JP2850502B2 - Ｓｏｉ基板の製造方法 - Google Patents
Ｓｏｉ基板の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明は酸化膜形成によるウエハの接着を利用したSO
I基板の製造方法に関し、 半導体装置の製造工程で受ける熱処理によっても、貼
付した単結晶層が剥離することのない強力な接着処理方
を提供することを目的とし、 本発明の特徴とするSiウエハの接着工程は、 一方のSiウエハのみに酸化膜を形成し、他方のSiウエ
ハは自然酸化膜を極力除去した状態で２枚のウエハを突
き合わせ、両者を加熱して接着する処理を含んで構成さ
れる。
I基板の製造方法に関し、 半導体装置の製造工程で受ける熱処理によっても、貼
付した単結晶層が剥離することのない強力な接着処理方
を提供することを目的とし、 本発明の特徴とするSiウエハの接着工程は、 一方のSiウエハのみに酸化膜を形成し、他方のSiウエ
ハは自然酸化膜を極力除去した状態で２枚のウエハを突
き合わせ、両者を加熱して接着する処理を含んで構成さ
れる。
本発明は集積回路（IC）の形成に利用されるSOI型Si
基板の製造方法に関わり、特に酸化膜とSiの接着力を利
用した張り合わせ方式のSOI基板形成方法に関わる。
基板の製造方法に関わり、特に酸化膜とSiの接着力を利
用した張り合わせ方式のSOI基板形成方法に関わる。
ICの高集積化、素子の微細化に伴い、素子／基板間を
寄生容量が小で電気的絶縁の確実な構造で分離したいと
いう要求が強まっている。この要求に応えるべく開発さ
れたものに、支持基板上にSiO2等の絶縁膜を設け、その
上に単結晶Si層を設けたSOI型基板がある。
寄生容量が小で電気的絶縁の確実な構造で分離したいと
いう要求が強まっている。この要求に応えるべく開発さ
れたものに、支持基板上にSiO2等の絶縁膜を設け、その
上に単結晶Si層を設けたSOI型基板がある。
SOI型基板にICを形成すれば、素子間分離をより簡易
且つ確実なものとすることができるばかりでなく、放射
線障害を受けやすいICの耐性を高めることもできる。
且つ確実なものとすることができるばかりでなく、放射
線障害を受けやすいICの耐性を高めることもできる。
SOI基板の形成方法としては、絶縁基板上にSiなどの
単結晶をエピタキシャル成長させる方法やSi基板にO2+
イオンを注入して基板内部に酸化膜層を形成する方法、
ポリSi層を堆積してこれを単結晶化する方法などの他
に、２枚の単結晶Siウエハを接着し、一方のSiウエハを
研磨して素子形成に適した厚さとする方法がある。
単結晶をエピタキシャル成長させる方法やSi基板にO2+
イオンを注入して基板内部に酸化膜層を形成する方法、
ポリSi層を堆積してこれを単結晶化する方法などの他
に、２枚の単結晶Siウエハを接着し、一方のSiウエハを
研磨して素子形成に適した厚さとする方法がある。
Siウエハどうしを接着する最も簡単な処理は、２枚の
Siウエハの表面を接触させた状態で加熱することであ
る。両ウエハは、その接触面に生じた酸化膜（SiO2）を
仲介にして接着するので、酸化性雰囲気中で加熱するか
或いは表面に酸化膜が形成されたウエハを用いるのが通
常である。なお、Siどうしでも加熱により接着する可能
性はあるとされているが、確立された技術ではなく、此
処では取り上げない。
Siウエハの表面を接触させた状態で加熱することであ
る。両ウエハは、その接触面に生じた酸化膜（SiO2）を
仲介にして接着するので、酸化性雰囲気中で加熱するか
或いは表面に酸化膜が形成されたウエハを用いるのが通
常である。なお、Siどうしでも加熱により接着する可能
性はあるとされているが、確立された技術ではなく、此
処では取り上げない。
この種の処理工程の一例が第２図に示されている。以
下、該図を参照しながら、従来技術の工程を説明する。
下、該図を参照しながら、従来技術の工程を説明する。
最初の段階Ａでは、素子側ウエハ１の表面には10〜20
Å程度の自然酸化膜２が存在する。これを熱酸化するこ
とにより段階Ｂでは1000Å程度の酸化膜が形成されてい
