JPH07283379A

JPH07283379A - 基板の貼り合わせ方法

Info

Publication number: JPH07283379A
Application number: JP6846494A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 弘佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【構成】ベアＳｉ基板であるベースウェハ１と表面酸
化Ｓｉ基板であるボンドウェハ２の貼り合わせ面１ａ，
２ａをそれぞれ親水化処理し、該貼り合わせ面１ａ，２
ａを対向させるごとく該ベースウェハ１とボンドウェハ
２を近接保持する。そして、ボンドウェハ２の上面２ｂ
中央部を吹出ノズル１３から供給される圧縮空気によっ
て均等な面圧にて押圧し、上記貼り合わせ面１ａ，２ａ
間に働く水素結合力によって、ベースウェハ１とボンド
ウェハ２を貼り合わせる。【効果】基板に歪が生じにくく、このため、貼り合わ
せ界面に気泡が入り込むのを抑制できる。また、押圧時
の基板汚染も防止できる。これにより、貼り合わせ工程
の信頼性を高めることができ、回路パターンの三次元化
が可能となるため、デバイスのさらなる高集積化、高速
化、高耐圧化、多性能化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、接着剤等の介在物質を
用いることなく、水素結合力により直接基板同士を結合
する基板の貼り合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおいて、２
枚の半導体基板を接着剤等の介在物質を用いることなく
水素結合力により直接結合する貼り合わせ技術が注目さ
れつつある。この貼り合わせ技術を適用すると、予め異
なる種類の半導体基板を準備したり、加工しておくこと
により、複雑な構造をウェハバルク中に比較的簡単に作
製することができる。このため、回路パターンの三次元
化が可能となり、さらなる高集積化、高速化、高耐圧
化、多機能化を図ることが可能となる。

【０００３】最近では、この貼り合わせ技術を、寄生容
量を低減してデバイスの動作高速化を実現可能なＳＯＩ
（Silicon On Insulator：絶縁膜基板上に形成された薄
膜単結晶シリコン基板）構造の作製に適用することが提
案されている。

【０００４】ここで、実際に貼り合わせを行う手順を図
２を用いて説明する。先ず、ベースウェハ（下方に載置
される半導体基板）１の一方の主面である貼り合わせ面
１ａとボンドウェハ（上方に載置される半導体基板）２
の一方の主面である貼り合わせ面２ａを洗浄し、パーテ
ィクルを除去すると共に親水性を持たせる。この直後、
ベースウェハ１の貼り合わせ面１ａを上向きにして平坦
面上に載置し、ボンドウェハ２の貼り合わせ面２ａを下
向きにして、上記ベースウェハ１の貼り合わせ面１ａに
接近させる。貼り合わせ面１ａ，２ａ間の距離が数μｍ
〜数十μｍとなると、貼り合わせ面１ａ，２ａ間に存在
する空気の粘性抵抗や静電気力等の寄与により、ミクロ
に見ると、ボンドウェハ２が浮上した状態となる。

【０００５】そして、このように完全には接触していな
いベースウェハ１とボンドウェハ２とを貼り合わせるに
は、押圧具１０３を用いて、ボンドウェハ２の他方の主
面である上面２ｂを局所的に押圧する。この押圧具１０
３は、通常、先端に向かって細くなされた棒状の硬質材
であり、例えば、ポリアセタール樹脂やフッ素樹脂より
構成される。

【０００６】上記押圧具１０３の先端によってボンドウ
ェハ２を押圧すると、貼り合わせ面２ａにおける押圧さ
れた点に対応する部分が、ベースウェハ１の貼り合わせ
面１ａと接触し、水素結合力とファンデルワールス力に
より結合する。そして、このようにある点にて結合がな
されると、この接触部を中心として同心円状に貼り合わ
せ面１ａ，２ａが自己吸着してゆくため、最終的には全
面を数秒以内で貼り合わせることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の貼り
合わせ方法においては、貼り合わせ開始時に、押圧具１
０３の先端をボンドウェハ２の上面２ｂに接触させるた
め、ボンドウェハ２の上面２ｂが汚染されやすいという
問題があった。

