JPH03250615A - 接合ウエーハの製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、２枚のウェーハを接合一体化して成る接合ウ
ェーハの製造方法、特に反りの無い平担度の高い接合ウ
ェーハを得ることかできる製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、誘電体基板上に単結晶半導体薄膜を形成する方法
としては、単結晶サファイア基板上に単結晶シリコン（
Ｓｔ）膜等をエピタキシャル成長させる技術が良く知ら
れているが、この技術においては、基板誘電体と気相成
長されるシリコン単結晶との間に格子定数の不一致かあ
るため、シリコン気相成長層に多数の結晶欠陥か発生し
、このために該技術は実用性に乏しい。

又、シリコン基板表面上に熱酸化膜を形成し、この熱酸
化膜上に多結晶状若しくはアモルファス状のシリコン膜
を被着し、これに電子線或いはレザー光線等のエネルギ
ービームを線状に、且つ一方向に照射して該シリコン膜
を線状に融解、冷却及び固化することによって、全体を
単結１の薄膜とする技術も良く知られている。

ところで、熱酸化膜上のシリコン多結晶膜をレーザー光
線等て単結晶膜化する技術は、例えば特公昭６２−３４
７１６号公報に開示されている。この技術においては、
単結晶シリコン基板の端部にこれと一体に連続する単結
晶突部を設け、これを核として多結晶膜の単結晶化を試
みているか、溶融シリコンの酸化膜との相互作用によっ
て部分的には単結晶化は可能であるか、実用に耐え得る
シリコン単結晶薄膜は得難いのが実情である。

そこで、近年、　Ｓｏ　Ｉ　（Ｓｉ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌ
ａｔｉｏｎ）構造の接合ウェーハか特に注目されるに至
った。

第３図（ａ）〜（ｄ）に斯かるＳｉ接合ウェーハの製造
方法の一例をその工程順に示すか、第３図（ａ）に示す
ように素子成形面となるべきＳｉ単結晶の半導体ウェー
ハ（以下、ボンドウェーハと称す）１０１とベース材と
なるべき同しくＳｉ単結晶の半導体ウェーハ（以下、ベ
ースウェーハと称す）１０２とを用意し、一方のボンド
ウェーハ１０１を熱酸化処理してその全表面にＳｉＯ□
の薄い酸化膜１０３を形成する。

次に、第３図（ｂ）に示すように２枚のウェーハｌｏ１
，１０２を重ね合わせ、これらウェーハ１０１．１０２
を所定温度（例えば、５００℃）に加熱してこれらを接
着する。その後、第３図（Ｃ）に示すようにボンドウェ
ーハ１０１の表面を研磨（図示のハッチンク部分は研磨
によりて切除される部分を示す）してこれを例えば数μ
ｍの厚さに薄膜化することによって第３図（ｄ）に示す
接合ウェーハ１０５を得る。

（発明か解決しようとする課Ｍ） ところで、Ｓｉ単結晶の熱膨張率（熱収縮率）はＳｉｎ
、のそれよりも大きいため、第３図（ｂ）に示すように
両ウェーハ１０１，１０２を重ねてこれらを加熱して接
着した後に冷却すると、第３図（Ｃ）の両ウェーハ１０
１，１０２内には、これらウェーハ１０１，１０２と酸
化膜１０３との熱収縮率の違いに基づく残留応力（弓張
応力）か蓄積される。従って、第３図（ｄ）に示すよう
にボンドウェーハ１０１の表面を研磨してこれを薄膜化
すると、ボンドウェーハ１０１の残留応力は無視し得る
程小さくなるため、ベースウェーハ１０２は酸化［１０
３に近い部位に蓄積された残留応力によって変形する（
即ち、酸化膜１０３の無い下面側かより大きく収縮する
）ため、接合ウェーハ１０５は全体として表面側か凸面
となるように反ってしまい、その反りは１００〜２００
棒ｍに達する。

そして、上記のように接合ウェーハ１０５か反ると、更
にボンドウェーハ１０１を薄層化する必要かある場合、
当該接合ウェーハ１０５を研磨具の足盤に吸着又はワッ
クス貼着するに際し、該接合ウェーハ１０５の適正な保
持か困難となったり、薄層化を完了した後のホトソリ工
程において、当該接合ウェーハ１０５か各種ウエーノ入
ステージへの吸着やレジスト膜上への回路パターン露光
の不具合の原因となる。

