用于直接键合硅与硅或碳化硅与碳化硅的方法技术

本发明专利技术涉及用于直接键合硅与硅或碳化硅与碳化硅的方法。一种用于键合第一硅部件与第二硅部件的方法，包括：在热绝缘结构的表面上布置所述第一硅部件和所述第二硅部件直接物理接触；控制所述热绝缘结构中的压强至预定压强；使用一个或多个加热器控制所述热绝缘结构中的温度至预定温度；以及在处理时间段期间键合所述第一硅部件与所述第二硅部件。所述预定温度在高于或等于1335℃且低于1414℃的温度范围内。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年8月7日提交的美国临时申请No.62/202,364的权益。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本公开内容涉及用于将硅部件直接键合在一起或碳化硅部件直接键合在一起的系统和方法。
技术介绍
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开内容的背景的目的。在此背景部分中描述的程度上的当前指定的专利技术人的工作，以及在提交申请时可能无法以其他方式有资格作为现有技术的所述描述的各方面，既不明确也不暗示地承认是针对本专利技术的现有技术。半导体处理系统可以包括需要由硅(Si)或碳化硅(SiC)制成的组件。生产使用硅或碳化硅制成的大型组件是很昂贵的。制备用于生产这些大型组件的起始坯料的成本随着成品部件尺寸的增大而增加。当使用硅时，起始坯料通常由切成所要求的厚度的单晶的、无位错(DF)硅锭和多晶硅锭制成。在许多情况下，该加工过程是耗时的并具有较高的劳动成本。某些组件可能需要从起始坯料去除大量的材料。一些组件(诸如，具有内部气室的气体分配板)无法使用单片硅坯料来制备。针对如环形组件之类的某些类型的组件，岩心钻和电气放电加工(EDM)是用于减少材料损失和加工时间的有效途径。较大的组件可使用两个或更多个分开加工的较小的组件进行组装然后结合在一起。这种方法相对于从单一的单片坯料加工可以显著降低生产成本。弹性体已被用于结合硅与硅，硅与石墨，以及硅与铝。然而，弹性体结合物具有相对弱的拉伸强度(通常约470psi)。弹性体的使用还限制工作温度为约185℃。弹性体结合物与体硅相比典型地具有较高的电阻率和较低的热导率。弹性体结合物更容易在衬底处理系统中产生颗粒污染。液相结合涉及在待结合在一起的两个或更多个部件之间放置如铝或金之类的结合剂。结合剂被加热至高于其熔点的温度。虽然结合力通常很强，但是最高施加温度由Si和结合剂的共熔温度限制，Si-Al的共熔温度是580℃，Si-Au的共熔温度是363℃，该共熔温度对于某些衬底处理系统应用而言可能很低。另外，该结合剂可增加金属污染，并在衬底处理系统中的后续使用过程中产生不挥发的颗粒。除了污染的风险，Si和结合材料之间的热膨胀系数(CTE)通常是不同的，从而可在硅中产生剪切应力并削弱结合部分的机械强度。
技术实现思路
一种用于键合第一硅部件与第二硅部件的方法，其包括在热绝缘结构的表面上布置所述第一硅部件和所述第二硅部件直接物理接触；控制该热绝缘结构的压强至预定压强；使用一个或多个加热器控制该热绝缘结构的温度至预定温度；以及在处理期间键合所述第一硅部件与所述第二硅部件。所述预定温度在高于或等于1335℃和低于1414℃的温度范围内。在其他特征中，热绝缘结构中的压强小于1托。处理持续时间为介于10小时和50小时之间。该方法还包括在键合期间供给惰性气体到所述热绝缘结构。在其他特征中，在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键在使用过程中能承受高于580℃的工作温度。在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键在使用过程中能承受高于580℃且低于1335℃的工作温度。]在其他特征中，该方法包括供给外力以在键合过程中保持所述第一硅部件至所述第二硅部件上。在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键具有1.17+/-0.09W/cm-K的热导率。在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键具有大于2000PSI的拉伸强度。在其他特征中，该方法还包括在表面与所述第一硅部件和所述第二硅部件中的至少一个之间放置碳材料。碳材料选自石墨和柔性石墨(Grafoil)。外力通过叠压机(press)和重量物(weight)中的一种提供。在其他特征中，该方法包括在叠压机和重量物中的一种与所述第一硅部件和所述第二硅部件中的至少一个之间布置碳材料。在不使用中间结合材料的情况下使所述第一硅部件与所述第二硅键合在一起。在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键是硅-硅共价键。在其他特征中，热流入所述第一硅部件和所述第二硅部件从其两侧到其中心。在处理时间段期间在键合区域发生外表面熔融。在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间的接合处的毛细管力驱使熔融硅到所述第一硅部件和所述第二硅部件之间的间隙。