JPH0529183A - 接合方法 - Google Patents
接合方法Info
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- JPH0529183A JPH0529183A JP18004891A JP18004891A JPH0529183A JP H0529183 A JPH0529183 A JP H0529183A JP 18004891 A JP18004891 A JP 18004891A JP 18004891 A JP18004891 A JP 18004891A JP H0529183 A JPH0529183 A JP H0529183A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】2枚のシリコンウエーハを直接面接合すること
ができれば種々の用途がある。このような直接接合をす
るには接合すべき面を清浄にする必要がある。本発明は
実施容易な清浄化法を提供することを目的とする。 【構成】接合すべき面に近接して放電プラズマを発生さ
せ、プラズマの衝撃により接合すべき面の酸化膜などの
皮膜や不純物などの異物を蒸発させ、かつその面に熱や
歪みなどのエネルギーを蓄積して活性化させる。これに
より接合すべき面を重ね合わせて加熱あるいは加圧を加
熱した場合、接合される面の間の原子移動が容易にな
り、強固な結合が得られる。
ができれば種々の用途がある。このような直接接合をす
るには接合すべき面を清浄にする必要がある。本発明は
実施容易な清浄化法を提供することを目的とする。 【構成】接合すべき面に近接して放電プラズマを発生さ
せ、プラズマの衝撃により接合すべき面の酸化膜などの
皮膜や不純物などの異物を蒸発させ、かつその面に熱や
歪みなどのエネルギーを蓄積して活性化させる。これに
より接合すべき面を重ね合わせて加熱あるいは加圧を加
熱した場合、接合される面の間の原子移動が容易にな
り、強固な結合が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばシリコンウエー
ハのような素体同志を直接面接合する接合方法に関す
る。
ハのような素体同志を直接面接合する接合方法に関す
る。
【0002】例えば、半導体材料として最も一般的なシ
リコンの板同志を欠陥なく、また良好な電気的接続が得
られるように直接面接合できれば、半導体工業の分野で
種々の用途が考えられる。第一は、図2に示すように低
不純物濃度のSiウエーハ21と高不純物濃度のSiウエーハ
22を直接接合することができれば、深い拡散に代替する
ことができる。Siウエーハの一面から、例えば100 μm
以上の深さに不純物を拡散するには1週間以上の拡散時
間が必要であるが、直接接合によればはるかに短い時間
ですむことが期待できる。第二は、図3に示すように一
面から拡散によって高不純物濃度層23を形成した低不純
物濃度Siウエーハ21の拡散層23の面とSiウエーハ24との
直接接合である。このような基板21の上に高不純物濃度
層23と厚い低不純物濃度層21を積層することは、エピタ
キシャル成長の場合には厚い低不純物濃度層21の形成に
高温長時間が必要なために不純物の拡散が進行し、層2
1,23の間の濃度勾配がゆるやかになってしまう。短時間
に直接接合できればそのようなおそれはなく、また低不
純物濃度層21の厚さの制御も研磨などによって高精度に
行うことができる。第三は、図4に示すように表面に溝
25などを加工したSiウエーハ26をSiウエーハ24に接合で
きれば、シリコン素体の中にトンネル25を形成すること
ができ、入り組んだトンネル構造も得ることができるの
で、半導体センサへの利用が期待できる。
リコンの板同志を欠陥なく、また良好な電気的接続が得
られるように直接面接合できれば、半導体工業の分野で
種々の用途が考えられる。第一は、図2に示すように低
不純物濃度のSiウエーハ21と高不純物濃度のSiウエーハ
22を直接接合することができれば、深い拡散に代替する
ことができる。Siウエーハの一面から、例えば100 μm
以上の深さに不純物を拡散するには1週間以上の拡散時
間が必要であるが、直接接合によればはるかに短い時間
ですむことが期待できる。第二は、図3に示すように一
面から拡散によって高不純物濃度層23を形成した低不純
物濃度Siウエーハ21の拡散層23の面とSiウエーハ24との
直接接合である。このような基板21の上に高不純物濃度
層23と厚い低不純物濃度層21を積層することは、エピタ
キシャル成長の場合には厚い低不純物濃度層21の形成に
高温長時間が必要なために不純物の拡散が進行し、層2
1,23の間の濃度勾配がゆるやかになってしまう。短時間
に直接接合できればそのようなおそれはなく、また低不
純物濃度層21の厚さの制御も研磨などによって高精度に
行うことができる。第三は、図4に示すように表面に溝
25などを加工したSiウエーハ26をSiウエーハ24に接合で
きれば、シリコン素体の中にトンネル25を形成すること
ができ、入り組んだトンネル構造も得ることができるの
