JPH0766094A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0766094A JPH0766094A JP5211312A JP21131293A JPH0766094A JP H0766094 A JPH0766094 A JP H0766094A JP 5211312 A JP5211312 A JP 5211312A JP 21131293 A JP21131293 A JP 21131293A JP H0766094 A JPH0766094 A JP H0766094A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン基板の直接接着技術において、シリ
コン基板表面の原子レベルでの平坦化および清浄化を簡
便に行うことを可能にすることによって、貼り合わせ後
の熱処理温度の低温化を実現すると共に、接着界面にお
ける残留欠陥の低減を図った半導体装置の製造方法を提
供する。 【構成】 2枚のシリコン基板11、12を少なくとも
フッ酸を含む処理液13で表面処理する。次いで、表面
処理した 2枚のシリコン基板11、12を、溶存酸素濃
度が300ppb以下の純水15で洗浄する。あるいは純水で
洗浄した後、pHが8〜10の有機成分を含まないアルカリ
水溶液で洗浄する。この後、 2枚のシリコン基板11、
12を貼り合わせ、加熱処理により一体化する。
コン基板表面の原子レベルでの平坦化および清浄化を簡
便に行うことを可能にすることによって、貼り合わせ後
の熱処理温度の低温化を実現すると共に、接着界面にお
ける残留欠陥の低減を図った半導体装置の製造方法を提
供する。 【構成】 2枚のシリコン基板11、12を少なくとも
フッ酸を含む処理液13で表面処理する。次いで、表面
処理した 2枚のシリコン基板11、12を、溶存酸素濃
度が300ppb以下の純水15で洗浄する。あるいは純水で
洗浄した後、pHが8〜10の有機成分を含まないアルカリ
水溶液で洗浄する。この後、 2枚のシリコン基板11、
12を貼り合わせ、加熱処理により一体化する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、より詳細にはシリコン基板同士の接着工程を有
する半導体装置の製造方法に関する。
に係り、より詳細にはシリコン基板同士の接着工程を有
する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のウェハの接着技術については、例
えば「ウェーハ張り合わせ技術(日経マイクロデバイ
ス,1988年 3月号,p.85)」や、「Siウェハーの直接接
着技術(応用物理,Vol.60, p.790, 1991)」等に詳細に
示されている。直接接着は、接着剤を使わずに 2枚のウ
ェハを接合一体化する技術であり、中でもSi/Si接着
は、エピ・拡散技術の代替えとして、パワー素子等の製
造に応用されている。また、一方のSi基板が表面に酸化
膜を有する場合には、SOI基板の作製に利用されてお
り、パワーIC等の製造に適用されている。
えば「ウェーハ張り合わせ技術(日経マイクロデバイ
ス,1988年 3月号,p.85)」や、「Siウェハーの直接接
着技術(応用物理,Vol.60, p.790, 1991)」等に詳細に
示されている。直接接着は、接着剤を使わずに 2枚のウ
ェハを接合一体化する技術であり、中でもSi/Si接着
は、エピ・拡散技術の代替えとして、パワー素子等の製
造に応用されている。また、一方のSi基板が表面に酸化
膜を有する場合には、SOI基板の作製に利用されてお
り、パワーIC等の製造に適用されている。
【0003】従来の直接接着法では、まず鏡面研磨した
2枚のSiウェハを洗浄し、乾燥させた後、清浄な室温大
気中で鏡面同士を貼り合わせ、その後に高温で熱処理し
て強固に一体化したウェハを得ている。このような従来
の直接接着法における接着機構について説明する。従来
の直接接着法では、接着工程前の洗浄液として、過酸化
水素(H2 O 2 )と硫酸(H2 SO4 )との混合液が用いられ
ており、この洗浄液によりウェハ表面の異物(自然酸化
膜、有機汚染物、重金属等)を除去すると共に、表面を
OH基で活性化している。これにより、 2枚のウェハを接
触させるだけで、室温で密着性を示すようになる。そし
て、その後の熱処理によって、まず脱水縮合反応が起こ
り、水素結合が Si-O-Si結合に変わり、さらに高温でSi
原子が直接結合する。熱処理は、例えば酸素と窒素との
混合雰囲気中で行われており、典型的な熱処理温度は11
00℃である。
2枚のSiウェハを洗浄し、乾燥させた後、清浄な室温大
気中で鏡面同士を貼り合わせ、その後に高温で熱処理し
て強固に一体化したウェハを得ている。このような従来
の直接接着法における接着機構について説明する。従来
の直接接着法では、接着工程前の洗浄液として、過酸化
水素(H2 O 2 )と硫酸(H2 SO4 )との混合液が用いられ
ており、この洗浄液によりウェハ表面の異物(自然酸化
膜、有機汚染物、重金属等)を除去すると共に、表面を
OH基で活性化している。これにより、 2枚のウェハを接
触させるだけで、室温で密着性を示すようになる。そし
て、その後の熱処理によって、まず脱水縮合反応が起こ
り、水素結合が Si-O-Si結合に変わり、さらに高温でSi
原子が直接結合する。熱処理は、例えば酸素と窒素との
混合雰囲気中で行われており、典型的な熱処理温度は11
00℃である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の直接接着法、並びにその工程を含む半導
体装置の製造方法は、以下に示すような問題点を有して
いた。
たような従来の直接接着法、並びにその工程を含む半導
体装置の製造方法は、以下に示すような問題点を有して
