JPH01122142A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ ＳＯ■基板を製造する方法の改良に関し、２枚の半導体
ウェーへの少なくとも１枚を酸化して、その少なくとも
一方の表面に１ｎ以下の厚さの半導体の酸化膜を形成し
、これらの２枚の半導体ウェーハを上記の半導体の酸化
膜が中間層になるように重ね合わせた状態で加熱して２
枚の半導体ウェーハを貼り合わせてなすＳＯＩ基板の製
造方法において、ウェーハが大口径であっても、その全
面が均一に接着されることができ、大口径のＳＯＩ基板
を製造しうる半導体基板の製造方法を提供することを目
的とし、 ２枚の半導体基板のうちの少なくとも１枚の少なくとも
１表面に酸化半導体膜を形成し、該酸化半導体膜を介し
て前記２枚の半導体基板を接触させながら加熱して前記
２枚の半導体基板を一体化し、該一体化された前記２枚
の半導体基板をもってＳＯＩ構造の半導体基板を製造す
る方法において、前記２枚の半導体基板を、１０〜３０
ｍの曲率半径をもって表面が彎曲しているプレスを使用
するか、または、５０〜５００℃に加熱されたカーボン
ヒータ等の平板状加熱体上に前記２枚の半導体基板の一
方を乗せ、該一方の半導体基板の上に、前記２枚の半導
体基板の他方を、前記カーボンヒータ等の平板状加熱体
の５０〜５００℃の温度と少なくとも５０’Ｃ以上の温
度差を設けて乗せ、前記カーボンヒータ等の平板状加熱
体を５０〜２．０００℃に加熱するかして、前記一体化
される２枚の半導体基板の接触する面相互間に、該接触
面にそう方向に応力を印加しながら、前記一体化のため
の加熱工程を実行するによって達成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体基板の製造方法の改良に関する。特に
、絶縁物腰上に半導体膜が形成されているＳＯＩ基板を
製造する方法の改良に関する。

Ｃ従来の技術〕 いわゆるＳＯＩ基板を製造する方法の１種に、２枚のシ
リコンウェーへの少なくとも１枚を酸化して、その少な
くとも一方の表面に１４以下の厚さの二酸化シリコン膜
を形成し、これらの２枚のシリコンウェーハを、上記の
二酸化シリコン膜が中間層になるように重ね合わせた状
態で、例えば、１　、０００℃程度に加熱して２枚のシ
リコンウェーハを貼り合わせ、上層のシリコンウェーハ
をボリッシ等して薄膜化するＳＯＩ基板の製造方法が知
られている０本発明は、このＳＯＩ基板の製造方法の改
良である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のＳｏ１基板の製造方法は、下記の欠点を免れない
。

イ１本来、２枚のシリコンウェーハを貼り合わせたもの
であるから、特に大口径のウェーハの場合、接着力が部
分的に不均一になりやすく、強力に接着されている領域
と十分に接着されていない領域とが存在する。

口、そして、十分に接着されていない領域においては、
その後になされる熱処理工程において剥離する。

ハ、ダイシングをした後には、十分に接着されていない
領域は完全に剥離してしまい、２枚、のチップに分解し
て完全に不良品となる。

二、不完全接着領域のシリコン片が塵埃となって、プロ
セス装置を汚染する。

ホ、信輔性に問題があるので、赤外線反射光等を利用し
てなす接着確認試験が必要となり、この付加試験のため
多大の時間と工数とを必要とする。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
２枚の半導体ウェーへの少なくとも１枚を酸化して、そ
の少なくとも一方の表面に１ｎ以下の厚さの半導体の酸
化膜を形成し、これらの２枚の半導体ウェーハを上記の
半導体の酸化膜が中間層になるように重ね合わせた状態
で加熱して２枚の半導体ウェーハを貼り合わせてなすＳ
ＯＩ基板の製造方法において、 ウェーハが大口径であっても、その全面が均一に接着さ
れることができ、大口径のＳｏ１基板を製造しうる半導
体基板の製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的は、２枚の半導体基１（１）、（２）のうち
の少なくとも１枚の少なくとも１表面に酸化半導体膜（
３）を形成し、該酸化半導体膜（３）を介して前記２枚
の半導体基板（１）、（２）を接触させながら加熱して
前記２枚の半導体基板（１）、（２）を一体化し、該一
体化された前記２枚の半導体基板（１）、（２）をもっ
てＳＯＩ構造の半導体基板を製造方法する方法において
、前記一体化される２枚の半導体基板（１）、（２）の
接触する面相互間に、該接触面にそう方向に応力を印加
しながら、前記一体化のための加熱工程を実行するによ
って達成される。