そこて、少なくとも一方のウェーハに接合ウェーハの反
り方向とは反対方向の反りを予め与えておく方法か提案
されているか、この方法によっても接合ウェーハの反り
を完全に無くすことは不可能である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものて、その目的と
する処は、ボンドウェーハか薄膜化された状態て反りの
無い平坦度の高い接合ウェーハを得ることかてきる接合
ウェーハの製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成すべく本発明は、２枚のウェーハの何れ
か一方の少なくとも一方の表面に酸化膜を形成し、該ウ
ェーハを前記酸化膜か中間層になるようにして他方のウ
ェーハに重ね合わせ、両ウェーハを所定温度に加熱して
両者を接着した後、これらウェーハを熱酸化処理してそ
の全表面に酸化膜を形成し、一方のウェーハ、好ましく
は、接金筋に酸化膜を形成したウェーハの表面を研磨し
てこれを薄膜化することによって接合ウェーハを得るよ
うにしたことをその特徴とする。

而して１水接合ウェーハを半導体素子１例えば半導体集
積回路素子の基板とする場合には、薄膜化されるウェー
ハは当該半導体素子の特性に応じた物理的又は電気的諸
特性を満足するよう選ばれる。尚、接合後の熱酸化膜の
厚さとしては、接合部の酸化膜のそれに近い値か好まし
い。

（作用） 本発明によれば、上層のウェーハ（ボンドウェーハ）を
研磨してこれを薄膜化した時点で他方のウェーハ（ベー
スウェーハ）の上下面は酸化膜によって被われるため、
該ウェーハの上下面における熱収縮量は略凹−となって
（即ち、残留応力分布は上下面において略等しくなって
）、当該ウェーハの撓み変形が防がれ、この結果１反り
の無い平坦度の高い接合ウェーハが得られる。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る製造方法をその工
程順に示す説明図、第２図は本発明によって得られた接
合ウェーハの反りの実測結果を従来法によって得られた
接合ウェーハのそれとの対比において示したグラフであ
る。

先ず１本発明に係る接合ウェーハの製造方法を第１図（
ａ）〜（ｅ）に基づいて説明するに。

第１図（ａ）に示すように素子形成面となるべき単結晶
の片面鏡面Ｓｉウェーハ（以下、ボンドウェーハと称す
）ｌを酸化処理してその鏡面の全表面に厚さ約１ｇｍの
５ｉｆｔ酸化Ｍ３を形成し、このボンドウェーハｌの他
に、ベース材となるべき同じく単結晶の片面鏡面Ｓｉウ
ェーハ（以下、ベースウェーハと称す）を用意する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、ベースウェーハ２の
上にボンドウェーハｌを重ね合わせ、これらウェーハ１
，２をＮ２雰囲気中で約５００℃に加熱して両者を＃着
する。そして、接合一体化されたウェーハ１，２を酸化
性雰囲気中て約１１００°Ｃの温度て約１２０分間たけ
熱酸化処理することによって、第１図（Ｃ）に示すよう
に両ウェーハ１．２の全表面に厚さ約５００ｎｍのＳｉ
ｎ、酸化膜４を形成する。

次に、上記接合一体化されたウェーハ１，２は冷却され
て第１図（ｄ）に示すようにその上層のボンドウェーハ
ｌの表面か所定の研磨代（例えば、３トｍ）を残して所
定の厚さ１＋　　（例えば、６ｐｍ）になるまでプレ研
磨（１次研磨）されるか、前述のようにＳｉ単結晶から
成るウェーハ１．２の熱収縮率（熱膨張率）の方がＳｉ
ｎ、酸化膜３．４のそれよりも大きいため、ウェーハ１
．２を冷却した時点でこれらウェーハ１，２内には残留
応力か蓄積される。

然るに、本実施例では、上記プレ研磨が終了した時点で
ベースウェーハ２の上下面は略凹−厚さ（約ＩＢｍ）の
酸化膜３，４によって被われるため、該ベースウェー１
１２の上下面における残留応力分布か略等しくなり、上
下面の熱収縮量か略凹−となって当該ベースウェーハ２
の撓み変形か防かれる。

ところて、前述のようにプレ研磨された厚さｔｌのボン
ドウェーハｌ（第１図（ｄ）参照）は、２次研磨によっ
て厚さｔｚ　　（例えば、３ｐ−ｍ）まて研磨されて薄
膜化され、これによって第１図（ｅ）に示すような接合
ウェーハ５か得られる。

