JPH05326896A - ２つのスライスから接合されたウエーハを形成する方法 - Google Patents
２つのスライスから接合されたウエーハを形成する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
１対のスライスをその間に液状酸化剤を介在させて押し
つけ、その対のスライスを或る温度にさらしてスライス
を接合させることを包含する結合方法。好ましくはスラ
イスを押しつける前にスライスの１つに液状酸化剤を適
用し、それから乾燥させる。接合のための加熱段階は、
スライスが結合段階で互いに追従するようスライスを柔
らかくするに充分な、少なくとも１１００℃の高温で行
う。
つけ、その対のスライスを或る温度にさらしてスライス
を接合させることを包含する結合方法。好ましくはスラ
イスを押しつける前にスライスの１つに液状酸化剤を適
用し、それから乾燥させる。接合のための加熱段階は、
スライスが結合段階で互いに追従するようスライスを柔
らかくするに充分な、少なくとも１１００℃の高温で行
う。
Description
【０００１】
【発明の背景並びに要約】本発明は一般的に接合された
ウエーハ、そして特にウエーハ接合の改良された方法に
関する。ウエーハ接合は集積回路構造物中でＳＯＩ（絶
縁体上のシリコン）やＤＩ（誘電的分離）を製造する場
合の加工段階として広く用いられている技術である。出
発材料を１方のスライス上におき、第２のスライス上の
ハンドルと接合する。両方又は一方のスライスの接合面
には熱的に成長した酸化物がある。調製された２つのス
ライスは空気の存在の下で一緒にして置かれ、ある温
度、一般には１０００℃以上に加熱されて接合を完成さ
れる。このことは若し好ましければ酸化性雰囲気中で実
行されてもよい。そのウエーハを２つのスライスの中の
１つ、一般にハンドルのないスライスを薄くすることで
更に加工している間に、接合された面の一部で剥離が起
る。この剥離は少くとも一部は接合面上の小孔（ｐｉｔ
ｔｉｎｇ）によるように思われる。
ウエーハ、そして特にウエーハ接合の改良された方法に
関する。ウエーハ接合は集積回路構造物中でＳＯＩ（絶
縁体上のシリコン）やＤＩ（誘電的分離）を製造する場
合の加工段階として広く用いられている技術である。出
発材料を１方のスライス上におき、第２のスライス上の
ハンドルと接合する。両方又は一方のスライスの接合面
には熱的に成長した酸化物がある。調製された２つのス
ライスは空気の存在の下で一緒にして置かれ、ある温
度、一般には１０００℃以上に加熱されて接合を完成さ
れる。このことは若し好ましければ酸化性雰囲気中で実
行されてもよい。そのウエーハを２つのスライスの中の
１つ、一般にハンドルのないスライスを薄くすることで
更に加工している間に、接合された面の一部で剥離が起
る。この剥離は少くとも一部は接合面上の小孔（ｐｉｔ
ｔｉｎｇ）によるように思われる。
【０００２】先行のウエーハ接合方法は、若し尺度がウ
エーハの接合だけであるならば高い収率を持つている。
若し尺度が接合されている表面積の百分率であれば、そ
の収率は劇的に低下する。先行技術の１００％接合面は
約２０％の収率になる。
エーハの接合だけであるならば高い収率を持つている。
若し尺度が接合されている表面積の百分率であれば、そ
の収率は劇的に低下する。先行技術の１００％接合面は
約２０％の収率になる。
【０００３】従って、接合面の小孔を除去する接合方法
を提供すめるのが本発明の目的である。
を提供すめるのが本発明の目的である。
【０００４】本発明の他の目的は小孔を最小限になるよ
う接合に先んじて接合面から窒素を除去することにあ
る。本発明の更に他の目的は接合の間、真空の形成を最
大にし、２つの接合面のコンプラスアンスを容易にする
ことである。
う接合に先んじて接合面から窒素を除去することにあ
る。本発明の更に他の目的は接合の間、真空の形成を最
大にし、２つの接合面のコンプラスアンスを容易にする
ことである。
【０００５】本発明の他の更なる目的は１００％接合の
ウエーハの収率を増加することである。
ウエーハの収率を増加することである。
【０００６】本発明のこれらのそして他の目的は１対の
スライスを、それらの間にある液状酸化剤と共に押しつ
け、その１対のスライスを一緒に接合する温度にさらす
ことにより達成される。好ましくは液状酸化剤は押しつ
けられるスライスの間に実質的に窒素のない酸化剤を形
成させるため、２つのスライスを一緒に押しつける前に
