JPH09162087A - 貼り合わせ基板の製造方法 - Google Patents

貼り合わせ基板の製造方法

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JPH09162087A
JPH09162087A JP31830895A JP31830895A JPH09162087A JP H09162087 A JPH09162087 A JP H09162087A JP 31830895 A JP31830895 A JP 31830895A JP 31830895 A JP31830895 A JP 31830895A JP H09162087 A JPH09162087 A JP H09162087A
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JP
Japan
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silicon substrate
silicon
substrate
oxide film
etching
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JP31830895A
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English (en)
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Masatake Nagaya
正武 長屋
Masaki Matsui
正樹 松井
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 貼り合わせ基板の端面研削を行いその後エッ
チング処理する場合に、シリコン残りがなく、かつ端面
形状を良好にする。 【解決手段】 第1シリコン基板1と第2シリコン基板
2を酸化シリコン膜3を介して貼り合わされた貼り合わ
せ基板を形成し(図1(a)、(b))、この貼り合わ
せ基板の端面を研削加工し(図1(c))、その後、貼
り合わせ面に形成された酸化シリコン膜3が露出するま
で水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いた異方
性エッチング液によりエッチング処理し(図1(d)、
この後、第1シリコン基板1側から表面研削加工を行い
(図1(e))、ポリッシングを行う(図1(f))。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ貼り合わせ
法で貼り合わせ基板を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SOI構造をもった半導体基板を形成す
る方法として、ウエハの貼り合わせ技術が知られてい
る。これは、貼り合わせる2枚の単結晶シリコン基板の
一方、あるいは双方の表面に酸化シリコン膜を形成した
後、その表面にシラノール基(―OH基)あるいは水分
子を吸着させる処理を行い、重ね合わせて密着した後、
熱処理を施す。これにより2枚のシリコン基板は接合さ
れる。この後、接合されたシリコン基板の一方の面から
研削、続いて鏡面研磨(ポリッシング)を行うことによ
り、所望の厚みのSOI領域、すなわち酸化シリコン膜
上の単結晶シリコン層を得ることができる。
【0003】この時、貼り合わせる2枚のシリコン基板
の端面が面取り加工されている場合には、ポリッシング
後に、貼り合わせ基板の周縁部において未接合部が剥離
して研磨面へ付着することがある。このような付着が生
じると、素子形成面を汚染し、さらには研磨面の傷発生
の原因となる。そこで、図5(a)に示すように、表面
に酸化膜3が形成された第2シリコン基板2と第1シリ
コン基板1を貼り合わせた後、第1シリコン基板1の外
周を研削し、図5(b)に示すように、貼り合わせ面に
形成された酸化膜3をストッパとしてエッチングし、第
1シリコン基板1の未接合となっている領域を除去する
方法が、特開平6ー61461号公報あるいは特開平7
ー45485号公報に開示されている。また、同様な方
法において、上記の未接合領域を除去するためのエッチ
ング液としてKOH(水酸化カリウム)水溶液を用いた
ものが、特開平7ー78868号公報に開示されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法において、異方性の大きなエッチング液として
KOH水溶液を使用した場合、エッチング処理後の基板
端部の形状に問題が生ずることが判明した。本発明者ら
が行った実験に基づいて具体的に説明する。基板端部を
幅5mmで厚み50μmを残すように端面研削して図5
(a)に示すものを得、その後、エッチング液としてK
OH水溶液を使用し、研削で残した第1シリコン基板1
端部のシリコンを除去した。なお、KOH水溶液として
は、濃度31wt%、液温85℃、Si(111)に対
するSi(100)のエッチング速度比を400、Si
2 に対するSi(100)のエッチング速度比を10
00となるものを用いた。また、エッチング速度が1.