る。
Å程度の自然酸化膜２が存在する。これを熱酸化するこ
とにより段階Ｂでは1000Å程度の酸化膜が形成されてい
る。
一方、支持側のウエハは酸化膜を形成せずに使用する
ので、段階Ｂの自然酸化膜存在状態から処理が開始され
る。
ので、段階Ｂの自然酸化膜存在状態から処理が開始され
る。
これ等２種のウエハを重ね、両者を接触させたまま11
00℃で２時間保持すると、両ウエハ間の酸化膜が一体化
して、両方のウエハが強固に接着される。この状態が段
階Ｃであり、３′がこの接着酸化膜である。この加熱処
理では、雰囲気中に酸素が存在しなくても酸化膜とSiの
接着は進行し、加熱雰囲気中の酸素は不可欠ではない。
00℃で２時間保持すると、両ウエハ間の酸化膜が一体化
して、両方のウエハが強固に接着される。この状態が段
階Ｃであり、３′がこの接着酸化膜である。この加熱処
理では、雰囲気中に酸素が存在しなくても酸化膜とSiの
接着は進行し、加熱雰囲気中の酸素は不可欠ではない。
この後、素子側のSiウエハの厚さを減じ、段階Ｄとし
て示されるようなSOI基板とする。この厚さを減ずる作
業は研削と研磨を包含するが、本明細書では以後これを
単に研磨と表現する。
て示されるようなSOI基板とする。この厚さを減ずる作
業は研削と研磨を包含するが、本明細書では以後これを
単に研磨と表現する。
上記処理によって形成された張り合わせ型SOI基板
は、ICの形成工程で、繰り返し加熱される。その際の熱
歪みによって、接着力が弱い場合には、素子形成層が支
持基板から剥離することが起こる。
は、ICの形成工程で、繰り返し加熱される。その際の熱
歪みによって、接着力が弱い場合には、素子形成層が支
持基板から剥離することが起こる。
従来は接着力の強弱の分布は処理条件のばらつきに起
因すると考えられており、これを改善するための特別の
処置は取られていない。しかし、接着力に強弱の生ずる
原因が解明されるか、或いは現実に特定の処理によって
接着力が改善されるといった知見が得られれば、ICの製
造工程で剥離が起こることのないSOI基板を形成し得る
ことになる。
因すると考えられており、これを改善するための特別の
処置は取られていない。しかし、接着力に強弱の生ずる
原因が解明されるか、或いは現実に特定の処理によって
接着力が改善されるといった知見が得られれば、ICの製
造工程で剥離が起こることのないSOI基板を形成し得る
ことになる。
本発明の目的は、接着力にばらつきが無く強固な接着
性を示すSOI基板の張り合わせ処理法を提供することで
あり、それによってIC製造の歩留りを改善し、ICの特性
を向上させることである。
性を示すSOI基板の張り合わせ処理法を提供することで
あり、それによってIC製造の歩留りを改善し、ICの特性
を向上させることである。
上記目的を達成するため、本発明を特徴付けるSOI基
板の張り合わせ処理には、 第１のシリコン（Si）ウエハの表面を酸化して２酸化
Si膜を形成する工程、 第２のSiウエハを無酸素雰囲気中で表面の酸化膜を除
去する工程、及び 酸化膜を除去した第２のSiウエハの一表面と酸化膜が
形成された第１のSiウエハの一表面とを接触させて加熱
し、該両ウエハを接着せしめる工程が包含される。
板の張り合わせ処理には、 第１のシリコン（Si）ウエハの表面を酸化して２酸化
Si膜を形成する工程、 第２のSiウエハを無酸素雰囲気中で表面の酸化膜を除
去する工程、及び 酸化膜を除去した第２のSiウエハの一表面と酸化膜が
形成された第１のSiウエハの一表面とを接触させて加熱
し、該両ウエハを接着せしめる工程が包含される。
上記第２のSiウエハの酸化膜除去処理は、典型的に
は、無酸素雰囲気中で希弗酸により表面の酸化膜を除去
した後、酸素を除去した純水によって洗浄する処理を包
含する。更に、該処理によって酸化膜を除去されたSiウ
エハは自然酸化膜が５Å以下の状態で、酸化膜形成済ウ
エハと重ねられ、熱処理を受けて張り合わされる。
は、無酸素雰囲気中で希弗酸により表面の酸化膜を除去
した後、酸素を除去した純水によって洗浄する処理を包
含する。更に、該処理によって酸化膜を除去されたSiウ
