JPH01133341A - Manufacture of semiconductor device and manufacturing equipment therefor - Google Patents
Manufacture of semiconductor device and manufacturing equipment thereforInfo
- Publication number
- JPH01133341A JPH01133341A JP62290640A JP29064087A JPH01133341A JP H01133341 A JPH01133341 A JP H01133341A JP 62290640 A JP62290640 A JP 62290640A JP 29064087 A JP29064087 A JP 29064087A JP H01133341 A JPH01133341 A JP H01133341A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- semiconductor single
- semiconductor
- substrate
- bonded
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P90/00—Preparation of wafers not covered by a single main group of this subclass, e.g. wafer reinforcement
- H10P90/19—Preparing inhomogeneous wafers
- H10P90/1904—Preparing vertically inhomogeneous wafers
- H10P90/1906—Preparing SOI wafers
- H10P90/1914—Preparing SOI wafers using bonding
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は三次元集積回路、光集積回路、Bi−0MO8
(バイポーラと0MO8の混在しているもの)等の複合
半導体装置の製造方法及びその製造装置に係り、特に二
枚の半導体単結晶基板を接合して複合半導体装置を製造
するのに好適な製造方法及びそれを製造する装置に関す
る。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to three-dimensional integrated circuits, optical integrated circuits, Bi-0MO8
(a mixture of bipolar and 0MO8), etc., and its manufacturing apparatus, and is particularly suitable for manufacturing a composite semiconductor device by bonding two semiconductor single crystal substrates. and an apparatus for manufacturing the same.
従来技術として、二枚の半導体単結晶基板を接合するも
のとしては例えば時開11H61−5544号、特開昭
61−182240などが挙げられ、接合すべき面を鏡
面研磨し、200℃以上の温度で熱処理して接合するこ
とが記載されている。Conventional techniques for bonding two semiconductor single crystal substrates include, for example, Jikai No. 11H61-5544 and Japanese Patent Laid-Open No. 61-182240, in which the surfaces to be bonded are mirror-polished and heated at a temperature of 200°C or higher. It is described that bonding is performed by heat treatment.
上記従来技術は主として、2枚のシリコン(Si)単結
晶基板を酸化物絶縁膜を介して接合したもので、この絶
縁膜を利用して、その上の81基板に素子を形成した場
合における隣接する素子間の誘電体による分離を向上さ
せようというもので、接合された半導体単結晶基板その
ものの処理の問題については配慮されていなかった。つ
まり当初用いた単結晶基板上に素子を組込むものであっ
た。The above-mentioned conventional technology mainly involves bonding two silicon (Si) single crystal substrates through an oxide insulating film, and when an element is formed on the 81 substrate above using this insulating film, adjacent The idea was to improve the dielectric separation between the connected elements, but no consideration was given to the problem of processing the bonded single-crystal semiconductor substrates themselves. In other words, the device was assembled onto the single-crystal substrate that was originally used.
また、従来技術のうち各種のS OI (Silico
non In5ulator)技術に関しては以下の問
題点が挙げられる。In addition, among the conventional technologies, various SOI (Silico
The following problems can be raised regarding the non-In5lator technology.
(1)現在知られているいずれの技術でも、大面積かつ
高品質のSOI単結晶を形成することが困難であること
。(1) It is difficult to form a large-area, high-quality SOI single crystal using any of the currently known techniques.
(2)一方の基板に素子を形成しておき、その後他の基
板を貼合せ上層のSOI層に新らたに素子を形成する際
には、既設の素子の安定化の面からプロセスの温度は高
々600℃程度の低温でなければならず、このことが素
子を形成する上での大きな制約となっていること。(2) When forming an element on one substrate and then bonding another substrate to form a new element on the upper SOI layer, the process temperature should be adjusted to stabilize the existing element. The temperature must be as low as 600° C., which is a major constraint in forming the device.
さらにまた、半導体基板上に例えばシリコン半導体素子
と化合物半導体素子といった異種半導体を形成する各種
のへテロエピタキシャル技術に関しては、以下の問題点
が挙げられる。Furthermore, the following problems can be raised regarding various heteroepitaxial techniques for forming different types of semiconductors, such as a silicon semiconductor element and a compound semiconductor element, on a semiconductor substrate.
(1)良好なヘテロエピタキシーを可能にするには、物
質量で格子定数、熱膨張率などの値がほぼ等しくなけれ
ばならず、そのため物質の組合せに厳しい制約があるこ
と。(1) To enable good heteroepitaxy, values such as lattice constant and coefficient of thermal expansion must be approximately equal in the amount of materials, and therefore there are severe restrictions on the combination of materials.
(2)ところで現行の基板はり合せ(接合)技術は、S
L同士のはり合せにとどまっており、ヘテロエピタキシ
ーを利用した異種半導体薄膜のはり合せに関する実用的
なものは知られていないこと。(2) By the way, the current board bonding (joining) technology is S
The problem is limited to the bonding of L to L, and there is no known practical bonding of dissimilar semiconductor thin films using heteroepitaxy.
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、二枚の半導体単結晶
基板のはり合せ技術を更に改良することにより、大面積
かつ高品質のSOI構造、ヘテロ接合の形成、あるいは
三次元集積回路及び複数種の半導体材料を用いた複合半
導体集積回路の実現を可能とする改良された半導体装置
の1!5造方法及びそれを製造する装置を提供すること
にある。The present invention was made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to further improve the bonding technology of two semiconductor single crystal substrates, thereby achieving a large area and high quality. An improved 1:5 manufacturing method for semiconductor devices and equipment for manufacturing the same, which enables the formation of SOI structures, heterojunctions, three-dimensional integrated circuits, and composite semiconductor integrated circuits using multiple types of semiconductor materials. It is about providing.
上記本発明の目的は、以下の手段で解決することができ
る。The above object of the present invention can be achieved by the following means.
すなわち、本発明の第1の製造方法の発明の特徴点を述
べると以下のとおりである。That is, the features of the first manufacturing method of the present invention are as follows.
(1)少なくとも一方の接合すべき面がエピタキシャル
成長により形成された半導体単結晶層を有する二枚の半
導体単結晶基板を清浄な雰囲気下で密着させ、少なくと
も200℃の加熱下で熱処理して接合する工程と;前記
接合された一方の半導体単結晶基板のエピタキシャル成
長により形成された半導体単結晶層を残して下地の半導
体単結晶基板をエツチング除去する工程とを備えたこと
を特徴とする。(1) Two semiconductor single-crystal substrates, at least one of which has a semiconductor single-crystal layer formed by epitaxial growth, are brought into close contact in a clean atmosphere and bonded by heat treatment at a temperature of at least 200°C. and a step of etching away the underlying semiconductor single crystal substrate, leaving behind the semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth of one of the bonded semiconductor single crystal substrates.
(2)上記二枚の半導体単結晶基板のうち一方の接合す
べき面がエピタキシャル成長により形成された化合物半
導体単結晶層を有する半導体単結晶基板から成り、他方
の接合すべき面が酸化物絶縁膜の形成されたシリコン単
結晶基板から成ることを特徴とする。(2) One surface of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded consists of a semiconductor single crystal substrate having a compound semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth, and the other surface to be bonded is an oxide insulating film. It is characterized by being made of a silicon single crystal substrate on which is formed.
(3)上記エピタキシャル成長により形成された化合物
半導体単結晶層を有する半導体単結晶基板がゲルマニウ
ムもしくはシリコン単結晶から成ることを特徴とする。(3) The semiconductor single crystal substrate having the compound semiconductor single crystal layer formed by the epitaxial growth is made of germanium or silicon single crystal.
上記加熱処理は200℃以上で熱処理するが、上限は基
板の材質により異なり、一般的に実用的な処理温度は一
方の基板が化合物半導体層を有し、他方の基板がシリコ
ン単結晶から成る場合には、200〜600℃であり、
両基板ともシリコン単結晶から成る場合には200〜1
000℃である。The above heat treatment is performed at a temperature of 200°C or higher, but the upper limit varies depending on the material of the substrate, and generally the practical treatment temperature is when one substrate has a compound semiconductor layer and the other substrate is made of silicon single crystal. The temperature is 200-600℃,
200 to 1 when both substrates are made of silicon single crystal
000℃.
