systems und eines Verfahrens zum wirtschaftlichen Koppeln
und Abdichten von Wafern, insbesondere wenn die Wafer unter Verwendung
von Mikrofertigungsverfahren hergestellt und/oder bearbeitet werden,
um eine einzige Struktur zu bilden, während darin eine Vakuumkammer
erzeugt wird.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die oben erläuterten
Unzulänglichkeiten
und Mängel
des Stands der Technik. Kurz erklärt schafft die vorliegende
Erfindung ein System nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch
5 zum wirtschaftlichen Verbinden und Abdichten von zwei Wafern,
um eine einzelne Anordnung zu bilden, während darin eine Vakuumkammer
erzeugt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein erster Wafer, der einen Palladium (Pd)-Kontakt
aufweist, mit Silicium (Si), das an einem zweiten Wafer angeordnet
ist, gekoppelt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer wird eine
Dichtung gebildet. Während
des Verbindungsvorgangs verschmelzen Abschnitte des Dichtung und
eines der Wafer, der an der Dichtung angelegt ist, miteinander.
Daher verfestigt sich der angeschmolzene Abschnitt der Dichtung beim
Abkühlen
der Wafer; um eine ausgehärtete
Abdichtung zwischen den Wafern zu bilden.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst die Dichtung
Gold (Au), und eine Schicht aus Germanium (Ge) ist an einem der
Wafer gebildet. Die Dichtung ist dafür geeignet, sich an die Germaniumschicht
anzulegen, und während
des Verbindungsvorgangs bilden das Germanium und das Gold ein Eutektikum,
das die Dichtung und einen der Wafer miteinander verschmilzt.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Temperaturen
beim Verbindungsvorgang verträglich
mit CMOS-Komponenten. Daher kann jeder der Wafer CMOS-Komponenten
oder andere Komponenten, die auf Temperaturen von mehr als ungefähr 500° Celsius
während
des Verbindungsvorgangs empfindlich reagieren, umfassen, ohne daß die Komponenten
beschädigt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch als Erfindung angesehen werden,
die ein Verfahren zum Verbinden und Abdichten von zwei feinbearbeiteten Wafern
bereitstellt. Kurz beschrieben kann das Verfahren durch die folgenden
Schritte begrifflich erfasst werden: Bereitstellen eines ersten
Wafers, der Palladium auf einer Oberfläche des ersten Wafers aufweist;
Bereitstellen eines zweiten Wafers, der Silicium auf einer Oberfläche des
zweiten Wafers aufweist; Bereitstellen einer Dichtung an einem der
Wafer; Anlegen der Dichtung an den einen der Wafer; Anlegen des
Palladiums an das Silicium; Anlegen der Dichtung an den anderen
der Wafer; und Erhöhen
einer Temperatur der Wafer, um eine Verbindung zwischen dem Palladium
und dem Silicium zu bilden, und um mit der Dichtung eine Abdichtung
zwischen dem ersten Wafer und dem zweiten Wafer zu bilden.
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Die
vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf, von denen im Folgenden
einige lediglich beispielhaft geschildert werden.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Abdichtung
für zwei
Wafer während
eines Verbindungsvorgangs, der zum Koppeln der Wafer verwendet wird,
gebildet werden kann.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß eine Kammer
innerhalb einer mikrogefertigten Vorrichtung einfach und verlässlich evakuiert
werden kann.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß eine CMOS-verträgliche Vakuumverbindung
verwirklicht werden kann. Daher sind zusätzliche Schritte zur Sicherstellung
der Unversehrtheit von CMOS-Komponenten nicht erforderlich.
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Anderen
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute
bei Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung, wenn
diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird,
ersichtlich. Es ist beabsichtigt, daß alle diese Merkmale und Vorteile
hierin im Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert
ist, eingeschlossen sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung ist unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser
verständlich.
Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu
zueinander, stattdessen liegt der Schwerpunkt auf einer deutlichen
Veranschaulichung der Erfindung. Des weiteren bezeichnen dieselben Bezugsziffern überall in
den verschiedenen Ansichten dieselben Abschnitte.
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1A ist
eine Querschnittsansicht einer Anordnung, die gemäß der Erfindung
verbunden und abgedichtet ist.
