Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung eines Verbundwafers, insbesondere eines
verwerfungsfreien Verbundwafers mit einem hohen Grad an Flachheit.
(2) Beschreibung des Standes der Technik
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Als ein Verfahren zur Bildung eines
Einkristall-Halbleiterfilmes über einem dielektrischen Substrat ist eine
Technologie bekannt geworden, die durch ein epiaxiales Wachstum
eines Einkristall-Siliziumfilms od.dgl. über einem
Einkristall-Saphirsubstrat gekennzeichnet ist. Weil jedoch bei
dieser Technologie hinsichtlich der Gitterkonstante keine
Übereinstimmung zwischen dem dielektrischen Substrat und
dem Silizium-Einkristall besteht, das in der Dampfphase zum
Wachstum gebracht wurde, treten zahlreiche Kristallschäden
in der in der Dampfphase gewachsenen Siliziumschicht auf,
sodaß sich diese Technologie aus diesem Grund nicht für
eine praktische Verwendung eignet.
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Eine andere herkömmliche Technologie der Bereitstellung
eines Einkristallfilmes auf einem dielektrischen Substrat
ist durch die Bildung zuerst eines thermisch oxidierten
Oxidfilmes über der Oberfläche des Siliziumsubstrats
gekennzeichnet, dann dem Darüberlegen eines Polykristall- oder
eines amorphen Siliziumfilms über diesen Oxidfilm und dem
Anlegen daran eines Energiestrahls, wie bspw. eines
Elektronenstrahls oder eines Laserstrahis in solcher Art und Weise,
daß der Bildpunkt des Strahls darauf entlang von Linien
versetzt wird, die alle in ein und derselben Richtung
verlaufen, um dadurch den Siliziumfilm zu schmelzen, worauf
der Film gekühlt und verfestigt wird, um einen
monolithischen Einkristallfilm zu erhalten.
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Die Technologie des Veränderns des
Silizium-Polykristallfilms über dem Oxidfilm in den Einkristallfilm mittels des
Laserstrahls od.dgl. ist bspw. beschrieben in der
Japanischen Patentschrift Kokoku 62-34716. Gemäß dieser
Veröffentlichung wird ein Einkristallvorsprung monolithisch in einer
Ecke des Umfangs eines Einkristall-Siliziumsubstrats
gebildet und mit diesem Vorsprung als ein Kristallkeim wird die
Einkristallbildung des Polykristallfilms bewirkt. Obwohl
ein lokalisiertes Wachstum eines Einkristalls möglich ist,
ist es als Folge einer Wechselwirkung zwischen dem
Einkristallvorsprung und dem geschmolzenen Siliziumoxidfilm
schwierig, einen Silizium-Einkristallfilm mit praktischer
Verwendungsmöglichkeit zu erhalten.
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Unter diesen Umständen sind die Wissenschaftler auf dem
vorliegenden Gebiet auf Verbundwafers mit einer Struktur
von Silizium auf einer Isolierung (SOI Struktur) aufmerksam
geworden. Ein SOI Verbundwafer besteht aus zwei Silizium-
Spiegelwafers, die Fläche an Fläche zusammengefügt sind und
zwischen denen sich die Ausbildung einer Oxidschicht
befindet. Ein Beispiel eines SOI Verbundwafers ist in der EP-A-
337556 beschrieben, wo ein relativ massiver mechanischer
Träger benutzt wird, um das Silizium flach und
verwerfungsfrei während besonderer Prozesse der Verringerung der Dicke
zu halten. Die Prozesse der EP-A-337556 verwenden keine
differentielle Spannungsaufhebung in der Art und Weise der
vorliegenden Erfindung, wie es nachfolgend im Detail
beschrieben wird.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines anderen Verfahrens zur
Herstellung solcher Silizium-Verbundwafers (d.h. ein Verfahren,
das sich von der EP-A-337556 unterscheidet). In der Stufe
(a) werden zwei Halbleiter-Spiegelwafers aus einem
Siliziumeinkristall hergestellt. Das eine (nachfolgend als das
"Verbundwafer" bezeichnet) 101, dessen obere Fläche gemäß
der Ansicht in Fig. 3 zu der das Gerät bildenden Fläche
gemacht wird, wird einer thermischen Oxidationsbehandlung
unterworfen, wodurch ein dünner Oxidfilm 103 aus
Siliziumdioxid über die gesamte Oberfläche oder auf beiden
Hauptflächen des Verbundwafers 101 ausgebildet wird. Das andere
Spiegelwafer 102, auf welches als "Basiswafer" Bezug
genommen wird, wird hauptsächlich für einen Schutzzweck
verwendet, also für die Sicherstellung der mechanischen
Festigkeit des finalen Verbundwafers.
