JP2003509843A - ２つの半導体構成要素間の導電性ボンディング方法 - Google Patents
２つの半導体構成要素間の導電性ボンディング方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、熱処理を利用して第１の半導体構成要素（１０）の表面と第２の半導体構成要素（１２）の表面との間における導電性ボンディングをする方法に関する。その方法は、熱処理後にそれら２つの表面間における導電性ボンディングを確保する構成とされた物質の中間の層（１１、１５、１６、１３）を少なくとも一つ伴い、熱処理が当該物質と前記半導体構成要素（１０、１２）の間に反応生成物を生じさせないように蒸着する層を選択し、前記表面を互いに対して押し付け、それから熱処理を実行する、ということによって構成される。例えば、前記第１及び第２の半導体構成要素（１０、１２）はＳｉＣとし、前記中間の層はタングステン膜（１１、１３）やシリコン膜（１５、１６）で構成し、結果としてＷＳｉ２で構成される混合物（１４）を生じる。
Description
【０００１】
（技術分野）
本発明は、２つの半導体構成要素の間における導電性のあるボンディングの生
成を可能にする方法に関する。
成を可能にする方法に関する。
【０００２】
（従来技術の状況）
マイクロエレクトロニクスの分野では、半導体物質の薄膜を土台上に移植する
技術がしばしば用いられる。この技術が用いられるケースとしては、特に、Ｇａ
Ａｓ上で作られるデバイスであってＧａＡｓの薄膜により構成された基板をシリ
コンの土台上に置くことが好まれるものに係るケースが挙げられる。この技術に
よる解決策は、いくつかの利点を与える。シリコンとの関係ではＧａＡｓは高価
な物質であることから、その解決策によればコストを低減することが可能になる
。また、ＧａＡｓは壊れ易く、そのためにＧａＡｓを取り扱うには細心の注意を
払わなければならないので、その解決策によれば取扱いを容易にすることもでき
る。さらに、シリコンの方がＧａＡｓよりも軽いので、その解決策によれば、空
間的な用途についての重要なパラメータである構成部品の重量を軽減することも
可能になる。
技術がしばしば用いられる。この技術が用いられるケースとしては、特に、Ｇａ
Ａｓ上で作られるデバイスであってＧａＡｓの薄膜により構成された基板をシリ
コンの土台上に置くことが好まれるものに係るケースが挙げられる。この技術に
よる解決策は、いくつかの利点を与える。シリコンとの関係ではＧａＡｓは高価
な物質であることから、その解決策によればコストを低減することが可能になる
。また、ＧａＡｓは壊れ易く、そのためにＧａＡｓを取り扱うには細心の注意を
払わなければならないので、その解決策によれば取扱いを容易にすることもでき
る。さらに、シリコンの方がＧａＡｓよりも軽いので、その解決策によれば、空
間的な用途についての重要なパラメータである構成部品の重量を軽減することも
可能になる。
【０００３】
このような移植は、従来より酸化物を用いるボンディングによって行われてお
り、かかるタイプのボンディングは制御が容易なものとなっている。しかしなが
ら酸化物を用いるボンディングには、薄膜がその土台から電気的に絶縁されると
いう独特の特質がある。このため、ある用途については、基板中を通じる鉛直方
向の電気伝導を確保することが必要とされる。その必要があるケースとしては、
特に、シリコンの土台上に形成されたＳｉＣの膜上で作られるダイオードに係る
ケースやシリコン上でのＧａＡｓの蒸着によって作られる太陽電池に係るケース
が挙げられる。
り、かかるタイプのボンディングは制御が容易なものとなっている。しかしなが
ら酸化物を用いるボンディングには、薄膜がその土台から電気的に絶縁されると
いう独特の特質がある。このため、ある用途については、基板中を通じる鉛直方
向の電気伝導を確保することが必要とされる。その必要があるケースとしては、
特に、シリコンの土台上に形成されたＳｉＣの膜上で作られるダイオードに係る
ケースやシリコン上でのＧａＡｓの蒸着によって作られる太陽電池に係るケース
が挙げられる。
【０００４】
さらに、あるタイプのトランジスタ（例えば、透過性ベースや金属ベースを有
するトランジスタ）については、それらのトランジスタの製造材料である半導体
の層の下に金属層を埋め込むことが必要とされる。このタイプの層を生成するこ
とは難しく、このタイプの構造を作るには導電性のボンディングが最も簡便な方
法である。
するトランジスタ）については、それらのトランジスタの製造材料である半導体
の層の下に金属層を埋め込むことが必要とされる。このタイプの層を生成するこ
とは難しく、このタイプの構造を作るには導電性のボンディングが最も簡便な方
法である。
【０００５】
２つのシリコンのプレートの導電性ボンディングを生成することについては、
いくつかの解決策が提案されている。一般に挙げることができるものとしては、
J. Electrochem. Soc., Vol. 141, No. 10, October 1994, pages 2829-2833に
掲載されたK. LJUNGBERG等による論文“Buried Cobalt Silicide Layers in Sil
icon Created by Wafer Bonding”や、J. Electrochem. Soc., Vol. 145, No. 4