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1B ist
eine Draufsicht der Anordnung, die in 1A abgebildet
ist, wobei der obere Wafer zum Zweck der Veranschaulichung entfernt
worden ist.
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1C ist
eine Unteransicht der Anordnung, die in 1A abgebildet
ist, wobei der untere Wafer, die Kontakte, die Lagerkomponenten
und die Dichtung zum Zweck der Veranschaulichung entfernt worden
sind.
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2A ist
eine Abbildung der Anordnung, die in 1A abgebildet
ist, bevor die beiden Wafer der Anordnung gekoppelt worden sind.
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2B ist
eine Abbildung der Anordnung, die in 1A abgebildet
ist, nachdem der obere Wafer begonnen hat, sich an die Dichtung,
die auf dem unteren Wafer gebildet ist, anzulegen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1A–1C bilden
eine feinbearbeitete Anordnung 21 ab, die gemäß der Erfindung
gefertigt worden ist. 1A zeigt eine Querschnittsansicht der
Anordnung 21, die einen oberen feinbearbeiteten Wafer 25 und
einen unteren feinbearbeiteten Wafer 32 aufweist. Des weiteren
bilden 1B eine Draufsicht des Wafers 32,
und 1C eine Unteransicht des Wafers 25 ab.
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Bezugnehmend
auf 1A ist die Anordnung 21 vorzugsweise
so konstruiert, daß sie
Kontakte 42 umfasst, um Wafer 25 an Wafer 32 zu
koppeln und eine Position von Wafer 25 in Bezug auf Wafer 32 aufrechtzuerhalten.
In dieser Hinsicht könnte es
aus einer Vielzahl von Gründen
wünschenswert sein,
die Position des Wafers 25 in Bezug auf Wafer 32 präzise aufrechtzuerhalten.
Obwohl das für
die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist,
könnte
auf dem Wafer 32 zum Beispiel eine Schaltung 45 angeordnet
sein, die CMOS- oder andere Arten von Komponenten umfasst. Die Schaltung 45 könnte ein
Medium zum elektrischen oder magnetischen Speichern von Informationen
definieren. Wie in 1A abgebildet, könnte der
obere Wafer 25 Lese-/Schreibelemente 52 umfassen,
die Informationen auf und von den Medien in Schaltung 45 schreiben/lesen.
Daher sollten die Lese-/Schreibelemente 52 in
Bezug auf die Medien innerhalb der Schaltung 45 unter Einhaltung
präziser
Toleranzen an einer bestimmten Position in Bezug auf die Medien
der Schaltung 45 angeordnet sein. Demgemäß könnte es
wünschenswert
sein, daß der
Wafer 25 über
Kontakte 42 eine bestimmte Position in Bezug auf Wafer 32 präzise aufrechterhält.
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Es
ist anzumerken, daß die
Schaltung 45 und die Lese-/Schreibelemente 52 nicht
zur Verwirklichung der Erfindung erforderlich und nur zum Zweck der
Veranschaulichung gezeigt sind. Des weiteren zeigen 1A und 1B elektrische
Kontakte 58, die ebenfalls nicht zur Verwirklichung der
Erfindung erforderlich sind. Die elektrischen Kontakte 58 sind vorzugsweise
so konstruiert, daß sie
eine äußere Schnittstelle
zur Schaltung 45 in der bevorzugten Ausführungsform
bereitstellen. In dieser Hinsicht verbinden elektrische Verbindungen
jeden Kontakt 58 mit einer bestimmten Schaltung 45 innerhalb
der Anordnung 21, obwohl die Verbindungen in 1A und 1B der
Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Somit können elektrische Signale
zwischen äußeren Quellen
und der Schaltung 45 innerhalb der Anordnung 21 über die
elektrischen Kontakte 58 kommunizieren.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Anordnung 21 so eingerichtet, daß sie mindestens
einen Stab oder Kontakt 42, der vorzugsweise Palladium
(Pd) umfasst, aufweist. Die Kontakte 42 sind vorzugsweise
durch normale Feinbearbeitungsverfahren auf Wafer 32 gebildet.
