JPH04266011A - 半導体基板の形成方法及びその実施装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の形成技術
に関し、特に、少なくとも２枚の半導体基板を張り合せ
る技術に適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特願昭６０−２１０１２５号に、単結晶
珪素で形成される２枚の半導体ウエーハ（半導体基板）
を相互に張り合せる半導体ウエーハ張り合せ技術が開示
されている。半導体ウエーハの表面にエピタキシャル成
長層を厚い膜厚で形成する場合、製造プロセス時間が増
大し、半導体装置の製品コストが高くなるので、この代
替技術として半導体ウエーハの張り合せ技術が使用され
る。また、この半導体ウエーハの張り合せ技術は、絶縁
性基板の表面上に、若しくは半導体ウエーハの表面上に
絶縁層を介在させて半導体素子が配置される半導体活性
層を形成するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕ
ｌａｔｏｒ）技術への実用化に向けて有望視されている
。

【０００３】半導体ウエーハの張り合せは以下のとおり
行われる。

【０００４】まず、２枚の半導体ウエーハの接合面とな
る双方の表面に鏡面研磨処理を行い、２枚の半導体ウエ
ーハの双方の表面を露出する。

【０００５】次に、前記鏡面研磨処理は通常大気中で行
われ、半導体ウエーハの露出された表面に自然酸化珪素
膜が形成されるので、脱脂処理、洗浄処理の夫々を順次
行い、半導体ウエーハの表面の自然酸化珪素膜を除去す
る。この後、水洗処理を行い、そしてスピナー乾燥処理
を行い、半導体ウエーハの表面を乾燥する。

【０００６】次に、異物が介在しない清浄な場所例えば
クリーンルームにおいて、双方の表面（接合面）を向い
合せて２枚の半導体ウエーハを接触させる。この後、こ
の２枚の重ね合せた半導体ウエーハを電気炉内に搬送し
、約１０００［℃］以上の高温度加熱により、２枚の半
導体ウエーハは双方の向い合う表面間が接合されて張り
付けられる。

【０００７】しかしながら、前述の半導体ウエーハの張
り付け技術は、半導体ウエーハの接合面となる表面の自
然酸化珪素膜を化学的に除去して乾燥した後、電気炉内
に搬送するまでの間において、半導体ウエーハの表面が
大気中に触れるため、半導体ウエーハの表面に再度自然
酸化珪素膜が形成される。接合面となる表面に再度形成
された自然酸化珪素膜が存在する状態において、２枚の
半導体ウエーハを張り付けた場合、２枚の半導体ウエー
ハの接合面若しくはその近傍に酸素が多量に混入される
。この酸素の混入は、半導体ウエーハの接合面若しくは
その近傍において、結晶欠陥の発生量の増大、電流−電
圧特性の劣化、又は接合面の接合強度の低下を招く。

【０００８】この種の課題を解決する技術として、電気
炉内に水素ガスを供給し、半導体ウエーハの接合面とな
る表面に形成された自然酸化珪素膜を水素還元処理で除
去した後、２枚の半導体ウエーハを張り付ける技術が採
用されている。この水素還元処理を含む半導体ウエーハ
の張り付けは、約１０００［℃］の高温度雰囲気中にお
いて約２時間の熱処理が必要とされる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前述の半導体ウエーハの張り付け技術において、
下記の問題点を見出した。

【００１０】前述の半導体ウエーハの張り付けは、自然
酸化珪素膜を除去する目的で、電気炉内に水素ガスを流
した状態で行われるので、２枚の半導体ウエーハの接着
性が劣化し、約２時間の長時間の熱処理となる。このた
め、半導体ウエーハの張り付け時間が長くなり、結果的
にこの半導体ウエーハを使用する半導体装置の製造プロ
セス時間が長くなる。

【００１１】この半導体ウエーハの張り付け時間の増大
若しくは半導体装置の製造プロセス時間の増大は、半導
体ウエーハの製品コスト若しくは半導体装置の製品コス
トを増大する。

【００１２】また、前記半導体ウエーハの張り付けは、
約１０００［℃］の高温度雰囲気中において約２時間の
長時間を要するので、半導体ウエーハの接合面の近傍の
不純物濃度プロファイルがブロードになり、この半導体
ウエーハの接合面の近傍の不純物濃度プロファイルの制
御精度が低下する。

【００１３】本発明の目的は、半導体基板の張り付け技
術において、半導体基板間の接合面若しくはその近傍に
酸素が混入されることを低減するとともに、半導体基板
間の張り付けを短時間で行うことが可能な技術を提供す
ることにある。