スライスの１つに適用する。好ましくは酸化剤は水また
は過酸化水素と組合わされた水である。間に酸化剤をも
つた１対のスライスは接合を生成させる加熱段階に先ん
じて、純酸素または空気雰囲気中通常室温で乾燥する。
スライスの接合面は酸化剤を適用する前に、水酸基を生
成させるため酸で処理する。好ましくは一緒に押しつけ
る前に接合面の１つだけを酸化する。接合のための加熱
段階は接合段階の間スライスのそれぞれが互いに他に追
従するようスライスを柔軟にするのに充分に高い温度、
最低１１００℃で実行される。液状酸化剤を与えること
により、酸化が最大になり、気体状酸化剤の消耗により
生成された真空は柔軟な基質と組合わされて、２つの最
高の一致を作る。これが接合方法を改善し、剥離を防
ぐ。
スライスを、それらの間にある液状酸化剤と共に押しつ
け、その１対のスライスを一緒に接合する温度にさらす
ことにより達成される。好ましくは液状酸化剤は押しつ
けられるスライスの間に実質的に窒素のない酸化剤を形
成させるため、２つのスライスを一緒に押しつける前に
スライスの１つに適用する。好ましくは酸化剤は水また
は過酸化水素と組合わされた水である。間に酸化剤をも
つた１対のスライスは接合を生成させる加熱段階に先ん
じて、純酸素または空気雰囲気中通常室温で乾燥する。
スライスの接合面は酸化剤を適用する前に、水酸基を生
成させるため酸で処理する。好ましくは一緒に押しつけ
る前に接合面の１つだけを酸化する。接合のための加熱
段階は接合段階の間スライスのそれぞれが互いに他に追
従するようスライスを柔軟にするのに充分に高い温度、
最低１１００℃で実行される。液状酸化剤を与えること
により、酸化が最大になり、気体状酸化剤の消耗により
生成された真空は柔軟な基質と組合わされて、２つの最
高の一致を作る。これが接合方法を改善し、剥離を防
ぐ。
【０００７】本発明の他の目的、有利さ並びに新規の特
徴は、添付の図面と以下の実施例の記述から明らかにな
るであろう。
徴は、添付の図面と以下の実施例の記述から明らかにな
るであろう。
【０００８】
【実施例】図１のＳＯＩは空気雰囲気中で一緒につけら
れ、接合を作るために加熱されたスライス１０と２０と
を包含している。スライス１０はＮ＋領域１２とＮ−領
域１４と酸化物層１６とを包含している。スライス２０
は酸化物層２４をもつハンドル２２を包含している。そ
れらのスライス１０と２０とは空気中接合面１６と２４
とでつけられ、充分に加熱されて接合を作る。これは一
般に１０００℃付近である。引続く加工の間に、層１２
の幾らかまたは全部は研摩またはエッチングにより除去
され、他の工程段階と同様に次の層が層１４の上に生長
して分離されている島を酸化物領域１６−２４上に生成
させる。
れ、接合を作るために加熱されたスライス１０と２０と
を包含している。スライス１０はＮ＋領域１２とＮ−領
域１４と酸化物層１６とを包含している。スライス２０
は酸化物層２４をもつハンドル２２を包含している。そ
れらのスライス１０と２０とは空気中接合面１６と２４
とでつけられ、充分に加熱されて接合を作る。これは一
般に１０００℃付近である。引続く加工の間に、層１２
の幾らかまたは全部は研摩またはエッチングにより除去
され、他の工程段階と同様に次の層が層１４の上に生長
して分離されている島を酸化物領域１６−２４上に生成
させる。
【０００９】誘電的に分離されている井戸の形成につい
ては図２に説明されている。スライス３０はそれに形成
され、絶縁分離層３４で満されている溝をもつＮ領域３
２を包含する。一般的には、例えば、ポリシリコンの支
持構造物３６が適用され、平らにされ、酸化された層３
８が３６の表面に形成される。これがハンドル２２と酸
化物表面２４を包含するスライス２０と組合わされる。
図１におけるごとく、２つのスライス２０と３０とは空
気中、接合面２４と３８とで組合わされ、結合を生成す
るため熱がかけられる。引続く加工の間Ｎ層３２は充分
に減少されて行つて絶縁分離領域３４の頂点が露出さ
れ、誘電的分離領域を形成する。図１の工程におけるご
とく、剥離は引続く加工の間に起る。
ては図２に説明されている。スライス３０はそれに形成
され、絶縁分離層３４で満されている溝をもつＮ領域３
２を包含する。一般的には、例えば、ポリシリコンの支
持構造物３６が適用され、平らにされ、酸化された層３
８が３６の表面に形成される。これがハンドル２２と酸
化物表面２４を包含するスライス２０と組合わされる。
図１におけるごとく、２つのスライス２０と３０とは空