いた。
【0005】すなわち、従来の直接接着法では、接着面
は鏡面研磨されているとはいっても、原子レベルでは当
然多くの段差や凹凸を有している。直接接着法は言うま
でもなく、 2つの基板の原子レベルでの一体化であり、
上記したような原子レベルの微細な凹凸が存在している
と、貼り合わせ後の熱処理を高温で行わなければならな
い。従来の典型的な熱処理温度は、前述したように1100
℃である。また、原子レベルの微細な凹凸は、接着後に
空間の残り等による欠陥の発生、残留に影響を及ぼして
いた。
は鏡面研磨されているとはいっても、原子レベルでは当
然多くの段差や凹凸を有している。直接接着法は言うま
でもなく、 2つの基板の原子レベルでの一体化であり、
上記したような原子レベルの微細な凹凸が存在している
と、貼り合わせ後の熱処理を高温で行わなければならな
い。従来の典型的な熱処理温度は、前述したように1100
℃である。また、原子レベルの微細な凹凸は、接着後に
空間の残り等による欠陥の発生、残留に影響を及ぼして
いた。
【0006】また、接着工程前の表面処理により形成さ
れる自然酸化膜や残存する不純物元素、あるいは脱水縮
合反応で残る O、 H原子によって、接着界面に結晶欠陥
が発生しやすく、局所的に寿命が低下するという問題が
あった。さらに、上記したように接着工程が高温の熱処
理を必要とするため、半導体装置の製造工程において、
不純物層形成工程や電極形成工程等の他のいかなる工程
よりも先に行わなければならないという制約があった。
れる自然酸化膜や残存する不純物元素、あるいは脱水縮
合反応で残る O、 H原子によって、接着界面に結晶欠陥
が発生しやすく、局所的に寿命が低下するという問題が
あった。さらに、上記したように接着工程が高温の熱処
理を必要とするため、半導体装置の製造工程において、
不純物層形成工程や電極形成工程等の他のいかなる工程
よりも先に行わなければならないという制約があった。
【0007】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、シリコン基板の直接接着技術におい
て、シリコン基板表面の原子レベルでの平坦化および清
浄化を簡便に行うことを可能にすることによって、貼り
合わせ後の熱処理温度の低温化を実現すると共に、接着
界面における残留欠陥の低減を図った半導体装置の製造
方法を提供することを目的としている。
になされたもので、シリコン基板の直接接着技術におい
て、シリコン基板表面の原子レベルでの平坦化および清
浄化を簡便に行うことを可能にすることによって、貼り
合わせ後の熱処理温度の低温化を実現すると共に、接着
界面における残留欠陥の低減を図った半導体装置の製造
方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明における第1の半
導体装置の製造方法は、少なくとも一方はシリコン表面
が露出された 2枚のシリコン基板を接着一体化する工程
を有する半導体装置の製造方法において、前記 2枚のシ
リコン基板を、少なくともフッ酸を含む処理液で表面処
理する工程と、前記表面処理した 2枚のシリコン基板
を、溶存酸素濃度が300ppb以下の純水で洗浄する工程
と、前記 2枚のシリコン基板を貼り合わせた後、加熱に
より一体化する工程とを有することを特徴としている。
導体装置の製造方法は、少なくとも一方はシリコン表面
が露出された 2枚のシリコン基板を接着一体化する工程
を有する半導体装置の製造方法において、前記 2枚のシ
リコン基板を、少なくともフッ酸を含む処理液で表面処
理する工程と、前記表面処理した 2枚のシリコン基板
を、溶存酸素濃度が300ppb以下の純水で洗浄する工程
と、前記 2枚のシリコン基板を貼り合わせた後、加熱に
より一体化する工程とを有することを特徴としている。
【0009】また、第2の半導体装置の製造方法は、少
なくとも一方はシリコン表面が露出された 2枚のシリコ
ン基板を接着一体化する工程を有する半導体装置の製造
方法において、前記 2枚のシリコン基板を、少なくとも
フッ酸を含む処理液で表面処理する工程と、前記表面処
理した 2枚のシリコン基板を純水で洗浄した後、pHが8
〜10の有機成分を含まないアルカリ水溶液で洗浄する工
程と、前記 2枚のシリコン基板を貼り合わせた後、加熱
により一体化する工程とを有することを特徴としてい
る。
なくとも一方はシリコン表面が露出された 2枚のシリコ
ン基板を接着一体化する工程を有する半導体装置の製造
方法において、前記 2枚のシリコン基板を、少なくとも
フッ酸を含む処理液で表面処理する工程と、前記表面処
理した 2枚のシリコン基板を純水で洗浄した後、pHが8
〜10の有機成分を含まないアルカリ水溶液で洗浄する工
程と、前記 2枚のシリコン基板を貼り合わせた後、加熱
により一体化する工程とを有することを特徴としてい
る。
【0010】
【作用】フッ酸あるいはフッ酸を含む水溶液による処理
は、重金属類等の除去やシリコン結晶表面の酸化膜除去
に効果を示すと共に、シリコン最表面を水素終端し、他
の不純物元素あるいは分子の吸着を抑え、かつその後大
気中で数時間にわたって酸化を防止することが報告され
ている。
は、重金属類等の除去やシリコン結晶表面の酸化膜除去
に効果を示すと共に、シリコン最表面を水素終端し、他
の不純物元素あるいは分子の吸着を抑え、かつその後大
気中で数時間にわたって酸化を防止することが報告され
ている。
【0011】ただし、通常の半導体装置の製造工程にお
いては、フッ酸処理した後に純水を用いてリンス処理す
る必要がある。従来のフッ酸処理に続く純水リンスは、
その純水中の溶存酸素濃度が数ppm と高いために、リン
ス時間の経過と共にシリコン基板表面に酸化膜が形成さ
れ、清浄化表面が表面酸化膜によって覆われてしまう。
さらに、複雑な洗浄工程を経ることにより、炭素、酸素
