JP5351191B2 - 熱−機械的効果を使用したトリミングにより多層構造を製造するための方法 - Google Patents

熱−機械的効果を使用したトリミングにより多層構造を製造するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、少なくとも1つの層を支持材上に転写(transfer)することによって製造される多層半導体構造または多層半導体基板(多層半導体ウエハとも呼ばれる)を製造する分野に関する。
多層構造の製造は、一般に、例えばシリコンまたはサファイアからなる第2のウエハまたは支持材上への第1のウエハ、例えばシリコンウエハまたはSOI(シリコン・オン・インシュレータ)ウエハのダイレクトウエハボンディングまたは溶融ボンディングや、結合を強化させるアニールや、第2のウエハ上に転写される層を形成するための第1のウエハのシンニングを含む。
本発明は、より具体的には、結合を強化させるアニールの温度の制限に起因する比較的弱いボンディング界面を有する多層構造に関する。ダイレクトウエハボンディングの後で、その構造を、通常、2つのウエハ間の結合を強化させるために、言い換えると、両者の間の結合の表面エネルギーを大きくするためにアニールする。結合を強化させるアニールの温度が高いほど、得られる結合エネルギーまたは接着エネルギーが大きくなる。
しかしながら、結合アニーリング温度を比較的低い値に制限しなければならない多層構造のいくつかの場合がある。
第1の場合は、「ヘテロジーニアス」多層構造と呼ばれるものの製造に関し、組み合わせて作るべき2つのウエハが、例えば、室温(20℃)において少なくとも10%または20%だけ異なる違った熱膨張係数を有する点でヘテロジーニアスである。かかるヘテロ構造は、とりわけマイクロエレクトロニクスにおいてまたはオプトエレクトロニクスにおいて使用される、特にSOS(シリコン・オン・サファイア(Al))構造である。例えば200℃以上からの温度の上昇中に、他方と比較して2つのウエハのうちの一方の挙動の違いが、もし存在するならば、ウエハもしくは層の層間剥離もしくは分離、ならびに/またはもし存在するならば、基板もしくは層のうちの一方の塑性変形および/もしくはクラックおよび/もしくは破壊をもたらすことがあるヘテロ構造中の応力および/または歪みを生じさせる。これが、かかる構造に関して、結合を強化させるアニールの温度を制限する理由である。
第2の場合は、最終的な支持材上に転写されるべきマイクロコンポーネントの1つまたは複数の層を必要とする3D−集積技術における場合のように、また、例えば、バックライト付きの撮像装置の製造におけるような回路転写の場合のように、第1のウエハが、コンポーネントまたは複数のマイクロコンポーネントのすべてまたは一部をさらに含む多層構造に関する。この場合には、結合を強化させるアニールの温度を、マイクロコンポーネントを損傷しないように制限しなければならない。
特に転写した層を形成するために使用するウエハの端部および支持材の端部は、一般に面取りされるまたは丸めた端部を有し、その役割は、取扱いを容易にすること、およびこれらの端部が鋭い場合に生じることがあり得る端部が剥離することを防止することであり、かかる剥片は、ウエハの表面の粒子汚染の原因になる。面取りは、丸めた形および/またはベベルした形を有することができる。
しかしながら、これらの面取りの存在は、ウエハの周辺部におけるウエハ間の良い接触を妨げ、上に説明したように、ボンディング界面が結合を強化させるアニールの温度の制限のために弱いときには、この接着の弱さがさらに強調されることさえある。その結果、第1のウエハまたは転写した層が弱くボンディングされるまたはまったくボンディングされない周辺領域がある。第1のウエハまたは転写した層のこの周辺領域は、制御されないかたちで破損し、望ましくない破片または粒子で構造を汚染する傾向があるため、除去しなければならない。
したがって、一旦ウエハを支持材上にボンディングし、前記ウエハをシンニングした後で、面取りが延在する周辺領域を除去するために、転写した層をトリミングする。このトリミングを、通常は、支持している第2のウエハの所まで転写した層の露出した表面を機械的に加工することによって、特に研磨によって実行する。
しかしながら、深い機械的なトリミングは、転写した層と支持材との間のボンディング界面において、および転写した層それ自体の中の両方の剥がれ問題を引き起こす。より詳しくは、ボンディング界面において、剥がれ問題は、層の周辺部近くのある領域内での転写した層の層間剥離に対応し、これを「マクロ剥がれ」と名付けることがある。結合エネルギーは、面取りの存在のために層の周辺部の近くではより弱くなる。その結果、このトリミングは、この場所において、支持している基板とのそれ自体のボンディング界面のところの層の部分的なデボンディング(debonding)をもたらすことがある。
その結果、上記の欠点なしに多層構造中の第1のウエハまたは転写した層をトリミングすることを可能にする方法を見つけるという問題が生じる。
本発明の目的は、下記を含む多層構造を製造するための方法を提供することによって上記の欠点を軽減することであり、この方法は、
−第1のウエハを第2のウエハ上にボンディングするステップであって、少なくとも前記第1のウエハは面取りした端部を有し、ボンディング界面は1J/m以下の結合表面エネルギー、または結合エネルギーを有する、ボンディングするステップと、
−転写した層を形成するために第1のウエハをシンニングするステップと
を含み、
