用于使两个衬底键合与去键合的方法与流程

1.本发明涉及一种根据专利独立权利要求所述的用于使两个衬底键合与去键合的方法以及相对应的衬底堆和相对应的设备。


背景技术：

2.微电子和微系统技术的几乎全部部分中的先进微型化提供全部技术的稳定的进一步发展，借助于这些技术可增加衬底上的所有类型功能单元的密度。这些功能单元例如包含微控制器、存储模块、mems、所有类型的传感器或微流体组件。
3.近年来，用于增加这些功能单元的横向密度的技术已极大改进。在微电子或微系统技术的一些子领域中，甚至达到无法再进一步增加功能单元的横向密度的程度。在微芯片生产中，已几乎达到针对要以微影方式产生的结构的最大可达成的分辨率限制。因此，在几年内，物理或技术限制将完全不再容许功能单元的横向密度的任何增加。几年来，业界已通过开发2.5d和3d技术来解决此问题。借助于这些技术，能够将相同或甚至具有不同性质的功能单元彼此对准、重叠地堆叠、使它们持久地彼此连接并且通过相对应的印制导体来彼此互连。
4.实现这种结构的关键技术之一是暂时键合。暂时键合被理解成如下方法：借助于这些方法，这样衬底可以彼此连接为使得它们能够在不破坏衬底的情况下分离。
5.在现有技术中，存在用于去键合/剥离两个衬底（产品衬底和载体衬底）的多个方法。大多数方法使用所谓的键合黏合剂，以便实现两个衬底之间的暂时的、相对容易剥离的粘贴。大多数情况下，键合黏合剂是聚合物，尤其是热塑性塑料。
6.然而，已经表明：使用聚合物作为暂时键合黏合剂是不利的，尤其是归因于由于用于清洁的化学品所引起的环境污染以及可消耗材料的成本。此外，所有聚合物暂时键合黏合剂的缺点是耐温性远低于产品衬底的其它处理温度。因此，借助于聚合物的暂时键合是对产品衬底的加工的技术限制。


技术实现要素：

7.因而，本发明的任务在于至少部分地消除、尤其是完全消除现有技术中列出的缺点。尤其是，本发明的任务在于说明一种用于键合与去键合的改进方法。
8.当前任务利用独立权利要求的特征来予以解决。在从属权利要求中说明了本发明的有利扩展方案。在说明书、权利要求书和/或附图中说明的至少两个特征的全部组合也会落入本发明的保护范围内。在所说明的值范围中，位于所提到的限度内的值也应被视为作为极限值被公开并且能以任意组合来被要求保护。
9.本发明涉及一种用于将产品衬底与载体衬底暂时键合的方法，该方法至少具有以下步骤：
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在该产品衬底上和/或在该载体衬底上产生金属化暂时键合层，
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将该产品衬底与该载体衬底在该金属化暂时键合层处键合。
10.本发明还涉及一种衬底堆，尤其是使用根据本发明的方法所产生的衬底堆，该衬底堆具有产品衬底和载体衬底，其中该产品衬底和该载体衬底通过金属化暂时键合层来连接。
11.该暂时键合层优选地是用于根据本发明的键合和/或去键合方法的唯一层。因此，得到与现有技术相比的另一优点，在现有技术中，大多重叠地使用多个聚合物层，一个聚合物层用于键合而另一个聚合物层用于去键合。
12.本发明还涉及一种用于将产品衬底与载体衬底暂时键合、尤其是使用根据上述实施方式中的至少一个实施方式的方法来将产品衬底与载体衬底暂时键合的设备，其中
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能在该产品衬底和/或在该载体衬底上产生金属化暂时键合层，
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该产品衬底能与该载体衬底在该金属化暂时键合层处键合。
13.在下文中，该金属化暂时键合层也称为金属化物。
14.可直接在该载体衬底和/或直接在该产品衬底上产生该金属化暂时键合层。替代地，可以在该金属化暂时键合层与该产品衬底之间布置保护层。
15.该保护层优选地具有高反射率，以便保护该产品衬底免受去键合辐射。
16.因此，根据本发明，该暂时键合层由金属或金属合金制成。
17.在一个优选的实施方式中，规定：在该金属化之前将保护层涂覆到该产品衬底的衬底表面上。
18.在另一优选的实施方式中，规定：在整个区域上、尤其是在该产品衬底上的保护层上产生该暂时键合层。
19.在另一优选的实施方式中，规定：该暂时键合层在有些位置产生，进一步优选地在该载体衬底的隆起处产生。
20.在另一优选的实施方式中，规定：在该产品衬底和/或在该载体衬底上产生该金属化暂时键合层之前，将保护层涂覆到该产品衬底上。
21.在另一优选的实施方式中，规定：该键合以热方式进行。
22.在另一优选的实施方式中，规定：该载体衬底结构化地形成，其中该载体衬底具有隆起以及腔，其中这些隆起经由金属接触部与该产品衬底稳定地连接，并且这些腔布置在这些隆起之间。
23.在另一可设想的实施方式中，在该载体衬底上涂覆其中通过结构化来产生腔的层。
24.例如，可设想聚合物的涂覆，该聚合物可容易通过光微影或压印微影来被结构化。
25.也可设想的是使用溶胶-凝胶，以便产生易于压印或结构化但也非常强烈硬化的连接，如sio2。
26.在这种层中可特别容易地产生这些腔。尤其是可能会将这种载体从所涂覆的层清除并且非常容易地馈送以供再次使用。通过这种清除，沉积于这些腔中的金属也会以最容易的方式被一并移除。
27.这些腔可任意塑形并且任意布置。然而，优选地，这些腔具有尽可能简单的形状并且规则地布置。
28.腔壁的轮廓的特别优选的形状是：
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矩形，尤其是方形
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圆形
