JPH11154652A - ２つの構造体の分子結合および分子結合解除のための処理プロセス - Google Patents
２つの構造体の分子結合および分子結合解除のための処理プロセスInfo
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- JPH11154652A JPH11154652A JP10233268A JP23326898A JPH11154652A JP H11154652 A JPH11154652 A JP H11154652A JP 10233268 A JP10233268 A JP 10233268A JP 23326898 A JP23326898 A JP 23326898A JP H11154652 A JPH11154652 A JP H11154652A
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- Y10S148/135—Removal of substrate
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Element Separation (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 強力な分子結合を２つの構造体間に与え、か
つ、結合界面に沿って構造体を分離することもできる結
合処理を提供する。 【解決手段】 結合界面２２４における分子接着による
２つの構造体２００，２２０の結合および前記結合界面
に沿う前記２つの構造体の結合解除のための処理プロセ
スであって、構造体２００，２２０内を結合界面に向か
って拡散することができる少なくとも１つの要素を含む
少なくとも１つの構造体２００，２２０を使用して結合
を行い、結合界面を弱くするために結合界面２２４に向
かって拡散させるように十分な熱供給を伴う熱処理を使
用して結合解除を行う。
つ、結合界面に沿って構造体を分離することもできる結
合処理を提供する。 【解決手段】 結合界面２２４における分子接着による
２つの構造体２００，２２０の結合および前記結合界面
に沿う前記２つの構造体の結合解除のための処理プロセ
スであって、構造体２００，２２０内を結合界面に向か
って拡散することができる少なくとも１つの要素を含む
少なくとも１つの構造体２００，２２０を使用して結合
を行い、結合界面を弱くするために結合界面２２４に向
かって拡散させるように十分な熱供給を伴う熱処理を使
用して結合解除を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、分子接着により
２つの構造体を結合および結合解除(unbond)するための
処理プロセスに関する。構造体は、接着により他の部分
と結合され得る任意の精密機械的な、または、集積され
た光学的な部分、または超小型電子部分である。例え
ば、この種の構造体は、電子式、光学式または機械式の
要素が備えられまたは備えられていない基板または支持
板とすることができる。さらに、分子接着による結合
は、相互に接触した構造体の表面に存在する化学的な終
端間の相互作用を含んでいる。
２つの構造体を結合および結合解除(unbond)するための
処理プロセスに関する。構造体は、接着により他の部分
と結合され得る任意の精密機械的な、または、集積され
た光学的な部分、または超小型電子部分である。例え
ば、この種の構造体は、電子式、光学式または機械式の
要素が備えられまたは備えられていない基板または支持
板とすることができる。さらに、分子接着による結合
は、相互に接触した構造体の表面に存在する化学的な終
端間の相互作用を含んでいる。
【０００２】この発明は、特に、集積回路を有する装置
の製造に用途を有している。いくつかの製造プロセスに
おいて、集積回路を包含する半導体基板は、補強基板と
結合されなければならず、かつ、その後、処理の終了時
に分離される。
の製造に用途を有している。いくつかの製造プロセスに
おいて、集積回路を包含する半導体基板は、補強基板と
結合されなければならず、かつ、その後、処理の終了時
に分離される。
【０００３】
【従来の技術】上述したように、そして、特に、動力回
路の製造に関する超小型電子アプリケーションにおい
て、集積された電子回路からなる半導体ウェーハは、広
くて薄い板の形態をしている。例えば、４インチ（約１
０ｃｍ）の直径と２００μｍより小さい厚さ寸法を有す
るウェーハが使用される。
路の製造に関する超小型電子アプリケーションにおい
て、集積された電子回路からなる半導体ウェーハは、広
くて薄い板の形態をしている。例えば、４インチ（約１
０ｃｍ）の直径と２００μｍより小さい厚さ寸法を有す
るウェーハが使用される。
【０００４】超小型電子装置の製造のための、例えば、
フォトリピータ(photorepeater)のような標準的な装置
は、この薄さの基板を処理するのには適していない。さ
