JPH07201690A - Junction method for substrate - Google Patents

Junction method for substrate

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JPH07201690A
JPH07201690A JP894A JP894A JPH07201690A JP H07201690 A JPH07201690 A JP H07201690A JP 894 A JP894 A JP 894A JP 894 A JP894 A JP 894A JP H07201690 A JPH07201690 A JP H07201690A
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JP
Japan
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pressure
pressurizing
wafer
joining
laminated
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JP894A
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Japanese (ja)
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Masatoshi Kanamaru
昌敏 金丸
Kazuo Sato
佐藤  一雄
Akira Koide
晃 小出
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To uniformize a pressurizing force applied to a wafer surface by a method wherein sealing is performed in an outer peripheral part of a laminated substrate from either one of uppermost and lowermost layers of the laminated substrate or the both, and the laminated substrate is pressurized by pressure of a pressurizing material containing gas or liquid within this seal. CONSTITUTION:A pressurizing container 2 is arranged on one side of a laminated silicon wafer 1 and fixed by an upper rod 4 and a lower rod 5. Further, an optional rod load W is applied to the upper rod 4 and lower rod 5. A pressurizing material 3 containing gas or liquid is guided into the pressurizing container 2, and optional pressurizing pressure P is applied. The rod load W and pressurizing pressure P applied to the pressure container 2 are set in good balance, whereby the leakage of the pressurizing material containing gas or liquid from the pressurizing container 2 can be prevented, and also a uniform pressure distribution can be caused on the entire wafer surface containing a sealed part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はマイクロマシンに関する
複雑な三次元微細構造体の製造方法に係り、特に、複数
の基板及びシリコン構造体をウェハサイズで接合させる
ための方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a complex three-dimensional microstructure related to a micromachine, and more particularly to a method for bonding a plurality of substrates and a silicon structure in a wafer size.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、基板間の接合技術には多種の技術
があるが、例えば、シリコンウェハの接合に関する技術
は、加圧力を加えないで接合を行う方法及び加圧力を加
えて接合を行う方法がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are various techniques for joining substrates, but for example, a technique relating to joining of silicon wafers is a method of joining without applying pressure or a technique of applying pressure. There is a way.

【0003】前者の例として、応用物理第60巻第8号
(1991)P790〜P793に記載されている誘電
体分離型基板(silicon on insulator基板)形成技術が
ある。この技術では鏡面加工を施した二枚のシリコンウ
ェハ表面にOH基を形成して、室温において貼合わせを
行う。この時、二枚のウェハは表面上のOH基同士の水
素結合によって、3〜5kgf/cm2 の接合力で接合され
る。より大きな接合力を得たい場合には無荷重で100
0℃以上の高温熱処理を行うことで、1700kgf/cm
2 以上の接合力が得られる。上記技術では、シリコン面
同士,シリコン酸化膜同士もしくはシリコン面とシリコ
ン酸化膜との直接接合が可能である。上記のいずれの場
合も接合するシリコンウェハの表面には局部的にエッチ
ングした凹部はなく、平坦であることがウェハ全面での
接合を容易にしている。
As an example of the former, there is a dielectric isolation type substrate (silicon on insulator substrate) forming technique described in Applied Physics Vol. 60 No. 8 (1991) P790 to P793. In this technique, OH groups are formed on the surfaces of two mirror-finished silicon wafers, and bonding is performed at room temperature. At this time, the two wafers are bonded with a bonding force of 3 to 5 kgf / cm 2 by hydrogen bonding between OH groups on the surface. When you want to obtain a larger joining force, 100 with no load
1700kgf / cm by performing high temperature heat treatment above 0 ℃
A bonding force of 2 or more can be obtained. With the above technique, it is possible to directly bond silicon surfaces to each other, silicon oxide films to each other, or a silicon surface and a silicon oxide film. In any of the above cases, there is no locally etched recess on the surface of the silicon wafer to be bonded, and the flatness facilitates bonding on the entire surface of the wafer.

