JPH06104411A

JPH06104411A - Ｓｏｉ構造の形成方法

Info

Publication number: JPH06104411A
Application number: JP31370291A
Authority: JP
Inventors: Muneharu Shimanoe; 宗治島ノ江
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】基板をはり合わせてはり合わせＳＯＩ構造を形
成する際、はり合わせ面を凸にして両基板間に気泡を生
じさせないようにするために研磨やエッチング等の煩瑣
な工程を要することなく、しかもはり合わせる基板の反
り形状がいかなる状態になっていても確実に気泡の発生
しないはり合わせを達成できるはり合わせＳＯＩ構造の
形成方法を提供するものである。【構成】一方のがわに絶縁部が形成されたシリコン基板
１の該絶縁部が形成されたがわの面に別の基板４をはり
合わせ、シリコン基板１の他方のがわの面を研磨するこ
とによって絶縁部上にシリコン部分が存在するＳＯＩ構
造を得るＳＯＩ構造の形成方法において、シリコン基板
１と別の基板４とをはり合わせる際に、両基板１，４の
間の外周部に被挟持物５を介在させることによって、両
基板１，４の少なくともいずれか一方がはり合わせ面に
対して凸になる状態ではり合わせを行うことにより、中
央から周辺に順次はり合わせ密着を行わせるようにして
基板間に気泡が生じないようにしたＳＯＩ構造の形成方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＳＯＩ構造の形成方法に
関する。ＳＯＩは、例えば、半導体装置等の電子部品の
構造として用いられており、本発明は各種のＳＯＩ構造
の形成方法として利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＳＯＩ（Sinlicon on Insula
tor)構造は、絶縁部上にシリコン部分を存在させて、こ
のシリコン部分に各種半導体素子を形成するような手法
で、主に電子材料の分野で利用されている。

【０００３】このＳＯＩ構造の形成手段の一つとして、
絶縁部が形成されたシリコン基板の該絶縁部がわの面に
別の基板をはり合わせ、シリコン基板を研磨することに
よって絶縁部上にシリコン部分が存在する構造とする技
術が知られている。これは一般に、はり合わせＳＯＩな
どと称されている。

【０００４】従来のこのようなはり合わせＳＯＩ構造の
形成方法について、図６を参照して説明する。

【０００５】図６（ａ）に示すようなシリコン基板１
（一般に高平坦度シリコンウェーハを用いる。これを基
板Ａとする）の一方のがわの面をフォトリソグラフィー
技術やエッチング技術を用いてパターニングし、更にこ
の面にＳｉＯ₂膜を形成すること等によって絶縁部２を
形成する。これによって、図６（ｂ）に示すように、シ
リコン基板１の一方のがわに絶縁部２が形成された構造
が得られる。絶縁部２は、パターニングされたシリコン
基板１の表面形状に従って、図示の如く凹凸をもった膜
として形成される。図２（ｂ）の構造は、更にこの絶縁
部２上にポリシリコン膜３を形成した状態を示す。ポリ
シリコン膜３は、後の工程で別の基板（図６（ｄ）にＢ
で示す基板４）をはり合わせる際に高度に平滑なは合わ
せ面を形成するためのものである。

【０００６】次に、ポリシリコン膜３の表面を平坦化研
磨し、高度に平滑な面とする（図６（ｃ））。

【０００７】このポリシリコン膜３の研磨面に、別の基
板４（これを基板Ｂとする）を密着させる。密圧着によ
って両面は接合し、この結果図６（ｄ）に示すような接
合構造が得られる。一般には、両面に介在する水の作用
による水素結合によって、しっかりとした接合が達成さ
れると言われている。これを通常、熱して熱接合させ、
きわめて強固なはり合わせを達成する。はり合わせ強度
は一般に 200Kg／cm²以上であり、場合によっては 2,00
0Kg／cm²にもなる。はり合わせる別の基板４（基板
Ｂ）は、基板１（基板Ａ）と同様なシリコン基板を用い
るのが通常である。はり合わせ後加熱工程を経ることが
多いので、熱膨張等の物性が等しいものでないと、不都
合が生じるおそれがあるからである。このような問題が
なければ、例えば図示の技術にあっては別の基板４は支
持台としての役割を果たすだけであるので、これは必ず
しもシリコン基板である必要はない。但し、はり合わせ
る別の基板４（基板Ｂ）の方にも素子を形成する場合
は、素子形成可能な半導体基板であることが要される。

