JPH1126337A - 貼り合わせ基板の作製方法 - Google Patents
貼り合わせ基板の作製方法Info
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Abstract
することによって、デバイス作製可能面積を大きくし、
貼り合わせ基板およびデバイスの作製歩留、生産性、コ
ストの改善をはかるとともに、除去すべき未結合部の存
在領域を小さくすることによって、複雑で時間がかかる
未結合部の除去工程を、短縮・簡素化して貼り合わせ基
板の生産性の向上、コストの低減をはかることができる
貼り合わせ基板の作製方法を提供する。 【解決手段】 二枚の半導体基板を直接、または、酸化
膜を介して他方の半導体基板と密着させ、これに熱処理
を加えて強固に結合させた後、デバイス作製側基板を研
削・研磨して、所望厚さまで薄膜化する貼り合わせ基板
の作製方法において、前記二枚の半導体基板のうち、少
なくとも一方の半導体基板の厚さは通常の半導体基板の
厚さより薄いものを用いて密着させる、ことを特徴とす
る貼り合わせ基板の作製方法。
Description
合わせる貼り合わせ基板の作製方法、特には二枚のシリ
コン単結晶基板をシリコン酸化膜を介して貼り合わせて
作製する、貼り合わせSOI(Silicon on Insulator)
基板の作製方法において、いわゆる未結合部を減少させ
る技術に関する。
リコン単結晶基板をシリコン酸化膜を介して貼り合わせ
る技術、例えば特公平5−46086号公報に示される
ように、少なくとも一方の基板に酸化膜を形成し、接合
面に異物を介在させることなく相互に密着させた後、お
よそ200〜1200℃の温度で熱処理し結合強度を高
める方法が、従来より知られている。
れた貼り合わせ基板は、その後の研削及び研磨工程が可
能となるため、デバイス作製側基板を研削及び研磨等に
より所望の厚さに薄膜化することにより、素子形成を行
うSOI層を形成することができる。
る貼り合わせ基板は、目的とするデバイスの種類によ
り、二枚の半導体基板を直接密着して作製したり、ある
いは石英基板のような絶縁基板と半導体基板とを密着し
て作製される場合もある。
板の周辺約1〜3mmには、未結合部分が存在すること
が知られており、このような未結合部にはデバイスの作
製ができない。その上、このような未結合部が存在する
と、その後の薄膜化工程あるいはデバイス工程でこの部
分が剥れ落ち、貼り合わせ基板の製造歩留の低下、ある
いはデバイス製造歩留の低下等の種々の問題を引き起こ
す。
結合部は除去される必要があり、この部分を除去するた
め、様々な技術が開発されている。例えば、未結合部が
存在するデバイス作製側基板(ボンドウエーハ)の外周
部を、支持基板となる他方の基板(ベースウエーハ)に
達するまで研削したり、ウエーハ周辺部を除いてマスキ
ングテープを粘着し、然る後にエッチングして、ウエー
ハ周辺部の未結合部を除去したり、貼り合わせ基板の周
辺部全部をエッチングあるいは研削等により除去すると
いった方法が、従来から行われている。
は、未結合部の除去はできるけれども、工程が複雑であ
り、時間もかかるためコストが高い上に、生産性も低く
問題が多い。しかも、そもそも未結合部を除去するとい
う方法だけでは、デバイス作製側基板のデバイス作製可
能面積が、貼り合わせる前の基板の面積より小さくなっ
てしまうことを意味しており、このような除去されなけ
ればならない未結合部の存在する領域は、できるだけ小
さくすることが望まれる。
たもので、未結合部の存在する領域をできるだけ小さく
することによって、デバイス作製可能面積を大きくし、
貼り合わせ基板およびデバイスの作製歩留、生産性、コ
ストの改善をはかるとともに、除去すべき未結合部の存
在領域を小さくすることによって、前述のような複雑で
時間がかかる未結合部の除去工程を、短縮・簡素化し、
これによっても貼り合わせ基板の生産性の向上、コスト
の低減をはかることができる貼り合わせ基板の作製方法
を提供することを目的としている。