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In der nächsten Stufe (b) werden die beiden Wafers 101 und
102 zusammengebracht, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, und
werden auf eine vorbestimmte Temperatur von bspw. 500ºC
erwärmt, um sie dadurch dauerhaft zu verbinden. In der
Stufe (c) wird dann die obere Fläche des Verbundwafers 101
geschliffen, bis die Dicke des Verbundwafers 101 einige µm
erhält (der schraffierte Bereich des Verbundwafers 101 wird
abgeschliffen). Als Ergebnis wird ein Verbundwafer 105
erhalten, wie es bei (d) in Fig. 3 gezeigt ist.
Probleme, welche die Erfindung zu lösen sucht
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Bei einer Herstellung des Verbundwafers 105 bspw. in der
vorstehend beschriebenen Art und Weise wird die mittlere
Siliziumdioxidschicht zwischen den beiden Wafers 101, 102
bei der hohen Temperatur fixiert, wie es bei (b) in Fig. 3
gezeigt ist. Wenn das Verbundwafer 105 danach abgekühlt
wird, dann sammelt sich eine Restspannung (hauptsächlich
eine Zugspannung) in dem Wafer an, weil der Koeffizient der
thermischen Ausdehnung (oder der Koeffizient der
thermischen Zusammenziehung) des Silizium-Einkristalls größer ist
als derjenige des Siliziumdioxids. Wenn das Verbundwafer
101 dünner geschliffen wird, dann wird die in dem
Verbundwafer 101 enthaltene Restspannung überwiegend freigesetzt
und wird vernachläßigbar im Vergleich zu derjenigen in dem
Basiswafer 102, sodaß als Ergebnis die Restspannung in dem
Basiswafer 102, insbesondere diejenige, die sich nahe dem
Oxidfilm 103 angesammelt hat, ein Verwerfen des
Verbundwafers 105 bewirkt, wie es bei (d) in Fig. 3 gezeigt ist.
Das Basiswafer 102 ohne den Oxidfilm 103 schrumpft im
Besonderen mehr als das Verbundwafer 101. Das Verbundwafer
105 krümmt sich daher in einer solchen Art und Weise, daß
sich die Seite des Verbundwafers 101 konvex verformt, wobei
die Größe der Verwerfung generell 100 - 200 µm beträgt.
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Wenn das Verbundwafer 105 eine Verwerfung aufweist, wie bei
(d) in Fig. 3 gezeigt, dann ergeben sich Probleme, wenn das
Verbundwafer 105 an dem Egalisierblock einer Schleifmaschine
durch ein Ansaugen oder mit Wachs für ein weiteres
Abschleifen des Verbundwafers 101 befestigt werden soll, weil es
schwierig ist, das mit der Verwerfung versehene Wafer auf
der flachen Oberfläche des Egalisierblockes zu halten,
während in den späteren Prozessen, wie bspw. einem
photolithographischen Prozeß, im Anschluß nach dem weiteren
Abschleifen das mit der Verwerfung versehene Verbundwafer 105 die
Nachteile ergeben, daß es schwierig ist, das Wafer auf
verschiedene Waferstufen einzustellen, und daß sich eine
verzerrte Aufnahme eines Stromkreismusters auf einem
Photoresist ergibt.
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Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem das
Verbundwafer und/oder das Basiswafer zuerst eine Verwerfung in
einer solchen Art und Weise erfahren, daß die Verwerfung
kompensiert bzw. ausgeglichen wird, die bei der thermischen
Oxidation und der Kühlung des Verbundwafers stattfindet.
Dieses Verfahren entfernt jedoch die Verwerfung nicht
genügend von dem Verbundwafer.