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椭圆形
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三角形。
29.尤其可以在（111）定向硅晶圆中通过蚀刻来非常容易地产生三角形形状。
30.这些腔优选地沿着二维的矩形、尤其是方形网格来布置。
31.在另一根据本发明的实施方式中，这些腔可沿着面心的二维的矩形、尤其是方形网格来布置。
32.这些腔的总体积优选地大于该暂时键合层的体积的10倍，优选地大于该暂时键合层的体积的100倍，还更优选地大于该暂时键合层的体积的1000倍，最优选地大于该暂时键合层的体积的10000倍，极其最优选地大于该暂时键合层的体积的100000倍。产生这些值的原因是该暂时键合层熔化并蒸发或者升华，而且气体体积是该固体体积的多倍。
33.这些腔的深度介于1 nm与100 μm之间，优选地介于10 nm与50 μm之间，还更优选地介于50 nm与30 μm之间，最优选地介于70 nm与20 μm之间，极其最优选地介于100 nm与10 μm之间。
34.这些腔的横向尺寸（例如圆形腔的直径或矩形腔的边长）介于10 nm与5 mm之间，优选地介于50 nm与1 mm之间，还更优选地介于100 nm与500 μm之间，最优选地介于500 nm与100 μm之间，极其最优选地为介于1
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m与50 μm之间。
35.在键合之后，可进一步处理至少由该载体衬底、该金属化暂时键合层和该产品衬底组成的拼合的衬底堆。
36.本发明还涉及一种用于将产品衬底与载体衬底去键合的方法，其中该产品衬底和该载体衬底经由金属化暂时键合层来连接并且形成衬底堆，该方法至少具有以下步骤：
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将该衬底堆安装并固定在衬底固持器上，
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将去键合辐射、尤其是激光射束穿透该载体衬底聚焦于该金属化暂时键合层上并且由此使该金属化暂时键合层熔化、蒸发和/或升华，
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从该载体衬底剥离该产品衬底。
37.本发明还涉及一种用于将产品衬底与载体衬底去键合、尤其是使用根据上述实施方式中的至少一个实施方式的方法来将产品衬底与载体衬底去键合的设备，其中该产品衬底和该载体衬底经由金属化暂时键合层来连接并且形成衬底堆，其中该设备至少具有：
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衬底固持器，用于安装并固定该衬底堆，
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辐射源，用于将去键合辐射、尤其是激光射束穿透该载体衬底聚焦于该金属化暂时键合层上并且由此使该金属化暂时键合层熔化、蒸发和/或升华，
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剥离装置，用于从该载体衬底剥离该产品衬底。
38.剥离装置尤其可以是机械剥离装置，诸如刀片。
39.在另一根据本发明的实施方式中，剥离装置可以是代替刀片被压到该两个衬底之间的流体流。
40.在一个根据本发明的更优选的实施方式中，剥离装置是该产品衬底和该载体衬底固定于其上的衬底固持器。在根据本发明的第一实施方式中，在完全执行根据本发明的去键合之后，在两个衬底固持器之间发生简单的、尤其是垂直于衬底表面定向的相对移动。在根据本发明的第二实施方式中，这两个衬底固持器中的至少一个围绕旋转轴线倾斜，使得
该两个衬底的分离开始于外围。在根据本发明的第三实施方式中，这些衬底固持器中的至少一个衬底固持器被设计为使得该衬底固持器不仅可倾斜，而且可弯曲。在这种情况下，衬底固持器优选地为可弯曲板。接着，该两个衬底中的一个衬底、优选地该载体衬底在其被固定在可弯曲的衬底固持器上期间从外围开始连续地被抽出。在此，可弯曲的衬底固持器的刚度允许非常准确地控制取下过程。
41.在根据本发明的另一、不那么优选的实施方式中，剥离装置是衬底固持器，这些衬底固持器可以平行于它们的固定表面或者衬底表面地被挪动。接着，通过剪切过程将该两个衬底彼此分离。该实施方式在现有技术中称为“滑离（slide-off）”技术，并且尤其是在借助于聚合物键合黏合剂被暂时键合的衬底中应用。在此，在现有技术中，通过加热装置加热这些衬底以及因此加热该键合黏合剂，直至它们可以通过该剪切过程来彼此分离为止。然而，对于根据本发明的方法，该剪切过程只有在可确保该产品衬底与该载体衬底之间几乎不再存在金属接触点时才能够不受破坏地起作用。然而，如果在该产品衬底与该载体衬底之间仅存在少量的金属接触点，则剪切过程可导致这些金属接触点的塑性变形，这能够实现无破坏的分离。
42.尤其可以使上述剥离装置彼此组合。
43.优选地规定：该载体衬底的导热率介于0.1 w/（m*k）与5000 w/（m*k）之间，进一步优选地介于1 w/（m*k）与2500 w/（m*k）之间，还更优选地介于0.5 w/（m*k）与1000 w/（m*k）之间。
44.此外，优选地规定：通过加热和/或冷却来使该衬底堆加热和/或冷却。
45.此外，优选地规定：该去键合辐射以脉冲方式被聚焦于该金属化暂时键合层上。
46.此外，优选地规定：测量该去键合辐射进入该金属化暂时键合层中的能量输入，并且调节该去键合辐射的辐射功率。