等による表面汚染が生じる。それでもなお、純水リンス
は様々な酸、アルカリ処理を施した基板表面の最終洗浄
工程としては不可欠である。その結果、純水リンスによ
る酸化膜の形成を抑えるために、従来は純水リンスを必
要最小限の範囲内で行っていた。
いては、フッ酸処理した後に純水を用いてリンス処理す
る必要がある。従来のフッ酸処理に続く純水リンスは、
その純水中の溶存酸素濃度が数ppm と高いために、リン
ス時間の経過と共にシリコン基板表面に酸化膜が形成さ
れ、清浄化表面が表面酸化膜によって覆われてしまう。
さらに、複雑な洗浄工程を経ることにより、炭素、酸素
等による表面汚染が生じる。それでもなお、純水リンス
は様々な酸、アルカリ処理を施した基板表面の最終洗浄
工程としては不可欠である。その結果、純水リンスによ
る酸化膜の形成を抑えるために、従来は純水リンスを必
要最小限の範囲内で行っていた。
【0012】また、フッ酸処理した後のシリコン基板表
面は、ほぼ水素で終端されてはいるものの、平滑度に関
しては十分ではない。この状態のシリコン結晶表面の簡
単な模式図を図1(a)に示す。同図に示すように、シ
リコン結晶1の表面は、水素2でほぼ終端されている
が、表面性に関してはステップ3等を有し、原子レベル
での凹凸が存在している。また、一部フッ素4も吸着し
ている。
面は、ほぼ水素で終端されてはいるものの、平滑度に関
しては十分ではない。この状態のシリコン結晶表面の簡
単な模式図を図1(a)に示す。同図に示すように、シ
リコン結晶1の表面は、水素2でほぼ終端されている
が、表面性に関してはステップ3等を有し、原子レベル
での凹凸が存在している。また、一部フッ素4も吸着し
ている。
【0013】上述したような状態のシリコン基板同士を
直接接着させようとしても、原子レベルでの凹凸の存在
により、熱処理温度を高温としなければならなかった
り、あるいは接着界面に欠陥が残留する等の問題が生じ
る。また、不均一な酸化膜の存在により、良好な接着特
性を得ることができない。
直接接着させようとしても、原子レベルでの凹凸の存在
により、熱処理温度を高温としなければならなかった
り、あるいは接着界面に欠陥が残留する等の問題が生じ
る。また、不均一な酸化膜の存在により、良好な接着特
性を得ることができない。
【0014】これに対して、純水中の溶存酸素濃度を低
下させるにつれて、シリコン基板表面に形成される酸化
膜の形成速度が低下する。そして、本発明における第1
の製造方法に示すように、溶存酸素濃度が 300ppb 以下
の純水で洗浄を行うと、酸化が起きないほどに抑えるこ
とができ、かつ炭素、酸素といった表面汚染物の付着も
抑制することができる。さらに、溶存酸素濃度が300ppb
以下の純水を用いて洗浄すると、シリコン表面がエッチ
ングされて、原子レベルでの平坦化が実現できる。これ
は、従来の高濃度溶存酸素を含む純水リンスでは上述し
た酸化膜の形成のために妨げられていたシリコン基板表
面と純水との相互作用が、溶存酸素濃度が300ppb以下の
純水リンスでは生じるためである。
下させるにつれて、シリコン基板表面に形成される酸化
膜の形成速度が低下する。そして、本発明における第1
の製造方法に示すように、溶存酸素濃度が 300ppb 以下
の純水で洗浄を行うと、酸化が起きないほどに抑えるこ
とができ、かつ炭素、酸素といった表面汚染物の付着も
抑制することができる。さらに、溶存酸素濃度が300ppb
以下の純水を用いて洗浄すると、シリコン表面がエッチ
ングされて、原子レベルでの平坦化が実現できる。これ
は、従来の高濃度溶存酸素を含む純水リンスでは上述し
た酸化膜の形成のために妨げられていたシリコン基板表
面と純水との相互作用が、溶存酸素濃度が300ppb以下の
純水リンスでは生じるためである。
【0015】すなわち、フッ酸を含む処理液で表面処理
したシリコン結晶の表面は、図1(a)に示したよう
に、水素で終端されているものの、平滑度に関しては十
分ではない。ここで、水素と結合したシリコン原子と内
部のシリコン原子との結合力は、固体内のシリコン同士
の結合力に比較すると弱い。一方、純水中には、OH- 基
が10-7mol/l存在しており、このOH- 基は上記した弱め
られたシリコン−シリコン結合に挿入して、最表面のシ
リコン原子をエッチングする効果を有している。ただ
し、純水中の溶存酸素濃度が高い(例えば5ppm程度)
と、最表面のシリコン原子、特に図1(a)中のステッ
プ3の部分が酸化され、OH- 基の効果を十分に引き出す
ことができない。これに対して、溶存酸素濃度が300ppb
以下の純水によれば、前述したように、結晶表面の酸化
が抑制されるため、上記したOH- 基によるエッチング効
果を十分に発揮させることが可能となる。このOH- 基に
よるエッチングは、主に図1(a)中のステップ3の部
分で生じる。
したシリコン結晶の表面は、図1(a)に示したよう
に、水素で終端されているものの、平滑度に関しては十
分ではない。ここで、水素と結合したシリコン原子と内
部のシリコン原子との結合力は、固体内のシリコン同士
の結合力に比較すると弱い。一方、純水中には、OH- 基
が10-7mol/l存在しており、このOH- 基は上記した弱め
られたシリコン−シリコン結合に挿入して、最表面のシ
リコン原子をエッチングする効果を有している。ただ
し、純水中の溶存酸素濃度が高い(例えば5ppm程度)
と、最表面のシリコン原子、特に図1(a)中のステッ
プ3の部分が酸化され、OH- 基の効果を十分に引き出す
ことができない。これに対して、溶存酸素濃度が300ppb
以下の純水によれば、前述したように、結晶表面の酸化
が抑制されるため、上記したOH- 基によるエッチング効
果を十分に発揮させることが可能となる。このOH- 基に
よるエッチングは、主に図1(a)中のステップ3の部
分で生じる。
