KR20190097025A - Soi웨이퍼의 제조방법 - Google Patents

Soi웨이퍼의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190097025A
KR20190097025A KR1020197017192A KR20197017192A KR20190097025A KR 20190097025 A KR20190097025 A KR 20190097025A KR 1020197017192 A KR1020197017192 A KR 1020197017192A KR 20197017192 A KR20197017192 A KR 20197017192A KR 20190097025 A KR20190097025 A KR 20190097025A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
bonding
drying
bond
soi
Prior art date
Application number
KR1020197017192A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102447215B1 (ko
Inventor
이사오 요코카와
Original Assignee
신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 filed Critical 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Publication of KR20190097025A publication Critical patent/KR20190097025A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102447215B1 publication Critical patent/KR102447215B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76251—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02046—Dry cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02052—Wet cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture 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
    • H01L21/18—Manufacture 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
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

본 발명은, 모두 실리콘 웨이퍼로 이루어진 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를, 실리콘산화막을 개재하여 실온에서 접합하는 공정과, 본드웨이퍼를 박막화하는 공정을 갖고, 접합공정보다도 전에, 양 웨이퍼를 친수성의 세정액으로 세정하는 공정과, 세정 후의 양 웨이퍼를, 흡인건조 또는 스핀건조로 건조하는 공정을 갖고, 건조공정의 종료 후, 접합공정을 개시할 때까지의 사이에, 접합공정을 행할 때의 접합속도가 20mm/초 이하가 될 때까지 양 웨이퍼를 보관하고, 접합속도를 20mm/초 이하로 하여 접합을 행하는 SOI웨이퍼의 제조방법이다. 이에 따라, 간편한 방법으로 외주미소 보이드의 발생을 억제하여 SOI웨이퍼를 제조할 수 있는 SOI웨이퍼의 제조방법이 제공된다.

Description

SOI웨이퍼의 제조방법
본 발명은, SOI웨이퍼의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 2매의 웨이퍼의 접합에 의한 SOI웨이퍼의 제조방법에 관한 것이다.
2매의 실리콘 웨이퍼를 실온에서 접합할 때, 웨이퍼 외주단의 일방으로부터 반대측의 외주단을 향하여 결합이 진행되는 도중의 마지막에, 결합의 회전 유입에 의한, 잔류 공기가 발생하여, 외주부에 미소한 사이즈의 보이드(이하, 외주미소 보이드라고 부른다)가 생기는 경우가 있다.
외주미소 보이드는, 웨이퍼 외주부의 단으로부터 3~5mm의 범위에, 직경 0.1~1mm 정도의 사이즈로 형성되고, 접합시의 결합속도가 빠를수록 증가하는 경향이 있다.
2매의 웨이퍼를 겹친 상태로 부분적으로 가압하면, 거칠기가 작은 고정도의 면끼리간에 작용하는 흡인력에 의해 웨이퍼끼리의 결합이 전체면으로 확대되므로, 그 결합파의 진행을 적외선 카메라 등으로 관찰함으로써, 접합속도를 측정할 수 있다.
웨이퍼를 접합할 때의 결합강도를 높이기 위해, 접합하는 면에 플라즈마 처리(플라즈마에 노출되어 접합하는 면을 활성화하는 처리)를 행하면, 접합속도가 빨라지므로, 외주미소 보이드가 발생하기 쉬워진다.
특허문헌 1의 [0061]단락에는, 접합웨이퍼의 외주부에 나타나는 보이드인 「엣지보이드」는, 결합속도가 1.7cm/s 미만으로 억제가능한 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2의 [0005], [0006]에는, 컨택트웨이브속도를 50mm/초 이하로 함으로써 웨이퍼 외주부의 미소한 보이드가 억제가능한 것이 기재되어 있다. 특허문헌 1에는, 가열함으로써 웨이퍼 표면에 흡착시키는 물의 층두께를 감소시키는 것, 특허문헌 2에는, 접합환경의 분위기의 압력, 종류, 점성을 제어함으로써 접합의 진행속도를 제어하는 것이 기재되어 있으나, 이들은 간편한 방법이라고는 할 수 없었다.