Nachdem sie auf Wafer 32 gebildet worden sind, werden die
Kontakte 42 mit dem oberen Wafer 25 gekoppelt,
um Wafer 32 mit Wafer 25 zu verbinden. Vorzugsweise
umfasst der obere Wafer 25 freiliegendes Silicium (Si),
das während
des Verbindungsvorgangs mit dem Palladiumkontakt 42 reagieren
kann, um eine Palladium-Silicium-Verbindung zwischen Wafer 25 und
Wafer 32 zu bilden. Ein Beispiel für einen Vorgang zum Erzeugen einer
Palladium-Silicium-Verbindung zwischen zwei Wafern ist in „System
and Method for Bonding Wafers" („System
und Verfahren zum Verbinden von Wafern"), eingereicht durch Merchant et al.
am (noch zu ermitteln) mit der laufenden Nummer (noch zu ermitteln)
vollständig
beschrieben, wobei dieses Dokument hierin durch Bezugnahme eingeschlossen
ist.
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In
dieser Hinsicht sind die Palladiumkontakte 42 vorzugsweise über eine
Haftschicht aus Chrom am unteren Wafer 32 befestigt. Die
Kontakte 42 sind so angeordnet, daß sie an einem Siliciumabschnitt des
Wafers 25 anliegen. Wenn die Oberfläche der Wafer 25 und 32 bei
bestimmten Temperaturen (z. B. ungefähr 300° Celsius für ungefähr 45 Minuten, ungefähr 400° Celsius
für ungefähr 30 Minuten
oder ungefähr
450° Celsius
für ungefähr 30 Minuten)
getempert werden, bildet sich eine Palladium-Silicium(Pd-Si)-Verbindung
zwischen den Palladiumkontakten 42 und dem Silicium des
Wafers 25.
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Da
die Palladiumkontakte 42 bei Temperaturen von weniger als
ungefähr
450° Celsius
mit Silicium verbunden werden können,
kann die Palladium-Silicium-Verbindung zwischen den beiden Wafern
gebildet werden, ohne irgendeine CMOS-Schaltung (oder andere Komponenten,
die auf Temperaturen von mehr als ungefähr 450° Celsius empfindlich reagieren)
auch innerhalb eines jeden der beiden Wafers 25 oder 32 zu
beschädigen.
Daher ist der Verbindungsvorgang verträglich mit CMOS-Schaltungen,
und die Wafer 25 und 32 können CMOS-Komponenten (oder andere Komponenten,
die auf Temperaturen von mehr als ungefähr 450° Celsius empfindlich reagieren)
während
des Verbindungsvorgangs umfassen.
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Zusätzlich zu
den Kontakten 42 ist die Anordnung 21 vorzugsweise
so beschaffen, daß sie
eine Dichtung 62 zum Abdichten der Anordnung 21 umfasst.
Die Dichtung 62 ist so angeordnet, daß sie an beiden Wafern 25 und 32 anliegt
und daß sie
einen Abschnitt des Raums zwischen Wafer 25 und Wafer 32 umschließt, wie
in 1A und 1B dargestellt. Der
durch die Dichtung 62 und die Wafer 25 und 32 umschlossene
Raum stellt eine Kammer 63 innerhalb der Anordnung 21 dar.
Die Schaltung 45 ist vorzugsweise in dieser Kammer 63 angeordnet,
so daß ein
Unterdruck oder irgendeine andere Art von Zustand rund um die Schaltung 45 gefangen
und abgedichtet sein kann, wie im folgenden ausführlicher erörtert.
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Das
Material der Dichtung 62 ist vorzugsweise ein weiches,
biegsames Material. Obwohl auch andere Ausführungsformen möglich sind,
ist die Dichtung 62 darüber
hinaus vorzugsweise so angeordnet, daß sie am Wafer 25 anliegt,
bevor die Kontakte 42 am Wafer 25 anliegen, wenn
die beiden Wafer 25 und 32 zusammengesetzt werden.
Daher ist die Dichtung 62 so angeordnet, daß sie beim
Zusammenbringen der beiden Wafer 25 und 32 am
Wafer 25 anliegt und sich durch den Druck; der zwischen
den beiden Wafern 25 und 32 ausgeübt wird,
verformt. Das Erhitzen der verbundenen Wafer 25 und 32 bildet
die Verbindung zwischen den Kontakten 42 und dem Wafer 25,
wie oben erläutert
und schmilzt die Dichtung 62 an den Wafer 25 an.