で、半導体センサへの利用が期待できる。
【0003】さらに、図5に示すように、表面に熱酸化
により酸化膜27を形成した2枚のSiウエーハ28を接合す
れば、三次元ICをはじめ、電力用MOS素子, センサ
などに使用できる誘電体分離基板 (SOI基板) を作る
ことができる。SOI基板の作成にはCVD法の適用な
どが考慮されたが価格の問題やプロセス上の制約のた
め、一般的でなかった。
により酸化膜27を形成した2枚のSiウエーハ28を接合す
れば、三次元ICをはじめ、電力用MOS素子, センサ
などに使用できる誘電体分離基板 (SOI基板) を作る
ことができる。SOI基板の作成にはCVD法の適用な
どが考慮されたが価格の問題やプロセス上の制約のた
め、一般的でなかった。
【0004】このような特長をもつシリコンウエーハ同
志の接合は、ウエーハ表面を研磨で鏡面状態に仕上げた
のちに脱脂などの洗浄を行い、それを重ね合わせて1000
〜1300℃に数時間保持することで実現されていた。
志の接合は、ウエーハ表面を研磨で鏡面状態に仕上げた
のちに脱脂などの洗浄を行い、それを重ね合わせて1000
〜1300℃に数時間保持することで実現されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
シリコンウエーハを直接接合するための方法において
は、シリコンウエーハの表面を鏡面仕上げを行うととも
に、表面へのごみなどの異物付着を防止するため、シリ
コンウエーハに触れる水, 空気などの清浄化条件を厳し
く制御することが必要不可欠となる。すなわち、これら
の清浄化条件に不備があると歩留まりが極端に低下す
る。それ故、より良い清浄化条件を維持するための費用
がかさみ、接合品のコストが上昇する問題がある。
シリコンウエーハを直接接合するための方法において
は、シリコンウエーハの表面を鏡面仕上げを行うととも
に、表面へのごみなどの異物付着を防止するため、シリ
コンウエーハに触れる水, 空気などの清浄化条件を厳し
く制御することが必要不可欠となる。すなわち、これら
の清浄化条件に不備があると歩留まりが極端に低下す
る。それ故、より良い清浄化条件を維持するための費用
がかさみ、接合品のコストが上昇する問題がある。
【0006】本発明の目的は、上記の問題を解決し、高
い費用を必要としないで、接合面の清浄な状態を維持し
てシリコンウエーハに限らない同一物質からなる素体同
志を欠陥なく直接接合できる接合方法を提供することに
ある。
い費用を必要としないで、接合面の清浄な状態を維持し
てシリコンウエーハに限らない同一物質からなる素体同
志を欠陥なく直接接合できる接合方法を提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の接合方法は、同一の物質からなる二つの
素体を接合する方法であって、各素体の接合すべき面に
近接する空間に放電プラズマを発生させたのち両面を重
ね合わせて加熱して接合するものである。そして、加熱
と共に加圧することも有効である。また、各素体が導電
性を有し、両素体の接合すべき面を対向させて両素体間
に電圧を印加し、対向する面の間に放電プラズマを発生
させ、そのあとその対向した面を加圧接触させ、両素体
間に電圧を印加して加熱することにより接合することも
有効である。これらの方法において、素体の接合すべき
面に凹部を有すること、あるいは素体がシリコンよりな
ること、二つのシリコン素体の不純物濃度が異なるこ
と、一方のシリコン素体の接合すべき面の表面層が内部
の層より高不純物濃度であること、さらには二つのシリ
コン素体の接合すべき面がシリコン酸化膜で覆われてい
ることもそれぞれ有効である。
めに、本発明の接合方法は、同一の物質からなる二つの
素体を接合する方法であって、各素体の接合すべき面に
近接する空間に放電プラズマを発生させたのち両面を重
ね合わせて加熱して接合するものである。そして、加熱
と共に加圧することも有効である。また、各素体が導電
性を有し、両素体の接合すべき面を対向させて両素体間
に電圧を印加し、対向する面の間に放電プラズマを発生
させ、そのあとその対向した面を加圧接触させ、両素体
間に電圧を印加して加熱することにより接合することも
有効である。これらの方法において、素体の接合すべき
面に凹部を有すること、あるいは素体がシリコンよりな
ること、二つのシリコン素体の不純物濃度が異なるこ
と、一方のシリコン素体の接合すべき面の表面層が内部
の層より高不純物濃度であること、さらには二つのシリ
コン素体の接合すべき面がシリコン酸化膜で覆われてい
ることもそれぞれ有効である。
【0008】
【作用】素体の接合すべき面に近接して放電プラズマを
発生させれば、プラズマの衝撃により、接合すべき面の
酸化膜などの皮膜や不純物などの異物が蒸発して素体表
面に熱や歪みなどのエネルギーが蓄積して活性化され、
接合すべき面を重ね合わせて加熱した際素体相互間の原
子移動が容易となり、夾雑物の介在しない強固な結合が
得られる。
発生させれば、プラズマの衝撃により、接合すべき面の
酸化膜などの皮膜や不純物などの異物が蒸発して素体表
