JPS62122119A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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、２枚の半導体基板を直接接着して得られる半
導体ウェーハに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

本発明者らは、２枚の半導体基板の直接接着により１枚
の半導体ウェーハを得る技術を先に提案している。鏡面
研磨した２枚の半導体基板の研摩面同士を、実質的に異
物の介在しない状態で清浄な雰囲気下で接触させると強
く接着し、これを２００℃、好ましくは１０００℃以上
で熱処理すると極めて強固に一体化された半導体ウェー
ハが得られるものである。この直接接着技術を利用する
と、従来のエピタキシャル・ウェーハと同等の優れた接
合部を有するウェーハやあるいはエピタキシャル法では
得られないようなウェーハが（Φめて簡便に得られる。

実際に本発明者等はこの技術を種々゛の半導体素子に適
用して大きい成果が得られることを確認している。

〔発明の目的〕

本発明は上記した直接接着技術を発展させたもので、新
たな素子応用を可能とする半導体ウェーハを提供するこ
とを目的とする。

（発明の概要〕 本発明にかかる半導体ウェーハは、上記した直接接着技
術によるものであって、接着させるべき鏡面研磨面同士
を意図的に結晶格子不整合の状態で接着させたことを特
徴とする。

本発明による半導体ウェーハでは、接着界面に楊薄いア
モルファス状態の層が形成される。これは本発明者等が
今回初めて見出したものであり、本発明はこのようにア
モルファス状態の層が介在された状態のウェーハを積極
的に素子に応用しようとするものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、例えば一体化する半導体基板の一方を
ｐ型、他方をｎ型とし、得られたウェーハの接着界面の
アモルファス層をトンネル絶縁膜として、ヘテロ接合と
同様のキャリア注入特性を実現することができる。即ち
絶縁膜は、その障壁の高さ、厚みによりトンネル確率が
決まるが、良く知られているように電子と正孔とではト
ンネル確率が異なる。従ってｎ型基板とｎ型基板を一体
化してその界面にトンネル絶縁膜を設けると、ｐ型層か
らｎ型層への正孔注入効率とｎ型層からｐ型層への電子
注入効率とが異なる値になる。このｐｎ接合を例えばエ
ミッタ・ベース接合としてバイポーラトランジスタを構
成すれば、ペテロ接合トランジスタと同様の原理で高い
Ｎ流増幅率が得られる。ヘテロ接合は異種半導体の接合
であるため、欠陥等のない状態で理想的なヘテロ接合を
形成することは、結晶成長技術の進んだ現在でも非常に
難しいが、本発明によれば極めて簡便にヘテロ接合と同
様の機能を持つ接合ウェーハを得ることができる。

また本発明による半導体ウェーハは、接着界面に形成さ
れるアモルファス層を不純物ゲッタリング用として利用
して各種の素子に応用することができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明をトランジスタに適用し
た実施例の製造工程断面図である。（ａ）に示すように
、面方位（１００）の第１のＳｉ基板１と、面方位（１
１１）の第２の５ｉｌＩ板２を用意する。第１の８１基
板１はｎ＋型層Ｉ工。

ｎ−型１１１２．Ｉ）型Ｊｉｌａの３層構造であり、第
２の５ｉ基板２はｎ＋型層である。これら２枚の基板の
接着すべき面は５０Å以下に鏡面研磨されている。この
研摩面を、トリクレンによる脱脂→過酸化水素水と硫酸
の混合液による表面処理→王水処理と水洗→希弗酸浸漬
による自然酸化膜除去→水洗、乾燥の処理工程で清浄化
し、この後クラス２以下のクリーンな雰囲気下で実質的
に異物を介在させることなく研磨面同士を接触させ、１
１００℃で１時間熱処理して（ｂ）に示すように一体化
する。２枚の基板の接着界面３には後述するように３０
人程度のアモルファス層が形成されている。こうして得
られたｎｐｎウェーハを用い、例えば第２の基板２側を
ラッピングなどにより厚さを調整し、所定のパターンに
加工して、（Ｃ）に示すようにエミッタ電極４．ベース
電極５およびコレクタ電極６を形成してトランジスタを
完成する。

この実施例によるトランジスタは、エミッタ・ベース接
合部となる接着界面３に極薄いアモルファス層が形成さ
れている。このアモルファス層は半絶縁性であるが、極
めて薄いために抵抗成分としては殆ど無視することがで
き、トンネル絶縁膜として働く。即ちベースからエミッ
タへの正札注入効率に比べてエミッタからベースへの電
子注入効率の方が高い。このため、ペテロ接合トランジ
スタと同様の原理で高い電流増幅率が得られる。

第２図は第１図（ｂ）の一体化ウェーハの、接着界面部
の透過型電子顕微鏡写真である。この写真から明らかな
ように接着界面部に３０人程度のアモルファス層が形成
されていることが分る。

第３図（ａ）〜（Ｃ）は他の実施例のトランジスタ製造
工程を示す断面図である。基本的な方法は先の実施例と
同様であり、従って第１図と対応する部分には第１図と
同一符号を付して詳細な説明は省略する。この実施例で
は、ベース電極の取出しを容易にするために予め、第２
の基板２の鏡面研磨面に凹部７を形成している。この様
な基板を用いて先の実施例と同様の工程で（ｂ）に示す
ように一体化つニーへを形成し、これをラッピングして
（Ｃ）に示すように基板２を選択的にエミッタ１ｉＩｉ
ｌにのみ残し、ベースとなるｐ型層１３を露出させる。

そして所定の電極を形成してトランジスタを完成する。

この実施例によっても先の実施例と同様の効果が得られ
る。

本発明は上記実施例に限られない。上記実施例では、（
１００）面Ｓｉ基板と（１１１）面Ｓ；基板の組合わせ
という、面方位の異なる２枚の基板の接着により接着界
面にアモルファス層が形成されるようにしたが、要は結
晶格子不整合の状態で鏡面研磨面同士を接着させれば、
同様の界面状態が得られる。例えば２枚の基板の面方位
が同じであっても、その面内で対応する結晶軸方位が互
いにずれた状態で接着させれば、同様の界面状態が得ら
れる。また実施例では、２枚の基板として導電型の異な
るものを用いて、トンネル絶縁模の電子と正孔のトンネ
ル確率の差を利用する素子に応用したが、同じ導電型の
基板を用いた場合にも本発明は有効である。その場合、
接着界面部に形成されるアモルファス層は例えば不純物
ゲッタリング等を行なうための層として有効に利用され
る。

また実施例ではＳｉｌ板を用いているが、ＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰなど他の半導体基板を用いた場合にも本発明を同様
に適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例のトランジス
タ製造工程を示す図、第２図はそのつ工−ハ接着界面部
の結晶構造を示す透過型電子顕微鏡写真、第３図（ａ）
〜（Ｃ）は他の実施例のトランジスタ製造工程を示す図
である。 １・・・（１００）Ｓｉ基板、２・・・（１１１）Ｓｉ
基板、３・・・接着界面。 ｊ、−＋ｙ　　１　　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の半導体基板を、その鏡面研磨面同士を直接
   接着し熱処理して一体化してなる半導体ウェーハにおい
   て、前記２枚の半導体基板の鏡面研磨面同士を結晶格子
   不整合の状態で直接接着してなることを特徴とする半導
   体ウェーハ。
2. （２）前記２枚の半導体基板の鏡面研磨面の面方位を異
   ならせて結晶格子不整合の状態を得るようにした特許請
   求の範囲第１項記載の半導体ウェーハ。
3. （３）前記２枚の半導体基板の鏡面研磨面の面方位は同
   じとし、面内での対応する結晶軸方位をずらして重ねる
   ことにより結晶格子不整合の状態を得るようにした特許
   請求の範囲第１項記載の半導体ウェーハ。
4. （４）前記２枚の半導体基板は少なくとも接着する部分
   の導電型が互いに異なるものである特許請求の範囲第１
   項記載の半導体ウェーハ。