【０００８】また、上記押圧具１０３は硬質材よりな
り、ボンドウェハ２の上面２ｂに対して点接触するた
め、ボンドウェハ２、さらにはベースウェハ１に押圧歪
が生じやすい。そして、歪が生じると、貼り合わせ面１
ａ，２ａの平坦性が失われるため、貼り合わされる際
に、界面に気泡を入り込みやすくなってしまう。

【０００９】そして、上述のように基板が汚染された
り、貼り合わせ界面に気泡が入り込んだりすることは、
貼り合わせ工程以降のプロセスに悪影響を与えたり、作
製されたデバイスの特性を劣化させることにつながる。

【００１０】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、基板を汚染することなく、且
つ、貼り合わせ界面に気泡が入り込むのを抑制すること
が可能な基板の貼り合わせ方法を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために提案されたものであり、平坦面上に保持さ
れた第１の基板上に第２の基板を互いの一方の主面同士
を対向させるごとく近接保持し、該第２の基板の他方の
主面を局所的に押圧して、該第１の基板と該第２の基板
とを水素結合力によって貼り合わせるに際し、前記押圧
は、圧縮気体の供給により行うものである。

【００１２】第２の基板の他の主面を局所的に押圧する
ために用いられる圧縮気体としては、清浄であること、
化学的に安定であることが条件となるため、不純物を除
去して清浄化した空気または不活性ガスを加圧して用い
ればよい。

【００１３】また、上記第１の基板と第２の基板の貼り
合わせは水素結合力によってなされるので、貼り合わせ
を行う直前に、第１の基板と第２の基板の対向する主面
をそれぞれ親水化処理しておくとよい。親水化処理とし
ては、従来公知の各種洗浄液による洗浄処理が適用で
き、例えば、アンモニア−過酸化水素水溶液、塩酸−過
酸化水素水溶液等によるいわゆるＲＣＡ洗浄が適用可能
である。

【００１４】ここで、前記第１の基板および前記第２の
基板は、水素結合力により貼り合わせ可能な材料より構
成されるものであればよいが、特に、第１の基板および
第２の各々が、ベアＳｉ基板もしくは表面酸化Ｓｉ基板
のいずれか一方である場合、半導体装置の製造プロセス
において応用範囲が広く、有用である。もちろん、第１
の基板および第２の各々が、Ｇｅ基板やＧａＡｓ，Ｇａ
Ｐ，ＩｎＳｂ等の化合物半導体基板であってもよい。

【００１５】

【作用】本発明においては、清浄な空気または不活性ガ
ス等の圧縮気体を吹き付けることによって基板を押圧す
るため、従来のように押圧に際して硬質材よりなる押圧
具を基板に接触させる必要がない。このため、固体同士
の接触によるパーティクル発生が原理的に生じない。

【００１６】さらに、従来のように、点接触、あるいは
極めて狭い領域における面接触により基板の押圧を行う
のではなく、上記圧縮気体によって均等な面圧にて基板
を押圧することが可能であるため、押圧歪の発生を抑制
できる。また、押圧歪の発生が抑制されることによっ
て、上下基板の貼り合わせ面共に平坦性が保たれるた
め、貼り合わせ界面に気泡が入り込むことが防止され
る。

【００１７】水素結合力により貼り合わせは、貼り合わ
せ面同士が親水性であれば可能であるため、半導体装置
の製造プロセスにおいて適用範囲の広い、ベアＳｉ基板
同士、表面酸化Ｓｉ基板同士、ベアＳｉ基板と表面酸化
Ｓｉ基板等の貼り合わせが容易に行える。なお、貼り合
わせ面を親水化するために洗浄すると、この貼り合わせ
面上に付着していたパーティクルの除去も同時に行うこ
とができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る基板の貼り合わせ方法を
適用した実施例について具体的に説明する。

【００１９】先ず、本発明を行うに際して使用する貼り
合わせ装置について説明する。図１に示されるように、
貼り合わせ装置は、圧縮気体を供給するガス供給部３
と、ベースウェハ（下方に保持される半導体基板）１と
ボンドウェハ（上方に保持される半導体基板）２とを保
持する治具部４とからなる。