発明の請求項1に記載した発明は、二枚の半導体基板を
直接密着させ、これに熱処理を加えて強固に結合させた
後、デバイス作製側基板を研削・研磨して、所望厚さま
で薄膜化する貼り合わせ基板の作製方法において、前記
二枚の半導体基板のうち、少なくとも一方の半導体基板
の厚さは通常の半導体基板の厚さより薄いものを用いて
密着させる、ことを特徴とする貼り合わせ基板の作製方
法である。
は、二枚の半導体基板のうち、少なくとも一方の半導体
基板の表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を介して他方の
半導体基板と密着させ、これに熱処理を加えて強固に結
合させた後、デバイス作製側基板を研削・研磨して、所
望厚さまで薄膜化する貼り合わせ基板の作製方法におい
て、前記二枚の半導体基板のうち、少なくとも一方の半
導体基板の厚さは通常の半導体基板の厚さより薄いもの
を用いて密着させる、ことを特徴とする貼り合わせ基板
の作製方法である。
なくとも一方の半導体基板の厚さを通常の半導体基板の
厚さより薄いものを用い、基板にしなやかさを持たせる
ことによって貼りつきやすくし、未結合部の存在領域を
縮小することができる。したがって、デバイス作製可能
面積を大きくすることができるとともに、未結合部の除
去工程を、短縮・簡素化することができる。
は、半導体基板と絶縁基板とを密着させ、これに熱処理
を加えて強固に結合させた後、半導体基板を研削・研磨
して、所望厚さまで薄膜化する貼り合わせ基板の作製方
法において、前記半導体基板の厚さは通常の半導体基板
の厚さより薄いものを用いて密着させる、ことを特徴と
する貼り合わせ基板の作製方法である。
り合わせる場合においても、半導体基板の厚さを通常の
半導体基板の厚さより薄いものを用い、基板にしなやか
さを持たせることによって、未結合部の存在領域を縮小
することができる。
常の半導体基板の厚さより薄い半導体基板の厚さは、3
00ミクロン以上とするのが望ましい。これは、実際問
題300ミクロンより薄くすると、そのような薄い半導
体基板の作製段階、あるいはハンドリングにおいて、ワ
レ、カケ等が増加し、かえって歩留の低下につながって
しまうことがあるからである。
は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の貼
り合わせ基板の作製方法であって、前記二枚の基板を強
固に結合するための熱処理は、水蒸気を含む酸化性雰囲
気で行われることを特徴とする。
化性雰囲気で行えば、酸化膜成長速度が速いので、たと
え二枚の基板を密着した段階で未接着部が存在しても、
結合熱処理においてこれを酸化膜で埋めることができ
る。したがって、貼り合わせ基板の未結合部を縮小する
ことができるので、未結合部の除去工程を一層簡潔にす
ることができる。
に記載の方法で作製された貼り合わせ基板は、未結合部
の少ない貼り合わせ基板となるので、デバイス作製上
も、貼り合わせ基板作製上もきわめて有用なものとな
る。
枚の半導体基板を酸化膜を介して貼り合わせる場合につ
き、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定
されるものではない。ここで、図1は本発明にかかる貼
り合わせ基板の作製工程の概略を示す説明図である。
I基板を作製するための原料ウェーハ(単結晶シリコン
鏡面ウエーハ:例えばチョクラルスキー法で作製した直
径5インチ、方位<100>のもの)であるボンドウェ
ーハ2及びベースウェーハ3を用意する(図1
(a))。
ーハとベースウエーハは、抵抗等の品質については作製
されるデバイスの規格により選択されることになるが、
形状についてはまったく同じウェーハが用いられてお
り、しかもこれは貼り合わせ基板に用いられるものであ
ると否とにかかわらず、通常のデバイス作製用のウェー
ハと同じものを用いていた。したがって、その厚さにつ
いてもまったく同じものどうして貼り合わされていた。
これは原料となるウェーハ製造工程において特別な形状
