JP2740675B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 貼合せ法を用いて形成された基板を有する半導体装置
に関し、 低コストで製造でき、しかも製造歩留りを改善するこ
とを目的とし、 LTVが2μm/1.5cm2以下で、かつ、窪みの最大スロー
プ角が0.4°以下であるウェハを用いた構成とする。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] A semiconductor device having a substrate formed by a laminating method can be manufactured at low cost and has an object of improving the manufacturing yield, and has an LTV of 2 μm / 1.5 cm 2. And a wafer having a maximum slope angle of the depression of 0.4 ° or less.
〔産業上の利用分野〕 本発明は、貼合せ法を用いて形成された基板を有する
半導体装置に関する。[Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device having a substrate formed using a bonding method.
例えば、2枚のシリコンウェハを酸化した後これらを
アニールによって貼合せ、片面を研摩して一方のシリコ
ンウェハを露出させた構造のSOI(silicon on insulato
r)が知られているが、一般に、シリコンウェハ表面に
は僅かな窪みが存在するため、その部分が貼合せ時の未
接着領域として貼合せ後も残り、その後のパターニング
やエッチング等のプロセス中に剥れを生じる原因とな
る。そこで、製造歩留りのよい半導体装置を作成するに
は、ウェハの平坦度に対する適切な規格が必要である。For example, after oxidizing two silicon wafers, they are bonded by annealing, and one side is polished to expose one silicon wafer.
r) is known, but in general, a slight dent exists on the surface of the silicon wafer, and that portion remains as an unbonded area at the time of lamination, and during subsequent processes such as patterning and etching. May cause peeling. Therefore, in order to produce a semiconductor device having a good production yield, an appropriate standard for the flatness of a wafer is required.
第2図は一般のSOIの製造工程図を示す。同図(A)
において、2つのシリコンウェハ1,2を夫々酸化して周
囲に酸化シリコン膜31,32を形成し、同図(B)に示す
如く、2つのウェハ1,2を貼合せる。しかる後、破線に
沿って片面を研摩して一方のウェハ1を露出させて同図
(C)に示すSOIを得る。この場合、一般に、シリコン
ウェハ表面には僅かな窪みが存在し、第3図に示すよう
に例えばシリコンウェハ2に窪み4が存在すると、その
部分が貼合せ時の未接着領域5として貼合せ後も残る。
この未接着領域5はその後のプロセス中の剥れを生じ、
この部分のみが不良となるだけでなく、剥れたシリコン
片が他の領域にも付着してその領域も不良となる。FIG. 2 shows a manufacturing process diagram of a general SOI. Figure (A)
In the silicon oxide film 3 1 around the two silicon wafers 1 and 2 respectively oxidized to, 3 2 is formed, as shown in FIG. (B), is laminated two wafers 1 and 2. Thereafter, one side is polished along the broken line to expose one of the wafers 1 to obtain the SOI shown in FIG. In this case, generally, a slight dent is present on the surface of the silicon wafer, and if a dent 4 is present in the silicon wafer 2, for example, as shown in FIG. Also remains.
This unbonded area 5 causes peeling during subsequent processing,
Not only this portion becomes defective, but also the peeled silicon pieces adhere to other regions, and that region also becomes defective.
第4図は窪み個数対1μm以上の大きさの剥れの頻度
の関係を示す図である。同図中、白抜部分は貼合せに際
してパルス電圧を用いなかった場合の特性、白抜部分と
斜線部分とを加えた部分は貼合せに際してパルス電圧を
用いた場合の特性である。又、窪みの直径は2μm〜10
μmである。同図より明らかな如く、剥れ頻度はある窪
み個数から指数関数的に増加しているが、これは、窪み
個数が多いということはスロープの急峻な(第5図に示
すスロープ角θが小さい)窪みが多く、その直径が大き
くなっているためと考えられる。即ち、窪み個数のある
点より剥れ頻度が急に増加するのは、窪みの形状が悪く
なるからである。従って、第4図では剥れ頻度に対する
横軸をを窪み個数としているが、剥れ頻度は窪みの大き
さ(直径)及びスロープ角の関数でもある。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the number of depressions and the frequency of peeling of a size of 1 μm or more. In the figure, the white portions indicate the characteristics when the pulse voltage is not used for bonding, and the portions where the white portions and the hatched portions are added indicate the characteristics when the pulse voltage is used for the bonding. The diameter of the depression is 2 μm to 10 μm.
