JPS61182217A - ウエハ接着方法 - Google Patents

ウエハ接着方法

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JPS61182217A
JPS61182217A JP2292685A JP2292685A JPS61182217A JP S61182217 A JPS61182217 A JP S61182217A JP 2292685 A JP2292685 A JP 2292685A JP 2292685 A JP2292685 A JP 2292685A JP S61182217 A JPS61182217 A JP S61182217A
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JP
Japan
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wafers
wafer
hydrogen
bonding
bonding method
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JP2292685A
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English (en)
Inventor
Naoto Mogi
茂木 直人
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子素子、電子−光素子、光素子等の製造に
好適するウェハ接着方法に関する。
(発明の技術的背景とその問題点〕 近年、化合物半導体の接合(例えばPN接合)を利用し
て各種の半導体発光素子が開発されているが、化合物半
導体の中にはエピタキシャル成長では良好なPN接合が
形成されないものもある。
さらに、有機金属気相成長法(MOCVD法)や分子線
エピタキシャル法(MBE法)等の特殊な方法を用いな
ければ、良好な接合が形成されない場合もある。そこで
、エピタキシャル成長ではなく、半導体ウェハ同志を単
に密着させるだけでPN接合がiiれれば、素子形成技
術−新たd展望が開けると思われる。
このような点に看目し、本発明者等は最近、清浄な鏡面
を有する2種のウェハを密着させることにより、ウェハ
同志が強固に接着されると共に良好なPN接合が形成さ
れることを、実験により見出した。そして、かかる現象
を活用し、鏡面に仕上げた2種のシリコンウェハを密着
接合させ、ウェハ間の良好な電気伝導性を確保し、通常
の半導体素子形成のためのプラナ技術では容易に実現し
ない新規デバイスを既に提案している。
上記シリコンウェハの接合形成法を簡単に述べるならば
、以下の通りである。まず、2枚のシリコンウェハの被
接合面を表面粗さ500 [入コ以下に鏡面研磨し、研
磨表面を H202+H2804→HF→希HFによる前処理工程
を行った後、清浄な水で数分程度水洗し、室温でスピナ
処理による脱水処理を行う。次いで、クラス1以下の清
浄な大気雰囲気中のような鏡面間に異物が実質的に介在
しない状態で、ウェハを相互に密着させる。必要に応じ
て、さらに1000〜2000 [’C]で加熱処理を
行う場合もある。
シリコンウェハを密着接合させる場合は、上述の方法で
電気的に極めて良好な接合ができる。しかしながら、近
年、高速半導体素子や光素子材料として注目されている
GaAsやInP及びこれらをベースとした化合物半導
体混晶を被接着面としたウェハの場合には、上述の方法
で接合したウェハ間のある程度の電気伝導性は確保され
るものの、無視し得ない電気的バリヤが存在することが
見出され、良好な電子素子が形成し難い場合があること
が判った。
〔発明の目的〕
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、■−v族化合物半導体ウェハ等にも
適用することができ、良好なウェハ間の接合を可能とす
るウェハ接着方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、2枚のウェハを接着して接合する際の
雰囲気を適正化することにより、ウエノ\の良好な接合
を得ることにある。
即ち本発明は、2枚のウェハを直接接着してウェハ間の
接合を形成するウェハ接着方法において、前記ウェハの
接着すべき各表面を清浄化処理したのち、硫化水素、セ
レン化水素及びテルル化水素の少なくともいずれかを含
む雰囲気ガス中で上記清浄化処理したウェハの各清浄化
面を密着して接合し、しかるのち200 [℃]以上の
温度で熱処理するようにした方法である。
本発明におけるウェハ接着の機構は、次の通りと考えら
れる。即ち、通常ウェハ前処理工程の後では、ウェハ表
向には空気中の酸素の影響で薄い自然酸化膜が形成され
、さらにこの酸化膜には水分子が吸着されている。この
状態で2枚のウェハを密着させると、それぞれのウェハ
に吸着した水分子の水素結合、即ちOH基間の分子間力
にようて2枚のウェハは接着されることになる。この状
態では、相対するウェハ上のシリコン分子は酸素と水分
子を間に挟んで結合した状態になっている。
この状態でも、自然酸化膜層及び水分子層が薄ければ、
ウェハ間の良好な電気伝導性を確保することができるが
、さらに高温処理を行い、ウェハ間の水分子層を薄くし
、表面酸素分子を結晶中に拡散せしめ、結晶中シリコン
原子の再配列現象を起こさせることによって、一層良好
な電気伝導性を実現できるようになる。
以上のような機構から明らかなように、上述したウェハ
接着法では、ウェハ間に相当量の酸素原子が介在するか
、若しくは相当量の酸素原子が結晶中に取り込まれるこ
とになる。シリコン結晶の場合には、酸素原子はウェハ
間の電気伝導性にあまり影響を及ぼさないことが明らか
となっているが、GaAsやInP等の化合物半導体結
晶の場合には、取り込まれた酸素原子は深い単位を形成
するために、電気的担体(キャリア)の捕獲中心として
働き、電気伝導性を著しく阻害することになる。
ウェハ間の接着に際し水分子の水素結合を用いる代りに
、酸素と同族の原子を含む水分子と類似の分子構造及び
化学的性質を有する硫化水素、セレン化水素、テルル化
水素等をウェハに吸着させても、同様に水素結合によっ
て2種のウェハを接着することができた。硫化水素、セ
レン化水素。
テルル化水素に含まれるS、Se、Te等の原子はGa
ASやInP等の化合物半導体中において浅いドナ一単
位を形成するために、これらの原子が結晶中に取り込ま
れても酸素原子の場合のように電気伝導性にそれ程悪影
響を及ぼさない。従って、ウェハの接着物質として、水
分より硫化水素。
セレン化水素、テルル化水素の方が優れていると言える
ウェハ間に介在する酸素の鯖は、ウェハ表面の自然酸化
膜を排除し、表面に硫化物、セレン化物。
テルル化物を形成すれば、更に少なくすることができる
。接合したウェハ間の良好な電気伝導性を得るには、表
面処理工程後のウェハ表面を硫化物。
セレン化物、テルル化物で覆うようにすることが望まし
い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、シリコンウェハの接着の場合と同様に
、I[I−V族化合物半導体の場合にもウェハ接着法を
用いて、良好な電気伝導性を得ることができ、良好な接
合を形成することができる。このため、新規構造の電子
素子、電子−光素子、光素子を構成できるようになった
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例方法に係わる
ウェハ接着工程を示す側面図である。ウェハとしては、
GaAs結晶を用いた。GaAs結晶としてはZnをド
ープしたキャリア濃度1×1018 [c「3]のP型
GaAsと、Slをドープしたキャリア濃度lXl01
B [cm’ ]のN型N型Asを用いた。
まず、第1図(a)に示す如くP型GaAsウェハ11
の表面11aを表面粗さ5001人1以下に鏡面研磨し
た。一方、第1図(b)に示す如くN型GaA3ウェハ
12の表面12aも表面粗さ500[人〕以下に鏡面研
磨した。続いて、それぞれのウェハ11.12の有機溶
剤で付着した油性成分を除去後、濃塩酸液中で煮沸し表
面酸化膜を除去した。
次いで、第2図に示す如き処理装置を用い、ウェハ11
.12を水素雰囲気ガス中で600[℃]に加熱して表
面酸化膜を揮発せしめた。その後、連続して硫化水素ガ
ス、セレン化水素ガス或いはテルル化水素ガスを導入し
て表面に硫化物、セレン化物或いはテルル化物を形成せ
しめると同時に、硫化水素分子、セレン化水素分子或い
はテルル化水素分子を表面に吸着せしめた。なお、第2
図中21は反応炉、22はガス導入口、23はガス排気
口、24.25は試料台、26.27はヒータをそれぞ
れ示している。
次いで、上記処理を施したP型及びN型のGaASつI
AII、12を第1図(C)に示す如く密着接合せしめ
、750[’C]で60分間熱処理した。なお、この処
理も、前記第2図に示す処理装置を用い上記と同様の雰
囲気中で行った。
以上の処理を行ったウェハ11,12のP側及びN側に
、第1図(d)に示す如くそれぞれオーム性電極13.
14としてAuZn、AUGe合金を蒸着し、チップ分
割後、電流−電圧特性を測定した所、いずれのガスを用
いた場合でも、通常のGaASウェハ上にN型GaAS
層とP型GaAs層とを1ビタキシヤル成長成長したP
N接合を有する整流素子と同等差異がないことが見出さ
れ、良好なPN接合が形成されているのが確認された。
このように本実施例方法によれば、GaAsのPN接合
をエピタキシャル成長でなくウェハ接着により容易に実
現することができ、且つ良好なPN接合を形成すること
ができる。しかも、エピタキシャル成長の場合と異なり
、PN間の不純物相互拡散が生じる等の不都合もなく、
接合条件の自由度が大きい。このため、従来困難であっ
た化合物半導体のPN接合も容易に形成することができ
、この接合を利用した新規素子の製造も可能となり、そ
の効果は絶大である。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前゛記前記ウェハ表面を清浄化する処理は
、硫化水素、セレン化水素或いはテルル化水素雰囲気中
に限るものではなく、これらの少なくともいずれかを含
むガス中であればよく、さらに大気中であってもよい。
また、前記密着接合後の熱処理は750[’C]に限る
ものではなく、200 [’C]以上の熱処理であれば
よい。また、GaASに限らず他の■−v族化合物半導
体であるInPウェハ、或いはII−Vl族化合物半導
体であるZnS、Zn5e等のウェハに適用することも
可能である。さらに、同種のウェハの接合に限ることな
く、GaAsと81との接着等の異種ウェハ間の接着に
適用することも可能である。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例方法に係わる
ウェハ接着工程を示す側面図、第2図は上記実施例に使
用した処理装置の概略構成を示す断面図である。 11 ・P型GaASウェハ、 12 ・N型GaASウェハ、13.14・・・オーム
性電極、21・・・反応炉、22・・・ガス導入口、2
3・・・ガス排気口、24.25・・・試料台、26.
27・・・ヒータ。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 区 −1)   p      u ζノ          ν            
〜ノ和8 ″     糎

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2枚のウェハを直接接着してウェハ間の接合を形
    成するウェハ接着方法において、前記ウェハの接着すべ
    き各表面を清浄化処理する工程と、次いで硫化水素、セ
    レン化水素及びテルル化水素の少なくともいずれかを含
    む雰囲気ガス中で上記清浄化処理したウェハの各清浄化
    面を密着して接合する工程と、次いで200[℃]以上
    の温度で熱処理する工程とを含むことを特徴とするウェ
    ハ接着方法。
  2. (2)前記清浄化処理する工程は、前記硫化水素、セレ
    ン化水素及びテルル化水素の少なくともいずれかを含む
    雰囲気ガス中で、或いは大気中で行われることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のウェハ接着方法。
  3. (3)前記ウェハの接着すべき各表面は、前記清浄化処
    理する工程の前に表面粗さ500[Å]以下に鏡面研磨
    されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のウ
    ェハ接着方法。
  4. (4)前記ウェハとして、III−V族化合物半導体を用
    いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のウェ
    ハ接着方法。
  5. (5)前記III−V族化合物半導体として、GaAsを
    用いたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載のウ
    ェハ接着方法。
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Cited By (4)

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