らに、薄い半導体基板は、壊れやすく、取扱いステッ
プ、特に、自動処理装置を使用した取扱いに適していな
い。この薄い基板または集積回路を有しまたは有しない
基板の表面層は「取扱い基板(handling substrate)」と
も呼ばれる処理サポート上に接着されてもよい。取扱い
基板は、したがって、全ての必要な処理および操作のた
めに十分な機械的強度を提供する。
フォトリピータ(photorepeater)のような標準的な装置
は、この薄さの基板を処理するのには適していない。さ
らに、薄い半導体基板は、壊れやすく、取扱いステッ
プ、特に、自動処理装置を使用した取扱いに適していな
い。この薄い基板または集積回路を有しまたは有しない
基板の表面層は「取扱い基板(handling substrate)」と
も呼ばれる処理サポート上に接着されてもよい。取扱い
基板は、したがって、全ての必要な処理および操作のた
めに十分な機械的強度を提供する。
【０００５】以下に示された添付の図１〜図３は、一例
として、集積回路を含む薄層の移動を示している。図１
において符号１０として示された薄層は、最初に、ソー
ス基板と呼ばれる基板１２に固定されている。薄層は図
示しない集積された電子部品および回路を具備してい
る。
として、集積回路を含む薄層の移動を示している。図１
において符号１０として示された薄層は、最初に、ソー
ス基板と呼ばれる基板１２に固定されている。薄層は図
示しない集積された電子部品および回路を具備してい
る。
【０００６】ソース基板１２および薄い表面層１０は、
該薄い表面層を取扱い基板１４上に接着することによ
り、取扱い基板１４上に移動される。このようにして得
られた構造体が、図１に示されている。ソース基板は、
その後、図２に示される構造体を得るために、研削また
は分割のような処理、エッチングおよび／またはポリッ
シングによって消滅される。集積回路を具備する薄層１
０は、その後、取扱い基板１４上に逆さまにして接着さ
れる。したがって、取扱い基板は、他の製造操作または
処理のために必要な剛性をこの層に付与する。
該薄い表面層を取扱い基板１４上に接着することによ
り、取扱い基板１４上に移動される。このようにして得
られた構造体が、図１に示されている。ソース基板は、
その後、図２に示される構造体を得るために、研削また
は分割のような処理、エッチングおよび／またはポリッ
シングによって消滅される。集積回路を具備する薄層１
０は、その後、取扱い基板１４上に逆さまにして接着さ
れる。したがって、取扱い基板は、他の製造操作または
処理のために必要な剛性をこの層に付与する。
【０００７】図３に示される最終ステップにおいて、電
子回路を含む薄層１０は、それが永久的に固定されるタ
ーゲット基板または目標基板１６に移動させられる。目
標基板１６への取付後に、薄層１０は、取扱い基板１４
から分離される。したがって、取扱い基板１４は、図３
に破線で示されている。この種の処理は、文献（１）に
詳細に説明されており、この文献については、この発明
の詳細な説明の末尾に参照されている。
子回路を含む薄層１０は、それが永久的に固定されるタ
ーゲット基板または目標基板１６に移動させられる。目
標基板１６への取付後に、薄層１０は、取扱い基板１４
から分離される。したがって、取扱い基板１４は、図３
に破線で示されている。この種の処理は、文献（１）に
詳細に説明されており、この文献については、この発明
の詳細な説明の末尾に参照されている。
【０００８】薄層１０は、例えば、適当な接着剤を用い
て、熱を加えないで、取扱い基板１４に接着され得る。
接着は、その後、撤回可能であり、薄層１０を取扱い基
板から分離することができる。しかしながら、薄層１０
と取扱い基板１４との間にあられる接着は、特に、その
後の高温における処理に対しては不十分であってもよ
い。特に、接着剤は、高温に耐えることができない。
て、熱を加えないで、取扱い基板１４に接着され得る。
接着は、その後、撤回可能であり、薄層１０を取扱い基
板から分離することができる。しかしながら、薄層１０
と取扱い基板１４との間にあられる接着は、特に、その
後の高温における処理に対しては不十分であってもよ
い。特に、接着剤は、高温に耐えることができない。
【０００９】さらに、接着のために添加される材料（接
着剤）は、その後の処理の間に、接着された部分の金属
的な、または、有機的な汚染を生じることになる。これ
らの不都合は、接着剤または添加材を全く使用しない分
子結合による好適な接着により避けられる。２つの構造
体の分子接着による結合は、４つの主なステップを含ん
でおり、これらについては以下に説明する。
着剤）は、その後の処理の間に、接着された部分の金属
的な、または、有機的な汚染を生じることになる。これ
らの不都合は、接着剤または添加材を全く使用しない分
子結合による好適な接着により避けられる。２つの構造
体の分子接着による結合は、４つの主なステップを含ん
でおり、これらについては以下に説明する。
【００１０】第１のステップは、接触させられるように