일본특허공개 2012-238873호 공보 일본특허공개 2007-194347호 공보
상기 서술한 문제점을 감안하여, 본 발명은, 간편한 방법으로 외주미소 보이드의 발생을 억제하여 SOI웨이퍼를 제조할 수 있는 SOI웨이퍼의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 본드웨이퍼와, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 베이스웨이퍼를, 상기 본드웨이퍼 및 상기 베이스웨이퍼의 적어도 어느 일방의 표면에 형성된 실리콘산화막을 개재하여 실온에서 접합하는 접합공정과, 이 접합공정의 후에 상기 본드웨이퍼를 박막화하는 박막화공정을 갖는, SOI웨이퍼를 제조하는 SOI웨이퍼의 제조방법에 있어서, 상기 접합공정보다도 전에, 추가로, 상기 본드웨이퍼와 상기 베이스웨이퍼를 친수성의 세정액으로 세정하는 세정공정과, 상기 세정을 행한 후의 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를, 흡인건조 및 스핀건조 중 적어도 어느 하나의 건조방법에 의해 건조하는 건조공정을 갖고, 상기 건조공정의 종료 후, 상기 접합공정을 개시할 때까지의 사이에, 상기 접합공정을 행할 때의 접합속도가 20mm/초 이하가 될 때까지 상기 본드웨이퍼와 상기 베이스웨이퍼를 보관하고, 상기 접합속도를 20mm/초 이하로 하여 상기 접합을 행하는 것을 특징으로 하는 SOI웨이퍼의 제조방법을 제공한다.
이러한 방법에 의해, 접합법으로 SOI웨이퍼를 제조할 때에, 건조공정의 종료 후, 접합공정을 개시할 때까지의 보관시간을 조정하는 간편한 방법으로 외주미소 보이드의 발생을 억제하여 SOI웨이퍼를 제조할 수 있다. 이 때문에, 새로운 설비를 도입하거나, 종래의 설비를 개조함으로 인한 설비투자를 수반하지 않으므로, 저렴한 방법이 된다.
이 때, 상기 보관하는 시간을 70분 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 보관시간으로 함으로써, 접합시의 접합속도를 20mm/초 이하로 보다 제어하기 쉬워진다. 그 결과, 보다 확실히 외주미소 보이드의 발생을 억제하여 SOI웨이퍼를 제조할 수 있다.
또한, 상기 세정공정을 행하기 전에, 상기 본드웨이퍼 및 상기 베이스웨이퍼 중 적어도 일방에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 공정을 가질 수 있다.
이와 같이, 세정공정 전에 플라즈마 처리를 행함으로써, 접합시의 웨이퍼끼리의 결합강도를 높일 수 있다. 또한, 플라즈마 처리를 행하면, 플라즈마 처리를 행하지 않은 경우보다 접합시의 접합속도가 빨라지는 경향이 있어, 외주미소 보이드가 발생하기 쉬워지는데 본 발명과 같이 건조공정 후의 보관시간을 조정하여 접합속도를 늦춤으로써, 외주미소 보이드의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 외주미소 보이드가 발생하기 쉬운 플라즈마 처리를 행하는 경우에, 본 발명은 특히 유효하다.
또한, 상기 친수성의 세정액을 SC1용액 또는 SC2용액으로 하는 것이 바람직하다.
접합 전의 웨이퍼의 세정에 이용하는 친수성의 세정액으로는, SC1용액 또는 SC2용액을 호적하게 이용할 수 있다.
또한, 상기 보관하는 시간을 5시간 이하로 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 생산성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 보관 중에는, 상기 본드웨이퍼와 상기 베이스웨이퍼를, 온도 25±5℃, 습도 40±20%의 분위기에 접촉하도록 하여 보관하는 것이 바람직하다.
이러한 분위기는 통상의 클린룸내의 분위기와 동일한 정도이다. 이러한 분위기에 접촉하도록 하여 웨이퍼를 보관함으로써, 웨이퍼 표면의 수분을 적절한 범위로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 SOI웨이퍼의 제조방법에서는, 상기 접합공정 후, 최초의 열처리를 행할 때까지의 사이에, 상기 본드웨이퍼와 상기 베이스웨이퍼를 접합한 상태로, 24시간 이상 방치하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 접합 후의 SOI웨이퍼의 외주미소 보이드를 더욱 줄일 수 있다.
본 발명의 SOI웨이퍼의 제조방법에 의해, 접합법으로 SOI웨이퍼를 제조할 때에, 건조공정의 종료 후, 접합공정을 개시할 때까지의 보관시간을 조정하는 간편한 방법으로 외주미소 보이드의 발생을 억제하여 SOI웨이퍼를 제조할 수 있다. 이 때문에, 새로운 설비를 도입하거나, 종래의 설비를 개조하거나 함에 따른 설비투자를 수반하지 않으므로, 저렴한 방법이 된다.
