KR960015962B1 - 중간 절연 박막을 이용한 실리콘 기판의 접합방법 - Google Patents

중간 절연 박막을 이용한 실리콘 기판의 접합방법 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

중간 절연 박막을 이용한 실리콘 기판의 접합방법
본 발명은 중간 절연 박막을 이용한 실리콘(Si)기판(基板)의 접합 방법에 관한 것으로 특히 실리콘 기판세척공정으로 표면을 세척한 다음, 실리콘 표면에 산화규소(SiO2)가 형성되거나, 산화규소(SiO2)가 형성되지 아니한 기판을 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)가 부피 3 : 1의 부피비로된 비등액에 약 10분간 침지한후 다시 순수(H2O)에 5분간 침지함으로서 수산기 "OH"를 활성화시킴으로서 표면에 하이드록실(Hydroxyl)층을 형성시킨 후 건조하여 상온상태의 오염되지 아니한 청정 분위기의 상압 또는 진공 상태에서 상호 실리콘기판을 실라놀즈(Silanols)접합하거나 실리콘 원자 주위에 직접적으로 결합되어 있는 하이드록시 그룹이 생성되게 한 후 보다 결합력을 증대하기 위하여 1000℃ 이상의 고온하에 습식 또는 건식 산화 및 질소등의 분위기하에서 실리콘 기판을 상호 접합시키는 방법에 관한 것이다.
종래 실리콘 기판을 접합하는데 있어서는 실리콘 기판과 기판사이에 정전(靜電) 접합기법을 사용하거나 또는 중간 피막으로서 알미늄(Al) 또는 금(Au) 이용하여 용융시켜 접합하는 방법이 알려져 있다.
그러나 정전 접합기법에 있어서는 정전발생을 위한 장치의 막대한 설치비와 또 이에 따른 안전문제와 공해문제가 있고 또 상기와 같은 금속에 의한 용융접합의 경우에 있어서도 중간 금속인 알미늄이나 금등의 용융점 이상의 온도하에서는 다른 공정을 함께 수행할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 시정하기 위하여, 일반적인 반도체 세척공정에서 일단 접합코져 하는 실리콘 기판의 표면을 세척한 후 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O4)가 3 : 1의 부피비로 혼합된 비등액에 약 10분간 침지한 경우 아래 표에서 볼 수 있는 바와 같이 "OH"기가 지속적으로 활성화되어 하이드록실(Hydroxyl)층이 형성됨을 실험에 의해 확인할 수 있었다.
[표]
* 황산과 과산화수소의 부피비 활성화와 시간
위 표에서 ＋는 활성화
이는 황산과 과산화수소가 3 : 1로 혼합하여 비등하게 되면, 서로 갖고 있는 하이드록실기가 유리되어 실리콘 기판 표면의 실리콘 원자와 결합되어 R3SiOH : R2(OH)2: R(OH)3와 같이 활성화되는 것이라고 생각된다.
상기와 같이 활성화한 뒤 건조시키면, 실리콘 원자의 주위에 직접적으로 하이드록시그룹이 결합되는 소위 실라놀즈(Silanols)결합이 이루어지고, 이와 같이하여 결합된 실리콘 기판을 상온하의 청정 분위기 하에서 상압 또는 진공 상태에서 실리콘 기판 상호간에 접합시키고자 하는 부분을 서로 접합시키고, 접합하는 부분에 기공(氣孔)이 발생하지 않도록 연구 노력한 결과 1000℃ 이상의 고온하에 습식산화 또는 건식산화 혹은 질소 분위기하에 접합시켜 줌으로서 목적을 달성할 수 있음도 알게 되었다.
또 이때 생성되는 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4) 또는 산화알미늄(Al2O3)의 중간 절연막이 두께 조절이 용이하여 실리콘 기판의 크기(예로 2, 3, 4, 5인치등)와 방향성 및 형태(P형 또는 N형)와는 무관하게 직접 접합이 가능케 하는 것도 알게 되었다.
따라서 본 발명에 의하면, 반도체형 입력 센서(Sensor)나 가속도 센서, 습도 센서등의 제작이나 고전력용PN접합 반도체 소자의 제조를 용이하게 할 수가 있었다.
이하 본 발명을 실시예의 공정에 따라 상술하면 다음과 같다.
[실시예]
(제1공정)