を有するウェーハを作製するのは、コスト上および管理
上の問題が生じ得ることが主な理由である。
2の厚さは通常のものより薄い400ミクロンとし、ベ
ースウエーハ3の厚さは通常のものである625ミクロ
ンのものとした。
半導体基板の直径によって異なり、用いた半導体基板の
直径が、4インチであれば475〜525ミクロンであ
り、代表的な厚さは525ミクロンである。また半導体
基板の直径が5インチであれば550〜625ミクロン
であり、代表的な厚さは625ミクロンである。同様
に、6インチであれば550〜675ミクロンであり、
代表的な厚さは675ミクロンである。さらに、8イン
チであれば、通常725ミクロンであり、12インチで
あれば通常775ミクロンである。このように、通常の
半導体基板の厚さは、直径が増大するとともに、厚くし
なければならず、12インチ以上の直径の半導体基板を
用いる場合も、同様に厚さが厚いものとなる。
薄いとは、このような直径毎に定まる通常の半導体基板
の厚さより薄いことを意味する。
の厚さより薄い基板を作製するには、円柱状の半導体イ
ンゴットからスライスして、円盤状の基板を切り出す時
に通常より薄い厚さで切り出せば良い。この場合、通常
の厚さで切り出し、基板をエッチング、あるいは研削、
研磨等をする工程において、通常より取り代を多くする
ことによっても、薄い基板を作製することができるが、
手間がかかる上に、半導体材料も無駄になるので、スラ
イス時に薄く切り出すのが好ましい。
さより薄い半導体基板の厚さは、薄ければ薄いほどしな
やかとなり貼りつきやすくなるため、密着時に未結合部
ができにくいものとなるとともに、半導体材料も節約で
きるので好ましい。
ンより薄くすると、半導体材料は硬脆性材料であるた
め、そのような薄い半導体基板の作製段階、たとえば半
導体インゴットからスライスして切り出す段階、あるい
はその後基板を研削、研磨する段階等でワレ、カケ等が
増加してしまう。また、ハンドリングも難しくなり、わ
ずかな衝撃で基板にワレ、カケ等が生じてしまい、かえ
って原料ウエーハである半導体基板の作製歩留の低下に
つながってしまうことがある。したがって、実際問題通
常の半導体基板の厚さより薄い基板の厚さは、300ミ
クロン以上とするのが好ましい。
ち、通常の半導体基板の厚さより薄いボンドウェーハ2
に熱処理を施し、ボンドウエーハ表面に酸化膜4を形成
する(図1(b))。
ハ2とベースウエーハ3を清浄な雰囲気下で密着させる
(図1(c))。この時、密着された貼り合わせ基板の
周辺部には未接着部が生じ、その後の結合熱処理でも結
合されずに未結合部を生じることとなる。
さはベースウエーハ3の厚さより薄くしてあり、しなや
かさを持たせてあるので、厚いベースウエーハ3にした
がって貼りつきやすい。したがって、周辺部に発生する
未接着部の領域を縮小することができる。
のウェーハを用いた場合であれば、通常の厚さのウェー
ハ同士を密着した場合には、外周より平均約1.6mm
が未接着部の領域となるが、本発明でボンドウエーハの
厚さを400ミクロンとすると、外周より平均約1.2
mmが未接着部となり、確実にデバイス作製可能面積を
増加させることができる。
4、6、8、12インチ等)においても、通常の厚さの
ウエーハを用いた場合には、未結合部となる未接着領域
が平均1.4mm以下になることはないので、本発明に
おける通常の厚さより薄いウエーハは、未接着領域がこ
の1.4mm以下となるように厚さを選択するのが望ま
しい。
ンドウエーハ2とベースウエーハ3を強固に結合させ、
貼り合わせ基板1とする。熱処理条件としては、例え
ば、酸素または水蒸気を含む酸化性雰囲気下、200℃
〜1200℃の温度で行えば良い(図1(d))。こう
して、ボンドウエーハ2とベースウエーハ3が強固に結
合されるとともに、貼り合わせ基板1の外表面全体に
も、後工程でエッチング被膜となる酸化膜5が形成され
る。
しては、上記のほか窒素あるいはアルゴン等の不活性ガ
ス雰囲気下で行っても良く、貼り合わせ基板を強固に結
