JPH06349694A - シリコンと３族−５族半導体材料とを接合する方法 - Google Patents

シリコンと３族−５族半導体材料とを接合する方法

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JPH06349694A
JPH06349694A JP6129873A JP12987394A JPH06349694A JP H06349694 A JPH06349694 A JP H06349694A JP 6129873 A JP6129873 A JP 6129873A JP 12987394 A JP12987394 A JP 12987394A JP H06349694 A JPH06349694 A JP H06349694A
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bonding
semiconductor wafer
wafer
semiconductor
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JP6129873A
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Melissa E Grupen-Shemansky
メリッサ・イー・グルペン・シュマンスキー
Bertrand F Cambou
バートランド・エフ・カンボウ
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    • H10P90/19—Preparing inhomogeneous wafers
    • H10P90/1904—Preparing vertically inhomogeneous wafers
    • H10P90/1906—Preparing SOI wafers
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンウェハと３族−５族半導体ウェハと
が、３族−５族半導体ウェハ上に蒸着された接合内部層
を介して互いに接合される。 【構成】 シリコンウェハよりむしろ３族−５族半導体
ウェハ上に接合内部層を形成することによって、接合プ
ロセスが次のプロセスを実行するに十分な強度の接合を
作ることが容易にできる。３族−５族半導体ウェハは接
合処理の後にストレスを和らげるために薄くされる。接
合されたウェハは接合強度を増加させるために第２接合
処理を必要とする。接合されたウェハはそれから半導体
デバイスの製造に使用される高温プロセスを必要とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に半導体ウェハ
接合に関し、特に、それに限定的されるものではない
が、シリコンウェハを３族−５族半導体ウェハに接合す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】３族−５族半導体材料をシリコンに接合
することは過去にすでに開示されている。代替材料をシ
リコンに接合する場合、熱膨張の不一致や誘発ストレス
は重大な要因となる。半導体デバイスの製造に使用され
る標準的プロセス温度で使用出来るようにこれらの誘発
ストレスを除去することは重要である。従来、これらの
ストレスを十分に除去することができず、それゆえ、異
種材料の接合プロセスを十分に最適にする必要がある。
【０００３】
【解決すべき課題】従って、これらの材料上のデバイス
のその後のプロセスがうまくいくように、３族−５族半
導体材料をシリコンウェハに接合する改良された方法を
提供することが要求される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】シリコンウェハと３族−
５族半導体ウェハとを接合する方法は、第１・第２主要
面を有するシリコンウェハを用意する段階および第１・
第２主要面を有する３族−５族半導体ウェハを用意する
段階を包含する。接合中間層は前記３族−５族半導体ウ
ェハの第１主要面に形成される。前記シリコンウェハと
前記３族−５族半導体ウェハは、前記接合中間層が前記
３族−５族半導体ウェハと前記シリコンウェハの前記第
１表面との間に位置するよう第１熱又は熱アノード接合
プロセスを使用して互いに接合される。
【０００５】
【実施例】図１は本発明の第１実施例である。この図は
シリコン材料（ウェハ）１０が、その上部接合中間層１
５が形成された３族−５族半導体材料（ウェハ）１２に
結合されることを示す。接合中間層１５はシリコン二酸
化物、ドープシリコン二酸化物、シリコン窒化物、ポリ
シリコン、アモルファスシリコンのうち一つあるいはそ
れらの組み合わせから成ることが好ましい。これらの層
は当業者で知られた数々のプロセスを使用して形成する
ことができる。最も好適には、接合中間層１５は３族−
５族半導体ウェハ１２上に形成されるシリコン窒化物層
およびそのシリコン窒化物層上に形成されるシリコン二
酸化物層から本質的に構成される。中間層１５は熱また
は熱アノード接合でシリコン材料により容易に接合する
ので、均一性と強力な接合が達成されることを確保する