4μm/minになるため、20%オーバーエッチング
として47分間行った。
【0005】このようなエッチングを行った結果、図6
(a)に示すように、4つの(111)面で囲まれたピ
ラミッド状のシリコン残り(大きさ:5〜250μm)
が基板外周の露出させた酸化膜上全面に観察された。ま
た、露出させた酸化膜についてもエッチングされて薄く
なり、膜厚にむらが生じた。さらに、第1シリコン基板
1の外周については基板の径方向に大きな凹凸(約25
0μmの大きさ)が生じ、特に<100>方位にあたる
領域(図6(b)参照)の凹凸が大きかった。
【0006】このようなピラミッド状のシリコン残り、
また第1シリコン基板の外周の凹凸の部分には異物等が
残りやすく、洗浄しても除去されにくいために後工程に
おいてパーティクルの発生源となる。本発明は上記問題
に鑑みたもので、上記したピラミッド状のシリコン残り
がなく、かつシリコン基板外周の凹凸を異物が残留しな
いレベルにまで小さくすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、貼り合わせ基板の外周
領域を研削加工し、その後、貼り合わせ面に形成された
酸化シリコン膜が露出するまで水酸化テトラメチルアン
モニウム水溶液を用いた異方性エッチング液によりエッ
チング処理することを特徴としている。
【0008】このことにより、露出させた酸化膜上にシ
リコン残りがなく、第1シリコン基板外周の凹凸を異物
が残留しないレベルにまで小さくすることができる。ま
た、酸化膜を介さない貼り合わせ基板については、エッ
チングのストッパーとして機能させるべき酸化膜が貼り
合わせ面に存在しない。そこで、請求項2に記載の発明
では、(100)面の鏡面研磨された表面を有する第1
シリコン基板と(111)面の鏡面研磨された表面を有
する第2シリコン基板を貼り合わせ、第1シリコン基板
の外周領域を研削した後、水酸化テトラメチルアンモニ
ウム水溶液を用いた異方性エッチング液を使用すること
で、第2シリコン基板をストッパーとして機能させたエ
ッチングを行うことを特徴としている。
【0009】このことにより、酸化膜を介さない貼り合
わせにおいても、貼り合わせ基板の外周の未接合部を第
1シリコン基板のシリコン残りがなく、第1シリコン基
板外周の凹凸を異物が残留しないレベルにまで小さくす
ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)図1に、本発明の第1実施形態に係る
貼り合わせ基板の製造工程を示す。まず、図1(a)に
示すように、(100)面の鏡面研磨された表面を有す
る第1、第2シリコン基板1、2のうち、第2シリコン
基板2に熱酸化により酸化膜3を1μm形成する。その
際、酸化膜3が第2シリコン基板2の全面に形成され
る。
【0011】次に、接合を行うための前洗浄として、キ
ャロス溶液(H2 SO4 :H2 2=4:1)等の酸性
溶液中への浸漬処理をし、超純水にて洗浄する。この
後、スピン等の乾燥を行い、基板表面に吸着する水分量
を制御する。次に、図1(b)に示すように、第1シリ
コン基板1と第2シリコン基板2を密着させる。これに
より、2枚のシリコン基板1、2は、表面に形成された
シラノール基および表面に吸着した水分子の水素結合に
より密着される。
【0012】次に、ウエットO2 、H2 /O2 混合燃焼
気体中で1100℃以上、1時間以上の熱処理を施すこ
とにより、接着面において脱水縮合反応が起き、2枚の
シリコン基板1、2は直接接合され一体化し接合基板が
形成される。また、酸化雰囲気で熱処理することで、第
1シリコン基板1の裏面に酸化膜4が形成される。この
酸化膜4は後工程のエッチング工程でマスクとして機能
する。
【0013】次に、図1(c)に示すように、端面研削
を行う。この場合、第2シリコン基板2に研削砥石が当
たると、第2シリコン基板2の酸化膜3が無くなり、後
工程で酸化膜をストッパとしたエッチングができなくな
る。また、端面研削で未接合領域が欠けると、飛散して
第2シリコン基板2の未接合領域の酸化膜に当たってキ
ズをつける。酸化膜にキズがある部分は、酸化膜が薄
く、あるいはなくなっているためにシリコンがエッチン
グされ穴(凹み)が生じ、そこに異物等が入り込み汚染
やパーティクルの発生源となる。そのため、第2シリコ
ン基板2にキズが入らない加工、すなわち第1シリコン
基板1の未接合領域が研削加工で欠けない端面研削をす
る必要がある。
【0014】そこで、本実施形態においては、図2に示
すように、研削砥石5として2段式カップホイル(#8
00、#1500)を使用し、第1、第2シリコン基板
1、2をチャックテーブル6上に設置して端面研削を行
った。具体的には、最初に#800で削り代200μm
の研削を2回行い、さらに135μmを削り込む(計5
35μm)。そのまま、連続加工で#1500で削り代
20μmの研削を2回行う(#1500で40μm除
去)。この端面研削加工により研削除去量は合計575
μmとなり、625μm厚の第1シリコン基板1の端部
の残り代は50μmとなるが、この条件の加工を行うこ
とで、未接合領域が欠けること無く残り代が50μmの
薄さまで端面を研削加工することができた。図3に、端
面研削を行ったウェハの状態を示す。
【0015】次に、図1(d)に示すように、アルカリ
エッチングにて、研削で残した50μmのシリコンを貼
り合わせ面の酸化膜3をストッパとして除去する。エッ
チング液として水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液
(TMAH:(CH3 4 OH)を使用し、濃度22w
t%、液温90℃で行った。エッチング速度は1μm/
minになるため、50μmのエッチングの場合、エッ
チング時間は50分となるがエッチングのばらつきを考
慮して20%オーバーエッチングとし60分間行った。
【0016】なお、Si(111)に対するSi(10
0)のエッチング速度比は33で、SiO2 に対するS