Wenn die Anordnung 21 abgekühlt wird, verfestigt sich das
verschmolzene Material, um eine Abdichtung rund um den Umfang der
Kammer 63 zu bilden. In dieser Hinsicht stellt die Dichtung 62 eine
Seitenwand der Kammer 63 dar. Daher bildet das Erhitzen
der Anordnung 21 nicht nur die Verbindung zwischen den
Kontakten 42 und dem Wafer 25, sondern dichtet
auch die Kammer 63 ab.
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Um
die Erzeugung einer ausreichenden Abdichtung zu unterstützen, ist
auf Wafer 25 vorzugsweise eine Germaniumschicht 65 gebildet,
wie in 1C dargestellt. Die Germaniumschicht 65 ist
so angeordnet, daß sie
an der Dichtung 62 anliegt, wenn der Wafer 25 mit
dem Wafer 32 im Eingriff ist. Die Germaniumschicht 65 ist
so beschaffen, daß sie während des
Verbindungsvorgangs mit der Dichtung 62 verschmilzt und
somit die Bildung einer ausreichenden Abdichtung für die Anordnung 21 unterstützt. Zum
Zweck der Erfindung ist eine ausreichende Abdichtung eine Abdichtung,
die imstande ist, Unterdruckbedingungen innerhalb der Kammer 63 aufrecht
zu erhalten.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist das Material der Dichtung 62 vorzugsweise Gold (Au).
Wenn daher die Dichtung 62 am Wafer 25 anliegt
und erhitzt wird, bilden die Oberflä chen der Dichtung 62 und
des Wafers 25, die aneinander anliegen, ein Eutektikum,
das einen Schmelzpunkt nahe oder unterhalb der Verbindungstemperatur
aufweist. Ist die Germaniumschicht 65 auf dem Wafer 25 gebildet, bildet
sich ein Gold-Germanium(AuGe)-Eutektikum an der Grenzfläche der
Dichtung 62 und der Schicht 65. Andernfalls bildet
sich ein Gold-Silicium(AuSi)-Eutektikum,
da die Oberfläche
des Wafers 25 vorzugsweise Silicium ist. Wenn sich das
Eutektikum abkühlt
und verfestigt, bildet sich durch das ausgehärtete Eutektikum und die Dichtung 62 eine
leckdichte Abdichtung zwischen den Wafern 25 und 32.
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In
vielen Situationen ist es wünschenswert, daß die Kammer 63,
die durch die Dichtung 62 abgedichtet ist, evakuiert wird.
In einer solchen Situation sollte die Anordnung 21 in einer
Vakuumkammer (nicht abgebildet) angeordnet sein, während die
Verbindung der beiden Wafer 25 und 32 ausgeführt wird. Durch
Aneinanderlegen und Erhitzen der Wafer 25 und 32,
wie oben erläutert,
während
die Anordnung 21 in einer evakuierten Vakuumkammer angeordnet ist,
wird ein Unterdruck in der Kammer 63 eingefangen und abgedichtet.
Daher ist die Kammer 63, die durch die Wafer 32 und 25 und
die Dichtung 62 festgelegt ist, bei der bevorzugten Ausführungsform
dafür eingerichtet,
evakuiert zu werden.
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BETRIEB
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In
der Folge ist die bevorzugte Verwendung und der Betrieb der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 1A–1C und 2A–2B beschrieben.
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Zunächst werden
unter Bezugnahme auf 2A die Wafer 25 und 32 durch
Mikrofertigungsverfahren, die im Fach bekannt sind, hergestellt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
der Wafer 25 auf Abschnitten seiner unteren Oberfläche vorzugsweise
Silicium, und die untere Oberfläche
des Wafers 25 umfaßt
auch eine Germaniumschicht 65, wie in 1C dargestellt.