この方法では、第1のウエハのシンニングの前に、第1のウエハの端部をトリミングするステップを、グラインディングホイールを使用して実行し、グラインディングホイールの作業面は18ミクロン以下または800メッシュ以上の平均径を有する砥粒を含み、前記トリミングするステップを、毎秒5ミクロン以上の下降速度でグラインディングホイールを下げることによって実行し、第1のウエハ中へのグラインディングホイールの下降を、30μm以下のボンディング界面からの高さのところでさらに停止する。
第1のウエハをシンニングする前に第1のウエハをトリミングすることによって、および上記に定めた動作条件の下で、トリミングすべき第1のウエハの部分の全高さよりも小さな深さまでに第1のウエハ中へのグラインディングホイールの侵入深さを制限し(グラインディングホイールの下降をボンディング界面上方の第1のウエハ中で停止させ)つつ、第1のウエハの完全なトリムを得ることが可能である。上記の剥がれ問題を、そのようにして回避する。
本発明の一態様によれば、トリミングするステップを、面取りした端部が延在する幅に少なくとも等しい幅にわたり実行する。
本発明の特定の一実施形態によれば、方法は、ボンディングするステップの前に、第1のウエハの一面上にコンポーネントの層を製造する少なくとも1つのステップを含み、第1のウエハのその面は第2のウエハ上にボンディングされるコンポーネントの層を含む。コンポーネントの第1の層を含む面と反対の第1のウエハの面上にマイクロコンポーネントの第2の層を製造するステップを、さらに実行することができる。
本発明のトリミング方法の使用は、ウエハ間のボンディング界面およびコンポーネントの層内の両方における層間剥離のリスクを最小にしつつ、2つ以上のウエハを積層することによって製造される3次元構造を可能にする。コンポーネントの層のうちの1つは、とりわけイメージセンサを含むことができる。
本発明の他の特徴および利点は、添付した図面を参照して、非限定的な例として与えられる、本発明の特定の実施形態の下記の説明から明確になるであろう。
本発明の実施形態に従った多層構造を製造するための方法の概略図である。 本発明の実施形態に従った多層構造を製造するための方法の概略図である。 本発明の実施形態に従った多層構造を製造するための方法の概略図である。 本発明の実施形態に従った多層構造を製造するための方法の概略図である。 本発明の実施形態に従った多層構造を製造するための方法の概略図である。 図1Aから図1Eに図示した方法中に実施されるステップのフローチャートである。 本発明のトリミング方法を実施する3次元構造の製造を示す概略図である。 本発明のトリミング方法を実施する3次元構造の製造を示す概略図である。 本発明のトリミング方法を実施する3次元構造の製造を示す概略図である。 本発明のトリミング方法を実施する3次元構造の製造を示す概略図である。 本発明のトリミング方法を実施する3次元構造の製造を示す概略図である。 本発明のトリミング方法を実施する3次元構造の製造を示す概略図である。 本発明のトリミング方法を実施する3次元構造の製造を示す概略図である。 図3Aから図3Gに図示した3次元構造の製造中に実施されるステップのフローチャートである。
本発明は、一般に、ボンディングによって互いに接合させた少なくとも2つのウエハを含む多層構造のトリミングに適用可能であり、それに関して、結合の表面エネルギーを1J/m以下に制限し、2つのウエハのうちの少なくとも1つがその周辺部上に面取りまたは丸めた端部を有する。かかる多層構造は、とりわけ、異なる熱膨張係数を有するまたはマイクロコンポーネントを含む少なくとも2つのウエハから製造される構造に対応し、それに対して、結合を安定化させ結合エネルギーを増加させることを可能にする結合を強化させるアニールの温度を制限しなければならない。結合エネルギーが1J/m未満に保たれることを条件に、陽極ボンディング、メタリックボンディング、または接着ボンディングなどの別のタイプのボンディングによって、ウエハを互いに接合する多層構造に、本発明を同じく適用することができる。
ウエハは、一般に円形であり、様々な直径、とりわけ100mm、150mm、200mm、または300mmの直径を有することができる。
コンポーネントがウエハのうちの1つにすでに形成済みであってもよく、次いでそのウエハが、支持材として機能する別のウエハ上にボンディングされる。用語「コンポーネント」を、ウエハの材料とは異なる材料で製造され、ボンディング界面を強化させるために慣習的に使用する高い温度に敏感である任意の素子を意味するようにここでは解釈する。これらのコンポーネントは、とりわけ、回路またはコンタクト、さらには能動層などの、ある電子コンポーネントまたは複数の電子マイクロコンポーネントのすべてまたは一部を形成する素子に対応する。
本発明は、より具体的に、しかし排他的ではなく、第1のサファイアウエハまたは第1の基板およびSOI構造などのシリコンを含む第2のウエハまたは第2の基板を組み立てることによって形成されるSOSヘテロ構造に適用可能である。サファイア基板上にシリコン層を含むヘテロ構造は、特別な利点を有する。SOS構造は、高周波数、低消費電力デバイスを製造することを可能にする。サファイア基板の使用は、例えば、石英基板を使用して得られるものよりも優れた、非常に良い熱放散をさらに可能にする。
本発明は、第1のウエハをそのウエハの全厚さよりも小さい深さまでトリミングするが、トリミングすべき第1のウエハの残っている部分が、言い換えると、グラインディングホイールがそこまで侵入しなかったボンディング界面の上方に位置する第1のウエハの部分が、リフトオフされるように熱−機械的効果を生み出す特定の条件下で、トリミングを実行することを提案する。工作機械が第1のウエハと第2のウエハとの間のボンディング界面に到達する前に工作機械の下降をこのように停止させることによって、上に説明した剥がれ問題およびデボンディング問題を回避する。
