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TWI658919B - 材料的接合方法及分離方法 - Google Patents

材料的接合方法及分離方法 Download PDF

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TWI658919B TW107109874A TW107109874A TWI658919B TW I658919 B TWI658919 B TW I658919B TW 107109874 A TW107109874 A TW 107109874A TW 107109874 A TW107109874 A TW 107109874A TW I658919 B TWI658919 B TW I658919B
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張鼎張
Chih Cheng Shih
施志承
Ming Hui Wang
王銘徽
Wen Chung Chen
陳穩仲
Chih Yang Lin
林志陽
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國立中山大學
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Abstract

一種材料的接合方法，用以解決習知的接合方法導致材料產生缺陷的問題。係包含：提供二元件，各該元件分別具有一接合部；將各該元件置入一反應腔體內，於該反應腔體內通入一超臨界流體；及對各該元件加壓，使各該元件的該接合部相對接合。本發明另提供一種材料的分離方法。

Description

材料的接合方法及分離方法
本發明係關於一種材料的加工方法，尤其是一種材料的接合方法，本發明另關於一種材料的分離方法。
一般半導體加工技術當中，欲將二個材料(例如二個矽晶圓)接合時，需將該等材料置於高溫環境下，並對該等材料施加壓力，使各該材料之間相互接觸之接合部產生共價鍵而完成接合。然而，利用此種方法接合後的材料，在接合部尚有許多缺陷，影響材料製成成品後的性能。又，欲接合之二個材料的材質不同時，高溫的環境會在不同材料產生不同的應力而容易導致材料破裂。此外，此種方法亦不適用於不耐熱的材料(例如塑膠基板)。
另一方面，一般已接合完畢的材料(例如膠合基板、聚醯亞胺-玻璃複合基板等)需藉由機械力量或化學反應分離，此時可能使該材料變形、破損或產生缺陷，不利於該材料的後續製程。
有鑑於此，習知的材料接合及分離方法確實仍有加以改善之必要。
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種材料的接合方法，能夠減少所接合之材料的缺陷，且可適用於不耐熱的材料。
本發明的次一目的是提供一種材料的分離方法，能夠避免分離材料時的材料破損。
本發明之材料的接合方法，包含：提供二元件，各該元件分別具有一接合部；將各該元件置入一反應腔體內，於該反應腔體內通入一超臨界流體；及對各該元件施加4~100000psi之壓力，使各該元件的該接合部相對接合；其中，該反應腔體內的溫度為350℃，且壓力為3000psi。
據此，本發明之材料的接合方法藉由通入該超臨界流體，可以避免習知之高溫環境導致材料產生缺陷甚至材料破裂，且可適用於接合不耐熱的材料，具有提升材料所製成之成品的性能之功效。
其中，該超臨界流體為二氧化碳、四氟化碳、氬氣、氮氣、有機溶劑或烴類，又，該超臨界流體另包含一摻雜物，該摻雜物為氫、氮、磷、砷、氧、硫、硒、鹵素或前述元素之化合物。如此，係具有減少該接合部的缺陷之功效。
本發明之材料的分離方法，包含：提供一複合材料，該複合材料包含二元件及使各該元件相互結合之一結合層；及將該複合材料置入一反應腔體內，於該反應腔體內通入一超臨界流體；其中，該反應腔體內的溫度為400℃，且壓力為4000psi。
其中，該超臨界流體為二氧化碳、四氟化碳、氬氣、氮氣、有機溶劑或烴類，又，該超臨界流體另包含一摻雜物，該摻雜物為氫、氮、磷、砷、氧、硫、硒、鹵素或前述元素之化合物。如此，係具有使該結合層溶解而直接分離各個元件之功效。
1‧‧‧元件
11‧‧‧接合部
2‧‧‧複合材料
21‧‧‧元件
22‧‧‧結合層
A1‧‧‧腔體
A2‧‧‧流體進出孔
B‧‧‧超臨界流體
第1a圖：各元件接合前之示意圖。
第1b圖：各元件接合後之示意圖。
第2a圖：複合材料分離前之示意圖。
第2b圖：複合材料分離後之示意圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明以下所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。
請參照第1a圖及第1b圖，本發明之材料的接合方法包含：提供二元件1；將各該元件1置入一反應腔體A1內，於該反應腔體A1內通入一超臨界流體B；及對各該元件1加壓，使各該元件1相對接合。
該元件1分別具有一接合部11，該元件1可以為由矽晶圓、三五族材料(例如GaAs、AlGaAs)、氧化物(例如二氧化矽)或金屬基板等半導體製造中常用的材料所製成，係所屬技術領域中具有通常知識者可依照需求而適當選擇，不以此為限。