i(100)のエッチング速度比については4000の
ものを用いた。その結果、エッチング液としてKOH水
溶液を使用した場合のような、ピラミッド状のシリコン
残りがなく、また第1シリコン基板1の外周の凹凸が小
さく端面形状を良好なものとすることができた。
【0017】この後、図1(e)に示すように、第1シ
リコン基板1側から表面研削加工を行い、次いで、図1
(f)に示すようにポリッシングを行う。これにより端
面形状の良好な貼り合わせSOI基板を形成できた。な
お、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液としては、
ピラミッド状のシリコン残りを無くすという観点から、
Si(111)に対するSi(100)のエッチング速
度比が10〜50のものが好ましく、濃度が20wt%
以上のものが好ましい。また、第2シリコン基板2上の
酸化膜3のエッチングを少なくするためには、SiO2
に対するSi(100)のエッチング速度比を1000
以上にするのが好ましい。 (第2実施形態)この第2実施形態は、酸化膜を介さな
い貼り合わせ基板の場合についての製造方法を示すもの
である。
【0018】まず、図4(a)に示すように、(10
0)面の鏡面研磨された表面を有する第1シリコン基板
11と(111)面の鏡面研磨された表面を有する第2
シリコン基板12を、例えば49%の濃度のフッ酸水溶
液に3分間浸漬した後、超純水で洗浄する。次に、スピ
ン等で乾燥することで基板表面の水分を除去し、表面に
吸着したシラノール基の水素結合で第1シリコン基板1
1と第2シリコン基板12を密着させる。
【0019】次に、熱処理をウェットO2 の燃焼気体中
で行う。これにより図4(b)に示すように、第1、2
シリコン基板11、12の裏面に酸化膜13が形成され
る。この酸化膜13は、後工程のエッチングでマスクと
して機能する。次に、図4(c)と図4(d)に示すよ
うに、第1シリコン基板11の外周を研削し、第1実施
形態と同じ水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を使
用してエッチング処理を施す。この場合、そのエッチン
グ液における面方位の速度比〔Si(100)/Si
(111)〕は33であるため、第2シリコン基板12
をストッパーとして機能させるエッチングをすることが
できる。
【0020】次に、図4(e)と図4(f)に示すよう
に第1シリコン基板11を所定の厚さまで表面研削及び
鏡面研磨を行う。これにより端部形状の良質な貼り合わ
せ基板を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す工程図である。
【図2】端面研削する状態を示す図である。
【図3】端面研削したウェハの状態を示す図である。
【図4】本発明の第2実施形態を示す工程図である。
【図5】従来の端面研削およびエッチング処理する状態
を示す図である。
【図6】エッチング液としてKOH水溶液を用いた場合
に生じる問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
1、11…第1シリコン基板、2、12…第2シリコン
基板、3、4、13…酸化シリコン膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1シリコン基板と第2シリコン基板を
    酸化シリコン膜を介して貼り合わされた貼り合わせ基板
    を形成する工程と、 この貼り合わせ基板の外周領域において前記第1シリコ
    ン基板の表面から前記酸化シリコン膜に向けて前記第1
    シリコン基板を所定厚さだけ残すように研削加工する工
    程と、 前記貼り合わせ基板の外周領域において貼り合わせ面に
    形成された酸化シリコン膜が露出するまで水酸化テトラ
    メチルアンモニウム水溶液を用いた異方性エッチング液
    によりエッチング処理する工程とを有することを特徴と
    する貼り合わせ基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 (100)面の鏡面研磨された表面を有
    する第1シリコン基板と(111)面の鏡面研磨された
    表面を有する第2シリコン基板とを貼り合わせて貼り合
    わせ基板を形成する工程と、 この貼り合わせ基板の外周領域を前記第1シリコン基板
    の表面から貼り合わせ面に向けて前記第1シリコン基板
    を所定厚さだけ残すように研削加工する工程と、 前記貼り合わせ基板の外周領域において前記第2シリコ
    ン基板が露出するまで水酸化テトラメチルアンモニウム
    水溶液を用いた異方性エッチング液によりエッチング処
    理する工程とを有することを特徴とする貼り合わせ基板
    の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6645045B2 (en) 2001-03-12 2003-11-11 Denso Corporation Method of measuring thickness of a semiconductor layer and method of manufacturing a semiconductor substrate
US6656755B1 (en) 1999-11-17 2003-12-02 Denso Corporation Method for manufacturing semiconductor device by polishing
JP2011071487A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Soi Tec Silicon On Insulator Technologies 層の貼り合わせおよび転写プロセス

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