실리콘 기판의 표면에 산화규소(SiO2)가 형성되거나 형성되지 아니한 기판의 표면을 공지의 반도체 세척공정방법에 의해 깨끗이 세척한다.
(제2공정)
제1공정에 의해 깨끗이 세척된 실리콘 기판을 질산(HNO3)과 염산(HCl)을 부피비로 1 : 3의 비로된 비등액에 약 10분간 침지하여 제1공정에서 세척되지 아니한 불순물을 제거한 후 순수(H2O)에 약 10분간 침지하였다가 다시 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)가 3 : 1의 부피비로된 비등액에 약 10분간 침지한 후 순수로 세척한다.
상기 세척된 실리콘 기판을 다시 염산과 과산화 수소 및 순수가 l : 1 : 6의 부피비로 되는 비등액에 침지하여 순수에서 약 10분간 세척하고, 다시 불화수소(HF)와 순수가 1 : 10의 부피비로 되는 비등액에 약 30초간 침지하고 다시 순수에 약 10분간 침지하여 건조하면, 실리콘 기판의 표면에는 "OH"기가 생성되어 활성화된 하이드록실층이 형성된다.
(제3공정)
제2공정의 화학적 처리로 표면이 활성화된 실리콘 기판을 이물질이 제거된 청정한 분위기의 상온하에 상압 또는 진공하에 서로 접합(接合)시켜 놓으면, 실리콘 원자의 주위에는 직접적으로 하이드록시 그룹으로 결합된 소위 실라놀즈(Silanols)결합(접합)이 이루어진다.
(제4공정)
제3공정에서 얻어진 실라놀즈 결합(접합)된 실리콘 기판을 1000℃ 이상의 고온과 대기압 상태에서 약 1시간 습식산화 또는 건식산화 및 질소등의 분위기하에서 직접 다시 결합(접합)하면, 중간 절연막으로 산화실리콘(SiO2), 또는 질화실리콘(Si3N4)이 형성되어 더욱 공고한 결합력을 얻을 수가 있었다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래 실리콘 기판 사이에 정전 접합방법에 의해 접합하는 방법에 비해 정전발생을 위한 장치의 설치비와 정전 용량에 의한 위험 부담과 공해(즉 전파방해)가 해소되고 또 알미늄이나 금의 용융점 이상에서 접합하는 방법에 비해 직접 실라놀즈 결합을 위한 화학적 반응을 시도함으로서 중간 막으로서의 고가의 귀금속이 필요 없으므로 경제적이며, 또 상기한 실라놀즈에 의한 화학적 반응에 의해 얻어지는 중간 절연막을 실리콘 기판의 식각시 지지막으로 이용 가능하고 또 박막의 두께 조절이 용이하여 기판의 크기가 방향성 및 형태와 무관하게 제작이 용이할 뿐 아니라 접합하고자 하는 부분에만 직접 접합이 가능하므로 P형 실리콘 기판과 N형 실리콘 기판을 임의로 접합할 수가 있어서 고전력용 PN접합 반도체 소자는 물론, 입력센서, 습도센서등 박막형시 식각 작업이 용이하여 제작이 간편한 등 산업적으로 유용하며, 상기한 본 발명의 실시예의 모든 공정은 완전 자동화에 의해 실시할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

  1. 공지의 세척 공정으로 세척된 실리콘 기판을 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O|2)가 부피비 3 : l로 되는 비등액에 약 10분간 침지한 것을 염산(HCl)과 과산화수소 및 순수가 1 : 1 : 6의 부피비로 되는 비등액에 약 10분간 침지하고 다시 불화수소(FH)와 순수가 1 : 10의 부피비로 되는 비등액에 약 30초간 침지시켜 상온, 상압 또는 진공하에서 활성화된 하이드록실 실라놀즈기판을 접합시켜 중간 절연층을 형성하여 결합하는 것을 특징으로 하는 중간 절연막을 이용한 실리콘 기판의 접합방법.
  2. 청구의 범위 1항의 실라놀즈 접합된 실리콘기판을 다시 1000℃ 온도이상의 고온과 대기압하에 1시간정도 습식 또는 건식산화시켜 산화규소(SiO2) 또는 질화규소(Si3N4)로 되는 중간 절연층을 형성하여 결합하는 것을 특징으로 하는 중간 절연막을 이용한 실리콘 기판의 접합방법.
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