【０００８】次に、側周部の面取りを行い、図６（ｅ）
の構造とする。図６（ｅ）は、図６（ｄ）と上下が逆に
なっているが、これは、この面取りや、次の研削のた
め、上下を逆にして基板１を上側にしたためである。

【０００９】その後、基板１の表面を研削し、図６
（ｆ）の構造とする。この表面研削は、絶縁部２が露出
する前で止める。

【００１０】次いで、選択研磨を行う。ここでは、丁度
絶縁部２が露出するまで、精密な仕上げの研磨で行う。
これにより、図６（ｇ）に示すように、凹凸のある絶縁
部２に囲まれて、この絶縁部２上にシリコン部分10が存
在する構造が得られる。このように絶縁部２上にシリコ
ン部分10が存在する構造（ＳＯＩ構造）について、その
シリコン部10に各種素子を形成する。図６（ｇ）の構造
であると、各シリコン部10が絶縁部２に囲まれているの
で、当初より素子分離がなされた構成となっている。

【００１１】図６は図示の明瞭のため１つのシリコン部
10を大きく図示したが、実際はこのような微細なシリコ
ン部分10が数多く集合している。

【００１２】

【発明が解決しようとする問題点】上述したようなはり
合わせＳＯＩ構造の形成において、はり合わせた界面に
気泡ができる時がある。図６で説明すると、図６（ｄ）
において、基板１上のシリコン膜３面と、基板４をはり
合わせる時、この界面に気泡が生ずることがある。気泡
は、例えば 0.5mm〜５mm径程度の大きさで発生すること
がある。

【００１３】気泡が生じた部分は、接合面が密着してい
ないので、充分な接合はなされず、剥がれやすくなる。
例えば、図６（ｆ）の表面研削後、基板４上の基板１が
わの膜の膜厚ｔ₁は４〜20μｍ、通常は５〜10μｍ程度
の薄い膜となるため、気泡５が存在していると、容易に
剥がれる。これは汚染源となり、素子形成に重要な影響
を及ぼすことがある。例えば、研磨により、ウェーハに
キズ（スクラッチ）を発生させることがある。このよう
に気泡による剥離は汚染となって、素子の信頼性を損な
う。図６（ｇ）の状態であると、基板４上のシリコン部
分10がわの膜の膜厚ｔ₂は更に薄く、３〜４μｍ程度に
なり、ここで剥がれると、同様に汚染源となるし、更に
は、不良な素子となってしまうことがある。

【００１４】このため、両基板のはり合わせ部に気泡が
発生しないようにする必要がある。

【００１５】従来、はり合わせＳＯＩの形成に際して、
はり合わせる両基板の間に気泡が生じないようにするた
め、図５（Ｂ）に示すように、基板１として用いる例え
ば半導体ウェーハの表面を凸状にして、別の基板４に向
かって凸になるようにしてはり合わせを行っている。凸
にするには、シリコン基板１の一方の面（裏面）の酸化
膜（絶縁膜）を除去することにより、これが可能である
（図５（Ａ）参照）。表・裏面の膨張率に差が出るから
である。

【００１６】上記のようにシリコン基板１を凸状にする
には、図５（Ａ）に示す如くシリコン基板１を処理する
ことにより表・裏面に同時に形成された絶縁膜２，２ａ
（酸化膜）とポリシリコン膜３，３ａの内、裏面の絶縁
膜２ａ及びポリシリコン膜３ａを除去すればよい。

【００１７】ところがこのためには、裏面のポリシリコ
ン膜３ａを研磨にて除去し、その後、エッチングにて絶
縁膜２ａ（酸化膜）を除去する等の手段をとらなければ
ならない。これはきわめて煩瑣な工程であり、時間もか
かる。

【００１８】また確実に凸型になっているか否かを適宜
確かめるために、平坦度測定器にて、その湾曲の確認を
しなければならない。確実に凸にならず、違った反り状
態になっていたりすると、気泡のないはり合わせはでき
なくなるからである。このように従来技術は、作業工数
が非常に多い。