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Bei einem Verbundwafer ist es erforderlich, daß die
Bindefestigkeit zwischen dem Verbundwafer und dem Basiswafer
über die gesamte Verbundfläche genügend hoch ist, da sonst
in der Verbindungsgrenzfläche als Hohlräume benannte
Bereiche dort gebildet werden, wo keine Verbindung bewirkt wird,
sodaß daraus eine schwache Produktausbeute resultiert. Um
ein vollstandiges Verbinden zwischen den Wafers zu
erreichen
und auch aus bestimmten anderen Gründen werden die
Flächen des Wafers, die miteinander verbunden werden sollen,
zu einem Spiegelglanz fertig poliert.
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Die Hohlräume bei einem Verbundwafer können mittels so
bekannter Verfahren wie das Infrarot-Transmissionsverfahren,
das Ultraschall-Riß-Erfassungsverfahren und das
Röntgenstrahlbeugung-Micrographieverfahren erfaßt werden.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung von Verbundwafern wird
jedes Verbundwafer mit einer Ätzflüssigkeit, wie bspw.
Fluorwasserstoff, für den Zweck der Entfernung des
Oxidfilms geätzt, der über den Waferoberflächen ausgebildet
wurde. Wenn der Korrosionswiderstand der
Verbindungsgrenzfläche gegenüber der Ätzflüssigkeit nicht genügend stark
ist, ergibt sich der Nachteil, daß die
Verbindungsgrenzfläche die Wafer nicht zusammenhalten kann und sich ein auf
dem Verbundwafer ausgebildetes Muster während des Prozesses
der Formgebung eines Gerätes ablösen kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die
vorerwähnten Probleme gemacht; es ist daher eine Aufgabe der
Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwafers
bereitzustellen, welches ein verwerfungsfreies Verbundwafer
mit einem hohen Grad an Flachheit bereitstellen läßt, selbst
nachdem das Verbundwafer dünn geschliffen wurde.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung eines Verbundwafers bereitzustellen, welches
ein Verbundwafer schaffen läßt, bei welchem die
Verbindungsfestigkeit zwischen dem Verbundwafer und dem Basiswafer
genügend hoch ist über die gesamte Verbundfläche hinweg und
bei welchem der Korrosionswiderstand der
Verbindungsgrenzfläche gegenüber einer Ätzflüssigkeit genügend groß ist.
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Es bestehen drei denkbare Möglichkeiten, mit welchen ein
Verbundwafer hergestellt wird, bei welchem eine Oxidschicht
zwischen den Verbund- und Basiswafers angeordnet ist;
nämlich (1) die Bildung einer Oxidschicht über dem Basiswafer
und die Befestigung des Verbundwafers auf der Oxidschicht
des Basiswafers; (2) die Bildung einer Oxidschicht über dem
Verbundwafer und die Befestigung des Basiswafers auf der
Oxidschicht des Verbundwafers; (3) die Bildung einer
Oxidschicht über dem Verbundwafer und dem Basiswafer und die
Befestigung der beiden Wafers aneinander zusammen mit der
Oxidzwischenschicht.
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Ein Beispiel der Möglichkeit (1) ist in der EP-A-182032
beschrieben, wo das Basiswafer anfänglich mit einem
Oxidfilm versehen wird, während das Verbundwafer anfänglich
unoxidiert bleibt. Dies ist gegensätzlich zu dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung und ergibt schlechte Ergebnisse,
wie es nachfolgend detailliert beschrieben wird.