より詳しくは、本発明では、グラインディングホイールの作業面または作用部が18ミクロン以下、または800メッシュ以上の平均径を有する砥粒を含むグラインディングホイールを用いて、トリミングを実行する。砥粒を、とりわけダイアモンド粒子とすることができる。
さらに、前進速度とも呼ばれる、グラインディングホイールの下降速度は、5μm/s以上である。
これら2つのパラメータの調整は、特にトリミングの終わりにおいて、第1のウエハについてのトリミングの熱的効果および機械的効果を最大にし、リング、すなわちホイールの下方に残っている第1のウエハの部分を、とりわけその中にクラックを作ることによって弱くし、その結果、そのリフトオフを容易にする。これらの効果は、本発明では、第1のウエハをシンニングする前にトリミングを実行する点で、したがって材料のかなりの量をトリミング中に除去し、トリミングの終わりにおいて実質的な熱−機械的効果を得ることを可能にするという点でなおさら本質的である。
グラインディングホイールを、第1のウエハのトリミング中に少なくともボンディング界面まで下げるという従来技術とは対照的に、本発明では、グラインディングホイールを、ボンディング界面の上方の所定の高さのところで停止する。より詳しくは、「目標とする深さ」とも呼ばれる、第1のウエハ中へのグラインディングホイールの侵入深さを、ボンディング界面から30μm未満の距離のところで、好ましくは20μm未満の距離のところで第1のウエハ中へのグラインディングホイールの下降を停止するように調整する。一般に、グラインディングホイールの下降を、ボンディング界面から30μmと10μmとの間の高さのところで停止する。
上に説明したようなトリミング中の熱−機械的効果の最大化、および2つの層間のボンディング界面の弱さは、第1のウエハがその全厚さにわたりグラインディングホイールによってグラインディングされないとはいえ、トリミングされるべき残っている部分のリフトオフによって第1のウエハの完全なトリミングが得られることを可能にする。
トリミング方法の1つの実行の形態を、図1Aから図1Eおよび図2に関連してここで説明する。
図1Aから図1Eおよび図2を参照して説明するものは、第1のウエハまたは初期基板110(上部)および第2のウエハまたは支持基板120(下部)からSOSヘテロ構造を製造するための方法である。第1のウエハ110は、その周辺部に、上部面取り117aおよび下部面取り117bを含む。同様に、第2のウエハ120は、その周辺部に上部面取り127aおよび下部面取り127bを含む。第1のウエハ110は、約600μmと900μmとの間の厚さを有する。
図1Aに示したように、第1のウエハ110は、やはりシリコンからなる支持材113上のシリコン層111、および層111と支持材113との間に置かれ、例えばSiOからなる埋め込み酸化膜層112を含むSOI構造から構成される。第1のウエハ110の外側表面は、さらに、引き続く化学エッチングステップ中にウエハの表面を保護するために、例えば、ウエハの表面の酸化によって形成される、10nmと50nmとの間の厚さを有する熱酸化膜層114により前もって覆われている。第1のウエハ110を、やはり、コンポーネントを含んでも含まなくともよいモノリシックシリコンウエハから構成することができる。
第2のウエハ120は、サファイアウエハから構成される(図1A)。
第1のウエハ110の面111a(ここでは酸化膜層114により覆われている)および第2のウエハ120の表面120aを、じかに接触させて置き、接触している表面間にボンディングウェーブ(bonding wave)の伝播を始めさせるために、2つのウエハのうちの1つに圧力を加える(ステップS1、図1B)。
それ自体が周知であるように、ダイレクトウエハボンディング、または単にダイレクトボンディング、の原理は、2つの表面間の直接接触に基づく−言い換えると、特別な材料(接着剤、ワックス、ろう付け剤、等)を使用しない。かかる操作を実行するために、十分に平滑であり、微粒子がなく、汚染がないことがボンディング表面にとって必要であり、接触が始まるように互いに十分に近づけて−典型的には、数ナノメートルよりも小さな距離が要求される−置くことがボンディング表面にとって必要である。この場合には、2つの表面間の引力は、ダイレクトボンディングを生じさせるために十分に強い、すなわち、ボンディングがボンディングすべき2つの表面の原子間または分子間のファンデルワールス力によって誘起される。
そのように実行したボンディングは、結合を強化させるアニールを実行するまで安定ではない。2つのウエハの組み立て品にアニールを行うことは可能であるが、2つのウエハ間の熱膨張係数の違いのために、このアニールの温度を必然的に制限しなければならない。ここで説明する例では、アニールは、約10時間よりも短い時間に対して180℃を超えることができない。かかるアニールだけが、結合の表面エネルギーが700mJ/mを超えない程度の結合の安定化を可能にする。
本発明によれば、第1のウエハ110のシンニングの前に、第1のウエハをトリミングする(ステップS2、図1C)。
図1Cに図示したように、第1のウエハ110の端部から幅Id110をトリミングし、この幅は、第1のウエハの下部面取り117bが延在する幅に少なくとも対応する。100mmや、200mmや、300mmの直径を有するウエハに関して、トリミングする幅Id110は、一般に2mmと10mmとの間であり、好ましくは、2mmと6mmとの間である。
