JPH0391227A - 半導体基板の接着方法 - Google Patents
半導体基板の接着方法Info
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- JPH0391227A JPH0391227A JP1228130A JP22813089A JPH0391227A JP H0391227 A JPH0391227 A JP H0391227A JP 1228130 A JP1228130 A JP 1228130A JP 22813089 A JP22813089 A JP 22813089A JP H0391227 A JPH0391227 A JP H0391227A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体基板の接着方法に関する。
半導体基板としてシリコン基板が用いられているが、こ
のシリコン同士を接着する方法としてウェハ直接接合法
が知られている。この方法によれば、接合界面には接着
剤等による中間層が存在しないため、熱歪による影響を
解消することができるとして注目されている。
のシリコン同士を接着する方法としてウェハ直接接合法
が知られている。この方法によれば、接合界面には接着
剤等による中間層が存在しないため、熱歪による影響を
解消することができるとして注目されている。
次に、第7図(a)〜(C)を用いてこのウェハ直接接
合法を説明する。まず、鏡面研磨されたシリコンウェハ
表面の自然酸化膜をHF等により除去し、シリコン原子
を表面に露出した後、例えばHasO4H202を混合
した液温90°Cの酸性溶液に浸漬することにより表面
にシラノール基(St −0H)を形成させる。続いて
、この親水化処理されたウェハの鏡面同士を第7図(a
)に示すように表面の水酸基(−OH)による水素結合
によって密着させる。さらに、800 ”C以上の熱処
理をN2雰囲気あるいは酸素雰囲気中で行い、第7図(
b)に示すように2枚のウェハ間でSi−〇−3i結合
を形成し強固に接着させるものである。あるいは、10
oo’c以上の熱処理を施すことにより、第7図(C)
に示すようにOをSt内部に拡散させて5i−3iの結
合を形成し強固に接着させるものである。
合法を説明する。まず、鏡面研磨されたシリコンウェハ
表面の自然酸化膜をHF等により除去し、シリコン原子
を表面に露出した後、例えばHasO4H202を混合
した液温90°Cの酸性溶液に浸漬することにより表面
にシラノール基(St −0H)を形成させる。続いて
、この親水化処理されたウェハの鏡面同士を第7図(a
)に示すように表面の水酸基(−OH)による水素結合
によって密着させる。さらに、800 ”C以上の熱処
理をN2雰囲気あるいは酸素雰囲気中で行い、第7図(
b)に示すように2枚のウェハ間でSi−〇−3i結合
を形成し強固に接着させるものである。あるいは、10
oo’c以上の熱処理を施すことにより、第7図(C)
に示すようにOをSt内部に拡散させて5i−3iの結
合を形成し強固に接着させるものである。
従って、接合界面にはSi、O,H原子のみが存在する
だけであり、腐食等の心配がなく、化学的に安定である
。また、この接合法をセンサ等構成において検知部とし
ての素子部と支持部としての台座との接合に適用すれば
、同一材料で一体化が可能となり、すなわち熱膨張係数
を一致させることができ、温度変化による歪発生が原因
の温度ドリフト等の問題を解消することができる。
だけであり、腐食等の心配がなく、化学的に安定である
。また、この接合法をセンサ等構成において検知部とし
ての素子部と支持部としての台座との接合に適用すれば
、同一材料で一体化が可能となり、すなわち熱膨張係数
を一致させることができ、温度変化による歪発生が原因
の温度ドリフト等の問題を解消することができる。
しかしながら、この方法で、例えば3インチウェハを全
面均一に接合させるためには、800°C以上の熱処理
が必要である。なぜならば、800°C以下の比較的低
温の熱処理では、脱水反応で発生ずるH、、N20等の
分子離脱に起因して、未接合部分が多く発生してしまう
からである。
面均一に接合させるためには、800°C以上の熱処理
が必要である。なぜならば、800°C以下の比較的低
温の熱処理では、脱水反応で発生ずるH、、N20等の
分子離脱に起因して、未接合部分が多く発生してしまう
からである。
また、接合強度を1kgf/mm2以上に向上させよう
とすると、1100°C以」二の熱処理が必要である。
とすると、1100°C以」二の熱処理が必要である。
さらに、ウェハ表面にシラノール基を形成するためには
前述の如く酸性溶液中に浸漬する必要があり、素子形成
後この処理を行うにはA/!、Au等の配線の腐食を防
ぐため素子形成面を耐酸性の保護膜で被覆する必要があ
り、工程数の増加を招いてしまう。また、上記Al、A
u等の配線を施したウェハでは加え得る熱処理温度は高
々450°Cであり、とても1kgf/m−以上の接合
強度を得ることは不可能である。
前述の如く酸性溶液中に浸漬する必要があり、素子形成
後この処理を行うにはA/!、Au等の配線の腐食を防
ぐため素子形成面を耐酸性の保護膜で被覆する必要があ
り、工程数の増加を招いてしまう。また、上記Al、A
u等の配線を施したウェハでは加え得る熱処理温度は高
々450°Cであり、とても1kgf/m−以上の接合
強度を得ることは不可能である。
従って、例えば高圧用圧力センサにおいて、素子部(検
知部)と台座との接合において従来のウェハ直接接合法
を適用しても充分な耐圧を得ることができないという問
題があった。
知部)と台座との接合において従来のウェハ直接接合法