【0004】加圧力を加えずに接合を行う場合、日経マ
イクロデバイス1988年3月号P85〜P91によれ
ば、ウェハの表面粗さが13nm以上では接合されない
と記載されている。すなわち、上記の方法におけるシリ
コンの直接接合では、ウェハの表面粗さは13nm以下
に加工しなければならない。また、その場合のウェハの
反りは50μm以下で6インチウェハまで接合すること
が可能であると記載されている。
When bonding is performed without applying a pressing force, Nikkei Microdevice March 1988 issue P85-P91 describes that the surface roughness of the wafer is not 13 nm or more. That is, in the direct bonding of silicon in the above method, the surface roughness of the wafer must be processed to 13 nm or less. Further, it is described that in that case, the warp of the wafer is 50 μm or less, and it is possible to bond up to a 6-inch wafer.

【0005】一方、後者のウェハを加圧して接合する技
術として、例えば、シリコンウェハを均一に接合するた
めの治具として特開平4−373118 号公報がある。この方
法ではシリコンウェハを炭素と石英の押え板で挾み、加
熱した際、炭素と石英の厚み方向の熱膨張差を利用して
シリコンウェハに大きな加圧力を印加させる。
On the other hand, as a technique for bonding the latter wafer by pressing, there is, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-373118 as a jig for uniformly bonding silicon wafers. In this method, when a silicon wafer is sandwiched between carbon and quartz holding plates and heated, a large pressing force is applied to the silicon wafer by utilizing the difference in thermal expansion between carbon and quartz in the thickness direction.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】微細な構造体を加工し
た複数のシリコンウェハをウェハサイズで接合をしよう
とすると、従来の技術では以下のような問題が生じる。
すなわち、ウェハを加圧せずに接合する場合、ウェハサ
イズにおいて表面粗さが13nm以上では接合されないた
め、ウェハ表面を鏡面になるまで加工しなければならな
いという問題点がある。例えば、半導体プロセスを用い
てシリコンウェハに構造体を作り込む加工プロセスで
は、ウェットエッチング等の工程がかならず行われるた
め、シリコン表面は荒れている。そのため、各プロセス
ごとにウェハ表面を研磨加工することが考えられるが、
その研磨加工は技術的に困難で、しかも、コスト高とな
る。
When attempting to bond a plurality of silicon wafers each having a fine structure processed in a wafer size, the following problems occur in the conventional technique.
That is, when bonding the wafers without applying pressure, there is a problem that the wafer surface must be processed until it becomes a mirror surface because the surface roughness of the wafer size is 13 nm or more. For example, in a processing process of forming a structure on a silicon wafer using a semiconductor process, a silicon surface is rough because steps such as wet etching are always performed. Therefore, it is possible to polish the wafer surface for each process.
The polishing process is technically difficult and the cost is high.

【0007】また、ウェハを加圧して接合する場合、従
来技術ではシリコンウェハの厚みのばらつきが考慮され
ていない。一般に両面研磨を施したシリコンウェハの1
枚のウェハ内の厚みのばらつきは、少なくとも±3μm
程度ある。そのため、シリコンウェハ全面を均一に加圧
して接合することは困難である。より詳細な説明を図5
を参照して行う。図5は、従来、ウェハ間の接合を平面
で加圧する機構の説明図を示す。図のように二枚のウェ
ハを平面で加圧してもウェハ面内の一部しか加圧され
ず、シリコンウェハ全面を均一に接合することが困難で
ある。また、無理に大きな加圧力を加えるとシリコンウ
ェハにひずみを残す原因となる。
Further, when the wafers are pressed and bonded together, the prior art does not consider the variation in the thickness of the silicon wafer. In general, 1 of a silicon wafer that has been polished on both sides
Thickness variation within a wafer is at least ± 3 μm
There is a degree. Therefore, it is difficult to uniformly pressurize and bond the entire surface of the silicon wafer. A more detailed description is shown in FIG.
Refer to. FIG. 5 shows an explanatory view of a conventional mechanism for pressing the bonding between the wafers on a plane. Even if two wafers are pressed flat as shown in the figure, only a part of the wafer surface is pressed, and it is difficult to uniformly bond the entire surface of the silicon wafer. Further, if a large pressure is applied forcibly, it will cause a strain to remain on the silicon wafer.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は基板に、例えば、シリコンウェハを用
いた場合、室温において、構造体が形成されたシリコン
ウェハもしくは構造体が形成されていないシリコンウェ
ハを目的の数だけ組み合わせて、クラス100以下のク
リーンルーム内で貼り合わせて積層し、その後、電気炉
の中で積層された最外層のウェハの片面から、気体もし
くは液体を含む加圧材の圧力で加圧し、接合を行う。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a substrate, for example, a silicon wafer, in which a structure is formed at room temperature to form a silicon wafer or a structure. A desired number of unbonded silicon wafers are combined and laminated in a clean room of class 100 or less, and then the outermost wafers stacked in the electric furnace are treated with gas or liquid from one side. Bonding is performed by applying the pressure of the pressure material.

【0009】上記の方法ではシリコンウェハ面を均一に
圧力を印加させることが可能であり、シリコンウェハの
厚みにばらつきがある場合でも、ウェハ面内で局部的な
加圧状態とならずに良好な接合が実現できる。
According to the above method, it is possible to apply a pressure uniformly to the silicon wafer surface, and even if there is a variation in the thickness of the silicon wafer, it is possible to obtain a good pressure without locally applying a pressure on the wafer surface. Bonding can be realized.

【0010】また、別の解決策として、気体もしくは液
体を含む加圧材を用いて加圧するかわりに、積層基板の
片側から複数本の加圧棒を用いて加圧力を均一に付加
し、接合を行うことにより達成される。より詳細には、
前記、複数本の加圧棒を用いた方式に積層シリコンウェ
ハを加圧する該加圧棒でそのまま加圧するか、もしくは
複数本のばねを介した加圧棒を用いるか、もしくは複数
本のねじを用いて加圧する方式を用いる。なお、積層ウ
ェハと接触する部分の材質はシリコンとの反応を抑制す
るためにセラミックスを用いることが好ましい。
As another solution, instead of pressurizing with a pressurizing material containing gas or liquid, a plurality of pressurizing rods are applied uniformly from one side of the laminated substrate to bond them. It is achieved by performing. More specifically,
In the method using a plurality of pressure rods, the laminated silicon wafers are pressurized by the pressure rods as they are, or the pressure rods through a plurality of springs are used, or a plurality of screws are used. The method of applying pressure is used. It should be noted that it is preferable to use ceramics as the material of the portion that comes into contact with the laminated wafer in order to suppress reaction with silicon.

【0011】以上に述べた各方式おける接合形態は高温
で直接接合する方式でも、低温ではんだを介して接合す
る方式もしくは低融点ガラスを挾んで接合する方式で
も、いずれの場合にも適用できる。すなわち、使用する
温度範囲を接合方式によって広範囲に選定できる。
The joining form in each of the above-mentioned methods can be applied to either a direct joining method at a high temperature, a joining method via solder at a low temperature, or a joining method by sandwiching a low melting point glass. That is, the temperature range to be used can be selected over a wide range depending on the joining method.

【0012】なお、付加的な解決手段として、積層され
た各ウェハ間の位置合わせは、各ウェハに異方性エッチ
ングを利用して、位置合わせ用の溝もしくは突起部を直
接加工したもので行う。
As an additional solution, the alignment between the stacked wafers is performed by directly processing the alignment grooves or protrusions on each wafer by utilizing anisotropic etching. .

【0013】[0013]

【作用】本発明によれば、気体もしくは液体を含む加圧
材の圧力を用いて加圧しているため、ウェハ面には均一
に加圧力が加わることになる。それにより、ウェハの厚
みのばらつき及びうねり等が存在しても、ウェハ全面に
均一に加圧力が加わり、局所的な変形ならびに局部加圧
による割れ,局所的な残留応力及び未接合部の発生が防
止される。
According to the present invention, since the pressure is applied by using the pressure of the pressure material containing the gas or the liquid, the pressing force is uniformly applied to the wafer surface. As a result, even if there are variations in wafer thickness and waviness, pressure is applied uniformly to the entire surface of the wafer, causing local deformation and cracking due to local pressure, local residual stress, and occurrence of unbonded portions. To be prevented.

【0014】また、加圧棒方式を用いた場合も同様に、
ウェハ面には均一に加圧力が付加される。これは、加圧
力を均一に分担するためである。
Similarly, when the pressure rod system is used,
Pressure is uniformly applied to the wafer surface. This is to evenly distribute the pressing force.

【0015】さらに、各ウェハには位置合わせ用の溝も
しくは突起部を直接、加工されているために、外部から
光学系を用いて位置合わせする必要がなく、しかも多層
の積層が可能となるため、接合前の位置合わせに要する
時間を短縮できる。
Further, since the groove or protrusion for alignment is directly processed on each wafer, it is not necessary to perform alignment using an optical system from the outside, and moreover, it is possible to stack multiple layers. The time required for alignment before joining can be shortened.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の各実施例を各図を参照して説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1は本発明の一実施例に係るシリコン積
層接合用接合装置の加圧機構を示す断面図である。1は
積層したシリコンウェハで5層のウェハからなってお
り、おのおのに構造体が形成されている。構造体の形成
には、例えば、半導体プロセスに代表されるような微細
加工が適用される。なお、この構造体とは別に各ウェハ
には異方性エッチングを利用して、位置合わせ用の溝も
しくは突起部が加工されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pressure mechanism of a silicon lamination bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 is a laminated silicon wafer composed of five layers of wafers, each having a structure formed thereon. For example, fine processing represented by a semiconductor process is applied to the formation of the structure. In addition to this structure, each wafer is provided with alignment grooves or protrusions by utilizing anisotropic etching.

【0018】シリコンウェハの接合界面は作るべきデバ
イスの用途に応じて適宜選べる。例えば、シリコンとシ
リコンを直接、接合しても良く、また、シリコン表面に
酸化物シリコン膜やアルミニウム,金,金−錫共晶等が
形成されたものを用いても良い。
The bonding interface of the silicon wafer can be appropriately selected according to the application of the device to be manufactured. For example, silicon may be directly bonded to silicon, or a silicon oxide film, aluminum, gold, gold-tin eutectic, or the like formed on the surface of silicon may be used.

【0019】図1は積層基板の加圧面を気体もしくは液
体を含む加圧材の圧力を利用することによって加圧する
機構を示す。図1の機構では積層シリコンウェハ1の片
面に圧力容器2が配置されており、上ロッド4及び下ロ
ッド5によって固定されている。また、上ロッド4及び
下ロッド5には任意の加圧力W(以下、ロッド荷重Wと
記載する。)が加えられる。圧力容器2には気体もしく
は液体を含む加圧材3が導入され、任意の加圧圧力Pが
加えられている。さらに、上ロッド4のウェハに接する
表面は十分に高い平面度と平滑さを備えるよう、高精度
に加工されている。
FIG. 1 shows a mechanism for pressurizing the pressurizing surface of the laminated substrate by utilizing the pressure of a pressurizing material containing gas or liquid. In the mechanism of FIG. 1, the pressure vessel 2 is arranged on one surface of the laminated silicon wafer 1 and is fixed by the upper rod 4 and the lower rod 5. Further, an arbitrary pressing force W (hereinafter, referred to as a rod load W) is applied to the upper rod 4 and the lower rod 5. A pressure material 3 containing gas or liquid is introduced into the pressure container 2 and an arbitrary pressure P is applied. Further, the surface of the upper rod 4 in contact with the wafer is processed with high accuracy so as to have sufficiently high flatness and smoothness.