エハは自然酸化膜が５Å以下の状態で、酸化膜形成済ウ
エハと重ねられ、熱処理を受けて張り合わされる。
本発明者等は、通常の処理条件でSiウエハを張り合わ
せた時に、ウエハを両方とも酸化した場合と、一方のみ
酸化した場合とでは接着力にどのような差異が生ずるか
を調べるため、両種の処理によって接着したウエハの引
っ張り強度を測定した。
せた時に、ウエハを両方とも酸化した場合と、一方のみ
酸化した場合とでは接着力にどのような差異が生ずるか
を調べるため、両種の処理によって接着したウエハの引
っ張り強度を測定した。
第３図にその結果が示されており、熱処理温度を高く
するほど接着強度は増大しているが、SiO2どうしの組み
合わせでは強度増加が緩慢なのに比べ、SiO2とSiの組み
合わせの方が強度増加が著しく、特に1000℃以上では明
確な差異が現れている。
するほど接着強度は増大しているが、SiO2どうしの組み
合わせでは強度増加が緩慢なのに比べ、SiO2とSiの組み
合わせの方が強度増加が著しく、特に1000℃以上では明
確な差異が現れている。
即ち、SiO2/SiO2の組み合わせでは、引っ張り強度が
略1200Kg/cm2であったのに対し、SiO2/Siの組み合わせ
では2000Kg/cm2或いはそれ以上の値にも達する。
略1200Kg/cm2であったのに対し、SiO2/Siの組み合わせ
では2000Kg/cm2或いはそれ以上の値にも達する。
このような差異をもたらす原因或いは接着の機構は未
解明であるが、接着のためのSi原子やＯ原子の再配列の
行われる位置が基板のSi領域から離れていることが接着
力の低下をもたらしているとの推定も可能である。
解明であるが、接着のためのSi原子やＯ原子の再配列の
行われる位置が基板のSi領域から離れていることが接着
力の低下をもたらしているとの推定も可能である。
本発明者等は、特に酸化膜を形成しない場合にもSi基
板表面には通常15Å程度の自然酸化膜が存在することに
着目し、これを除去することによってSiの極近傍でSi原
子やＯ原子の再配列を行わせれば、より強固な接着力が
得られると考え、自然酸化膜を除去したSiウエハを用い
て接着試験を行った。
板表面には通常15Å程度の自然酸化膜が存在することに
着目し、これを除去することによってSiの極近傍でSi原
子やＯ原子の再配列を行わせれば、より強固な接着力が
得られると考え、自然酸化膜を除去したSiウエハを用い
て接着試験を行った。
その結果は第１表に示されており、Si表面の酸化膜が
通常の如く15Åの場合には、1000Åの厚さのSiO2膜を持
つウエハと張り合わせた時の接着強度が2000Kg/cm2であ
るのに対し、これを５Å以下に減じた場合には接着強度
が更に向上し、2500Kg/cm2以上の値が得られている。な
お自然酸化膜を除去する処理については、後出の実施例
の項で詳しく説明する。
通常の如く15Åの場合には、1000Åの厚さのSiO2膜を持
つウエハと張り合わせた時の接着強度が2000Kg/cm2であ
るのに対し、これを５Å以下に減じた場合には接着強度
が更に向上し、2500Kg/cm2以上の値が得られている。な
お自然酸化膜を除去する処理については、後出の実施例
の項で詳しく説明する。
この知見は、接着力を生ずるSi原子やＯ原子の再配列
はSi領域の近くで行われるほど効果的であるとする上記
の仮説を支持するものであり、本発明の構成によって前
記課題が達成されることを示すものである。
はSi領域の近くで行われるほど効果的であるとする上記
の仮説を支持するものであり、本発明の構成によって前
記課題が達成されることを示すものである。
第１図は本発明の実施例に於ける処理手順を模式的に
示す図であり、以下、該図面を参照しながら実施例の処
理工程を説明する。
示す図であり、以下、該図面を参照しながら実施例の処
理工程を説明する。
最初の段階Ａでは、素子側ウエハ１の表面には10〜20
Å程度の自然酸化膜２が存在する。これを熱酸化するこ
とにより段階Ｂでは1000Å程度の酸化膜が形成されてい
る。この処理は第２図の従来技術と同じである。