47.此外，优选地规定：至少该载体衬底对于该去键合辐射是通透的。即使不太可能，也可设想的是：该产品衬底对于去键合辐射是通透的。
48.此外，优选地规定：在将该产品衬底从该载体衬底剥离之前，熔化并且蒸发和/或升华的金属化暂时键合层在腔中冷凝并且硬化和/或再升华。
49.尤其是，局部加热的金属蒸汽被容纳在该载体衬底的周围腔中。在此，该金属蒸汽可以在这些腔中再升华或者首先冷凝且接着硬化。
50.换言之，尤其是借助于激光辐射来局部地移除该暂时键合层。
51.特别优选的激光及其波长为
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yag （1.64
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m）
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ho:ylf （2.05
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m）
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ho:yag （2.09
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m）
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cr:zns。
52.在另一可选的方法步骤中，可以测量该载体衬底，以查看是否必须移除沉积在这些腔中的金属化物，以便能够再次使用该载体衬底。然后，该载体衬底可用于对其它产品衬底的暂时键合。
53.载体衬底载体衬底可具有任何形状，但优选地是圆形。尤其是，这些衬底的直径被行业标准
化。针对晶圆，行业标准的直径是1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸和18英寸。这些载体衬底在尺寸及形状上与这些产品衬底的尺寸及形状相适应，以便所使用的处理技术尽可能简单。不同衬底尺寸意味着所谓的桥接工具（bridge-tools），其构造得比用于一个衬底尺寸的设备和工具更复杂。
54.然而，原则上，本发明可处理任何衬底，而不管其直径如何。用于根据本发明的暂时键合和去键合方法的载体衬底可以被实施成晶圆。该载体衬底优选地是玻璃衬底。
55.根据本发明，可设想的是：使用所描述的暂时键合方法来固定非圆形衬底、即嵌板，处理它们并将它们从该载体衬底脱开。
56.该载体衬底的材料可以是半导体材料，尤其是硅。有利的多晶硅晶圆可以优选地被用作载体衬底。在根据本发明的一个特别优选的实施方式中，从技术玻璃产生该载体衬底。
57.该载体衬底优选地具有以下特征中的至少一个特征：
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无颗粒和/或
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cmos兼容性，和/或
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机械刚度，和/或
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适于该产品衬底的导热率，或更高，和/或
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高于最高处理温度的耐热性，和/或
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高于最高处理温度的热稳定性，和/或
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最小的放气、优选地没有放气，也可称为低蒸汽压力，因此高真空适宜性，和/或
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适于该产品衬底的热膨胀，和/或
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对于去键合辐射的通透度。
58.该通透度应由透射率来被描述，该透射率说明了透射辐射与入射辐射之比。然而，该透射率取决于被透视体的厚度，而且借此并非纯粹特定于材料的性质。因而，该透射率的值是相对于1 cm的长度单位被说明的。相对于所选择的为1 cm的厚度并且对于相应所选择的波长来说，材料尤其具有大于70%，优选地大于80%，还更优选地大于90%，最优选地大于95%，极其最优选地大于99%的透射率。特别优选地，该通透度与去键合辐射的波长相关。
59.对于该载体衬底的功能性来说，该载体衬底的导热率同样重要，原因在于去键合辐射的作为局部加热的影响应迅速被消散。该载体衬底的导热率优选地在0.1 w/（m*k）与5000 w/（m*k）之间，进一步优选地在1 w/（m*k）与2500 w/（m*k）之间，还更优选地在0.5 w/（m*k）与1000 w/（m*k）之间。
60.在该载体衬底的一个特别优选的实施方式中，该载体衬底结构化地被实施。该载体衬底包含与产品衬底经由金属接触部稳定地连接的隆起以及作为这些隆起之间的通道或腔的凹陷。承载比率、即这些隆起的所判定面积与该载体衬底的总面积之比可以被确定作为该载体衬底的性质的特性因子。该载体衬底的承载比率优选地小于80%，进一步优选地小于75%，特别优选地小于50%，非常特别优选地小于25%，在理想情况下小于10%。然而，该产品衬底可以与该载体衬底牢固地连接，使得该衬底堆可以作为单体被进一步处理，并且不会发生不当的剥离。