前記一体化される２枚の半導体基板（１）、（２）の接
触する面相互間に該接触面にそう方向に応力を印加しな
がら、前記２枚の半導体基板（１）、（２）を加熱する
工程としては、次の二つの手段が有効である。

第１の手段は、前記２枚の半導体基板（１）、（２）を
、１０〜３０ｍの曲率半径をもって表面が彎曲している
プレスを使用してなすものである。

表面が彎曲しているプレスを使用して、前記−体化され
る２枚の半導体基板（１）、（２）の接触面に応力を印
加する工程は、反復操り返して実行すると、所望の方向
に基板を彎曲させるという本発明の効果は有効である。

第２の手段は、５０〜５００℃に加熱されたカーボンヒ
ータ等の平板状加熱体（５）上に前記２枚の半導体基板
（１）、（２）の一方を乗せ、該一方の半導体基板（１
）、（２）の上に、前記２枚の半導体基板（１）、（２
）の他方を、前記カーボンヒータ等の平板状加熱体（５
）の５０〜５００℃の温度と少なくとも５０℃以上の温
度差を設けて乗せ、前記カーボンヒータ等の平板状加熱
体（５）を５０〜２．０００℃に加熱してなすものであ
る。

前記第２の手段において、前記の少なくとも５０℃以上
の温度差は、前記平板状加熱体（５）に接する半導体基
板（１）または（２）の温度が高いことが有効である。

５０〜５００℃に加熱されたカーボンヒータ等の平板状
加熱体（５）上に前記２枚の半導体基板（１）、（２）
の一方を乗せてなす前記第２の手段において、前記一体
化される２枚の半導体基板（１）、（２）の接触面に応
力を印加する期間、周囲の雰囲気の温度を低下させると
、２枚の半導体基板（１）、（２）の接触面に発生する
応力が増大され、所望の方向に基板を彎曲させるという
本発明の効果はさらに有効である。

前記第２の手段において、前記２枚の半導体基板（１）
、（２）間に電圧を印加して静電圧力を印加しながらな
すと、所望の方向に基板を彎曲させるという本発明の効
果は顕著に有効である。

〔作用〕

本発明が解消しようとする部分的不完全接着の原因は、
接着面が一体化・同質化せず、２枚の半導体基板の間に
境界面が残留するからである。

２枚の半導体基板、２の接着面が一体化・同質化するた
めには、接触面近傍の極めて薄い層が一旦溶融の上層面
すればよい。

接触面近傍の極めて薄い層のみを一旦溶融するには、２
枚の半導体基板、２相互の間に、２枚の半導体基板、２
相互の面に沿って、応力を発生させることが有効である
。固体である氷上を固体であるスケートエツジがスムー
ズに滑動する理由は、その界面の氷が両者間にか−る圧
力によって融解して水となり、この水が潤滑剤として機
能することにあることは周知である。２枚の半導体ウェ
ーへの少なくとも１枚を酸化して、その少なくとも一方
の表面にＬ＋ｎ以下の厚さの酸化半導体膜を形成し、こ
れらの２枚の半導体ウェーハを上記の酸化半導体膜が中
間層になるように重ね合わせた状態で、例えば、１　、
０００℃程度に加熱して、２枚の半導体ウェー八を貼り
合わせてなすＳＯＩ基板の製造方法に、この原理を転用
しようとする場合、２枚の半導体基板、２相互間にむや
みに大きな圧力を印加することはできない、半導体ウェ
ー八が破損するからである。

そこで、本発明の発明者は、種々な手法をもって実験を
繰り返したところ、貼り合わせるべき２枚の、例えば、
シリコンウェーハの当接面が相互に滑り合わない程度に
圧力が印加された状態で、貼り合わせるべき２枚の、例
えば、シリコンウェーハを彎曲させるか、または、２枚
の、例えば、シリコンウェーハ相互間に５０℃程度の温
度差を設けて接合すると、２枚の半導体基板、２は、第
４図（ａ）、第４図（ｂ）とに示すように相互に滑るこ
とがなく、第４図（ｃ）に矢印をもって示すように、貼
り合わせるべき２枚のシリコンウェーへの接合面にそっ
て応力が発生し、そのため、この境界面近傍の極めて薄
い層が一旦溶融して、凝固して、この領域が一体化・同
質化することを発見した。