Å程度の自然酸化膜２が存在する。これを熱酸化するこ
とにより段階Ｂでは1000Å程度の酸化膜が形成されてい
る。この処理は第２図の従来技術と同じである。
一方、支持側のウエハの処理も自然酸化膜を持つ段階
Ａから開始され、自然酸化膜が除去される。即ち、該Si
ウエハは窒素ガスのような非酸化性雰囲気中で希弗酸処
理して自然酸化膜を除去し、酸素の溶解を避けて調製さ
れた純水で洗浄する。これを乾燥窒素雰囲気中で充分に
乾燥させる。この処理によって支持側ウエハは段階Ｂに
示されるように、自然酸化膜が除去された状態となる。
Ａから開始され、自然酸化膜が除去される。即ち、該Si
ウエハは窒素ガスのような非酸化性雰囲気中で希弗酸処
理して自然酸化膜を除去し、酸素の溶解を避けて調製さ
れた純水で洗浄する。これを乾燥窒素雰囲気中で充分に
乾燥させる。この処理によって支持側ウエハは段階Ｂに
示されるように、自然酸化膜が除去された状態となる。
この処理はSiウエハの自然酸化膜を除去した後、酸化
膜が殆ど無い状態を維持するものであるが、以下の事項
が当業者に知られている。
膜が殆ど無い状態を維持するものであるが、以下の事項
が当業者に知られている。
弗酸処理を施すとその後自然酸化膜が生じ難い、 溶存酸素の少ない（例えば20ppb）純水で洗浄すると
酸化され難い、 水及び酸素の少ない雰囲気では酸化膜は生じ難い。
酸化され難い、 水及び酸素の少ない雰囲気では酸化膜は生じ難い。
これ等については、例えば高萩隆行「水素ターミネイ
ト表面」電子情報通信学会シリコン材料・デバイス研究
会,89−40或いは大見忠弘，宮脇守「自然酸化成長を抑
制，室温のコンタクト形成を実現」日経マイクロデバイ
ス,p.112,（March.1980）を参照されたい。
ト表面」電子情報通信学会シリコン材料・デバイス研究
会,89−40或いは大見忠弘，宮脇守「自然酸化成長を抑
制，室温のコンタクト形成を実現」日経マイクロデバイ
ス,p.112,（March.1980）を参照されたい。
次にこれ等２種のウエハの主表面どうしを軽く押圧し
た状態に保持し、窒素雰囲気中、1100℃、２時間熱処理
して接着させる。この状態が段階Ｃであり、３′がこの
接着酸化膜である。この加熱処理は従来技術と同条件で
実施すればよいが、酸化性雰囲気中で行う場合も、処理
温度に到達するまでは雰囲気に酸素を含まないことが望
ましい。
た状態に保持し、窒素雰囲気中、1100℃、２時間熱処理
して接着させる。この状態が段階Ｃであり、３′がこの
接着酸化膜である。この加熱処理は従来技術と同条件で
実施すればよいが、酸化性雰囲気中で行う場合も、処理
温度に到達するまでは雰囲気に酸素を含まないことが望
ましい。
この後、素子側のSiウエハを研磨し、段階Ｄとして示
されるようなSOI基板とする。
されるようなSOI基板とする。
この実施例では希弗酸によって酸化膜を除去している
が、緩衝剤を加えた弗酸系溶液或いはその他の処理液を
用いてもよい。また、純水中の溶存酸素量を20ppb程度
とすることは現在の技術で可能であり、これを低酸素に
維持することは、配管系内で空気に触れることを極力抑
制し、給水経路も短縮することで可能となる。
が、緩衝剤を加えた弗酸系溶液或いはその他の処理液を
用いてもよい。また、純水中の溶存酸素量を20ppb程度
とすることは現在の技術で可能であり、これを低酸素に
維持することは、配管系内で空気に触れることを極力抑
制し、給水経路も短縮することで可能となる。
以上説明したように、本発明によって接着性の良好SO
I基板が得られ、IC等の製造工程の進行に伴って素子形
成層が剥離する問題が解決される。その結果、ICの製造
歩留りが向上することになる。
I基板が得られ、IC等の製造工程の進行に伴って素子形
成層が剥離する問題が解決される。その結果、ICの製造
歩留りが向上することになる。
第１図は実施例に於ける処理手順を模式的に示す図、 第２図は従来技術に於ける処理手順を模式的に示す図、 第３図は処理条件による接着強度の分布を示す図であっ
て、 図に於いて １はSi基板、 １′は素子形成層、 ２は自然酸化膜、 ３は熱酸化膜、 ３′は接着酸化膜 である。