Des weiteren sind gemäß 1B und 2A Kontakte 42,
die vorzugsweise Palladium umfassen, und eine Dichtung 62,
die vorzugsweise Gold umfaßt,
auf dem Wafer 32 gebildet. Obwohl es für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung
nicht erforderlich ist, kann es wünschenswert sein, auf dem Wafer 32 eine
Schaltung 45, Lese-/Schreibelemente 52 und/oder
elektrische Verbindungen 58 zu bilden. Es ist anzumerken,
daß die Kontakte 42 auf
irgendeiner der Seiten oder auf beiden Seiten des Umkreises, der
durch die Dichtung 62 definiert ist, angeordnet sein können.
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Die
Wafer 25 und 32 werden vorzugsweise in einer Temperkammer
angeordnet, die dann evakuiert wird. Dann wird der Wafer 25 an
die Dichtung 62 angelegt. Wie durch Bezugnahme auf 2B ersichtlich
ist, ist die Dichtung 62 höher als die Kontakte 42, so
daß der
Wafer 25 an der Dichtung 62 anliegt, bevor er
an irgendeinem der Kontakte 42 anliegt. Jedoch reicht jeglicher
Aufbau, der erlaubt, daß sich eine
Abdichtung durch die Dichtung 62 bildet, wenn die Anordnung 21 während des
Verbindungsvorgangs erhitzt wird, aus, um die Erfindung zu verwirklichen.
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Nach
dem Anlegen des Wafers 25 an die Dichtung 62 werden
die Wafer 25 und 32 aneinander gepresst. Dann
wird die Anordnung 21 durch Erhöhen der Temperatur der Temperkammer
auf die Verbindungstemperatur, wie im folgenden ausführlicher erläutert ist,
auf eine Verbindungstemperatur erhitzt. Diese Verbindungstemperatur
ist vorzugsweise niedriger als höchstens
ungefähr
500° Celsius,
so daß keine
CMOS-Schaltung oder andere Arten von Komponenten, die einer der
Wafer 25 oder 32 umfasst, beschädigt werden.
Beim Erhitzen bilden die aneinander anliegenden Oberflächen der
Dichtung 62 und des Wafers 25 (d. h. bei der bevorzugten
Ausführungsform
die Germaniumschicht 65) ein Eutektikum.
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Nach
dem Aufrechterhalten der Verbindungstemperatur für eine vorgeschriebene Zeit,
wie im folgenden erläutert,
verbinden sich die Palladiumkontakte 42 mit dem Silicium
im Wafer 25, um eine Palladium-Silicium-Verbindung zwischen
dem Wafer 25 und dem Wafer 32 und den eutektischen
Schmelzen zu bilden. Dann wird die Temperatur der Temperkammer verringert,
um den Verbindungsvorgang der Palladium-Silicium-Verbindung zu vollenden.
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Während des
Abkühlungsvorgangs
härtet das
geschmolzene Eutektikum aus oder verfestigt sich, um eine Abdichtung
zwischen der Dichtung 62 und dem Wafer 25 zu bilden.
Da die Temperkammer evakuiert ist, erzeugt die Bildung der Abdichtung
einen abgedichteten Unterdruck in der Kammer 63. Daher
kann die Anordnung 21, sobald der Herstellungsvorgang abgeschlossen
ist, aus der Temperkammer entfernt werden, während innerhalb der Kammer 63 ein
abgedichteter Unterdruck erhalten bleibt.
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Während des
Verbindungsvorgangs der bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur
der Anordnung 21 zunächst
innerhalb von ungefähr
30 Sekunden auf ungefähr
200° Celsius
erhöht.
Obwohl dies nicht erforderlich ist, ist es wünschenswert, die Temperatur
linear zu verändern
(d. h. die Temperatur wie auf einer „Rampe" hinauf beziehungsweise hinunter zu fahren),
wenn die Temperatur der Anordnung 21 während dem Verbindungsvorgang
geändert
wird.
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Die
Temperatur der Anordnung 21 wird vorzugsweise für ungefähr 30 Sekunden
auf ungefähr 200° Celsius
gehalten und dann binnen ungefähr
15 Sekunden auf die Verbindungstemperatur erhöht. Versuche Haben gezeigt,
daß für die Erfindung
ausreichende Verbindungstemperaturen und dauern ungefähr 450° Celsius
für ungefähr 30 Minuten,
ungefähr
400° Celsius
für ungefähr 30 Minuten,
oder ungefähr
300° Celsius
für ungefähr 45 Minuten
betragen. Es ist anzumerken, daß andere
Verbindungstemperaturen und -dauern zum Bilden einer ausreichenden
Verbindung zwischen den Palladiumkontakten 42 und dem Wafer 25,
sowie für
das Anschmelzen der Golddichtung 62 an den Wafer 25,
möglich sind.