トリミングを、第1のウエハ110の上面から機械的な作用または機械加工(エッジグラインディング)によって実行する。グラインディングホイール(摩耗)または層の材料を機械的にすり減らすことが可能な任意の別の工作機械によって、機械的な作用を与えることができる。
ここで説明する例では、作業面または作用部151を有するグラインディングホイール150によって、トリミングを実行する、言い換えると、ウエハの平面に平行な第1の部分151aおよびグラインディングホイール150の側面に対応する第2の部分151bにより形成される砥粒を含む表面は、ウエハの材料をすり減らすことが可能である。本発明によれば、グラインディングホイール150の作業面151は、18μm以下(または、800メッシュ以上)の平均径を有する、ダイアモンド粒子などの砥粒を含む。
トリミング中には、ボンディング界面(ここでは、熱酸化膜層114と第2のウエハ120のボンディング面120aとの間の接触平面)に対応する基準平面に関連して定められる高さh110に対して定められるグラインディングホイール150の(目標とする)下降深さPd110まで、第1のウエハ110をトリミングする。グラインディングホイールが第1のウエハの厚さの一部にだけ侵入するように、深さPd110を選択する。ここで説明する例では、グラインディングホイール150の下方に残っている環状部分またはリング1110が熱−機械的効果の下でその高さからリフトオフする高さである、30μmと10μmとの間のボンディング界面からの高さh110のところでグラインディングホイール150の下降を停止するように、トリミング深さPd110を選択する。第1のウエハ110の完全なトリミングが、そのようにして得られる。
ヘテロ構造の製造は、前記トリミングした第1の層の部分に対応する転写した層を形成するために、第1のウエハ110のシンニングにより続けられる。シンニングを、最初に第1のウエハ110の支持材113の大部分をグラインディングすることによって実行する(ステップS3、図1D)。グラインディングを、第1のウエハ110の露出した面に押し付けてグラインディングホイールの作業面を保持することによって実行する(図1Dには図示せず)。グラインディング中には、例えば、吸引によってまたは静電システムによって第2のウエハ120を保持することが可能なプラテンを含む、チャックとも呼ばれるホルダ(図1Dには図示せず)によって、2つのウエハの組み立て品を第2のウエハ120の裏側に保持する。グラインディング中には、グラインディングホイールを回転させるが、チャックを静止させることができる。あるいは、チャックを軸の周りにやはり回転させることができ、グラインディングホイールを回転させても回転させなくてもよい。
グラインディングを、サファイア支持基板の表面120aから約65μmで停止する。
シンニングのこの段階において、言い換えると、化学シンニングステップの前に、第1のウエハ110の支持材113の残っている部分113aは、加工硬化した表面(図1C)を有する。
第1のウエハ110のシンニングは、例えば、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)もしくはKOHエッチング溶液による残っている部分113aの、ウェットエッチングとも呼ばれる化学エッチング(ステップS4、図1E)によって、またはRIE(反応性イオンエッチング)などのドライエッチングによって続けられる。
残っている部分113aを除去することに加えて、化学エッチングは、環状部分のリフトオフの後で取り残されているはずの環状部分1110のすべての破片を除去する効果を有する。
エッチングの後で、第2のウエハ120によって形成されるサファイア支持材および第1のウエハ110の少なくともシリコン層111に対応する転写した層115を含むSOS多層構造130がこのようにして得られる−必要に応じて、酸化膜層112を保存するまたは、例えばHF還元によって除去することができる。
本発明の一実施形態による第2のウエハまたは支持(下部)基板300上への第1のウエハまたは初期基板200中に形成したマイクロコンポーネントの層の転写によって3次元構造を製造するための方法を、ここで図3Aから図3Gおよび図4に関連して説明する。
3次元構造の製造は、周辺端部が上部面取り206aおよび下部面取り206bを有する第1のウエハ200の表面上に第1の一連のマイクロコンポーネント204の形成で開始する(図3A、ステップS1)。ここで説明する例では、第1のウエハ200はSOI多層構造であり、言い換えると、やはりシリコンからなる基板203上に配置されたシリコン層201や、層201と基板203との間に存在する埋め込み酸化膜層202(例えば、SiOの層)を含む。第1のウエハ200は、約600μmと900μmとの間の厚さを有する。
マイクロコンポーネント204を、製造しようとするマイクロコンポーネントに対応するパターンを形成する領域を定めるためのマスクを使用するフォトリソグラフィによって形成する。
図3Aに示したように、第1のウエハ200の外側表面を、次に、引き続く化学エッチングステップ(ステップS2)中にウエハの表面を保護するために、例えば0.1μmと3μmとの間の厚さを有し、例えば、ウエハの表面の酸化によって形成した熱酸化膜層205で覆う。第1のウエハ200を、やはりモノリシックシリコンウエハから作ることができる。
第2のウエハまたは支持基板300は、シリコンウエハであり、その周辺端部は、上部面取り306aおよび下部面取り306bを有する。ウエハ300の外側表面を、例えば0.1μmと3μmとの間の厚さを有する熱酸化膜層305で覆う(図3B、ステップS3)。
