JPH0479209A - Ｓｏｉ基板の製造方法 - Google Patents
Ｓｏｉ基板の製造方法Info
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- Element Separation (AREA)
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。
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〕
本発明は酸化膜形成によるウェハの接着を利用したＳＯ
Ｉ基板の製造方法に関し、 半導体装置の製造工程で受ける熱処理によっても、貼付
した単結晶層が剥離することのない強力な接着処理刃を
提供することを目的とし、本発明の特徴とするＳｉウェ
ハの接着工程は、一方のＳｉウェハのみに酸化膜を形成
し、他方のＳｉウェハは自然酸化膜を極力除去した状態
で２枚のウェハを突き合わせ、両者を加熱して接着する
処理を含んで構成される。
Ｉ基板の製造方法に関し、 半導体装置の製造工程で受ける熱処理によっても、貼付
した単結晶層が剥離することのない強力な接着処理刃を
提供することを目的とし、本発明の特徴とするＳｉウェ
ハの接着工程は、一方のＳｉウェハのみに酸化膜を形成
し、他方のＳｉウェハは自然酸化膜を極力除去した状態
で２枚のウェハを突き合わせ、両者を加熱して接着する
処理を含んで構成される。
本発明は集積回路（ＩＣ）の形成に利用されるＳＯＩ型
Ｓｉ基板の製造方法に関わり、特に酸化膜とＳｔの接着
力を利用した張り合わせ方式のＳＯＩ基板形成方法に関
わる。
Ｓｉ基板の製造方法に関わり、特に酸化膜とＳｔの接着
力を利用した張り合わせ方式のＳＯＩ基板形成方法に関
わる。
ＩＣの高集積化、素子の微細化に伴い、素子／基板間を
寄生容量が小で電気的絶縁の確実な構造で分離したいと
いう要求が強まっている。この要求に応えるべく開発さ
れたものに、支持基板上にＳｉｎ、等の絶縁膜を設け、
その上に単結晶Ｓｔ層を設けたＳＯＩ型基板がある。
寄生容量が小で電気的絶縁の確実な構造で分離したいと
いう要求が強まっている。この要求に応えるべく開発さ
れたものに、支持基板上にＳｉｎ、等の絶縁膜を設け、
その上に単結晶Ｓｔ層を設けたＳＯＩ型基板がある。
ＳＯＩ型基板にＩＣを形成すれば、素子間分離をより簡
易且つ確実なものとすることができるばかりでなく、放
射線障害を受けやすいＩＣの耐性を高めることもできる
。
易且つ確実なものとすることができるばかりでなく、放
射線障害を受けやすいＩＣの耐性を高めることもできる
。
［従来の技術］
ＳＯＩ基板の形成方法としては、絶縁基板上にＳｉなど
の単結晶をエピタキシャル成長させる方法やＳｉ基板に
０２゛イオンを注入して基板内部に酸化膜層を形成する
方法、ポリＳｉ層を堆積してこれを単結晶化する方法な
どの他に、２枚の単結晶Ｓｉウェハを接着し、一方のＳ
ｉウェハを研磨して素子形成に適した厚さとする方法が
ある。
の単結晶をエピタキシャル成長させる方法やＳｉ基板に
０２゛イオンを注入して基板内部に酸化膜層を形成する
方法、ポリＳｉ層を堆積してこれを単結晶化する方法な
どの他に、２枚の単結晶Ｓｉウェハを接着し、一方のＳ
ｉウェハを研磨して素子形成に適した厚さとする方法が
ある。
Ｓｉウェハどうじを接着する最も簡単な処理は、２枚の
Ｓｉウェハの表面を接触させた状態で加熱することであ
る。両ウェハは、その接触面に生じた酸化ｌ！！（Ｓｔ
ｏｗ）を仲介にして接着するので、酸化性雰囲気中で加
熱するか或いは表面に酸化膜が形成されたウェハを用い
るのが通常である。なお、Ｓｉどうしでも加熱により接
着する可能性はあるとされているが、確立された技術で
はなく、此処では取り上げない。
Ｓｉウェハの表面を接触させた状態で加熱することであ
る。両ウェハは、その接触面に生じた酸化ｌ！！（Ｓｔ