面に熱や歪みなどのエネルギーが蓄積して活性化され、
接合すべき面を重ね合わせて加熱した際素体相互間の原
子移動が容易となり、夾雑物の介在しない強固な結合が
得られる。
【0009】
【実施例】(その1)厚さ1mmで直径4インチのシリコン
ウエーハを鏡面研磨し、アセトンを用いて脱脂洗浄を行
ったのち、乾燥した。このシリコンウエーハの2枚を放
電プラズマ装置の対向電極の一つの上に置き、1Torrの
真空雰囲気下で両電極間に30MHz,5kVの高周波電圧を印
加し、プラズマを発生させて両ウエーハの表面を活性化
した。このような2枚のシリコンウエーハのプラズマ処
理を行った面を重ね合わせたのち、電気炉内にセット
し、大気中で1100℃で3時間の熱処理を施した。この工
程で得られたシリコンウエーハ接合品は、外部からの10
0 kg/cm2 程度の剪断応力を負荷しても剥離などの現象
はなく、かつ赤外線検査装置で接合界面を観察してもボ
イドなどの欠陥の発生は認められなかった。本条件であ
るならば、多数のサンプルを接合しても、その接合界面
での異常は発生しなかった。なお、シリコンウエーハの
重ね合わせの前に放電プラズマ処理を行わなかったもの
を重ね合わせて、上記と同様な熱処理条件で接合する
と、その約30%で接合界面にボイドの残留が認められ
た。なお、この方法は導電性のない素体の接合にも利用
できる。
ウエーハを鏡面研磨し、アセトンを用いて脱脂洗浄を行
ったのち、乾燥した。このシリコンウエーハの2枚を放
電プラズマ装置の対向電極の一つの上に置き、1Torrの
真空雰囲気下で両電極間に30MHz,5kVの高周波電圧を印
加し、プラズマを発生させて両ウエーハの表面を活性化
した。このような2枚のシリコンウエーハのプラズマ処
理を行った面を重ね合わせたのち、電気炉内にセット
し、大気中で1100℃で3時間の熱処理を施した。この工
程で得られたシリコンウエーハ接合品は、外部からの10
0 kg/cm2 程度の剪断応力を負荷しても剥離などの現象
はなく、かつ赤外線検査装置で接合界面を観察してもボ
イドなどの欠陥の発生は認められなかった。本条件であ
るならば、多数のサンプルを接合しても、その接合界面
での異常は発生しなかった。なお、シリコンウエーハの
重ね合わせの前に放電プラズマ処理を行わなかったもの
を重ね合わせて、上記と同様な熱処理条件で接合する
と、その約30%で接合界面にボイドの残留が認められ
た。なお、この方法は導電性のない素体の接合にも利用
できる。
【0010】(その2)図1は本発明の別の実施例に用い
る放電プラズマ装置を示す。上記の実施例と同様に、鏡
面研磨し、アセトンで脱脂洗浄を行ったのちに乾燥した
2枚の厚さ1mm, 直径4インチのシリコンウエーハ1を
図1の装置のパンチ2の面にそれぞれ真空吸着などの方
法で固定する。パンチ2は円筒3の中で上下に移動でき
るが、最初はウエーハ1間を離しておき、1Torrの真空
雰囲気もしくは窒素あるいはアルゴンなどの不活性雰囲
気中でパンチ2に付属した電極4の間に電源部5より高
周波電圧と直流電圧を交互あるいは重畳して印加する。
その結果、両ウエーハ1の間の空間6にプラズマが発生
し、シリコンウエーハ1の対向する面は清浄化される。
次いでパンチ2を接近させてシリコンウエーハ1の対向
面を接触させてパンチ2の間に加圧力7を加え、電極4
の間の電圧の印加を続けることによりウエーハを加熱し
て結合させる。印加電圧が1〜5kV, 周波数が20〜50MH
z,加圧力が0.2〜0.5t/cm2 であり、プラズマ発生時
間と加圧時間の合計が60〜180 秒のときに界面に欠陥が
存在せず、かつ強固な結合力を有するシリコンウエーハ
の直接結合を得ることができた。
る放電プラズマ装置を示す。上記の実施例と同様に、鏡
面研磨し、アセトンで脱脂洗浄を行ったのちに乾燥した
2枚の厚さ1mm, 直径4インチのシリコンウエーハ1を
図1の装置のパンチ2の面にそれぞれ真空吸着などの方
法で固定する。パンチ2は円筒3の中で上下に移動でき
るが、最初はウエーハ1間を離しておき、1Torrの真空
雰囲気もしくは窒素あるいはアルゴンなどの不活性雰囲
気中でパンチ2に付属した電極4の間に電源部5より高
周波電圧と直流電圧を交互あるいは重畳して印加する。
その結果、両ウエーハ1の間の空間6にプラズマが発生
し、シリコンウエーハ1の対向する面は清浄化される。
次いでパンチ2を接近させてシリコンウエーハ1の対向
面を接触させてパンチ2の間に加圧力7を加え、電極4
の間の電圧の印加を続けることによりウエーハを加熱し
て結合させる。印加電圧が1〜5kV, 周波数が20〜50MH
z,加圧力が0.2〜0.5t/cm2 であり、プラズマ発生時
間と加圧時間の合計が60〜180 秒のときに界面に欠陥が
存在せず、かつ強固な結合力を有するシリコンウエーハ
の直接結合を得ることができた。
【0011】上記の二つの方法のいずれを用いても、2
枚のシリコンウエーハを接合して図2ないし図5に示し
たような技術を実施することができる。
枚のシリコンウエーハを接合して図2ないし図5に示し