て、 図に於いて １はSi基板、 １′は素子形成層、 ２は自然酸化膜、 ３は熱酸化膜、 ３′は接着酸化膜 である。
Claims (4)
- 【請求項１】第１のシリコン（Si）ウエハの表面を酸化
して２酸化Si膜を形成する工程、 第２のSiウエハを無酸素雰囲気中で表面の酸化膜を除去
する工程、及び 酸化膜を除去した第２のSiウエハの一表面と酸化膜が形
成された第１のSiウエハの一表面とを接触させて加熱
し、該両ウエハを接着せしめる工程を包含することを特
徴とするSOI基板の製造方法。 - 【請求項２】請求項１のSOI基板の製造方法であって、 無酸素雰囲気中で行われる第２のSiウエハの酸化膜除去
工程が、 希弗酸により表面の酸化膜を除去した後、酸素を除去し
た純水によって洗浄される処理を包含するものであるこ
とを特徴とするSOI基板の製造方法。 - 【請求項３】請求項１若しくは請求項２のSOI基板の製
造方法であって、 無酸素雰囲気中で行われる第２のSiウエハの酸化膜除去
処理に於いて、第２のSiウエハの表面の自然酸化膜を５
Å以下とすることを特徴とするSOI基板の製造方法。 - 【請求項４】請求項１乃至請求項３のSOI基板の製造方
法によって形成され、該両ウエハの接着強度が2500Kg/c
m2以上であることを特徴とするSOI基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19372390A JP2850502B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19372390A JP2850502B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0479209A JPH0479209A (ja) | 1992-03-12 |
| JP2850502B2 true JP2850502B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=16312728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19372390A Expired - Fee Related JP2850502B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2850502B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2069038C (en) * | 1991-05-22 | 1997-08-12 | Kiyofumi Sakaguchi | Method for preparing semiconductor member |
| DE69233314T2 (de) * | 1991-10-11 | 2005-03-24 | Canon K.K. | Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Produkten |
| JPH09331049A (ja) * | 1996-04-08 | 1997-12-22 | Canon Inc | 貼り合わせｓｏｉ基板の作製方法及びｓｏｉ基板 |
| JPH11251207A (ja) * | 1998-03-03 | 1999-09-17 | Canon Inc | Ｓｏｉ基板及びその製造方法並びにその製造設備 |
| JP3911901B2 (ja) | 1999-04-09 | 2007-05-09 | 信越半導体株式会社 | Ｓｏｉウエーハおよびｓｏｉウエーハの製造方法 |
-
1990
- 1990-07-20 JP JP19372390A patent/JP2850502B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0479209A (ja) | 1992-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |