JPH03250617A

JPH03250617A - 接合ウエーハの製造方法

Info

Publication number: JPH03250617A
Application number: JP4577890A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Ito; 伊藤　辰夫; Masami Nakano; 正己中野; Katsuo Yoshizawa; 吉沢　克夫; Takahiro Kida; 隆広木田; Masao Fukami; 正雄深美
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-08
Anticipated expiration: 2010-10-11
Also published as: JPH0795505B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、２枚のウェーハを接合一体止して成る接合ウ
ェーハの製造方法に関する。

（従来の技術）従来、誘電体基板上に単結晶半導体薄膜を形成する方法
としては、単結晶サファイア基板上に単結晶シリコン（
Ｓｉ）膜等をエピタキシャル成長させる技術か良く知ら
れているか、この技術においては、基板誘電体と気相成
長されるシリコン多結晶との間に格子定数の不一致かあ
るため、シリコン気相成長層に多数の結晶欠陥か発生し
、このために該技術は実用性に乏しい。

又、シリコン基板表面上に熱酸化膜を形成し、この熱酸
化膜上に多結晶状若しくはアモルファス状のシリコン膜
を被着し、これに電子線或いはレーザー光線等のエネル
ギービームを線状に、且つ一方向に照射して該シリコン
膜を線状に融解冷却及び側止することによって、全体を
単結晶の薄膜とする技術も良く知られている。

ところで、熱酸化膜上のシリコン多結晶膜をレーザー光
線等て多結晶膜化する技術は、例えば特公昭６２−３４
７１６号公報に開示されている。この技術においては、
単結晶シリコン基板の端部にこれと一体に連続する単結
晶突部を設け、これを核として多結晶膜の単結晶化を試
みているか、溶融シリコンの酸化膜との相互作用によっ
て部分的には単結晶化は可能であるか、実用に耐え得る
シリコン単結晶膜は得難いのが実情である。

そこて、近年、ＳＯＩ　（Ｓｉ　ｏｎ　１ｎｓｕｌａｔ
ｉｏｎ）構造のウェーハか特に注目されるに至った。こ
の接合ウェーハは、２枚の半導体ウェーハの少なくとも
一方を酸化処理してそのウェーハの少なくとも一方の表
面に酸化膜を形成し、これら２枚の半導体ウェーハを前
記酸化膜か中間層になるようにして重ね合わせた後、所
定温度に加熱して両者を接着し、その上層のウェーハ（
以下、ボンドウェーハと称す）を研磨加工してこれを薄
膜化することによって得られる。

（発明か解決しようとする課題）ところて、接合ウェーハにおいては、両ウェーハの結合
強度が全接着面に亘って高いことか必要であり、結合強
度か不十分であると接合界面にボイドと称される未結合
領域か生じ、製品の歩留りか悪くなるという問題か生ず
る。尚、ボイドの検出方法としては、赤外線透過法、超
音波損傷法、Ｘ線ラング法等か知られている。

又、接合ウェーハの製造工程においては、ウェーハ表面
に被着された酸化膜を除去するために例えばフッ化水素
液を用いたエツチングか実施されるか、接合界面のエツ
チング液（フッ化水素液）に対する耐浸食性か高くなけ
れば、デハイス工程においてボンドウェーハ上に形成さ
れるパターンに剥れか発生する等の不具合か生しる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的と
する処は、結合強度及び接合界面のエツチング液に対す
る耐浸食性か高い接合ウェーハを得ることかてきる接合
ウェーハの製造方法を提供することにある。

帽１を解決するための手段）上記目的を達成すべく本発明は、２枚の第１第２鏡面ウ
ェーハのうちの第２鏡面ウェーハの少なくとも片面鏡面
側に酸化膜を形成し、該酸化膜が中間層になるようにし
て第２鏡面ウェーハの該酸化膜を形成した鏡面を第１ウ
ェーハの少なくとも一方の鏡面に重ね合わせた後、これ
ら第１、第２ウェーハを所定温度に加熱して両者を接着
した後、第２鏡面ウェーハの非接合表面を研磨してこれ
を薄膜化することによって接合ウェーハを得ることを特
徴とする。

（作用）第１．第２鏡面ウェーハ（以下、単にウェーハと称す）
をこれらの間に酸化膜を介して接着するパターンとして
は、第１ウェーハ（接合ウェーハにおいて、主としてそ
の機械的強度を与える保護用ウェーハてあって、以下、
ベースウェーハと称す）のみに酸化膜を形成し、この酸
化膜を介してベースウェーハに第２ウェーハ（薄層化さ
れ、接合ウェーハにおいて、デバイスか形成されるウェ
ーハてあって、以下、ボンドウェーハと称す）を＃着す
るパターン、逆にボンドウェーハのみに酸化膜を形成し
、この酸化膜を介して両ウェーハを接着するパターン、
両ウェーハに各々酸化膜を形成し１、これらの酸化膜を
介して両ウェーハを接着するパターンか考えられる。