次に第2の製造方法の発明の特徴点を述べると以下のと
おりである。Next, the features of the invention of the second manufacturing method are as follows.
(1)少なくとも一方の接合すべき面がエピタキシャル
成長により形成され、かつその領域内に能動素子が形成
された半導体単結晶層を有する二枚の半導体単結晶基板
を接着剤を介して加圧、加熱下で接合する工程と;前記
接合された半導体単結晶基板の少なくとも前記エピタキ
シャル成長により形成され、かつその領域内に能動素子
が形成された半導体単結晶層を残して下地単結晶基板を
エツチング除去する工程とを備えたことを特徴とする。(1) Two semiconductor single crystal substrates each having a semiconductor single crystal layer on which at least one surface to be joined is formed by epitaxial growth and in which an active element is formed are pressed and heated through an adhesive. a step of etching away the base single crystal substrate of the bonded semiconductor single crystal substrates, leaving at least the semiconductor single crystal layer formed by the epitaxial growth and in which active elements are formed; It is characterized by having the following.
(2)上記接着剤が耐熱性有機高分子樹脂もしくは流動
性シリカから成り、上記二枚の半導体単結晶基板の接合
すべき少なくとも一方の面に前記接着剤が塗布され、上
記接合面の接着剤に少なくともボードが発生しない加圧
下で加熱することにより前記接着剤を固化させ前記二枚
の半導体単結晶基板を接合することを特徴とする。(2) The adhesive is made of a heat-resistant organic polymer resin or fluid silica, and the adhesive is applied to at least one surface of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded, and the adhesive on the bonding surface is The method is characterized in that the two semiconductor single crystal substrates are bonded by solidifying the adhesive by heating under pressure that does not generate at least a board.
この発明によれば、比較的低温(200〜400℃)で
接合することができるので、エピタキシャル成長により
形成された半導体単結晶層内にあらかじめ設けられた能
動素子の特性を何ら劣化させることなく接合できる。耐
熱性有機高分子樹脂としては、例えばポリイミド樹脂、
エポキシ樹脂など半導体の製造分野で良く知られた材料
が用いられる。According to this invention, since bonding can be performed at a relatively low temperature (200 to 400 degrees Celsius), bonding can be performed without any deterioration of the characteristics of active elements provided in advance in a semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth. . Examples of heat-resistant organic polymer resins include polyimide resins,
Materials well known in the field of semiconductor manufacturing, such as epoxy resin, are used.
また、エピタキシャル成長により形成された半導体単結
晶としては前記第1の発明同様化合物半導体が用いられ
得ることは勿論である。Further, as the semiconductor single crystal formed by epitaxial growth, it goes without saying that a compound semiconductor can be used as in the first invention.
次に第3の製造方法の発明の特徴点を述べると以下のと
おりである。Next, the features of the invention of the third manufacturing method are as follows.
(1)少なくとも一方の接合すべき面がエピタキシャル
成長により形成された半導体単結晶層とその表面に接合
面の接合層としてアモルファスシリコン膜、シリコン酸
化膜、もしくは多結晶シリコン膜を形成した二枚の半導
体単結晶基板を清浄な雰囲気下で密着させ少なくとも2
00℃の加熱下で熱処理して接合する工程と;前記接合
された一方の半導体単結晶基板のエピタキシャル成長に
より形成された半導体単結晶層を残して下地の半導体単
結晶基板をエツチング除去する工程とを備えたことを特
徴とする。(1) Two semiconductors in which at least one surface to be bonded is a semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth, and an amorphous silicon film, silicon oxide film, or polycrystalline silicon film is formed on that surface as a bonding layer of the bonding surface. Place the single crystal substrate in close contact with each other in a clean atmosphere for at least 2
a step of bonding by heat treatment under heating at 00° C.; and a step of etching away the underlying semiconductor single crystal substrate, leaving behind the semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth of one of the bonded semiconductor single crystal substrates. It is characterized by having
(2)上記二枚の半導体単結晶基板のうち一方の接合す
べき面のエピタキシャル成長により形成された半導体単
結晶層が化合物半導体単結晶から成り、他方の接合すべ
き面が酸化物絶縁膜の形成されたシリコン単結晶基板か
ら成ることを特徴とする。(2) The semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth on the surface of one of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded is made of a compound semiconductor single crystal, and the other surface to be bonded is formed of an oxide insulating film. It is characterized by being made of a silicon single crystal substrate.
(3)上記エピタキシャル成長により形成された半導体
単結晶層上に接合層として形成するアモルファスシリコ
ン膜、シリコン酸化膜もしくは多結晶シリコン膜の形成
はCVD法による薄膜形成法により形成することを特徴
とする。(3) The amorphous silicon film, silicon oxide film, or polycrystalline silicon film to be formed as a bonding layer on the semiconductor single crystal layer formed by the epitaxial growth is formed by a thin film formation method using the CVD method.
次に第4の製造方法の発明の特徴点を述べると以下のと
おりである。Next, the features of the invention of the fourth manufacturing method are as follows.
(1)一方の接合すべき面がエピタキシャル成長により
形成され、かつその領域に能動素子が形成され、しかも
その表面に前記能動素子の電極パターンが露出した半導
体単結晶層を有する半導体単結晶基板と、他方の接合す
べきその表面領域にも能動素子が形成され、かつその表
面に前記能動素子の電極パターンが露出した半導体単結
晶基板とを準備する工程と;上記二枚の基板表面の電極
パターン同士が対向一致するよう位置合せし、接着剤を
介して加圧、加熱下で接合する工程と;前記接合された
半導体単結晶基板のうち前記エピタキシャル成長により
形成され、かつその領域に能動素子が形成された半導体
単結晶層を残して下地半導体単結晶基板をエツチング除
去する工程と;前記基板のエツチング除去により露出し
たエピタキシャル成長により形成された半導体単結晶層
表面側より、前記接合された他方の半導体単結晶基板上
の能動素子電極パターン上に至る貫通孔を設け、前記貫
通孔内に配線導体層を埋め込み、前記両電極ハターン間
を電気的に接続すると共に前記エピタキシャル層上に露
出した電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする
。(1) A semiconductor single-crystal substrate having one surface to be bonded formed by epitaxial growth, an active element formed in that region, and a semiconductor single-crystal layer with an electrode pattern of the active element exposed on the surface; a step of preparing a semiconductor single crystal substrate on which an active element is also formed in the surface region to be bonded, and an electrode pattern of the active element is exposed on the surface; and the electrode patterns on the surfaces of the two substrates are a step of aligning the semiconductor single crystal substrates so that they face each other and bonding them under pressure and heat using an adhesive; forming active elements in the regions of the bonded semiconductor single crystal substrates that are formed by the epitaxial growth; a step of etching away the underlying semiconductor single crystal substrate while leaving behind the semiconductor single crystal layer; A step of providing a through hole reaching above the active element electrode pattern on the substrate, burying a wiring conductor layer in the through hole, electrically connecting the two electrode patterns, and forming an electrode exposed on the epitaxial layer. It is characterized by having the following.
(2)上記二枚の半導体単結晶基板のうち一方の接合す
べき面がエピタキシャル成長により形成された化合物半
導体単結晶層を有するゲルマニウムもしくはシリコン単
結晶基板から成り、前記化合物半導体層領域内に能動素
子が形成されていることを特徴とする。(2) The surface of one of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded consists of a germanium or silicon single crystal substrate having a compound semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth, and an active element is provided in the compound semiconductor layer region. It is characterized by the formation of
(3)上記接着剤が耐熱性有機高分子樹脂もしくは流動
性シリカから成り、上記二枚の半導体単結晶基板の接合
すべき少なくとも一方の前に前記接着剤が塗布され、上
記接合面の接着剤に少なくともボードが発生しない加圧
下で加熱することにより前記接着剤を固化させ前記二枚
の半導体単結晶基板を接合することを特徴とする。(3) The adhesive is made of a heat-resistant organic polymer resin or fluid silica, and the adhesive is applied in front of at least one of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded, and the adhesive on the bonding surface is The method is characterized in that the two semiconductor single crystal substrates are bonded by solidifying the adhesive by heating under pressure that does not generate at least a board.