ために、接合中間層１５はシリコンウェハ１０上ではな
く、３族−５族半導体材料１２上に蒸着されなければな
らないことを留意することが重要である。３族−５族半
導体ウェハ１２上への接合中間層１５の蒸着は、例えば
「Ｎｏｖｅｌｌｕｓ社」から商標名「Ｎｏｖｅｌｌｕｓ
Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｏｎｅ」として入手できる反応装置
（リアクター）で行うことができる。接合中間層１５が
３族−５族半導体ウェハ１２上に形成された後、接合さ
れる前に洗浄されなければならない。接合中間層１５で
あるシリコン二酸化物に対するＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ洗浄は
満足のいく接合結果をもたらすことがわかる。
【０００６】図２は図１の次の製造段階の構造を示す。
シリコンウェハ１０が接合中間層１５に接合される。接
合プロセスは均一で十分に強力な接合を達成するために
重要である。熱又は熱アノード接合プロセスは約２００
℃未満の温度で使用される。この温度で以下に述べる次
のプロセスのために接合中間層１５とシリコンウェハ１
０との十分に強力な接合が形成される。２００℃以上の
温度は、３族−５族半導体材料１２でストレス破壊の構
造を生ずることになるのでプロセスのこの段階において
は望ましくない。
【０００７】低温接合の後、接合プロセスによって引き
起こされる最大ストレス点の大きさを減少させるため３
族−５族半導体ウェハ１２は薄くされる。好適実施例に
おいて、３族−５族半導体ウェハ１２は約６２５ミクロ
ンの厚みから約数十ミクロンまたはそれ以上に薄くされ
る。さらに好適には、シリコンウェハ１０も３族−５族
半導体ウェハ１２の全体のストレスを減少させるために
薄くされる。シリコンウェハ１０は好適には約５５０ミ
クロンの厚みから、１５０ミクロンかそれ以上に薄くさ
れる。
【０００８】第１接合プロセスは３族−５族半導体ウェ
ハ１２および／またはシリコンウェハ１０を薄くできる
ように接合に十分な力を与える。薄膜化プロセスはスト
レスを十分に軽減し、よって接合されたシリコンウェハ
１０と３族−５族半導体ウェハ１２とを半導体デバイス
製造に必要とされる高温プロセスを３族−５族半導体ウ
ェハ１２にストレス破壊が生じることなく施すことがで
きる。高温プロセス処理の前に、上記説明の第２熱又は
熱アノード接合プロセスによって接合強度を増加させる
ことが望ましい。
【０００９】図３は本発明の第２実施例を示す。図は標
準の写真印刷とエッチングプロセスによって形成される
複数のトレンチ（溝）１３を有する３族−５族半導体ウ
ェハ１２を示す。接合中間層１５は蒸着プロセスによっ
て３族−５族半導体ウェハ１２上およびトレンチ１３内
に形成される。好適実施例では、接合中間層１５は窒化
物／酸化物層から成る。接合中間層１５が形成された
後、平面化可能（ｐｌａｎａｒｉｚａｂｌｅ）層１６が
トレンチ１３に充填するために形成される。もし必要で
あれば、平面化可能層１６は平面化される（図示せ
ず）。平面化可能層１６はポリシリコン、シリコン窒化
物、シリコン二酸化物またはリフロー可能なガラスから
成る。
【００１０】図４は図３の次の製造段階の構造を示す。
平面化可能層１６がシリコンウェハ１０に接合されて３
族−５族半導体ウェハ１２はシリコンウェハ１０に接合
される。熱又は熱アノード処理は前記第１実施例に示さ
れたように使用される。
【００１１】図５は図４のさらに次の製造段階の構造を
示す。接合後、接合中間層１５または平面化可能層１６
の少なくとも一部が露出するように、３族−５族半導体
ウェハ１２の一部は除去される。この時点でウェハ１２
および１０の両ウェハに、前記第１実施例で示したよう
な第２熱又は熱アノードプロセスを施すことが好まし
い。そして半導体デバイスは３族−５族半導体ウェハ１
２に製造される。
【００１２】図６は本発明の第３実施例の製造の初めの
段階を示す。３族−５族半導体ウェハは、平面化可能層
１６がトレンチ１３に充填されない点を除き、図３と同
様である。
【００１３】図７は図６のさらに次の製造段階の構造を
示す。前に説明した接合プロセスを使用して接合中間層
１５を介して３族−５族半導体ウェハ１２はシリコンウ
ェハ１０に接合される。
【００１４】図８は図７のさらに次の製造段階の構造を
示す。これまで説明してきたようにウェハ１２の一部が
除去される。こうして、トレンチ１３が元々の溝の底で
他の溝を形成するまで接合中間層１５の一部も除去され
る。これにより３族−５族半導体ウェハ１２が（ボンデ
イング中間層１５を含む）複数の３族−５族半導体ウェ
ハ１２に変化する。
【００１５】図９は図８のさらに次の製造段階の構造を
示す。図９は図８の構造が処理される第１の方法を示
す。絶縁体層３０がトレンチ１３内およびウェハ１２上
に形成される。もし３族−５族半導体領域１２が互いに
電気的絶縁を確保するのに十分な距離をおいていれば
（空気が絶縁体として働くので）、絶縁体層３０は必要
とされない場合もある。
【００１６】図１０は図８のさらに次の製造段階の構造
を示す。図１０は図８の構造が処理される第２の方法を
示す。この実施例では、最大ストレス点の大きさは各３