本発明者等は、上記パターンの違いか接合ウェーハに８
ける丙ウェーハの結合機構、延いては両ウェーハの結合
強度及び接合界面のエツチング液に対する耐浸食性に影
響を及ぼすものとの見地に立って種々実験した結果、本
発明方法のようにボンドウェーハのみに酸化膜を形成す
れば、薄層化されたボンドウェーハにおいて高い結合強
度及び耐浸食性か得られることを見い出した。

（実施例）以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る製造方法をその工
程順に示す説明図であり、本発明方法に３いては、第１
図（ａ）に示すように素子形成面となるべき単結晶のＳ
ｉボンドウェーハｌを酸化処理してその片面（下面）に
厚さ約５００ｎ＋＊のＳｉｎ、酸化膜３を形成し、この
ボンドウェーハｌの他に、ベース材となるべき同じく単
結晶のＳｉベースウェーハを用意する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、ベースウェーハ２の
上にボンドウェーハｌを重ね合わせて一体化し、これら
一体止されたウェーハ１，２をＮ２雰囲気中又は酸化性
雰囲気中て約１１００°Ｃの温度て約１２０分間たけ熱
酸化処理することによって、第１図（ｃ）に示すように
両ウェーハ１，２の全表面に厚さ約５００ｎｍの５ｉｆ
ｔ酸化膜４を形成する。

次に、上記接合一体止されたウェーハ１，２は冷却され
て第１図（ｄ）に示すようにその上層のボンドウェーハ
ｌの表面か所定の研磨代（例えば、３ｇｍ）を残して所
定の厚さｔ□　（例えば、６μｍ）になるまてプレ研磨
（１次研磨）されるか、前述のようにＳｉ単結晶から成
るウェーハ１．２の熱収縮率（熱膨張率）の方かＳｉＯ
□酸化Ｍ３，４のそれよりも大きいため、ウェーハ１．
２を冷却した時点てこれらウェーハ１，２内には残留応
力か蓄積される。

然るに、本実施例ては、上記プレ研磨か終了した時点で
ベースウェーハ２の上下面は略凹−厚さ（約５００ｎ■
）の酸化１ｉ１３，４によって被われるため、該ベース
ウェーハ２の上下面における残留応力分布か略等しくな
り、上下面の熱収縮量か路間−となって邑該ヘースウェ
ーハ２の撓み変形か防かれる。

ところて、前述のようにプレ研磨された厚さｔｌのボン
ドウェーハｌ（第１図（ｄ）参照）は、２次研磨によっ
て厚さｔ２　（例えば、３ｕＬｍ）まて研磨されて薄膜
化され、これによって第１図（ｅ）に示すような接合ウ
ェーハ５か得られる。

而して１以上のようにして得られる接合ウェーハ５の結
合強度を調べるために、接着時の温度９００℃、　１．
０００℃、１１００℃、１２００℃て各２時間加熱して
得られる接合ウェーハを複数用意し、各接合ウェーハの
引っ張り強度を引っ張り試験機で測定した結果を第２図
（ｃ）に示す。又、同し加熱条件下て、ウェーハ間に酸
化膜を介在させないで直接接合して得られる接合ウェー
ハ、両ウェーハに共に厚さ５００１■の酸化膜を形成し
、この酸化膜を介して両ウェーハを接合して得られる接
合ウェーハに対して行なわれた引っ張り試験によって得
られた引っ張り強度の測定結果を第２図（ａ）、（ｂ）
にそれぞれ示す。尚、第２図中、・印は両ウェーハの接
合界面か剥離したときの値を示し、Ｏはウェーハを引っ
張り試験機に接合した接着剤が剥離したときの値を示す
。又、同図中、酸化膜０１０ｎｍ　、　５００１５００
ｎｍ　、　５００１０ｎ■とは、両ウェーハ間に酸化膜
か存在しない場合１両ウェーハに共に厚さ５０００■の
酸化膜を形成している場合、ボンドウェーハのみに厚さ
５００ｎ＋ｓの酸化膜を形成している場合（本発明の場
合）をそれぞれ示す。

第２図（ｃ）に示す結果より明らかなように、本発明方
法のようにボンドウェーハのみに酸化膜を形成すれば、
温度１１００°Ｃ以上に加熱した場合には、８００Ｋｇ
／ｃｍ２以上の高い結合強度か得られる。