(4)上記エピタキシャル成長により形成された化合物
半導体単結晶層がG a A s系から成ると共にこれ
に光素子を形成し、他方の接合すべき半導体単結晶基板
をシリコン単結晶で構成すると共にこの表面領域に集積
回路を形成し、前記光素子と前記集積回路とを相互の電
極パターンを通して上記配線導体により電気的に接続し
、前記光素子上に露出するよう電極を形成することを特
徴とする。(4) The compound semiconductor single crystal layer formed by the above epitaxial growth is made of a GaAs system, and an optical element is formed thereon, and the other semiconductor single crystal substrate to be bonded is made of a silicon single crystal, and this surface The present invention is characterized in that an integrated circuit is formed in the region, the optical element and the integrated circuit are electrically connected by the wiring conductor through mutual electrode patterns, and electrodes are formed to be exposed on the optical element.
以上本発明の製造方法をまとめると、良質な薄膜単結晶
膜をはり合せ(接合)法で形成するには、特定のエツチ
ング液に対してエツチングレートの大きい単結晶基板の
上に、エツチングレートの小さい半導体材料をエピタキ
シャル成長させ、その後、他方の半導体単結晶基板には
り合せ、次いで上記エピタキシャル成長膜の下地単結晶
基板を完全にエツチング除去し、さらに好ましくは、上
記基板の除去されたエピタキシャル成長膜の表面を軽く
エツチングすることである。特に上記エピタキシャル成
長膜が下地基板と異なる物質から構成されるヘテロエピ
タキシャルの場合には、エピタキシャル界面に結晶欠陥
が多く発生しており、それを除くためにも、上記のごと
くエピタキシャル成長膜表面の軽いエツチングは有効で
ある。To summarize the manufacturing method of the present invention, in order to form a high-quality thin single crystal film by the bonding (bonding) method, it is necessary to use a single crystal substrate with a high etching rate for a specific etching solution. A small semiconductor material is epitaxially grown, then bonded to the other semiconductor single crystal substrate, and then the single crystal substrate underlying the epitaxially grown film is completely etched away, and more preferably, the surface of the epitaxially grown film from which the epitaxially grown film is removed is etched away. It is a light etching. In particular, when the epitaxially grown film is a heteroepitaxial film made of a material different from that of the base substrate, many crystal defects occur at the epitaxial interface. It is valid.
最後に、製造装置の発明について、その特徴点を述べる
と以下のとおりである。Finally, the features of the manufacturing apparatus invention are as follows.
(1)X−Yの二次元方向に移動可能で、かつ−方の半
導体単結晶基板を吸着支持するステージと、これに対向
して他方の半導体単結晶基板を吸着支持する支持体とが
相対的に上下移動可能な状態に配設されると共に前記両
半導体単結晶基板を相互に位置合せし、かつ所定の圧力
を印加し接合する手段と、少なくとも前記両半導体単結
晶基板の接合面を所定温度に加熱する手段とを備えたこ
とを特徴とする。(1) A stage that is movable in the two-dimensional direction of X-Y and that suction-supports the - side of the semiconductor single-crystal substrate, and a supporting body that suction-supports the other semiconductor single-crystal substrate that faces the stage are opposed to each other. a means for aligning the two semiconductor single crystal substrates with each other and applying a predetermined pressure to bond them; It is characterized by comprising means for heating to a certain temperature.
(1)本発明のはり合わせ法で、SOI構造、ヘテロ構
造を形成する場合、バルク結晶のはり合わせであり、ま
た結晶欠陥の多発する界面部分をエツチング除去した構
1となっているため、結晶性の問題は生じない。(1) When forming an SOI structure or a heterostructure using the bonding method of the present invention, bulk crystals are bonded together, and the structure 1 is such that the interface portion where many crystal defects occur is etched away. No gender issues arise.
(2)本発明のはり合わせ法で三次元構造のICを形成
した場合、各層の素子を別々の半導体単結晶基板(ウェ
ハ)に形成した後、多層に積み上げる為、各層の素子を
形成する上でのプロセス間の干渉はない。(2) When an IC with a three-dimensional structure is formed using the bonding method of the present invention, the elements of each layer are formed on separate semiconductor single crystal substrates (wafers) and then stacked in multiple layers, so it is difficult to form the elements of each layer. There is no interference between processes.
(3)本発明のはり合わせ法によりSOI構造、ヘテロ
構造の形成を行なうためには、はり合わせた一方の単結
晶基板(ウェハ)をけずり薄くする必要があるが、これ
は上記単結晶基板とその上に形成されたエピタキシャル
層のエッチレートの違いを利用し、エッチレートの小さ
いエピタキシャル層のみを残すようにすることで実現で
きる。また、ヘテロ構造を形成するには、特定の単結晶
基板の上に形成したヘテロエピタキシャル層をはり合わ
せ法により所望の半導体単結晶基板の上に移し変える。(3) In order to form an SOI structure or a heterostructure by the bonding method of the present invention, it is necessary to thin one of the bonded single crystal substrates (wafers), which is different from the above single crystal substrate. This can be achieved by making use of the difference in etch rate of the epitaxial layer formed thereon and leaving only the epitaxial layer with a low etch rate. Furthermore, to form a heterostructure, a heteroepitaxial layer formed on a specific single crystal substrate is transferred onto a desired semiconductor single crystal substrate by a bonding method.
従ってヘテロエピタキシャル成長の際には、格子定数、
熱膨張率等の整合した結晶成長に最適の単結晶基板を用
いることができ高品質のエピタキシャル層を形成するこ
とができる。Therefore, during heteroepitaxial growth, the lattice constant,
A single crystal substrate that is optimal for crystal growth with matched thermal expansion coefficients can be used, and a high quality epitaxial layer can be formed.
(4)また1本発明のはり合わせ法を用い、予めそれぞ
れの単結晶基板に能動素子が組込まれ前記能動素子の電
極パッドの形成された面を互に接合面として接合する場
合には、前記・のとおり絶縁材から成る例えば流動性シ
リカもしくは耐熱性有機高分子樹脂を接合剤として用い
るが、接合に際しては上記少なくとも一方の接合面に接
合剤を例えばスピン塗布しておき、これを重ね合せ、接
合剤を固化させるために加熱しつつ基板の両面から圧力
を加えればよい。圧力を加える目的は接合剤が固化する
際にボード(空孔)が発生しないようにすることと、二
枚の基板を平行に接合することにある。(4) In addition, when using the gluing method of the present invention, active elements are assembled in advance into respective single crystal substrates and the surfaces on which electrode pads of the active elements are formed are bonded to each other as bonding surfaces. As shown in ・, an insulating material such as fluid silica or heat-resistant organic polymer resin is used as a bonding agent, but when bonding, the bonding agent is spin-coated on at least one of the bonding surfaces, and these are overlapped, Pressure may be applied from both sides of the substrate while heating to solidify the bonding agent. The purpose of applying pressure is to prevent boards (holes) from forming when the bonding agent solidifies, and to bond the two substrates in parallel.
なお、上記(1)に述べたバルク結晶のはり合せの場合
には、接合剤を要せず、はり合せ面を鏡面研摩により平
滑にしておくだけで十分に接合可能である。そして、こ
の場合には加熱処理するだけでよく、加圧する必要はな
い。むしろ基板に不必要な歪を与えることになるので、
加圧しない方がよい。In the case of bonding bulk crystals as described in (1) above, no bonding agent is required, and bonding can be achieved by simply smoothing the bonding surfaces by mirror polishing. In this case, only heat treatment is required, and there is no need to apply pressure. Rather, it will cause unnecessary distortion to the board.
It is better not to apply pressure.
以下、図面により本発明の実施例を示し、具体的に説明
する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be shown and specifically explained with reference to the drawings.
第1図は、二枚の半導体単結晶基板をはり合せる原理説
明図で、絶縁膜上への単結晶薄膜の形成方法、即ちSO
I構造の形成方法を示したものである。FIG. 1 is a diagram explaining the principle of bonding two semiconductor single crystal substrates together, and shows the method for forming a single crystal thin film on an insulating film, that is, SO
This figure shows a method for forming an I structure.