そして、赤外線反射光等を利用してなす接着確認試験等
を使用して、上記の事実を確認し、本発明を完成した。

本発明は、このように実験的結果にもとづくものであり
、その作用原理は必ずしも明らかではないが、相互に貼
り合わされるべき２枚の半導体基板ｌ、２が、薄い酸化
半導体層を介して相互に適当な圧力をもって押圧されな
がら、適度に彎曲されると、境界面が溶融し、少なくと
も軟化が促進され、接触面を介して物質移動が実現して
、一体化・同質化が進行するものと思われる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ＼、本発明の二つの実施例に係る
、２枚の半導体ウェーハの少なくとも１枚を酸化して、
その少な（とも一方の表面に１ｎ以下の厚さの酸化半導
体膜を形成し、これらの２枚の半導体ウェー八を上記の
酸化半導体膜が中間層になるように重ね合わせた状態で
加熱して２枚の半導体ウェーハを貼り合わせてなるＳｏ
　１ｉ板の製造方法について説明する。

星上皇崖■ 第２図参照 厚さ３０ｈａのシリコン基板、２の少なくとも一方の少
なくとも１面を酸化して、厚さ０．５ｎの二酸化シリコ
ン層３を形成する。この工程は、、１００℃において約
１時間スチーム酸化すればよい。

第１ａ図、第ｔｂ図参照 曲率半径が１０〜３０ｍであるように表面が彎曲してい
るプレス４、４２を使用し、上記の二酸化シリコン層３
が中間層となるように、２枚のシリコン基板、２を接合
させながらプレスして、２枚のシリコン基板、２を彎曲
させた状態で５００〜１　、２００″Ｃにおいて約１時
間加熱して、２枚のシリコン基板、２を一体化・同質化
する。

第３図参照 一方のシリコン基板１または２をボリッシ等を使用して
薄膜化する。

なお、上記のプレス工程を反復実行することが有効なこ
とは上記のとおりである。

員主２施■ 第２図再参照 厚さ３００ｎのシリコン基板、２の少なくとも一方の少
なくとも１面を酸化して、厚さ０．５ｎの二酸化シリコ
ン層３を形成する。この工程は、、１００℃において約
１時間スチーム酸化すればよい。

第１ｃ図、第１ｄ図参照 カーボンヒータ（平板状加熱体）５を５０〜５００℃に
加熱しておき、上記シリコン基板、２；の一方を乗せる
。そのとき、二酸化シリコン層３を上層とすることが必
須である。カーボンヒータ（平板状加熱体）５に乗せら
れているシリコン基板１または２の温度は当然５０〜５
００℃となる。

上記シリコン基板、２の他方を、カーボンヒータ（平板
状加熱体）５の温度より少なくとも５０℃以上低温にし
て上記他方のシリコン基板、２の上に乗せる。

この状態で、５００〜１　、２００℃に約１時間加熱し
て、２枚のシリコン基板を一体化・同質化する。

このとき、第１ｄ図に示すように２枚のシリコン基板、
２は彎曲する。この彎曲は雰囲気温度を制御すれば、更
に有効である。

このとき、２枚のシリコンウェーハト２間に電圧を印加
して静電圧力を発生させれば、２枚のシリコンウェーハ
ト２間の密着性を向上し、空隙をなくし、ウェーハ全面
がより均一に接着するようにするために有効である。