【００２０】治具部４は、前記ベースウェハ１を載置す
るための載置台５と、この載置面の外周部に設けられる
支持ピン９とから構成されている。

【００２１】上記載置台５においては、真空チャック７
とこれを保持する外枠６とによってベースウェハ１を載
置できるようになされ、該真空チャック７の下には排気
口８が設けられている。このため、排気口８に接続され
る排気ポンプ（図示せず。）にて排気を行うことによ
り、ベースウェハ１が真空チャック７に吸引され、載置
台５に平坦に保持されることとなる。なお、この載置台
５にてベースウェハ１を吸引保持すれば、貼り合わせ時
のベースウェハ１の延びが防止できる。

【００２２】一方、上記支持ピン９は、載置台５の外周
部に、ボンドウェハ２の外周の例えば３点に接する位置
に設けられ、ボンドウェハ２をベースウェハ１上にて水
平方向のズレを防止しながら支持可能とするものであ
る。なお、支持ピン９により支持されたベースウェハ１
およびボンドウェハ２は、その側面の大部分が開放され
ているため、貼り合わせ時、貼り合わせ面１ａ，２ａが
同心円状に自己吸着していく過程で、この貼り合わせ面
１ａ，２ａ間に存在する空気を側方に逃がすことができ
る。

【００２３】ガス供給部３は、ガス供給源（図示せ
ず。）よりガス供給管１４を介して供給されるガスから
不純物を除去する第１のフィルター１５、ガスを圧縮す
るための加圧ポンプ１０、さらに圧縮ガス中の不純物を
除去する第２のフィルター１１、圧縮ガスを前記ボンド
ウェハ２の上面２ｂに吹き出す吹出ノズル１３、圧縮ガ
スの供給の開始／停止およびその供給量を調整するバル
ブ１２から構成される。

【００２４】前記吹出ノズル１３は、図２に示されるよ
うに、その内径ｒが５ｍｍであり、この先端がボンドウ
ェハ２の中央部にて、上面２ｂとの距離ｄが１ｍｍとな
る位置となるように配設される。これにより、圧縮ガス
をボンドウェハ２の上面２ｂ中央部へ均等な面圧にて吹
き出すことができる。

【００２５】上述のような貼り合わせ装置を用いて、ベ
アＳｉ基板よりなるベースウェハ１と表面酸化Ｓｉ基板
よりなるボンドウェハ２の貼り合わせを行った。

【００２６】先ず、ベースウェハ１とボンドウェハ２の
貼り合わせ面１ａ，２ａをそれぞれアンモニア−過酸化
水素水溶液にて洗浄することによって、パーティクルを
除去すると共に親水化した。その後、上記親水化された
貼り合わせ面１ａを上としてベースウェハ１を載置台５
上の支持ピン９にて囲まれた領域に載置し、排気口８か
ら排気を行うことにより載置台５に吸引保持した。次
に、貼り合わせ面２ａを下にしたボンドウェハ２を、そ
の側面を支持ピン９にて支持させた状態にて、上記ベー
スウェハ１に対向させて近接させた。

【００２７】そして、ガス供給源より供給される空気
を、第１のフィルター１５、加圧ポンプ１０、第２のフ
ィルター１１を通過させて不純物が十分に除去された圧
縮空気としてから、吹出ノズル１３から前記ボンドウェ
ハ２の上面２ｂ中央部に吹き付けた。なお、上記圧縮空
気の供給開始／停止および流量は、バルブ１２にて制御
した。そして、上述のようにして圧縮空気を供給するこ
とにより、１００ｇｒなる圧力にて５秒間の押圧を行っ
た。

【００２８】これにより、圧縮空気が吹き付けられた部
分に対応するボンドウェハ２の貼り合わせ面２ａがベー
スウェハ１の貼り合わせ面１ａに接触し、水素結合力と
ファンデルワールス力によって結合し、さらに、この接
触部を中心として同心円状にベースウェハ１とボンドウ
ェハ２とが自己吸着していった。