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Nach
dem Aufrechterhalten der Verbindungstemperatur für die entsprechende Zeit wird
die Temperatur der Anordnung 21 innerhalb von ungefähr sechs
Minuten auf weniger als ungefähr
100° Celsius
abgesenkt. Zu diesem Zeitpunkt sollte eine Verbindung zwischen den
Kontakten 42 und dem Wafer 25 ausreichend genug
sein, um den Wafer 25 bei normalem Betrieb innerhalb präziser Toleranzen am
Wafer 32 zu befestigen und auf diesen ausgerichtet zu halten.
Des weiteren sollte die Kammer 63 durch die Wafer 32 und 25 sowie
die Dichtung 62 abgedichtet sein.
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Es
ist anzumerken, daß das
Material der Kontakte 42, des Wafers 25 und der
Dichtung 62 nicht notwendigerweise reines Palladium, reines
Silizium beziehungsweise reines Gold sind. Obwohl die bevorzugte
Ausführungsform
reine Elemente aus Palladium, Silicium und Gold verwendet, sollte
ein Durchschnittsfachmann erkennen, daß zum Silicium des Wafers 25,
den Palladiumkontakten 42 und/oder der Golddichtung 62 andere
Elemente hinzugefügt oder
mit ihnen kombiniert werden können.
Jedoch sollte die Schmelztemperatur des Dichtungsmaterials nahe
der Verbindungstemperatur sein, um den Vorteil zu nützen, daß die Bildung
einer Dichtung und einer Verbindung während desselben Erhitzungsvorgangs
erfolgen.
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Des
weiteren ist anzumerken, daß die
Verwendung der Materialien und des Erhitzungsvorgangs, der für die bevorzugte
Ausführungsform
beschrieben ist, ermöglicht,
daß die
Wafer 25 und 32 bei Temperaturen von weniger als
ungefähr
450° Celsius
verbunden und abgedichtet werden. Daher ermöglicht die Verwendung der Materialien
und des Erhitzungsvorgangs der bevorzugten Ausführungsform, daß die Anordnung 21 gebildet
wird, ohne irgendwelche CMOS-Schaltungen oder andere Arten von temperaturempfindlichen
Komponenten, welche die Wafer 25 und 32 umfassen,
zu beschädigen. Folglich
sind keine zusätzlichen
Schritt zur Erhaltung von CMOS-Komponenten oder andern Arten von temperaturempfindlichen
Komponenten erforderlich. Fachleute sollten jedoch erkennen, daß andere
Materialien verwendet werden können,
um die Erfindung zu verwirklichen, wobei sich das jedoch auf die
Temperaturen, die erforderlich sind, um die Wafer 25 und 32 ausreichend
zu verbinden und/oder um die Abdichtung mit der Dichtung 62 zu
bilden, auswirken könnte.
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Es
ist des weiteren anzumerken, daß die Dichtung 62 nicht
unbedingt auf Wafer 32 gebildet sein und am Wafer 25 anliegen
muss. Zum Beispiel sollte für
Fachleute ersichtlich sein, daß die
Dichtung 62 auf dem Wafer 25 gebildet sein und
am Wafer 32 anliegen könnte.
Jede Anordnung der Dichtung 62 ist ausreichend, solange
während
des Erhitzungsvorgangs eine Abdichtung zwischen dem Wafer 25 und dem
Wafer 32 gebildet wird.
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Um
die ausführliche
Beschreibung abzuschließen,
ist anzumerken, daß es
für Fachleute öffensichtlich
sein wird, daß viele
andere Abänderungen
und Modifikationen der bevorzugten Ausführungsform vorgenommen werden
können.
Es ist beabsichtigt, daß alle
diese Abänderungen
und Modifikationen hierin im Umfang der vorliegenden Erfindung,
wie in den folgenden Ansprüchen
dargelegt, eingeschlossen sind.