合することができるものであれば、原則として限定され
るものではないが、その中でも特に水蒸気を含む酸化性
雰囲気で行われるのが望ましい。
さを薄くして、未接着部を縮小しても、完全に未接着部
をなくすことは困難であり、貼り合わせ基板の周辺部に
はわずかではあるが、未接着部が残存する。したがっ
て、この部分は除去しなければならないが、結合熱処理
を水蒸気を含む酸化性雰囲気で行えば、酸化膜成長速度
が速いので、二枚のウェーハの間に存在する未接着部に
入り込み、これを酸化膜で埋めることができる。したが
って、貼り合わせ基板の間に存在する、実際に未結合と
なっている部分を一層縮小することができ、除去すべき
面積が小さくなる。したがって、後工程である未結合部
の除去工程を一層簡潔にすることができる。
周部には、なおわずかではあるがボンドウエーハ2とベ
ースウエーハ3の未結合部が存在している。このような
未結合部は、デバイスを作製するSOI層として用いる
ことができない上に、たとえわずかといえども後工程で
剥れ落ちて、種々の問題を引き起こすため除去する必要
がある。
るのに、以下のようにした。まず、図1(e)に示すよ
うに、未結合部が存在するボンドウエーハ2の外周部を
所定厚tまで研削して除去する。研削によれば、高速で
除去することができるし、加工精度もよいからである。
この場合、本発明ではボンドウエーハ2の外周部に存在
する未結合部の領域は十分に小さくなっているため、わ
ずかな外周領域を除去すれば良く、短時間の研削で貼り
合わせ基板1の外周部に存在する未結合部を除去するこ
とができる。
した方が、後工程であるエッチング工程での取りしろを
減少させることができるので好ましい。しかし、エッチ
ングと異なりシリコンウエーハを機械的に研削すると、
加工歪みが生じることは良く知られており、あまり所定
厚tを薄くすると、埋め込み酸化膜4、あるいはベース
ウエーハ3に加工歪みのようなダメージが到達してしま
い、その後のエッチングによりボンドウエーハ2の外周
部の未結合部を完全に除去する際に、ダメージを受けた
埋め込み酸化膜4を通ってエッチング液が、ベースウエ
ーハ3の表面にも達し、この部分(テラス部7)に傷や
凹凸を発生させ、その後のデバイス工程における歩留を
低下させてしまう。
は、埋め込み酸化膜4、ベースウエーハ3にダメージを
与えることのない厚さまででとどめる。このダメージを
与えない厚さは、用いた研削方法により異なるが、おお
よそ20〜300ミクロン厚である。
よりボンドウエーハ2外周部の未結合部を完全に除去す
る。これは、酸化膜にくらべてシリコン単結晶のエッチ
ング速度が格段に大きいエッチング液に、貼り合わせ基
板1を浸漬することによって、簡単に行うことができ
る。すなわち、ボンドウエーハ2の外周部は、研削によ
ってシリコンが露出しているために、エッチング液によ
ってエッチングされるが、貼り合わせ基板1の他の部分
は、酸化膜5で覆われているためにエッチングされな
い。このようなエッチングとしては、KOH,NaOH
等によるいわゆるアルカリエッチングを挙げることがで
きる。
周部に存在する未結合部の領域は十分に小さくなってい
るため、短時間のエッチングで貼り合わせ基板1の外周
部に存在する未結合部を完全に除去することができる。
ウエーハ2の表面を通常の方法に従い研削・研磨等をし
て、所望厚さまで薄膜化すれば、未結合部が小さい、し
たがってSOI層6の面積が大きい貼り合わせ基板を作
製することができる。
導電型p型、抵抗率4〜6Ω・cm の鏡面研磨されたCZ
基板で、ベースウエーハの厚さを625ミクロンとし、
ボンドウエーハの厚さを300、400、625ミクロ
ンのものを用いた場合に、貼り合わせ基板の未結合部の
幅の変化を測定してみることにした。
態で説明した方法とほぼ同様に、上記各ウェーハを図1
の(a)〜(f)の工程にしたがい結合し、図1(f)
のような貼り合わせ基板を作製し、未結合部の幅を測定
した。
む酸化性雰囲気下、1100℃、2時間の条件で行っ
た。また、ボンドウエーハの外周部の研削は、その後の