도 1은 본 발명의 공정의 개략을 나타내는 플로우차트이다.
도 2는 실험예에 있어서 얻어진, 건조후 보관시간과 접합속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실험예에 있어서 얻어진, 접합속도와 웨이퍼 1매당 외주미소 보이드 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 대하여, 실시태양의 일례로서, 도면을 참조하면서 상세히 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 SOI웨이퍼의 제조방법은, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 본드웨이퍼와, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 베이스웨이퍼를, 본드웨이퍼 및 베이스웨이퍼의 적어도 어느 일방의 표면에 형성된 실리콘산화막을 개재하여 실온에서 접합하는 접합공정을 갖는다. 또한, 이 접합공정의 후에 본드웨이퍼를 박막화하는 박막화공정을 갖는다. 본 발명에서는, 상기의 접합공정보다도 전에, 추가로, 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를 친수성의 세정액으로 세정하는 세정공정과, 이 세정을 행한 후의 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를, 흡인건조 및 스핀건조 중 적어도 어느 하나의 건조방법에 의해 건조하는 건조공정을 갖는다. 본 발명에서는, 건조공정의 종료 후, 접합공정을 개시할 때까지의 사이에, 접합공정을 행할 때의 접합속도가 20mm/초 이하가 될 때까지 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를 보관한다. 이와 같이 하여 보관한 후, 접합속도를 20mm/초 이하로 하여 접합을 행한다.
흡인건조법 및 스핀건조법은, 자연건조에 가까우므로, 건조공정종료 후에도 실리콘 웨이퍼 표면의 수분이 많다. SOI웨이퍼 제조에 있어서, 실온접합에서는, 물의 수소결합으로 결합이 진행되므로, 웨이퍼 표면의 수분량이 많으면, 접합속도가 높아진다. 그러나, 건조종료 후, 한동안 웨이퍼를 그대로의 표면상태로 보관해두면, 웨이퍼 표면의 수분은, 환경의 습도에 맞는 양으로 감소한다. 이에 따라, 접합속도가 낮아져, 외주미소 보이드의 발생개수를 감소시킬 수 있거나, 혹은, 제로로 할 수도 있다.
상기와 같이, 외주미소 보이드를 억제하기 위해 접합속도를 낮추는 것 자체는 공지이다(특허문헌 1, 특허문헌 2). 단, 그 구체적 방법으로서, 상기와 같이, 특허문헌 1에는, 가열함으로써 표면에 흡착시키는 물의 층두께를 감소시키는 것, 특허문헌 2에는, 접합환경(분위기, 기압 등)을 제어하는 것이 각각 기재되어 있으나, 본 발명과 같이, 세정·건조 후로부터 접합까지의 경과시간(보관시간)을 제어하는 것은 기재되어 있지 않다.
이하, 본 발명의 SOI웨이퍼의 제조방법에 대하여, 도 1을 참조하여, 보다 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 공정(a~g)의 개략을 나타내는 플로우차트이다.
우선, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 본드웨이퍼와, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 베이스웨이퍼를 준비한다(공정a). 이 때, 본드웨이퍼 및 베이스웨이퍼의 적어도 어느 일방은, 표면에 실리콘산화막이 형성된 것을 준비한다. 표면의 실리콘산화막은 열산화막으로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 하여 준비한 본드웨이퍼 및 베이스웨이퍼를 세정하는데(공정c), 그 전에, 본드웨이퍼 및 베이스웨이퍼 중 적어도 일방에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 것이 바람직하다(공정b). 이 공정은 필수는 아니다. 이 플라즈마 처리는, 웨이퍼를 플라즈마에 노출시켜 접합하는 면을 활성화하는 처리이다. 이 플라즈마 처리에 의해, 웨이퍼를 접합한 후의 접합웨이퍼의 결합강도를 높일 수 있다. 단, 이 플라즈마 처리는, 플라즈마 처리를 행하지 않은 경우보다 접합시의 접합속도가 빨라지는 경향이 있어, 외주미소 보이드가 발생하기 쉬워진다. 그러나, 후술하는 공정e의 보관시간을 제어함으로써, 건조공정 후의 보관시간을 조정하여 접합속도를 늦출 수 있고, 이에 따라, 외주미소 보이드의 발생을 억제할 수 있다.