【００１４】本発明の他の目的は、半導体基板の張り付
け技術において、半導体基板間の接合面若しくはその近
傍の結晶欠陥の発生量の低減、電気的特性の向上、接合
強度の向上のいずれかを図るとともに、半導体基板の製
品コストの低減、不純物濃度プロファイルの制御精度の
向上のいずれかを図ることが可能な技術を提供すること
にある。

【００１５】本発明の他の目的は、半導体基板の張り付
け技術において、半導体基板の形成工程数を削減するこ
とが可能な技術を提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、前記目的を達成する
半導体製造装置を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、前記目的を達成する
、半導体製造装置で使用される半導体製造器具を提供す
ることにある。

【００１８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記のとおりである。

【００２０】（１）少なくとも２枚の半導体基板を張り
合せる半導体基板の形成方法において、少なくとも２枚
の半導体基板を双方の表面同士を向い合せて重ね合せる
工程と、外部環境から遮蔽された処理系内で、前記２枚
の半導体基板の一方の半導体基板から他方の半導体基板
に向って負の温度勾配を形成し、２枚の半導体基板の双
方の表面の一部分に比べて表面の他部分の間の隙間を大
きく形成した状態で、２枚の半導体基板の双方の向い合
う表面の酸化膜を還元処理により除去する工程と、この
後、前記２枚の半導体基板の双方の向い合う表面間に形
成された隙間にハロゲン化物を含む混合ガスを供給し、
２枚の半導体基板の双方の向い合う表面同士を一部分か
ら他部分に向って順次張り合せる工程とを備える。

【００２１】（２）前記手段（１）の２枚の半導体基板
の双方の向い合う表面間の隙間にハロゲン化物を含む混
合ガスを供給する際に、前記混合ガスにエピタキシャル
ソースガスを混合し、２枚の半導体基板のいずれかの向
い合う表面と対向する表面に、前記エピタキシャルソー
スガスを供給し反応させて、エピタキシャル成長層を形
成する。

【００２２】（３）半導体基板を張り付ける半導体製造
装置において、ガス導入口及びガス排気口を有する石英
管と、この石英管の周囲に配置された高周波誘導コイル
と、この高周波誘導コイルを制御する高周波発振回路と
、前記ガス導入口に連結された、ハロゲン化物を含む混
合ガスを供給するガス供給系と、前記石英管内に装着さ
れ、誘電加熱方式若しくは誘導加熱方式によって加熱さ
れる基板搭載用サセプタとを備える。

【００２３】（４）前記手段（３）の基板搭載用サセプ
タは、重ね合せた２枚の相似形状の半導体基板のうちの
下側の厚さに比べて深く、かつ２枚の半導体基板の合計
の厚さに比べて浅く形成されるとともに、２枚の半導体
基板と同一外形々状、又は２枚の半導体基板の双方の向
い合う表面間の結晶格子のずれ量若しくは面方位のずれ
量が許容できる範囲内で大きい外形々状を有する凹部を
有し、この凹部内に、前記重ね合せた２枚の半導体基板
が搭載される。

【００２４】

【作用】上述した手段（１）によれば、２枚の半導体基
板に温度勾配を与えて重ね合せた２枚の半導体基板の双
方の向い合う表面（接合面）間に隙間を形成し、この隙
間から露出する２枚の半導体基板の双方の表面に形成さ
れる自然酸化膜を還元処理でほぼ全域に渡って除去した
後、この隙間に供給されるハロゲン化物を移動媒体とし
て、高温度側の一方の半導体基板の表面から低温度側の
他方の半導体基板の表面に半導体原子を移動し、２枚の
半導体基板の双方の向い合う表面の一部分から接合が開
始され、半導体基板の自重、温度の低下等に基づき、前
記隙間からハロゲン化物を追い出しながら、表面の他部
分まで接合が順次行われるので、２枚の半導体基板の接
合面若しくはその近傍の酸素原子を実質的に排除できる
とともに、２枚の半導体基板の接合面の酸化膜を短時間
で除去でき、かつハロゲン化物で半導体原子を積極的に
移動させ、２枚の半導体基板の接合速度を促進し、張り
付け時間を短縮できる。

【００２５】この結果、２枚の半導体基板を張り合せて
形成した半導体基板において、酸素原子の排除に基づき
、下記の効果がある。（１）接合面若しくはその近傍の
結晶欠陥の発生量を低減できる。（２）接合面若しくは
その近傍の電流−電圧特性等の電気的特性を向上できる
。（３）接合面の接合強度を向上できる。また、前記半
導体基板において、張り付け時間の短縮に基づき、下記
の効果がある。（１）半導体基板の製作時間を短縮でき
、又半導体装置の製造プロセス時間を短縮できる。 （２）半導体基板若しくは半導体装置の製造コストを低
減できる。（３）２枚の半導体基板の接合時の熱処理時
間を短縮できるので、接合面若しくはその近傍の不純物
濃度プロファイルの制御精度を向上できる。