ｏｗ）を仲介にして接着するので、酸化性雰囲気中で加
熱するか或いは表面に酸化膜が形成されたウェハを用い
るのが通常である。なお、Ｓｉどうしでも加熱により接
着する可能性はあるとされているが、確立された技術で
はなく、此処では取り上げない。
この種の処理工程の一例が第２図に示されている。以下
、該図を参照しながら、従来技術の工程を説明する。
、該図を参照しながら、従来技術の工程を説明する。
最初の段階Ａでは、素子側ウェハ１の表面には１０〜２
０人程度の自然酸化ＷＩ２が存在する。これを熱酸化す
ることにより段階Ｂでは１０００人程度０酸化膜が形成
されている。
０人程度の自然酸化ＷＩ２が存在する。これを熱酸化す
ることにより段階Ｂでは１０００人程度０酸化膜が形成
されている。
一方、支持側のウェハは酸化膜を形成せずに使用するの
で、段階Ｂの自然酸化膜存在状態から処理が開始される
。
で、段階Ｂの自然酸化膜存在状態から処理が開始される
。
これ等２種のウェハを重ね、両者を接触させたまま１１
００℃で２時間保持すると、両ウェハ間の酸化膜が一体
化して、両方のウェハが強固に接着される。この状態が
段階Ｃであり、３′がこの接着酸化膜である。この加熱
処理では、雰囲気中に酸素が存在しなくても酸化膜とＳ
ｔの接着は進行し、加熱雰囲気中の酸素は不可欠ではな
い。
００℃で２時間保持すると、両ウェハ間の酸化膜が一体
化して、両方のウェハが強固に接着される。この状態が
段階Ｃであり、３′がこの接着酸化膜である。この加熱
処理では、雰囲気中に酸素が存在しなくても酸化膜とＳ
ｔの接着は進行し、加熱雰囲気中の酸素は不可欠ではな
い。
この後、素子側のＳｉウェハの厚さを減じ、段階りとし
て示されるようなＳＯＩ基板とする。この厚さを減する
作業は研削と研磨を包含するが、本明細書では以後これ
を単に研磨と表現する。
て示されるようなＳＯＩ基板とする。この厚さを減する
作業は研削と研磨を包含するが、本明細書では以後これ
を単に研磨と表現する。
［発明が解決しようとする課題］
上記処理によって形成された張り合わせ型ＳＯＩ基板は
、ＩＣの形成工程で、繰り返し加熱される。その際の熱
歪みによって、接着力が弱い場合には、素子形成層が支
持基板から剥離することが起こる。
、ＩＣの形成工程で、繰り返し加熱される。その際の熱
歪みによって、接着力が弱い場合には、素子形成層が支
持基板から剥離することが起こる。
従来は接着力の強弱の分布は処理条件のばらつきに起因
すると考えられており、これを改善するための特別の処
置は取られていない。しかし、接着力に強弱の生ずる原
因が解明されるか、或いは現実に特定の処理によって接
着力が改善されるといった知見が得られれば、ＩＣの製
造工程で剥離が起こることのないＳＯＩ基板を形成し得
ることになる。
すると考えられており、これを改善するための特別の処
置は取られていない。しかし、接着力に強弱の生ずる原
因が解明されるか、或いは現実に特定の処理によって接
着力が改善されるといった知見が得られれば、ＩＣの製
造工程で剥離が起こることのないＳＯＩ基板を形成し得
ることになる。
本発明の目的は、接着力にばらつきが無く強固な接着性
を示すＳＯＩ基板の張り合わせ処理法を提供することで
あり、それによってＩＣ製造の歩留りを改善し、ＩＣの
特性を向上させることであ〔課題を解決するための手段
〕 上記目的を達成するため、本発明を特徴付けるＳＯＩ基
板の張り合わせ処理には、 第１のシリコン（Ｓｔ）ウェハの表面を酸化して２Ｍ化
Ｓｔ膜を形成する工程、 第２のＳｉウェハを無酸素雰囲気中で表面の酸化膜を除
去する工程、及び 酸化膜を除去した第２のＳｉウェハの一表面と酸化膜が
形成された第１のＳｉウェハの一表面とを接触させて加
熱し、該両ウェハを接着せしめる工程が包含される。
を示すＳＯＩ基板の張り合わせ処理法を提供することで
あり、それによってＩＣ製造の歩留りを改善し、ＩＣの
特性を向上させることであ〔課題を解決するための手段
〕 上記目的を達成するため、本発明を特徴付けるＳＯＩ基
板の張り合わせ処理には、 第１のシリコン（Ｓｔ）ウェハの表面を酸化して２Ｍ化
Ｓｔ膜を形成する工程、 第２のＳｉウェハを無酸素雰囲気中で表面の酸化膜を除
去する工程、及び 酸化膜を除去した第２のＳｉウェハの一表面と酸化膜が
形成された第１のＳｉウェハの一表面とを接触させて加
熱し、該両ウェハを接着せしめる工程が包含される。
上記第２のＳｉウェハの酸化膜除去処理は、典型的には
、無酸素雰囲気中で希弗酸により表面の酸化膜を除去し
た後、酸素を除去した純水によって洗浄する処理を包含
する。更に、該処理によって酸化膜を除去されたＳｉウ
ェハは自然酸化膜が５Å以下の状態で、酸化膜形成済ウ
ェハと重ねられ、熱処理を受けて張り合わされる。
、無酸素雰囲気中で希弗酸により表面の酸化膜を除去し
た後、酸素を除去した純水によって洗浄する処理を包含
する。更に、該処理によって酸化膜を除去されたＳｉウ
ェハは自然酸化膜が５Å以下の状態で、酸化膜形成済ウ
ェハと重ねられ、熱処理を受けて張り合わされる。
本発明者等は、通常の処理条件でＳｉウエノ＼を張り合
わせた時に、ウェハを両方とも酸化した場合と、一方の
み酸化した場合とでは接着力にどのような差異が生ずる
かを調べるため、両種の処理によって接着したウェハの
引っ張り強度を測定した。
わせた時に、ウェハを両方とも酸化した場合と、一方の
み酸化した場合とでは接着力にどのような差異が生ずる
かを調べるため、両種の処理によって接着したウェハの
引っ張り強度を測定した。
第３図にその結果が示されており、熱処理温度を高くす
るほど接着強度は増大しているが、Ｓ ｉ Ｏｔどうし
の組み合わせでは強度増加が緩慢なのに比べ、５ｉｆｔ
とＳｔの組み合わせの方が強度増加が著しく、特にｔｏ
ｏｏ’ｃ以上では明確な差異が現れている。
るほど接着強度は増大しているが、Ｓ ｉ Ｏｔどうし
の組み合わせでは強度増加が緩慢なのに比べ、５ｉｆｔ
とＳｔの組み合わせの方が強度増加が著しく、特にｔｏ
ｏｏ’ｃ以上では明確な差異が現れている。
即ち、Ｓ ｉ Ｏｔ ／ Ｓ ｉ Ｏｔの組み合わせで
は、引っ張り強度が略１２００ｋｇ／ｃｍ２であったの
に対し、５ｉｆｔ／Ｓｔの組み合わせでは２０００ｋｇ
／ｃｍ２或いはそれ以上の値にも達する。
は、引っ張り強度が略１２００ｋｇ／ｃｍ２であったの
に対し、５ｉｆｔ／Ｓｔの組み合わせでは２０００ｋｇ
／ｃｍ２或いはそれ以上の値にも達する。
このような差異をもたらす原因或いは接着の機構は未解
明であるが、接着のためのＳｉ原子や０原子の再配列の
行われる位置が基板のＳｉ領域から離れていることが接
着力の低下をもたらしているとの推定も可能である。
明であるが、接着のためのＳｉ原子や０原子の再配列の
行われる位置が基板のＳｉ領域から離れていることが接
着力の低下をもたらしているとの推定も可能である。
本発明者等は、特に酸化膜を形成しない場合にもＳｉ基
板表面には通常１５人程度の自然酸化膜が存在すること
に着目し、これを除去することによってＳｔの極近傍で
Ｓｉ原子やＯ原子の再配列を行わせれば、より強固な接
着力が得られると考え、自然酸化膜を除去したＳｉウェ
ハを用いて接着試験を行った。
板表面には通常１５人程度の自然酸化膜が存在すること
に着目し、これを除去することによってＳｔの極近傍で
Ｓｉ原子やＯ原子の再配列を行わせれば、より強固な接
着力が得られると考え、自然酸化膜を除去したＳｉウェ
ハを用いて接着試験を行った。
その結果は第１表に示されており、Ｓｉ表面の酸化膜が
通常の如（１５人の場合には、１０００人の厚さのＳｉ
Ｏ□膜を持つウェハと張り合わせた時の接着強度が２０
００Ｋｇ／ａｍ”であるのに対し、これを５Å以下に減
じた場合には接着強度が更に向上し、２５００ｋｇ／ｃ
ｍ２以上の値が得られている。なお自然酸化膜を除去す
る処理については、後出の実施例の項で詳しく説明する