다음에, 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를 친수성의 세정액으로 세정한다(공정c). 이 세정은, SC1용액 또는 SC2용액으로 행하는 것이 바람직하다. SC1용액은, 암모니아 및 과산화수소를 포함하는 수용액이며, SC2용액은 염화수소 및 과산화수소를 포함하는 수용액이며, 모두 실리콘 웨이퍼의 세정에 있어서 통상 이용되고 있는 조성의 것을 이용할 수 있다. 또한, 기타 세정조건도 실리콘 웨이퍼의 세정에 있어서 통상 이용되고 있는 조건을 적용할 수 있다.
다음에, 세정을 행한 후의 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를, 흡인건조 및 스핀건조 중 적어도 어느 하나의 건조방법에 의해 건조한다(공정d). 흡인건조 또는 스핀건조에 대해서는, 예를 들어, 일본특허공개 2002-313689호 공보를 참조할 수 있다. 흡인건조란, 웨이퍼 표면의 수분을 흡인하여 제거하는 건조방법이다. 흡인건조는, 예를 들어, 진공흡인라인이 설치된 건조대좌에 실리콘 웨이퍼를 거의 수직으로 얹고, 웨이퍼 하부로부터 수분을 흡인함으로써, 웨이퍼 표면 상의 수분을 제거할 수 있다. 건조대좌에 복수매수의 기판을 얹도록 함으로써, 동시에 복수매수의 기판을 건조할 수 있으므로, 높은 생산성이 얻어진다. 스핀건조는, 실리콘 웨이퍼 상의 수분을, 웨이퍼를 고속회전함으로써 얻어지는 원심력을 이용하여 제거하는 것으로, 통상의 스핀건조기에 의해 행할 수 있다. 한편, 건조법의 전형예의 하나인 IPA건조(물치환법)는, 본 발명에 있어서 이용하는 건조법에는 포함하지 않는다.
다음에, 건조공정(공정d)의 종료 후, 접합공정(공정f)을 개시하기 전까지, 본 발명에서는, 보관공정(공정e)을 갖는다. 이 보관공정에서는, 접합공정을 행할 때의 접합속도가 20mm/초 이하가 될 때까지 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를 보관한다. 어느 특정의 조건에 있어서, 어느 정도의 시간 보관하면 접합속도를 20mm/초 이하로 할 수 있는지는, 실험적으로 용이하게 구할 수 있다. 또한, 접합속도는, 적외선 카메라 등으로 관찰함으로써, 측정할 수 있다. 흡인건조 및 스핀건조 모두 웨이퍼 표면에 수분을 남겨 접합시의 수분량을 조절할 수 있는데, 상기와 같이, 종래, 흡인건조 또는 스핀건조의 직후에 접합을 행하면, 접합속도가 지나치게 빨라져, 외주미소 보이드를 억제할 수 없었다.
보관공정의 보관하는 시간의 길이는, 접합시의 접합속도가 20mm/초 이하로 할 수 있으면 특별히 한정되지 않으나, 50분 이상으로 하는 것이 바람직하고, 70분 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다. 보관 중에는, 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를, 온도 25±5℃, 습도 40±20%의 분위기에 접촉하도록 하여 보관하는 것이 바람직하다. 이러한 분위기는 통상의 클린룸내의 분위기와 동일 정도이다. 이러한 분위기에 접촉하도록 하여 웨이퍼를 보관함으로써, 웨이퍼 표면의 수분을 적절한 범위로 감소시킬 수 있다. 생산성을 고려하면, 보관하는 시간을 5시간 이하로 하는 것이 바람직하다.
흡인건조와 같이, 웨이퍼캐리어에 수납된 다수매의 웨이퍼를 한번에 건조하는 배치식의 건조의 경우에는, 건조장치내에서 그대로 보관하는 것도 가능한데, 웨이퍼캐리어마다 클린룸내의 클린배치로 옮겨 보관하거나, 다른 보관용 용기로 옮겨 보관할 수도 있다.
다음에, 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를, 본드웨이퍼 및 베이스웨이퍼의 적어도 어느 일방의 표면에 형성된 실리콘산화막을 개재하여 실온에서 접합한다(공정f). 이때, 본 발명에서는, 상기 보관공정이 행해지고 있으므로, 접합속도는 20mm/초 이하가 되고, 외주미소 보이드의 발생이 억제된다.