【0016】その結果、図1(b)に示すように、シリ
コン表面が原子レベルで平坦化されていると共に、清浄
化され、かつ水素終端されたシリコン基板が得られる。
例えば、平滑度の目安である中心線平均粗さRa (DIN
4768、JIS B 0601)で表した場合、本発明による純水処
理によれば、溶存酸素濃度が300ppb以下という純水で処
理するだけで、Ra =0.1nm以下という値を 100× 100nm
2 以上の領域において達成することが可能となる。ま
た、水素終端された表面は、化学的に安定であるため、
酸化しにくく、かつ酸素、炭素、炭化物、水等の他の不
純物元素あるいは分子が吸着しにくい。なお、上述した
ような作用は、均一な酸化膜を有するシリコン基板にお
いても生じる。
コン表面が原子レベルで平坦化されていると共に、清浄
化され、かつ水素終端されたシリコン基板が得られる。
例えば、平滑度の目安である中心線平均粗さRa (DIN
4768、JIS B 0601)で表した場合、本発明による純水処
理によれば、溶存酸素濃度が300ppb以下という純水で処
理するだけで、Ra =0.1nm以下という値を 100× 100nm
2 以上の領域において達成することが可能となる。ま
た、水素終端された表面は、化学的に安定であるため、
酸化しにくく、かつ酸素、炭素、炭化物、水等の他の不
純物元素あるいは分子が吸着しにくい。なお、上述した
ような作用は、均一な酸化膜を有するシリコン基板にお
いても生じる。
【0017】上記したような平坦で清浄な表面を有する
シリコン基板同士を貼り合わせ、その後一体化のための
熱処理を施すことにより、熱処理温度の低温化を図るこ
とができる共に、接着後の残留空間や残留結晶欠陥等を
低減することができる。これにより、より高性能な半導
体装置を得ることが可能となり、かつ半導体装置の製造
工程に対する制約も少なくすることができる。
シリコン基板同士を貼り合わせ、その後一体化のための
熱処理を施すことにより、熱処理温度の低温化を図るこ
とができる共に、接着後の残留空間や残留結晶欠陥等を
低減することができる。これにより、より高性能な半導
体装置を得ることが可能となり、かつ半導体装置の製造
工程に対する制約も少なくすることができる。
【0018】一方、本発明の第2の製造方法によるアル
カリ洗浄、すなわち通常の純水中にpHが 8〜10となるよ
うに、有機成分を含まないアルカリを添加した水溶液を
用いた洗浄によれば、上述した溶存酸素濃度が300ppb以
下の純水による洗浄と同様に、OH- 基の作用によって、
シリコン基板表面の平坦化、清浄化、および水素終端が
実現できる。これは、洗浄に用いるアルカリ水溶液中の
溶存酸素濃度とOH- 基濃度との比率により、OH- 基によ
る作用を優先的に生じさせるものである。
カリ洗浄、すなわち通常の純水中にpHが 8〜10となるよ
うに、有機成分を含まないアルカリを添加した水溶液を
用いた洗浄によれば、上述した溶存酸素濃度が300ppb以
下の純水による洗浄と同様に、OH- 基の作用によって、
シリコン基板表面の平坦化、清浄化、および水素終端が
実現できる。これは、洗浄に用いるアルカリ水溶液中の
溶存酸素濃度とOH- 基濃度との比率により、OH- 基によ
る作用を優先的に生じさせるものである。
【0019】ただし、有機成分を含むアルカリを用いる
と、炭素等の再付着による汚染が生じるため、NH4 OHや
ヒドラジン等の有機成分を含まないアルカリを用いるも
のとする。また、アルカリ水溶液のpHが 8未満である
と、OH- 基によるエッチング速度よりも、水溶液中の酸
素成分による酸化膜の形成速度の方が勝り、エッチング
洗浄効果が得られない。また、pHが10を超えると、エッ
チング速度が大きくなり過ぎて、シリコン基板が逆に表
面荒れを起こしてしまう。pHが 8〜10のアルカリ水溶液
によれば、 1〜10nm/h程度のエッチング速度で表面洗浄
でき、図1(b)に示したように、表面を原子レベルで
平坦化でき、かつ清浄化および水素終端することが可能
となる。
と、炭素等の再付着による汚染が生じるため、NH4 OHや
ヒドラジン等の有機成分を含まないアルカリを用いるも
のとする。また、アルカリ水溶液のpHが 8未満である
と、OH- 基によるエッチング速度よりも、水溶液中の酸
素成分による酸化膜の形成速度の方が勝り、エッチング
洗浄効果が得られない。また、pHが10を超えると、エッ
チング速度が大きくなり過ぎて、シリコン基板が逆に表
面荒れを起こしてしまう。pHが 8〜10のアルカリ水溶液
によれば、 1〜10nm/h程度のエッチング速度で表面洗浄
でき、図1(b)に示したように、表面を原子レベルで
平坦化でき、かつ清浄化および水素終端することが可能
となる。
【0020】これらによって、前述の第1の製造方法と
同様に、一体化のための熱処理温度を低温化することが
できる共に、接着後の残留空間や残留結晶欠陥等の発生
を低減することができる。よって、より高性能な半導体
装置を得ることが可能となり、かつ半導体装置の製造工
程に対する制約も少なくすることができる。
同様に、一体化のための熱処理温度を低温化することが
できる共に、接着後の残留空間や残留結晶欠陥等の発生
を低減することができる。よって、より高性能な半導体
装置を得ることが可能となり、かつ半導体装置の製造工
程に対する制約も少なくすることができる。
【0021】なお、フッ酸処理後のシリコン基板表面に
は、図1(a)に示したように、フッ素(F) やフッ酸(H
F)が一部残留する。このような残留 F成分は、アルカリ
水溶液で洗浄する際に不純物、例えばNH4 OH水溶液によ
る洗浄では (NH4 )2 Si F6等の析出原因となるため、
アルカリ水溶液で洗浄する前に純水洗浄することによ
り、 F成分を速やかに加水分解させて、シリコン基板表
面の F成分を除去しておく必要がある。