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Die vorliegenden Erfinder hatten angenommen, daß sich
möglicherweise eine dieser Möglichkeiten hinsichtlich des
Erreichens einer hohen Verbindungsfestigkeit zwischen den
Wafers und einer Verbesserung des Korrosionswiderstandes der
Verbindungsgrenzfläche gegenüber der Atzflüssigkeit für
wirksamer erweist als die anderen. Um ihre Annahme zu
bestätigen, haben die Erfinder verschiedene Experimente
durchgeführt und kamen zu dem Schluß, daß wenn die Möglichkeit (2)
wahrgenommen wird, das beste Ergebnis erhalten werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
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Um die Ziele der Erfindung zu erreichen, schlagen die
Erfinder ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwafers
vor, bestehend aus den Stufen: Herstellung eines ersten
Spiegelwafers, bei welchem wenigstens eine Fläche einen
Spiegelglanz hat; Herstellung eines zweiten Spiegelwafers,
bei welchem wenigstens eine Fläche einen Spiegelglanz hat;
Ausbildung eines ersten Oxidfilms über wenigstens einer
Fläche des zweiten Spiegelwafers, dessen Fläche einen
Spiegelglanz hat; Verbinden der ersten und zweiten
Spiegelwafers Fläche auf Fläche in einer solchen Art und Weise, daß
der erste Oxidfilm, der auf einer Spiegelglanzfläche des
zweiten Spiegelwafers ausgebildet ist, zwischen einer
Spiegelglanzfläche des ersten Spiegelwafers und dem zweiten
Spiegelwafer angeordnet ist; Erwärmung der so verbundenen
Wafers unter einer hohen Temperatur, um dadurch eine
Verbindungsfestigkeit zwischen den beiden Wafers zu schaffen;
Unterwerfung der beiden miteinander verbundenen Wafers unter
eine thermische Oxidationsbehandlung, um dadurch einen
zweiten Oxidfilm über die Gesamtheit der miteinander
verbundenen Wafers auszubilden; wobei das Verfahren
gekennzeichnet ist durch die Stufe eines Schleifens der
Außenfläche des zweiten Wafers, bis das zweite Wafer einen
Dünnfilm ergibt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der erste
Oxidfilm über der Gesamtheit des zweiten Spiegelwafers
ausgebildet.
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Für eine noch weiter bevorzugte Ausführungsform wird
weiterhin vorgeschlagen, daß der erste Oxidfilm nur über der
einen Fläche des zweiten Spiegelwafers ausgebildet wird,
die einen Spiegelglanz hat.
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Es wird weiterhin bevorzugt, daß die Dicke des zweiten
Oxidfilms nahezu gleich der Dicke des ersten Oxidfilms ist.
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In dem Fall, wo das Verbundwafer der Erfindung als ein
Substrat für ein Halbleitergerät verwendet wird, wie bspw.
eine integrierte Halbleiterschaltung, das zu schleifende
und zu einem Dünnfilm zu überführende Wafer unter solchen
Wafers ausgewählt wird, die physikalische und elektrische
Eigenschaften in Übereinstimmung mit den Eigenschaften des
Halbleitergerätes haben. Die Dicke des Oxidfilms, der nach
dem Verbinden der Wafers ausgebildet wird, sollte
vorzugsweise nahe der Dicke des Oxidfilms liegen, der sich zwischen
den beiden Wafers befindet.
Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der Erfindung sind die beiden Flächen des ersten
Wafers (Basiswafer) mit einem Oxidfilm zu dem Zeitpunkt
bedeckt, wenn das zweite Wafer (Verbundwafer) geschliffen
und zu einem Film dünner gemacht wird, sodaß der thermische
Kontraktionskoeffizient an der einen Fläche des ersten
Wafers nahezu gleich demjenigen an dessen anderer Fläche
ist; die Verteilung der Restspannung in dem ersten Wafer
ergibt sich daher in solcher Weise, daß die Größe der
Restspannung an der einen Fläche nahezu gleich derjenigen an
der anderen Fläche ist. Als Ergebnis erfährt daher das
erste Wafer keine Verwerfung und es wird ein
verwerfungsfreies Verbundwafer mit einem hohen Grad an Flachheit
erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese und weitere Ziele und Vorteile, die sich aus der
nachfolgenden Beschreibung ergeben, bestimmen sich aus den
Einzelheiten des Verfahrens, wie nachfolgend vollständiger
beschrieben und beansprucht, wobei auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird, die davon einen Teil
bilden.
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Fig. 1 ist eine Zeichnung, die zur Erläuterung des
Verfahrens der ersten Ausführungsform der Erfindung
nützlich ist;
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Fig. 2 ist eine Graphik zur Darstellung des Ergebnisses
einer Messung der Verwerfung der Verbundwafers der
Erfindung im Vergleich mit dem Ergebnis, das von
Verbundwafers erhalten wurde, die durch ein
herkömmliches Verfahren hergestellt wurden;
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Fig. 3 ist eine Zeichnung, die zur Erläuterung des
Vorgehens bei einem herkömmlichen Verfahren zur
Herstellung eines Verbundwafers nützlich ist;
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Fig. 4 ist eine Zeichnung, die zur Erläuterung des
Vorgehens der zweiten Ausführungsform der Erfindung
nützlich ist; und
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Fig. 5 ist eine Graphik, welche das Ergebnis eines
Spannungstests zeigt, der an verschiedenen Arten von
Verbundwafers durchgeführt wurde.