族−５族半導体領域１２の側壁（ｓｉｄｅｗａｌｌ）の
輪郭を変更することによりさらに減少されるので、３族
−５族半導体領域１２の側壁が約４５°に傾斜させられ
る。３族−５族半導体ウェハ１２をシリコンウェハ１０
に接合する前または後に適切な異方性ウェットエッチン
グすることにより、または接合した後に適切な反応性イ
オンエッチングをすることにより傾斜した側壁が形成さ
れる。例えば、適切な異方性エッチングは、Ｈ2ＳＯ4：
Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ またはＨＣｌ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏエッチン
グを伴なう接合中間層１５エッチングを包含する。例え
ば、適切な反応性イオンエッチングはＣｌ2またはＢｒ2
を基本とした化学処理を含む。図９または図１０（絶
縁体層３０が形成される前）に示される構造は接合強度
を増加させるために熱又は熱アノードプロセスを施すの
が望ましい。
【００１７】図１１は図１０のさらに次の製造段階の構
造を示す。図９に示したように絶縁体層３０はトレンチ
１３内および３族−５族半導体ウェハ１２上に形成され
る。これによってできた構造はシリコンウェハ１０と３
族−５族半導体ウェハ１２との間の熱膨張率の不一致に
よる３族−５族半導体ウェハ１２をストレス破壊するこ
となく、半導体製造装置の製造に用いられるような８６
０℃またはそれ以上の温度で急速な熱アニールのような
高温プロセッシングを受けることができる。
【００１８】以上に示した通り、３族−５族半導体材料
にシリコンウェハを接合するに際し、影響するストレス
を最小化して十分な強度の接合を得るため、接合プロセ
スの最適化を行う。本発明で接合された構造はＶＬＳＩ
３族−５族半導体デバイスが単一あるいはシリコンデ
バイスと集積されて形成できる好結果の量産可能な方法
を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】製造の初めの段階における本発明の実施例を示
す。
【図２】図１の製造の次の段階における実施例を示す。
【図３】製造の初めの段階における本発明の第２実施例
を示す。
【図４】図３の製造の次の段階における実施例を示す。
【図５】図４の製造の次の段階における実施例を示す。
【図６】製造の初めの段階における本発明の第３実施例
を示す。
【図７】図６の製造の次の段階における実施例を示す。
【図８】図７の製造の次の段階における実施例を示す。
【図９】図８の製造の次の段階における実施例を示す。
【図１０】図８の製造の次の段階における実施例を示
す。
【図１１】図１０の製造の次の段階における実施例を示
す。
【符号の説明】
１０．シリコンウェハ １２．３族−５族半導体ウェハ １３．トレンチ １５．接合中間層 １６．平面化可能層 ３０．絶縁体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バートランド・エフ・カンボウ アメリカ合衆国アリゾナ州メサ、ダブリュ ー・ロボ1338

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコンウェハ（１０）と３族−５族半
    導体ウェハ（１２）とを接合する方法であって：第１・
    第２主要面を有するシリコンウェハ（１０）を用意する
    段階；第１・第２主要面を有する３族−５族半導体ウェ
    ハ（１２）を用意する段階；前記３族−５族半導体ウェ
    ハ（１２）の第１主要面上に接合中間層（１５）を形成
    する段階；前記接合中間層（１５）が前記３族−５族半
    導体ウェハ（１２）と前記シリコンウェハ（１０）の第
    一主要面との間に位置するように、第１熱又は熱アノー
    ド接合プロセスを使用して前記シリコンウェハ（１０）
    と前記３族−５族半導体ウェハ（１２）とを互いに接合
    する段階；前記３族−５族半導体ウェハ（１２）の第２
    主要面から前記３族−５族半導体ウェハ（１２）の一部
    を除去する段階；および前記３族−５族半導体ウェハ
    （１２）の一部を除去する段階の後、前記３族−５族半
    導体ウェハ（１２）および前記シリコンウェハ（１０）
    に第２熱又は熱アノード接合プロセスを施こす段階；か
    ら構成されることを特徴とする接合方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、さらに前
    記接合段階の後に前記第２主要面から前記シリコンウェ
    ハ（１０）の一部を除去する段階から構成されることを
    特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の方法であって、さらに前
    記接合の段階は約２００℃未満の温度で接合する段階か
    ら構成されることを特徴とする方法。
JP6129873A 1993-06-01 1994-05-20 シリコンと３族−５族半導体材料とを接合する方法 Pending JPH06349694A (ja)

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