該超臨界流體可以另包含一摻雜物，摻雜物為氫、氮、磷、砷、氧、硫、硒、鹵素或前述元素之化合物。藉由使該超臨界流體包含該摻雜物，可以對該元件1進行表面改質，以減少該接合部11的缺陷。又，該超臨界流體可以選擇二氧化碳、四氟化碳、氬氣、氮氣、有機溶劑(例如甲醇、乙醇、丙酮等)或烴類(例如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等)等常作為超臨界流體之物質。
為了使該超臨界流體維持超臨界狀態，該反應腔體內的溫度為40~400℃，較佳為350℃，並且該反應腔體內的壓力為10~100000psi，較佳為3000psi。
對各該元件1加壓時，係施加4~100000psi之壓力，使各該元件1的該接合部11相對接合。又，對各該元件1加壓的方式不特別限制，例如可以使用加壓機械或強力磁鐵等對各該元件1加壓，以使各該元件1相互接合。
如第1a圖及第1b圖所示，本實施例中，用本發明之材料的接合方法接合材料時，首先提供二個該元件1，將該元件1置入該反應腔體內，且使各該元件1的接合部11相對，於該反應腔體A1內透過一流體進出孔A2通入該超臨界流體B並使該反應腔體A1內的溫度為350℃且壓力為3000psi，且依照第1b圖所示之箭頭方向對各該元件1施加4psi之壓力以使相對之該接合部11相對接合，此時該超臨界流體B在該接合部11提供用以形成共價鍵之原子，且各該元件1所受到的壓力係使各該接合部11靠近到足以產生反應形成共價鍵，藉此完成該元件1的接合。
請參照第2a圖及第2b圖，本發明之材料的分離方法包含提供一複合材料2；及將該複合材料2置入該反應腔體A1內，於該反應腔體A1內通入該超臨界流體B。
該複合材料2包含二元件21及使各該元件21相互結合之一結合層22，又，該複合材料2可以為例如純矽及其化合物、純鍺及其化合物、氧化鋁、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦、矽化鍺、矽化碳、氮化矽、氧化矽、二硫化鉬、石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醯亞胺及有機聚合材料基板、玻璃複合基板等半導體製造中常用的複合材料，係所屬技術領域中具有通常知識者可依照需求而適當選擇，不以此為限。該結合層22可以為例如銀膠、銅膠、矽膠、有機凝膠、樹脂、錫、銦、鎵等低熔點金屬等半導體製造中常用於黏合材料，且可溶於該超臨界流體者，亦為所屬技術領域中具有通常知識者可依照需求而適當選擇，不以此為限。
為了使該超臨界流體維持超臨界狀態，該反應腔體內的溫度 為40~400℃，較佳為400℃，並且該反應腔體內的壓力為10~100000psi，較佳為4000psi。又，可作為該超臨界流體的物質以及可添加至該超臨界流體的摻雜物已如上述說明，於此不再贅述。
如第2a圖及第2b圖所示，用本發明之材料的分離方法分離材料時，首先提供該複合材料2，將該複合材料2置入該反應腔體A1內，於該反應腔體A1內透過該流體進出孔A2通入該超臨界流體B並使該反應腔體A1內的溫度為400℃且壓力為4000psi，此時該超臨界流體B溶解該結合層22，以使各該元件21直接分離。
綜上所述，本發明之材料的接合方法，藉由通入該超臨界流體，可以避免習知之高溫環境導致材料產生缺陷甚至材料破裂，且可適用於接合不耐熱的材料，具有提升材料所製成之成品的性能之功效。又，本發明之材料的分離方法，藉由通入該超臨界流體，可以使複合材料中的結合層溶解而直接分離各個元件，避免對各個元件造成破壞，具有維持材料的可用性之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (6)

  1. 一種材料的接合方法，包含：提供二元件，各該元件分別具有一接合部；將各該元件置入一反應腔體內，於該反應腔體內通入一超臨界流體；及對各該元件施加4~100000psi之壓力，使各該元件的該接合部相對接合；其中，該反應腔體內的溫度為350℃，且壓力為3000psi。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之材料的接合方法，其中，該超臨界流體為二氧化碳、四氟化碳、氬氣、氮氣、有機溶劑或烴類。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之材料的接合方法，其中，該超臨界流體另包含一摻雜物，該摻雜物為氫、氮、磷、砷、氧、硫、硒、鹵素或前述元素之化合物。
  4. 一種材料的分離方法，包含：提供一複合材料，該複合材料包含二元件及使各該元件相互結合之一結合層；及將該複合材料置入一反應腔體內，於該反應腔體內通入一超臨界流體；其中，該反應腔體內的溫度為400℃，且壓力為4000psi。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之材料的分離方法，其中，該超臨界流體為二氧化碳、四氟化碳、氬氣、氮氣、有機溶劑或烴類。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之材料的分離方法，其中，該超臨界流體另包含一摻雜物，該摻雜物為氫、氮、磷、砷、氧、硫、硒、鹵素或前述元素之化合物。
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