Ausführungsformen der Erfindung
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nun
Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 ist zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens gemäß
einer ersten Ausführungsform der Erfindung nützlich. In
Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Siliziumeinkristall-
Spiegelwafer, dessen untere Fläche (gemäß der Ansicht in
Fig. 1) mit einem Spiegel fertig bearbeitet ist und dessen
obere Fläche nach dem Schleifen und Polieren zu einer ein
Gerät bildenden Fläche gemacht wird. In der Stufe (a) der
Fig. 1 wird dieses Wafer, das nachfolgend als "das
Verbundwafer 1" bezeichnet wird, einer Oxidationsbehandlung
unterworfen, wodurch ein Siliziumdioxidfilm 3 mit einer Dicke
von etwa 0.5 µm über der gesamten Oberfläche des
Verbundwafers 1 ausgebildet wird. Neben diesem Verbundwafer 1 wird
ein Siliziumeinkristall-Spiegelwafer 2 hergestellt, dessen
obere Fläche (gemäß der Ansicht in Fig. 1) mit einem Spiegel
fertig bearbeitet ist. Dieses Wafer 2 wird nachfolgend als
"das Basiswafer 2" bezeichnet.
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In der Stufe (b) gemäß Fig. 1 werden das Basiswafer 2 und
das Verbundwafer 1 miteinander verbunden, wobei die mit dem
Spiegel fertig gestellten Flächen aufeinander liegen. Die
vereinigten Wafers 1, 2 werden dann bei etwa 500ºC in einer
Atmosphäre mit Stickstoffgas erwärmt, um zwischen den Wafers
eine Klebefestigkeit zu schaffen. Die laminierten Wafers 1,
2 werden dann bei etwa 1100ºC in einer oxidierenden
Atmosphäre über etwa 120 Minuten erwärmt (thermische
Oxidationsbehandlung). Als Ergebnis wird ein Siliziumdioxidfilm 4
(schraffiert in Fig. 1) mit einer Dicke von etwa 0.5 µm
über der Gesamtheit der laminierten Wafers 1, 2 erhalten.
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Die laminierten Wafers 1, 2 werden dann gekühlt und danach
wird die freie Seite des Verbundwafers 1 geschliffen, bis
die Dicke des Verbundwafers 1 auf einen vorbestimmten Wert
t1 von bspw. 6 µm verringert wurde (primäre Schleifstufe
(d) in Fig. 1).
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Wie es oben unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bereits
beschrieben wurde, schrumpfen die Wafers 1, 2 beim Kühlen der
laminierten Wafers mehr als die Siliziumdioxidfilme 3, 4,
sodaß als Ergebnis eine Restspannung in dem Laminat erzeugt
wird. Anders als im Fall der Fig. 3 wird jedoch bei der
vorliegenden Ausführungsform wegen der Beschichtung der
beiden Flächen des Basiswafers 2 entweder mit dem Oxidfilm
3 oder mit dem Oxidfilm 4, die beide etwa die gleiche Dicke
(von etwa 0.5 µm) haben, ein Ausgleich der Restspannung
zwischen den beiden Flächen des Basiswafers 2 erhalten,
sodaß das Ausmaß der thermischen Schrumpfung an der einen
Fläche des Basiswafers 2 grob etwa gleich derjenigen an der
anderen Fläche ist; das Basiswafer 2 erfährt folglich keine
Verwerfung.
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Das Verbundwafer 1 mit einer Dicke t1 (Fig. 1 (d)) wird
weiter geschliffen, bis die Dicke auf einen vorbestimmten
Wert t2 von bspw. 3 µm (zweites Schleifen) verringert ist.
Es wird so ein Verbundwafer 5 erhalten, das bei (e) in
Fig. 1 gezeigt ist.
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Weil das Basiswafer 2, dessen Dicke am meisten für die
Gesamtdicke des Verbundwafers 5 beiträgt, sich kaum verwirft,
verwirft sich auch nicht das Verbundwafer 5, sodaß es einen
hohen Grad an Flachheit aufweist. Bei den nachfolgenden
Prozessen erleichtert daher das Verbundwafer 5 eine glatte
Handhabung, sodaß das Verbundwafer 5 es bspw. aus sich
heraus erlaubt, durch ein Vakuum ohne jede Fehlerhaftigkeit
angesaugt zu werden.
