JP2576163B2 - 平板接着法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 高温の熱サイクルにも耐え得る平板接着法の改良に関
し、 耐熱性が高く且つ汚染の虞のない両平板の強力な結合
力が得られる平板接着法の提供を目的とし、 一対の平板の内、少なくとも一方を酸化する能力を有
する試薬の極薄い層を平板間に形成する工程と、前記試
薬の内の平板と結合していない余分の前記試薬を自然乾
燥により除去する工程と、前記一対の平板を加圧し、加
熱する工程とを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、平板接着法に係り、特に高温の熱サイクル
にも耐え得る平板接着法の改良に関するものである。

半導体装置の製造工程に用いるシリコン・オン・イン
シュレータ（以下、SOIと略称する。）を製造する方法
の一つにシリコン基板を他の基板に接着し、このシリコ
ン基板を研磨やエッチングにより薄膜化する方法があ
る。

上記のSOI基板を形成するシリコン基板は１μｍ厚程
度に薄膜化され、そこに、デバイスを形成する。

デバイス形成過程では1,000℃前後の加熱及び冷却工
程が繰り返して行われる。

従ってこのデバイス形成過程では薄膜に大きなストレ
スが加わり、歪やクラックが発生する虞がある。

このような用途に用いる場合、薄膜に加わるストレス
が小さく、歪やクラックを引き起こさせない平板接着法
が求められている。

なお、半導体プロセスに適用する場合には不純物汚染
の可能性も排除すべきである。

以上のような状況から歪やクラックが発生せず、不純
物汚染の可能性の無い平板接着法が要望されている。

〔従来の技術〕

従来の平板接着法として最も一般的なものは、高分子
系接着剤を用いる方法である。しかし、この方法では接
着剤の用材が抜けにくく、また、耐熱性も乏しいので、
半導体プロセスには適用できない。

半導体プロセスに適用可能な接着法として、燐シリケ
ートガラス（以下、PSGと略称する）による溶融接着法
がある。

この方法は一対の平板の接着面に各々PSGを堆積させ
ておき、両接着面を合わせた状態で、加圧，加熱を施す
ことにより溶融接着を行うものである。

このPSGは燐（Ｐ）の濃度が増すと軟化点が低くなり
溶融は容易になるが、それと共に燐による汚染の虞がで
てくる。

また、PSGとシリコンとの熱膨張係数の相違のため、
高温（750〜1,100℃）溶融後、常温に戻した時、両者の
間に大きなストレスが加わる。

このためシリコン基板を薄膜化した時に、歪やクラッ
クが入るのでデバイスの形成が困難になる。

この外、一対のシリコン基板の接着面に水の極薄い層
を形成して接着する方法もあるが、この場合はシリコン
基板全面に密にシラノール基を形成することが難しく、
従って全面に均一なシロキサン結合を作ることができず
結合力が弱い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明の従来の平板接着法で問題となるのは、高分
子系接着剤を用いる方法は耐熱性及び汚染の虞から半導
体デバイス用のSOI基板の製造に適用することが困難な
ことである。

また、PSGによる溶融接着法も不純物汚染やストレス
による歪やクラックの発生等の虞があり、SOIの薄膜シ
リコンへのデバイス形成が困難となるか或いはデバイス
の形成ができても特性が劣るというような問題が生じる
可能性が強いことである。

また、水を用いてシロキサン結合を形成しようとする
方法は、全面に密にシロキサン結合を形成するのが困難
なので、結合力が弱い欠点を有していることである。

本発明は以上のような状況から容易に実施可能な、耐
熱性が高く且つ汚染の虞のない両平板の強力な結合力が
得られる平板接着法の提供を目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、一対の平板の内、少なくとも一方を酸
化する能力を有する試薬の極薄い層を平板間に形成する
工程と、この試薬の内の平板と結合していない余分の試
薬を自然乾燥により除去する工程と、この一対の平板を
加圧し、加熱する工程とを含む本発明による平板接着法
によって解決される。

〔作用〕

即ち本発明においては第１図（ａ）に示すように、接
着しようとする一対の平板A1及びB2の内、少なくとも一
方を酸化する能力のある試薬３の極薄い層を平板A1及び
B2間に形成し、この試薬３の内の平板A1及びB2と結合し
ていない余分の試薬３をX₂Oとして自然乾燥により消散
させて除去した後、この一対の平板A1及びB2を加圧しな
がら加熱するので、加熱工程における下記のような分解
反応を利用することによりX₂Oを除去し、第１図（ｂ）
に示すように、両平板A1及びB2をシロキサン結合（Si−
Ｏ）によって固く結合させて一体化することが可能とな
る。

２〔Si−Ｏ−Ｘ〕−→Si−Ｏ−Si＋X₂O シロキサン結合はシリコン酸化膜と類似構造を有し、
半導体デバイスに馴染み深いもので汚染の虞もなく、充
分な耐熱性及び接着強度を有している。

〔実施例〕

以下第２図について本発明の一実施例をシリコン基板
の場合について説明する。

先ず第２図（ａ）に示すように、シリコン基板A4及び
シリコン基板B5は２インチのシリコンウエーハで、シリ
コン酸化膜６は厚さ3,000Åのウェット熱酸化膜でシリ
コン基板B5の表面に形成している。

このシリコン基板B5の表面に形成したシリコン酸化膜
６の表面に過酸化水素７の小滴を滴下しておく。

一方のシリコン基板A4は弗化水素（HF）溶液中に浸漬
して自然酸化膜を除去しておき、弗化水素溶液からすば
やく取り出し、純水洗浄、純水水滴除去を行ってシリコ
ン酸化膜６の上に重ねて置く。

シリコン基板A4とシリコン基板B5の間に50gr/cm²の圧
力を加え、過酸化水素７が両基板の間にくまなく拡がる
ようにする。

この状態で48時間程度放置して自然乾燥させる。

この工程で余分の過酸化水素７や水分を乾燥させて除
去する。この工程を経た後は第２図（ａ）に示すよう
に、両シリコン基板の表面にシラノール基（Si−Ｏ−
Ｈ）が形成されているものと考えられる。

次にこの状態で電気炉に入れて徐々に温度を上げてゆ
き、800℃になると10分間保持し、その後電源を切り炉
を自然冷却し、常温になればシリコン基板を取り出すと
両シリコン基板はシリコン酸化膜６を介して固く結合さ
れている。

このメカニズムは、両シリコン基板の表面のシラノー
ル基（Si−Ｏ−Ｈ）が加熱過程で熱分解によりH₂Oが消
散し、強固なシロキサン結合（Si−Ｏ）が両シリコン基
板間に出来たものと考えられる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、たとえば一対の酸化膜を有しないＰ型シリコン基板
とＮ型シリコン基板を用いることにより、大面積のPN接
合面を形成することも可能である。

また、シリコンを酸化する能力を有する試薬として過
酸化水素７の代わりに消散（HNO₃）を用いても同様の効
果が得られる。

また、シラノール基を形成する手段として、過酸化水
素の蒸気が充満した容器内に両シリコン基板を放置し、
その後両シリコン基板を合わせて上記のような加熱工程
を施しても均一な接着ができる。

この結合状態を調べるために、結合した両シリコン基
板を粉砕して詳細に調べたが、未接着の部分は過酸化水
素の場合は約10％程度、硝酸の場合は約20％程度で、全
面にわたって強固に接着されていた。

過酸化水素７の代わりに水を用いた従来方法の実施例
では、上記と同様に粉砕して詳細に調べた結果、約40％
程度が未接着であり、本発明の優位性が判明した。

〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように本発明によれば極めて
容易に実施し得る工程によって、シラノール基を形成
し、加圧して加熱することにより、強固なシロキサン結
合を得ることができ、不純物で汚染されないシリコン基
板の結合が可能となるので、耐熱性の高い、歪やストレ
スの無い、シリコン基板を接着したSOI基板を製造する
ことが可能となる等の利点があり、著しい品質向上の効
果が期待でき工業的には極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明による一実施例を示す図、 である。 図において、 １は平板Ａ、 ２は平板Ｂ、 ３は試薬、 ４はシリコン基板Ａ、 ５はシリコン基板Ｂ、 ６はシリコン酸化膜、 ７は過酸化水素、 を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の平板の内、少なくとも一方を酸化す
   る能力を有する試薬を極薄い層を平板間に形成する工程
   と、 前記試薬の内の平板と結合していない余分の前記試薬を
   自然乾燥により除去する工程と、 前記一対の平板を加圧し、加熱する工程と、 を含むことを特徴とする平板接着法。