【００２６】上述した手段（２）によれば、前記２枚の
半導体基板を張り付ける工程を利用し、いずれかの半導
体基板の表面（例えば素子形成面）にエピタキシャル成
長層を形成できるので、このエピタキシャル成長層を形
成する工程に相当する分、半導体基板の形成工程数を低
減できる。また、エピタキシャル成長層を形成する時間
を短縮できる。

【００２７】上述した手段（３）によれば、前記基板搭
載用サセプタ上に２枚の半導体基板を順次積み重ねると
、２枚の半導体基板のうちの下側は基板搭載用サセプタ
の誘電加熱若しくは誘導加熱に基づき上側に比べて高温
度に加熱されるので、２枚の半導体基板に温度勾配を形
成できるとともに、２枚の半導体基板の間の隙間に還元
ガス（水素ガス）が侵入する。

【００２８】上述した手段（４）によれば、２枚の半導
体基板の張り付けに際し、基板搭載用サセプタの凹部の
深さ、形状の夫々を２枚の半導体基板の双方の向い合う
表面の結晶格子のずれ量若しくは面方位のずれ量を許容
できる範囲に設定できるとともに、２枚の半導体基板の
双方の向い合う表面間の隙間に混合ガスを供給するガス
供給経路を形成できる。

【００２９】以下、本発明の構成について、単結晶珪素
で形成される半導体ウエーハの張り付け技術に本発明を
適用した一実施例とともに説明する。

【００３０】なお、一実施例を説明するための全図にお
いて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。

【００３１】

【実施例】本発明の一実施例である、半導体ウエーハの
張り付けに使用する半導体製造装置を図１（概略構成図
）で示す。

【００３２】半導体ウエーハの張り付けに使用する半導
体製造装置は、図１に示すように、基本的にはエピタキ
シャル成長装置をベースに構成され、石英管１の内部に
基板搭載用サセプタ（ウエーハ搭載用治具）５を装着で
きる。

【００３３】前記半導体製造装置の石英管１は半導体ウ
エーハの表面に形成される自然酸化珪素膜の除去の際の
水素還元処理、半導体ウエーハの張り付けを行う接合処
理、エピタキシャル成長処理のいずれかを行う処理系（
反応炉）として使用される。石英管１は基本的には外部
環境から遮蔽された状態において前記処理を行える。 石英管１は、石英ガラスで形成された円筒中空体で構成
され、一端側にガス導入口、他端側にガス排気口８が構
成される。

【００３４】石英管１の外周には高周波誘導コイル３が
配置される。この高周波誘導コイル３は高周波発振器２
に連結され制御される。

【００３５】石英管１のガス導入口にはガス供給系が連
結される。ガス供給系は置換ガス供給源１１、キャリア
ガス供給源１２、混合ガス供給源１３、１５、ドーピン
グガス供給源１４、流量計９、バルブ７及びこれらを相
互に連結する供給パイプ６を主体に構成される。

【００３６】前記置換ガス供給源１１は置換ガスとして
の例えばＮ２　ガスを供給する。キャリアガス供給源１
２はキャリアガスとしての若しくは還元ガスとしてのＨ
２　ガスを供給する。混合ガス供給源１３は、少なくと
もハロゲン化物を含み、又還元ガスとしても使用するガ
スとして、例えばＨＣｌガスを供給する。

【００３７】前記混合ガス供給源１５は、ハロゲン化物
を含み、又エピタキシャルソースガスとしても使用する
ガスとして、ＳｉＣｌ４　ガスを供給する。また、混合
ガス供給源１５はＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを供給してもよい
。ドーピングガス供給源１４は、前記エピタキシャルソ
ースガスを石英管１内で反応させ成長させたエピタキシ
ャル成長層に導入される不純物を生成するガスとして、
例えばｎ型不純物を生成する場合ＰＨ３　を供給し、ｐ
型不純物を生成する場合Ｂ２Ｈ６を供給する。

【００３８】前記石英管１内に装着される基板搭載用サ
セプタ５は、双方の表面（接合面）を向い合せた（重ね
合せた）状態において、２枚の半導体ウエーハ４１及び
４２を搭載する。基板搭載用サセプタ５は、石英管１の
周囲に配置される高周波誘導コイル３で発生される高周
波電界中において、誘電体（絶縁体）の誘電損により加
熱される、所謂誘電加熱方式で加熱される。この基板搭
載用サセプタ５は例えばＳｉＣコートグラファイトで構
成される。また、基板搭載用サセプタ５は、交番磁界中
やヒステリシス損により加熱される、所謂誘導加熱方式
で加熱してもよい。