。
通常の如（１５人の場合には、１０００人の厚さのＳｉ
Ｏ□膜を持つウェハと張り合わせた時の接着強度が２０
００Ｋｇ／ａｍ”であるのに対し、これを５Å以下に減
じた場合には接着強度が更に向上し、２５００ｋｇ／ｃ
ｍ２以上の値が得られている。なお自然酸化膜を除去す
る処理については、後出の実施例の項で詳しく説明する
。
第 １ 表
この知見は、接着力を生ずるＳｉ原子や○原子の再配列
は５ｉｊｒＪｌ域の近くで行われるほど効果的であると
する上記の仮説を支持するものであり、本発明の構成に
よって前記課題が達成されることを示すものである。
は５ｉｊｒＪｌ域の近くで行われるほど効果的であると
する上記の仮説を支持するものであり、本発明の構成に
よって前記課題が達成されることを示すものである。
第１図は本発明の実施例に於ける処理手順を模式的に示
す図であり、以下、該図面を参照しながら実施例の処理
工程を説明する。
す図であり、以下、該図面を参照しながら実施例の処理
工程を説明する。
最初の段階Ａでは、素子側ウェハ１の表面には１０〜２
０人程度の程度酸化１１１２が存在する。これを熱酸化
することにより段階Ｂでは１０００人程度０酸化膜が形
成されている。この処理は第２図の従来技術と同じであ
る。
０人程度の程度酸化１１１２が存在する。これを熱酸化
することにより段階Ｂでは１０００人程度０酸化膜が形
成されている。この処理は第２図の従来技術と同じであ
る。
一方、支持側のウェハの処理も自然酸化膜を持つ段階Ａ
から開始され、自然酸化膜が除去される。
から開始され、自然酸化膜が除去される。
即ち、該Ｓｉウェハは窒素ガスのような非酸化性雰囲気
中で希弗酸処理して自然酸化膜を除去し、酸素の溶解を
避けて調製された純水で洗浄する。
中で希弗酸処理して自然酸化膜を除去し、酸素の溶解を
避けて調製された純水で洗浄する。
これを乾燥窒素雰囲気中で充分に乾燥させる。この処理
によって支持側ウェハは段階Ｂに示されるように、自然
酸化膜が除去された状態となる。
によって支持側ウェハは段階Ｂに示されるように、自然
酸化膜が除去された状態となる。
この処理はＳｉウェハの自然酸化膜を除去した後、酸化
膜が殆ど無い状態を維持するものであるが、以下の事項
が当業者に知られている。
膜が殆ど無い状態を維持するものであるが、以下の事項
が当業者に知られている。
■弗酸処理を施すとその後自然酸化膜が生じ難い、
■溶存酸素の少ない（例えば２０ｐｐｂ）純水で洗浄す
ると酸化され難い、 ■水及び酸素の少ない雰囲気では酸化膜は生じ難い。
ると酸化され難い、 ■水及び酸素の少ない雰囲気では酸化膜は生じ難い。
これ等については、例えば高萩隆行「水素ターミネイト
表面Ｊ電子情報通信学会シリコン材料・デバイス研究会
、８９−４０或いは大見忠弘、宮脇守「自然酸化成長を
抑制、室温のコンタクト形成を実現」日経マイクロデノ
マイス＋ｐ、１１２＋ （Ｍａｒｃｈ、１９８０）を参
照されたい。
表面Ｊ電子情報通信学会シリコン材料・デバイス研究会
、８９−４０或いは大見忠弘、宮脇守「自然酸化成長を
抑制、室温のコンタクト形成を実現」日経マイクロデノ
マイス＋ｐ、１１２＋ （Ｍａｒｃｈ、１９８０）を参
照されたい。
次にこれ等２種のウェハの主表面どうしを軽く押圧した
状態に保持し、窒素雰囲気中、１１００°Ｃ２２時間熱
処理して接着させる。この状態が段階Ｃであり、３゛が
この接着酸化膜である。この加熱処理は従来技術と同条
件で実施すればよいが、酸化性雰囲気中で行う場合も、
処理温度に到達するまでは雰囲気に酸素を含まないこと
が望ましい。
状態に保持し、窒素雰囲気中、１１００°Ｃ２２時間熱
処理して接着させる。この状態が段階Ｃであり、３゛が
この接着酸化膜である。この加熱処理は従来技術と同条
件で実施すればよいが、酸化性雰囲気中で行う場合も、
処理温度に到達するまでは雰囲気に酸素を含まないこと
が望ましい。
この後、素子側のＳｉウェハを研磨し、段階りとして示