, April 1998, pages 1360-1362に掲載されたZhi Xiong Xiao等による論文“Low
Temperature Silicon Wafer to Wafer Bonding with Nickel Silicide”がある
。これらの解決策は、いずれも皆、金属及び半導体物質の反応により、ボンディ
ングをする各プレートの面上に蒸着された金属からケイ化物を形成することから
成っている。これらの解決策には不都合な点が２つある。一方では、ケイ化物の
形成が半導体膜の一部を消費し、このことが非常に薄い薄膜のケースにおいて不
都合な点となり得る。他方では、半導体中への金属の拡散が生じ、このことがそ
の特性を劣化させる結果をもたらす。これは、特にニッケルを用いているケース
である。さらに、形成される化合物が高温の状態で安定しているものではなく、
このことがボンディングの生成をした後で熱処理をすることについての可能性を
制限する。これらの２つのことは、ボンディング後に高い温度（ＳｉＣのケース
では１６００℃のオーダーの温度）の使用を伴い得るエピタキシーの実行が望ま
れる場合に極めて重要なこととなり得る。
いくつかの解決策が提案されている。一般に挙げることができるものとしては、
J. Electrochem. Soc., Vol. 141, No. 10, October 1994, pages 2829-2833に
掲載されたK. LJUNGBERG等による論文“Buried Cobalt Silicide Layers in Sil
icon Created by Wafer Bonding”や、J. Electrochem. Soc., Vol. 145, No. 4
, April 1998, pages 1360-1362に掲載されたZhi Xiong Xiao等による論文“Low
Temperature Silicon Wafer to Wafer Bonding with Nickel Silicide”がある
。これらの解決策は、いずれも皆、金属及び半導体物質の反応により、ボンディ
ングをする各プレートの面上に蒸着された金属からケイ化物を形成することから
成っている。これらの解決策には不都合な点が２つある。一方では、ケイ化物の
形成が半導体膜の一部を消費し、このことが非常に薄い薄膜のケースにおいて不
都合な点となり得る。他方では、半導体中への金属の拡散が生じ、このことがそ
の特性を劣化させる結果をもたらす。これは、特にニッケルを用いているケース
である。さらに、形成される化合物が高温の状態で安定しているものではなく、
このことがボンディングの生成をした後で熱処理をすることについての可能性を
制限する。これらの２つのことは、ボンディング後に高い温度（ＳｉＣのケース
では１６００℃のオーダーの温度）の使用を伴い得るエピタキシーの実行が望ま
れる場合に極めて重要なこととなり得る。
【０００６】
（発明の説明）
上述した不都合な点を改善するために、本発明は、電気的に接続するべき２つ
の半導体物質の少なくとも一つとは反応しない１つ以上の層から生成されるボン
ディングを提案する。
の半導体物質の少なくとも一つとは反応しない１つ以上の層から生成されるボン
ディングを提案する。
【０００７】
このため、本発明の主題は、熱処理によって第１の半導体構成要素の面と第２
の半導体構成要素の面との間に導電性のあるボンディングを生成する方法であっ
て、 −前記第１の半導体構成要素の前記面上に少なくとも一つの物質の層を蒸着す
ると共に前記第２の半導体構成要素の前記面上に少なくとも一つの物質の層を蒸
着する、蒸着であって、それらの蒸着した層が前記熱処理中に結合して前記２つ
の面の間に導電性のあるボンディングを与える層を形成するものである、蒸着を
し、 −前記面の間における蒸着した物質の前記層の介在によって、前記面の一方を
他方に対して当て、 −前記熱処理を実行し、前記第１の半導体構成要素の前記面上へと蒸着した物
質の層と前記第２の半導体構成要素の前記面上へと蒸着した物質の層とが、熱処
理中に固相で反応し、かつ、前記第１及び第２の半導体構成要素に対する関係で
温度安定な混合物を形成するように選ばれており、熱処理が前記蒸着した物質と
前記半導体構成要素の少なくとも一つとの間に反応生成物を誘発しないことを特
徴とする、ことによって構成される方法、である。
の半導体構成要素の面との間に導電性のあるボンディングを生成する方法であっ
て、 −前記第１の半導体構成要素の前記面上に少なくとも一つの物質の層を蒸着す
ると共に前記第２の半導体構成要素の前記面上に少なくとも一つの物質の層を蒸
着する、蒸着であって、それらの蒸着した層が前記熱処理中に結合して前記２つ
の面の間に導電性のあるボンディングを与える層を形成するものである、蒸着を
し、 −前記面の間における蒸着した物質の前記層の介在によって、前記面の一方を
他方に対して当て、 −前記熱処理を実行し、前記第１の半導体構成要素の前記面上へと蒸着した物
質の層と前記第２の半導体構成要素の前記面上へと蒸着した物質の層とが、熱処
理中に固相で反応し、かつ、前記第１及び第２の半導体構成要素に対する関係で
温度安定な混合物を形成するように選ばれており、熱処理が前記蒸着した物質と