【００３９】前記基板搭載用サセプタ５の表面には、図
２（要部拡大断面図）及び図３（要部拡大平面図）に示
すように、重ね合せた２枚の半導体ウエーハ４１及び４
２を搭載する搭載用凹部５１が構成される。半導体ウエ
ーハ４１、４２の双方は、いずれも実質的に同一平面形
状（同一サイズ）で形成され、外周の一部に面方位指定
物としてのオリエンテーションフラットが設けられた平
面円板形状で構成される。搭載用凹部５１の内壁は、半
導体ウエーハ４１及び４２の外形々状と実質的に同一の
平面形状か、又は半導体ウエーハ４１、４２の双方の向
い合う表面（接合面）での結晶格子のずれ量若しくは面
方位のずれ量が許容できる範囲内において大きいサイズ
の相似形状で構成される。つまり、搭載用凹部５１は半
導体ウエーハ４１及び４２をフィット状態で搭載できる
。図２及び図３に示すように、例えば、半導体ウエーハ
４１、４２の双方の外径サイズが５［ｉｎｃｈ］の場合
、基板搭載用サセプタ５の搭載用凹部５１の内壁と半導
体ウエーハ４１及び４２との間の２分の１の隙間Ｗは０
．２〜０．３［ｍｍ］以下に設定される。

【００４０】また、前記搭載用凹部５１の搭載面からの
深さＤは、図２に示すように、搭載用凹部５１の底面に
接触する下側の半導体ウエーハ４１の厚さに比べて深く
、下側の半導体ウエーハ４１及び上側の半導体ウエーハ
４２の合計の厚さに比べて浅いサイズに設定される。 つまり、搭載用凹部５１は、基板搭載用サセプタ５と半
導体ウエーハ４１及び４２との間に、半導体ウエーハ４
１、４２の双方の向い合う表面（接合面）に達するガス
供給経路を構成できる深さＤに設定される。

【００４１】次に、前述の半導体製造装置を使用し、２
枚の半導体ウエーハ４１及び４２を張り合せる方法につ
いて説明する。

【００４２】（第１の張り合せ方法） まず、少なくとも双方の向い合う表面（接合面）に鏡面
研磨処理が施された、単結晶珪素で形成される半導体ウ
エーハ４１及び４２を用意する。

【００４３】次に、前記半導体ウエーハ４１、４２の双
方の表面に前洗浄処理を行い、この後、ＨＦ：Ｈ２Ｏ　
＝１：１０の溶液を使用し、半導体ウエーハ４１、４２
の双方の表面の自然酸化珪素膜を化学的に除去する。そ
して、この半導体ウエーハ４１、４２の双方の表面に水
洗処理を施し、この後、スピナー乾燥処理を施して、半
導体ウエーハ４１、４２の双方の表面を乾燥する。

【００４４】次に、前記半導体ウエーハ４１、４２の双
方の表面（接合面）を向い合せ、前記図２及び図３に示
す基板搭載用サセプタ５の搭載用凹部５１内にこの半導
体ウエーハ４１及び４２を搭載する（セットする）。

【００４５】次に、前記半導体ウエーハ４１及び４２が
重ね合せられ搭載された基板搭載用サセプタ５を石英管
１内に装着し、この石英管１内は外部環境から遮蔽され
る。

【００４６】次に、図１に示す置換ガス供給源１１から
供給パイプ６を通して石英管１内にＮ２　ガスを供給し
、石英管１内の空気をＮ２　ガスに置換する。

【００４７】次に、キャリアガス供給源１２から供給パ
イプ６を通して石英管１内にＨ２　ガスを供給しながら
、高周波発振器２で駆動される高周波誘導コイル３を作
動し、誘電加熱方式により基板搭載用サセプタ５を加熱
するとともに半導体ウエーハ４１及び４２を加熱する。 前記基板搭載用サセプタ５は約１１００［℃］に加熱さ
れる。

【００４８】この基板搭載用サセプタ５を介在して加熱
される半導体ウエーハ４１及び４２のうち、下側の半導
体ウエーハ４１は、高温度に加熱された基板搭載用サセ
プタ５から直接加熱されるので、高温度に加熱される。 一方、上側の半導体ウエーハ４２は、基板搭載用サセプ
タ５から下側の半導体ウエーハ４１を介在して関接的に
加熱され、かつ接合面である表面と対向する裏面（実際
には半導体素子形成面として使用される面）はＨ２　ガ
スの供給で冷却されるので、下側の半導体ウエーハ４１
に比べて低温度に加熱される。つまり、重ね合された２
枚の半導体ウエーハ４１及び４２は、下側の半導体ウエ
ーハ４１から上側の半導体ウエーハ４２に向って順次温
度が低くなる負の温度勾配を形成できる。