【００１９】

【発明の目的】本発明は上記従来技術の問題点を解決し
て、はり合わせ面を凸にするための研磨やエッチング等
の煩雑な工程を要さず、かつ、はり合わせる基板の反り
形状がいかなる状態になっていても確実に気泡の発生し
ないはり合わせを達成できるはり合わせＳＯＩ構造の形
成方法を提供せんとするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、一方のがわに
絶縁部が形成されたシリコン基板の該絶縁部が形成され
たがわの面に別の基板をはり合わせ、前記シリコン基板
の他方のがわの面を研磨することによって絶縁部上にシ
リコン部分が存在するＳＯＩ構造を得るＳＯＩ構造の形
成方法において、前記シリコン基板と別の基板とをはり
合わせる際に、両基板の間の外周部に被挟持物を介在さ
せることによって、両基板の少なくともいずれか一方が
はり合わせ面に対して凸になる状態ではり合わせを行う
ことを特徴とするＳＯＩ構造の形成方法であって、これ
により上記目的を達成するものである。

【００２１】本発明において、被挟持物とは、はり合わ
せるべき両基板の外周部において両基板の間に挟持され
て両者間に介在する物体を言う。例えば、後に詳述する
本発明の一実施例を示す図１の例示を参照して説明する
と、被挟持物５は、シリコン基板１とこれとはり合わせ
るべき別の基板４との間の外周部において図示例示の如
く両基板１，４間に挟みこまれ得るものであれば任意で
ある。好ましくは、被挟持物５は、基板１，４の少なく
ともいずれかに対してテーパ面をもっているものである
ことが良い。このテーパ面は、少なくとも凸状にしたい
基板の方に対して、テーパをもつものであることが好ま
しい。更に好ましくは、両基板に対してテーパ面をもつ
被挟持物５が良く、特に好ましくは、クサビ状のもので
あることが良い。

【００２２】一般には、シリコン基板１の方を基板４に
対して凸にすればよいが、これは相対的に凸であればよ
いのであって、基板１，４の少なくともいずれかが他方
に向かって、そのはり合わせ面が凸になっていればよ
い。

【００２３】

【作用】本発明によれば、はり合わせるべき基板のはり
合わせ面が、一方が他方に向かって凸の状態になってい
るので、はり合わせは、はり合わせ面の中央部から外周
部へと貼り合わされる形でなされる。この結果、気泡の
無い貼り合わせができる。

【００２４】本発明においては、被挟持物により強制的
に確実に上記凸の状態が達成されるので、はり合わせる
べき基板の反り形状がたとえどのような場合でも、上記
作用による無気泡のはり合わせが実現できる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
して説明する。但し、当然のことではあるが、本発明は
以下の実施例により限定されるものではない。

【００２６】実施例１本実施例は、ＳＯＩ構造を有するシリコン半導体集積回
路装置の製造に、本発明を適用したものである。

【００２７】本実施例においては、図１にはり合わせ時
における側面から見た状態を概念的に示すように、シリ
コン基板１（絶縁膜２や、必要により形成する平滑面形
成用のポリシリコン膜３等は図示を省略してある）とこ
れとはり合わせるべき別の基板４との間に、両基板１，
４の外周部において、クサビ状の被挟持物５が挟持され
て介在している。

【００２８】本例では、図２に平面で見た概念図で示す
ように、４点にクサビを入れて、これを被挟持物５と
し、これにより外周部にすき間をつくる。

【００２９】図１に示すように、基板４である下側ウェ
ーハを支持ステージ６であるフラット吸着ステージに固
定しておく。その上に被挟持物５（クサビ）４点で支持
された基板１（ウェーハ）をもってくる。被挟持物５
（クサビ）と、シリコン基板１との接触部を拡大して図
３に示す。ここでは、被挟持物５（クサビ）の突出長さ
Ｔ₁は、１〜1.5mm とした。シリコン基板１であるウェ
ーハの面取り部分の長さＴ₂は１mm程度であるので、こ
れと同じか、やや長めとした。