マイクロコンポーネント204を含む第1のウエハ200の面を、次に、熱酸化膜層205および305を介して第2のウエハ300の面にじかに接触するように置き、接触している表面間でボンディングウェーブの伝播を開始するように、2つのウエハのうちの一方に圧力を加える(ステップS4、図3C)。
2つのウエハ間の接着を、コンポーネントおよび/または第1のウエハを損傷しないように、高過ぎない温度で実行する。より詳しくは、室温でウエハを接触させた後で、結合を強化させるアニールを、450℃よりも低い温度で実行することができ、その温度より高いと、アルミニウムまたは銅などのある種の金属が解け始める。かかるアニールだけが、ボンディングエネルギーが1J/mを超えない範囲での結合の安定化を可能にする。
本発明によれば、ボンディングの後で且つ第1のウエハ200のシンニングの前に、第1のウエハをトリミングする(ステップS5、図3D)。
ここで説明する例では、作業面または作用部401を有するグラインディングホイール400によって、トリミングを実行する、言い換えると、ウエハの平面に平行な第1の部分401aおよびグラインディングホイール400の側面に対応する第2の部分401bにより形成される砥粒を含む表面は、ウエハの材料をすり減らすことが可能である。図3Eに示したように、第1のウエハの平面に実質的に垂直であり、第1のウエハ中にトリミングされる側面200cを形成するために、部分401bは、ここでは部分401aに垂直である。本発明によれば、グラインディングホイール400の作業面401は、18μm以下(または、800メッシュ以上)の平均径を有する、ダイアモンド粒子などの砥粒を含む。
図3Dに図示したように、トリミングを、第1のウエハの下部面取り206bが延在する幅に少なくとも対応する第1のウエハ110の端部から最小幅Id200にわたって実行する。100mm直径や、200mm直径や、300mm直径のウエハに関して、トリミングの幅Id200は、一般に2mmと10mmとの間であり、好ましくは、2mmと6mmとの間である。
トリミング中には、第1のウエハ110を、ボンディング界面(ここでは、熱酸化膜層205および305間の接触平面)に対応する基準平面に関連して定められる高さh200に対して定められるグラインディングホイール400の(目標とする)下降深さPd200までトリミングする。深さPd200を、グラインディングホイールが第1のウエハの厚さの一部にだけ侵入するように選択する。ここで説明する例では、グラインディングホイール400の下方に残っている環状部分またはリング210が熱−機械的効果の下でその高さからリフトオフする高さである、30μmと10μmとの間のボンディング界面からの高さh200のところでグラインディングホイール40の下降を停止するように、トリミング深さPd200を選択する。第1のウエハ200の完全なトリミングが、このようにして得られる。
3次元構造の製造は、第1のウエハ200の第1のシンニングステップ、すなわち、マイクロコンポーネント204の層の上方に存在するこのウエハのある部分、ここでは基板203aの大部分のグラインディング(ステップS6、図3E)、を実行することによって続けられる。グラインディングを、上に説明したものと同じ条件下で実行する。
グラインディングを、第2のウエハ300の表面300aから約65μmで停止する。
シンニングのこの段階において、言い換えると、化学的な第2のシンニングステップの前に、第1のウエハ200の支持材203の残っている部分203aは、加工硬化した表面を有する(図3E)。
第1のウエハ200のシンニングは、例えば、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)もしくはKOHエッチング溶液によって残っている部分203aの化学エッチングにより(ステップS7、図3F)、またはRIEなどのドライエッチングによってさえも続けられる。
一旦、酸化膜層202を除去すると、マイクロコンポーネント214の第2の層を、層201の露出した表面上に形成する(図3G、ステップS8)。ここで説明する例では、マイクロコンポーネント204を形成するために使用したものと同様のフォトリソグラフィマスクを使用するので、マイクロコンポーネント214を、埋め込まれたマイクロコンポーネント204に位置を合わせて形成する。
第2のウエハ300ならびにマイクロコンポーネント204および214を含む第1のウエハ200の残っている部分に対応する転写した層215から形成される複合構造500を、その結果得る。
変形例として、3次元構造を、多層積層材によって形成する、言い換えると、各追加のウエハが直接隣り合う層または複数の層と位置を合わせられている1つまたは複数の追加のウエハまたは基板を層201の上にボンディングすることによって形成する。本明細書中で上に説明したような本発明によれば、2つのシンニングステップ間に実行する部分トリミングを、転写した層を形成するために各ウエハに対して実行する。さらに、追加のウエハの各転写の前に、組み立てを容易にさせ、引き続く化学エッチングからトリミングした領域(その領域では、下にあるウエハの材料が露出している)を保護するために、露出させた層上に、酸化膜層、例えば、TEOSの層を堆積することが可能である。
特定の一実施形態によれば、マイクロコンポーネントの層のうちの1つは、とりわけイメージセンサを含むことができる。
別の一実施形態によれば、転写した層を構成する第1のウエハとの第2のウエハの組み立ての前に、コンポーネントを、支持する第2のウエハ中に前もって形成している。

Claims (15)