そして、第２図に示される結果から、各品種のウェーハ
の結合強度に対する判定を各加熱温度毎下すと、第３図
に示すような結果となる。尚、第３図中、○印は良、Δ
印は可、ｘ印は不可を示す。

而して、以上の結果を総合すると、本発明方法のように
ボンドウェーハのみに酸化膜を形成し、接着時に１１０
０℃以上の温度て加熱すれば、高い結合強度（８００Ｋ
ｇ／ｃ■２以上）か得られることか判る。

一方、上記各品種のウェーハに対して接合界面のエツチ
ング液（フッ化水素液）に対する耐浸食性試験を実施し
た結果、本発明方法によって得られた接合ウェーハには
高い耐浸食性か確保されることか判った。尚、他の接合
ウェーハ（両ウェーハ間に酸化膜か存在しないもの及び
両ウェーハに共に酸化膜を形成したもの）においては、
満足すべき耐浸食性か得られなかった。

ところで、本発明方法によって得られる接合ウェーハ５
にあっては、その厚さの大部分を占めるベースウェーハ
２の撓み変形か前述のように防かれるため、該接合ウェ
ーハ５は反りの無い平坦度の高いものとなり、次工程以
降における当該接合ウェーハ５の真空吸着か確実に行な
われる等の効果か得られる。

接合界面のエツチングに対する耐久性を調べるために、
前述の接合ウェーハ（第２図（ｂ）及び（ｃ）に示すも
の）を薄刃、例えば８０ｇｍの外周式ダイヤモンドスラ
イサーで切断し、それぞれの接合ウェーハから約２ｍｍ
角のベレットを２０個ずつ切断分離し、これらを弗化水
素＃２５％水濃液中て２５℃において２０分間放置し、
水洗、乾燥後、その接合状況を調べた。即ち、ビンセッ
トて軽くボンドウェーハ及びベースウェーハ側を反対方
向に引張ったところ、第２図（ｂ）に示す接合ウェーハ
から得られたベレットはその約半数かその接合部て互い
に分離したのに対し、本願発明に係る第２図（ｃ）に示
す接合ウェーハから得られたベレットは、全くそのよう
な破壊か行なわれなかった。更に、顕微鏡でその境界面
したところ１本願発明に係る第２図（ｃ）に示す接合ウ
ェーハ八から得られたベレットでは、特にベースウェー
ハと酸化膜の接合面ても、その中央部ではエツチング液
による腐食か進んていなかった。

本願発明の構造を有する接合ウェーハは、ボンドウェー
ハに例えば集積回路素子か公知の方法て形成される場合
、山間の酸化膜を熱酸化形成するならば、ベースウェー
ハに当該酸化膜か形成されるのと比較してボンドウェー
ハか誘電体である酸化膜によって、集積回路素子の形成
される領域の片面か完全に被覆されていることにょワて
、当該集積回路素子の耐絶縁特性、その他の電気特性か
良好に実現される。

（発明の効果）以上の説明て明らかな如く本発明によれば、２枚の＃！
１、第２ウェーハのうちの第２ウェーハの少なくとも片
面に酸化膜を形成し、該酸化膜が中間層になるようにし
て第２ウェーハを第１ウェーハに重ね合わせた後、これ
ら第１．第２ウェーハを所定温度に加熱して両者を接着
した後、第２ウェーハの表面を研磨してこれを薄膜化す
ることによって接合ウェーハを得るようにし、又、前記
第１、第２ウェーハを接着した後、これら第１第２ウェ
ーハを熱酸化処理してその全表面に酸化膜を形成するよ
うにしたため、結合強度及び接合界面のエツチング液に
対する耐浸食性か高く、集積回路素子用の基板として優
れた接合ウェーハを得ることかできるという効果か得ら
れる。

４゜１２１面の簾中な説明第１区（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る製造方法をその工
程順に示す説明図、第２図及び第３図は各種の接合ウェ
ーハに対して実施された引っ張り試験結果を示す図であ
る。

１・・・ボンドウェーハ（第２ウェーハ）、２・・・ベ
ースウェーハ（第１ウェーハ）、３．４・−・酸化膜、
５・・・接合ウェーハ。

Claims

【特許請求の範囲】

　２枚の第１、第２ウェーハのうちの第２ウェーハの少
なくとも片面に酸化膜を形成し、該酸化膜か中間層にな
るようにして第２ウェーハを第１ウェーハに重ね合わせ
た後、これら第１、第２ウェーハを所定温度に加熱して
両者を接着した後、第２ウェーハの表面を研磨してこれ
を薄膜化することによって接合ウェーハを得ることを特
徴とする接合ウェーハの製造方法。