【００４９】また、重ね合せられた２枚の半導体ウエー
ハ４１、４２の双方の向い合う表面間において、極くわ
ずかの隙間が形成されている。換言すれば、半導体ウエ
ーハ４１、４２の双方の向い合う表面（接合面）を石英
管１内に供給されるＨ２　ガスが侵入できる。この２枚
の半導体ウエーハ４１、４２の双方の向い合う表面に、
Ｈ２　ガスが侵入すると、水素還元作用により半導体ウ
エーハ４１、４２の双方の向い合う表面に形成される自
然酸化珪素膜をその全域に渡って実質的に除去できる。 この自然酸化珪素膜は約１０分程度の短時間において除
去できる。

【００５０】次に、約１１００［℃］の高温度に保持さ
れた状態において、図１に示す混合ガス供給源１３のハ
ロゲン化物を含むＨＣｌガス及びキャリアガス供給源１
２のＨ２　ガスの混合ガスを石英管１内に供給する。前
記ＨＣｌガスのハロゲン化物は、半導体ウエーハ４１及
び４２と基板搭載用サセプタ５の搭載用凹部５１との間
のガス供給経路を通して、半導体ウエーハ４１、４２の
双方の向い合う表面間に形成された隙間に供給されかつ
この表面に供給される。

【００５１】前記ハロゲン化物は、珪素原子の移動媒体
として作用し、高温度に加熱された下側の半導体ウエー
ハ４１の向い合う表面（接合面）から低温度に加熱され
た半導体ウエーハ４２の向い合う表面に珪素原子を積極
的に移動させる。この珪素原子の移動が行われると、半
導体ウエーハ４１、４２の双方の向い合う表面の一部分
から接合が始まり、半導体ウエーハ４２の自重、温度低
下等に基づき、半導体ウエーハ４１、４２の双方の表面
の隙間に供給されたハロゲン化物を周辺部分に追い出し
ながら、半導体ウエーハ４１、４２の双方の向い合う表
面の周辺部分まで接合が進行する。この半導体ウエーハ
４１、４２の接合は約１０分間の短時間で完了する。

【００５２】このように、少なくとも２枚の半導体ウエ
ーハ４１及び４２を張り合せる半導体ウエーハの張り合
せ技術において、少なくとも２枚の半導体ウエーハ４１
、４２の双方の表面同士を向い合せて重ね合せる工程と
、外部環境から遮蔽された処理系（石英管１）内で、前
記２枚の半導体ウエーハ４１及び４２の下側の半導体ウ
エーハ４１から上側の半導体ウエーハ４２に向って負の
温度勾配を形成し、２枚の半導体ウエーハ４１、４２の
極くわずかな隙間からＨ２　ガスが侵入し、２枚の半導
体ウエーハ４１、４２の双方の向い合う表面の自然酸化
珪素膜を水素還元処理により除去する工程と、この後、
前記２枚の半導体ウエーハ４１、４２の極くわずかな隙
間にハロゲン化物を含む混合ガスを供給し、２枚の半導
体ウエーハ４１、４２の双方の向い合う表面同士を一部
分から順次張り合せる工程とを備える。この構成により
、２枚の半導体ウエーハ４１、４２の双方の間に温度勾
配を与えて重ね合せた２枚の半導体ウエーハ４１、４２
の双方の向い合う表面（接合面）間の隙間を利用し、こ
の隙間から露出する２枚の半導体ウエーハ４１、４２の
双方の表面に形成される自然酸化珪素膜を水素還元処理
でほぼ全域に渡って除去した後、この隙間に供給される
ハロゲン化物を移動媒体として、高温度側の下側の半導
体ウエーハ４１の表面から低温度側の上側の半導体ウエ
ーハ４２の表面に珪素原子を移動し、２枚の半導体ウエ
ーハ４１、４２の双方の向い合う表面の一部分から接合
が開始され、半導体ウエーハ４２の自重、温度の低下等
に基づき、前記隙間からハロゲン化物を追い出しながら
、表面の周辺部分まで接合が順次行われるので、２枚の
半導体ウエーハ４１と４２との間の接合面若しくはその
近傍の酸素原子を実質的に排除できるとともに、２枚の
半導体ウエーハ４１と４２との間の接合面の自然酸化珪
素膜を短時間で除去でき、かつハロゲン化物で珪素原子
を積極的に移動させ、２枚の半導体ウエーハ４１と４２
との間の接合速度を促進し、張り付け時間を短縮できる
。