を適用しても充分な耐圧を得ることができないという問
題があった。
本発明は上記問題を鑑みてなされたもので、従来法より
も比較的低い温度の加熱処理で所望の強固な接合強度が
得ることのできる半導体基板の接着方法を提供し、例え
ばAff等の配線を施した素子形成面を有するウェハで
あっても、素子部を損傷することなく、他のウェハと直
接接合することができ、なおかつ、所望の高い接合強度
を達成しようとするものである。
も比較的低い温度の加熱処理で所望の強固な接合強度が
得ることのできる半導体基板の接着方法を提供し、例え
ばAff等の配線を施した素子形成面を有するウェハで
あっても、素子部を損傷することなく、他のウェハと直
接接合することができ、なおかつ、所望の高い接合強度
を達成しようとするものである。
本発明は上記目的を達成するために、半導体基板の接着
方法において半導体基板の研磨面に対する親水化処理を
、従来法のように酸性溶液(Has○4−H,O□)中
に浸漬して親水性とするものではなく、研磨面を酸素イ
オンあるいは酸素ラジカルと反応させることにより、研
磨面表面に酸化層を形成させて親水性とするものである
ことを特徴とする。
方法において半導体基板の研磨面に対する親水化処理を
、従来法のように酸性溶液(Has○4−H,O□)中
に浸漬して親水性とするものではなく、研磨面を酸素イ
オンあるいは酸素ラジカルと反応させることにより、研
磨面表面に酸化層を形成させて親水性とするものである
ことを特徴とする。
半導体基板の研磨面を酸素イオンあるいは酸素ラジカル
と反応させると、後に詳述するように表面酸素濃度が比
較的高く、かつ従来法によるものよりも厚い酸化層が形
成されることが、本発明者らによって確認されている(
第5図参照)。
と反応させると、後に詳述するように表面酸素濃度が比
較的高く、かつ従来法によるものよりも厚い酸化層が形
成されることが、本発明者らによって確認されている(
第5図参照)。
すなわち、この酸化層により、基板研磨面において従来
法に比して単位面積あたりのシラノール基の数は多くな
り、水素結合力が向上されることを示している。
法に比して単位面積あたりのシラノール基の数は多くな
り、水素結合力が向上されることを示している。
また、水素結合の密度も高くなり、2枚の半導体基板の
接合面間隔も短くなることから、両基板間の原子移動も
容易となる。すなわち、比較的低い温度で水素結合から
Si−〇−3iの共有結合に変わるため、密着させた2
枚の半導体基板に対する加熱処理において、従来法より
低い温度であっても高い接合強度を実現することができ
る。なお、本発明者らは本発明により高圧用圧カセンザ
として所有される1 kg f /mm2以上の接合強
度を後述するように従来法では達成できなかった450
°Cの加熱処理で達成している。
接合面間隔も短くなることから、両基板間の原子移動も
容易となる。すなわち、比較的低い温度で水素結合から
Si−〇−3iの共有結合に変わるため、密着させた2
枚の半導体基板に対する加熱処理において、従来法より
低い温度であっても高い接合強度を実現することができ
る。なお、本発明者らは本発明により高圧用圧カセンザ
として所有される1 kg f /mm2以上の接合強
度を後述するように従来法では達成できなかった450
°Cの加熱処理で達成している。
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
(第1実施例)
第1図(a)〜(C)は本発明第1実施例を示す工程図
である。
である。
まず、少なくとも一方の面が鏡面研磨された第1半導体
基板10と第2半導体基板20を、例えばトリクレン煮
沸、アセトン超音波洗浄及び純水洗浄を順次施すことに
より十分洗浄する。その後、HF:H,○=1:50の
混合液により自然酸化膜を除去した後、第1図(a)に
示すように最高到達真空度IPa以下にすることが可能
な真空系30にこの2つの半導体基板10.20を設置
する。
基板10と第2半導体基板20を、例えばトリクレン煮
沸、アセトン超音波洗浄及び純水洗浄を順次施すことに
より十分洗浄する。その後、HF:H,○=1:50の
混合液により自然酸化膜を除去した後、第1図(a)に
示すように最高到達真空度IPa以下にすることが可能
な真空系30にこの2つの半導体基板10.20を設置
する。
真空系30には電極31.32が設けられており、一方
の電極31をアースとし、もう一方の電極32には高周
波電源33が接続されている。すなわち、ガス導入口3
4からガスを真空系30内に導入すると、この電極間に
おいて導入されたガスのプラズマが発生する構造となっ
ている。なお、第1半導体基板10及び第2半導体基板
20は高周波電源33に接続された電極32上に、鏡面
研磨された面をアースに接続された電極31に対向させ
たいわゆるカソードカップルの状態に設置されている。
の電極31をアースとし、もう一方の電極32には高周
波電源33が接続されている。すなわち、ガス導入口3
4からガスを真空系30内に導入すると、この電極間に
おいて導入されたガスのプラズマが発生する構造となっ
ている。なお、第1半導体基板10及び第2半導体基板
20は高周波電源33に接続された電極32上に、鏡面
研磨された面をアースに接続された電極31に対向させ
たいわゆるカソードカップルの状態に設置されている。
その状態で、まず真空系30の内を真空引きによりIP
a以下にし、その後ガス導入口34より酸素ガス02を
導入し、高周波電源33の電力によって電極31.32
間に放電を起こし、酸素プラズマを発生させる。この時
のガス圧は1〜25Pa、放電電力は100〜800W
/m程度でよい。これにより、基板10.20表面は酸
素プラズマに曝され表面に各々プラズマ酸化7111.