第1図(a)は、厚さ0.4−の酸化膜1の付いたSi
基板2、第1図(b)はSi基板4の上に化合物半導体
としてG a A s 3を5pm厚さに通常のMB
E (Molecular Bears Epitax
y)の方法でヘテロエピタキシャル成長させたものであ
る。次に第1図(c)に示すようにそれらの試料の表面
同士を対向させ、直接、あるいは接着性を向上させるた
めアモルファスシリコン(以下、a−8iと表示する)
をGaAsa上に・0.1.堆積した後、はり合わせ、
両側からウェハに均一に加圧した状態で(直接はり合せ
の場合は加圧不要) 、200℃〜600℃の温度で1
時間アニールする。次に第1図(d)に示すようにSi
基板4を弗酸と硝酸の混合液で完全にエツチング除去す
る。第1図(b)に示したGaAsとSiとのへテロエ
ピタキシャル層の界面部分の結晶性が問題となる場合に
は第1図(d)の工程の後にG−aAsABO3i基板
4との界面部分つまりGaAs膜3の露出面31をアン
モニアと過酸化水素水と水の混合液で軽くエツチングし
、欠陥層を除去することで解決できる。また、第1図(
b)の工程においてSi基板4の代わりにGaAsと格
子定数が近いGe基板を用いれば高品質のGaAs/G
e結晶を形成することができる。FIG. 1(a) shows a Si film with an oxide film 1 of 0.4-thickness.
Substrate 2, FIG. 1(b), is a Si substrate 4 on which GaAs 3 is deposited as a compound semiconductor to a thickness of 5 pm using an ordinary MB.
E (Molecular Bears Epitax
It was grown by heteroepitaxial growth using method y). Next, as shown in Figure 1(c), the surfaces of these samples were made to face each other, and either directly or in order to improve adhesion, amorphous silicon (hereinafter referred to as a-8i) was applied.
0.1. on GaAsa. After depositing, glue together,
1 at a temperature of 200°C to 600°C with uniform pressure applied to the wafer from both sides (no pressure required for direct bonding).
Anneal for a time. Next, as shown in FIG. 1(d), Si
The substrate 4 is completely etched away using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. If the crystallinity of the interface of the GaAs and Si heteroepitaxial layer shown in FIG. 1(b) is a problem, the interface with the GaAsABO3i substrate 4 may be removed after the step of FIG. 1(d). That is, the problem can be solved by lightly etching the exposed surface 31 of the GaAs film 3 with a mixture of ammonia, hydrogen peroxide, and water to remove the defective layer. Also, Figure 1 (
If a Ge substrate with a lattice constant close to that of GaAs is used instead of the Si substrate 4 in the step b), high quality GaAs/G can be obtained.
e crystals can be formed.
この場合にも、上記第1図(Q)の工程を用いることに
よりSi基板2上に酸化膜1を介してGaAs3面を接
合することによりGe基板4をはり合せることができ、
第1図(d)の工程によりGe基板4をエツチング除去
し、Si基板2上にGaAs層3を転写できることは云
うまでもない。In this case as well, by using the process shown in FIG. 1(Q) above, the Ge substrate 4 can be bonded by bonding the three GaAs surfaces onto the Si substrate 2 via the oxide film 1.
It goes without saying that the Ge substrate 4 can be etched away and the GaAs layer 3 can be transferred onto the Si substrate 2 by the process shown in FIG. 1(d).
上記実施例においては、SL基板又はGe基板上に形成
したG a A sエピタキシャル膜をSi基板上に転
写する方法について説明した。この方法が他のへテロ構
造の形成についても有効であることは云うまでもない。In the above embodiments, a method was described in which a GaAs epitaxial film formed on an SL substrate or a Ge substrate was transferred onto a Si substrate. It goes without saying that this method is also effective for forming other heterostructures.
実際、GaAsエピタキシャル膜の代りにA1GaAs
、GaP、ZnS、InP、等の化合物半導体エピタキ
シャル膜を用いた場合でも。In fact, instead of GaAs epitaxial film, A1GaAs
, even when using a compound semiconductor epitaxial film such as GaP, ZnS, InP, etc.
同じ方法が適用できた。The same method could be applied.
第2図は、二枚のウェハを対向させ、相互に位置合せし
てはり合せる他の実施例を示したものである。第2図(
a)に示すように位置合わせターゲット7(模式的に平
面図で示した)を通常のホトリソグラフィとエツチング
により形成した他方の基板としてのSiウェハ2に、ポ
リイミド樹脂あるいは流動性シリカ液5をウェハの平坦
化に必要なだけの厚さに塗布する。もう一方の基板とし
てのウェハはSi基板4にGaAs3を通常のMBEの
方法により所望の厚さだけエピタキシャル成長させその
上に厚さ0.5−のS i O、膜1を通常のCV D
(Chemical Vapor Depositi
on)の方法により形成し、それに位置合わせターゲッ
ト6(模式的に平面図で示した)をホトリソグラフィに
よりパターニングする。そしてターゲット部の下部周辺
8の基板を裏面からのホトリソグラフィ及びエツチング
技術により除去する。この2枚のウェハを対向させ5i
n2膜1を通して位置合わせターゲット6と7を位置合
わせし、はり合わせる。すなわち、第2図(b)に示す
ように1通常のコンタクト方式のマスクアライナ−と類
似の接合装置20を用いて、X−Yの二次元方向に移動
可能なステージ22上に他方のウェハ2を吸着支持し、
対向する基板支持体23に一方のウェハ4を吸着固定し
、位置合せ用の8の基板除去部分を通して顕微鏡21に
より二枚のウェハ2.4゛の位置合せを行なう。FIG. 2 shows another embodiment in which two wafers are placed facing each other, aligned and bonded together. Figure 2 (
As shown in a), polyimide resin or fluid silica liquid 5 is applied to the Si wafer 2 as the other substrate on which an alignment target 7 (schematically shown in a plan view) is formed by ordinary photolithography and etching. Apply as thickly as necessary to flatten the surface. The other wafer is a Si substrate 4, on which GaAs3 is epitaxially grown to a desired thickness by a normal MBE method, and then a 0.5-thick SiO film 1 is deposited on it by normal CVD.
(Chemical Vapor Deposit
on), and an alignment target 6 (schematically shown in a plan view) is patterned thereon by photolithography. Then, the substrate at the lower periphery 8 of the target portion is removed by photolithography and etching techniques from the back side. Place these two wafers facing each other and
The alignment targets 6 and 7 are aligned through the n2 film 1 and glued together. That is, as shown in FIG. 2(b), using a bonding device 20 similar to a normal contact type mask aligner, the other wafer 2 is placed on a stage 22 movable in two dimensions of X-Y. Adsorbs and supports
One of the wafers 4 is suctioned and fixed to the opposing substrate support 23, and the two wafers 2.4'' are aligned using a microscope 21 through the substrate removal portion 8 for alignment.
位置合せ完了後ウェハの背面から加圧し1両ウェハをは
り付ける。なお、この接合部W120はステージ22と
支持体23とが相対的に上、上移動することにより二枚
のウェハに圧力を加えることができるようになっており
、また図面は省略されているが両ウェハの接合面を所定
温度に加熱することができるように加熱手段も設けられ
ている。After alignment is completed, pressure is applied from the back side of the wafer and one wafer is attached. Note that this joint W120 is configured such that pressure can be applied to the two wafers by moving the stage 22 and the support body 23 relatively upward, and although the drawing is omitted, A heating means is also provided so that the bonding surfaces of both wafers can be heated to a predetermined temperature.
以上の方法により対向した二枚のウェハを精度よく位置
合せしてはり合せることが可能となる。By the above method, it becomes possible to precisely align and bond two opposing wafers together.