は、図1(a)に示したように、フッ素(F) やフッ酸(H
F)が一部残留する。このような残留 F成分は、アルカリ
水溶液で洗浄する際に不純物、例えばNH4 OH水溶液によ
る洗浄では (NH4 )2 Si F6等の析出原因となるため、
アルカリ水溶液で洗浄する前に純水洗浄することによ
り、 F成分を速やかに加水分解させて、シリコン基板表
面の F成分を除去しておく必要がある。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0023】まず、本発明における第1の半導体装置の
製造方法に関する実施例について述べる。
製造方法に関する実施例について述べる。
【0024】実施例1 図2は、本発明の一実施例による半導体装置の製造工程
の要部を示す図であり、同図に基いて、この実施例の製
造工程(接着工程)について述べる。まず、 2枚のシリ
コン基板として、鏡面研磨した p型シリコンウェハ11
と n型シリコンウェハ12を用意した。これらシリコン
ウェハ11、12を、図2(a)に示すように、それぞ
れ1%フッ酸水溶液13中に浸漬して、ウェハ表面の残留
不純物、例えば自然酸化膜、有機汚染物、重金属類等を
除去した。
の要部を示す図であり、同図に基いて、この実施例の製
造工程(接着工程)について述べる。まず、 2枚のシリ
コン基板として、鏡面研磨した p型シリコンウェハ11
と n型シリコンウェハ12を用意した。これらシリコン
ウェハ11、12を、図2(a)に示すように、それぞ
れ1%フッ酸水溶液13中に浸漬して、ウェハ表面の残留
不純物、例えば自然酸化膜、有機汚染物、重金属類等を
除去した。
【0025】次に、これらフッ酸処理後の各シリコンウ
ェハ11、12を、図2(b)に示すように、それぞれ
溶存酸素濃度が300ppb以下の純水で洗浄した。この純水
洗浄にあたって、まず大気と遮断された洗浄槽14内に
各シリコンウェハ11、12を収容し、次いで溶存酸素
濃度が300ppb以下の純水15を洗浄槽14内に供給しつ
つ、各シリコンウェハ11、12の表面を洗浄した。純
水洗浄は約30〜60分間実施した。この溶存酸素濃度が 3
00ppb 以下の純水洗浄によって、各シリコンウェハ1
1、12の表面洗浄、平坦化処理および水素終端処理が
なされる。なお、純水洗浄は、フッ酸処理に引き続い
て、フッ酸水溶液と純水との置換を行った後に実施する
ようにしてもよい。
ェハ11、12を、図2(b)に示すように、それぞれ
溶存酸素濃度が300ppb以下の純水で洗浄した。この純水
洗浄にあたって、まず大気と遮断された洗浄槽14内に
各シリコンウェハ11、12を収容し、次いで溶存酸素
濃度が300ppb以下の純水15を洗浄槽14内に供給しつ
つ、各シリコンウェハ11、12の表面を洗浄した。純
水洗浄は約30〜60分間実施した。この溶存酸素濃度が 3
00ppb 以下の純水洗浄によって、各シリコンウェハ1
1、12の表面洗浄、平坦化処理および水素終端処理が
なされる。なお、純水洗浄は、フッ酸処理に引き続い
て、フッ酸水溶液と純水との置換を行った後に実施する
ようにしてもよい。
【0026】次に、上記純水洗浄後の各シリコンウェハ
11、12を乾燥させた後、図2(c)に示すように、
大気中にて p型シリコンウェハ11と n型シリコンウェ
ハ12とを貼り合わせた。上記乾燥は、大気中で行って
もよいが、洗浄槽14内にガス導入管16から窒素、ア
ルゴン、水素、ヘリウムガス等の気体を導入しつつ行っ
てもよい。これにより、大気中の酸素等による汚染をよ
り一層防止することができる。また、シリコンウェハ1
1、12の貼り合わせは、純水中で実施してもよい。
11、12を乾燥させた後、図2(c)に示すように、
大気中にて p型シリコンウェハ11と n型シリコンウェ
ハ12とを貼り合わせた。上記乾燥は、大気中で行って
もよいが、洗浄槽14内にガス導入管16から窒素、ア
ルゴン、水素、ヘリウムガス等の気体を導入しつつ行っ
てもよい。これにより、大気中の酸素等による汚染をよ
り一層防止することができる。また、シリコンウェハ1
1、12の貼り合わせは、純水中で実施してもよい。
【0027】この後、上記貼り合せた 2枚のシリコンウ
ェハ11、12を、図2(d)に示すように、不活性雰
囲気炉17中に配置し、 800℃で 2時間加熱処理して、
接着一体化した。そして、必要寸法に応じて p型シリコ
ンウェハ11を研磨して、図2(e)に示すように、目
的とする接着ウェハ18を得た。なお、当然ながら n型
シリコンウェハ12を研磨するようにしてもよい。
ェハ11、12を、図2(d)に示すように、不活性雰
囲気炉17中に配置し、 800℃で 2時間加熱処理して、
接着一体化した。そして、必要寸法に応じて p型シリコ
ンウェハ11を研磨して、図2(e)に示すように、目
的とする接着ウェハ18を得た。なお、当然ながら n型
シリコンウェハ12を研磨するようにしてもよい。
【0028】上記実施例の接着工程によれば、従来の典
型的な熱処理温度である1000℃よりはるかに低い 800℃
で、所望の接着特性が得られた。これは、溶存酸素濃度
が300ppb以下の純水で洗浄することにより、各シリコン
ウェハ11、12の接着面が原子レベルで平坦化される
と共に、不純物付着が極めて少ない清浄な表面とされた
ことに起因して、熱処理温度の低温化がなされたもので
ある。なお、純水洗浄後のシリコンウェハ表面の平坦度
を、FT−IR(フーリエ変換赤外分光)法により評価
したところ、フッ酸処理後の表面に比べて、Si-H2 ピー
クが減少してSi-Hピークが増加し、シリコンウェハ表面
が平坦化されたことを確認した。
型的な熱処理温度である1000℃よりはるかに低い 800℃
で、所望の接着特性が得られた。これは、溶存酸素濃度
が300ppb以下の純水で洗浄することにより、各シリコン