【0020】次に本発明第一の実施例でのウェハの加圧
制御線図を図6に示す。横軸に圧力容器2に印加する加
圧圧力Pを、縦軸にロッド荷重Wを示した。初期状態で
は加圧圧力の有無にかかわらず、積層されたシリコンウ
ェハの積層状態を維持するために外周部に一定の微小荷
重を加える必要がある。この場合、微小荷重より大きな
荷重を印加すると、熱処理時にウェハの外周部が拘束さ
れているため、ウェハの反りが矯正される時にひずみを
残すことになる。その後、加圧圧力Pはウェハの撓みを
抑制するために、圧力を高く設定するが、その場合、シ
リコンウェハの外周部から圧力容器に導入された気体も
しくは液体を含む加圧材の漏れを防止するため、及びウ
ェハ全面にわたって均一な加圧力を加えるため、ロッド
荷重Wを加圧圧力Pに比例させて増加させる必要があ
る。
Next, FIG. 6 shows a wafer pressure control diagram in the first embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the pressure P applied to the pressure vessel 2, and the vertical axis represents the rod load W. In the initial state, it is necessary to apply a constant minute load to the outer peripheral portion in order to maintain the laminated state of the laminated silicon wafers regardless of the presence or absence of the pressurizing pressure. In this case, when a load larger than the minute load is applied, the outer peripheral portion of the wafer is constrained during the heat treatment, so that strain is left when the warp of the wafer is corrected. After that, the pressurizing pressure P is set high in order to suppress the bending of the wafer, but in that case, the leakage of the pressurizing material containing the gas or the liquid introduced into the pressure container from the outer peripheral portion of the silicon wafer is prevented. In order to achieve this and to apply a uniform pressing force over the entire surface of the wafer, it is necessary to increase the rod load W in proportion to the pressing pressure P.

【0021】ところで、シリコンウェハに反りがある場
合にこれを矯正するのに必要な加圧圧力Pの値は数1で
表すことができる(引用文献;材料力学公式集,コロナ
社1978年)。
By the way, when the silicon wafer has a warp, the value of the pressurizing pressure P required to correct the warp can be expressed by Equation 1 (Cited document; Official Journal of the Mechanics of Materials, Corona Publishing Company, 1978).

【0022】[0022]

【数1】 [Equation 1]

【0023】例えば、接合前のウェハの板の撓み部分の
外半径が2cmで初期反り量が20μmの場合、加圧圧力
は約3.5×104Paである。
For example, when the outer radius of the bent portion of the wafer plate before bonding is 2 cm and the initial amount of warp is 20 μm, the pressure applied is about 3.5 × 10 4 Pa.

【0024】詳細にはロッド荷重W及び圧力容器2に印
加する加圧圧力Pをバランス良く設定することにより、
圧力容器2から気体もしくは液体を含む加圧材の漏れを
防止するとともにシール部分を含めてウェハ全面に均一
な圧力分布を生じさせることができる。すなわち、積層
シリコンウェハ1に不必要な加圧力が加わることなく、
局所加圧による変形ならびに無理なひずみによる割れ,
局所的な残留応力及び未接合部の発生が防止される。
Specifically, by setting the rod load W and the pressure P applied to the pressure vessel 2 in a well-balanced manner,
It is possible to prevent the pressure material containing gas or liquid from leaking from the pressure vessel 2 and to generate a uniform pressure distribution over the entire surface of the wafer including the seal portion. That is, without applying unnecessary pressure to the laminated silicon wafer 1,
Deformation due to local pressure and cracking due to excessive strain,
Generation of local residual stress and unbonded portions is prevented.