第3図は、二枚のウェハにそれぞれあらかじめ能動素子
が形成されている半導体単結晶基板の素子の電極が形成
されている面を対向させてはり合せ、上、下基板の素子
間を配線導体で電気的に接続したいわゆる三次元構造の
半導体装置の形成方法を示した本発明の異なる実施例と
なる工程図を示したものである。第3図(、)、(b)
は、それぞれ第1図(a)、(b)と同じ基板(ウェハ
)に所望の能動素子(図省略)及び電極9 (9L 9
2)を形成したものである。第3図(c)は上記基板2
.4の能動素子形成面に接着剤5としてポリイミド樹脂
又は流動性シリカをスピン塗布して、第2図(a)、(
b)の位置合せ方法及び接合装置によりはり合せ、基板
の両背面からmtokg/caの圧力で加圧した状態で
350℃で1時間熱処理し接合部の接着剤5を固化させ
た後、基板4を第1図(d)と同一のプロセスでエツチ
ング除去した後の状態を示したものである。第3図(d
)は、基板2に形成された能動素子の電極91と対向す
るGaAsエピタキシャル膜3に形成された能動素子の
電極92とを配線接続するための途中の開孔工程を示し
たものである。先ず、第3図(C)に示された基板4除
去後のGaAsエピタキシャル膜3上に1通常のCVD
法により絶縁膜としてSin、10を5000人形成し
、両電極91.92の重なったスルーホール形成面にホ
トリソグラフィと異方性ドライエツチングにより電極9
2に達する穴を開け、その穴の側壁にも上記CVD法に
よりSun、絶縁膜10を形成し電極92の露出面を除
いて穴の周囲をSun、で完全に覆う0次いでドライエ
ツチングにより穴の底部をエツチングし下方の電極91
の露出面まで掘り下げる。上記第3図(d)はこの状態
を示している0次に第3図(e)は最終的に両電極91
.92が配線接続された状態を示す図で、上記第3図(
d)により電極91に至る穴(スルーホール)が形成さ
れたところに、例えば態のごとき配線材料11を蒸着す
ることにより埋込み、ホトリソグラフィによるパターニ
ングにより上部のSin2膜面に電極11パターンを形
成する0以上の工程により、目的とする多層構造集積回
路において層間の三次元的配線の形成が可能となる。In Figure 3, two wafers are bonded together with the surfaces on which the electrodes of the semiconductor single-crystal substrates on which active elements are formed are facing each other, and wiring conductors are connected between the elements on the upper and lower substrates. 3A and 3B are process diagrams showing different embodiments of the present invention showing a method for forming a semiconductor device having a so-called three-dimensional structure electrically connected to each other. Figure 3 (,), (b)
A desired active element (not shown) and an electrode 9 (9L 9
2). FIG. 3(c) shows the above board 2.
.. Polyimide resin or fluid silica is spin-coated as an adhesive 5 on the active element formation surface of 4, and as shown in FIGS.
After bonding using the positioning method and bonding device described in b) and heat-treating at 350° C. for 1 hour under a pressure of mtokg/ca from both back sides of the substrate to solidify the adhesive 5 at the joint, the substrate 4 This figure shows the state after being removed by etching in the same process as in FIG. 1(d). Figure 3 (d
) shows an intermediate hole-opening process for wiring connection between the electrode 91 of the active element formed on the substrate 2 and the electrode 92 of the active element formed on the opposing GaAs epitaxial film 3. First, a normal CVD process is performed on the GaAs epitaxial film 3 after removing the substrate 4 shown in FIG. 3(C).
5,000 layers of Sin.
A hole reaching the diameter 2 is formed, and the insulating film 10 is formed on the side wall of the hole by the above-mentioned CVD method, and the periphery of the hole is completely covered with Sun, except for the exposed surface of the electrode 92.Then, the hole is etched by dry etching. Etching the bottom and lower electrode 91
Dig down to the exposed surface. FIG. 3(d) above shows this state. FIG. 3(e) shows the final state of both electrodes 91.
.. This is a diagram showing a state where 92 is wired and connected, and is similar to the above figure 3 (
The holes (through holes) leading to the electrodes 91 are formed in step d), and are filled in by depositing a wiring material 11, for example, by vapor deposition, and patterning of the electrodes 11 is formed on the upper Sin2 film surface by patterning by photolithography. Through zero or more steps, it becomes possible to form three-dimensional wiring between layers in the target multilayer integrated circuit.
次に第4図〜第む図は、上記第1図〜第3図に示した基
本的製造工程を用いて、より具体的な半導体装置を製造
する更に異なる実施例を示したものである。Next, FIGS. 4 to 3 show further different embodiments in which a more specific semiconductor device is manufactured using the basic manufacturing process shown in FIGS. 1 to 3 above.
すなわち、第4図(a)はn”−8i基板42上にバイ
ポーラIC12を形成したSiウェハと、第4図(b)
に示したn”−8t基板44上にn−−8i13をエピ
タキシャル成長させそこにCMO5ICを形成したウェ
ハとを前記第1図〜第3図に示したものと同じ方法では
り合せ、三次元的に配線したいわゆるBi−CMO8構
造の複合半導体装置である。つまり、第4図(Q)は、
第3図(c)に相当する工程を、第4図(d)は同じく
第3図(d)を経て第3図(e)に相当する工程を示し
たものである。同図において、符号1はIC部上に形成
された絶縁膜(この場合Sin、)を、91゜92はそ
れぞれ電極(この場合層)を、5はポリイミド樹脂又は
流動性シリカからなる接着剤を、シ1は層間の配線材料
(この場合A11)を示す。この製造方法では、予め一
方のウェハにはバイポーラICを、他方のウェハには0
MO8ICをそれぞれ独立に形成しておくことができる
ので、プロセスの熱処理条件の制限が大幅にゆるめられ
、また全体の工程も短くできる。That is, FIG. 4(a) shows a Si wafer with a bipolar IC 12 formed on an n''-8i substrate 42, and FIG. 4(b)
A wafer in which n-8i13 was epitaxially grown on the n"-8t substrate 44 shown in FIG. This is a composite semiconductor device with a so-called Bi-CMO8 structure with wiring.In other words, FIG.
FIG. 4(d) shows a step corresponding to FIG. 3(c), and FIG. 4(d) shows a step corresponding to FIG. 3(e) after passing through FIG. 3(d). In the figure, reference numeral 1 indicates an insulating film (Sin in this case) formed on the IC section, 91 and 92 indicate electrodes (layers in this case), and 5 indicates an adhesive made of polyimide resin or fluid silica. , C1 indicates the interlayer wiring material (A11 in this case). In this manufacturing method, bipolar ICs are placed on one wafer in advance, and zero ICs are placed on the other wafer.
Since each MO8IC can be formed independently, restrictions on the heat treatment conditions of the process can be greatly relaxed, and the overall process can be shortened.
第5図は、第5図(a)に示したICを形成したSiウ
ェハ2と、第5図(b)に示したSi又はGe基板4上
にヘテロエピタキシャル成長させた化合物半導体(例え
ばG a A s系)層16内に光素子(例えばレーザ
発光素子や受光素子等)を形成したウェハ4とを上記第
4図と同様の工程をとることにより、はり合せ、16の
表面を浅くエツチング除去(結晶欠陥部を除去するため
)した後に、三次元的に配線したものである。つまり、
第5図(Q)は第4図(c)に、第5図(d)は第4図
(d)にそれぞれ該当する。かくして、下層に81半導
体装置、上層に化合物半導体から成る光素子の積層され
たいわゆるOE ICが実現可能となる。なお、上記
化合物半導体に光素子のみならず電界効果トランジスタ
を形成した場合においても、同様にSi ICと一体
化して三次元ICを形成することができることは云うま
でもない。FIG. 5 shows a Si wafer 2 on which the IC shown in FIG. 5(a) is formed, and a compound semiconductor (for example, Ga The wafer 4 on which optical elements (for example, laser emitting elements, light receiving elements, etc.) are formed in the layer 16 is bonded to the wafer 4 in the same process as shown in FIG. (to remove crystal defects) and then wired three-dimensionally. In other words,
FIG. 5(Q) corresponds to FIG. 4(c), and FIG. 5(d) corresponds to FIG. 4(d). In this way, it becomes possible to realize a so-called OE IC in which 81 semiconductor devices are stacked in the lower layer and optical elements made of compound semiconductors are stacked in the upper layer. It goes without saying that even when not only an optical element but also a field effect transistor is formed in the compound semiconductor, a three-dimensional IC can be similarly formed by integrating it with a Si IC.
