JPS6362219A - 半導体基板の接合方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は２枚の半導体基板を一体化するにあたり、接合
界面に未接部の空洞（以下ボイドと称ぶ）を残すことの
ない半導体基板の接合方法。

（従来の技術） 半導体基板に導電型や不純物濃度の異なる層を形成する
ためには、従来より拡散、イオン注入、エピタキシャル
成長等が用いられている。しかしながらこれらの各種蒸
着方法では堆積時間が遅く、例えば数１００譚といった
厚い半導体層を形成しようとすると極めて長時間を要し
、その結果半導体結晶に多くの欠陥や変成層が形成され
る不都合があり得る。

そこで半導体基板同志を直接接合できれば拡散層や成長
層を得るための高温、長時間処理工程、エピタキシャル
成長等を省くことができる。

そこで我々発明者らはこの直接掛合によって２枚の半導
体基板を一体化した後に半導体デバイスに展開して電気
的、機械的にも良好な特性を得られることを見出した。

しかしこの半導体基板直接接合において基板同志を接触
した時にボイドが検出されない場合でも焼成条件によっ
てはボイドが発生することを見出した。この現象は化合
物半導体のような高温処理できない基板については大き
な問題で好ましくない。

（発明が解決しようとする問題点） 一体化された接合体界面に閉じ込められたボイドは歩留
に大きな影響をおよぼすばかりか、デバイス展開プロセ
スに大きな弊害になる。そこで我々発明者らはボイドの
発生原因を追求した所、熱処理工程中の接着板の焼結プ
ロセスによる界面に残された水酸化基の縮合により離脱
した水分によるものであることをつきとめた。そこでこ
のボイドの発生源である水分を解消し、熱処理条件に影
゛１ ′響されることのないボイドレス接合体を形成する半導
体基板の接合方法を提供する。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するにあたり、本発明による２枚の半導
体基板を熱処理条件に影響されることのないボイドレス
接合体を形成する方法を以下に記す。

清浄化を終了した半導体基板の鏡面を加熱処理して、基
板の接合すべき面の水分を分解した後に１鏡面同志を接
触させ熱処理によ・で接触した基板同志を一体化した。

（作　用） 加熱により半導体基板が熱線を吸収し基板の表面の活性
化が進むにつれて表面の水酸化基の分解が促進され、ボ
イドレス接合に供丈ることができる、清浄化された表面
にすることが可能になった。

熱処理後の接合体を走査型放射温度計（ＡＧＡ社サーモ
ビジョン６８０）を使用して界面のボイド評価を行い、
加熱処理した接合体及び加熱処理をしないものの比較を
行った所、加熱処理を行った接合体にボイドの発生は見
られなかったが、それに反して加熱しなかった接合体に
は界面全体にボイドが発生していた。この結果から加熱
することは有効的手段であることが判った。この加熱の
手段は（１々の手法が使えるが、特にハロゲンランプ加
熱が有効な事を見出した。これはきわめて短時間の処理
で効果的に加熱できるという利点の他に光を照射するこ
とによって吸着された水分子の励起が起り、より効果的
に過剰な水分が除去されるためであろう。照射は数秒〜
数分程度で充分であった。

しかし過大に加熱しても接着性などに特に問題は起らな
い。但し基板が変形もしくは変質する程の高温は当然好
ましくない。その限界は通常絶対温度で表わした基板の
融点の３／２程度である。

尚、この加熱の間に基板の酸化などを防止する意味で雰
囲気を調整することは自由である。

（実施例） 本発明による実施例を記すと、表面粗さ５００Å以下、
平面度１０７７７１程度に鏡面研磨を施したＰ型シリコ
ン基板（３インチ径、比抵抗３０Ω譚、厚さ４２０Ｍ　
＞を４枚用意した。この基板をクラス５以下のクリーン
な雰囲気中で処理を行った。処理方法は先ず基板表面の
脱脂を目的にトリクロルエチレンで煮沸洗浄を行い、次
にアセトン置換を行い、次いで水置換を行った後王水の
煮沸を行って水洗を充分した後に基板の表面に成長した
自然酸化膜を弗酸に浸して除去してから、２枚の基板を
スピンナー乾燥後に１キロワツトのハロゲンランプで１
分間照射した。この時の温度は３００℃程度でこの２枚
の基板の鏡面同志を空気中で接触させた。

他の２枚の基板は参照例として、ランプ照射はせず、ス
ピンナー乾燥だけにとどめ、ランプ照射基板と同様に接
触させた。これらの接着体をサーモビジョンを用いて、
界面に閉じ込められたボイドの有無を調べたが、いずれ
の接着体にもボイドは検出されなかった。

次いで、これらの接触体を６００℃に昇温した電気炉中
で１時間の加熱処理を行い、放冷した後に一体化された
接合体を、再度サーモビジョンで接合体界面のボイド評
価を行った結果、ハロゲンランプ照射を行った接合体に
はボイドの発生は皆無であったが、ランプ照射を行わな
かった接合体には、界面全体にわたって細かいボイドが
発生していた。

上記の結果からＶ−Ｉ特性を評価するために、ｐｌシリ
コン基板（３インチ径、比抵抗が０．００３Ωｃｍ１厚
ざ４５０ｕ）を２枚用意して前記した処理方法で２枚の
基板を清浄化してから１分間のハロゲンランプ照射した
後に接触させた接着体を、Ｎ２雰囲気の電気炉で１時間
の熱処理を行い、完全に一体化された接合体に電極とし
て、アルミニウムを蒸着した俊に２ｍ角に切断したチッ
プのＶ−Ｉ特性を調べた所、ウェーハのバルクの抵抗値
から計算して接合体の抵抗と一致し、非常に良好なオー
ミック特性を得ることができた。

また、接合体基板の中心部と外周部による■−■特性の
差も調べた所、多少の差はあるものの、これは誤差の範
囲で無視できる値であると判断できるものであった。し
たがって接合体全域にわたって良好なオーミック特性を
示すことが確認された。

他の実施例として、Ｐ型シリコン基板（３インチ径、比
抵抗３０Ωｃｕｔ、厚さ４２０−）を１１００℃で１時
間の水蒸気酸化を行った後に、硫酸と過酸化水素の混液
で洗浄し水洗した後に王水の煮沸を行って水洗を充分行
い前回と同様の条件でハロゲンランプ照射を行った後に
接着した。この酸化膜を介在した接着体を６００℃で１
時間の熱処理をしだ後に、サーモビジョンで界面の評価
を行った所、前述の場合と同様にまったくボイドは検出
されなかった。

〔発明の効果〕

これまで述べた事から明らかの様に、本発明によれば、
ハロゲンランプ照射によって簡単に加熱するだけで接合
面の過剰な水分が分解、消滅するため、熱処理温度領域
によるボイド発生を防ぎ、不良率を低減する事が可能に
なる。しかも余分な水分による界面の変質がさけられる
ために、界面の電気特性が著しく改善され、デバイスの
特性向上に大きく寄与する串ができる。

代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鏡面研磨された２枚の半導体基板の鏡面同志を、
   実質的に異物の介在しない条件下で接触させ、熱処理し
   て２枚の基板を一体化させる直接接合において、２枚の
   基板を加熱してから接触させることを特徴とする半導体
   基板の接合方法。
2. （２）半導体基板がシリコン、ゲルマニウムおよび化合
   物半導体であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体基板の接合方法。
3. （３）基板の加熱をランプ加熱により行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の半導体基板の接合方法
   。