61.在这些腔和这些隆起的布置方面的理念在于能够高效地固持并且快速和高效地将该产品衬底从该载体衬底剥离。为此，该载体衬底或者该载体衬底的这些隆起被结构化
为使得仅存在与该产品衬底的金属连接点的限定图案，而且不存在二维延伸的金属化物。
62.替代地，在该载体衬底的另一实施方式中，可设想的是与该产品衬底产生全区域的暂时金属键合。
63.此外，在该载体衬底的一个示例性的实施方式中，优选地可设想：在完全封闭环处，尤其是靠近该载体衬底边缘产生与该产品衬底的暂时金属键合，并且使该载体衬底的其它隆起（优选地均匀地在该金属化环内侧的区域上）在无金属接触部的情况下以点状和/或小面积方式支撑该产品衬底。
64.可能并非所有隆起与该产品衬底保持金属接触，而优选地只有所限定的、分布在该衬底堆的周向边缘处的点。
65.因而，根据本发明，更为有利的是：金属化区域的表面与这些隆起的非金属化区域的表面共面。根据本发明，这可以通过该金属化物本身在小凹陷中产生来简单地被实现。例如，可设想在载体晶圆的外围处产生完整的环形槽。根据本发明，接着仅在该槽中产生金属化物，而在旨在稳定并支撑该产品衬底的槽内的隆起没有金属化。这里不进一步探讨仅金属化该槽而靠近中心的区域仍维持金属化的不同的过程步骤。本领域技术人员了解如何掩蔽并保护该载体衬底的内部部分。
66.由于该载体衬底的该结构，可能的是：在分离时，在这些隆起、尤其是点状隆起旁边的蒸发或液化的金属在冷的腔中冷凝并且硬化和/或再升华。借此，材料有针对性地并且在局部从该暂时键合层移出。因此，在该暂时键合层的相最终转变成固相时，该金属不会再次被焊接和/或键合。与此相对应地，效果是，该衬底堆可以在所有键合点的有针对性的断开之后轻易被分离。
67.在该载体衬底的一个特别优选的实施方式中，这些隆起具有以总厚度变化（ttv）来表达的平坦度，其小于100
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m，优选地小于10
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m，更优选地小于1
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m，最优选地小于100 nm，十分最优选地小于10 nm，极其最优选地小于1 nm。因此，该产品衬底可以特别平坦地被固持。
68.在该载体衬底的另一特别优选的实施方式中，这些隆起被实施成圆顶状单独区域，使得在该载体衬底与该产品衬底之间形成优选地点状的接触部，并且呈自对准形式的金属化物优选地减小了具有毛细效应的暂时键合的金属接触部的面积。
69.此外，可设想的是：在金属化之前以部分金属排斥方式来处理该载体衬底，使得只有所希望的隆起尤其是通过浸没金属化来被润湿。
70.有利地，可设想的是：该载体衬底的隆起的单独区域与去键合射束的直径相适应。作为具体的数值示例，尤其是在激光光点尺寸的直径为30微米的情况下，隆起可以被实施成直径为30微米、优选地为28微米、特别优选地为25微米的区域。
71.一般而言，即这些隆起小于去键合光点尺寸的95%，优选地小于去键合光点尺寸的90%，特别优选地小于去键合光点尺寸的85%，以便在该衬底堆的分离时实现快速、高效、高能的能量耦合。
72.用于暂时键合的方法优选地，可设想的是：在暂时键合到待键合的衬底表面上之前，可以将保护层涂覆到该产品衬底上。该产品衬底的保护层的形成可以在空间上和/或在时间上与该暂时键合的其它方法步骤分开执行。
73.在一个优选的实施方式中，该保护层可以作为该金属化物的扩散阻障来保护该产品衬底免受该暂时键合层的影响。
74.在另一优选的实施方式中，该保护层可以保护该产品衬底的结构化的衬底表面，尤其是通过对这些腔的可移除的填充和覆盖。
75.在该保护层的另一优选的实施方式中，该保护层可以用作该产品衬底与该金属化物之间的增附剂。
76.将金属化物涂覆到制备好的待键合的衬底表面上。在该方法的一个替代的实施方式中，将该金属化物涂覆到该保护层上。
77.在根据本发明的方法的一个替代的实施方式中，可以将该金属化物涂覆到该载体衬底上。
78.可以有利地使用低熔点的金属或合金，尤其是共晶合金。特别有利地，该产品衬底的所涂覆的金属化物不会渗透到该产品衬底的结构中，使得该方法不会引起掺杂和污染。
79.在另一优选的实施方式中，该金属化物可以由在进一步处理中所使用的持久键合层的金属或合金构成，使得该金属化物的扩散不会对该产品衬底产生损坏效应。
80.尤其可以使用cmos兼容的金属和/或合金。
81.尤其可以在该金属化物中包含以下化合物或元素：
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金属，尤其是cu、ag、au、al、fe、ni、co、pt、w、cr、pb、ti、ta、zn、sn；
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化合物，尤其是氮化物，尤其是aln、gan、tin、tan。
82.优选地，从在熔化温度足够低的情况下具有对于处理来说足够的稳定性的金属中选择用于暂时键合层的金属和/或合金。
83.作为合金，尤其有利的是使用共晶合金作为金属化物。
84.当使用具有共晶浓度的合金时，该共晶浓度可以在制造该金属化物时产生或在该键合期间被调整。共晶合金的特点在于在可通过合金组分的变化来产生的所有可能的合金中熔点最低。通过超过该共晶温度、即共晶物的液相与固相平衡的温度，该共晶物完全熔化。所产生的共晶浓度的液相润湿该两个要彼此键合的衬底的尚未液化的区域的表面。在该硬化过程中，该液相硬化成该共晶物并且形成连接层，作为该两个衬底之间的暂时键合层。
85.为了制造该金属化物，根据本发明，尤其可设想的是：将一个合金组分涂覆到该产品衬底上，并且将一个合金组分涂覆到该载体衬底上。