21が形成されることになる。
a以下にし、その後ガス導入口34より酸素ガス02を
導入し、高周波電源33の電力によって電極31.32
間に放電を起こし、酸素プラズマを発生させる。この時
のガス圧は1〜25Pa、放電電力は100〜800W
/m程度でよい。これにより、基板10.20表面は酸
素プラズマに曝され表面に各々プラズマ酸化7111.
21が形成されることになる。
なお、第1図(a)に示す工程において、酸素プラズマ
中には酸素ラジカル(図中○“)あるいは酸素イオン(
図中○゛)が存在し、これらは化学的に活性な状態にあ
るため、常温中でも容易に酸化反応を進行させられる。
中には酸素ラジカル(図中○“)あるいは酸素イオン(
図中○゛)が存在し、これらは化学的に活性な状態にあ
るため、常温中でも容易に酸化反応を進行させられる。
さらに、半導体基板は上記のようにカソードカップルの
状態で設置されるため、酸素イオンは半導体基板上に到
達しやすく、そのため酸化反応は促進する。また、プラ
ズマ発9 主領域に面した基板面は一方の面のみであり、もう一方
の面へのプラズマ損傷はない。さらに、常温中での処理
であるために、酸化を行わないもう一方の面に素子が形
成されていても、素子特性の劣化を導くことはない。
状態で設置されるため、酸素イオンは半導体基板上に到
達しやすく、そのため酸化反応は促進する。また、プラ
ズマ発9 主領域に面した基板面は一方の面のみであり、もう一方
の面へのプラズマ損傷はない。さらに、常温中での処理
であるために、酸化を行わないもう一方の面に素子が形
成されていても、素子特性の劣化を導くことはない。
このようにしてプラズマ酸化層11.21を形成した後
、純水中にて洗浄し、乾燥窒素等による乾燥を行い、基
板表面に吸着する水分量を制御する。この後、第1図(
b)に示すごとく、第1半導体基板10のプラズマ酸化
層11を形成した面と第2半導体基板20のプラズマ酸
化層21を形成した面同士を密着させる。これにより、
2枚の基板10.20は表面に形成されたシラノール基
及び表面に吸着した水分子の水素結合により接着する。
、純水中にて洗浄し、乾燥窒素等による乾燥を行い、基
板表面に吸着する水分量を制御する。この後、第1図(
b)に示すごとく、第1半導体基板10のプラズマ酸化
層11を形成した面と第2半導体基板20のプラズマ酸
化層21を形成した面同士を密着させる。これにより、
2枚の基板10.20は表面に形成されたシラノール基
及び表面に吸着した水分子の水素結合により接着する。
さらに、この接着した基板lO及び20を10Torr
以下の真空中にて乾燥させる。このとき、基板10及び
20の反りを補償するため、30gf/c+II以上の
荷重を印加してもよい。
以下の真空中にて乾燥させる。このとき、基板10及び
20の反りを補償するため、30gf/c+II以上の
荷重を印加してもよい。
さらに、第1図(C)に示すごとく、この接着状態にあ
る基板10及び20を到達真空度10Torr以0 下が可能な真空系40内におき、接着界面に存在する過
剰な水分子を抜きなからヒータ41により200〜60
0 ’Cの熱処理を加えて接合する。
る基板10及び20を到達真空度10Torr以0 下が可能な真空系40内におき、接着界面に存在する過
剰な水分子を抜きなからヒータ41により200〜60
0 ’Cの熱処理を加えて接合する。
ここで、本実施例のように第1図(a)に示す酸素プラ
ズマ処理により酸化層を形成した基板面と、従来のよう
に酸性溶液(H2SO4→−11□0□)の酸化によっ
て親水化処理された基板面とにおいて、XPS法で測定
した0とStのピーク比の深さ方向の分布を、それぞれ
第5図′の特性線A、 Bに示す。なお、第5図にお
いて、曲線CはHF溶液によって表面の自然酸化膜を除
去したものの、すなわち上述のプラズマ処理あるいは親
水化処理を加える前の基板面の状態を示す特性線である
。
ズマ処理により酸化層を形成した基板面と、従来のよう
に酸性溶液(H2SO4→−11□0□)の酸化によっ
て親水化処理された基板面とにおいて、XPS法で測定
した0とStのピーク比の深さ方向の分布を、それぞれ
第5図′の特性線A、 Bに示す。なお、第5図にお
いて、曲線CはHF溶液によって表面の自然酸化膜を除
去したものの、すなわち上述のプラズマ処理あるいは親
水化処理を加える前の基板面の状態を示す特性線である
。
第5図に示すように、プラズマ処理によるものでは、基
板表面において酸素量が多く、しかも深く(従来法では
高々15人程度であった)まで浸入している。そのため
、単位面積あたりのシラノール基の数は多くなり、第1
図(1))に示す工程において、水素結合力が従来のも
のに比べて向上される。
板表面において酸素量が多く、しかも深く(従来法では
高々15人程度であった)まで浸入している。そのため
、単位面積あたりのシラノール基の数は多くなり、第1
図(1))に示す工程において、水素結合力が従来のも
のに比べて向上される。
さらに、基板10および20の接着界面における水素結
合の密度は高く、また基板間距離も短くなるため、2つ
の基板間における原子移動が容易となる。すなわち、第
1図(C)に示す工程において、比較的低い温度で水素
結合から5i−0−3iの共有結合に変わるため、H2