第３図再参照 一方のシリコン基板１または２をポリッシ等を使用して
薄膜化する。

〔発明の効果］ 以上説明せるとおり、本発明に係る２枚の半導体ウェー
ハの少なくとも１枚を酸化して、その少なくとも一方の
表面にｌｎ以下の厚さの酸化半導体膜を形成し、これら
の２枚の半導体ウェーハを上記の酸化半導体膜が中間層
になるように重ね合わせた状態で、例えばシリコンの場
合、１，０００℃程度に加熱して２枚の半導体ウェーハ
を貼り合わせてなすＳｏ　ＩＳ板の製造方法においては
、２枚の半導体基板のうちの少なくとも１枚の少なくと
も１表面に酸化半導体膜を形成し、該酸化半導体膜を介
して前記２枚の半導体基板を接触させながら加熱して前
記２枚の半導体基板を一体化し、該一体化された前記２
枚の半導体基板をもってＳＯＩ構造の半導体基板を製造
する方法において、前記２枚の半導体基板を、１０〜３
０ｍの曲率半径をもって表面が彎曲しているプレスを使
用するか、または、５０〜５００℃に加熱されたカーボ
ンヒータ等の平板状加熱体上に前記２枚の半導体基板の
一方を乗せ、該一方の半導体基板の上に、前記２枚の半
導体基板の他方を、前記カーボンヒータ等の平板状加熱
体の５０〜５００℃の温度と少なくとも５０℃以上の温
度差を設けて乗せ、前記カーボンヒータ等の平板状加熱
体を５０〜２，０００℃に加熱するかして、前記一体化
される２枚の半導体基板の接触する部相互間に、該接触
面にそう方向に応力を印加しながら、前記一体化のため
の加熱工程を実行することとされているので、２枚の半
導体ウェーハの少なくとも１枚を酸化して、その少な（
とも一方の表面に１ｎ以下の厚さの半導体の酸化膜を形
成し、これらの２枚の半導体ウェーハを上記の半導体の
酸化膜が中間層になるように重ね合わせた状態で加熱し
て、２枚の半導体ウェーハを貼り合わせてなすＳＯＩ基
板の製造方法において、　ウェーハが大口径であっても
、その全面が均一に接着されることができ、大口径のＳ
ｏｉｌ板を製造しうる半導体基板の製造方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図は、本発明の第１実施例に係る半導
体基板の製造方法の主要工程の説明図である。 第１Ｃ図、第１ｄ図は、本発明の第２実施例に係る半導
体基板の製造方法の主要工程の説明図である。 第２図、第３図は、本発明の第１と第２の実施例に係る
半導体基板の製造方法の主要工程の説明図である。 第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とは本発明の詳細な説明
図である。 、２・・・シリコンウェーハ、 ３・・・二酸化シリコン、 ４、４２・・・表面の彎曲したプレス、５・・・平板状
加熱手段（カーボンヒータ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］２枚の半導体基板（１）、（２）のうちの少なく
   とも１枚の少なくとも１表面に酸化半導体膜（３）を形
   成し、該酸化半導体膜（３）を介して前記２枚の半導体
   基板（１）、（２）を接触させながら加熱して前記２枚
   の半導体基板（１）、（２）を一体化し、該一体化され
   た前記２枚の半導体基板（１）、（２）をもってＳＯＩ
   構造の半導体基板を製造する方法において、 前記一体化される２枚の半導体基板（１）、（２）の接
   触する面相互間に、該接触面にそう方向に応力を印加し
   ながら、前記一体化のための加熱工程を実行する ことを特徴とする半導体基板の製造方法。 ［２］前記一体化される２枚の半導体基板（１）、（２
   ）の接触する面相互間に該接触面にそう方向に応力を印
   加しながら、前記２枚の半導体基板（１）、（２）を加
   熱する工程は、 前記２枚の半導体基板（１）、（２）を、１０〜３０ｍ
   の曲率半径をもって表面が彎曲しているプレスを使用し
   てなす ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体基
   板の製造方法。 ［３］前記表面が彎曲しているプレスを使用してなす加
   熱工程は、反復して複数回実行する ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導体基
   板の製造方法。 ［４］前記一体化される２枚の半導体基板（１）、（２
   ）の接触する面相互間に該接触面にそう方向に応力を印
   加しながら、前記２枚の半導体基板（１）、（２）を加
   熱する工程は、 ５０〜５００℃に加熱された平板状加熱体（５）上に前
   記２枚の半導体基板（１）、（２）の一方を乗せ、 該一方の半導体基板（１）、（２）の上に、前記２枚の
   半導体基板（１）、（２）の他方を、前記平板状加熱体
   （５）の５０〜５００℃の温度と少なくとも５０℃以上
   の温度差を設けて乗せ、 前記平板状加熱体（５）を５０〜２，０００℃に加熱す
   る ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体基
   板の製造方法。 ［５］前記一方の半導体基板（１）または（２）と前記
   他方の半導体基板（２）または（１）相互間に印加され
   る少なくとも５０℃以上の温度差は、前記平板状加熱体
   （５）に接する半導体基板（１）または（２）の温度が
   高い ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体基
   板の製造方法。 ［６］前記２枚の半導体基板（１）、（２）の一方（１
   ）または（２）を加熱して、前記一体化される前記２枚
   の半導体基板（１）、（２）の接触する面相互間に、該
   接触面にそう方向に応力を発生させて、前記２枚の半導
   体基板（１）、（２）を一体化する工程において、前記
   ２枚の半導体基板（１）、（２）周囲の雰囲気の温度を
   低下させる ことを特徴とする特許請求の範囲第４項、または、第５
   項記載の半導体基板の製造方法。 ［７］前記一体化される２枚の半導体基板（１）、（２
   ）の接触する面相互間に該接触面にそう方向に応力を印
   加しながら、前記２枚の半導体基板（１）、（２）を加
   熱する工程において、前記２枚の半導体基板（１）、（
   ２）間に電圧を印加して静電圧力を印加する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３
   項、第４項、第５項、または、第６項記載の半導体基板
   の製造方法。