たような技術を実施することができる。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、二つの素体の接合すべ
き面を前もって放電プラズマ処理することにより、接合
すべき面の不純物が除去されると共に、その表面に熱や
歪みなどでエネルギーが蓄積して表面が活性化されるた
め、両面を重ね合わせて加熱することによって界面に欠
陥のない直接接合が可能になった。これにより、例えば
シリコンウエーハ接合時の歩留まりが飛躍的に向上し、
かつ結合力も従来の方法にくらべて格段に増加した。
き面を前もって放電プラズマ処理することにより、接合
すべき面の不純物が除去されると共に、その表面に熱や
歪みなどでエネルギーが蓄積して表面が活性化されるた
め、両面を重ね合わせて加熱することによって界面に欠
陥のない直接接合が可能になった。これにより、例えば
シリコンウエーハ接合時の歩留まりが飛躍的に向上し、
かつ結合力も従来の方法にくらべて格段に増加した。
【図1】本発明の一実施例に用いる放電プラズマ装置の
構成を一部断面で示す斜視図
構成を一部断面で示す斜視図
【図2】直接接合したシリコンウエーハの用途の一つを
示す断面図
示す断面図
【図3】直接接合したシリコンウエーハの用途の一つを
示す断面図
示す断面図
【図4】直接接合したシリコンウエーハの用途の一つを
示す断面図
示す断面図
【図5】直接接合したシリコンウエーハの用途の一つを
示す断面図
示す断面図
1 シリコンウエーハ
2 パンチ
3 円筒
4 電極
5 電源部
7 加圧力
Claims (8)
- 【請求項1】同一物質からなる二つの素体を接合する方
法であって、各素体の接合すべき面に近接する空間に放
電プラズマを発生させたのち、両面を重ね合わせて加熱
して接合することを特徴とする接合方法。 - 【請求項2】加熱と共に加圧する請求項1記載の接合方
法。 - 【請求項3】各素体が導電性を有し、両素体の接合すべ
き面を対向させて両素体間に電圧を印加し、対向する面
の間に放電プラズマを発生させ、そのあと対向した面を
加圧接触させ、両素体間に電圧を印加して加熱すること
により接合する請求項2記載の接合方法。 - 【請求項4】素体の接合すべき面に凹部を有する請求項
1, 2あるいは3記載の接合方法。 - 【請求項5】素体がシリコンよりなる請求項1ないし4
のいずれかに記載の接合方法。 - 【請求項6】二つのシリコン素体の不純物濃度が異なる
請求項5記載の接合方法。 - 【請求項7】一方のシリコン素体の接合すべき面の表面
層が内部の層より高不純物濃度である請求項5記載の接
合方法。 - 【請求項8】二つのシリコン素体の接合すべき面がシリ
コン酸化膜で覆われた請求項5記載の接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18004891A JP2910334B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18004891A JP2910334B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 接合方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0529183A true JPH0529183A (ja) | 1993-02-05 |
JP2910334B2 JP2910334B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=16076577
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18004891A Expired - Lifetime JP2910334B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2910334B2 (ja) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006210898A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-08-10 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Soiウエーハの製造方法及びsoiウェーハ |
JP2006210899A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-08-10 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Soiウエーハの製造方法及びsoiウェーハ |
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-
1991
- 1991-07-22 JP JP18004891A patent/JP2910334B2/ja not_active Expired - Lifetime
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