  1. 多層構造(130)を製造するための方法であって、
    第1のウエハ(110)を第2のウエハ(120)上にボンディングするステップであって、少なくとも前記第1のウエハは面取りした端部(117a、117b)を有し、ボンディング界面は1J/m以下の接着エネルギーを有する、ボンディングするステップと、
    転写した層(115)を形成するために前記第1のウエハ(110)をシンニングするステップと
    を含み、前記第1のウエハ(110)の前記シンニングの前に、グラインディングホイール(150)を使用して実行する前記第1のウエハ(110)の前記端部をトリミングするステップを含み、前記グラインディングホイールの作業面(151)は800メッシュ以上または18μm以下の平均径を有する砥粒を含み、前記トリミングするステップは毎秒5μm以上の下降速度で前記グラインディングホイールを下げることによって実行され、前記第1のウエハ中への前記グラインディングホイールの前記下降は30μm以下の前記ボンディング界面からの高さ(h110)のところでさらに停止し、前記トリミングするステップにおける前記下降の前記停止により残った前記端部は、前記シンニングの前にリフトオフされることを特徴とする方法。
  2. 前記トリミングするステップは、前記面取りした端部(117a、117b)が延在する幅に少なくとも等しい幅(Id110)にわたり実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記トリミングするステップは、2mmと8mmとの間の幅(Id110)にわたり実行されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記第1のウエハ(110)は、少なくとも600μmのシンニングの前の厚さを有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記シンニングするステップは、グラインディングするステップを含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第1のウエハ(110)は、シリコンウエハまたはSOI構造であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記シンニングするステップは、前記グラインディングするステップの後に実行する化学エッチングステップをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. 前記ボンディングするステップの前に、酸化膜層(114)が前記第1のウエハ(110)の露出した表面上に形成されることを特徴とする請求項6または7に記載の方法。
  9. 前記第1のウエハ(110)は、コンポーネントを含むことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記第2のウエハ(120)は、サファイアウエハであることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第2のウエハ(120)は、シリコンウエハであることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記ボンディングするステップの前に、酸化膜層が前記第2のウエハ(120)の露出した表面上に形成されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 前記ボンディングするステップの前に、前記第1のウエハ(200)の一面上にコンポーネント(204)の層を製造する少なくとも1つのステップを含み、前記第1のウエハ(200)の前記面は前記第2のウエハ(300)上にボンディングされるコンポーネント(204)の前記層を含むことを特徴とする請求項9から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. コンポーネント(204)の前記第1の層を含む前記面と反対の前記第1のウエハ(200)の面上にマイクロコンポーネント(214)の第2の層を製造するステップをさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. コンポーネント(214)の少なくとも前記第1の層は、イメージセンサを含むことを特徴とする請求項13または14に記載の方法。
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2957189B1 (fr) * 2010-03-02 2012-04-27 Soitec Silicon On Insulator Procede de realisation d'une structure multicouche avec detourage post meulage.
JP5926527B2 (ja) * 2011-10-17 2016-05-25 信越化学工業株式会社 透明soiウェーハの製造方法
US8975157B2 (en) 2012-02-08 2015-03-10 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Carrier bonding and detaching processes for a semiconductor wafer
US9064770B2 (en) * 2012-07-17 2015-06-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods for minimizing edge peeling in the manufacturing of BSI chips