【0025】さらに本発明では上記の方式とは別の機構
として、積層シリコンウェハ1の片側から複数本の加圧
棒を用いて加圧する方式がある。より詳細には複数本の
加圧棒でそのまま加圧するか、もしくは複数本のばねを
介した加圧棒を用いるか、もしくは複数本のねじを用い
て加圧する方式を用いる。これらの方式を図2ないし図
4を参照して説明する。
Further, in the present invention, as a mechanism different from the above-mentioned method, there is a method of applying pressure from one side of the laminated silicon wafer 1 using a plurality of pressure rods. More specifically, a method of directly applying pressure with a plurality of pressure rods, using a pressure rod through a plurality of springs, or using a method of using a plurality of screws is used. These methods will be described with reference to FIGS.

【0026】図2は本発明の第二の実施例を表す接合装
置の加圧機構の断面図を示す。支持台6に挿入された積
層シリコンウェハ1を片側から数本の加圧棒8を用いて
加圧する。なお、加圧棒8は支持治具10によって支持
されている。
FIG. 2 shows a sectional view of a pressing mechanism of a joining apparatus showing a second embodiment of the present invention. The laminated silicon wafer 1 inserted in the support base 6 is pressed from one side by using several pressing rods 8. The pressure bar 8 is supported by the support jig 10.

【0027】図3は本発明の第三の実施例を表す接合装
置の加圧機構の断面図を示す。支持台6の上に積層シリ
コンウェハ1を配置し、積層シリコンウェハの片側から
数本のばね9を介した数本の加圧棒8を用いて加圧する
方式であり、数本のばね9及び加圧棒8は支持治具10
によって支持され、その上に任意の錘11によって加圧
されている。この場合、ウェハ面には均一に加圧力が付
加される。これは、ばね9が加圧力を均一に分担するた
めである。
FIG. 3 shows a sectional view of a pressing mechanism of a joining apparatus showing a third embodiment of the present invention. This is a system in which the laminated silicon wafer 1 is placed on the support base 6 and pressure is applied from one side of the laminated silicon wafer by using several pressure rods 8 via several springs 9. The pressure rod 8 is a supporting jig 10.
Is supported by and is pressed by an arbitrary weight 11 thereon. In this case, a pressing force is uniformly applied to the wafer surface. This is because the spring 9 evenly distributes the pressing force.

【0028】図4は本発明の第四の実施例を表す接合装
置の加圧機構の断面図を示す。支持台6の中に積層シリ
コンウェハ1を挿入し、ウェハの片側から数本の押しね
じ12を用いて積層シリコンウェハを均一に加圧する。
また、支持治具10は押しねじ12の押し付け力を固定
するものであり、支持台6に固定されている。加圧力の
制御は押しねじ12の締め付け力を利用して行う。この
時、積層シリコンウェハを均一に加圧するため、各治具
の熱膨張率も考慮してトルクレンチを用いて押しねじ1
2を調整した。これにより、加圧力の調整が自由にな
る。さらに、加圧するウェハサイズによって押しねじの
本数もしくは大きさを自由に設定できる。
FIG. 4 is a sectional view of a pressing mechanism of a joining apparatus showing a fourth embodiment of the present invention. The laminated silicon wafer 1 is inserted into the support table 6, and the laminated silicon wafer is uniformly pressed by using several push screws 12 from one side of the wafer.
Further, the support jig 10 fixes the pressing force of the push screw 12, and is fixed to the support base 6. The pressing force is controlled by utilizing the tightening force of the push screw 12. At this time, in order to uniformly press the laminated silicon wafer, the pressing screw 1 is used with a torque wrench in consideration of the thermal expansion coefficient of each jig.
Adjusted 2. As a result, the pressure can be adjusted freely. Further, the number or size of push screws can be freely set depending on the size of the wafer to be pressed.