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In Fig. 2 repräsentiert die gezackte ausgezogene Linie das
Ergebnis der aktuellen Messung der Verwerfung von 50
Verbundwafers, die durch das Verfahren der Erfindung erhalten
wurden. Die Abszisse gibt die Wafers Nr. 1 bis Nr. 50 an,
während die Ordinate das Ausmaß der Verwerfung angibt, um
welche eine Zunahme als Ergebnis des primären Schleifens
ermittelt wurde. Die gestrichelte gezackte Linie in Fig. 2
gibt das Ergebnis der aktuellen Messung der Verwerfung von
50 Verbundwafers an, die durch ein herkömmliches Verfahren
erhalten wurden.
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Gemäß den Graphiken der Fig. 2 betrug der Mittelwert R' der
Erhöhung der Verwerfung in dem Fall der Verbundwafers, die
mit einem herkömmlichen Herstellungsverfahren erhalten
wurden, 87 µm; der Mittelwert R der Erhöhung der Verwerfung
betrug in dem Fall der Verbundwafers der vorliegenden
Erfindung -3 µm, was unbedeutend klein ist. Das Verfahren der
vorliegenden Erfindung wie beschrieben für diese
Ausführungsform hat sich damit zum Erreichen der Ziele der Erfindung
als geeignet erwiesen.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird nun das
Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung
erweitert. In Fig. 4 bezeichnen die mit der Fig. 1
identischen Bezugsziffern gleiche Elemente mit der ersten
Ausführungsform; die Bezugsziffer 1 bezeichnet so bspw. ein
Siliziumeinkristall-Spiegelwafer, dessen untere Fläche (in der
Ansicht gemäß Fig. 4) mit einem Spiegel fertig bearbeitet
ist und dessen obere Fläche nach dem Schleifen und nach dem
Polieren zu einer ein Gerät bildenden Fläche gemacht ist.
In der Stufe (a) in Fig. 4 wird dieses Wafer, d.h. das
Verbundwafer 1, einer Oxidationsbehandlung unterworfen, wodurch
ein Siliziumdioxidfilm 3 mit einer Dicke von etwa 0.5 µm
über seiner unteren Fläche ausgebildet wird. Neben diesem
Verbundwafer 1 wird ein Siliziumeinkristall-Spiegelwafer 2,
also ein Basiswafer 2, hergestellt, dessen obere Fläche (in
der Ansicht gemäß Fig. 4) mit einem Spiegel fertig
bearbeitet ist.
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In der Stufe (b) in Fig. 4 werden das Basiswafer 2 und das
Verbundwafer 1 miteinander verbunden, wobei die mit einem
Spiegel fertig bearbeiteten Flächen aufeinander zur
Anordnung kommen. Die vereinigten Wafers 1, 2 werden dann bei
etwa 500ºC in einer Stickstoffgas-Atmosphäre erwärmt, um
dadurch zwischen den Wafers eine Klebefestigkeit zu schaffen.
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Die laminierten Wafers 1, 2 werden dann bei etwa 1100ºC in
einer oxidierenden Atmosphäre über etwa 120 Minuten erwärmt
(thermische Oxidationsbehandlung). Als Ergebnis wird ein
Siliziumdioxidfilm 4, der eine Dicke von etwa 0.5 µm hat,
über die Gesamtheit der laminierten Wafers 1, 2 ausgebildet.
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Die laminierten Wafers 1, 2 werden dann gekühlt und die
freie Seite des Verbundwafers 1 wird geschliffen, bis die
Dicke des Verbundwafers 1 auf einen vorbestimmten Wert t1
von bspw. 6 µm verringert ist (primäre Schleifstufe (d) in
Fig. 4).
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Wenn die laminierten Wafers gekühlt werden, dann schrumpfen
die Wafers 1, 2 mehr als die Siliziumdioxidfilme 3, 4,
sodaß als Ergebnis in dem Laminat eine Restspannung erzeugt
wird. Da bei der vorliegenden Erfindung die beiden Flächen
des Basiswafers 2 entweder mit dem Oxidfilm 3 oder mit dem
Oxidfilm 4 bedeckt sind, welche Filme etwa die gleiche
Dicke (von etwa 0.5 µm) haben, ergibt sich ein Ausgleich
der Restspannung zwischen den beiden Flächen des
Basiswafers 2, sodaß das Ausmaß der thermischen Schrumpfung an
der einen Fläche des Basiswafers 2 grob etwa gleich ist zu
demjenigen an der anderen Fläche, wodurch als Folge das
Basiswafer 2 keiner Verwerfung unterliegt.