0分子離脱に起因した接合界面での未接合部分の発生は
なく、従来のような高温による熱処理でなくても比較的
低い温度4による熱処理によって高い接合強度を実現す
ることができる。
合の密度は高く、また基板間距離も短くなるため、2つ
の基板間における原子移動が容易となる。すなわち、第
1図(C)に示す工程において、比較的低い温度で水素
結合から5i−0−3iの共有結合に変わるため、H2
0分子離脱に起因した接合界面での未接合部分の発生は
なく、従来のような高温による熱処理でなくても比較的
低い温度4による熱処理によって高い接合強度を実現す
ることができる。
なお、上記第1実施例においては接合する第1半導体基
板および第2半導体基板の両方に酸素プラズマ処理によ
りプラズマ酸化層を形成するものであったが、どちらか
一方のみに行うものであってもよい。次に、第1半導体
基板は第1実施例のように酸素プラズマ処理により親水
化処理し、第2半導体基板は従来のように酸性溶液(H
2S○411□02)の酸化により親水化処理したもの
を例にとって、本発明第2実施例を説明する。
板および第2半導体基板の両方に酸素プラズマ処理によ
りプラズマ酸化層を形成するものであったが、どちらか
一方のみに行うものであってもよい。次に、第1半導体
基板は第1実施例のように酸素プラズマ処理により親水
化処理し、第2半導体基板は従来のように酸性溶液(H
2S○411□02)の酸化により親水化処理したもの
を例にとって、本発明第2実施例を説明する。
(第2実施例)
第2図(a)〜(C)は本発明第2実施例を示す工程図
である。
である。
まず、第2図(a)のごとく、第1図(a)に示す工程
と同様にしてプラズマ酸化処理を第1半導体基板10の
鏡面研磨された面に施し、プラズマ酸化層11を形成す
る。なお、第2半導体基板20の鏡面研磨面には、公知
の熱酸化、化学的気相成長法スパッタ、蒸着等の方法に
より酸化膜22を形成し、さらに、H2SO,−820
□混合液中に液温80°C以上で浸漬する化学的表面処
理を施しておく(図示路)。
と同様にしてプラズマ酸化処理を第1半導体基板10の
鏡面研磨された面に施し、プラズマ酸化層11を形成す
る。なお、第2半導体基板20の鏡面研磨面には、公知
の熱酸化、化学的気相成長法スパッタ、蒸着等の方法に
より酸化膜22を形成し、さらに、H2SO,−820
□混合液中に液温80°C以上で浸漬する化学的表面処
理を施しておく(図示路)。
そして、所定の処理を施した2つの基板IOおよび20
を純水中にて洗浄し、乾燥窒素等による乾燥を行い、基
板表面に吸着する水分子量を制御した後、第2図(b)
に示すように、第1半導体基板10のプラズマ酸化層1
1を形成した面と第2半導体基板20の酸化層22を形
成した面同士を、前述の第1図(b)に示す工程と同様
にして密着さセる。
を純水中にて洗浄し、乾燥窒素等による乾燥を行い、基
板表面に吸着する水分子量を制御した後、第2図(b)
に示すように、第1半導体基板10のプラズマ酸化層1
1を形成した面と第2半導体基板20の酸化層22を形
成した面同士を、前述の第1図(b)に示す工程と同様
にして密着さセる。
続いて、第2図(C)に示すように、接着している接合
基板の両面、すなわち上面15および下面23 5にそれぞれ電極43.44を接続する。そして、直流
電源42を接続して電圧を印加しながら、ヒタ4Iによ
り200〜600°Cでlhr以上の熱処理を行う。こ
れにより静電界によるクーαン力がウェハ間で均一に発
生し、荷重では補償できない微小領域のウェハの反りが
補償され、接合の均一性を確保することができる。
基板の両面、すなわち上面15および下面23 5にそれぞれ電極43.44を接続する。そして、直流
電源42を接続して電圧を印加しながら、ヒタ4Iによ
り200〜600°Cでlhr以上の熱処理を行う。こ
れにより静電界によるクーαン力がウェハ間で均一に発
生し、荷重では補償できない微小領域のウェハの反りが
補償され、接合の均一性を確保することができる。
なお、本実施例においても、上記第1実施例と同様に6
00″C以下の比較的低い温度による熱処理でも、従来
のようにH20分子離脱に起因した接合界面での未接合
部分の発生はなく、2枚の基板を強固に接合することが
できる。
00″C以下の比較的低い温度による熱処理でも、従来
のようにH20分子離脱に起因した接合界面での未接合
部分の発生はなく、2枚の基板を強固に接合することが
できる。
次に、上記第1および第2実施例による接合基板の接合
強度を第6図に示す。なお、再実施例とも450°Cで
2時間の熱処理を加えたものである。
強度を第6図に示す。なお、再実施例とも450°Cで
2時間の熱処理を加えたものである。
また、比較のために、従来のようにJ(z S O、+
1−120□の混合液の酸化による親水化処理を施し、
450°Cテ2時間あるいはll00°cで1時間の熱
処理を加えたものの接合強度を、各々従来例A従来例B
として第6図に示しである。第6図に示4 すように、従来の11□S○4 H2O2の混合液によ
る処理ではi o o o ”c以上の熱処理でなけれ
ば1kgf/n+m2以上の接合強度を得ることができ
ない。しかしながら、第1および第2実施例においては
、450℃、2時間の熱処理によっても1kg f /