【００２９】なお、以上の貼り合わせ操作により、ボン
ドウェハ２には押圧による延びや歪がほとんど生じず、
貼り合わせ界面の気泡の取り込みも抑制されていた。ま
た、ボンドウェハ２の上面２ｂが汚染されることもなか
った。

【００３０】押圧歪が生じなかったのは、均等な面圧に
てボンドウェハ２を押圧できたからである。また、気泡
の取り込みを抑制できたのは、押圧歪が防止されたこと
により、貼り合わせ面１ａ，２ａがそれぞれ平坦性を保
った状態にて貼り合わされたためであると考えられる。

【００３１】以上、本発明に係る基板の貼り合わせ方法
について説明したが、本発明は上述の実施例に限定され
るものではなく、ガス供給部３や治具部４の構成もこれ
に限られない。例えば、吹出ノズル１３の内径ｒおよび
ボンドウェハ２との距離ｄは上述した数値に限られず、
吹出ノズルの外径をＲとして、下式（１）を満たすよう
に設定することにより、均等な面圧にて圧縮ガスを吹き
出すことが可能な構成とされればよい。

【００３２】 π（ｒ／２）²＞πＲ×ｄ・・・（１）なお、π（ｒ／２）²は、内径ｒの吹出ノズル１３の開
口面積であり、πＲ×ｄは、吹出ノズル１３とボンドウ
ェハ２の間に存在する仮想的な円環状の吹出総面積を示
す。

【００３３】また、載置台５は、ベースウェハ１を所定
位置に載置しやすいように、載置面を傾斜させたものと
してもよい。なお、ベースウェハ１、ボンドウェハ２の
構成材料や、圧縮気体の種類等も本発明の主旨を逸脱し
ない範囲で適宜変更可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
を適用すると、基板に歪を生じさせることなく、これに
より、貼り合わせ界面に気泡が入り込むのを抑制でき
る。また、押圧時の基板汚染を防止することもできる。
このように、良好な状態にて基板同士を貼り合わせるこ
とができ、貼り合わせ状態のバラツキも抑えられるの
で、基板の貼り合わせ工程の信頼性を高めることができ
る。

【００３５】したがって、貼り合わせを行って作製され
たデバイスの特性を向上させることができ、さらなる高
集積化、高速化、高耐圧化、多性能化を図ることも可能
となる。

【００３６】また、本発明に用いる貼り合わせ装置は、
構造が単純で安価に供給でき、量産工程にも適するもの
である。このため、本発明に係る基板の貼り合わせ方法
を半導体装置の製造プロセスに適用することは、工業的
価値が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する貼り合わせ装置の一構成例を
示す模式図である。

【図２】押圧時の吹出ノズルと基板の状態を示す模式図
である。

【図３】従来法による押圧時の押圧具と基板の状態を示
す模式図である。

【符号の説明】

１ベースウェハ２ボンドウェハ３ガス供給部４治具部５載置台６外枠７載置板８排気口９支持ピン１０加圧ポンプ１１第２のフィルター１２バルブ１３吹出ノズル１４ガス供給管１５第１のフィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平坦面上に保持された第１の基板上に第
２の基板を互いの一方の主面同士を対向させるごとく近
接保持し、該第２の基板の他方の主面を局所的に押圧し
て、該第１の基板と該第２の基板とを水素結合力によっ
て貼り合わせるに際し、前記押圧は、圧縮気体の供給により行うことを特徴とす
る基板の貼り合わせ方法。
【請求項２】前記圧縮気体は、清浄な空気または不活
性ガスであることを特徴とする請求項１記載の基板の貼
り合わせ方法。
【請求項３】前記第１の基板と前記第２の基板の対向
する主面には、貼り合わせ直前にそれぞれ親水化処理を
施しておくことを特徴とする請求項１または請求項２記
載の基板の貼り合わせ方法。
【請求項４】前記第１の基板および前記第２の各々
は、ベアＳｉ基板もしくは表面酸化Ｓｉ基板のいずれか
一方であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の
いずれか１項に記載の基板の貼り合わせ方法。