在固化时，硅部件被键合在一起。在其他特征中，所述第一硅部件和所述第二硅部件是由单晶硅制成的。所述第一硅部件和所述第二硅部件是由多晶硅制成的。所述第一硅部件和所述第二部件被布置在所述热绝缘结构的基座上。所述基座包括底表面和侧壁。加热器被布置在所述侧壁和所述热绝缘结构之间。一种用于键合第一碳化硅部件与第二碳化硅部件的方法，其包括在容器中布置所述第一碳化硅部件和所述第二碳化硅部件直接物理接触；将所述第一碳化硅部件和所述第二碳化硅部件包围在碳化硅/硅粉末基质中；在热绝缘结构中布置所述容器；控制该热绝缘结构的压强至预定压强；使用一个或多个加热器控制该热绝缘结构的温度至预定温度；以及在处理时间段期间键合所述第一碳化硅部件与所述第二碳化硅部件。所述预定温度在高于或等于1600℃以及低于2000℃的温度范围内。在其他特征中，所述热绝缘结构中的压强小于1托。该处理时间段在介于10小时和50小时之间。该方法包括在低于一个大气压的压强下在键合过程中将惰性气体供给到所述热绝缘结构。在所述第一碳化硅部件和所述第二碳化硅部件之间形成的键能在使用过程中承受高于580℃且低于1600℃的工作温度。在其他特征中，在不使用中间结合材料的情况下将所述第一碳化硅部件和所述第二碳化硅部件键合在一起。在所述第一碳化硅部件和所述第二碳化硅部件之间形成的键是Si-C共价键。具体而言，本专利技术的一些方面可以阐述如下：1.一种用于键合第一硅部件与第二硅部件的方法，其包括：在热绝缘结构的表面上布置所述第一硅部件和所述第二硅部件直接物理接触；控制所述热绝缘结构中的压强至预定压强；使用一个或多个加热器控制所述热绝缘结构中的温度至预定温度；以及在处理时间段期间键合所述第一硅部件和所述第二硅部件，其中，所述预定温度在高于或等于1335℃且低于1414℃的温度范围内。2.如条款1所述的方法，其中，所述热绝缘结构中的压强小于1托。3.如条款1所述的方法，其中，所述处理时间段在介于10小时和50小时之间。4.如条款1所述的方法，其还包括在低于一个大气压的压强下在键合过程中供给惰性气体到所述热绝缘结构。5.如条款1所述的方法，其中，在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键能够在使用过程中承受高于580℃的工作温度。6.如条款1所述的方法，其中，在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键能够在使用过程中承受高于580℃且低于1335℃的工作温度。7.如条款1所述的方法，其还包括在所述键合过程中提供外力以保持所述第一硅部件至所述第二硅部件上。8.如条款1所述的方法，其中，在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键具有1.17+/-0:09W/cm-K的热导率。9.如条款1所述的方法，其中，在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键具有大于2000PSI的拉伸强度。10.如条款1所述的方法，其还包括布置碳材料在重量物或叠压机与所述第一硅部件和所述第二硅部件中的至少一个之间。11.如条款10所述的方法，其中，所述碳材料选自石墨和柔性石墨。12.如条款7所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于键合第一硅部件与第二硅部件的方法，其包括：在热绝缘结构的表面上布置所述第一硅部件和所述第二硅部件直接物理接触；控制所述热绝缘结构中的压强至预定压强；使用一个或多个加热器控制所述热绝缘结构中的温度至预定温度；以及在处理时间段期间键合所述第一硅部件和所述第二硅部件，其中，所述预定温度在高于或等于1335℃且低于1414℃的温度范围内。

【技术特征摘要】
2015.08.07 US 62/202,364;2016.07.12 US 15/207，9331.一种用于键合第一硅部件与第二硅部件的方法，其包括：在热绝缘结构的表面上布置所述第一硅部件和所述第二硅部件直接物理接触；控制所述热绝缘结构中的压强至预定压强；使用一个或多个加热器控制所述热绝缘结构中的温度至预定温度；以及在处理时间段期间键合所述第一硅部件和所述第二硅部件，其中，所述预定温度在高于或等于1335℃且低于1414℃的温度范围内。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述热绝缘结构中的压强小于1托。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述处理时间段在介于10小时和50小时之间。4.如权利要求1所述的方法，其还包括在低于一个大气压的压强下在键合过程中供给惰性气体到所述热绝缘结构。5.如权利要求1所述的方法，其中，在所述第一硅部件和所述第二硅部件之间形成的键能够在使用过程中承受高于580℃的工作温度。6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继宏，卫久安，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US