nun z以上の接合強度を実現できる。特に、熱処
理工程時に電界を印加した第2実施例によるものにおい
ては、1kgf/mm”より大の接合強度が良好に得ら
れており、電界印加による接合均一・性の向上が確認で
きる。なお、450°C,2時間の熱処理は、通常の半
導体装置製造工程において素子表面上に形成した電極の
ジッタリンクに対応する程度の熱負荷である。また、第
1および第2実施例において、第1半導体基板IOに施
される処理は前述のごとく有機溶剤、純水、希フッ縁の
薬液処理と接合面への常温でのプラズマ酸化処理のみで
あるので接合を行わない面上に半導体素子を形成した後
接合を行っても素子の不純物の拡散形状の変化あるいは
配線電極の損傷等、素子特性の変化または劣化といった
影響を及ぼすことはなく、従来のように耐酸性保護膜形
成等工程数を増やす必要もないために、2枚の半導体基
板の接合は簡便に達成できる。
1−120□の混合液の酸化による親水化処理を施し、
450°Cテ2時間あるいはll00°cで1時間の熱
処理を加えたものの接合強度を、各々従来例A従来例B
として第6図に示しである。第6図に示4 すように、従来の11□S○4 H2O2の混合液によ
る処理ではi o o o ”c以上の熱処理でなけれ
ば1kgf/n+m2以上の接合強度を得ることができ
ない。しかしながら、第1および第2実施例においては
、450℃、2時間の熱処理によっても1kg f /
nun z以上の接合強度を実現できる。特に、熱処
理工程時に電界を印加した第2実施例によるものにおい
ては、1kgf/mm”より大の接合強度が良好に得ら
れており、電界印加による接合均一・性の向上が確認で
きる。なお、450°C,2時間の熱処理は、通常の半
導体装置製造工程において素子表面上に形成した電極の
ジッタリンクに対応する程度の熱負荷である。また、第
1および第2実施例において、第1半導体基板IOに施
される処理は前述のごとく有機溶剤、純水、希フッ縁の
薬液処理と接合面への常温でのプラズマ酸化処理のみで
あるので接合を行わない面上に半導体素子を形成した後
接合を行っても素子の不純物の拡散形状の変化あるいは
配線電極の損傷等、素子特性の変化または劣化といった
影響を及ぼすことはなく、従来のように耐酸性保護膜形
成等工程数を増やす必要もないために、2枚の半導体基
板の接合は簡便に達成できる。
なお、上記第1および第2実施例においては、酸素プラ
ズマ処理を施す第1半導体基板の鏡面(接着面)はシリ
コン原子を露出させたSi面であったが、熱酸化、化学
的気相成長法、スパッタ。
ズマ処理を施す第1半導体基板の鏡面(接着面)はシリ
コン原子を露出させたSi面であったが、熱酸化、化学
的気相成長法、スパッタ。
華着等により酸化膜を形成しておき、3402面として
おいてもよい。なお、素子部が形成されAI!配線等が
配設されているものにおいては、前述の如く加え得る熱
処理温度は高々450°Cであるから、これを超える高
温処理を必要とする熱酸化は除く必要がある。
おいてもよい。なお、素子部が形成されAI!配線等が
配設されているものにおいては、前述の如く加え得る熱
処理温度は高々450°Cであるから、これを超える高
温処理を必要とする熱酸化は除く必要がある。
次に、上記第1および第2実施例と同様の効果が得られ
る第1半導体基板および第2半導体基板の親水化のため
の表面処理を行う接着面およびその表面処理法の組み合
わせを第1表に示す。なお、第1半導体基板にはAff
i配線等を施した素子部が既に形成されているものを想
定した。(以下余白)6 I7− また、上記種々の実施例においては酸素イオンあるいは
酸素ラジカルによ・る酸化層の形成が、カソードカップ
ルによる放電によって形成する酸素プラズマ処理による
ものであったが、この方法に限らず、例えば電子サイク
ロトロン共鳴法、イオン注入法等によって形成してもよ
い。
る第1半導体基板および第2半導体基板の親水化のため
の表面処理を行う接着面およびその表面処理法の組み合
わせを第1表に示す。なお、第1半導体基板にはAff
i配線等を施した素子部が既に形成されているものを想
定した。(以下余白)6 I7− また、上記種々の実施例においては酸素イオンあるいは
酸素ラジカルによ・る酸化層の形成が、カソードカップ
ルによる放電によって形成する酸素プラズマ処理による
ものであったが、この方法に限らず、例えば電子サイク
ロトロン共鳴法、イオン注入法等によって形成してもよ
い。
次に、第3図を用いて本発明を適用した半導体式圧力セ
ンサについて説明する。
ンサについて説明する。
第3図(a)は、上記第1実施例の接着方法を適用して
製造した半導体式圧力センサの一例を示す構造図である
。図に示す如く、水圧カセンサは検知部50と台座60
から構成されている。検知部50はn型半導体基板51
の一方の面にp型拡散層52が形成されており、拡散歪
ゲージとなしである。なお、この面上には保護膜53が
被着されており、p型拡散層52と電気的接続をとるた
めのコンタクトホール54,55が設けられ、電極56
.57が配線されている。また、n型半導体基vi、5
1のp型拡散層52と対向するもう一方の面には、例え
ばアルカリ溶液による異方性エッチあ8 るいは北側酢酸による等方性エッチ等の公知の方法によ