ウェハ11、12の接着面が原子レベルで平坦化される
と共に、不純物付着が極めて少ない清浄な表面とされた
ことに起因して、熱処理温度の低温化がなされたもので
ある。なお、純水洗浄後のシリコンウェハ表面の平坦度
を、FT−IR(フーリエ変換赤外分光)法により評価
したところ、フッ酸処理後の表面に比べて、Si-H2 ピー
クが減少してSi-Hピークが増加し、シリコンウェハ表面
が平坦化されたことを確認した。
【0029】実施例2 まず、上記実施例1と同様にして、 2枚のシリコンウェ
ハをそれぞれ1%フッ酸水溶液による表面処理および溶存
酸素濃度が300ppb以下の純水による洗浄まで施した後、
一方のシリコンウェハのみを過酸化水素と硫酸との混合
液で処理した。この後、上記混合液で処理したシリコン
ウェハを純水で洗浄し、このシリコンウェハと溶存酸素
濃度が300ppb以下の純水で洗浄したシリコンウェハとを
貼り合わせ、実施例1と同様に加熱処理を施して、接着
一体化した。
ハをそれぞれ1%フッ酸水溶液による表面処理および溶存
酸素濃度が300ppb以下の純水による洗浄まで施した後、
一方のシリコンウェハのみを過酸化水素と硫酸との混合
液で処理した。この後、上記混合液で処理したシリコン
ウェハを純水で洗浄し、このシリコンウェハと溶存酸素
濃度が300ppb以下の純水で洗浄したシリコンウェハとを
貼り合わせ、実施例1と同様に加熱処理を施して、接着
一体化した。
【0030】この実施例の接着工程において、所望の接
着特性が得られる最低の熱処理温度は 765℃であった。
着特性が得られる最低の熱処理温度は 765℃であった。
【0031】実施例3 まず、図3(a)に示すように、一方のシリコンウェハ
として、表面に 0.1〜5μm 程度の均一な絶縁物膜(酸
化シリコン膜)21を有するシリコンウェハ22と、通
常のシリコン表面が露出されたシリコンウェハ23とを
用意した。これら 2枚のシリコンウェハ22、23を、
実施例1と同様にして、1%フッ酸水溶液で表面処理した
後、溶存酸素濃度が300ppb以下の純水で洗浄した。
として、表面に 0.1〜5μm 程度の均一な絶縁物膜(酸
化シリコン膜)21を有するシリコンウェハ22と、通
常のシリコン表面が露出されたシリコンウェハ23とを
用意した。これら 2枚のシリコンウェハ22、23を、
実施例1と同様にして、1%フッ酸水溶液で表面処理した
後、溶存酸素濃度が300ppb以下の純水で洗浄した。
【0032】次に、シリコンウェハ22表面の絶縁物膜
21を介して、 2枚のシリコンウェハ22、23を貼り
合わせた後、実施例1と同様に加熱処理を施して接着一
体化した。そして、必要寸法に応じてシリコンウェハ2
3を研磨して、図3(b)に示すように、絶縁物膜21
を介した接着ウェハ24を得た。
21を介して、 2枚のシリコンウェハ22、23を貼り
合わせた後、実施例1と同様に加熱処理を施して接着一
体化した。そして、必要寸法に応じてシリコンウェハ2
3を研磨して、図3(b)に示すように、絶縁物膜21
を介した接着ウェハ24を得た。
【0033】この実施例の接着工程において、所望の接
着特性が得られる最低の熱処理温度は 750℃であった。
このように、一方のシリコンウェハが絶縁膜を有する場
合においても、溶存酸素濃度が300ppb以下の純水で平坦
化できるため、低温接着が可能となる。
着特性が得られる最低の熱処理温度は 750℃であった。
このように、一方のシリコンウェハが絶縁膜を有する場
合においても、溶存酸素濃度が300ppb以下の純水で平坦
化できるため、低温接着が可能となる。
【0034】次に、本発明における第2の半導体装置の
製造方法に関する実施例について述べる。
製造方法に関する実施例について述べる。
【0035】実施例4 まず、 2枚のシリコンウェハを、実施例1と同様にし
て、1%フッ酸水溶液中に浸漬し、ウェハ表面の残留不純
物、例えば自然酸化膜、有機汚染物、重金属類等を除去
した。次いで、通常の純水(溶存酸素濃度:数ppm 程
度)で洗浄して、ウェハ表面の残留 F成分を除去した。
て、1%フッ酸水溶液中に浸漬し、ウェハ表面の残留不純
物、例えば自然酸化膜、有機汚染物、重金属類等を除去
した。次いで、通常の純水(溶存酸素濃度:数ppm 程
度)で洗浄して、ウェハ表面の残留 F成分を除去した。
【0036】上記純水洗浄に引き続いて、純水にNH4 OH
をpH=9となるように添加したアルカリ水溶液で洗浄し
た。このアルカリ水溶液の準備方法としては、図4に示
すように、純水にNH4 OH液を添加した洗浄液31をタン
ク32に貯蔵しておくか、あるいは図5に示すように、
純水33を貯蔵したタンク34の液吐出管34aの途中
に、NH4 OH液35を供給タンク36を設置しておくとよ
い。また、NH4 OHの添加量については、 H2 O:NH4 OH(2
5%水溶液)=2000:1程度にするとpH=9となる。
をpH=9となるように添加したアルカリ水溶液で洗浄し
た。このアルカリ水溶液の準備方法としては、図4に示
すように、純水にNH4 OH液を添加した洗浄液31をタン
ク32に貯蔵しておくか、あるいは図5に示すように、
純水33を貯蔵したタンク34の液吐出管34aの途中
に、NH4 OH液35を供給タンク36を設置しておくとよ
い。また、NH4 OHの添加量については、 H2 O:NH4 OH(2
5%水溶液)=2000:1程度にするとpH=9となる。
【0037】上記アルカリ洗浄液で処理したシリコンウ
ェハの表面状態について、以下のようにして測定、評価
した。まず、パーティクル量(0.3μm 以下)を評価した
ところ、20numbers/wafer 以下という結果が得られた。
なお、重金属はフッ酸処理によりほとんど除去すること
ができた。この点については全反射蛍光X線により、F
e、Al、Zn、Niは1011atoms/cm2 以下という結果が得ら