されるようなＳＯＩ基板とする。
されるようなＳＯＩ基板とする。
この実施例では希弗酸によって酸化膜を除去しているが
、緩衝剤を加えた弗酸系溶液或いはその他の処理液を用
いてもよい。また、純水中の溶存酸素量を２０ｐｐｂ程
度とすることは現在の技術で可能であり、これを低酸素
に維持することは、配管系内で空気に触れることを極力
抑制し、給水経路も短縮することで可能となる。
、緩衝剤を加えた弗酸系溶液或いはその他の処理液を用
いてもよい。また、純水中の溶存酸素量を２０ｐｐｂ程
度とすることは現在の技術で可能であり、これを低酸素
に維持することは、配管系内で空気に触れることを極力
抑制し、給水経路も短縮することで可能となる。
以上説明したように、本発明によって接着性の良好ＳＯ
Ｉ基板が得られ、ＩＣ等の製造工程の進行に伴って素子
形成層が剥離する問題が解決される。その結果、ＩＣの
製造歩留りが向上することになる。
Ｉ基板が得られ、ＩＣ等の製造工程の進行に伴って素子
形成層が剥離する問題が解決される。その結果、ＩＣの
製造歩留りが向上することになる。
である。
第１図は実施例に於ける処理手順を模式的に示す図、
第２図は従来技術に於ける処理手順を模式的に示す図、
第３図は処理条件による接着強度の分布を示す図であっ
て、 図に於いて ｌはＳＮ基板、 １゛は素子形成層、 ２は自然酸化膜、 ３は熱酸化膜、 ３゛は接着酸化膜 支持側ウェハ 支持側ウェハ 実施例に於ける処理手順を示す模式図 第 図 支持側ウェハ 支持側ウェハ く〉 従来技術に於ける処理手順を示す模式図第 図
て、 図に於いて ｌはＳＮ基板、 １゛は素子形成層、 ２は自然酸化膜、 ３は熱酸化膜、 ３゛は接着酸化膜 支持側ウェハ 支持側ウェハ 実施例に於ける処理手順を示す模式図 第 図 支持側ウェハ 支持側ウェハ く〉 従来技術に於ける処理手順を示す模式図第 図
Claims (4)
- （１）第１のシリコン（Ｓｉ）ウェハの表面を酸化して
２酸化Ｓｉ膜を形成する工程、 第２のＳｉウェハを無酸素雰囲気中で表面の酸化膜を除
去する工程、及び 酸化膜を除去した第２のＳｉウェハの一表面と酸化膜が
形成された第１のＳｉウェハの一表面とを接触させて加
熱し、該両ウェハを接着せしめる工程を包含することを
特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。 - （２）請求項１のＳＯＩ基板の製造方法であって、無酸
素雰囲気中で行われる第２のＳｉウェハの酸化膜除去工
程が、 希弗酸により表面の酸化膜を除去した後、酸素を除去し
た純水によって洗浄される処理を包含するものであるこ
とを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。 - （３）請求項１若しくは請求項２のＳＯＩ基板の製造方
法であって、 無酸素雰囲気中で行われる第２のＳｉウェハの酸化膜除
去処理に於いて、第２のＳｉウェハの表面の自然酸化膜
を５Å以下とすることを特徴とするＳＯＩ基板の製造方
法。 - （４）請求項１乃至請求項３のＳＯＩ基板の製造方法に
よって形成され、該両ウェハの接着強度が２５００ｋｇ
／ｃｍ＾２以上であることを特徴とするＳＯＩ基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19372390A JP2850502B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19372390A JP2850502B2 (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0479209A true JPH0479209A (ja) | 1992-03-12 |
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