りダイヤフラム58が加工されている。
製造した半導体式圧力センサの一例を示す構造図である
。図に示す如く、水圧カセンサは検知部50と台座60
から構成されている。検知部50はn型半導体基板51
の一方の面にp型拡散層52が形成されており、拡散歪
ゲージとなしである。なお、この面上には保護膜53が
被着されており、p型拡散層52と電気的接続をとるた
めのコンタクトホール54,55が設けられ、電極56
.57が配線されている。また、n型半導体基vi、5
1のp型拡散層52と対向するもう一方の面には、例え
ばアルカリ溶液による異方性エッチあ8 るいは北側酢酸による等方性エッチ等の公知の方法によ
りダイヤフラム58が加工されている。
方、検知部50と同し半導体基板から構成される台座6
0には、圧力導入ボート61が配設されている。
0には、圧力導入ボート61が配設されている。
上述の所定の素子形成、加工処理を施した検知部50と
台座60となる半導体基板を、各々第1半導体基板、第
2半導体基板とし、各々所定の面、すなわち第1半導体
基板においては素子形成面と対向する面、第2半導体基
板においては一方の面を鏡面研磨しておく。そして、第
1図(a)〜(C)に示す工程にしたがい、この鏡面研
磨された第1および第2半導体基板の所定の面にプラズ
マ酸化層59.62を形成し、このプラズマ酸化層59
.62を介して第1半導体基板のダイヤフラム58と第
2半導体基板の圧力導入ボート61を位置合わせして接
合する。
台座60となる半導体基板を、各々第1半導体基板、第
2半導体基板とし、各々所定の面、すなわち第1半導体
基板においては素子形成面と対向する面、第2半導体基
板においては一方の面を鏡面研磨しておく。そして、第
1図(a)〜(C)に示す工程にしたがい、この鏡面研
磨された第1および第2半導体基板の所定の面にプラズ
マ酸化層59.62を形成し、このプラズマ酸化層59
.62を介して第1半導体基板のダイヤフラム58と第
2半導体基板の圧力導入ボート61を位置合わせして接
合する。
このようにして製造された圧力センサは、台座と検知部
が同−利料でしかも接着剤等の中間層を介さずに一体化
されているので、化学的にも安定であり、また熱膨張係
数の差による温度ドリフトが問題となることもない。
が同−利料でしかも接着剤等の中間層を介さずに一体化
されているので、化学的にも安定であり、また熱膨張係
数の差による温度ドリフトが問題となることもない。
また、拡散層52.電極57等の素子形成後に検知部5
0と台座60を接合しているが、前述のように高圧用セ
ンサとして高い接合強度を得るためにこの接合工程時に
おいて従来のような高温による熱処理を必要としないた
め、上記素子部の素子特性が熱処理の高温によって変化
あるいは劣化することはない。また、接合面の親水化処
理において従来のように酸性溶液中に浸漬することもな
いため、銅酸性溶液用の保護膜を特別に素子形成面に被
着する必要もなく、また素子形成も通常の工程により行
えるため、工程数の増加あるいは工程の変更等の必要が
ない。
0と台座60を接合しているが、前述のように高圧用セ
ンサとして高い接合強度を得るためにこの接合工程時に
おいて従来のような高温による熱処理を必要としないた
め、上記素子部の素子特性が熱処理の高温によって変化
あるいは劣化することはない。また、接合面の親水化処
理において従来のように酸性溶液中に浸漬することもな
いため、銅酸性溶液用の保護膜を特別に素子形成面に被
着する必要もなく、また素子形成も通常の工程により行
えるため、工程数の増加あるいは工程の変更等の必要が
ない。
同様に、上記第2実施例を適用して製造した半導体式圧
力センサの構造例を第3図(b)に示す。第3図(a)
に示すものとの違いは、台座60の検知部50と接合面
に酸化膜63が形成され、なおかつ第2図(C)に示す
工程において検知部50と台座60との間に電圧を印加
するために、n型基板51との導通孔70が保護膜53
に開口されていることである。なお、この導通孔はウェ
ハ全面で接合するときは必ずしも個々の素子に必要はな
い。この第3図(b)に示すものは、第3図(a)に示
すものの効果に加え、第2図(C)に示す工程において
、導通孔70を介して検知部50と台座60との間に電
圧が印加されることにより、前述のように電圧印加によ
る静電界によって接合均一性が向上され、より高い接合
強度で検知部50と台座60を接合することができる。
力センサの構造例を第3図(b)に示す。第3図(a)
に示すものとの違いは、台座60の検知部50と接合面
に酸化膜63が形成され、なおかつ第2図(C)に示す
工程において検知部50と台座60との間に電圧を印加
するために、n型基板51との導通孔70が保護膜53
に開口されていることである。なお、この導通孔はウェ
ハ全面で接合するときは必ずしも個々の素子に必要はな
い。この第3図(b)に示すものは、第3図(a)に示
すものの効果に加え、第2図(C)に示す工程において
、導通孔70を介して検知部50と台座60との間に電
圧が印加されることにより、前述のように電圧印加によ
る静電界によって接合均一性が向上され、より高い接合
強度で検知部50と台座60を接合することができる。
