JPH03283608A - 半導体基板 - 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〕 半導体基板に関し、 ランプアニール装置でアニール処理を行う場合に、基板
の各部分の温度を正確且つ広範囲に測定することができ
るとともに、この測定された温度に基づいて各ランプの
照射量を制御することにより、基板表面の正確な温度制
御が可能な半導体基板を提供することを目的とし、 劈開方向を一致させずに第１の半導体ウェハと第２の半
導体ウェハを張り合わせるとともに、前記第１の半導体
ウェハと前記第２の半導体ウェハの双方の劈開方向と一
致しない向きの熱電対挿入孔を、前記第１の半導体ウェ
ハと前記第２の半導体ウェハの張り合わせ面に沿って形
成したことを含み、または、前記第１及び第２の半導体
ウェハが互いに異なる結晶面方位を有することを含み構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体基板に関し、更に詳しく言えば、熱電対
を基板内に挿入して基板の温度測定を行うようにした半
導体基板に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程において、半導体基板は、アニー
ル処理や膜形成等の際に加熱状態におかれることがある
。

例えば、半導体基板はアニール処理を行うことで、イオ
ン打込み層やポリシリコン膜の結晶性を改善したり、Ｐ
Ｎ接合の逆方向リークの減少や、シート抵抗の低減等特
性の改善を図るようにしている。

このようなアニール処理や、膜形成等の際には、光源を
利用したランプ加熱装置を使用することがあり、ランプ
加熱装置は、光源から基板表面に赤外線を輻射して、赤
外線の輻射熱によって基板表面を一定の温度に保ちなが
ら加熱処理を行うようになっている。

第７図はランプ加熱装置の概略図である。

この装置を用いて半導体基板１４をアニールする場合に
は、半導体基板１４をランプ加熱装置のチャンバ１０内
に入れ、チャンバ１０内を減圧し、チャンバ１０上部に
設置された複数の光源１２．１２・・・から赤外線を基
板１４に向けて一定時間照射することが行われる。

ところで、加熱処理中は、基板１４の温度を正確に制御
することが必要なため、第８図に示すように半導体基板
１４の下面に、熱電対１１をセラミック系のボンド１３
等で固定し、この熱電対１１を用いて測定された温度に
基づいて光源１２．１２・・・の照射量を制御し、基板
１４を設定温度に保つようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第８図の半導体基板１４では、熱電対を
基板１４の下面に固定しているので、基板１４の温度は
常に同一箇所でしか測定できないことになる。

このため、第７図のように複数の光源１２．１２・・・
を有するアニール装置においては、基板１４の各位置の
温度に応じた各光源１２．１２・・・の照射量の制御が
できず、基板１４の温度分布が不均一となる欠点がある
。従って、基板１４に形成される半導体素子の特性にば
らつきが生じ、歩留り低下の一因となっている。

また、熱電対を半導体基板１４に固定するボンドの熱伝
導率が、基板１４の伝導率と異なるため、基板１４の真
の温度を測定することができないという問題がある。

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、
加熱処理を行う場合に、基板の各部分の温度を正確且つ
広範囲に測定することができる半導体基板を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、第２図に例示するように、劈開方向を一致
させずに第１の半導体ウェハと第２の半導体ウェハを張
り合わせるとともに、前記第１の半導体ウェハと前記第
２の半導体ウェハの双方の劈開方向と一致しない向きの
熱電対挿入孔を、前記第１の半導体ウェハと前記第２の
半導体ウェハの張り合わせ面に沿って形成したことを特
徴とする半導体基板、 または、前記第１及び第２の半導体ウェハが互いに異な
る結晶面方位を有することを特徴とする半導体基板によ
り解決される。

〔作用〕

第１の発明の半導体基板によれば、第１の半導体ウェハ
及び第２の半導体ウェハの対向面に、それぞれのウェハ
の劈開方向を通らない径方向の熱電対挿入孔を形成する
ようにしているので、熱電対挿入孔の形成によって基板
が薄くなった領域における基板の破損が防止される。

また、第１及び第２の半導体ウェハを張り合わせて１枚
の半導体基板としたときに、その張り合わせ面に熱電対
挿入孔を形成している。このため、半導体基板の加熱処
理時に、熱電対挿入孔に熱雷対を挿入して、この孔に沿
って熱電対を移動しながら基板の温度を測定すれば、基
板の温度分布を広い範囲にわたって測定することができ
る。

さらに、半導体基板内部に熱電対を挿入することにより
、基板の外部に熱電対が露出せず、放熱による測定誤差
をなくすことができる。これにより、加熱処理時に半導
体基板の正確な温度測定が可能となる。