【００５３】この結果、２枚の半導体ウエーハ４１と４
２とを張り合せて形成した半導体ウエーハにおいて、酸
素原子の排除に基づき、下記の効果がある。（１）接合
面若しくはその近傍の結晶欠陥の発生量を低減できる。 （２）接合面若しくはその近傍の電流−電圧特性等の電
気的特性を向上できる。（３）接合面の接合強度を向上
できる。また、前記半導体ウエーハにおいて、張り付け
時間の短縮に基づき、下記の効果がある。（１）半導体
ウエーハの製作時間を短縮でき、又この半導体ウエーハ
から形成される半導体装置の製造プロセス時間を短縮で
きる。（２）半導体ウエーハ若しくは半導体装置の製造
コストを低減できる。（３）２枚の半導体ウエーハ４１
と４２との間の接合時の熱処理時間を短縮できるので、
接合面若しくはその近傍の不純物濃度プロファイルの制
御精度を向上できる。

【００５４】また、半導体ウエーハ４１と４２とを張り
付ける半導体製造装置において、ガス導入口及びガス排
気口８を有する石英管１と、この石英管１の周囲に配置
された高周波誘導コイル３と、この高周波誘導コイル３
を制御する高周波発振器２と、前記ガス導入口に連結さ
れた、ハロゲン化物を含む混合ガスを供給するガス供給
系と、前記石英管１内に装着され、誘電加熱方式若しく
は誘導加熱方式によって加熱される基板搭載用サセプタ
５とを備える。この構成により、前記基板搭載用サセプ
タ５上に２枚の半導体ウエーハ４１、４２の双方を順次
積み重ねると、２枚の半導体ウエーハ４１及び４２のう
ちの下側の半導体ウエーハ４１は基板搭載用サセプタ５
の誘電加熱若しくは誘導加熱に基づき上側の半導体ウエ
ーハ４２に比べて高温度に加熱され、２枚の半導体ウエ
ーハ４１と４２との間に極くわずかな隙間が形成できて
いる。

【００５５】また、前記基板搭載用サセプタ５は、重ね
合せた２枚の相似形状の半導体ウエーハ４１及び４２の
うちの下側の半導体ウエーハ４１の厚さに比べて深く、
かつ２枚の半導体ウエーハ４１及び４２の合計の厚さに
比べて浅く形成されるとともに、２枚の半導体ウエーハ
４１及び４２と同一外形々状、又は２枚の半導体ウエー
ハ４１、４２の双方の向い合う表面間の結晶格子のずれ
量若しくは面方位のずれ量が許容できる範囲内で大きい
外形々状を有する搭載用凹部５１を有し、この搭載用凹
部５１内に、前記重ね合せた２枚の半導体ウエーハ４１
及び４２が搭載される。この構成により、２枚の半導体
ウエーハ４１と４２との張り付けに際し、基板搭載用サ
セプタ５の搭載用凹部５１の深さＤ、形状の夫々を２枚
の半導体ウエーハの双方の向い合う表面の結晶格子のず
れ量若しくは面方位のずれ量を許容できる範囲に設定で
きるとともに、２枚の半導体ウエーハ４１、４２の双方
の向い合う表面間の極くわずかな隙間に混合ガスを供給
するガス供給経路を形成できる。

【００５６】（第２の張り合せ方法） この張り合せ方法は、２枚の半導体ウエーハを張り合せ
るとともに、いずれかの半導体ウエーハの表面にエピタ
キシャル成長層を成長させる方法である。

【００５７】まず、単結晶珪素で形成されるｐ＋　型半
導体ウエーハ４１、同様に単結晶珪素で形成されるｎ−
　型半導体ウエーハ４２の双方を重ね合せる（図４参照
）。

【００５８】ｐ＋　型半導体ウエーハ４１は、例えば　
０．０２［Ωｃｍ］の抵抗率を有する高不純物濃度で形
成され、ｎ−　型半導体ウエーハ４２に接合される側の
表面が（１００）結晶面に設定される。このｐ＋　型半
導体ウエーハ４１の接合側の表面上にはｎ＋　型エピタ
キシャル成長層４１Ｅが予じめ形成される。このｎ＋　
型エピタキシャル成長層４１Ｅは、例えば　０．０２［
Ωｃｍ］の抵抗率を有する高不純物濃度で形成され、約
２０［μｍ］の膜厚で形成される。

【００５９】一方、ｎ−　型半導体ウエーハ４２は、例
えば５０［Ωｃｍ］の抵抗率を有する低不純物濃度で形
成され、ｎ＋　型エピタキシャル成長層４１Ｅに接合さ
れる側の表面が（１００）結晶面に設定され、約２５０
［μｍ］の厚さを有する。ｎ−　型半導体ウエーハ４２
は、ｎ＋　型エピタキシャル成長層４１Ｅに接合される
側の表面、それ対向する裏面（実際には半導体素子形成
面として使用される）のいずれにも鏡面研磨処理が施さ
れる。

【００６０】次に、前述の方法と同様に、ｐ＋　型半導
体ウエーハ４１のｎ＋　型エピタキシャル成長層４１Ｅ
の表面、ｎ−　型半導体ウエーハ４２の表面、その裏面
の夫々の自然酸化珪素膜を化学的に除去し後、乾燥させ
る。