而して５以上の工程を経て得られる接合ウェーハ５にあ
っては、その厚さの大部分を占めるベースウェーハ２の
撓み変形か前述のように防がれるため、該接合ウェーハ
５は反りの無い平坦度の高いものとなり１次工程以降に
おける当該接合ウェーハ５の真空吸着か確実に行なわれ
る等の効果か得られる。

ここて、本発明方法によって得られた５０枚の接合ウェ
ーハに対して行なった反りの実測結果を第２図に実線の
折れ線にて示す、尚、第２図中、横軸は接合ウェーハＮ
ｏ、　（Ｎｏ、　ｌ〜Ｎｏ、　５０）、縦軸はプレ研磨
前後の反りの変化量をそれぞれ示している。又、従来法
によって得られた５０枚の接合つニームに対して行なっ
た反りの実測結果（同しくプレ研磨前後の反りの変化量
の実測結果）を破線の折れ線にて示す。

第２図に示す結果によれば、従来法によって得られた接
合ウェーハの反りの変化量の平均値Ｒ゛かｆＬ”　＝８
７ｇｍであるのに対し、本発明方法によって得られた接
合ウェーハの反りの変化量のモ均値ＲはＲ＝−３ｕＬｍ
となって殆んど無視し得る程小さく、このことによって
本発明方法の効果か実証されている。

尚、以上の実施例ては、全面に亘って酸化膜か形成され
たホントウェーハをベースウェーハに重ね合わせるよう
にしたが、一方の面に酸化膜を形成して成るボンドウェ
ーハを酸化膜か中間層になるようにしてベースウェーハ
に重ね合わせ、或いは酸化膜を全面又は片面に形成して
成るベースウェーハに、酸化膜を形成していないボンド
ウェーハを重ねるようにしても、前記と同様の効果か得
られることは勿論である。

ところて、ベースウェーハの両面を熱酸化処理し、鏡面
側か対峙するようにしてこれにボンドウェーハを接合し
、更に熱処理等てこの接合を強化した後、ホントウェー
ハを薄膜化すれば、薄膜化の途中において接合ウェーハ
に反りの発生は殆んと見られない。尚、これに関しての
実験の詳細は省略するか、実測される反りは第２図に示
ず結果と路間−てあって、略零に近い値となる。

（発明の効果） 以上の説明て明らかな如く、本発明によれば、上層のウ
ェーハ（ホントウェーハ）を研磨してこれを薄膜化した
時点て他方のウェーハ（ベースウェーハ）の上下面は酸
化膜によって被われるため、該ウェーハの上下面におけ
る熱収縮量は路間−となって（即ち、残留応力分布は上
下面において略等しくなって）、当該ウェーハの撓み変
形か防かれ、この結果、ボンドウェーハか薄膜化された
状態て反りの無い平坦度の高い接合ウェーハか得られる
という効果か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る製造方法をその工
程順に示す説明図、第２図は本発明によって得られた接
合ウェーハの反りの実測結果を従来法によって得られた
接合ウェーハのそれとの対比において示したグラフ、第
３図＜ａ）〜（ｄ）は従来の製造方法をその工程順に示
す説明図である。 ■・・・ボンドウェーハ（上層のウェーハ）、２・・・
ベースウェーハ、３．４−・・酸化膜、５・・・接合ウ
ェーハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の鏡面ウェーハの何れか一方の少なくとも鏡
   面である一方の表面に酸化膜を形成し、該ウェーハを前
   記酸化膜が中間層になるようにして他方のウェーハの鏡
   面表面に重ね合わせ、両ウェーハを所定温度に加熱して
   両者を接着した後、これらウェーハを熱酸化処理してそ
   の全表面に酸化膜を形成し、一方のウェーハの表面を研
   磨してこれを薄膜化することによって接合ウェーハを得
   るようにしたことを特徴とする接合ウェーハの製造方法
   。
2. （２）２枚の鏡面ウェーハの何れか一方の両面に酸化膜
   を形成し、これら両鏡面ウェーハを互いに鏡面表面が対
   峙するよう重ね合わせ、両鏡面ウェーハを所定温度に加
   熱して両者を接着した後、酸化膜を形成しなかった方の
   鏡面ウェーハを接合部の背面から薄膜化することによっ
   て接合ウェーハを得るようにしたことを特徴とする接合
   ウェーハの製造方法。