未結合部幅の測定のため、一律周辺3mmを研削した。
ボンドウエーハの未結合部の除去のためのエッチング
は、NaOH溶液を用いた。
定は、ベースウエーハの外周側から形状投影装置により
観察し、ベースウエーハ上の酸化膜の厚さむらを示す干
渉縞がなくなり、酸化膜厚が一定となるまでの距離を測
定した。これは酸化膜により未接着部が埋められた部分
も未結合部としてカウントしたもので、ボンドウエーハ
の厚さの変化のみによる効果を見るためである。
らかなように、ボンドウエーハの厚さを薄くするほど、
未結合部幅は小さくなることがわかる。
(5インチ)、導電型p型、抵抗率4〜6Ω・cm の鏡面
研磨されたCZ基板で、ベースウエーハの厚さを625
ミクロンとし、ボンドウエーハの厚さを400ミクロン
のものを用い、酸化膜による未接着部を埋める効果を測
定してみることにした。
1で説明した方法とほぼ同様に、上記各ウェーハを図1
の(a)〜(f)の工程にしたがい結合し、図1(f)
のような貼り合わせ基板を作製し、未結合部の幅を測定
した。
は水蒸気を含む酸化性雰囲気下とし(Wet O2 )、
比較例2では窒素雰囲気下として(N2 )、1100
℃、2時間の条件で行った。また、ボンドウエーハの外
周部の研削は、その後の未結合部幅の測定のため、一律
周辺3mmを研削した。ボンドウエーハの未結合部の除
去のためのエッチングは、NaOH溶液を用いた。
定は、膜厚測定器でベースウエーハの外周側から酸化膜
厚を0.1mmピッチで内側に向かって順次測定するこ
とによって判定した。水蒸気を含む酸化性雰囲気下で熱
処理した実施例では、酸化膜厚が、最初に増加した位置
までの距離を未結合幅とし、窒素雰囲気下で熱処理した
比較例では、酸化膜厚が一定となる位置までの距離を未
結合幅とした。これは酸化膜により未接着部が埋められ
た部分は、結合部としてカウントするもので、水蒸気を
含む酸化性雰囲気下の熱処理で未接着部を埋める効果を
見るためである。
らかなように、水蒸気を含む酸化性雰囲気下の熱処理に
よって、未接着部が埋められ、実際に未結合部を形成し
ている領域が極めて小さくなることがわかる。したがっ
て、このような貼り合わせ基板では、未結合部を除去す
るための研削等の幅を小さくすることができ、きわめて
簡単かつ迅速に未結合部の除去工程を行うことができ
る。
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
板を酸化膜を介して貼り合わせて、貼り合わせ基板を作
製する場合を中心に説明したが、本発明はこのような場
合に限定されるものではなく、二枚の半導体基板を直接
貼り合わせて、貼り合わせ基板を作製する場合にも当然
適用できるし、また半導体基板と石英、炭化珪素、窒化
珪素、アルミナ、サファイヤ、その他のセラミックス材
のような絶縁基板とを貼り合わせて、貼り合わせ基板を
作製する場合にも周辺未結合部が発生するので、これを
縮小するのにも有効である。
のうち、デバイス作製側基板(ボンドウエーハ)を薄く
する場合につき例を挙げて説明したが、本発明はこのよ
うな場合に限定されるものではなく、支持基板(ベース
ウエーハ)を薄くしても良いし、両方とも薄くしても同
様に未結合部を縮小できることは言うまでもない。
わせ基板の作製方法において、二枚の半導体基板のう
ち、少なくとも一方の半導体基板の厚さを通常のものよ
り薄くしたので、未結合部の存在する領域を小さくする
ことができる。したがって、デバイス作製可能面積を大
きくすることができるので、貼り合わせ基板およびデバ
イスの作製歩留、生産性、コストの改善をはかることが
できる。また、未結合部が小さくなることによって、複
雑で時間がかかる未結合部の除去工程を、短縮・簡素化
することができ、これによっても貼り合わせ基板の生産
性の向上、コストの低減をはかることができる。さら
に、貼り合わせ基板の原料となる半導体基板を薄くする
のであるから、原料となる半導体基板の作製歩留を向上
することができる。
り合わせる場合に限らず、半導体基板と絶縁基板とを貼
り合わせて、貼り合わせ基板を作製する場合において
も、貼り合わせる半導体基板の厚さを薄くすることによ
って、外周部に発生する未結合部を縮小することができ
る。
基板の作製工程の概略を示す説明図である。
ーハ、3…ベースウエーハ、 4…酸化
膜(埋め込み酸化膜)、5…酸化膜(エッチング被
膜)、 6…SOI層、7…テラス部。
Claims (6)
- 【請求項1】 二枚の半導体基板を直接密着させ、これ
に熱処理を加えて強固に結合させた後、デバイス作製側
基板を研削・研磨して、所望厚さまで薄膜化する貼り合
わせ基板の作製方法において、 前記二枚の半導体基板のうち、少なくとも一方の半導体
基板の厚さは通常の半導体基板の厚さより薄いものを用
いて密着させる、 ことを特徴とする貼り合わせ基板の作製方法。 - 【請求項2】 二枚の半導体基板のうち、少なくとも一
方の半導体基板の表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を介
して他方の半導体基板と密着させ、これに熱処理を加え
て強固に結合させた後、デバイス作製側基板を研削・研
磨して、所望厚さまで薄膜化する貼り合わせ基板の作製
方法において、 前記二枚の半導体基板のうち、少なくとも一方の半導体
基板の厚さは通常の半導体基板の厚さより薄いものを用
いて密着させる、 ことを特徴とする貼り合わせ基板の作製方法。 - 【請求項3】 半導体基板と絶縁基板とを密着させ、こ
れに熱処理を加えて強固に結合させた後、半導体基板を
研削・研磨して、所望厚さまで薄膜化する貼り合わせ基
板の作製方法において、 前記半導体基板の厚さは通常の半導体基板の厚さより薄
いものを用いて密着させる、 ことを特徴とする貼り合わせ基板の作製方法。 - 【請求項4】 前記通常の半導体基板の厚さより薄い半
導体基板の厚さは、300ミクロン以上とする、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
載の貼り合わせ基板の作製方法。 - 【請求項5】 前記二枚の基板を強固に結合するための
熱処理は、水蒸気を含む酸化性雰囲気で行われる、こと
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に
記載の貼り合わせ基板の作製方法。 - 【請求項6】 前記請求項1ないし請求項5のいずれか
1項に記載の方法で作製された、未結合部の少ない貼り
合わせ基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19177897A JPH1126337A (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 貼り合わせ基板の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19177897A JPH1126337A (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 貼り合わせ基板の作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1126337A true JPH1126337A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16280386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19177897A Pending JPH1126337A (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 貼り合わせ基板の作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH1126337A (ja) |
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