前記半導体構成要素の少なくとも一つとの間に反応生成物を誘発しないことを特
徴とする、ことによって構成される方法、である。
【０００８】
具体的な一実施形態によれば、前記第１の半導体構成要素の面上に蒸着した前
記層の物質を前記第２の半導体構成要素の面上に蒸着した前記層の物質とは別の
ものとし、混合物を形成する熱処理が前記第１及び第２の半導体との反応生成物
を誘発しない。
記層の物質を前記第２の半導体構成要素の面上に蒸着した前記層の物質とは別の
ものとし、混合物を形成する熱処理が前記第１及び第２の半導体との反応生成物
を誘発しない。
【０００９】
具体的な他の実施形態によれば、前記物質の層のうちの一つを、余分の厚さを
伴って蒸着して、その層の一部分が、他の前記物質の層と接触した状態で他の蒸
着した物質の層と結合して前記安定な混合物を形成し、余分の厚さを伴って蒸着
した前記層の他の部分が、それを蒸着した半導体構成要素と接触した状態で、そ
の半導体構成要素と熱処理中に反応してオーム接触を伴う膜を形成する、ように
する。
伴って蒸着して、その層の一部分が、他の前記物質の層と接触した状態で他の蒸
着した物質の層と結合して前記安定な混合物を形成し、余分の厚さを伴って蒸着
した前記層の他の部分が、それを蒸着した半導体構成要素と接触した状態で、そ
の半導体構成要素と熱処理中に反応してオーム接触を伴う膜を形成する、ように
する。
【００１０】
前記蒸着した物質の層の間には、酸化物の層を設けることにしてもよく、前記
酸化物は、前記蒸着した層の少なくとも一つの物質と反応するように選び、前記
酸化物の層と前記酸化物が反応する物質の層との厚さは、形成される酸化物が前
記導電性のあるボンディングを実質的に害しない絶縁された沈降物の形態となる
ような厚さにする。その酸化物の層は、例えば、真空蒸着やゾル−ゲル型蒸着の
うちから選んだ方法により、前記物質の層のうちの一つに蒸着することにしても
よく、あるいは、それらの双方に蒸着することにしてもよい。
酸化物は、前記蒸着した層の少なくとも一つの物質と反応するように選び、前記
酸化物の層と前記酸化物が反応する物質の層との厚さは、形成される酸化物が前
記導電性のあるボンディングを実質的に害しない絶縁された沈降物の形態となる
ような厚さにする。その酸化物の層は、例えば、真空蒸着やゾル−ゲル型蒸着の
うちから選んだ方法により、前記物質の層のうちの一つに蒸着することにしても
よく、あるいは、それらの双方に蒸着することにしてもよい。
【００１１】
ボンディングの状態をより良くするためには、熱処理中に前記第１及び第２の
半導体構成要素の一方を他方に対して押し付けるものとすることができる。
半導体構成要素の一方を他方に対して押し付けるものとすることができる。
【００１２】
導電性のあるボンディングは、同一の物質の混合物から生じさせるものとして
もよい。一例としては、前記第１の半導体構成要素をＳｉＣとすると共に前記第
２の半導体構成要素をＳｉＣとし、中間の層は、前記第１の半導体構成要素の前
記面上のタングステンの層及びシリコンの層と前記第２の半導体構成要素の前記
面上のタングステンの層及びシリコンの層とを有するものとし、熱処理の後に形
成される前記混合物がＷＳｉ２を有することにする。
もよい。一例としては、前記第１の半導体構成要素をＳｉＣとすると共に前記第
２の半導体構成要素をＳｉＣとし、中間の層は、前記第１の半導体構成要素の前
記面上のタングステンの層及びシリコンの層と前記第２の半導体構成要素の前記
面上のタングステンの層及びシリコンの層とを有するものとし、熱処理の後に形
成される前記混合物がＷＳｉ２を有することにする。
【００１３】
前記半導体構成要素のうちの一つを薄膜とする場合には、この方法は、その薄
膜を、基板の表在層であって前記基板の残りの部分から分離することを予定した
ものとして定める、ことによって構成される事前の過程を含むものとしてもよい
。第１の実施形態の例によれば、前記事前の過程の間に、土台、犠牲層及び前記
薄膜を積層することによって前記基板を形成し、前記犠牲層の溶解により、前記
ボンディングの生成後に、前記基板の残りの部分からの前記薄膜の分離を行う。
第２の実施形態の例によれば、前記事前の過程の間に、イオン注入により得られ
るマイクロ−キャビテの層によって前記薄膜を基板にボンディングし、前記ボン
ディングの熱処理、特定の熱処理、物理的な力の適用、又は熱処理及び物理的な
力の適用の組合せに引き続くものとして前記基板の残りの部分からの前記薄膜の
分離を行う。
膜を、基板の表在層であって前記基板の残りの部分から分離することを予定した
ものとして定める、ことによって構成される事前の過程を含むものとしてもよい
。第１の実施形態の例によれば、前記事前の過程の間に、土台、犠牲層及び前記
薄膜を積層することによって前記基板を形成し、前記犠牲層の溶解により、前記
ボンディングの生成後に、前記基板の残りの部分からの前記薄膜の分離を行う。
第２の実施形態の例によれば、前記事前の過程の間に、イオン注入により得られ
るマイクロ−キャビテの層によって前記薄膜を基板にボンディングし、前記ボン
ディングの熱処理、特定の熱処理、物理的な力の適用、又は熱処理及び物理的な
力の適用の組合せに引き続くものとして前記基板の残りの部分からの前記薄膜の
分離を行う。
【００１４】
（図面の簡単な説明）