【００３０】はり合わせ時には、図４に示すように、シ
リコン基板１（上側ウェーハ）の中央部を加圧し、その
はり合わせ面が凸になるように反らせて、基板４（下側
ウェーハ）に押圧する。その時、クサビをなす被挟持物
５も徐々に外方向へ逃してゆく。本例のように、クサビ
形状で被挟持物５を構成すると、これはテーパ面を有
し、かつ両面がテーパ面なので、この時の被挟持物５を
はり合わせに従って外方に逃がす作用が円滑に進み、良
好的なはり合わせを実現できる。

【００３１】図４中、７ははり合わせのために基板１を
加圧する押圧手段であり、72は基板１に接する凸状の押
圧部、71は押圧部72と押圧手段７の本体との間の付勢手
段（バネ）である。51は被挟持物５と一体になってこれ
を支持するアームであり、その根元において滑動部52を
なし、これが被挟持物５（クサビ）を外方に逃がす動き
をなすスライダー８の円錐台部81に図示の如く滑動自在
に接している。この構造において、付勢手段71のピッチ
（Ａ）または加圧力を検出して、スライダー８の動き
（Ｂ）をフィードバックするようにして、連動させるこ
とにより、徐々にクサビ状の被挟持物５をスムーズに基
板１，４間から抜くようにできる。

【００３２】図４に示すように、基板１の中央部で押圧
すると、あとは周辺の方も基板１，４間の結合力が働い
て接着が広がって行く。この押圧接着の後加熱により強
固な接着を行うことになる。

【００３３】被挟持物５は金属汚染をもたらさない材料
から成るのが好ましく、石英や、金属汚染を生じさせな
いセラミックス材から形成するのが良い。本例ではクサ
ビ状の被挟持物５は、石英から形成した。

【００３４】本例では、被挟持物５（クサビ）を４点と
したが、はり合わせるべき基板がわへ凸とするのを良好
になすべく、８点位とした方が良い場合もある。また、
クサビは、基板（ウェーハ）外周にもっと長いものであ
ってもよい。

【００３５】本実施例においては、基板１（ウェーハ）
の外周部をクサビ状の被挟持物５で保持してスキ間をつ
くり、はり合わせ面側が凸型になるよう強制的にそら
せ、これにより基板１の中央部から外周部に向ってはり
合わせが進行するようにしたので、気泡の無い良好なは
り合わせが達成できる。かつこれは、ウェーハを研磨し
てポリシリコン膜を除去したり、エッチングして酸化膜
を除去したりする工程を要することなく実現できる。か
つ、どのような形状（反り）をしているウェーハに対し
ても汎用できるものである。

【００３６】

【発明の効果】上述の如く、本発明のはり合わせＳＯＩ
構造の形成方法は、はり合わせ面を凸にするために研磨
やエッチング等の煩雑な工程を要さず、かつ、はり合わ
せ基板の反り形状がいかなる状態になっていても確実に
気泡の発生しないはり合わせを達成できるという効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示すもので、はり合わせ時の側面概
念図である。

【図２】実施例１を示すもので、はり合わせ時の平面概
念図である。

【図３】実施例１を示すもので、基板と被挟持物との接
触部分の側断面部分拡大図である。

【図４】実施例１を示すもので、はり合わせ時の作動説
明図である。

【図５】従来技術を示す図である。

【図６】はり合わせＳＯＩ構造の一般的形成工程を順に
断面図で示すものである。

【符号の説明】

１シリコン基板２絶縁部３ポリシリコン膜４別の基板５被挟持物（クサビ）

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【手続補正書】

【提出日】平成５年９月１６日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方のがわに絶縁部が形成されたシリコン
基板の該絶縁部が形成されたがわの面に別の基板をはり
合わせ、前記シリコン基板の他方のがわの面を研磨する
ことによって絶縁部上にシリコン部分が存在するＳＯＩ
構造を得るＳＯＩ構造の形成方法において、前記シリコン基板と別の基板とをはり合わせる際に、両
基板の間の外周部に被挟持物を介在させることによっ
て、両基板の少なくともいずれか一方がはり合わせ面に
対して凸になる状態ではり合わせを行うことを特徴とす
るＳＯＩ構造の形成方法。