気中、接合面２４と３８とで組合わされ、結合を生成す
るため熱がかけられる。引続く加工の間Ｎ層３２は充分
に減少されて行つて絶縁分離領域３４の頂点が露出さ
れ、誘電的分離領域を形成する。図１の工程におけるご
とく、剥離は引続く加工の間に起る。
【００１０】図１および２の前記の両工程において必ず
しも両接合面とも酸化する必要はないと言う変形も実施
された。また他に、標準的焼なましついで高圧、高温の
焼なましサイクルが結合空隙を減少させると言う他の変
形も報告された。
しも両接合面とも酸化する必要はないと言う変形も実施
された。また他に、標準的焼なましついで高圧、高温の
焼なましサイクルが結合空隙を減少させると言う他の変
形も報告された。
【００１１】また加熱接合工程中、気体状酸化剤が消耗
され、真空が形成されてそれが２つのスライスを一緒に
引張ることも知られている。本発明は作り出される真空
を最大にすること、ピッチングを減少させることおよび
引続く加工の間剥離しない接合された製品を提供するこ
とを企てている。
され、真空が形成されてそれが２つのスライスを一緒に
引張ることも知られている。本発明は作り出される真空
を最大にすること、ピッチングを減少させることおよび
引続く加工の間剥離しない接合された製品を提供するこ
とを企てている。
【００１２】本発明の方法を、領域１２と１４と２２と
（または）３２と３４と３６とを包含する図１または２
におけるようなスライスを調製することにより、段階Ａ
で始まる図３の段階で説明する。段階Ｂにおいて、結合
面の唯一つを酸化し、酸化物層２４と１６または２４と
３８とを形成させる。図１の方法においては層１６また
は２４の１つの酸化はＳＯＩ絶縁層の所望の厚さ範囲に
あり、他は一般に５００Åの範囲にある非常に薄い層で
あるが、本発明では好ましくはスライスの１つのどの酸
化も一般には５０Å以下であるように行う。接合面の１
つとして本質的には酸化されていない面を提供すること
により、酸化はより一層速におこり、それによつて加熱
の早期により強い真空を形成する。段階Ｃにおいて接合
面を酸例えば硫酸／過硫酸で処理し、より多くの水酸基
を形成させる。付加された水酸基は接合面の親水的性質
を増加させると同じに、結合量も増大させる。
（または）３２と３４と３６とを包含する図１または２
におけるようなスライスを調製することにより、段階Ａ
で始まる図３の段階で説明する。段階Ｂにおいて、結合
面の唯一つを酸化し、酸化物層２４と１６または２４と
３８とを形成させる。図１の方法においては層１６また
は２４の１つの酸化はＳＯＩ絶縁層の所望の厚さ範囲に
あり、他は一般に５００Åの範囲にある非常に薄い層で
あるが、本発明では好ましくはスライスの１つのどの酸
化も一般には５０Å以下であるように行う。接合面の１
つとして本質的には酸化されていない面を提供すること
により、酸化はより一層速におこり、それによつて加熱
の早期により強い真空を形成する。段階Ｃにおいて接合
面を酸例えば硫酸／過硫酸で処理し、より多くの水酸基
を形成させる。付加された水酸基は接合面の親水的性質
を増加させると同じに、結合量も増大させる。
【００１３】その２つのスライスをその間に酸化剤を介
在させて接触させる。酸化剤は実質的に窒素がないもの
で、スライスの間のガス量を最小限にすべきである。段
階Ｄで述べる如くこれを達成するために、液状酸化剤は
接合面の１つに適用する。それからスライス間に取込ま
れる空気量を最少にして液状酸化剤と共にそれらの接合
面でスライスを一緒にする。それから押しつけられたス
ライスを一般には室温で充分な時間乾燥させ液状酸化剤
を蒸発させる。好ましくはそれらは段階Ｅで純酸素雰囲
気中で乾燥させる。好ましい酸化剤の適用は液体の滴を
スライスの１つの面に、一般には０．８〜８μｌ／ｉｎ
２の適用である。好ましい酸化剤は水または過酸化水素
と組合わせた水である。
在させて接触させる。酸化剤は実質的に窒素がないもの
で、スライスの間のガス量を最小限にすべきである。段
階Ｄで述べる如くこれを達成するために、液状酸化剤は
接合面の１つに適用する。それからスライス間に取込ま
れる空気量を最少にして液状酸化剤と共にそれらの接合
面でスライスを一緒にする。それから押しつけられたス
ライスを一般には室温で充分な時間乾燥させ液状酸化剤
を蒸発させる。好ましくはそれらは段階Ｅで純酸素雰囲
気中で乾燥させる。好ましい酸化剤の適用は液体の滴を
スライスの１つの面に、一般には０．８〜８μｌ／ｉｎ
２の適用である。好ましい酸化剤は水または過酸化水素
と組合わせた水である。