접합공정(공정f)의 후에 본드웨이퍼를 박막화하는 박막화공정을 행한다(공정g). 이에 따라 SOI웨이퍼를 제조한다. 이 박막화는, 이온주입박리에 의하여도 되고, 연삭, 연마, 에칭 등의 수법으로 해도 된다. 이온주입박리에 의해 박막화를 행하는 경우는, 미리, 적어도 세정공정(공정c)보다 전에, 본드웨이퍼에 수소이온 등의 이온주입층을 마련해둔다. 접합 후에 열처리(박리열처리)함으로써, 이 이온주입층에서 박리를 행하여, 본드웨이퍼를 박막화할 수 있다. 이온주입박리법에 의한 경우는, 박리열처리 후, 또는 박리열처리와 겸하여 결합열처리를 행할 수 있다. 이에 따라 접합웨이퍼의 결합강도를 높일 수 있다. 박막화를 연삭, 연마, 에칭 등에 의해 행하는 경우는, 연삭 등을 행하기 전에 결합열처리를 행하여 접합웨이퍼의 결합강도를 높이는 것이 바람직하다.
이상과 같이 하여 SOI웨이퍼를 제조하는데, 상기 이외의 공정을 구비해도 된다. 예를 들어, 이하와 같이, 접합 후, 최초의 열처리까지의 보관을 24시간 이상으로 하는 접합 후 보관공정을 가질 수도 있다.
(접합 후의 웨이퍼의 보관에 대하여)
발명자의 조사에 따르면, 실온에서 접합된 웨이퍼에 발생하고 있는 외주미소 보이드는, 그대로의 상태로 1일~수일간 방치해둠으로써 소멸하는 것이 있는 것이 판명되었다. 이 이유는 반드시 명백한 것은 아니나, 아마도, 기포가 웨이퍼의 외부로 빠져나가기 때문으로 생각된다.
따라서, 실온에서 접합이 완료된 직후의 상태로 외주미소 보이드가 모두 발생하지 않으면, 그대로 열처리(이온주입박리법의 경우는 박리열처리, 박막화를 연삭·연마로 행하는 경우에는 결합열처리)를 행하면 되는데, 외주미소 보이드가 다소 발생하는 것과 같은 경우에는, 접합공정 후, 최초의 열처리를 행할 때까지의 사이에, 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를 접합한 상태로, 실온에서 장시간(24시간 이상) 방치하고 나서 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 단, 생산성을 고려하여, 이러한 접합 후의 방치(1일~수일)는 행하지 않아도 된다. 또한, 이 방치시간은 보다 단시간(예를 들어, 6시간 이상)이어도 된다.
(실험예)
이하와 같이 하여, 접합에 의해 SOI웨이퍼를 제조할 때의, 건조공정종료 후의 보관시간(경과시간)과 접합속도의 관계를 조사하였다. 또한, 접합속도와 외주미소 보이드 발생의 관계를 조사하였다.
본드웨이퍼로서, 직경 300mm, 주면의 결정방위 <100>의 실리콘 단결정 웨이퍼를 준비하였다. 또한, 열산화막을 190nm의 두께로 형성하였다. 이 본드웨이퍼에는, 박리용의 수소이온주입을 행하여, 수소이온주입층을 형성하였다.
베이스웨이퍼로서, 직경 300mm, 주면의 결정방위 <100>의 실리콘 단결정 웨이퍼를 준비하였다. 이 베이스웨이퍼에는, 열산화막을 형성하지 않고, 수소이온주입층도 형성하지 않았다.
다음에, 상기의 본드웨이퍼 및 베이스웨이퍼의 양방에 대하여, 플라즈마 처리를 행하였다. 플라즈마 처리는, 산소플라즈마로 행하였다.
다음에, 접합 전의 세정을 행하였다. 구체적으로는, 상기의 플라즈마 처리를 행한 양 웨이퍼에 대하여, SC1세정을 행하였다. 세정종료 후, 양 웨이퍼에 대하여, 흡인건조를 행하였다.
다음에, 접합까지 보관을 행하였다. 보관은 웨이퍼용기인 FOUP(Front-Opening Unified Pod)내에서 보관하였다. 보관환경은 온도 22℃, 습도 40%였다. 이는 클린룸내의 분위기와 동등한 분위기였다. 이 보관공정에 있어서의 보관시간을 18분~130분의 범위에서 변화시켰다.
상기 조건으로 보관을 행한 후, 실온에서 접합을 행하였다. 접합의 후, 박리열처리를 500℃, 30분의 조건으로 행하고, 수소이온주입층에서 박리하였다.
박리완료 후, 보이드관찰을 행하였다. 구체적으로는, 박리종료 후의 접합웨이퍼를, 형광등하, 혹은, 집광등하에서 육안으로 관찰하여 행하였다.