μm. As is clear from the figure, the peeling frequency increases exponentially from a certain number of depressions. This is because the large number of depressions means that the slope is steep (the slope angle θ shown in FIG. 5 is small). It is considered that there are many depressions and the diameter is large. That is, the reason why the frequency of peeling suddenly increases from a certain point of the number of depressions is that the shape of the depressions becomes worse. Accordingly, in FIG. 4, the number of depressions is shown on the horizontal axis with respect to the peeling frequency, but the peeling frequency is also a function of the size (diameter) of the depression and the slope angle.
そこで、現在のウェハ規格には「目視で見える窪みが
ないこと」と定義されており、現在一般に製造されてい
る半導体装置ではこの規格に基づいたウェハを用いてい
るが、貼合せ法を用いて基板を製造する場合にはこの程
度の規格では確実な貼合せを行なうことはできない。こ
のため、ウェハの規格を厳しくしたり、或いは、製造歩
留りが低下しているのが現状である。Therefore, current wafer standards define "there are no pits visible to the naked eye", and semiconductor devices currently manufactured generally use wafers based on this standard. When a substrate is manufactured, reliable bonding cannot be performed with such a standard. For this reason, at present, the standard of the wafer is strict or the production yield is lowered.
即ち、貼合せ法を使用する場合は前記厳しくしたウェ
ハ規格に基づいてLTV(local thichness value)が0.5
μm/1.5cm2(1.5cm2の中にある窪みの部分の高低差が0.
5μm)以下に作られた窪みのないウェハを用いるが、
これは特殊加工した超高平坦度ウェハである。このよう
な超高平坦度ウェハは、一般のウェハ製造工程で使用す
る装置ではなく、専用機として特殊管理された装置を使
用するので、コスト高になり、又、量産できない問題点
があった。又、一般のウェハ製造工程で使用する装置を
用いて前記厳しくしたウェハ規格に基づいたウェハを得
ようとしても20枚に1枚程度の非常に低い割合でしか得
ることができず、検査工程が余分にかかるだけでなく、
検査時に塵埃が付着し易く、製造歩留りが低くなる問題
点があった。That is, when the bonding method is used, the LTV (local thichness value) is 0.5 based on the strict wafer standard.
μm / 1.5cm 2 (The height difference between the dents in 1.5cm 2 is 0.
5 μm)
This is a specially processed ultra-high flatness wafer. Such an ultra-high flatness wafer is not a device used in a general wafer manufacturing process, but uses a device specially managed as a dedicated machine, so that there is a problem that the cost is high and mass production is not possible. Further, even if an attempt is made to obtain a wafer based on the stricter wafer standard using an apparatus used in a general wafer manufacturing process, it can be obtained only at a very low ratio of about one in twenty. Not only does it cost extra,
There is a problem that dust easily adheres at the time of inspection and the production yield is reduced.
本発明は、低コストで製造でき、しかも製造歩留りを
改善できる半導体装置を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be manufactured at low cost and that can improve the manufacturing yield.
本発明はLTVが2μm/1.5cm2以下で、かつ、窪みの最
大スロープ角が0.4°以下であるウェハを用いる。The present invention uses a wafer having an LTV of 2 μm / 1.5 cm 2 or less and a maximum slope angle of the depression of 0.4 ° or less.
従来定義されていた過剰なウェハ規格を少しでも緩や
かにし、貼合せ法に適用するウェハに適切な規格を設定
する。第1図(A)より明らかな如く、ウェハの平坦度
が2μm/cm以上になると、貼合せ工程で極端に歩留りが
悪くなり、一方、第1図(B)より明らかな如く、窪み
の最大スロープ角が0.4以上(スロープの傾斜が急)で
あると極端に剥れ頻度が高くなり、直径の小さな窪みで
もそのスロープが急峻だと剥れを生じる割合が大きい。The excess wafer standard defined conventionally is relaxed as much as possible, and an appropriate standard is set for a wafer applied to the bonding method. As is clear from FIG. 1 (A), when the flatness of the wafer is 2 μm / cm or more, the yield is extremely deteriorated in the laminating process. On the other hand, as is clear from FIG. If the slope angle is 0.4 or more (slope of the slope is steep), the frequency of peeling becomes extremely high, and even if the pit has a small diameter, the rate of peeling is large if the slope is steep.