86.根据本发明，尤其可设想的是：该金属化物作为不同的金属和/或合金作为合金组分的层序列和/或作为完整的金属化物被涂覆在该产品衬底上。
87.根据本发明，在该方法的一个替代的实施方式中，尤其可能的是：该金属化物作为合金组分的层序列和/或完整的金属化物被涂覆到该载体衬底上。
88.尤其应注意：所产生的层、即保护层和至少一个金属化物在室温和正常氛围下不应展现任何老化和/或腐蚀现象，以便能够最佳地执行第三方法步骤。替代地，金属化衬底可以在惰性氛围中和/或在真空中受保护地被储存。
89.尤其是诸如电镀、汽化渗镀、溅射、化学气相沉积（cvd）等电化学沉积方法适合作为该金属化物的涂覆技术。
90.在另一方法步骤中，该产品衬底与该载体衬底在用于金属暂时键合的暂时键合方
法中尤其是以热方式来彼此连接。根据本发明，尤其可设想的是：在抽成真空的键合室中执行暂时键合。
91.在一个优选的实施方式中，该暂时键合方法的温度可以远低于该产品衬底的进一步处理温度，以便尤其是减缓或者优选地防止不希望的扩散过程。
92.根据本发明，尤其有利的是：金属-金属键合的使用减少了该衬底的尤其是在来自有机残留物的颗粒的情况下的颗粒污染。
93.根据本发明，尤其有利的是：熔化的金属暂时键合层本身吸收颗粒作为夹杂物，使得可达成更好的键合质量。
94.尤其是，根据本发明可设想的是：金属-金属暂时键合作为瞬时液相（tlp）键合来被执行。
95.有利地，根据本发明，尤其可设想的是：为了暂时键合而将金属化物涂覆到该载体衬底上，并且在该载体衬底的金属化衬底表面与该产品衬底的保护层之间形成该暂时键合。
96.尤其是，根据本发明，同样可设想的是：为了暂时键合而将金属化物涂覆到该载体衬底上，并且在该载体衬底的金属化衬底表面与该产品衬底的待键合的衬底表面之间形成该暂时键合。
97.根据本发明，尤其可设想的是：所使用的金属键合在类似于混合键合方法的熔融键合方法中彼此连接，随后进行热处理以产生该暂时键合。熔融键合主要发生在非金属-非有机材料的表面。在此，产品衬底和载体衬底的表面部分尤其可在彼此的紧密拼合中产生氢桥连接，使得这些衬底尤其是被保护并且能被转移用于进一步处理，诸如热处理。该熔融键合本身仅用于预固定，并且确保将应该彼此连接的金属区域固持就位。该预固定在现有技术中称为预键合。
98.预键合方法描述了其中两个衬底仅通过范德瓦尔斯力来彼此键合的过程。该键合过程主要发生在硅衬底和/或氧化硅衬底之间。这样产生的键合被称为预键合，因为涉及进一步连接的初级阶段。在半导体行业中，经常希望：当在预键合之后发现该两个衬底并未最佳地彼此对准或者甚至错误地彼此对准时，使通过该预键合所产生的（暂时）连接重新脱开。大多数情况下，通过预键合而彼此连接的两个衬底可以无损地重新彼此分离。
99.换言之，在该产品衬底与该载体衬底之间的非金属表面部分上产生作为预键合的熔融键合以用于该衬底堆的预固定。
100.然后，该载体衬底的二维延伸的金属化表面部分可在热处理中与该产品衬底彼此暂时金属键合。
101.在一个示例性的实施方式中，根据本发明的用于产品衬底与载体衬底的熔融键合的方法具有以下方法步骤：在示例性方法的第一方法步骤中，制备并且结构化该产品衬底和/或该载体衬底的待拼合的表面。
102.在第二方法步骤中，尤其是在等离子室中借助于等离子处理来激活待该产品衬底和该载体衬底的待拼合的表面。
103.在第三方法步骤中，尤其用di水来冲洗待拼合的表面。借此，所形成的颗粒同样被移除。
104.在第四方法步骤中，使该产品衬底和该载体衬底至少纯机械地彼此对准。
105.在第五方法步骤中，使该产品衬底和该载体衬底至少在一点处彼此接触并且因此启动键合波。该键合波的通过在预键合中使该衬底堆彼此键合。
106.在第六方法步骤中，使由产品衬底和载体衬底组成的衬底堆经历热处理以产生暂时金属-金属键合。在此，该预键合的键合力（范德瓦尔斯力）小于该金属暂时键合层的保持力。
107.与混合键合的常见技术不同，非金属衬底表面部分的持久的二维延伸的拼合将不会在该暂时键合方法中发生。
108.这里阐述的暂时键合方法的基本理念在于：产生如下衬底堆，该衬底堆至少由载体衬底、金属暂时键合层和产品衬底组成。
109.换言之，利用所公开的暂时键合方法来产生衬底堆，其中该暂时键合层是金属或金属合金层，而且其中该暂时键合层在根据本发明的暂时键合方法中尤其是能从该产品衬底移除而不含残余物和颗粒。另一优点在于：该衬底堆的衬底可吸收比聚合物中间层更大的加工力。通过随后描述的分离方法，该衬底堆可以以极小力和/或极小变形和/或极小应力来被分离。还有利的是：不必使用溶剂和/或化学品、换言之湿化学物质来进行分离。
110.因此，作为衬底堆的部分的这样被保护和支撑的产品衬底可以比用黏性聚合物固定的衬底堆更简单、更节省材料而且更成本低廉的方式来被进一步处理。
111.用于去键合的方法在一个示例性的实施方式中，用于将该载体衬底与该产品衬底分离的方法具有以下步骤，尤其是以下流程：在第一方法步骤中，将暂时键合的衬底堆安装并固定在衬底固持器上。
112.衬底固持器拥有固定件。这些固定件用于固定这些衬底。这些固定件可以是：1.机械固定件，尤其是1.1夹具，2.真空固定件，尤其是具有2.1.单独可控的真空轨道，2.2.彼此连接的真空轨道，3.电固定件，尤其是3.1.静电固定件，4.磁性固定件，5.黏性固定件，尤其是gel-pak固定件，和/或6.具有黏性、尤其是可控表面的固定件。
113.这些固定件尤其是以电子方式可控。
114.真空固定件是一种优选的固定方式。该真空固定件优选地包括多个真空轨道，这些真空轨道在衬底固持器的表面上冒出。这些真空轨道优选地单独可控。在技术上更易于实现的应用中，若干真空轨道被合并成真空轨道区段，这些真空轨道区段单独可控，因而可以被抽成真空或浸没。然而，每个真空区段都独立于其它真空区段。借此，获得构成单独可控的真空区段的可能性。这些真空区段优选地是环形的。由此，能够有针对性地、径向对称地、尤其是从内向外执行地固定和/或从衬底固持器剥离衬底、尤其是产品衬底。