【００６１】次に、ｐ＋　型半導体ウエーハ４１、ｎ−
　型半導体ウエーハ４２の双方を重ね合せ、基板搭載用
サセプタ５の搭載用凹部５１内に搭載した後、この基板
搭載用サセプタ５を石英管１内に装着し、この石英管１
内を外部環境から遮蔽する。

【００６２】次に、前述の方法と同様に、石英管１内の
空気をＮ２　ガスに置換する。この後、誘電加熱方式に
より加熱しながら、石英管１内にＨ２　ガスを供給し、
水素還元作用によりｐ＋　型半導体ウエーハ４１のｎ＋
　型エピタキシャル成長層４１Ｅの表面、ｎ−　型半導
体ウエーハ４２の表面、その裏面の夫々に形成される自
然酸化珪素膜を短時間に除去する。

【００６３】次に、約１１００［℃］の高温度に保持さ
れた状態において、図１に示す混合ガス供給源１５のハ
ロゲン化物及びエピタキシャルソースガスを含むＳｉＣ
ｌ４（又はＳｉＨＣｌ３　）ガス、キャリアガス供給源
１２のＨ２　ガス、ドーピングガス供給源１４のＰＨ３
　ガスの夫々の混合ガスを石英管１内に供給する。前記
ＳｉＣｌ４　ガスのハロゲン化物は、前述と同様に、ｐ
＋　型半導体ウエーハ４１のｎ＋型エピタキシャル成長
層４１Ｅの表面とｎ−　型半導体ウエーハ４２の表面と
を接合できる。一方、図４（半導体ウエーハの要部拡大
断面図）に示すように、同一工程において、前記ＳｉＣ
ｌ４　ガスのＳｉ及びＰＨ３　ガスのＰはｎ−　型半導
体ウエーハ４２の裏面にｎ型エピタキシャル成長層４２
Ｅを成長させる。 ｐ＋　型半導体ウエーハ４１とｎ−　型半導体ウエーハ
４２との張り付け及びｎ−　型半導体ウエーハ４２の裏
面へのｎ型エピタキシャル成長層４２Ｅの形成は約２５
分間行う。この条件下において、ｎ型エピタキシャル成
長層４２Ｅは、１０［Ωｃｍ］の抵抗率を有する中不純
物濃度で形成され、約１５［μｍ］の膜厚に形成できる
。

【００６４】このように張り付けられた半導体ウエーハ
は例えば図５（半導体装置の要部断面図）に示すように
例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉ
ｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を構成できる。Ｉ
ＧＢＴは、双方のベース−エミッタ間、コレクタ−ベー
ス間の夫々が接続されるｎｐｎ型バイポーラトランジス
タ及びｐｎｐ型バイポーラトランジスタで構成されるサ
イリスタ構造を基本構造とする。 ｎｐｎ型バイポーラトランジスタは、ソース領域又はエ
ミッタ領域であるｎ＋　型半導体領域４２Ｂ、ベース領
域であるｐ型半導体領域４２Ａ及びコレクタ領域である
ｎ−　型半導体ウエーハ４２で構成される。ｐｎｐ型バ
イポーラトランジスタは、エミッタ領域であるｐ型半導
体領域４２Ａ、ベース領域であるｎ−　型半導体ウエー
ハ４２及びｎ＋型エピタキシャル成長層４１Ｅ及びドレ
イン領域又はコレクタ領域であるｐ＋　型半導体ウエー
ハ４１で構成される。このｐ＋　型半導体ウエーハ４１
は、裏面が約１５［μｍ］の厚さになるまでポリッシン
グ技術で研磨され、裏面には電極４５が構成される。ま
た、ｎ−　型半導体ウエーハ４２の接合面と対向する裏
面（素子形成面）にはゲート絶縁膜４３を介在してゲー
ト電極４４が構成される。

【００６５】このように、ｐ＋　型半導体ウエーハ４１
とｎ−　型半導体ウエーハ４２との張り合せ技術におい
て、ハロゲン化物を含む混合ガスを供給する際に、前記
混合ガスにエピタキシャルソースガスを混合し、ｐ＋　
型半導体ウエーハ４１とｎ−　型半導体ウエーハ４２と
を張り合せるとともに、ｎ−　型半導体ウエーハ４２の
裏面にエピタキシャルソースガスを供給し反応させて、
ｎ型エピタキシャル成長層４２Ｅを形成する。この構成
により、前記ｐ＋　型半導体ウエーハ４１とｎ−　型半
導体ウエーハ４２との張り合せ工程を利用し、ｎ−　型
半導体ウエーハ４２の裏面にｎ型エピタキシャル成長層
４２Ｅを形成できるので、このｎ型エピタキシャル成長
層４２Ｅを形成する工程に相当する分、半導体ウエーハ
の形成工程数を低減できる。また、ｎ型エピタキシャル
成長層４２Ｅを形成する時間を短縮できる。