れた。
ェハの表面状態について、以下のようにして測定、評価
した。まず、パーティクル量(0.3μm 以下)を評価した
ところ、20numbers/wafer 以下という結果が得られた。
なお、重金属はフッ酸処理によりほとんど除去すること
ができた。この点については全反射蛍光X線により、F
e、Al、Zn、Niは1011atoms/cm2 以下という結果が得ら
れた。
【0038】また、シリコンウェハ表面の平坦度をFT
−IR法により評価した。図6に、シリコン(111) ウェ
ハのフッ酸処理後および希NH4 OH水溶液による洗浄後の
結果を示す。シリコン(111) の理想表面は、Si-Hだけの
モードになり、それ以外の吸収は表面凹凸を意味する。
図6から、フッ酸処理直後はSi-H以外にSi-H2 の吸収ピ
ークがあり、表面が荒れていることが分かる。これに対
し、希NH4 OH水溶液による洗浄後の表面の吸収ピークは
Si-Hが増加し、Si-H2 が減少している。これは、シリコ
ン表面の平坦化が生じたことを意味し、化学的に安定な
表面になることを意味する。
−IR法により評価した。図6に、シリコン(111) ウェ
ハのフッ酸処理後および希NH4 OH水溶液による洗浄後の
結果を示す。シリコン(111) の理想表面は、Si-Hだけの
モードになり、それ以外の吸収は表面凹凸を意味する。
図6から、フッ酸処理直後はSi-H以外にSi-H2 の吸収ピ
ークがあり、表面が荒れていることが分かる。これに対
し、希NH4 OH水溶液による洗浄後の表面の吸収ピークは
Si-Hが増加し、Si-H2 が減少している。これは、シリコ
ン表面の平坦化が生じたことを意味し、化学的に安定な
表面になることを意味する。
【0039】また実際に、AESにより評価したウェハ
表面上の C、 O、 N、 F成分による不純物量は検出限界
以下であり、1%未満であった。また、XPSによる評価
でも、酸化成分はないことを判明した。すなわち、希NH
4 OH水溶液を用いた洗浄によって、不純物がなく、水素
終端された平坦で安定なシリコン表面を簡便に得ること
が可能となる。
表面上の C、 O、 N、 F成分による不純物量は検出限界
以下であり、1%未満であった。また、XPSによる評価
でも、酸化成分はないことを判明した。すなわち、希NH
4 OH水溶液を用いた洗浄によって、不純物がなく、水素
終端された平坦で安定なシリコン表面を簡便に得ること
が可能となる。
【0040】次に、上記希NH4 OH水溶液で洗浄した 2枚
のシリコンウェハを貼り合わせた後、実施例1と同様に
加熱処理を施して接着一体化し、目的とする接着ウェハ
を得た。この実施例の接着工程においても、前述した各
実施例の接着工程と同様に、低温での熱処理により所望
の接着特性が得られた。また、一方のシリコンウェハが
絶縁膜を有する場合についても、同様な結果が得られ
た。
のシリコンウェハを貼り合わせた後、実施例1と同様に
加熱処理を施して接着一体化し、目的とする接着ウェハ
を得た。この実施例の接着工程においても、前述した各
実施例の接着工程と同様に、低温での熱処理により所望
の接着特性が得られた。また、一方のシリコンウェハが
絶縁膜を有する場合についても、同様な結果が得られ
た。
【0041】なお、溶存酸素濃度が300ppb以下の純水に
よる洗浄や、pHが 8〜10の有機成分を含まないアルカリ
水溶液による洗浄によるシリコン表面の平坦化処理時間
には、最適値が存在する。この最適時間は、処理条件例
えば純水中の溶存酸素濃度や純水の供給量、アルカリ水
溶液のpH等によって変化するため、実験的に最適値を求
めて、洗浄を実施することが好ましい。
よる洗浄や、pHが 8〜10の有機成分を含まないアルカリ
水溶液による洗浄によるシリコン表面の平坦化処理時間
には、最適値が存在する。この最適時間は、処理条件例
えば純水中の溶存酸素濃度や純水の供給量、アルカリ水
溶液のpH等によって変化するため、実験的に最適値を求
めて、洗浄を実施することが好ましい。
【0042】また、上記希NH4 OH水溶液等のアルカリ水
溶液による洗浄は、接着工程の前処理に限らず、シリコ
ン基板の各種工程、例えばエピタキシャル成長工程、酸
化膜形成工程等の前処理に適用することが可能である。
溶液による洗浄は、接着工程の前処理に限らず、シリコ
ン基板の各種工程、例えばエピタキシャル成長工程、酸
化膜形成工程等の前処理に適用することが可能である。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、シリコン基板表面を簡便に原子
レベルで平坦化することができ、かつ安定で清浄な表面
が得られるため、貼り合わせ後の熱処理温度の低温化が
実現できる共に、接着界面における残留欠陥の低減が図
れる。よって、接着特性に優れたシリコン接着基板を安
定に、かつ簡便に提供することが可能となる。
置の製造方法によれば、シリコン基板表面を簡便に原子
レベルで平坦化することができ、かつ安定で清浄な表面
が得られるため、貼り合わせ後の熱処理温度の低温化が
実現できる共に、接着界面における残留欠陥の低減が図
れる。よって、接着特性に優れたシリコン接着基板を安
定に、かつ簡便に提供することが可能となる。
【図1】 本発明の製造方法によるシリコン基板表面の
状態を模式的に示す図であって、(a)はフッ酸処理後
を示す図、(b)は溶存酸素濃度が300ppb以下の純水に
よる洗浄後またはpHが 8〜10の有機成分を含まないアル
カリ水溶液による洗浄後を示す図である。
状態を模式的に示す図であって、(a)はフッ酸処理後
を示す図、(b)は溶存酸素濃度が300ppb以下の純水に
よる洗浄後またはpHが 8〜10の有機成分を含まないアル
カリ水溶液による洗浄後を示す図である。
【図2】 本発明の一実施例による半導体装置の製造工
程の要部を示す断面図である。
程の要部を示す断面図である。
【図3】 本発明の他の実施例による接着工程を示す図
である。
である。
【図4】 本発明の製造方法におけるアルカリ水溶液の
供給方法の一例を示す図である。
供給方法の一例を示す図である。
【図5】 本発明の製造方法におけるアルカリ水溶液の
供給方法の他の例を示す図である。
供給方法の他の例を示す図である。
【図6】 本発明の実施例によるシリコン(111) 表面の
フッ酸処理後および希NH4 OH水溶液による処理後のFT
−IR測定結果を示す図である。
フッ酸処理後および希NH4 OH水溶液による処理後のFT
−IR測定結果を示す図である。
11、12……シリコンウェハ 13……フッ酸水溶液 15……溶存酸素濃度が300ppb以下の純水 17……不活性雰囲気炉 18……接着シリコンウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金谷 宏行 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (2)
- 【請求項1】 少なくとも一方はシリコン表面が露出さ
れた 2枚のシリコン基板を接着一体化する工程を有する
半導体装置の製造方法において、 前記 2枚のシリコン基板を、少なくともフッ酸を含む処
理液で表面処理する工程と、 前記表面処理した 2枚のシリコン基板を、溶存酸素濃度
が300ppb以下の純水で洗浄する工程と、 前記 2枚のシリコン基板を貼り合わせた後、加熱により
一体化する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項2】 少なくとも一方はシリコン表面が露出さ
れた 2枚のシリコン基板を接着一体化する工程を有する
半導体装置の製造方法において、 前記 2枚のシリコン基板を、少なくともフッ酸を含む処
理液で表面処理する工程と、 前記表面処理した 2枚のシリコン基板を純水で洗浄した
後、pHが 8〜10の有機成分を含まないアルカリ水溶液で
洗浄する工程と、 前記 2枚のシリコン基板を貼り合わせた後、加熱により
一体化する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21131293A JP3535539B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21131293A JP3535539B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0766094A true JPH0766094A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3535539B2 JP3535539B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=16603860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21131293A Expired - Fee Related JP3535539B2 (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3535539B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002185080A (ja) * | 2000-12-15 | 2002-06-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2008311596A (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-25 | Seiko Epson Corp | シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0521765A (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-29 | Fujitsu Ltd | 半導体基板の製造方法 |
| JPH05198549A (ja) * | 1991-08-26 | 1993-08-06 | Nippondenso Co Ltd | 半導体基板の製造方法 |
-
1993
- 1993-08-26 JP JP21131293A patent/JP3535539B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0521765A (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-29 | Fujitsu Ltd | 半導体基板の製造方法 |
| JPH05198549A (ja) * | 1991-08-26 | 1993-08-06 | Nippondenso Co Ltd | 半導体基板の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002185080A (ja) * | 2000-12-15 | 2002-06-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2008311596A (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-25 | Seiko Epson Corp | シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3535539B2 (ja) | 2004-06-07 |
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