115.在第二方法步骤中，至少一个波长的至少一个束状能量束、尤其是激光射束穿透该载体衬底被聚焦于该金属暂时键合层上，并且该暂时键合层借此被熔化并且蒸发或升华。
116.在一个替代的实施方式中，可并行地引入多条射束，以用于将能量输入到该暂时键合层中。
117.在一个优选的实施方式中，可以使衬底固持器上的衬底堆达到、即冷却或加热到特定温度。尤其是，借此可以实现用于裂纹形成的更大的热梯度。此外，温度处理、尤其是冷却的优点在于：去键合辐射的气态产物可以更快地冷凝和/或再升华。
118.用于该金属暂时键合层的相变的能量输入优选地以脉冲方式被引入到该暂时键合层中。借此来减少该衬底堆的不希望的整体加热。
119.该能量输入尤其是穿透至少主要对于该去键合辐射是通透的载体衬底直接进入该暂时键合层。借此，可以从该载体衬底分离任意掺杂的产品衬底和/或以对于该去键合辐射来说不通透的方式任意金属化的产品衬底。
120.根据本发明，尤其有利的是：在该去键合辐射的能量输入至该暂时键合层中期间，尤其是连续地测量反射辐射。借此，可以尤其是实时地调节去键合设备的辐射功率。此外，反射辐射量提供关于已发生的局部分离的信息。在去键合过程期间，该辐射的反射份额的比例发生变化。
121.在第三方法步骤中，尤其是在该载体衬底的更深的周围腔中的局部加热的金属蒸汽再升华或冷凝且硬化。
122.在一个替代的实施方式中，在该载体衬底的更深的周围腔中的局部加热的金属蒸汽可以首先冷凝并且接着硬化。
123.换言之，在第三方法步骤中，该暂时键合层借助于脉冲激光辐射来被局部移除。
124.在此，该载体衬底被设计为使得金属蒸汽尤其是以流动优化的方式被传送到这些腔中，并且该再升华或冷凝以及硬化因此是受控过程，而非听凭自身的物理效应。
125.这一点尤其可以利用如下可主动调整的参数来被影响：
‑ꢀ
利用该载体衬底的设计（承载比率、腔的形状和方位、在该衬底堆的腔中的压力）和/或
‑ꢀ
利用去键合辐射的能量输入（时间、波长、能量密度、激光光点的面积作为参数）和/或
‑ꢀ
利用该衬底堆的全局温度和/或利用在该载体衬底上的隆起上的借助于去键合辐射加热的光点与这些腔的底部之间的温度梯度。
126.为了有针对性地影响去键合过程，根据本发明，尤其可设想的是：冷却该衬底堆的其中一侧，并且加热该衬底堆的另一侧。尤其是，可以加热该产品衬底，并且同时可以尤其是利用干冰冲洗或液氮冲洗来冷却该载体衬底，以便局部地影响有针对性的冷凝和/或再升华。
127.所移除的金属化物尤其是被嵌入该载体衬底的腔中。
128.被涂覆到该产品衬底上的保护层尤其是可以吸收再升华或冷凝并且硬化的金属化物的一部分。
129.在第四方法步骤中，该载体衬底和该产品衬底相对应地被彼此分离。
130.在可选的第五方法步骤中，可以测量该载体衬底以判定是否应该移除沉积的金属化物。然后，该载体衬底可用于其它产品衬底的暂时键合。
131.这些方法可以在设备中自动化地进行。为此，可以将这些方法步骤作为配方来存储和实施。
132.配方是参数的经优化的值集合，这些参数在功能上或流程上相关联。配方的使用允许确保生产过程的可再现性。
133.用于暂时金属键合的设备在根据本发明的暂时键合中使用的设备是用于金属暂时键合的键合器。
134.该暂时键合器的功能相关部分可以尤其是在模块化设计中包含以下模块：
‑ꢀ
键合模块，
‑ꢀ
对准模块，
‑ꢀ
清洁模块，
‑ꢀ
激活模块，
‑ꢀ
金属化模块，
‑ꢀ
涂层模块，
‑ꢀ
移动装置，和/或
‑ꢀ
用于尤其是压缩空气、真空的供应模块。
135.根据本发明的暂时键合方法在该键合模块中被执行。为此，这些衬底优选地被固定在衬底固持器上并且被热键合。因此，可发生热键合卡盘与衬底固持器的功能集成。
136.根据本发明，尤其可设想的是：持久键合设备执行根据本发明的暂时键合。
137.对于暂时键合来说，类似于混合键合，该对准模块可以产生预键合，并且该键合模块、如温控烘箱可以尤其是在批量过程中将多个衬底堆同时以金属方式彼此连接。
138.该产品衬底与该载体衬底之间的对准精度可以用机械对准或者尤其是用衬底边缘的光学对准来实现。在一些情况下，同样能够依据这些衬底和/或衬底固持器上的对准标记来进行对准。
139.相对于这些衬底的中心点和/或外围和/或存在的对准标记而言，在该产品衬底与该载体衬底之间的对准精度小于 /-150微米，优选地小于 /-100微米，特别优选地小于 /-50微米，非常特别优选地小于 /-25微米，在最佳情况下小于 /-10微米，在理想情况下小于 /-1微米。
140.根据本发明，尤其有利的是：可在衬底之间产生持久金属键合的键合设备也可以被用于金属持久键合。
141.在用于金属暂时键合的暂时键合器中，该载体衬底的隆起尤其是与该产品衬底的对应区域金属键合并且因此连接。换言之，在该暂时键合器中产生衬底堆，该衬底堆利用金属暂时键合层将该载体衬底的隆起与该产品衬底连接，用于该产品衬底的进一步处理。
142.为了将该产品衬底与该载体衬底进行键合所需的键合力取决于技术上需要怎样的衬底尺寸、和/或怎样的金属化物和/或怎样的金属化键合区域。
143.可以使用介于10 n与100 kn之间、优选地介于10 kn与90 kn之间、特别优选地介于30 kn与80 kn之间的键合力。该键合力可以尤其是被用于这些衬底彼此间的良好的密切性。已证明较高的键合力对于金属键合来说是有利的，其中该金属化物的离析物可以形成
薄的自然氧化层，其可随着键合力而破裂。
144.用于对金属暂时键合进行去键合的设备在根据本发明的去键合中所使用的设备是用于金属暂时键合的去键合器。