第6図は、第6図(a)に示すSi又はGeウェハ2と
、第6図(b)に示すSi又はGe基板にGaAsをヘ
テロエピタキシャル成長(成長層3)させ、その上に高
々100人のアモルファ、スシリコン、(a−8i)又
はアモルファスゲルマニウム(a−Ge)18を通常の
プラズマCVDにより堆積したウェハ4の前記堆積面と
を対向させ、第1図(c)と同様の方法ではり合せる。FIG. 6 shows GaAs being heteroepitaxially grown (growth layer 3) on the Si or Ge wafer 2 shown in FIG. 6(a) and the Si or Ge substrate shown in FIG. 6(b). The deposition surface of the wafer 4 on which amorphous silicon, (a-8i), or amorphous germanium (a-Ge) 18 was deposited by normal plasma CVD was placed facing the deposition surface, and the same method as in FIG. 1(c) was carried out. Combine.
それを600℃で1時間加熱処理し接合強度を大きくす
ると共にa−8L又はa−Ge18を単結晶化する。な
お、ヨ記接着層を形成するa−8iとa−Geの選択は
、第6図(a)の基板がSiの場合は、a−8iとし。It is heat-treated at 600° C. for 1 hour to increase the bonding strength and to form a-8L or a-Ge18 into a single crystal. Note that a-8i and a-Ge forming the adhesive layer are selected as a-8i when the substrate in FIG. 6(a) is Si.
Geの場合はa−Geとする。そして第6図(Q)に示
すように、エピタキシャル成長層3を残してその基板で
あるウェハ4をエツチング除去する。In the case of Ge, a-Ge is used. Then, as shown in FIG. 6(Q), the wafer 4, which is the substrate thereof, is removed by etching, leaving the epitaxial growth layer 3 behind.
このウェハ4がSi基板の場合には弗酸と硝酸との混合
液で容易にエツチング除去することができる。さらに、
基板4との界面に発生した結晶欠陥層19を除去するた
めにエピタキシャル層(GaAs層)3の表層部をアン
モニアと過酸化水素水と水との混合液等でエツチング除
去する。かくして第6図(d)に示すようにSi又はG
e基板2上に良質なGaAs単結晶層3を形成すること
ができる6以上においては、基板4としてSi基板上又
はGe基板上にエピタキシャル形成したGaAs薄膜を
、基板2としてSi基板又はGe基板に転写する方法に
ついて説明した。この方法が他のへテロ構造の形成につ
いても有効であることはいうまでもない。If the wafer 4 is a Si substrate, it can be easily etched away using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. moreover,
In order to remove the crystal defect layer 19 generated at the interface with the substrate 4, the surface layer of the epitaxial layer (GaAs layer) 3 is etched away using a mixed solution of ammonia, hydrogen peroxide, and water. Thus, as shown in FIG. 6(d), Si or G
In cases where a high quality GaAs single crystal layer 3 can be formed on the e-substrate 2, a GaAs thin film epitaxially formed on a Si substrate or a Ge substrate is used as the substrate 4, and a GaAs thin film epitaxially formed on a Si substrate or a Ge substrate as the substrate 2 is used. The transfer method was explained. It goes without saying that this method is also effective for forming other heterostructures.
実際、エピタキシャル層3としてGaAsの代わりにA
QGa/ks、GaP、ZnS、InP等のその他の化
合物半導体を用いた場合でも同じ方法が適用できること
が確認されている。In fact, instead of GaAs as the epitaxial layer 3, A
It has been confirmed that the same method can be applied even when using other compound semiconductors such as QGa/ks, GaP, ZnS, and InP.
本発明によれif、Bi−0MO8にしても0EICに
しても別々のプロセスで予め形成した二枚のウェハをは
り合せることによって一体化するため、各々の要素能動
素子を他のプロセスからの制限を受けることなく最適の
プロセスで形成できる。According to the present invention, whether Bi-0MO8 or 0EIC, two wafers formed in advance in separate processes are integrated by gluing them together, so each elemental active element is free from restrictions from other processes. It can be formed using the optimal process without undergoing any process.
また、単一のウェハで積上げる方式の従来の主流プロセ
スに比較して工程を短くでき、歩留、生産効率を改善で
きる。In addition, compared to the conventional mainstream process of stacking single wafers, the process can be shortened and yield and production efficiency can be improved.
また、本発明を用いてのへテロ構造の形成においては、
まず最適の基板上にヘテロエピタキシーを行なってから
、はり合わせ法により、所望の基板にエピタキシャル層
を移し換えるため、良質のエピタキシャル結晶を得るた
めの材料の整合性より生ずる制限を小さくすることが可
能である。また、はり合わせによってエピタキシャル層
を別の基板に移し換えた後エピタキシャル層のもとのへ
テロ接合付近の結晶欠陥層をエツチング除去し、良質の
結晶部分のみを残すことができる。Furthermore, in the formation of a heterostructure using the present invention,
First, heteroepitaxy is performed on an optimal substrate, and then the epitaxial layer is transferred to the desired substrate using a bonding method, which makes it possible to reduce the limitations caused by material consistency to obtain high-quality epitaxial crystals. It is. Further, after the epitaxial layer is transferred to another substrate by bonding, the crystal defect layer near the original heterojunction of the epitaxial layer can be etched away, leaving only the good quality crystal portion.
第1図(a)、(b)、(c)、(d)は本発明の実施
例となる原理説明図、第2図(a)、(b)は、二枚の
ウェハを位置合せしてはり合せる場合の本発明の異なる
実施例となる原理説明図、第3図(a)、(b)、(Q
)、(d)、(e)は二枚のウェハに予め能動素子が設
けられたもの同士を接着剤を用いてはり合せ一体構造と
した本発明の更に異なる実施例を示した工程図、第4図
(a)、(b)。
(c)、(d)はBi−0MO8構造の実現に本発明を
適用した場合の工程図、第5図(a)、(b)、(Q)
、(d)はSi IC上に化合物半導体により光素子
を形成した三次元ICの実現に本発明を適用した場合の
工程図、そして、第6図(a)、(b)、(c)、(d
)は、はり合せの接合層として、a−8i又はa−Ge
を用いた場合の更に異なる本発明の実施例を示した工程
図である。
図において、
1・・・Sun、膜または絶縁膜
2・・・Si基板
3・・・GaAsエピタキシャル層
4・・・Si又はGe基板
5・・・ポリイミド樹脂または流動性シリカ6.7・・
・位置合わせターゲット
8・・・基板エッチ除去部分Figures 1 (a), (b), (c), and (d) are explanatory diagrams of the principle of an embodiment of the present invention, and Figures 2 (a) and (b) are diagrams showing how two wafers are aligned. 3 (a), (b), (Q
), (d), and (e) are process diagrams showing further different embodiments of the present invention, in which two wafers on which active elements are previously provided are bonded together using an adhesive to form an integral structure. Figure 4 (a), (b). (c) and (d) are process diagrams when the present invention is applied to realize the Bi-0MO8 structure, and Fig. 5 (a), (b), and (Q)
, (d) are process diagrams when the present invention is applied to realize a three-dimensional IC in which an optical element is formed using a compound semiconductor on a Si IC, and FIGS. 6(a), (b), (c), (d
) is a-8i or a-Ge as a bonding layer for gluing.
FIG. 3 is a process diagram showing a further different embodiment of the present invention in which the method is used. In the figure, 1...Sun, film or insulating film 2...Si substrate 3...GaAs epitaxial layer 4...Si or Ge substrate 5...polyimide resin or fluid silica 6.7...