また、第4図(a)〜(d)に本発明を適用した薄膜S
O■の形成方法を示す。
O■の形成方法を示す。
例えば、不純物濃度I X 10 In/c+a以上、
厚さ200μm以上のp型窩濃度層83の表面を鏡面研
磨して、この鏡面上に例えば不純物濃度1×10”/c
ut以下、厚さ0.1〜2 p mのp型エビクキシャ
ル層81を形成した半導体基板80を、第4図(a)に
示す如く真空系30内に設置し、第1図(a)に示す工
程と同様にしてプラズマ酸化処理を施し、プラズマ酸化
層82を形成する。
厚さ200μm以上のp型窩濃度層83の表面を鏡面研
磨して、この鏡面上に例えば不純物濃度1×10”/c
ut以下、厚さ0.1〜2 p mのp型エビクキシャ
ル層81を形成した半導体基板80を、第4図(a)に
示す如く真空系30内に設置し、第1図(a)に示す工
程と同様にしてプラズマ酸化処理を施し、プラズマ酸化
層82を形成する。
1
また、少なくとも一方の面が鏡面研磨されたp型半導体
基板90の鏡面に熱酸化、CVD、スパッタ、蒸着、S
OG法等によって酸化11HIを形成しておき、次に第
4図(b)に示すように、両基板80および90を第2
図(b)、 (C)に示す工程と同様にして、各々エピ
タキシャル層81形成面および酸化膜91形成面とを密
着し接合する。なお、この場合はΔN配線等は施されて
いないため、接合温度は800°Cまであげてもよい。
基板90の鏡面に熱酸化、CVD、スパッタ、蒸着、S
OG法等によって酸化11HIを形成しておき、次に第
4図(b)に示すように、両基板80および90を第2
図(b)、 (C)に示す工程と同様にして、各々エピ
タキシャル層81形成面および酸化膜91形成面とを密
着し接合する。なお、この場合はΔN配線等は施されて
いないため、接合温度は800°Cまであげてもよい。
しかる後、第4図(C)に示すように機械的研磨法によ
り高濃度層83を12−さ30μm以下となるまで研磨
し、鏡面仕上げを行う。
り高濃度層83を12−さ30μm以下となるまで研磨
し、鏡面仕上げを行う。
しかる後、フッ酸、硝酸、酢酸混合液により高濃度層8
3を選択的にエツチングを行い、低濃度エピタキシャル
層81のみを残し、第4図(d)のごとく薄膜の301
層を形成する。このとき、高濃度層83と低濃度エピタ
キシャル層81のエツチング選択比は100程度まで可
能となるので、例えば高濃度層83の残り厚さは10μ
m±5μmとすると低濃度エピタキシャル層81のエッ
チン2 グ量のばらつきは100人程度である。従って、低濃度
エピタキシャル層81の膜厚均一性が10%程度とする
とエピタキシャル層の厚さが1000λ程度になるまで
エツチングによるばらつきは問題とはならない。すなわ
ち、膜厚均一性の良好な301層が容易に形成できる。
3を選択的にエツチングを行い、低濃度エピタキシャル
層81のみを残し、第4図(d)のごとく薄膜の301
層を形成する。このとき、高濃度層83と低濃度エピタ
キシャル層81のエツチング選択比は100程度まで可
能となるので、例えば高濃度層83の残り厚さは10μ
m±5μmとすると低濃度エピタキシャル層81のエッ
チン2 グ量のばらつきは100人程度である。従って、低濃度
エピタキシャル層81の膜厚均一性が10%程度とする
とエピタキシャル層の厚さが1000λ程度になるまで
エツチングによるばらつきは問題とはならない。すなわ
ち、膜厚均一性の良好な301層が容易に形成できる。
しかも、接合濃度がエピタキシャル層81へ高濃度層8
3からの不純物の拡散の影響を受けることがない程度(
本例では800°C以下)まで低温化が可能であるため
、均一な精度で、かつ、エピタキシャル層81の濃度制
御可能な範囲の濃度範囲で301層を形成することが可
能となる。
3からの不純物の拡散の影響を受けることがない程度(
本例では800°C以下)まで低温化が可能であるため
、均一な精度で、かつ、エピタキシャル層81の濃度制
御可能な範囲の濃度範囲で301層を形成することが可
能となる。
なお、第4図中ではp形の半導体基板で説明したが、n
型であってもよい。また、エピタキシャル層81の導電
型と高濃度層83の導電型も同一のものであったが、異
なるものであってもよい。
型であってもよい。また、エピタキシャル層81の導電
型と高濃度層83の導電型も同一のものであったが、異
なるものであってもよい。
以上述べたように、本発明を採用することにより、従来
法よりも比較的低い温度の加熱処理で所望の強固な接合
強度をもつ基板を得ることができるという優れた効果が
ある。
法よりも比較的低い温度の加熱処理で所望の強固な接合
強度をもつ基板を得ることができるという優れた効果が
ある。
第1図(a)〜(C)は本発明第1実施例を示す工程図
、第2図(a)〜(C)は本発明第2実施例を示す工程
図、第3図(a)は本発明第1実施例を適用して製造し
た半導体圧力センサの構造を示す断面図、第3図(b)
は本発明第2実施例を適用して製造した半導体式圧力セ
ンサの構造を示す断面図、第4図(a)〜(d)は本発
明を適用した薄膜SOト半導体装置の製造方法を示す工
程図、第5図は酸素プラズマ処理を加えたシリコン基板
の表面状態を示す特性図、第6図は本発明による接合基
板の接合強度を示す説明図、第7図(a)〜(C1は従