145.用于金属暂时键合的去键合器尤其可以以模块化设计来被构造。如果该去键合器应该被构造成无模块的单独设备，则模块名称被视为各个功能组和/或组件的特征。
146.尤其是，在该去键合器中至少可存在以下模块：
‑ꢀ
去键合模块；
‑ꢀ
其它模块。
147.这些其它模块可包含以下模块：
‑ꢀ
尤其是用于移除该保护层的清洁模块，；
‑ꢀ
用于从该载体衬底移除多余金属化物的清洁模块；
‑ꢀ
用于载体翻转（carrier-flip-flop）的模块，尤其是用于固定尤其是薄的产品衬底的带或层压模块；
‑ꢀ
用于金属化物的测量模块；和/或
‑ꢀ
用于去键合模块的单独激光模块。
148.根据本发明，有利地，尤其可能的是：单独激光模块产生去键合辐射，并且只有“冷的”辐射被耦合输入到去键合模块中。因此，可以减少该设备中的寄生热源。激光模块可以——在该激光模块的光学组件的相对应的封装的情况下——被移出到洁净室的灰室中，其中可确保对该辐射源的相对应的冷却。因此，精确空调的洁净室不会被加热，并且因此废热可以更好地从该设备中被带走。
149.该去键合模块的辐射源产生去键合辐射，尤其是激光辐射。然而，替代地，电子束可以被用作去键合辐射。
150.公开了用来产生用于电磁辐射的去键合射束的不同电磁源的使用，这些电磁源可以被用于根据本发明的脱开：
‑ꢀ
微波源；
‑ꢀ
红外源，尤其是发射中红外（mir）的红外源；
‑ꢀ
发射可见光的光源；
‑ꢀ
uv（紫外光）源；和/或
‑ꢀ
x射线源。
151.尤其可设想是如下源，该源适合于通过电磁波来引起该载体衬底与该产品衬底的根据本发明的分离，尤其是通过金属连接层的溶解、最优选地通过该金属连接层的升华。
152.根据本发明的另一方面还在于：金属对红外辐射具有非常高的吸收能力。与此相对应地，金属暂时键合层非常适合于被红外激光所破坏。
153.这种源的电磁辐射可以是非相干的或相干的。优选的是发射相干电磁辐射（激光）的源。发射相干微波束的微波源称为微波激射器。
154.在专利说明书的接下来的部分中，相干性描述空间和/或时间相干性。
155.去键合辐射的波长在10 nm与10 mm之间，优选地在150 nm与200微米之间，特别优选地在400 nm与30微米之间，非常特别优选地在1微米与10微米之间。
156.根据本发明，尤其有利的是：该金属暂时键合层的最大吸光率以及用于去键合辐
射的辐射源的波长彼此协调，使得可有效地进行去键合。根据本发明，还有利的是：该金属暂时键合层的最大吸光率和该载体衬底的最大透射率以及去键合辐射的波长彼此协调。为此，本领域技术人员可以使用已知的朗伯比尔（lambert-beer）关系。
157.根据本发明规定：在辐射源连续工作的情况下，如果不使用该去键合辐射，但是继续接通辐射源，则去键合辐射可以使用机电斩波器和/或使用镜面系统来被中断和/或被传导到接收器（senke）中。
158.在诸如led激光器的可切换辐射源的情况下，可以以电子方式来控制和/或调节去键合辐射的脉冲时长。
159.去键合辐射在去键合设备中被导向到该衬底堆的以金属方式连接的区域上。
160.所使用的电磁辐射的重要的物理参数是强度。该强度以瓦特为单位来说明。该电磁辐射的强度尤其是大于0.1瓦特，优选地大于1瓦特，还更优选地大于100瓦特，最优选地大于1000瓦特，极其最优选地大于10千瓦。
161.在该去键合设备中，强度剖面、即强度沿着一个方向沿着穿过去键合辐射的射束形式的方向的变化过程，可以通过光学组件来任意地被调整。优选的强度剖面为：
‑ꢀ
高斯剖面，
‑ꢀ
矩形剖面，
‑ꢀ
三角形剖面，和/或
‑ꢀ
椭圆剖面，尤其是圆形剖面。
162.作为可在衬底堆处、尤其是在暂时键合层中持续发出的发光功率、尤其是辐射功率来被测量的激光功率尤其为至少5 w，优选地大于10 w，还更优选地大于15 w，最优选地大于17 w，极其最优选地大于30 w。
163.该激光的优选的波长范围在100 nm与10000 nm之间，优选地在250 nm与1100 nm之间，还更优选地在270 nm与430 nm之间，最优选地在280 nm与380 nm之间。
164.在其它实施方式中，该激光的优选的波长范围在1000 nm与10000 nm之间。
165.在一个特别优选的实施方式中，该激光的波长能借助于频率转换器、尤其是声光调制器、尤其是布拉格单元来被调整和/或滤波。
166.在该设备的另一优选的实施方式中，激光射束包含来自1064 nm、420 nm、380 nm、343 nm、318 nm、308 nm、280 nm的全体中的至少一个波长。
167.尤其是，特别有利的是使用具有至少两个波长的激光射束，以便能够在该暂时键合层中组合地引起尤其是光化学和光热过程。
168.在该设备的一个特别优选的实施方式中，射束源是二极管激光器。
169.每个衬底的激光辐射的总能量尤其设定在0.01 mj与5000 kj之间，优选地设定在0.1 mj与4000 kj之间，特别优选地设定在100 mj与2000 kj之间。
170.该激光射束可以在连续模式中运行或者以脉冲方式来运行。
171.脉冲频率尤其设定在0.1 hz与300 mhz之间，优选地设定在100 hz与500 khz之间，特别优选地设定在10 khz与400 khz之间，非常特别优选地设定在100 khz与300 khz之间。
172.每个衬底堆的脉冲数取决于所需总能量优选地大于1百万个脉冲，优选地大于3百万个脉冲，特别优选地大于5百万个脉冲，非常特别优选地大于6百万个脉冲。
173.每个脉冲照射击中该衬底堆的能量尤其设定在0.1 nj与1 j之间，优选地设定在1 nj与900
µ
j之间，特别优选地设定在10 nj与500
ꢀµ
j之间。
174.每个脉冲的照射面积尤其是在1
ꢀµ
m2与100000
ꢀµ
m2之间，优选地在10000
ꢀµ