건조공정종료 후의 보관시간과 접합속도의 관계를 도 2에 나타냈다. 도 2로부터, 접합속도는, 보관시간이 약 50분을 넘으면 20mm/초보다 느려지고, 보관시간이 70분 이상에서, 약 19.5mm/초로 거의 포화되는 것을 알 수 있었다.
접합 전의 SC-1세정조건(약액온도, 약액농도, 세정시간)을 조정함으로써, 세정 후의 표면거칠기를 변화시킴으로써 접합속도를 변화시켜, 접합속도와 웨이퍼 1매당 외주미소 보이드 발생수와의 관계를 조사하고, 그 결과를 도 3에 나타냈다. 접합속도가 약 20mm/초 이하가 되면, 외주미소 보이드는 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있었다. 한편, 접합속도는, 적외카메라로 결합파를 관찰하고, 결합파가 웨이퍼의 일방의 단으로부터 반대측의 단까지 진행하는 시간을 계측하고, 그 시간과 웨이퍼직경으로부터 산출하였다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
건조공정의 종료 후, 실온에서의 접합을 행할 때까지의 경과시간(보관시간)을 70분으로 한 것 이외는 실험예와 동일 조건으로 1배치(25매)의 접합SOI웨이퍼를 제작하였다. 이때, 25매를 연속으로 접합하였으므로, 1매째의 보관시간은 70분이나, 25매째의 보관시간은, 120분이 되었다. 즉, 보관시간은 70분~120분의 범위에서 변동시킨 것이 된다. 이때, 접합속도는 19.0~19.5mm/초의 범위였다. 그 결과, 외주미소 보이드는, 평균 0.8개/매였다.
(실시예 2)
건조공정의 종료 후, 실온에서의 접합을 행할 때까지의 보관시간을 50분으로 한 것 이외는 실험예와 동일 조건에서 1배치(25매)의 접합SOI웨이퍼를 제작하였다. 이때, 실시예 1과 마찬가지로, 25매 연속으로 접합하였다. 따라서, 1매째의 보관시간은 50분이었으나, 25매째의 경과시간은, 100분이 되었다. 즉, 보관시간은 50분~100분의 범위로 변동시킨 것이 된다. 이때, 접합속도는 19.5~20.0mm/초의 범위였다. 그 결과, 외주미소 보이드는, 평균 4.8개/매였다.
(실시예 3)
실온에서 접합한 직후의 웨이퍼를, 그대로 1일(24시간) 실온에서 방치한 후에 박리열처리를 행한 것 이외는 실시예 1과 동일 조건으로 1배치(25매)의 접합SOI웨이퍼를 제작하였다. 그 결과, 외주미소 보이드는, 평균 0.08개/매였다.
(실시예 4)
실온에서 접합한 직후의 웨이퍼를, 그대로 4일 실온에서 방치한 후에 박리열처리를 행한 것 이외는 실시예 2와 동일 조건으로 1배치(25매)의 접합SOI웨이퍼를 제작하였다. 그 결과, 외주미소 보이드는, 평균 0.2개/매였다.
(비교예 1)
건조공정의 종료 후, 실온에서의 접합을 행할 때까지의 경과시간(보관시간)을 조정하지 않은 것 이외는 실험예와 동일 조건으로 5매의 접합SOI웨이퍼를 제작하였다. 건조공정의 종료 후, 실온에서의 접합을 행할 때까지의 시간은, 5분 이하였다. 이때, 접합속도는 22~25mm/초의 범위였다. 그 결과, 외주미소 보이드는, 평균 310개/매였다.