来方法を説明する工程順構造図である。 10・・・第1半導体基板、11・・・プラズマ酸化層
。 20・・・第2半導体基板、21・・・プラズマ酸化層
。 22・・・酸化膜、30・・・真空系、31.32・・
・電極。 33・・・高周波電源、34・・・ガス導入口、40・
・・真空系、41・・・ヒータ、42・・・直流電源、
43.44・・・電極、50・・・検知部、52・・・
拡散歪ゲージ。 53・・・保護膜、56.57・・・配線電極、60・
・・台座、63・・・酸化膜、70・・・導通孔、81
・・・エピタキシャル層(SOI膜)、91・・・酸化
膜、90・・・p型半導体基板。
、第2図(a)〜(C)は本発明第2実施例を示す工程
図、第3図(a)は本発明第1実施例を適用して製造し
た半導体圧力センサの構造を示す断面図、第3図(b)
は本発明第2実施例を適用して製造した半導体式圧力セ
ンサの構造を示す断面図、第4図(a)〜(d)は本発
明を適用した薄膜SOト半導体装置の製造方法を示す工
程図、第5図は酸素プラズマ処理を加えたシリコン基板
の表面状態を示す特性図、第6図は本発明による接合基
板の接合強度を示す説明図、第7図(a)〜(C1は従
来方法を説明する工程順構造図である。 10・・・第1半導体基板、11・・・プラズマ酸化層
。 20・・・第2半導体基板、21・・・プラズマ酸化層
。 22・・・酸化膜、30・・・真空系、31.32・・
・電極。 33・・・高周波電源、34・・・ガス導入口、40・
・・真空系、41・・・ヒータ、42・・・直流電源、
43.44・・・電極、50・・・検知部、52・・・
拡散歪ゲージ。 53・・・保護膜、56.57・・・配線電極、60・
・・台座、63・・・酸化膜、70・・・導通孔、81
・・・エピタキシャル層(SOI膜)、91・・・酸化
膜、90・・・p型半導体基板。
Claims (5)
- (1)2枚の半導体基板の各接合面を鏡面研磨し、各研
磨面をそれぞれ親水化処理し、この親水性とされた接合
面同士を直接密着し、しかる後これを加熱処理して前記
2枚の半導体基板を相互に接合する半導体基板の接着方
法であって、 前記研磨面の親水化処理において、前記2枚の半導体基
板のうち少なくとも一方の半導体基板の研磨面の親水化
処理は、この研磨面に酸素イオンあるいは酸素ラジカル
との反応による酸化層を形成させることにより行われる
ものであることを特徴とする半導体基板の接着方法。 - (2)前記親水化処理によって前記一方の半導体基板の
研磨面に形成された酸化層の膜厚は、15Åより大であ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体基板の接着方
法。 - (3)前記親水化処理前の前記一方の半導体基板におい
て、その接合面と対向する端面には金属配線が施された
半導体素子が形成されていることを特徴とする請求項1
もしくは2に記載の半導体基板の接着方法。 - (4)前記密着された2枚の半導体基板に対する加熱処
理は、前記一方の半導体基板の端面に形成された半導体
素子のジッタリンクに相当する熱処理温度で行われるも
のであることを特徴とする請求項3記載の半導体基板の
接着方法。 - (5)前記加熱処理時に、前記密着された2枚の半導体
基板の接合面間に電界を印加し、前記接合面間に発生す
る静電力により前記2枚の半導体基板の反りを補償する
ようにしたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
かに記載の半導体基板の接着方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1228130A JPH0391227A (ja) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | 半導体基板の接着方法 |
| US08/118,784 US5383993A (en) | 1989-09-01 | 1993-09-10 | Method of bonding semiconductor substrates |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1228130A JPH0391227A (ja) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | 半導体基板の接着方法 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0391227A true JPH0391227A (ja) | 1991-04-16 |
Family
ID=26528067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1228130A Pending JPH0391227A (ja) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | 半導体基板の接着方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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