m2与50000
ꢀµ
m2之间，特别优选地在1000
ꢀµ
m2与40000
ꢀµ
m2之间，非常特别优选地在2500
ꢀµ
m2与26000
ꢀµ
m2之间。
175.本领域技术人员已知照射面积的同义词为光点尺寸、射束光点（英文laser spot size（激光光点尺寸））。
176.更大区域的照射要么可以在整个区域上进行，要么可以通过扫描过程来进行。如果具有该暂时键合层的区域与该照射面积几乎一样大，则发生简单的、非扫描的照射。如果具有该暂时键合层的区域大于该照射面积，则优选地进行扫描照射。
177.该照射面积的形状尤其是是圆形，在其它优选的实施方式中为椭圆形，在特别优选的实施方式中为矩形。
178.优选地，去键合辐射可聚焦。焦点在其内可被改变的长度尤其是大于0.1 mm，优选地大于1 mm，还更优选地大于5 mm，最优选地大于10 mm，极其最优选地大于20 mm。
179.根据本发明的一个优选的扩展方案，提供了针对电磁去键合辐射所使用的源的脉冲运行。由于相对高的强度和功率密度，可能导致从暂时键合层到衬底上的热传递。为了尽可能防止这样的热传递，优选地使用脉冲电磁射束。脉冲时长尤其小于10秒，优选地小于1秒，还更优选地小于1微秒，最优选地小于1纳秒，极其最优选地小于1皮秒。
180.去键合辐射的脉冲运行的目的在于对暂时键合层的快速、局部、点状加热，使得金属暂时键合层优选地升华，不那么优选地首先熔化并且接着转变成气相。
181.通过对去键合射束的导向，可以影响温度剖面、尤其是温度梯度，利用该温度剖面，以目标为导向地在局部在空间上规定被溶解的暂时键合层的再升华或冷凝以及硬化。
182.相对应地，同样可以通过对去键合射束的导向来规定暂时键合层的再升华或冷凝以及硬化。
附图说明
183.本发明的其它优点、特征和细节从随后对优选的实施例的描述中以及依据附图来得出。这些附图中：图1示出了根据本发明的在第一实施方式中的衬底堆的示意性简图；图2示出了在去键合时的根据本发明的在第二实施方式中的衬底堆的示意性简图；以及图3a至图3c示出了不同实施方式中的载体衬底的示意性简图。
184.在这些附图中，相同构件或具有相同功能的构件由相同的附图标记来表征。为了呈现目的，可以放大地绘制所有简图，因此这些附图不必具有实际实施方式的比例。
具体实施方式
185.图1示出了根据本发明的衬底堆6的示意性简图。衬底堆6具有：结构化的载体衬底1；暂时键合层2、尤其是金属暂时键合层；保护层3；和产品衬底4。
186.在该实施方式中，暂时键合层2作为金属化物在整个区域上被涂覆到所呈现的保
护层3上，保护层3可以是原子薄或分子薄阻障层。
187.图2示出了在去键合时的根据本发明的另一衬底堆6'的示意性简图。在衬底堆6'的该实施方式中，金属化物2'是仅被涂覆在载体衬底1'的隆起1'e上的，使得金属化物2'仅表示该暂时键合层的有针对性的部分区域。换言之，暂时键合层2'是岛状地被涂覆的。保护层3'将产品衬底4'与金属暂时键合层2'分离。
188.去键合射束5穿透载体衬底1'击中被涂覆到隆起1'e上的暂时键合层2'的一点。
189.没有示出暂时键合层2'移动到载体衬底1'的周围腔1'k中。去键合射束5的会聚不仅象征着去键合射束5的以目标为导向的偏转，而且象征着聚焦。
190.图3a示出了尤其是通透的载体衬底1''的根据本发明的另一实施方式。载体衬底1''具有多个隆起1''e，这些隆起既可以支撑未示出的产品衬底又可以形成用于未示出的暂时键合层的接触点。
191.为了能够实现对加工力的均匀的力吸收，这些隆起1''e可以线形地或网格状地分布在该载体衬底上，尤其是均匀分布在该载体衬底上。载体衬底1''的腔1''k位于这些隆起1''e之间。
192.在再升华或冷凝以及硬化之后的暂时键合层的残留物的嵌入没有被示出。
193.图3b示出了尤其是通透的载体衬底1'''的根据本发明的另一实施方式。载体衬底1'''具有多个隆起1'''e，这些隆起既可以支撑未示出的产品衬底又可以形成用于未示出的暂时键合层的接触点。在载体衬底1'''的该实施方式中，这些隆起1'''e具有凸形表面，使得能够尤其是与未示出的产品衬底进行点接触。与图3a中的实施方式相比，未示出的暂时键合层的有效面积由于凸形隆起1'''e的毛细效应而缩小。因此，一方面可以实现在暂时键合层方面的材料节约。另一方面，由于支撑区域的缩小，可以实现更有效的去键合。
194.图3c示出了尤其是通透的载体衬底1
iv
的根据本发明的另一实施方式。载体衬底1
iv
具有多个隆起1
iv
e，这些隆起既可以支撑未示出的产品衬底又可以形成用于未示出的暂时键合层的接触点。在该载体衬底的该实施方式1
iv
中，这些隆起1
iv
e是点状的。这些隆起被腔1
iv
k所包围。在该实施方式中，特别有利的是这些隆起1
iv
e在载体衬底1
iv
上的均匀分布，其中与其它实施方式3a和3b相比，承载比率可以更小。
195.附图标记清单1、1'、 1''、 1'''、1
iv 载体衬底1''e、1'''e、1
iveꢀꢀꢀꢀꢀ
隆起1''k、1'''k、1
ivkꢀꢀꢀꢀꢀ
腔2、2'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
暂时键合层3、3'
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保护层4、4'
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产品衬底5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
去键合辐射6、6'
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬底堆。