【００１４】例えば３０％過酸化水素０．０５ｍｌを４
ｉｎウエーハに適用すると１ｉｎ２当り４μｌになる。
一緒に押しつけられたウエーハは室温で２４時間乾燥さ
せる。若し液状酸化剤の大部分が加熱段階前に蒸発され
ていないと取込まれている酸化剤が爆発して空隙を生じ
させることが見出されている。それ故、酸化剤は、スラ
イスを押しつけた場合そして加熱段階まで接合面にガス
を寄せつけてはならない。
ｉｎウエーハに適用すると１ｉｎ２当り４μｌになる。
一緒に押しつけられたウエーハは室温で２４時間乾燥さ
せる。若し液状酸化剤の大部分が加熱段階前に蒸発され
ていないと取込まれている酸化剤が爆発して空隙を生じ
させることが見出されている。それ故、酸化剤は、スラ
イスを押しつけた場合そして加熱段階まで接合面にガス
を寄せつけてはならない。
【００１５】段階Ｆにおいて、その押しつけられた１対
のスライスは加熱されて接合される。好ましくはそれは
酸化雰囲気中、例えば水蒸気または湿つた酸素中１００
０℃以上の温度で加熱される。好ましくは接合は、酸化
剤の消耗によりつくられた真空が柔らかい基質をして互
いに合致できるようスライスを柔軟にするに充分に高い
温度で行う。シリコンについての温度は好ましくは１１
００℃以上で、１１５０℃が好ましい。前記の例におい
てはウエーハは１１５０℃で２時間加熱された。
のスライスは加熱されて接合される。好ましくはそれは
酸化雰囲気中、例えば水蒸気または湿つた酸素中１００
０℃以上の温度で加熱される。好ましくは接合は、酸化
剤の消耗によりつくられた真空が柔らかい基質をして互
いに合致できるようスライスを柔軟にするに充分に高い
温度で行う。シリコンについての温度は好ましくは１１
００℃以上で、１１５０℃が好ましい。前記の例におい
てはウエーハは１１５０℃で２時間加熱された。
【００１６】接合するスライスの間の水だけまたは水と
過酸化水素蒸気は酸化剤として作用する。それらは空気
または純酸素より迅速な酸化剤であり、それ故スライス
と反応して、より効果的な真空を生成させる。また液状
酸化剤の使用は窒素または他のガスの有害な影響の可能
性およびスライス間に取込まれているくぼみを形成する
不純物を排除する。前に議論した如く、スライスをスラ
イスが柔らかくなる程の高められた温度で加熱すること
により、真空がより効果的に全接合面に亘り吸いつける
ようにする。１つの接合面を酸化するだけにより、非接
合面はより迅速に取込まれた酸化剤と反応し、それによ
り加熱の早い段階で強い真空を形成する。
過酸化水素蒸気は酸化剤として作用する。それらは空気
または純酸素より迅速な酸化剤であり、それ故スライス
と反応して、より効果的な真空を生成させる。また液状
酸化剤の使用は窒素または他のガスの有害な影響の可能
性およびスライス間に取込まれているくぼみを形成する
不純物を排除する。前に議論した如く、スライスをスラ
イスが柔らかくなる程の高められた温度で加熱すること
により、真空がより効果的に全接合面に亘り吸いつける
ようにする。１つの接合面を酸化するだけにより、非接
合面はより迅速に取込まれた酸化剤と反応し、それによ
り加熱の早い段階で強い真空を形成する。
【００１７】本発明の技術を用いて生じた接合の性質お
よび総括的接合収率は先行技術を越えて実質的に改善さ
れている。先行の方法を用いると、１００％接合収率は
２０％付近である。液状酸化剤をウエーハを押しつける
前に適用し、それから乾燥し、加熱する方法を用いる
と、９０％付近の１００％接合収率を生じる。
よび総括的接合収率は先行技術を越えて実質的に改善さ
れている。先行の方法を用いると、１００％接合収率は
２０％付近である。液状酸化剤をウエーハを押しつける
前に適用し、それから乾燥し、加熱する方法を用いる
と、９０％付近の１００％接合収率を生じる。
【００１８】本発明を詳細に記述し、説明して来たが、
等しく解説と例示のつもりであること、制限のつもりで
はないことは明らかに理解されるべきである。この方法
は接合面が実質的に予備酸化されていない場合のウエー
ハ接合にも用いることができる。これは直接結合として
知られている。本発明の精神と範囲とは特許請求の範囲
によつてのみ制限されるべきである。
等しく解説と例示のつもりであること、制限のつもりで
はないことは明らかに理解されるべきである。この方法
は接合面が実質的に予備酸化されていない場合のウエー
ハ接合にも用いることができる。これは直接結合として
知られている。本発明の精神と範囲とは特許請求の範囲
によつてのみ制限されるべきである。