실시예 1~4의 결과로부터, 건조공정의 종료 후, 실온에서의 접합을 행할 때까지의 시간을 조정하여 접합시의 접합속도를 20mm/초 이하로 함으로써, 외주미소 보이드의 발생이 억제가능한 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 3, 4의 결과로부터, 접합 후의 웨이퍼를 최초의 열처리까지 24시간 이상 보관함으로써, 더욱 외주미소 보이드의 발생이 억제가능한 것을 알 수 있었다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 실리콘 웨이퍼로 이루어진 본드웨이퍼와, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 베이스웨이퍼를, 상기 본드웨이퍼 및 상기 베이스웨이퍼의 적어도 어느 일방의 표면에 형성된 실리콘산화막을 개재하여 실온에서 접합하는 접합공정과, 이 접합공정의 후에 상기 본드웨이퍼를 박막화하는 박막화공정을 갖는, SOI웨이퍼를 제조하는 SOI웨이퍼의 제조방법에 있어서,
    상기 접합공정보다도 전에, 추가로,
    상기 본드웨이퍼와 상기 베이스웨이퍼를 친수성의 세정액으로 세정하는 세정공정과, 상기 세정을 행한 후의 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를, 흡인건조 및 스핀건조 중 적어도 어느 하나의 건조방법에 의해 건조하는 건조공정을 갖고,
    상기 건조공정의 종료 후, 상기 접합공정을 개시할 때까지의 사이에, 상기 접합공정을 행할 때의 접합속도가 20mm/초 이하가 될 때까지 상기 본드웨이퍼와 상기 베이스웨이퍼를 보관하고,
    상기 접합속도를 20mm/초 이하로 하여 상기 접합을 행하는 것을 특징으로 하는 SOI웨이퍼의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보관하는 시간을 70분 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 SOI웨이퍼의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세정공정을 행하기 전에, 상기 본드웨이퍼 및 상기 베이스웨이퍼 중 적어도 일방에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 SOI웨이퍼의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 친수성의 세정액을 SC1용액 또는 SC2용액으로 하는 것을 특징으로 하는 SOI웨이퍼의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보관하는 시간을 5시간 이하로 하는 것을 특징으로 하는 SOI웨이퍼의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보관 중에는, 상기 본드웨이퍼와 상기 베이스웨이퍼를, 온도 25±5℃, 습도 40±20%의 분위기에 접촉하도록 하여 보관하는 것을 특징으로 하는 SOI웨이퍼의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접합공정 후, 최초의 열처리를 행할 때까지의 사이에, 상기 본드웨이퍼와 상기 베이스웨이퍼를 접합한 상태로, 24시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 SOI웨이퍼의 제조방법.
KR1020197017192A 2016-12-19 2017-11-27 Soi웨이퍼의 제조방법 KR102447215B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016245620A JP6558355B2 (ja) 2016-12-19 2016-12-19 Ｓｏｉウェーハの製造方法
JPJP-P-2016-245620 2016-12-19
PCT/JP2017/042334 WO2018116746A1 (ja) 2016-12-19 2017-11-27 Ｓｏｉウェーハの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190097025A true KR20190097025A (ko) 2019-08-20
KR102447215B1 KR102447215B1 (ko) 2022-09-26

Family

ID=62627751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197017192A KR102447215B1 (ko) 2016-12-19 2017-11-27 Soi웨이퍼의 제조방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10763157B2 (ko)
EP (1) EP3557607B1 (ko)
JP (1) JP6558355B2 (ko)
KR (1) KR102447215B1 (ko)
CN (1) CN110024080B (ko)
TW (1) TWI763749B (ko)
WO (1) WO2018116746A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023172530A1 (en) * 2022-03-11 2023-09-14 Applied Materials, Inc. Apparatus for environmental control of dies and substrates for hybrid bonding

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8735219B2 (en) 2012-08-30 2014-05-27 Ziptronix, Inc. Heterogeneous annealing method and device
US11664357B2 (en) * 2018-07-03 2023-05-30 Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. Techniques for joining dissimilar materials in microelectronics
CN112368828A (zh) * 2018-07-03 2021-02-12 伊文萨思粘合技术公司 在微电子学中用于接合异种材料的技术

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060028391A (ko) * 2003-05-19 2006-03-29 집트로닉스 인코퍼레이티드 실온 공유 결합 방법
US20070119812A1 (en) * 2005-11-28 2007-05-31 Sebastien Kerdiles Process and equipment for bonding by molecular adhesion
JP2007194347A (ja) 2006-01-18 2007-08-02 Canon Inc 貼り合わせ装置
KR20090107919A (ko) * 2008-04-10 2009-10-14 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 접합 기판의 제조 방법
KR20090111838A (ko) * 2007-02-16 2009-10-27 에스.오.아이. 테크 실리콘 온 인슐레이터 테크놀로지스 두 기판들의 접합 방법

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0795505B2 (ja) * 1990-02-28 1995-10-11 信越半導体株式会社 接合ウエーハの製造方法
EP0759634A1 (en) * 1995-08-17 1997-02-26 Shin-Etsu Handotai Company Limited SOI wafer and method for the preparation thereof
JPH09331049A (ja) 1996-04-08 1997-12-22 Canon Inc 貼り合わせｓｏｉ基板の作製方法及びｓｏｉ基板
JP2000021802A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 半導体基板の製造方法
JP4547056B2 (ja) * 1999-09-27 2010-09-22 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 貼り合せｓｏｉウェーハの製造方法
US20020069899A1 (en) * 2000-06-26 2002-06-13 Verhaverbeke Steven Verhaverbeke Method and apparatus for removing adhered moisture form a wafer
JP4628580B2 (ja) * 2001-04-18 2011-02-09 信越半導体株式会社 貼り合せ基板の製造方法
JP4016701B2 (ja) * 2002-04-18 2007-12-05 信越半導体株式会社 貼り合せ基板の製造方法
CN1703773B (zh) * 2002-06-03 2011-11-16 3M创新有限公司 层压体以及用该层压体制造超薄基片的方法和设备
JP2006080314A (ja) * 2004-09-09 2006-03-23 Canon Inc 結合基板の製造方法
JP2007194349A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Canon Inc 基板の製造方法
US7575988B2 (en) * 2006-07-11 2009-08-18 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Method of fabricating a hybrid substrate
TWI492275B (zh) 2008-04-10 2015-07-11 Shinetsu Chemical Co The method of manufacturing the bonded substrate
JP5710429B2 (ja) * 2011-09-02 2015-04-30 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
FR2990054B1 (fr) * 2012-04-27 2014-05-02 Commissariat Energie Atomique Procede de collage dans une atmosphere de gaz presentant un coefficient de joule-thomson negatif.