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Das Verbundwafer 1 mit einer Dicke t1 (Fig. 4 (d)) wird
weiter geschliffen, bis die Dicke auf einen vorbestimmten
Wert t2 von bspw. 3 µm (sekundäres Schleifen) verringert
ist. Es wird so ein Verbundwafer 5 erhalten, das bei (e) in
Fig. 4 gezeigt ist.
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Weil das Basiswafer 2, dessen Dicke am meisten zu der
Gesamtdicke des Verbundwafers 5 beiträgt, kaum einer
Verwerfung unterliegt, verwirft sich auch nicht das Verbundwafer
5, sodaß es einen hohen Grad an Flachheit haben wird.
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Um die Bindefestigkeit des so erhaltenen Verbundwafers 5 zu
vergleichen, wurde eine Anzahl von Verbundwafers durch
dasselbe Verfahren dieser zweiten Ausführungsform hergestellt
mit der Ausnahme, daß die Erwärmungstemperatur in der Stufe
(b) für ein Verbinden der Wafers 800ºC, 900ºC, 1000ºC,
1100ºC und 1200ºC bei einer Erwärmungszeit von zwei Stunden
betrug. Die Zugfestigkeit jedes Verbundwafers wurde mit
einer Maschine zum Testen der Zugspannung gemessen. Das
Ergebnis ist bei (c) in Fig. 5 gezeigt. Unter denselben
Erwärmungsbedingungen wurden Verbundwafers ohne einen
Oxidfilm zwischen den Verbund- und Basiswafers hergestellt, und
der gleiche Test für die Zugfestigkeit wurde an diesen
Verbundwafers durchgeführt, wobei das Ergebnis bei (a) in
Fig. 5 gezeigt ist. Durch die Befestigung der mit einem
Oxidfilm bedeckten Fläche eines Verbundwafers an einer mit
einem Oxidfilm bedeckten Fläche eines Basiswafers wurde
eine Anzahl von Verbundwafers hergestellt, bei welchen zwei
Oxidschichten zwischen den Wafers ausgebildet waren. Diese
wurden in einer gleichen Art und Weise erwärmt und wurde
der gleiche Test für die Zugfestigkeit an diesen
Verbundwafers durchgeführt, wobei das Ergebnis bei (b) in Fig. 5
gezeigt ist. In Fig. 5 bezeichnet das Symbol die Zugkraft,
mit welcher ein Verbundwafer bis zum Reißen des
Verbundwafers gezogen worden war und aufgeteilt wurde in das
Verbundwafer und das Basiswafer. Das andere Symbol O bezeichnet
die Zugkraft, mit welcher ein Verbundwafer dann gezogen
wurde, wenn das Klebemittel, welches das Verbundwafer an
der Testmaschine für die Zugspannung hielt, ausfiel und
sich das Verbundwafer von der Testmaschine für die
Zugspannung löste.
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Die bei (c) in Fig. 5 gezeigten Ergebnisse geben an, daß
wenn ein Oxidfilm nur über dem Verbundwafer ausgebildet
ist, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist,
sodaß das resultierende Verbundwafer eine Oxidschicht an
der Verbindungsgrenzfläche hat, und wenn das Verbundwafer
auf 1100ºC oder höher erwärmt wird, eine
Verbindungsfestigkeit von 800 kg/cm² oder mehr erhalten wird. Die bei (a) in
Fig. 5 gezeigten Ergebnisse geben an, daß wenn keine
Oxidschicht an der Verbindungsgrenzfläche vorhanden ist, die
Erwärmungstemperatur bei 1200ºC oder höher liegen muß, um
eine Verbindungsfestigkeit von 800 kg/cm² oder höher zu
erhalten.
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Die bei (b) in Fig. 5 gezeigten Ergebnisse geben an, daß
wenn zwei Oxidschichten an der Verbindungsgrenzfläche
ausgebildet sind, die Erwärmungstemperatur 1200ºC oder höher
liegen muß, um eine VerbindungsfeIsgkeit von 800 kg/cm²
oder mehr zu erhalten.