第２の発明の半導体基板によれば、第１の半導体ウェハ
及び第２の半導体ウェハは互いに異なる結晶面方位を有
するように対向させているので、張り合わせ後の基板の
強度が向上している。

【実施例〕

以下添付図面に従って、本発明に係る半導体基板の実施
例について説明する。

第１図は本実施例に係る５１半導体基板１５の断面図、
第２図は熱電対挿入孔とウェハの劈開方向との関係を示
した説明図、第３図はＳｉ半導体基板１５に熱電対が挿
入された状態を示した平面図、第４図は第３図のＡ−Ａ
線に沿った断面図、第５図は他の実施例に係るＳｉ半導
体基板の断面図である。

第１図において、半導体基板１５は直径６インチ、厚さ
６００μｍの大きさを有し、結晶面方位（１１１）であ
る第１の半導体ウェハ１６と、結晶面方位（１００）の
第２の半導体ウェハ１８とを劈開方向を一致させずに熱
処理によって張り合わせたものである。

ここで、結晶面方位（Ｉｌｌ）の半導体ウェハ１６の劈
開方向は第２図の一点鎖線で示すように、互いに６０°
の角をなす３方向であり、何れの方向もオリエンテーシ
ョンフラットと平行あるいは直角にならない、また、結
晶面方位（１００）の半導体ウェハ１８の劈開方向は第
２図の二点鎖線のようにオリエンテーションフラットに
対して平行方向（＜１１０＞方向）及び直角方向となっ
ている。

このように、基板１５は２枚のウェハ１６．１８の結晶
面方位及び劈開方向が相互に異なるように張り合わされ
て形成されており、破壊強度が向上している。

第１及び第２の半導体ウェハ１６．１８の表面には後述
する方法で溝１６Ａ、１８Ａが、それぞれ半導体ウェハ
１６．１８の劈開方向から例えば５°以上ずらして直径
方向に直線状に形成されるとともに、半導体ウェハ１６
．１８同士をオリエンテーションフラットを基準に張り
合わせた状態で、溝１６Ａ、１８Ａ同士が対向するよう
に形成されており、満１６Ａ、１８Ａを合わせることに
より直線状の熱電対挿入孔２０が直径方向に形成されて
いる。

即ち、溝１６Ａ、１８Ａの方向は、第２図に示すように
半導体ウェハ１６．１８の劈開方向を通らないとともに
、ウェハ１６．１８同士が張り合わされて１枚の半導体
基板１５となったときに満１６ＡＳ　１８Ａが対向する
方向に形成されることが条件となる。溝１６Ａ、１８Ａ
は、半導体ウェハ１６．１８の劈開方向を避けて形成さ
れているために、半導体ウェハ１６．１８の一部が薄く
なっても割れることはない。

また、熱電対挿入孔２０には、第３図及び第４図に示す
ように基板加熱処理時に、熱電対２２が挿入され、処理
中に熱電対２２を図示しないマジックハンド等の移動手
段で孔２０中を移動させながら、熱電対挿入孔２０に沿
って各部分の温度を測定する。

さらに、熱電対２２は図示しない制御装置に接続されて
おり、測定された基板１５の温度を逐次出力し、基板１
５の各位置の温度を制御装置に取りこんでいるので、従
来の一箇所で基板１５の温度を測定する場合と比較して
アニール処理時に基板１５の面内の温度分布を広い範囲
にわたって測定することができる。

このため、アニール処理を行う場合に、検出された各位
置の温度に基づいて、上記第７図に示したランプアニー
ル装置の各光源の照射量を個々に細かく制御することが
可能となり、照射量を最適に保つことができる。これに
より、アニール処理時における基板１５の温度のばらつ
きが防止され、半導体素子の特性を均一に保つことがで
き、歩留りの向上に寄与する。

また、従来必要だった熱電対を固定するためのボンドが
不要となるので、赤外線加熱の場合でも熱伝導率の差や
放熱の影響を受けることなく正確な温度測定が可能とな
る。

尚、本実施例では張り合わせを行う半導体装置ハ１６．
１８の両方に溝１６Ａ、１８Ａを形成するようにしたが
、第５図に示すように、一方の半導体ウェハ２３のみに
所定の深さを有する溝２３Ａを形成して、溝が形成され
ていない半導体ウェハ２５と張り合わせて１枚の基板２
７とするようにしてもよい、その溝２３Ａは、２つの半
導体２３．２５の双方の襞間と一致しない径方向に形成
されている。

また、熱雷対挿入孔２０の内面に０．１μｍ以上のＳｉ
０ｇ膜を形成しておけば、この中に熱電対の素線を通す
場合に、基板１５との絶縁を図るとかでき、アニール処
理時の温度測定の精度を向上させることができる。