【００６６】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論である
。

【００６７】例えば、本発明は、３枚以上の半導体ウエ
ーハの張り付け技術に適用できる。

【００６８】また、本発明は、単結晶珪素で形成される
半導体ウエーハに限らず、化合物半導体で形成される半
導体ウエーハ同士、若しくは化合物半導体で形成される
半導体ウエーハと単結晶珪素で形成される半導体ウエー
ハとの張り付け技術に適用できる。

【００６９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００７０】半導体基板の張り付け技術において、半導
体基板間の接合面若しくはその近傍に酸素が混入される
ことを低減できるとともに、半導体基板間の張り付けを
短時間で行える。

【００７１】半導体基板の張り付け技術において、半導
体基板間の接合面若しくはその近傍の結晶欠陥の発生量
の低減、電気的特性の向上、接合強度の向上のいずれか
を図るとともに、半導体基板の製品コストの低減、不純
物濃度プロファイルの制御精度の向上のいずれかを図れ
る。

【００７２】半導体基板の張り付け技術において、半導
体基板の形成工程数を削減できる。

【００７３】前記効果を奏する半導体製造装置を提供で
きる。

【００７４】前記効果を奏する半導体製造装置で使用さ
れる半導体製造器具を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である、半導体ウエーハの張
り付けに使用する半導体製造装置の概略構成図。

【図２】前記半導体製造装置で使用される半導体製造器
具の要部拡大断面図。

【図３】前記半導体製造器具の要部拡大平面図。

【図４】張り付けられた半導体ウエーハの要部拡大断面
図。

【図５】前記半導体ウエーハに形成された半導体素子の
要部拡大断面図。

【符号の説明】

１…石英管、２…高周波発振器、３…高周波誘導コイル
、４１、４２…半導体ウエーハ、４１Ｅ、４２Ｅ…エピ
タキシャル成長層、５…基板搭載用サセプタ、５１…搭
載用凹部、６…供給パイプ、１１〜１５…ガス供給源。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも２枚の半導体基板を張り合
   せる半導体基板の形成方法において、少なくとも２枚の
   半導体基板を双方の表面同士を向い合せて重ね合せる工
   程と、外部環境から遮蔽された処理系内で、前記２枚の
   半導体基板の一方の半導体基板から他方の半導体基板に
   向って負の温度勾配を形成し、２枚の半導体基板の双方
   の表面の一部分に比べて表面の他部分の間の隙間を大き
   く形成した状態で、２枚の半導体基板の双方の向い合う
   表面の酸化膜を還元処理により除去する工程と、この後
   、前記２枚の半導体基板の双方の向い合う表面間に形成
   された隙間にハロゲン化物を含む混合ガスを供給し、２
   枚の半導体基板の双方の向い合う表面同士を一部分から
   他部分に向って順次張り合せる工程とを備えたことを特
   徴とする半導体基板の形成方法。
2. 【請求項２】　　前記２枚の半導体基板の双方の向い合
   う表面間の隙間にハロゲン化物を含む混合ガスを供給す
   る際に、前記混合ガスにエピタキシャルソースガスを混
   合し、２枚の半導体基板のいずれかの向い合う表面と対
   向する表面に、前記エピタキシャルソースガスを供給し
   反応させて、エピタキシャル成長層を形成することを特
   徴とする請求項１に記載の半導体基板の形成方法。
3. 【請求項３】　　ガス導入口及びガス排気口を有する石
   英管と、この石英管の周囲に配置された高周波誘導コイ
   ルと、この高周波誘導コイルを制御する高周波発振回路
   と、前記ガス導入口に連結された、ハロゲン化物を含む
   混合ガスを供給するガス供給系と、前記石英管内に装着
   され、誘電加熱方式若しくは誘導加熱方式によって加熱
   される基板搭載用サセプタとを備えたことを特徴とする
   半導体製造装置。
4. 【請求項４】　　前記請求項３に記載の基板搭載用サセ
   プタは、重ね合せた２枚の相似形状の半導体基板のうち
   の下側の厚さに比べて深く、かつ２枚の半導体基板の合
   計の厚さに比べて浅く形成されるとともに、２枚の半導
   体基板と同一外形々状、又は２枚の半導体基板の双方の
   向い合う表面間の結晶格子のずれ量若しくは面方位のず
   れ量が許容できる範囲内で大きい外形々状を有する凹部
   内に、前記重ね合せた２枚の半導体基板が搭載されるこ
   とを特徴とする基板搭載用サセプタ。