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Aus diesen Vergleichstests folgt, daß nur das Verfahren der
vorliegenden Erfindung ein Verbundwafer mit einer
Verbindungsfestigkeit von 800 kg/cm² oder mehr unter der
Bedingung bereitstellt, daß die Erwärmungstemperatur nicht höher
als 1100ºC liegt.
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Es wurde ein weiterer Test durchgeführt, um den
Korrosionswiderstand der Verbindungsgrenzfläche bei jedem dieser
Verbundwafers gegenüber einem Ätzmittel (Fluorwasserstoff)
herauszufinden. Das Ergebnis war solcher Art, daß die
Verbundwafers der vorliegenden Erfindung einen hohen
Korrosionswiderstand an der Verbindungsgrenzfläche beibehielten. Die
Verbundwafers, die unterschiedlich zu der vorliegenden
Erfindung hergestellt worden waren, zeigten jedoch keinen
genügend hohen Korrosionswiderstand an der
Verbindungsgrenzfläche.
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Um die Dauerhaftigkeit der Verbindungsgrenzfläche gegenüber
dem Ätzmittel zu vergleichen, wurden ein Verbundwafer mit
zwei Oxidschichten an der Verbindungsgrenzfläche ((b) in
Fig. 5) und ein Verbundwafer mit nur einer Oxidschicht an
der Verbindungsgrenzfläche ((c) in Fig. 5) mit einer
Außendurchmesser-Sägeschneidmaschine zugeschnitten. Aus jedem
Verbundwafer wurden dann 20 Pellets von jeweils 2 mm²
herausgeschnitten, welche dann in eine 25 %
Fluorwasserstofflösung bei 25ºC für 20 Minuten eingebracht wurden. Die
Pellets wurden dann mit Wasser gewaschen, getrocknet und in
der folgenden Art und Weise hinsichtlich der verbleibenden
Verbindungsfestigkeit untersucht.
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Unter Verwendung von 2 Pinzettenpaaren wurden das
Verbundwafer und das Basiswafer festgeklemmt und mit einer kleinen
Kraft voneinander abgezogen. Etwa die Hälfte der Pellets,
die von dem Verbundwafer mit den beiden Oxidschichten an
der Verbindungsgrenzfläche abgeschnitten worden waren,
wurde auseinandergerissen. Im Falle der Pellets, die von
dem Verbundwafer mit nur einer Oxidschicht an der
Verbindungsgrenzfläche
zugeschnitten worden waren, wurde keines
durch das Ziehen auseinandergerissen. Der Querschnitt der
Verbindungsgrenzfläche dieser Pellets der vorliegenden
Erfindung wurde unter einem Mikroskop betrachtet, und es
wurde bestätigt, daß die Korrosion durch das Ätzmittel nicht
den mittleren Bereich der Verbindungsgrenzfläche erreichte
oder präziser ausgedrückt ging die Korrosion nicht weiter
voran in die Grenzfläche zwischen dem Basiswafer und der
Oxidschicht des Verbundwafers.
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Ein Verbundwafer hergestellt durch das Verfahren der
vorliegenden Erfindung hat noch einen weiteren Vorteil. Wird
angenommen, daß ein Gerät, wie bspw. ein integriertes
Schaltkreisgerät, an dem Verbundwafer eines verbundenen
Wafers durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wird,
dann ergibt sich im Vergleich mit einem Verbundwafer, bei
welchem die Oxidschicht ursprünglich über dem Basiswafer
ausgebildet ist, eine bessere dielektrische Festigkeit für
das Verbundwafer der Erfindung, bei welchem die Oxidschicht
ursprünglich über dem Verbundwafer ausgebildet ist, sowie
bessere weitere elektrische Eigenschaften für das
integrierte Schaltkreisgerät als Folge der Tatsache, daß die für die
Bildung des Gerätes maßgebliche Fläche des Verbundwafers in
der Gesamtheit mit dem dielektrischen Oxidfilm bedeckt ist.
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Bei den beiden Ausführungsformen ergeben die Erwärmung zur
Schaffung der Adhäsionswirkung und die Erwärmung für die
thermische Oxidation zwei unterschiedliche Stufen der
Erfindung, jedoch ist es augenscheinlich auch möglich, die
Adhäsionsstufe mit der Oxidationsstufe in einer einzigen
Stufe zu vereinigen.