【図１】先行技術でのＳＯＩ技術において、接合のため
つけられた１対のスライスの断面図である。
つけられた１対のスライスの断面図である。
【図２】先行技術での絶縁層分離技術における、接合の
ためつけられた１対のスライスの断面図である。
ためつけられた１対のスライスの断面図である。
【図３】本発明の原理に従う方法の工程図である。
フロントページの続き (72)発明者 ジョージ、ヴァーナン、ラウズ アメリカ合衆国フローリダ州32903、 イ ンディアランティク、シーブリーズ・ドラ イヴ 360番 (72)発明者 ジェイムズ、ラバト、ズィブリダ アメリカ合衆国フローリダ州32935、メル バーン、 ティーク・ドライヴ 533番
Claims (10)
- 【請求項１】 １対のスライスを、過酸化水素の液体酸
化剤を介在させて接合面において圧接しそしてそのスラ
イスの１対を加熱して接合することからなる、２つのス
ライスから接合されたウエーハを形成する方法。 - 【請求項２】 スライスの１つの接合面に液状酸化剤を
適用し、その酸化剤を介在させてその１対のスライスを
前記接合面で圧接し、そしてその１対のスライスを、そ
のスライスを柔軟にするのに充分な温度で、そのスライ
スが一緒に接合するのに充分な時間加熱することからな
る、１対のスライスから接合されたウエーハを形成する
方法。 - 【請求項３】 酸化剤を適用する前に、水酸基を生成さ
せるために、スライスの接合面を酸で処理することを含
む、請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 圧接する前にスライスの１つの接合面に
酸化剤を、１ｉｎ２当り０．８〜８μｌ適用することを
含む請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項５】 加熱する前に圧接されている１対のスラ
イスを乾燥させることを含む請求項１又は２に記載の方
法。 - 【請求項６】 乾燥を室温で実行する、請求項５に記載
の方法。 - 【請求項７】 液状酸化剤が接合面間から部分的に蒸発
するまで乾燥を実行する、請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】 加熱を少くとも１１００℃の温度で実行
する、請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項９】 酸化剤が水である、請求項２に記載の方
法。 - 【請求項１０】 酸化剤が水と過酸化水素との混合物で
ある、請求項２に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US47632290A | 1990-02-07 | 1990-02-07 | |
| US07/476322 | 1990-02-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326896A true JPH05326896A (ja) | 1993-12-10 |
| JP2992843B2 JP2992843B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=23891385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3102192A Expired - Lifetime JP2992843B2 (ja) | 1990-02-07 | 1991-02-07 | ２つのスライスから接合されたウエーハを形成する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0441270B1 (ja) |
| JP (1) | JP2992843B2 (ja) |
| DE (1) | DE69114531T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003037253A (ja) * | 2001-07-26 | 2003-02-07 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Ｓｏｉ基板の製造方法及びｓｏｉ基板 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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