・Alignment target 8... substrate etch removed part
Claims (1)
長により形成された半導体単結晶層を有する二枚の半導
体単結晶基板を清浄な雰囲気下で密着させ、少なくとも
200℃の加熱下で熱処理して接合する工程と;前記接
合された一方の半導体単結晶基板のエピタキシャル成長
により形成された半導体単結晶層を残して下地の半導体
単結晶基板をエッチング除去する工程とを備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。 2、上記二枚の半導体単結晶基板のうち他方の接合すべ
き面が酸化物絶縁膜の形成されたシリコン単結晶基板か
ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半
導体装置の製造方法。 3、上記二枚の半導体単結晶基板のうち一方の接合すべ
き面がエピタキシャル成長により形成された化合物半導
体単結晶層を有する半導体単結晶基板から成ることを特
徴とする特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載の半
導体装置の製造方法。 4、上記エピタキシャル成長により形成された化合物半
導体単結晶層を有する半導体単結晶基板がゲルマニウム
もしくはシリコン単結晶から成ることを特徴とする特許
請求の範囲第3項記載の半導体装置の製造方法。 5、少なくとも一方の接合すべき面がエピタキシャル成
長により形成され、かつその領域内に能動素子が形成さ
れた半導体単結晶層を有する二枚の半導体単結晶基板を
接着剤を介して加圧、加熱下で接合する工程と;前記接
合された半導体単結晶基板の少なくとも前記エピタキシ
ャル成長により形成され、かつその領域内に能動素子が
形成された半導体単結晶層を残して下地単結晶基板をエ
ッチング除去する工程とを備えたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 6、上記二枚の半導体単結晶基板のうち一方の接合すべ
き面がエピタキシャル成長により形成された化合物半導
体単結晶層を有するゲルマニウムもしくはシリコン単結
晶基板から成り、他方の接合すべき面が酸化物絶縁膜の
形成されたシリコン単結晶基板から成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第5項記載の半導体装置の製造方法。 7、上記接着剤が耐熱性有機高分子樹脂もしくは流動性
シリカから成り、上記二枚の半導体単結晶基板の接合す
べき少なくとも一方の面に前記接着剤が塗布され、上記
接合面の接着剤に少なくともボードが発生しない加圧下
で加熱することにより前記接着剤を固化させ前記二枚の
半導体単結晶基板を接合することを特徴とする特許請求
の範囲第5項もしくは第6項記載の半導体装置の製造方
法。 8、少なくとも一方の接合すべき面がエピタキシャル成
長により形成された半導体単結晶層とその表面に接合面
の接合層としてアモルファスシリコン膜、シリコン酸化
膜、もしくは多結晶シリコン膜を形成した二枚の半導体
単結晶基板を清浄な雰囲気下で密着させ少なくとも20
0℃の加熱下で熱処理して接合する工程と;前記接合さ
れた一方の半導体単結晶基板のエピタキシャル成長によ
り形成された半導体単結晶層を残して下地の半導体単結
晶基板をエッチング除去する工程とを備えたことを特徴
とする半導体装置の製造方法。 9、上記二枚の半導体単結晶基板のうち一方の接合すべ
き面のエピタキシャル成長により形成された半導体単結
晶層が化合物半導体単結晶から成り、他方の接合すべき
面が酸化物絶縁膜の形成されたシリコン単結晶基板から
成ることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の半導
体装置の製造方法。 10、上記エピタキシャル成長により形成された半導体
単結晶層の基板がゲルマニウムもしくはシリコン単結晶
から成ることを特徴とする特許請求の範囲第9項記載の
半導体装置の製造方法。 11、上記エピタキシャル成長により形成された半導体
単結晶層上に接合層として形成するアモルファスシリコ
ン膜、シリコン酸化膜もしくは多結晶シリコン膜の形成
はCVD法による薄膜形成法により形成することを特徴
とする特許請求の範囲第8項記載の半導体装置の製造方
法。 12、一方の接合すべき面がエピタキシャル成長により
形成され、かつその領域に能動素子が形成され、しかも
その表面に前記能動素子の電極パターンが露出した半導
体単結晶層を有する半導体単結晶基板と、他方の接合す
べきその表面領域にも能動素子が形成され、かつその表
面に前記能動素子の電極パターンが露出した半導体単結
晶基板とを準備する工程と;上記二枚の基板表面の電極
パターン同士が対向一致するよう位置合せし、接着剤を
介して加圧、加熱下で接合する工程と;前記接合された
半導体単結晶基板のうち前記エピタキシャル成長により
形成され、かつその領域に能動素子が形成された半導体
単結晶層を残して下地半導体単結晶基板をエッチング除
去する工程と;前記基板のエッチング除去により露出し
たエピタキシャル成長により形成された半導体単結晶層
表面側より、前記接合された他力の半導体単結晶基板上
の能動素子電極パターン上に至る貫通孔を設け、前記貫
通孔内に配線導体層を埋め込み、前記両電極パターン間
を電気的に接続すると共に前記エピタキシャル層上に露
出した電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする
半導体装置の製造方法。 13、上記二枚の半導体単結晶基板のうち一方の接合す
べき面がエピタキシャル成長により形成された化合物半
導体単結晶層を有するゲルマニウムもしくはシリコン単
結晶基板から成り、前記化合物半導体層領域内に能動素
子が形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
12項記載の半導体装置の製造方法。 14、上記接着剤が耐熱性有機高分子樹脂もしくは流動
性シリカから成り、上記二枚の半導体単結晶基板の接合
すべき少なくとも一方の前に前記接着剤が塗布され、上
記接合面の接着剤に少なくともボードが発生しない加圧
下で加熱することにより前記接着剤を固化させ前記二枚
の半導体単結晶基板を接合することを特徴とする特許請
求の範囲第12項もしくは第13項記載の半導体装置の
製造方法。 15、上記エピタキシャル成長により形成された化合物
半導体単結晶層がGaAs系から成ると共にこれに光素
子を形成し、他方の接合すべき半導体単結晶基板をシリ
コン単結晶で構成すると共にこの表面領域に集積回路を
形成し、前記光素子と前記集積回路とを相互の電極パタ
ーンを通して上記配線導体により電気的に接続し、前記
光素子上に露出するよう電極を形成することを特徴とす
る特許請求の範囲第13項もしくは第14項記載の半導
体装置の製造方法。 16、X−Yの二次元方向に移動可能で、かつ一方の半
導体単結晶基板を吸着支持するステージと、これに対向
して他方の半導体単結晶基板を吸着支持する支持体とが
相対的に上下移動可能な状態に配設されると共に前記両
半導体単結晶基板を相互に位置合せし、かつ所定の圧力
を印加し接合する手段と、少なくとも前記両半導体単結
晶基板の接合面を所定温度に加熱する手段とを備えたこ
とを特徴とする半導体装置の製造装置。[Claims] 1. Two semiconductor single-crystal substrates, at least one of which has a semiconductor single-crystal layer formed by epitaxial growth, are brought together in a clean atmosphere and heated at at least 200°C. It is characterized by comprising a step of bonding by heat treatment; and a step of etching away the underlying semiconductor single crystal substrate, leaving behind a semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth of one of the bonded semiconductor single crystal substrates. A method for manufacturing a semiconductor device. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the surface of the other of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded is a silicon single crystal substrate on which an oxide insulating film is formed. Production method. 3. Claim 1 or 3, characterized in that one of the two semiconductor single crystal substrates has a surface to be bonded to a semiconductor single crystal substrate having a compound semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 2. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor single crystal substrate having the compound semiconductor single crystal layer formed by the epitaxial growth is made of germanium or silicon single crystal. 5. Two semiconductor single-crystal substrates, at least one of which has a semiconductor single-crystal layer formed by epitaxial growth and in which active elements are formed, are pressed together with an adhesive and heated under heat. a step of etching away the base single crystal substrate of the bonded semiconductor single crystal substrates, leaving at least the semiconductor single crystal layer formed by the epitaxial growth and in which active elements are formed; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: 6. One surface of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded is made of a germanium or silicon single crystal substrate having a compound semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth, and the other surface to be bonded is an oxide insulating surface. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, comprising a silicon single crystal substrate on which a film is formed. 7. The adhesive is made of a heat-resistant organic polymer resin or fluid silica, and the adhesive is applied to at least one surface of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded, and the adhesive on the bonding surface is coated with the adhesive. The semiconductor device according to claim 5 or 6, characterized in that the two semiconductor single crystal substrates are bonded by solidifying the adhesive by heating under pressure that does not cause board formation. Production method. 8. At least one of the surfaces to be bonded is a semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth, and the surface thereof is formed with an amorphous silicon film, a silicon oxide film, or a polycrystalline silicon film as a bonding layer of the bonding surface. The crystal substrate is brought into close contact with the crystal substrate in a clean atmosphere for at least 20 minutes.