限定的でない例として述べると共に添付図面を参照して行う以下の説明を読む
ことにより、本発明はよりよく理解され、かつ、他の利点や具体的な特徴も明ら
かになるであろう。添付図面において、 −図１Ａないし図１Ｄは、本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間に
おける導電性のあるボンディングの生成の第１の例を例示した図であり、 −図２Ａないし図２Ｅは、本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間に
おける導電性のあるボンディングの生成の第２の例を例示した図であり、 −図３Ａないし図３Ｄは、本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間に
おける導電性のあるボンディングの生成の第３の例を例示した図である。
ことにより、本発明はよりよく理解され、かつ、他の利点や具体的な特徴も明ら
かになるであろう。添付図面において、 −図１Ａないし図１Ｄは、本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間に
おける導電性のあるボンディングの生成の第１の例を例示した図であり、 −図２Ａないし図２Ｅは、本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間に
おける導電性のあるボンディングの生成の第２の例を例示した図であり、 −図３Ａないし図３Ｄは、本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間に
おける導電性のあるボンディングの生成の第３の例を例示した図である。
【００１５】
（発明の実施形態の詳細な説明）
本発明は、電気的に接続されるべき半導体構成要素の一方ないし他方と反応し
ない層を用いてボンディングを生成することを提案する。
ない層を用いてボンディングを生成することを提案する。
【００１６】
本発明によれば、ボンディングする２つの構成要素間に介在させる物質が熱処
理中に反応し、それらの構成要素に対する関係において高温の状態で安定してい
る混合物を形成する。ここで特筆すべき点として、形成される混合物は、熱処理
の温度より高い温度でもそれらの構成要素に対して安定したものとなる。各構成
要素がＳｉＣで作られ、かつ、それらのうちの一つをエピタキシーの対象とすべ
き場合には、この高温状態での安定性が特に重要となる。
理中に反応し、それらの構成要素に対する関係において高温の状態で安定してい
る混合物を形成する。ここで特筆すべき点として、形成される混合物は、熱処理
の温度より高い温度でもそれらの構成要素に対して安定したものとなる。各構成
要素がＳｉＣで作られ、かつ、それらのうちの一つをエピタキシーの対象とすべ
き場合には、この高温状態での安定性が特に重要となる。
【００１７】
本発明に基づく方法は、拡散隔膜を用いることを必要としないが、拡散隔膜を
用いることにしてもよい。
用いることにしてもよい。
【００１８】
介在させる物質は、次の物質とするのが好ましい。
−Ｗ（若しくはＷを基礎とする化合物）／Ｓｉ
−Ｗ（若しくはＷを基礎とする化合物）／Ｓｉ／Ｗ（若しくはＷを基礎とする
化合物）
【００１９】
介在させる層の厚さは、概して、それらの層におけるすべての物質が相互作用
して新たな安定した物質を形成することになる寸法に合わせる。ただし、いくつ
かのケースにおいては、他よりも大きい余分の厚さを有する物質の層を少なくと
も一つ用いるのが有効である場合もある。後に、この余分の厚さの物質は、その
物質が接触している構成要素と高温の熱処理中に反応してオーム接触を伴った膜
を形成する。
して新たな安定した物質を形成することになる寸法に合わせる。ただし、いくつ
かのケースにおいては、他よりも大きい余分の厚さを有する物質の層を少なくと
も一つ用いるのが有効である場合もある。後に、この余分の厚さの物質は、その
物質が接触している構成要素と高温の熱処理中に反応してオーム接触を伴った膜
を形成する。
【００２０】
例えば、ボンディングする各構成要素がＳｉＣで作られ、かつ、介在させる各
層がＷ及びＳｉで作られる場合について、介在させる層のすべてが反応するため
には、（単一ないし複数の）Ｗ層の全体の厚さに対する（単一ないし複数の）Ｓ
ｉ層の全体の厚さの比率を２．５に等しいかあるいは２．５に近い比率にしてＷ
Ｓｉ２の均質な層を得るようにする必要がある。反応することが可能な余分の厚
さを有するようにするためには、その比率が２．５を僅かに下回っている必要が
ある。これにより、高温の状態で同様に安定しているＷＳｉ及びＷＣを基礎とし
た薄膜を得ることが可能になる。
層がＷ及びＳｉで作られる場合について、介在させる層のすべてが反応するため
には、（単一ないし複数の）Ｗ層の全体の厚さに対する（単一ないし複数の）Ｓ
ｉ層の全体の厚さの比率を２．５に等しいかあるいは２．５に近い比率にしてＷ
Ｓｉ２の均質な層を得るようにする必要がある。反応することが可能な余分の厚
さを有するようにするためには、その比率が２．５を僅かに下回っている必要が
ある。これにより、高温の状態で同様に安定しているＷＳｉ及びＷＣを基礎とし
た薄膜を得ることが可能になる。
【００２１】
反応速度のアプローチに基づき、２つの半導体構成要素をボンディングした熱
処理の後における、デバイスの製造中に用いられる温度とそれらの使用中に用い
られる温度とで熱力学的に一方ないし他方の半導体物質に対して安定しているだ
けの層を使用する。例えば、炭化ケイ素上に炭化ケイ素を移植するケースでは、
ＳｉＣ構成要素／Ｗ層／Ｓｉ層−Ｓｉ層／Ｗ層／ＳｉＣといった具合の積層構造
を用いることができる（ここで、シリコンは非結晶質（アモルファス）若しくは
結晶質である。）。熱処理中には、タングステンがシリコンと反応してＷＳｉ２ を形成する。ＳｉＣ／Ｗ（厚さ０．１μｍ）／Ｓｉ（厚さ０．２５μｍ）−Ｓｉ
（厚さ０．２５μｍ）／Ｗ（厚さ０．１μｍ）／ＳｉＣの構造にあっては、Ｓｉ
Ｃ／ＷＳｉ２／ＳｉＣが得られる。６５０℃から反応が起こり、ＳｉＣの薄膜を
消費することなく、この反応が必然的にシリコンのタングステンとの反応を伴い
、そして、系は、１６００℃よりも高い温度の状態において安定であるものとな
る。
処理の後における、デバイスの製造中に用いられる温度とそれらの使用中に用い
られる温度とで熱力学的に一方ないし他方の半導体物質に対して安定しているだ
けの層を使用する。例えば、炭化ケイ素上に炭化ケイ素を移植するケースでは、
ＳｉＣ構成要素／Ｗ層／Ｓｉ層−Ｓｉ層／Ｗ層／ＳｉＣといった具合の積層構造
を用いることができる（ここで、シリコンは非結晶質（アモルファス）若しくは
結晶質である。）。熱処理中には、タングステンがシリコンと反応してＷＳｉ２ を形成する。ＳｉＣ／Ｗ（厚さ０．１μｍ）／Ｓｉ（厚さ０．２５μｍ）−Ｓｉ
（厚さ０．２５μｍ）／Ｗ（厚さ０．１μｍ）／ＳｉＣの構造にあっては、Ｓｉ
Ｃ／ＷＳｉ２／ＳｉＣが得られる。６５０℃から反応が起こり、ＳｉＣの薄膜を
消費することなく、この反応が必然的にシリコンのタングステンとの反応を伴い
、そして、系は、１６００℃よりも高い温度の状態において安定であるものとな
る。
【００２２】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明に基づく方法の第１の実施形態の例を示した横
断図であり、この例についてはボンディングを反応速度のアプローチに基づいて
実行している。図１Ａは、ＳｉＣプレート１０がタングステンの層１１、シリコ
ンの層１５によって順に被覆されているものを示している。図１Ｂは、ＳｉＣプ
レート１２がタングステンの層１３、シリコンの層１６によって順に被覆されて
いるものを示している。図１Ｃは、図１Ａに示した構造と図１Ｂに示した構造の
接合を示しており、それらの構造は、それらの層１５及び１６を介して接触した
状態とされている。６５０℃からの熱処理の後に、図１Ｄに示した集成体が得ら
れる。ＳｉＣプレート１０とＳｉＣプレート１２の間でＷＳｉ２を構成する中間
の層１４が形成され、ＳｉＣプレート１０は、この中間の層１４のおかげでＳｉ
Ｃプレート１２に対して導電性のあるボンディングにより接続される。
断図であり、この例についてはボンディングを反応速度のアプローチに基づいて
実行している。図１Ａは、ＳｉＣプレート１０がタングステンの層１１、シリコ
ンの層１５によって順に被覆されているものを示している。図１Ｂは、ＳｉＣプ
レート１２がタングステンの層１３、シリコンの層１６によって順に被覆されて
いるものを示している。図１Ｃは、図１Ａに示した構造と図１Ｂに示した構造の
接合を示しており、それらの構造は、それらの層１５及び１６を介して接触した
状態とされている。６５０℃からの熱処理の後に、図１Ｄに示した集成体が得ら
れる。ＳｉＣプレート１０とＳｉＣプレート１２の間でＷＳｉ２を構成する中間
の層１４が形成され、ＳｉＣプレート１０は、この中間の層１４のおかげでＳｉ
Ｃプレート１２に対して導電性のあるボンディングにより接続される。
【００２３】
このような導電性のあるボンディングは、薄い半導体の膜を半導体の土台上に
ボンディングすることに利用できる。その薄膜が得られるようにするには、２つ
のボンディングするプレートのうちの一方の厚さを小さくすることにしてもよい
。これには主に不都合な点が２つある。一方では、薄膜をその厚さ中の全体に亘
って均質なものとして得ることが困難であるという点があり、また他方では、そ
の膜を与える半導体プレートの残りの部分からロスを生じるという点がある。本
発明は、さらに、これらの不都合な点を改善することも可能にする。第１の解決
策では犠牲層を利用する。第２の解決策では、イオン注入後のへき開方法を採用
する。
ボンディングすることに利用できる。その薄膜が得られるようにするには、２つ
のボンディングするプレートのうちの一方の厚さを小さくすることにしてもよい
。これには主に不都合な点が２つある。一方では、薄膜をその厚さ中の全体に亘
って均質なものとして得ることが困難であるという点があり、また他方では、そ
の膜を与える半導体プレートの残りの部分からロスを生じるという点がある。本
発明は、さらに、これらの不都合な点を改善することも可能にする。第１の解決
策では犠牲層を利用する。第２の解決策では、イオン注入後のへき開方法を採用
する。
【００２４】
図２Ａないし図２Ｅは、半導体のＳｉＣプレートと犠牲層の溶解によって得ら
れる薄いＳｉＣ膜との間における、反応速度のアプローチに基づいた導電性のあ
るボンディングの生成を例示した横断図である。図２Ａは、シリコン・プレート
３０が酸化ケイ素ないし窒化ケイ素の層３１によって被覆されているものを示し
ており、この酸化ケイ素ないし窒化ケイ素の層３１が犠牲層として利用されるこ
とになる。その犠牲層３１は、ＳｉＣ層３２、タングステンの層３３、シリコン
の層３７によって順に被覆されており、これらのうちのＳｉＣ層３２が薄膜を与
えるものとなる。図２Ｂは、ＳｉＣプレート３４がタングステンの層３５及びシ
リコンの層３８によって被覆されているものを示している。図２Ｃは、図２Ａに
示した構造と図２Ｂに示した構造の接合を示しており、それらの構造は、それら
の層３７及び３８を介して接触した状態とされている。６５０℃からの熱処理の
後に、図２Ｄに示した集成体が得られる。ＳｉＣ層３２は、ＷＳｉ２によって構
成された中間の層３６のおかげでＳｉＣプレート３４に対して導電性のあるボン
ディングを介して接続される。その後、犠牲層は、当業者に知られている手法に
よって溶解される。一方では、図２Ｅに示した構造、すなわち、ＳｉＣの土台に
電気的な接続を介してボンディングされたＳｉＣの薄膜が得られ、また他方では
、再利用可能なシリコン・プレートが得られる。
れる薄いＳｉＣ膜との間における、反応速度のアプローチに基づいた導電性のあ
るボンディングの生成を例示した横断図である。図２Ａは、シリコン・プレート
３０が酸化ケイ素ないし窒化ケイ素の層３１によって被覆されているものを示し
ており、この酸化ケイ素ないし窒化ケイ素の層３１が犠牲層として利用されるこ
とになる。その犠牲層３１は、ＳｉＣ層３２、タングステンの層３３、シリコン
の層３７によって順に被覆されており、これらのうちのＳｉＣ層３２が薄膜を与
えるものとなる。図２Ｂは、ＳｉＣプレート３４がタングステンの層３５及びシ
リコンの層３８によって被覆されているものを示している。図２Ｃは、図２Ａに
示した構造と図２Ｂに示した構造の接合を示しており、それらの構造は、それら
の層３７及び３８を介して接触した状態とされている。６５０℃からの熱処理の
後に、図２Ｄに示した集成体が得られる。ＳｉＣ層３２は、ＷＳｉ２によって構
成された中間の層３６のおかげでＳｉＣプレート３４に対して導電性のあるボン
ディングを介して接続される。その後、犠牲層は、当業者に知られている手法に
よって溶解される。一方では、図２Ｅに示した構造、すなわち、ＳｉＣの土台に
電気的な接続を介してボンディングされたＳｉＣの薄膜が得られ、また他方では
、再利用可能なシリコン・プレートが得られる。
【００２５】
図３Ａないし図３Ｄは、半導体のＳｉＣプレートとイオン注入後のへき開によ
って得られる薄いＳｉＣ膜との間における、反応速度のアプローチに基づいた導
電性のあるボンディングの生成を例示した横断図である。図３Ａは、ＳｉＣプレ
ート５０の内部にマイクロ−キャビティの層５１が生成されているものを示して
いる。このマイクロ−キャビティの層５１は、文献FR-A-2 681 472により開示さ
れている手法に基づき、プレート５０の面のうちの一方を通じてのイオン注入に
よってプレート５０内に生成されたものである。そのプレート５０の注入がなさ
れた面上には、タングステンの層５２、シリコンの層５７が順に蒸着されている
。図３Ｂは、ＳｉＣのプレート５３がタングステンの層５４及びシリコンの層５
８によって被覆されているものを示している。図３Ｃは、図３Ａに示した構造と
図３Ｂに示した構造の接合を示しており、それらの構造は、それらの層５７及び
５８を介して接触した状態とされている。熱処理の後に、図３Ｄに示した集成体
が得られる。その熱処理は、マイクロ−キャビティの層に沿ったプレート５０の
へき開を生じさせる。ＳｉＣの薄膜５５が残り、このＳｉＣの薄膜５５は、ＷＳ
ｉ２を構成している中間の層５６のおかげでＳｉＣプレート５３に対して導電性
のあるボンディングにより接続される。プレート５０の残余部分は、その後で再
利用することができる。
って得られる薄いＳｉＣ膜との間における、反応速度のアプローチに基づいた導
電性のあるボンディングの生成を例示した横断図である。図３Ａは、ＳｉＣプレ
ート５０の内部にマイクロ−キャビティの層５１が生成されているものを示して
いる。このマイクロ−キャビティの層５１は、文献FR-A-2 681 472により開示さ
れている手法に基づき、プレート５０の面のうちの一方を通じてのイオン注入に
よってプレート５０内に生成されたものである。そのプレート５０の注入がなさ
れた面上には、タングステンの層５２、シリコンの層５７が順に蒸着されている
。図３Ｂは、ＳｉＣのプレート５３がタングステンの層５４及びシリコンの層５
８によって被覆されているものを示している。図３Ｃは、図３Ａに示した構造と
図３Ｂに示した構造の接合を示しており、それらの構造は、それらの層５７及び
５８を介して接触した状態とされている。熱処理の後に、図３Ｄに示した集成体
が得られる。その熱処理は、マイクロ−キャビティの層に沿ったプレート５０の
へき開を生じさせる。ＳｉＣの薄膜５５が残り、このＳｉＣの薄膜５５は、ＷＳ
ｉ２を構成している中間の層５６のおかげでＳｉＣプレート５３に対して導電性
のあるボンディングにより接続される。プレート５０の残余部分は、その後で再
利用することができる。
【００２６】
有益な方法として、ボンディングの状態をより良くするために、集成される構
造の間に圧力を加えるものとすることができる。また、連帯的に、あるいは、非
連帯的に、構造の少なくとも一つの表面上に薄い酸化物の層を用いることにし、
ボンディングに必要な圧力を減らすようにしたり、あるいは、さらに進んでそれ
なしで済ませるようにしたりしてもよい。この酸化物の層は、十分に微細（数オ
ングストローム）であって、かつ、ボンディング物質の少なくとも一つと相互作
用することが可能であり、プロセスの最後で電気的な接続を妨げない沈降物を形
成するものにする必要がある。熱処理中では、その薄い酸化物の層は、それに対
して供される金属と反応し、金属が十分に陽電性のものであれば、絶縁された沈
降物の形態となる酸化金属を形成する。特に、これに当たるケースとしては、酸
化物ＳｉＯ２と反応してＴｉＯ２及び放出シリコンを形成するチタンを用いるケ
ースが挙げられる。したがって、ＳｉＣ／（厚さ０．０１μｍの）ＳｉＯ２−（
厚さ０．０１μｍの）ＳｉＯ２／（厚さ０．１μｍの）Ｔｉ／Ｓｉの積層構造は
、ＳｉＣ／（ＴｉＳｉ２＋ＴｉＯｘ）／Ｓｉの構造を与える。１０００℃で反応
が起こり、ＳｉＣの薄膜を消費することなく、その反応が必然的にシリコンのチ
タンとの反応とチタンによるＳｉＯ２の減少を伴う。ＳｉＯ２は、ＴｉＯ２が連
続的な層を形成しないように薄くする必要がある。系は１３３０℃まで安定であ
る（この系が安定である温度は、その温度でのＴｉＳｉ２とＳｉの間の共晶の構
成によって制限される。）。
造の間に圧力を加えるものとすることができる。また、連帯的に、あるいは、非
連帯的に、構造の少なくとも一つの表面上に薄い酸化物の層を用いることにし、
ボンディングに必要な圧力を減らすようにしたり、あるいは、さらに進んでそれ
なしで済ませるようにしたりしてもよい。この酸化物の層は、十分に微細（数オ
ングストローム）であって、かつ、ボンディング物質の少なくとも一つと相互作
用することが可能であり、プロセスの最後で電気的な接続を妨げない沈降物を形
成するものにする必要がある。熱処理中では、その薄い酸化物の層は、それに対
して供される金属と反応し、金属が十分に陽電性のものであれば、絶縁された沈
降物の形態となる酸化金属を形成する。特に、これに当たるケースとしては、酸
化物ＳｉＯ２と反応してＴｉＯ２及び放出シリコンを形成するチタンを用いるケ
ースが挙げられる。したがって、ＳｉＣ／（厚さ０．０１μｍの）ＳｉＯ２−（
厚さ０．０１μｍの）ＳｉＯ２／（厚さ０．１μｍの）Ｔｉ／Ｓｉの積層構造は
、ＳｉＣ／（ＴｉＳｉ２＋ＴｉＯｘ）／Ｓｉの構造を与える。１０００℃で反応
が起こり、ＳｉＣの薄膜を消費することなく、その反応が必然的にシリコンのチ
タンとの反応とチタンによるＳｉＯ２の減少を伴う。ＳｉＯ２は、ＴｉＯ２が連
続的な層を形成しないように薄くする必要がある。系は１３３０℃まで安定であ
る（この系が安定である温度は、その温度でのＴｉＳｉ２とＳｉの間の共晶の構
成によって制限される。）。
【００２７】
上の説明は、他の構成要素のボンディングに対して当てはめることもできる。
したがって、例えば、サファイアの基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮの
層やＳｉＣ基板を伴うＳｉＣの層は、それぞれＷとＳｉである物質の層を少なく
とも２つ介在させることにより、ボンディングすることにしてもよい。
したがって、例えば、サファイアの基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮの
層やＳｉＣ基板を伴うＳｉＣの層は、それぞれＷとＳｉである物質の層を少なく
とも２つ介在させることにより、ボンディングすることにしてもよい。
【図１】 本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間における導電性
のあるボンディングの生成の第１の例を例示した図である。
のあるボンディングの生成の第１の例を例示した図である。
【図２】 本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間における導電性
のあるボンディングの生成の第２の例を例示した図である。
のあるボンディングの生成の第２の例を例示した図である。
【図３】 本発明の方法に基づく２つの半導体構成要素の間における導電性
のあるボンディングの生成の第３の例を例示した図である。
のあるボンディングの生成の第３の例を例示した図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１０月１日（２００１．１０．１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マダール， ロラン
フランス国 エフ−38320 エイバン，
アレー デ ザルセル 11
Claims (10)
- 【請求項１】 熱処理によって第１の半導体構成要素（１０、３２、５５）
の面と第２の半導体構成要素（１２、３４、５３）の面との間に導電性のあるボ
ンディングを生成する方法であって、 −前記第１の半導体構成要素の前記面上に少なくとも一つの物質の層を蒸着す
ると共に前記第２の半導体構成要素の前記面上に少なくとも一つの物質の層を蒸
着する、蒸着であって、それらの蒸着した層が前記熱処理中に結合して前記２つ
の面の間に導電性のあるボンディングを与える層を形成するものである、蒸着を
し、 −蒸着した物質の前記層の介在によって、前記面の一方を他方に対して当て、 −前記熱処理を実行し、前記第１の半導体構成要素の前記面上へと蒸着した物
質の層（１１、１５、３３、３７、５２、５７）と前記第２の半導体構成要素の
前記面上へと蒸着した物質の層（１３、１６、３５、３８、５４、５８）とが、
熱処理中に固相で反応し、かつ、前記第１（１０、３２、５５）及び第２（１２
、３４、５３）の半導体構成要素に対する関係で温度安定な混合物を形成するよ
うに選ばれており、熱処理が前記蒸着した物質と前記半導体構成要素の少なくと
も一つとの間に反応生成物を誘発しないことを特徴とする ことによって構成される方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、前記第１の半導体構成要素の
面上に蒸着した前記層の物質を前記第２の半導体構成要素の面上に蒸着した前記
層の物質とは別のものとし、混合物を形成する熱処理が前記第１及び第２の半導
体構成要素との反応生成物を誘発しない、ことを特徴とする方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の方法であって、前記物質の層のうちの
一つを、余分の厚さを伴って蒸着して、その層の一部分が、他の前記物質の層と
接触した状態で他の蒸着した物質の層と結合して前記安定な混合物を形成し、余
分の厚さを伴って蒸着した前記層の他の部分が、それを蒸着した半導体構成要素
と接触した状態で、その半導体構成要素と熱処理中に反応してオーム接触を伴う
膜を形成するようにする、ことを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の方法であって、前記蒸着した物質の層の間に
酸化物の層を設け、前記酸化物を前記蒸着した層の少なくとも一つの物質と反応
するように選び、前記酸化物の層と前記酸化物が反応する物質の層との厚さを、
形成される酸化物が前記導電性のあるボンディングを実質的に害しない絶縁され
た沈降物の形態となる厚さにする、ことを特徴とする方法。 - 【請求項５】 前記酸化物の層を前記蒸着した物質の層のうちの一つ又はそ
れらの双方に蒸着する、ことを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 熱処理中に前記第１及び第２の半導体構成要素の一方を他方
に対して押し付ける、ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 請求項１記載の方法であって、前記第１の半導体構成要素を
ＳｉＣとすると共に前記第２の半導体構成要素をＳｉＣとし、前記介在させる層
は、前記第１の半導体構成要素の前記面上のタングステンの層及びシリコンの層
と前記第２の半導体構成要素の前記面上のタングステンの層及びシリコンの層と
を有するものとし、熱処理の後に形成される前記混合物がＷＳｉ２を有する、こ
とを特徴とする方法。 - 【請求項８】 先の請求項のいずれか一つに記載の方法であって、前記半導
体構成要素のうちの一つを薄膜（３２、５５）とし、その薄膜を、基板の表在層
であって前記基板の残りの部分から分離することを予定したものとして定める、
ことによって構成される事前の過程を含む、ことを特徴とする方法。 - 【請求項９】 請求項８記載の方法であって、前記事前の過程の間に、土台
（３０）、犠牲層（３１）及び前記薄膜（３２）を積層することによって前記基
板を形成し、前記犠牲層（３１）の溶解により、前記ボンディングの生成後に前
記基板の残りの部分からの前記薄膜の分離を行う、ことを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 請求項８記載の方法であって、前記事前の過程の間に、イ
オン注入により得られるマイクロ−キャビティ（５１）の層によって前記薄膜を
基板（５０）にボンディングし、前記ボンディングの熱処理、特定の熱処理、物
理的な力の適用、又は熱処理及び物理的な力の適用の組合せに引き続くものとし
て前記基板の残りの部分からの前記薄膜の分離を行う、ことを特徴とする方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR99/11224 | 1999-09-08 | ||
| FR9911224A FR2798224B1 (fr) | 1999-09-08 | 1999-09-08 | Realisation d'un collage electriquement conducteur entre deux elements semi-conducteurs. |
| PCT/FR2000/002468 WO2001018853A1 (fr) | 1999-09-08 | 2000-09-07 | Realisation d'un collage electriquement conducteur entre deux elements semi-conducteurs |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| KR (1) | KR100742243B1 (ja) |
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