CN103035581A (zh) * 2012-07-24 2013-04-10 上海华虹Nec电子有限公司 一种硅片的临时键合方法
KR102061695B1 (ko) 2012-10-17 2020-01-02 삼성전자주식회사 웨이퍼 가공 방법
EP2993686B1 (en) 2013-05-01 2021-05-26 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for producing hybrid substrate
CN104658880B (zh) * 2013-11-19 2017-08-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 晶圆处理方法
CN104733300B (zh) * 2013-12-23 2018-09-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种键合晶片的减薄方法
KR20150092675A (ko) * 2014-02-05 2015-08-13 삼성전자주식회사 반도체 소자의 제조 방법
CN105097432B (zh) * 2014-05-09 2019-03-12 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 晶圆处理方法
CN105565262B (zh) * 2014-10-17 2017-05-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体器件的形成方法
CN105271108B (zh) * 2015-09-10 2017-08-04 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种晶圆的键合方法
US10867836B2 (en) * 2016-05-02 2020-12-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wafer stack and fabrication method thereof
FR3052098B1 (fr) * 2016-06-03 2019-08-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de fabrication d’un dispositif de manipulation, dispositif de manipulation et procede de collage reversible utilisant un tel dispositif
CN106024591A (zh) * 2016-08-05 2016-10-12 武汉新芯集成电路制造有限公司 介质薄膜的形成方法
JP6737224B2 (ja) * 2017-04-17 2020-08-05 株式会社Sumco 多層膜soiウェーハの製造方法
WO2019124031A1 (ja) * 2017-12-19 2019-06-27 東京エレクトロン株式会社 基板処理システム、基板処理方法及びコンピュータ記憶媒体
US10504716B2 (en) * 2018-03-15 2019-12-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Method for manufacturing semiconductor device and manufacturing method of the same
CN111180324B (zh) * 2019-12-27 2023-04-28 中芯集成电路(宁波)有限公司 键合晶圆结构的减薄方法及晶圆级封装结构
CN111952239B (zh) * 2020-08-21 2024-05-24 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 具有空腔结构的半导体衬底及其制备方法
CN112289694A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 长江存储科技有限责任公司 晶圆键合方法
CN115579374B (zh) * 2022-12-12 2023-04-07 合肥新晶集成电路有限公司 背照式图像传感器的制备方法及背照式图像传感器
CN115799273B (zh) * 2022-12-21 2024-02-09 中环领先半导体科技股份有限公司 一种绝缘体上硅晶圆及制备方法、半导体装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2658135B2 (ja) * 1988-03-08 1997-09-30 ソニー株式会社 半導体基板
JPH02273923A (ja) * 1989-04-17 1990-11-08 Toshiba Corp 半導体基板の製造方法
JP2609198B2 (ja) * 1992-08-07 1997-05-14 信越半導体株式会社 半導体基板の製造方法
JP3352896B2 (ja) * 1997-01-17 2002-12-03 信越半導体株式会社 貼り合わせ基板の作製方法
JPH10209408A (ja) * 1997-01-27 1998-08-07 Mitsubishi Materials Shilicon Corp Soi基板の製造方法