【0029】また、図1ないし図4における実施例にお
ける各種治具の材質はシリコンと目的の接合温度で反応
しない材質を選定すると良い。例えば、低温で接合する
場合、金属を用いることができるが、高温で接合する場
合はセラミックスを用いることが望ましい。また、各方
式における加圧機構の周囲にはヒータが設置されてお
り、コントローラにより自由に温度設定が可能である。
さらに、接合形態は高温で直接接合する方式でも、低温
ではんだを介して接合する方式もしくは低融点ガラスを
挾んで接合する方式でも、いずれの場合にも適用でき
る。すなわち、使用する温度範囲を接合方式によって広
範囲に選定できる。
Further, as the material of various jigs in the embodiments shown in FIGS. 1 to 4, it is preferable to select a material which does not react with silicon at a target bonding temperature. For example, when joining at low temperature, metal can be used, but when joining at high temperature, it is desirable to use ceramics. In addition, a heater is installed around the pressurizing mechanism in each system, and the temperature can be freely set by the controller.
Further, the joining form can be applied to either a direct joining method at a high temperature, a joining method at a low temperature via solder, or a joining method with a low melting point glass sandwiched. That is, the temperature range to be used can be selected over a wide range depending on the joining method.

【0030】本発明における基板の組立は、例えば、シ
リコンウェハを用いた場合、室温で、クラス100以下
のクリーンルーム内で構造体が形成されたシリコンウェ
ハもしくは構造体が形成されていないシリコンウェハを
目的の数だけ、貼り合わせて積層すれば良い。
In the assembly of the substrate in the present invention, for example, when a silicon wafer is used, a silicon wafer on which a structure is formed or a silicon wafer on which a structure is not formed is used in a clean room of class 100 or less at room temperature. It suffices to attach and stack the same number of layers.

【0031】なお、付加的な解決手段として、積層され
た各シリコンウェハ間の位置合わせは、図7に示したよ
うに、シリコンウェハ7に異方性エッチングを利用し
て、位置合わせ用の溝15もしくは突起部16を直接加
工したもので行う。この場合のウェハ間の位置合わせ精
度は±5μm以内であった。
As an additional solution, the alignment between the stacked silicon wafers is performed by using anisotropic etching on the silicon wafer 7 as shown in FIG. 15 or the projection 16 is directly machined. In this case, the alignment accuracy between the wafers was within ± 5 μm.

【0032】図8に本発明の静圧加圧方式を用いた場合
と従来の加圧力を付加しない方式を用いた場合のシリコ
ン接合部の表面粗さと接合強度との関係を示す。接合方
式は高温接合を用いた。また、試験片の表面粗さは構造
体の形成が終了した後に測定した。
FIG. 8 shows the relationship between the surface roughness of the silicon joint and the joint strength when the static pressure application method of the present invention is used and when the conventional pressure application method is not used. The joining method used was high temperature joining. The surface roughness of the test piece was measured after the formation of the structure was completed.

【0033】従来の加圧力がない場合は表面粗さが10
nmを超えると接合強度は極端に低下する。しかし、本
発明の静圧加圧方式を用いた場合は表面粗さが10nm
を超えた場合でも、接合強度は低下することなく、良好
な接合が行われた。
If there is no conventional pressing force, the surface roughness is 10
When it exceeds nm, the bonding strength is extremely reduced. However, when the static pressure method of the present invention is used, the surface roughness is 10 nm.
Even if the value exceeded, the bonding strength did not decrease and good bonding was performed.

【0034】本実施例で適用した基板はシリコンウェハ
であるが、本発明で、シリコンウェハ以外の基板にも適
用することが可能である。例えば、ガラス基板もしくは
金属基板にも適用することができる。各種基板は個々に
使用しても、組み合わせて使用してもどちらでも良い。
Although the substrate applied in this embodiment is a silicon wafer, the present invention can also be applied to substrates other than silicon wafers. For example, it can be applied to a glass substrate or a metal substrate. The various substrates may be used individually or in combination.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、積層シリコンウェハに
は接合中、無理なひずみもしくは局部加圧による変形な
どが加わることがなく、しかも低温から高温まで接合範
囲が広い条件下で適用でき、かつ、ウェハサイズでシリ
コン構造体の接合が可能である。
According to the present invention, a laminated silicon wafer is not subjected to excessive strain or deformation due to local pressure during bonding, and can be applied under a wide bonding range from low temperature to high temperature. In addition, it is possible to bond silicon structures in a wafer size.