本発明では、LTVが2μm/1.5cm2以下で、かつ、窪み
の最大スロープ角が0.4以下であるウェハを用いている
ので、専用機を用いて特殊加工した超高平坦度ウェハを
使用しないでも、低コストで、歩留りの良好な基板を得
ることができる。In the present invention, since the LTV is 2 μm / 1.5 cm 2 or less, and the maximum slope angle of the depression is 0.4 or less, a special machine is used without specially machined ultra-high flatness wafers. A low-cost, high-yield substrate can be obtained.
前述の特殊加工した超高平坦度ウェハは、LTVが0.5μ
m/1.5cm2以下で窪みのないウェハのことであるが、この
ような厳しい規格に入らないウェハでも十分に歩留りの
良い基板が得られる。第1図(A)はSOI基板歩留りと
平坦度との関係を示す図であり、以下説明する方法によ
って、SOIを作成したものである。平坦度はウェハ1cm宛
に対する高低差(μm)の割合を示すもので、LTVに対
応する。The above-mentioned specially processed ultra-high flatness wafer has an LTV of 0.5μ.
This is a wafer having no depression at m / 1.5 cm 2 or less, but a substrate with a sufficiently high yield can be obtained even with a wafer that does not meet such a strict standard. FIG. 1A is a diagram showing the relationship between the SOI substrate yield and the flatness, and the SOI is created by the method described below. The flatness indicates the ratio of the height difference (μm) for each 1 cm of the wafer, and corresponds to LTV.
第1例として、2つのシリコンウェハを酸化した後こ
れらを重ね合せ、ヒータに載置して500℃〜800℃に加熱
し、この状態で100V〜500Vのパルス電圧を印加する(こ
の場合、1torr程度の真空にしてもよい)。次に、ヒー
タの温度を下げてウェハを取出し、このウェハを炉に入
れて1000℃〜1250℃の温度で30分以上アニールする。ア
ニール後に片面を研摩し、所定のシリコン厚にする。こ
の場合、貼合せ前のシリコンウェハとして平坦度が種々
のものを用意しておき、貼合せ時にパルス電圧を印加し
た場合及び印加しない場合の歩留りを求めたものが第1
図(A)である。実線はパルス電圧を用いた方法、破線
はパルス電圧を用いなかった方法である。As a first example, after oxidizing two silicon wafers, they are superimposed, placed on a heater and heated to 500 ° C. to 800 ° C., and a pulse voltage of 100 V to 500 V is applied in this state (in this case, 1 torr) Vacuum may be used). Next, the temperature of the heater is lowered to take out the wafer, and the wafer is put into a furnace and annealed at a temperature of 1000 ° C. to 1250 ° C. for 30 minutes or more. After annealing, one side is polished to a predetermined silicon thickness. In this case, silicon wafers having various flatnesses are prepared as silicon wafers before bonding, and the yield obtained when a pulse voltage is applied and not applied at the time of bonding is the first.
FIG. The solid line is a method using a pulse voltage, and the broken line is a method using no pulse voltage.
第1図(A)より明らかな如く、特にパルス電圧を用
いて貼合せを行なえば、平坦度2μm/cm程度までであれ
ば歩留り100%近くを得ることができ、従来のようにLTV
を0.5μm/1.5cm2以下と過剰な規格にしないでも、LTVを
2μm/1.5cm2以下に定めたウェハを用いれば十分に良好
な歩留りを得ることができる。因に、パルス電圧を用い
ない方法において、LTVを1.5μm/1.5cm2以下に定めたウ
ェハを用いれば十分である。As is clear from FIG. 1 (A), especially when bonding is performed using a pulse voltage, a yield of nearly 100% can be obtained up to a flatness of about 2 μm / cm.
Even if LTV is not excessively set to 0.5 μm / 1.5 cm 2 or less, a sufficiently good yield can be obtained by using a wafer whose LTV is set to 2 μm / 1.5 cm 2 or less. Incidentally, in a method not using a pulse voltage, it is sufficient to use a wafer whose LTV is set to 1.5 μm / 1.5 cm 2 or less.
一方、第4図を用いて前述した如く、剥れ頻度は窪み
のスロープ角にも関連があるため、第1図(A)におい
て説明したようなLTVのみを考慮に入れるだけでは不十
分である。即ち、LTVが2μm/1.5cm2以下であってもス
ロープ角が非常に小さい窪みであれば、剥れの原因とな
る。そこで、パルス電圧を用いて貼合せたものにおいて
剥れ部分の窪みの最大スロープ角と窪みの個数(剥れの
頻度に対応)との関係について実験したところ、第1図
(B)に示す結果を得た。第1図(B)より明らかな如
く、スロープ角が0.4°以下であれば剥れ頻度が少ない
ことがわかり、第1図(A)に示す結果と合せ、LTVが
2μm/1.5cm2以下で、かつ、最大スロープ角が0.4°以
下であるウェハを貼合せれば剥れを生じない半導体基板
を作成することができる。On the other hand, as described above with reference to FIG. 4, since the peeling frequency is related to the slope angle of the depression, it is not sufficient to consider only the LTV as described in FIG. 1 (A). . That is, even if the LTV is 2 μm / 1.5 cm 2 or less, if the depression has a very small slope angle, it may cause peeling. An experiment was conducted on the relationship between the maximum slope angle of the dent at the peeled portion and the number of the dents (corresponding to the frequency of peeling) in those bonded together using a pulse voltage, and the results shown in FIG. 1 (B) were obtained. I got As is clear from FIG. 1 (B), when the slope angle is 0.4 ° or less, the peeling frequency is small, and together with the results shown in FIG. 1 (A), when the LTV is 2 μm / 1.5 cm 2 or less. If a wafer having a maximum slope angle of 0.4 ° or less is bonded, a semiconductor substrate that does not peel off can be produced.
従って、従来のようにLTVが0.5μm/1.5cm2以下で窪み
がないという過剰な規格を設けないでも、LTVが2μm/
1.5cm2以下であり、かつ、最大スロープ角が0.4°以下
という規格に入っていれば低コストで、歩留りの良好な
半導体基板を得ることができる。Therefore, even without providing excessive standard called LTV as in the prior art there is no depression at 0.5 [mu] m / 1.5 cm 2 or less, LTV is 2 [mu] m /
If the standard is 1.5 cm 2 or less and the maximum slope angle is 0.4 ° or less, a semiconductor substrate with low cost and good yield can be obtained.
又、ウェハを適当な状態に反らせると接着強度が増加
して未接着領域が減少することから、従来では故意にウ
ェハを反らせて接着していた(このようにすると、露光
処理および熱処理を確実に行なえない)。然るに、本発
明では確実に貼合せを行なうことができるので、従来の
ように余りウェハを反らせないでもよく、従って、露光
処理や熱処理においても問題を生じることはない。In addition, if the wafer is warped to an appropriate state, the bonding strength increases and the unbonded area decreases. Therefore, in the past, the wafer was deliberately warped and bonded. I can't do that). However, in the present invention, since the bonding can be performed reliably, the wafer may not be warped as much as in the prior art, and therefore, no problem occurs in the exposure processing and the heat treatment.
第2例として、一方のシリコンウェハを酸化して酸化
膜上にCVD法で多結晶シリコンを成長させ(この場合、
多結晶シリコンでなく、アモルファス・シリコンでもよ
い)、多結晶シリコン表面を本発明が定義する規格内に
入るように研摩する。一方、別に用意しておいたシリコ
ンウェハの片面を上記規格内に入るように研摩する。こ
れら2つのシリコンウェハの研摩面どうしを前記第1例
と同様の方法で貼合せ、素子を形成する面を研摩する。As a second example, one silicon wafer is oxidized to grow polycrystalline silicon on the oxide film by a CVD method (in this case,
Instead of polycrystalline silicon, amorphous silicon may be used), and the polycrystalline silicon surface is polished so as to be within the standard defined by the present invention. On the other hand, one side of a separately prepared silicon wafer is polished so as to be within the above standard. The polished surfaces of these two silicon wafers are bonded together in the same manner as in the first example, and the surfaces on which the elements are formed are polished.
第3例として、一方のシリコンウェハ上に蒸着又はCV
D法で高融点金属を成長させ、高融点金属表面を本発明
が定義する規格内に入るように研摩する。一方、別に用
意しておいたシリコンウェハの片面を上記規格内に入る
ように研摩する。高融点金属の研摩面上に別に用意して
おいたシリコンウェハを研摩面どうし接するように載
せ、この金属の融点温度以内でアニールし(このアニー
ルの際、ラピッド・アニール(短時間熱処理)を用いて
もよい)、素子を形成する面を研摩する。As a third example, vapor deposition or CV on one silicon wafer
The refractory metal is grown by the method D, and the refractory metal surface is polished so as to be within the standard defined by the present invention. On the other hand, one side of a separately prepared silicon wafer is polished so as to be within the above standard. A separately prepared silicon wafer is placed on the polished surface of the refractory metal so that the polished surfaces are in contact with each other, and annealed within the melting point temperature of this metal (in this annealing, rapid annealing (short-time heat treatment) is used. May be polished).
なお、第1例〜第3例とも、シリコンウェハの代りに
化合物半導体ウェハ、又は、酸化シリコンやアルミナ等
の絶縁体ウェハを用いてもよい。In each of the first to third examples, a compound semiconductor wafer or an insulator wafer such as silicon oxide or alumina may be used instead of the silicon wafer.
以上説明した如く、本発明によれば、超高平坦度ウェ
ハを用いないでも前述の規格のウェハを用いて貼合せを
行なえば、低コストで、しかも、歩留りよく基板を作成
できる。又、剥れを生じないので、ウェハプロセス中に
おいて汚染の問題がなく、チップ歩留りが改善できる。
更に、確実に貼合せることができるので、ウェハを余り
反らせないでもよく、このため、露光処理や熱処理を確
実に行ない得る。As described above, according to the present invention, a substrate can be manufactured at low cost and with high yield by bonding using a wafer of the above-mentioned standard without using an ultra-high flatness wafer. Also, since no peeling occurs, there is no problem of contamination during the wafer process, and the chip yield can be improved.
Further, since the bonding can be performed reliably, the wafer may not be warped so much that the exposure processing and the heat treatment can be performed reliably.
第1図は本発明による規格を説明する図、 第2図は一般のSOIの製造工程図、 第3図は未接着領域による剥れを説明する図、 第4図は窪み個数対剥がれ頻度の関係を示す図、 第5図は窪みのスロープ角を説明する図である。 図において、1,2はシリコンウェハ、3は酸化シリコン
膜、4は窪み、5は未接着領域 を示す。FIG. 1 is a view for explaining the standard according to the present invention, FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of a general SOI, FIG. 3 is a view for explaining peeling due to an unbonded area, and FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship, and FIG. 5 is a diagram illustrating the slope angle of the depression. In the figure, 1 and 2 indicate a silicon wafer, 3 indicates a silicon oxide film, 4 indicates a depression, and 5 indicates an unbonded area.
Claims (1)
基板を有する半導体装置において、 LTV(local thickness value)が2μm/1.5cm2以下で、
かつ、窪みの最大スロープ角が0.4°以下であるウェハ
を用いてなることを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device having a substrate formed by laminating two wafers using a bonding method, wherein the LTV (local thickness value) is 2 μm / 1.5 cm 2 or less,
A semiconductor device comprising a wafer having a maximum slope angle of a depression of 0.4 ° or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13102789A JP2740675B2 (en) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13102789A JP2740675B2 (en) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | Semiconductor device |
Publications (2)
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---|---|
JPH02309621A JPH02309621A (en) | 1990-12-25 |
JP2740675B2 true JP2740675B2 (en) | 1998-04-15 |
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ID=15048302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP13102789A Expired - Fee Related JP2740675B2 (en) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | Semiconductor device |
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1989
- 1989-05-24 JP JP13102789A patent/JP2740675B2/en not_active Expired - Fee Related
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