JP3496925B2 (ja) * 1998-02-04 2004-02-16 キヤノン株式会社 半導体基板とその製造方法
JP3496508B2 (ja) * 1998-03-02 2004-02-16 三菱住友シリコン株式会社 張り合わせシリコンウェーハおよびその製造方法
JPH11260774A (ja) * 1998-03-13 1999-09-24 Mitsubishi Materials Silicon Corp 張り合わせ基板の製造方法
US6664169B1 (en) * 1999-06-08 2003-12-16 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing semiconductor member, process for producing solar cell, and anodizing apparatus
EP1540723B1 (en) * 2002-07-17 2010-12-15 S.O.I.Tec Silicon on Insulator Technologies A method of increasing the area of a useful layer of material transferred onto a support
FR2860842B1 (fr) * 2003-10-14 2007-11-02 Tracit Technologies Procede de preparation et d'assemblage de substrats
US7442992B2 (en) * 2004-05-19 2008-10-28 Sumco Corporation Bonded SOI substrate, and method for manufacturing the same
FR2880184B1 (fr) * 2004-12-28 2007-03-30 Commissariat Energie Atomique Procede de detourage d'une structure obtenue par assemblage de deux plaques
FR2880988B1 (fr) * 2005-01-19 2007-03-30 Soitec Silicon On Insulator TRAITEMENT D'UNE COUCHE EN SI1-yGEy PRELEVEE
KR101151458B1 (ko) * 2005-02-28 2012-06-01 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 접합 웨이퍼의 제조방법 및 접합 웨이퍼
JP4918229B2 (ja) * 2005-05-31 2012-04-18 信越半導体株式会社 貼り合わせウエーハの製造方法
US20090095299A1 (en) * 2007-10-11 2009-04-16 Edwin Saldivar Sleep inducing apparatus for a CPAP machine
US8575010B2 (en) * 2008-02-26 2013-11-05 Soitec Method for fabricating a semiconductor substrate
FR2935536B1 (fr) * 2008-09-02 2010-09-24 Soitec Silicon On Insulator Procede de detourage progressif
FR2954585B1 (fr) * 2009-12-23 2012-03-02 Soitec Silicon Insulator Technologies Procede de realisation d'une heterostructure avec minimisation de contrainte
FR2955697B1 (fr) * 2010-01-25 2012-09-28 Soitec Silicon Insulator Technologies Procede de recuit d'une structure
US7883991B1 (en) * 2010-02-18 2011-02-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Temporary carrier bonding and detaching processes
FR2957189B1 (fr) * 2010-03-02 2012-04-27 Soitec Silicon On Insulator Procede de realisation d'une structure multicouche avec detourage post meulage.
US8852391B2 (en) * 2010-06-21 2014-10-07 Brewer Science Inc. Method and apparatus for removing a reversibly mounted device wafer from a carrier substrate
US20120028439A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Memc Electronic Materials, Inc. Semiconductor And Solar Wafers And Method For Processing Same

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