次に、上記した実施例の半導体基板１５を製造する工程
について説明する。

第６図は本実施例に係る基板１５を製造する場合の工程
図であり、先ず、第６図（ａ）に示すように、上記第１
の半導体ウェハ１６を１１．００℃で１時間スチーム酸
化し、表面に膜厚１μｍ程度の酸化膜２４を形成する。

そして、第１の半導体ウェハ１６の全体にフォトレジス
トＲを塗布して、第１及び第２の半導体ウェハ１Ｇ、１
８の劈開方向から少なくとも５＠以上ずらした直径方向
に３００μｍの幅で溝１６Ａに対応する窓を形成して露
光、現像を行った後、半導体ウェハ１６を弗酸含有溶液
に浸漬し、第６図（ロ）に示すように窓から露出した酸
化８２４を除去する。

この後に、酸化膜２４上のフォトレジストＲを除去する
。

次いで、第６図（Ｃ）に示すように、残った酸化膜２４
をマスクとして、半導体ウェハ１６を四弗化炭素と酸素
との混合ガスを用いてプラズマエツチングして、１５０
ａｍ程度の深さの溝１６Ａを形成する。この溝１６Ａの
方向は上記したように、劈開方向から少なくとも５°以
上ずらした直径方向となる。

この後に、弗酸等を用いて、第６図（ｄ）に示すように
酸化１１！２４を除去する。

また、第２の半導体ウェハ１８についても同様な手順に
よって溝１８Ａを形成する。この満１８Ａは、第１及び
第２の半導体ウェハ１６．１８のオリエンテーションフ
ラットを一致させた場合にそれぞれの１１６Ａ、１８Ａ
同士が一致するような領域に形成される。

次に、上記のように溝１６Ａ及び溝１８Ａが形成された
第１及び第２の半導体ウェハ１６．１８間士を、オリエ
ンチーシランフラットを基準にして張り合わせて１１０
０°Ｃ程度に加熱することにより一体化すれば、第６図
（ｅｌに示すように各半導体ウェハ１６．１８に形成さ
れた満１６Ａ、１８Ａ同士が対向して、その直径方向に
１木の熱電対挿入孔２０が形成される。

そして、張り合わせにより形成された半導体基板１の両
面をラッピングして６５０１Ｉｍ程度まで厚さを減じた
後、表面が鏡面となるように研磨して、通常の半導体基
板と同様な形状に加工する。

尚、本実施例ではＳｉ半導体基板について説明したが、
ウェハ状であれば、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板にも
適用することが可能である。また、本実施例ではウェハ
１６．１８を熱処理によって張り合わせたが、ウェハ１
６．１８間に電圧をかけて張り合わせることも可能であ
る。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、基板内に形成され
た熱電対挿入孔に沿って熱電対を移動させて基板の温度
を測定するようにしている。このため、基板の温度を広
い範囲にわたって正＆育に測定することができる。

また、ランプアニール処理を行う場合に、測定された基
板の各位置の温度データに基づいて個々の光源の照射蓋
を制御することができ、基板の温度を均一に保つことが
可能となる。

更に、基板表面の溝を基板の劈開方向からずらして形成
するとともに、張り合わされる第１及び第２の半導体ウ
ェハが互いに異なる結晶面方位を有するようにしている
ので、基板の強度が低下するごともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係るＳｉ半導体基板の断面図、第２
図は熱電対挿入孔とウェハの劈開方向との関係を示した
説明図、 第３図はＳＩ半導体基板に熱電対が挿入された状態を示
した平面図、 第４図は第３図のＡ−Ａ線に沿った断面図、第５図は他
の実施例に係るＳｉ半導体基板の断面図、 第６図は本実施例に係る半導体基板を製造する場合の工
程図、 第７図はランプアニール装置の概念図、第８図は従来の
アニール処理における熱電対と半導体基板との関係を示
した説明図である。 １５・・・半導体基板、 １６・・・第１の半導体ウェハ、 １８・・・第２の半導体ウェハ、 ２０・・・熱電対挿入孔、 １６Ａ、１８Ａ・・・溝、 ２０・・・熱電対挿入孔、 ２２・・・熱電対。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）劈開方向を一致させずに第１の半導体ウェハと第
   ２の半導体ウェハを張り合わせるとともに、前記第１の
   半導体ウェハと前記第２の半導体ウェハの双方の劈開方
   向と一致しない向きの熱電対挿入孔を、前記第１の半導
   体ウェハと前記第２の半導体ウェハの張り合わせ面に沿
   って形成したことを特徴とする半導体基板。
2. （２）前記第１及び第２のウェハが互いに異なる結晶面
   方位を有することを特徴とする請求項（１）記載の半導
   体基板。