【0036】さらに、本発明で適用が可能な基板はシリ
コンウェハに限らず、例えば、ガラス基板もしくは金属
基板にも適用することができる。
Further, the substrate applicable to the present invention is not limited to a silicon wafer, but may be a glass substrate or a metal substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例を表す接合装置の加圧機
構の説明図。
FIG. 1 is an explanatory view of a pressure mechanism of a joining device that represents a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例を表す接合装置の加圧機
構の説明図。
FIG. 2 is an explanatory view of a pressurizing mechanism of a joining device showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施例を表す接合装置の加圧機
構の説明図。
FIG. 3 is an explanatory view of a pressurizing mechanism of a joining device showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第四の実施例を表す接合装置の加圧機
構の説明図。
FIG. 4 is an explanatory view of a pressurizing mechanism of a joining device showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来の接合装置の加圧機構の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a pressure mechanism of a conventional joining device.

【図6】本発明の第一の実施例での制御線図。FIG. 6 is a control diagram according to the first embodiment of the present invention.

【図7】位置合わせ機構の説明図。FIG. 7 is an explanatory view of a positioning mechanism.

【図8】表面粗さと接合強度との関係の説性図。FIG. 8 is a pragmatic view of the relationship between surface roughness and bonding strength.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…積層基板、2…圧力容器、3…気体もしくは液体を
含む加圧材、4,5…ロッド。
1 ... Laminated substrate, 2 ... Pressure vessel, 3 ... Pressurizing material containing gas or liquid, 4, 5 ... Rod.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数枚の基板を積層接合する接合方法にお
いて、積層基板の最上層または最下層のいずれか一方も
しくは両方から前記積層基板の外周部でシールを行い、
前記シール内で気体もしくは液体を含む加圧材の圧力で
積層基板を加圧することを特徴とする基板の接合方法。
1. A joining method for laminating and joining a plurality of substrates, wherein sealing is performed at an outer peripheral portion of the laminated substrate from either or both of an uppermost layer and a lowermost layer of the laminated substrate,
A method of joining substrates, wherein a pressure is applied to a laminated substrate by a pressure material containing a gas or a liquid in the seal.
【請求項2】請求項1において、前記積層基板の加圧面
と接する気体もしくは液体を含む加圧材は積層された基
板の最上層または最下層のいずれか一方もしくは両方か
ら前記積層基板と接触した圧力容器内で加圧される基板
の接合方法。
2. The pressurizing material containing a gas or a liquid, which is in contact with the pressurizing surface of the laminated substrate, contacts the laminated substrate from either one or both of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated substrates. A method for joining substrates which are pressurized in a pressure vessel.
【請求項3】複数枚の基板を積層し、接合を行う接合方
法において、積層基板の片側から複数本の加圧棒を用い
て、加圧することを特徴とする基板の接合方法。
3. A method for joining substrates, wherein a plurality of substrates are laminated and joined together by applying pressure from one side of the laminated substrate using a plurality of pressure rods.
【請求項4】請求項3において、前記加圧棒に加圧力を
与える方法としてばね,ねじ、または錘のいずれかまた
はその組み合わせを用いる基板の接合方法。
4. The method for joining substrates according to claim 3, wherein any one of a spring, a screw, a weight, or a combination thereof is used as a method for applying a pressing force to the pressure bar.
【請求項5】請求項1,2,3または4において、前記
積層基板に接触する部分はセラミックスで構成する基板
の接合方法。
5. The method for joining substrates according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein a portion in contact with the laminated substrate is made of ceramics.
【請求項6】請求項1,2,3,4または5において、
前記積層基板の少なくとも1枚がシリコンウェハであ
り、前記シリコンウェハにはビーム加工もしくはエッチ
ング加工等によって構造体が形成されている基板の接合
方法。
6. The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
At least one of the laminated substrates is a silicon wafer, and the silicon wafer has a structure formed by beam processing, etching processing, or the like.
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