A step of bonding by heat treatment under heating at 0° C.; and a step of etching away the underlying semiconductor single crystal substrate, leaving behind the semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth of the one of the bonded semiconductor single crystal substrates. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: 9. The semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth on the surface of one of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded is made of a compound semiconductor single crystal, and the surface of the other semiconductor substrate to be bonded is formed of an oxide insulating film. 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor device is made of a silicon single crystal substrate. 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the substrate of the semiconductor single crystal layer formed by the epitaxial growth is made of germanium or silicon single crystal. 11. A patent claim characterized in that the amorphous silicon film, silicon oxide film, or polycrystalline silicon film formed as a bonding layer on the semiconductor single crystal layer formed by the epitaxial growth is formed by a thin film formation method using a CVD method. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 8. 12. A semiconductor single-crystal substrate having one surface to be bonded formed by epitaxial growth, an active element formed in that region, and a semiconductor single-crystal layer with an electrode pattern of the active element exposed on the surface; a semiconductor single crystal substrate on which an active element is also formed in the surface area to be bonded, and an electrode pattern of the active element is exposed on the surface; a step of aligning the semiconductor single crystal substrates so that they face each other and joining them under pressure and heat using an adhesive; active elements are formed in the regions of the semiconductor single crystal substrates formed by the epitaxial growth; etching away the base semiconductor single crystal substrate while leaving the semiconductor single crystal layer; A step of providing a through hole reaching above the active element electrode pattern on the substrate, embedding a wiring conductor layer in the through hole, electrically connecting both the electrode patterns, and forming an electrode exposed on the epitaxial layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: 13. The surface of one of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded is a germanium or silicon single crystal substrate having a compound semiconductor single crystal layer formed by epitaxial growth, and an active element is provided in the compound semiconductor layer region. 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein: 14. The adhesive is made of a heat-resistant organic polymer resin or fluid silica, and the adhesive is applied before at least one of the two semiconductor single crystal substrates to be bonded, and the adhesive on the bonding surface is coated with the adhesive. The semiconductor device according to claim 12 or 13, characterized in that the two semiconductor single crystal substrates are bonded by solidifying the adhesive by heating under pressure that does not cause board formation. Production method. 15. The compound semiconductor single crystal layer formed by the above epitaxial growth is made of GaAs, and an optical element is formed thereon, and the other semiconductor single crystal substrate to be bonded is made of silicon single crystal, and an integrated circuit is formed on this surface area. The optical element and the integrated circuit are electrically connected by the wiring conductor through mutual electrode patterns, and electrodes are formed to be exposed on the optical element. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 13 or 14. 16. A stage that is movable in the two-dimensional direction of X-Y and that suction-supports one semiconductor single-crystal substrate, and a supporting body that suction-supports the other semiconductor single-crystal substrate opposite thereto, are relatively means arranged to be movable up and down, aligning the two semiconductor single crystal substrates with each other and bonding them by applying a predetermined pressure, and heating at least the bonding surfaces of the two semiconductor single crystal substrates to a predetermined temperature. 1. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: means for heating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62290640A JP2642645B2 (en) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | Method of manufacturing semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62290640A JP2642645B2 (en) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | Method of manufacturing semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01133341A true JPH01133341A (en) | 1989-05-25 |
| JP2642645B2 JP2642645B2 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=17758582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62290640A Expired - Lifetime JP2642645B2 (en) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | Method of manufacturing semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2642645B2 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01201948A (en) * | 1988-02-05 | 1989-08-14 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
| US5728623A (en) * | 1994-03-16 | 1998-03-17 | Nec Corporation | Method of bonding a III-V group compound semiconductor layer on a silicon substrate |
| JP2002033505A (en) * | 2000-07-19 | 2002-01-31 | Canon Inc | Surface type light receiving element, method of manufacturing the same, and apparatus using the same |
| JP2003506871A (en) * | 1999-08-02 | 2003-02-18 | ハネウエル・インコーポレーテッド | Dual wafer attachment method |
| JP2006080399A (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
| JP2009164599A (en) * | 2008-01-07 | 2009-07-23 | Dongbu Hitek Co Ltd | Image sensor and manufacturing method thereof |
| DE102011080360A1 (en) | 2010-08-09 | 2012-02-09 | Mitsubishi Electric Corp. | A semiconductor device, a semiconductor circuit substrate, and a method of manufacturing a semiconductor circuit substrate |
| TWI384589B (en) * | 2008-04-18 | 2013-02-01 | ||
| JP2016119415A (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 三菱重工工作機械株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145839A (en) * | 1984-12-20 | 1986-07-03 | Toshiba Corp | Semiconductor wafer bonding method and bonding jig |
-
1987
- 1987-11-19 JP JP62290640A patent/JP2642645B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145839A (en) * | 1984-12-20 | 1986-07-03 | Toshiba Corp | Semiconductor wafer bonding method and bonding jig |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01201948A (en) * | 1988-02-05 | 1989-08-14 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
| US5728623A (en) * | 1994-03-16 | 1998-03-17 | Nec Corporation | Method of bonding a III-V group compound semiconductor layer on a silicon substrate |
| US6030884A (en) * | 1994-03-16 | 2000-02-29 | Nec Corporation | Method of bonding a III-V group compound semiconductor layer on a silicon substrate |
| US6191006B1 (en) | 1994-03-16 | 2001-02-20 | Nec Corporation | Method of bonding a III-V group compound semiconductor layer on a silicon substrate |
| JP4890708B2 (en) * | 1999-08-02 | 2012-03-07 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Dual wafer attachment method |
| JP2003506871A (en) * | 1999-08-02 | 2003-02-18 | ハネウエル・インコーポレーテッド | Dual wafer attachment method |
| JP2002033505A (en) * | 2000-07-19 | 2002-01-31 | Canon Inc | Surface type light receiving element, method of manufacturing the same, and apparatus using the same |
| JP2006080399A (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
| JP2009164599A (en) * | 2008-01-07 | 2009-07-23 | Dongbu Hitek Co Ltd | Image sensor and manufacturing method thereof |
| TWI384589B (en) * | 2008-04-18 | 2013-02-01 | ||
| DE102011080360A1 (en) | 2010-08-09 | 2012-02-09 | Mitsubishi Electric Corp. | A semiconductor device, a semiconductor circuit substrate, and a method of manufacturing a semiconductor circuit substrate |
| JP2016119415A (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 三菱重工工作機械株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
| WO2016103846A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 三菱重工工作機械株式会社 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
| US10486263B2 (en) | 2014-12-22 | 2019-11-26 | Mitsubishi Heavy Industries Machine Tool Co., Ltd. | Room-temperature-bonded semiconductor device and manufacturing method of room-temperature-bonded semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2642645B2 (en) | 1997-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4997787A (en) | Method for fabricating a semiconductor film which is electrically isolated from a substrate | |
| CN101584024B (en) | Multilayer structure and its fabrication process | |
| JPH01315159A (en) | Dielectric-isolation semiconductor substrate and its manufacture | |
| JPH01133341A (en) | Manufacture of semiconductor device and manufacturing equipment therefor | |
| JPH0312775B2 (en) | ||
| JPH0682753B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2003068593A (en) | Semiconductor laminated substrate and method of manufacturing the same | |
| JP2857456B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor film | |
| JPS6329937A (en) | Semiconductor substrate | |
| JPH01302740A (en) | Dielectric isolation semiconductor substrate | |
| JPH01305534A (en) | Manufacture of semiconductor substrate | |
| US6884645B2 (en) | Method for preparing a device structure having a wafer structure deposited on a composite substrate having a matched coefficient of thermal expansion | |
| US5855954A (en) | Composite structure for manufacturing a microelectronic component and a process for manufacturing the composite structure | |
| JP2583764B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device | |
| JP2608443B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor wafer | |
| JPH0963951A (en) | Manufacture of semiconductor substrate and manufacture of semiconductor device | |
| JPH04372109A (en) | Stuck boards and their manufacture and semiconductor device using those boards | |
| JP2675519B2 (en) | Semiconductor substrate, semiconductor device, and manufacturing method thereof | |
| JPS6362252A (en) | Manufacture of dielectric isolation substrate | |
| JP2619734B2 (en) | Semiconductor substrate and method of manufacturing the same | |
| US20230402816A1 (en) | Wafer bonding method for transfering thin films to a substrate | |
| JPH03142854A (en) | Dielectric isolated substrate and manufacture thereof | |
| JPS63226914A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JPH049384B2 (en) | ||
| JPH049385B2 (en) |