US9870922B2 (en) * 2014-04-25 2018-01-16 Tadatomo Suga Substrate bonding apparatus and substrate bonding method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060028391A (ko) * 2003-05-19 2006-03-29 집트로닉스 인코퍼레이티드 실온 공유 결합 방법
US20070119812A1 (en) * 2005-11-28 2007-05-31 Sebastien Kerdiles Process and equipment for bonding by molecular adhesion
JP2012238873A (ja) 2005-11-28 2012-12-06 Soytec 分子接合による結合のためのプロセスおよび装置
JP2007194347A (ja) 2006-01-18 2007-08-02 Canon Inc 貼り合わせ装置
KR20090111838A (ko) * 2007-02-16 2009-10-27 에스.오.아이. 테크 실리콘 온 인슐레이터 테크놀로지스 두 기판들의 접합 방법
KR20090107919A (ko) * 2008-04-10 2009-10-14 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 접합 기판의 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023172530A1 (en) * 2022-03-11 2023-09-14 Applied Materials, Inc. Apparatus for environmental control of dies and substrates for hybrid bonding

Also Published As

Publication number Publication date
CN110024080A (zh) 2019-07-16
WO2018116746A1 (ja) 2018-06-28
JP6558355B2 (ja) 2019-08-14
TWI763749B (zh) 2022-05-11
EP3557607A1 (en) 2019-10-23
EP3557607A4 (en) 2020-08-26
EP3557607B1 (en) 2022-08-10
US20190295883A1 (en) 2019-09-26
US10763157B2 (en) 2020-09-01
JP2018101663A (ja) 2018-06-28
KR102447215B1 (ko) 2022-09-26
CN110024080B (zh) 2023-05-02
TW201839797A (zh) 2018-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190097025A (ko) Soi웨이퍼의 제조방법
JP4628580B2 (ja) 貼り合せ基板の製造方法
TWI595561B (zh) Method of manufacturing hybrid substrate and hybrid substrate
JP6418554B2 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
JP2009176860A (ja) 貼り合わせウェーハの製造方法
JP5780234B2 (ja) Ｓｏｉウェーハの製造方法
JP2011103409A (ja) ウェーハ貼り合わせ方法
JP2008021992A (ja) 接合界面安定化のための熱処理
TWI609434B (zh) SOS substrate manufacturing method and SOS substrate
JP2008066500A (ja) 貼り合わせウェーハおよびその製造方法
TW201643938A (zh) 絕緣體上矽晶圓的製造方法
US6125554A (en) Method and apparatus for drying flat objects
JP5320954B2 (ja) Ｓｏｉウェーハの製造方法
JP6643873B2 (ja) ２枚の基板を積層する方法
TW201606914A (zh) 製程分離型基板處理裝置及處理方法
JP6200273B2 (ja) 貼り合わせウェーハの製造方法
JP4598413B2 (ja) 貼り合わせウエーハの製造方法及び貼り合わせウエーハの酸化膜除去用治具
JP2010045345A (ja) 貼り合わせウェーハの製造方法
JP2009111347A (ja) 貼り合わせウェーハの製造方法
JP2009252948A (ja) 貼り合わせウェーハの製造方法
JP2012169474A (ja) 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体
JP2009277714A (ja) シリコンウェーハの洗浄方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant