JPH02135722A

JPH02135722A - 半導体基体の張り合わせ方法

Info

Publication number: JPH02135722A
Application number: JP29098388A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 弘佐藤; Akira Nieda; 贄田　晃; Muneharu Shimanoe; 島ノ江　宗治
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1988-11-16
Publication date: 1990-05-24
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JP2751261B2

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】以ドの順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野Ｂ１発明の概要Ｃ１従来技術［第２図］Ｄ３発明が解決しようとする問題点Ｅ１問題点を解決するための手段Ｆ１作用Ｇ、実施例［第１図］Ｈ１発明の効果（Ａ、産業上の利用分野）本発明は半導体基体の張り合わせ方法、特に少なくとも
片方が半導体基体である二枚の基板どうしを張り合わせ
る半導体基体の張り合わせ方法に関する。

（Ｂ、発明の概要）本発明は、上記の半導体基体の張り合わせ方法において
、基板の境界面に気泡が混入しないようにするため、二枚の基板の少なくとも一方を、これの少なくとも一方
の主面に膜を形成することにより片方の主面が凸状球面
になるように変形させ、該基板に他方の基板を張り合わ
せるものである。

（Ｃ，従来技術）［第２図］半導体基体どうしを張り合わせる張り合わせ技術の実用
化が進み、光センサ−、パワーデバイス、Ｓｏｌの大容
ｆｉＲＡＭの製造に応用する試みが為されていることは
１９８８年３月号ＮＩＫＫＥＩ　　ＭＩＣＲＯＤＥＶｒ
ＣＥＳの８２〜９８頁等に紹介されている。この張り合
わせ技術は基本的には半導体基体の表面に親水性をもた
せニー枚の半導体Ｊ＾体を加圧することなく東に接触さ
せるだけで水素結合力及びファンデルワールス力により
結合一体色させ、その後高温処理、して２枚の半導体基
体の接合部の引張り強度を強めるものである。

ところで、従来、２枚の半導体基体を張り合わせた場合
において半導体基体の境界に気泡が混入するという問題
があフた。こねは半導体基体の反り等のために周辺部か
先に接着し後で接着した内側の部分に気泡が取り残され
るために生じる。

そこで、このような気泡の７Ｆ１人を防止する技術が特
開昭６１−１４５８３９号公報、特開昭１６−１８２２
３９号公報によって提案されている。第２図はかかる技
術を説明するための断面図であり、同図において、ａは
真空チャック、ｂは該真空チャックａの真空吸引用のエ
アーが通る真空吸引孔、Ｃは真空チャックａの真空吸着
面で、凸状球面にされている。ｄは一方の半導体基体で
、真空チャックａに真空吸着されている。ｅは該半導体
基体ｄに張り合わされるところの他方の半導体基体１ｇ
は該半導体基体ｅの゛ｈ導体基体ｄに張り合わされる面
である。

この張り合わせは具体的には次のようにして行われる。

先ず、真空吸着面Ｃが凸状球面に形成された真空チャッ
クａにより−・方の半導体基体ｄを真空吸着することに
よりその半導体基体ｄの張り合わせ而ｆか凸状球面にな
るように変形させ、そしてその張り合わせ面ｆの中央部
に他方の半導体基体ｅの張り合わせ面ｇの中央部を接触
させる。

そしてその状態で真空チャックａの真空度を徐々に弱め
ることにより接合部を中央部から周辺部に拡大させるの
である。これによって２枚の半導体基体ｄ、ｅどうしが
ある程度の引張り力をもって接合された状態になる。そ
の後、その引張り力を連の゛昏導体製造工程における各
処理、加工に耐えられるような強さにするために加熱処
理を行うのである。

このような技ｉ４ｔによれば、半導体基体ｄ、ｅかｌノ
いに先ず中央部において接合され、その後接合領域か周
辺部に拡大するので、特に半導体基体を強制的に変形さ
せることなく張り合わせる場合に比較して気泡の混入を
少なくすることができることは確かである。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）しかしながら、
第２図に示すような従来の張り合わせ技術によっても気
泡の混入を完全になく−）−ことは出来なかりた。とい
うのは、その張り合わせ技術によりば、真空チャックａ
の真空度を徐々に低めてもある段階で半導体基体ｄの周
辺部か急激に真空チャックａから開放されて半導体基体
ｅに接触してしまい、接合速度が−・様にはならずある
段階から急激に速くなるからである。つまり、接合速度
が一様で、接合領域が半導体基体ｄ、ｅの中央部から徐
々に拡大していく場合には気泡が半導体基体ｄ、ｅ内に
取り残さ才（る虞れはないか、急激に接合領域か拡がる
という接合速度の急激な増大があると半導体基体内に気
泡が取り残される可能性が生じてくるのである。これが
第２図に示す技術の第１の問題点であった。

また、第２図に示す張り合わせ技術には、半導体基体ｄ
を真空チャックａを用いて強制的に変形させるが、変形
量を適度にコントロールすることが難しく、ややもすれ
ば変形量が大きくなり過ぎるという問題がある。という
のは、気泡の混入を防止するうえで好適な反り量は半導
体基体が３〜６インチの場合で１０〜２００μ！ｎ程度
である。

しかし１、そのような小さな反りを真空チャックａによ
って制御性良く与えるのは非常に難しく、どうしても反
りか大きくなり過ぎてしまう。そして、このような反り
を半導体基体に与えながら接合するので、張り合わせ後
においＣも半導体基体に大きな反りが残ってしまうこと
となる。このように張り合わせ後においても大きな反り
が生じている半導体基体に対して引っ張り強度を強化す
る熱処理を施すと大きな及り歪が残った張り合わせｔ導
体基体が出来トってしまうことになる。これは後のデバ
イス形成工程において結晶欠陥か発生したり、微細パタ
ーン形成にあたって露光不良か発生したりすることの原
因となり無視できない問題となる。

また、この技術には真空吸着面が非常に大きな曲率半径
をもったしかも高い精度で仕上げられた凸状球面である
特殊な真空チャックａを必要とするという問題も有する
。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、基板の境界面への気泡の混入をより完全に防止し
、しかも張り合わせ後における反り歪を小さくし、且つ
特殊な治具を用いることなく気泡の混入のない張り合わ
せを実現することを目的とする。

（Ｅ　問題点を解決するための手段）本発明＝ｔ’−導体基体の張り合わせ方法は上記問題点
を解決するため、二枚の基板の少なくとも一方を、これ
の少なくとも一方の主面に膜を形成することにより片方
の主面が凸状球面になるように変形させ、該基板の凸状
球面の主面に他方の基板を弓長り合わせることを特徴と
する。

（Ｆ、作用）本発明半導体基体の張り合わせ方法によれば、張り合わ
せ時における半導体基体は、従来におけるように真空チ
ャック等による外部からの力によって変形せしめられて
いるのではなく、主面に形成した膜によりバイメタル効
果で変形せしめられているので、張り合わせ途中におい
て外部からの力から開放されて接合面積が急激に増大す
るという虞わがない。即ち、半導体基体の接合領域が最
初から最後までゆっくりしたスピードで中央部から周辺
部に進むようになる。従って、外側の方が内側よりも先
に接合することにより気泡が境界面に取り残されるとい
う虞れをより完全になくすことができる。

そして、半導体基体をその主面に形成した膜によりバイ
メタル効果により反らずので、その膜の材質（熱膨張係
数）、膜厚により反り量を再現性良くコントロールする
ことかでき、微小な反り星であるか気泡の７髭人助ＩＦ
に好適な反りを確実に与えることができる。従って、反
りが大きすき張り合わせ後において反り歪か残るという
虞れもない。

イタノ論、バイメタル効果により半導体基体を変形させ
るので吸着面を凸状球面に仕上げた真空チャックのよう
な特殊な治具は必要としない。

（Ｇ、実施例）［第１図］以ト、本発明半導体基体の張り合わせ方法を図示実施例
に従って詳細に説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｆ）は本発明半導体基体の張り合わ
せ方法の一つの実施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）先ず、同図（Ａ）に示すように互いに張り音わさ
れる平板なウェハ状半導体基体１ａ、１ｂを用意する。

２．２は半導体基体１ａ、１ｂのＵいに張り合わされる
主面、３．３はその上面２．２と反対側の主面である。

（Ｂ）次に、同ＩＪ　（Ｂ　）に示すように半導体装置
ｌａ、ｌｂの主面３．３（即ち、張り合わされる主面２
．２との反対側の主面）にナイトライド５ｉＮｌｌｌｉ
４．４を）形成する。ナイトライドＳｉＮの熱膨張係数
は３．８５ｘ　１０−’／’ｄｅｇであり、シリコンの
熱膨張係数（２，４Ｘ１０−’／ｄｅｇ）よりも相当に
大きい。そして、ＣＶＤは例えば７００〜１１００℃と
いう非常に高い温度のドで行われる。

各半導体基体１ａ、ｌｂはＣＶＤ処理を終えたばかりの
温度が高い段階では第１図（Ｂ）に示すように平板であ
る。

（Ｃ）しかし、半導体基体１ａ、１ｂは常温まで徐冷さ
れる過程でバイメタル効果によって同図（Ｃ）に示すよ
うに張り合わせ而２．２が凸状球面になるように反る。

次に、半導体基体１ａ、ｌｂの張り合わせ而２．２を洗
浄し、そして、張り合わせ而２．２にＯＨ基が残存する
ように親水性処理をｈ’ｆｓす。

（Ｄ）次に、同図（Ｄ）に示すように半導体基体１ａ、
１ｂの張り合わせ而２．２の中央部どうしを接触させる
。′４−ると、水素結合力及びファンデルワールス力等
により接触した部分が自己密着により接合し、しかも接
合領域が中央部から同心固状に周辺に徐々に拡大して行
く。

（Ｅ）そして、最後に同図（Ｅ）に示すように半導体基
体１ａと１ｂが１面に２．２にて互いに完全に接合され
る。その後、熱処理によりその接合力を強化して、各工
程に耐えられる強度を有するように１−る。

（Ｆ）その後、同図（Ｆ）に示すようにナイトライド膜
４．４を例えばホットリン酸Ｈ３ＰＯ４によりべ余去す
る。あるいはプラズマエツチャーにより除去するように
しても良い。

このような半導体基体の張り合わせ方法においては、゛
＃専鉢体基体１ａ１ｂが真空チャック等による外部から
の力によって変形せしめられるのでなく、主面３．３に
形成したナイトライド膜４．４によるバイメタル効果で
、より具体的にはナイトライドＩＩＱ　４．４による収
縮応力で変形せしめらねた状態で張り合わされるので、
張り合わせ途中で外部からの力（例えば真空チャックに
よる吸若力）から急に開放されて接合面積の増大速度か
急速に上昇するという虞れはない。つまり、半導体基体
１ａ、ｌｂの接合領域が最初から最後まで略凹し程度の
速度で中央部から周辺部へゆっくりと拡がって行く。従
って、半導体基体１ａ、１ｂの境界部に気泡が取り残さ
れる虞れが全くない。

そして、２枚の半導体基体１ａ、１ｂは張り合わせ而に
は変形せしめられているか互いに自己密着で接合する過
程で反りが強制されるので、張り合わせによって一体化
された半導体基体１ａ、１ｂは平板になる。

尚、気泡の混入を防止するうえで半導体基体をある程度
以圭反らさなければならないことは前述のとおり明らか
であるが、その反面、反り量か大きいと張り合わせ後の
ｔ４体基体内に大きな歪か残存するという問題がある。

従って、バイメタル効果により半導体基体に生ゼしぬる
変形量は例えば１０〜２００μｍというようにある範囲
内にとどめることが好ましいが、それは半導体基体１の
２１面に形成１−るナイトライドｊ１草２の１摸ノリを
コツト・ロールすることにより実現することができる。

というのは、ナイトライドＪＩＦＡ２のＩＩＱ厚を薄く
すると反り硅か小さくなり、Ｊブくすると反り１１１か
大きくなるからである。

尚、ナイトライドＳｉＮの熱膨’ｉＩ：ｃ係数は市ｆ述
のとおりシリコンＳ１の熱膨張係数に比較して和尚に大
きく、また、ヤング率も非常に大きい。従って、ナイト
ライドｊ漠４のｊ漠Ｈを厚くした場合にはクラック等が
半導体基体に生じる虞れかなくはない。そこで、このよ
うな場合にはナイトライドＳｉＮとシリコン半導体基体
との間にシリコンよりも小さな値の熱膨張係数を持つシ
リコン酸化膜（Ｓ　ｉ　０２１１Ｑ、）をバッファ層と
して介在させるようにすると良い。このようにバッファ
ー層を設けた場合においてはシリコン酸化膜とナイトラ
イド膜によるストレスの合計で変形か牛して張り合わせ
面２か凸状球面になることになる。

ところで、−Ｆ記実施例においては互いに張り行される
半導体基体１ａ、１ｂの双方をバイメタル効果によって
変形せしめていたか、必ずしもそのようにすることは必
要ではなく、−力の半導体基体１ａ（又はｌｂ）のみを
変形せしめて張り合わせるようにしても良い。

また、上記実ｈｈ例においては半導体基体１の主面３に
これより熱膨張係数が大きなナイトライドＩ摸４を形成
し、半導体基体ｌ内に収縮応力を生ゼしぬることにより
張り合わせ而となる主面２が凸状球面になるように半導
体基体１を変形させていた。しかし、必ずしもそのよう
にすることは必要でなく、張り合わせ面２側にシリコン
よりも熱膨張係数が小さな５ｉｎ２膜あるいは多結晶シ
リコン膜を形成して半導体基体１に引張り応力を生ゼし
ぬることにより張り合わせ面２が凸状球面になるように
しても良い。

尚、弓長り合わせ後半導体基体１ａ、１ｂ間の引張り強
度を強くする熱処理は半導体基体１にバイメタル効果の
ために形成したＳｉＮ等の膜を除去する前に行っても良
いが除去した後に行っても良い。

このように本発明半導体基体の張り合わせ方法には種々
のバリエーションか考えられる。

（Ｈ，発明の効果）以上に述へたように、本発明半導体基体の張り合わせ方
法は、少なくとも片方が半導体基体である二枚の基体の
うちの少なくとも一方の基体の少なくとも一方の主面に
、該基体に収縮応力又は弓張応力を生ぜしめる膜を形成
して該基体をいずわかの主面が凸状球面になるように変
形せしめ、該変形せしめた基体の凸状球面となった主面
に他方の基体の一方の主面を接触させて張り合わせるこ
とを特徴とするものである。

従って、本発明半導体基体の張り合わせ方法によ才ｌば
、張り合わせ時における半導体基体は従来におけるよう
に真空チャック等による外部からの力によって変形せし
められているのではなく主面に形成したＩ摸によりバイ
メタル効果で変形せしめられているので、張り合わせ途
中において外部からの力から開放されて接合面積か急激
に増大する虞れかなく、半導体基体の接合領域か最初か
ら最後までゆっくりしたスピードで中央部から周辺部に
進むようにすることができる。従って、外側の方が内側
よりも先に接合することにより気泡が境界面に取り残さ
れるという虞れをより完全になく１−ことができる。

そして、半導体基体をその主面に形成した膜によりバイ
メタル効果で反らすので、その膜の材質（熱膨張係数）
、膜厚により反り量を１１１現性良くコントロールする
ことができ、微小な反り量であるが気泡の混入助ＩＦに
好適な反りを確実に与えることができる。従って、反り
が大きすぎ張り合わせ後において反り歪が残るというＪ
＆れもない。

そして、バイメタル効果により半導体基体を変形させる
ので吸着面を凸状球面に什トげた真空チャックのような
特殊な治具は必要としない。

２図は従来例を示す断面図である。

符号の説明１ａ、１ｂ・・・基板、２・・・・１長り合わされる主面、３・・・主面、４・・・応力を生ゼしぬる膜。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）乃至（Ｆ）は本発明半導体基体の張り合わ
せ方法の一つの実施例を示す断面図、第−を物

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも片方が半導体基体である二枚の基体の
うちの少なくとも一方の基体の少なくとも一方の主面に
、該基体に収縮応力又は引張応力を生ぜしめる膜を形成
して該基体をいずれかの主面が凸状球面になるように変
形せしめ、上記変形せしめた基体の凸状球面となった主
面に他方の基体の一方の主面を接触させて張り合わせる
ことを特徴とする半導体基体の張り合わせ方法
（２）半導体基体の表面に親水性をもたせて張り合わせ
ることを特徴とする請求項（１）記載の半導体基体の張
り合わせ方法
（３）他方の基体もその一方の面が凸状球面になるよう
に変形させ、二枚の基体の凸状球面となった主面どうし
を張り合わせることを特徴とする請求項（１）又は（２
）記載の半導体基体の張り合わせ方法