なる構造体の表面の準備である。良質の分子結合には、
好ましくは０．５ｎｍ（４Å）より小さくあるべきであ
る表面粗度、表面上に塵（粒子サイズ＞０．２μｍ）の
無いこと、接触させられる表面の平坦度およびこれらの
表面の化学的状態のような重要なパラメータの調節が必
要である。したがって、第１のステップは、主として、
異質の粒子を消滅させ、これらの表面を親水性にするた
めに接着されるべき構造体の表面を清掃することからな
っている。
なる構造体の表面の準備である。良質の分子結合には、
好ましくは０．５ｎｍ（４Å）より小さくあるべきであ
る表面粗度、表面上に塵（粒子サイズ＞０．２μｍ）の
無いこと、接触させられる表面の平坦度およびこれらの
表面の化学的状態のような重要なパラメータの調節が必
要である。したがって、第１のステップは、主として、
異質の粒子を消滅させ、これらの表面を親水性にするた
めに接着されるべき構造体の表面を清掃することからな
っている。
【００１１】図４は、その１つの表面２２が親水性にさ
れたシリコン基板２０からなる結合のための構造体を示
している。表面２２は、本質的にＳｉ−ＯＨ化学基から
なる第１の親水性層２４と、該親水性基２４上に吸収さ
れる１つ（または複数）の水Ｈ2Ｏの層２６とを具備し
ている。
れたシリコン基板２０からなる結合のための構造体を示
している。表面２２は、本質的にＳｉ−ＯＨ化学基から
なる第１の親水性層２４と、該親水性基２４上に吸収さ
れる１つ（または複数）の水Ｈ2Ｏの層２６とを具備し
ている。
【００１２】第２のステップは、２つの構造体の親水性
表面を接触状態に結合されるようにすることからなって
いる。それらを接触状態とすることは、これらの構造体
上に吸収された水層を、相互に作用させるように、それ
らに対して十分に近接させるようになる。水の分子間に
印加される引力は、各構造体の表面全体に沿って徐々に
伝播される。接触している表面は、その後、一体に結合
される。
表面を接触状態に結合されるようにすることからなって
いる。それらを接触状態とすることは、これらの構造体
上に吸収された水層を、相互に作用させるように、それ
らに対して十分に近接させるようになる。水の分子間に
印加される引力は、各構造体の表面全体に沿って徐々に
伝播される。接触している表面は、その後、一体に結合
される。
【００１３】刃挿入方法(blade insertion method)によ
り測定されるような結合エネルギは、０．１５Ｊ／ｍ2
程度のものである。この値は、典型的には、各構造体上
の２つの水層の間の水素形式の接着剤の値である。この
説明の末尾において参照されている文献（２）は、刃挿
入方法の図示を含んでいる。
り測定されるような結合エネルギは、０．１５Ｊ／ｍ2
程度のものである。この値は、典型的には、各構造体上
の２つの水層の間の水素形式の接着剤の値である。この
説明の末尾において参照されている文献（２）は、刃挿
入方法の図示を含んでいる。
【００１４】第３のステップは、接着剤の固化熱処理か
らなっている。熱処理は、２００℃程度の温度まで及ん
で、組み立てられた構造体の間の水層を消滅させること
ができる。
らなっている。熱処理は、２００℃程度の温度まで及ん
で、組み立てられた構造体の間の水層を消滅させること
ができる。
【００１５】構造体の接着は、その後、各構造体におけ
るＳｉ−ＯＨ化学基の層間のＯＨ基の結合によりそれぞ
れ行われる。Ｓｉ−ＯＨ基の層は、図４に参照符号２４
として示されていることを特筆しておく。この相互作用
は接触している２つ構造体の距離を低減させ、かつ、追
加のＯＨ基の相互作用に帰結する。このように、結合エ
ネルギは、２００℃〜９００℃の処理温度に対して増加
する。
るＳｉ−ＯＨ化学基の層間のＯＨ基の結合によりそれぞ
れ行われる。Ｓｉ−ＯＨ基の層は、図４に参照符号２４
として示されていることを特筆しておく。この相互作用
は接触している２つ構造体の距離を低減させ、かつ、追
加のＯＨ基の相互作用に帰結する。このように、結合エ
ネルギは、２００℃〜９００℃の処理温度に対して増加
する。
【００１６】最後に、９００℃より高い熱処理からなる
第４のステップが存在してもよい。このステップにおい
て、相互作用するＳｉ−ＯＨ基は、より強靭なＳｉ−Ｏ
−Ｓｉ形式の結合に変化する。したがって、これによ
り、結合エネルギの非常に大きな増加が与えられる。
第４のステップが存在してもよい。このステップにおい
て、相互作用するＳｉ−ＯＨ基は、より強靭なＳｉ−Ｏ
−Ｓｉ形式の結合に変化する。したがって、これによ
り、結合エネルギの非常に大きな増加が与えられる。
【００１７】図５のグラフは、分子接着により結合され
た構造体間の単位面積当たりの結合エネルギを縦座標と
した、処理温度の関数として示している。結合エネルギ
は、Ｊ／ｍ2で表され、温度は℃で表されている。
た構造体間の単位面積当たりの結合エネルギを縦座標と
した、処理温度の関数として示している。結合エネルギ
は、Ｊ／ｍ2で表され、温度は℃で表されている。
【００１８】グラフ中の領域３２，３３，３４は、結合
プロセスにおける第２、第３および第４のステップに関
連し、水層間の水素形式の相互作用、ＯＨ基（参照符号
２４）間の水素相互作用、および、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ形式
の相互作用にそれぞれ対応している。シリコンウェーハ
の結合のより良好な説明は、文献（３）に見いだすこと
ができ、この文献はこの説明の末尾において参照されて
いる。
プロセスにおける第２、第３および第４のステップに関
連し、水層間の水素形式の相互作用、ＯＨ基（参照符号
２４）間の水素相互作用、および、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ形式
の相互作用にそれぞれ対応している。シリコンウェーハ
の結合のより良好な説明は、文献（３）に見いだすこと
ができ、この文献はこの説明の末尾において参照されて
いる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】６００℃を超える処理
温度においては、２つの組み立てられた構造体を、それ
らの厳しい劣化を生じさせることなく分解することは不
可能になる。組み立てられた構造体がシリコン基板であ
る場合には、２Ｊ／ｍ2より大きな結合エネルギが得ら
れ得る。これらのエネルギは、シリコン材料の凝集エネ
ルギと同程度の大きさのものである。
温度においては、２つの組み立てられた構造体を、それ
らの厳しい劣化を生じさせることなく分解することは不
可能になる。組み立てられた構造体がシリコン基板であ
る場合には、２Ｊ／ｍ2より大きな結合エネルギが得ら
れ得る。これらのエネルギは、シリコン材料の凝集エネ
ルギと同程度の大きさのものである。
【００２０】図１〜図３に示されたような移動プロセス
において分子結合が使用される場合には、薄層または取
扱い基板を破壊することなく、機械的な力をかけて薄層
から取扱い基板を分離することが不可能であることは、
即座に明らかである。したがって、薄層は、取扱い基板
を消滅させることにより該取扱い基板から分離される。
例えば、取扱い基板は、研削および／または機械化学的
浸食によって消滅され得る。
において分子結合が使用される場合には、薄層または取
扱い基板を破壊することなく、機械的な力をかけて薄層
から取扱い基板を分離することが不可能であることは、
即座に明らかである。したがって、薄層は、取扱い基板
を消滅させることにより該取扱い基板から分離される。
例えば、取扱い基板は、研削および／または機械化学的
浸食によって消滅され得る。
【００２１】この場合に、薄層を移動するためのプロセ
スは、各処理された薄層のために取扱い層を犠牲にする
ことを含んでいる。この犠牲は、大きな生産コストをも
生み出すものである。
スは、各処理された薄層のために取扱い層を犠牲にする
ことを含んでいる。この犠牲は、大きな生産コストをも
生み出すものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、第１
に非常に強力な分子結合を２つの構造体の間に与えるこ
とができ、かつ、結合界面に沿って該構造体を結合解除
することもできる２つの構造体の結合のために処理を提
供することである。この発明の他の目的は、組み立てら
れた構造体に損傷を与えない結合解除を可能にする処理
を提案することである。さらに詳細に、これらの目的を
達成するために、この発明の目的は、２つの構造体を、
結合界面上の分子接着により結合し、かつ該結合界面に
沿って２つの構造体を分離するための処理プロセスであ
る。
に非常に強力な分子結合を２つの構造体の間に与えるこ
とができ、かつ、結合界面に沿って該構造体を結合解除
することもできる２つの構造体の結合のために処理を提
供することである。この発明の他の目的は、組み立てら
れた構造体に損傷を与えない結合解除を可能にする処理
を提案することである。さらに詳細に、これらの目的を
達成するために、この発明の目的は、２つの構造体を、
結合界面上の分子接着により結合し、かつ該結合界面に
沿って２つの構造体を分離するための処理プロセスであ
る。
【００２３】この発明によれば、 − 構造体内を結合界面に拡散することができる少なく
とも１つの要素を含む少なくとも１つの構造体を使用し
て結合が行われ、 − 該結合界面を弱めるために、前記要素を結合界面に
向けて拡散させるのに十分な熱供給による結合解除(unb
onding)のために、熱処理が使用される。
とも１つの要素を含む少なくとも１つの構造体を使用し
て結合が行われ、 − 該結合界面を弱めるために、前記要素を結合界面に
向けて拡散させるのに十分な熱供給による結合解除(unb
onding)のために、熱処理が使用される。
【００２４】拡散を生じさせることができる要素は、材
料の中に本質的に存在するかまたは、材料内に故意にま
たは偶発的に添加された任意の要素または化合物を指し
ており、結合界面と反応するために、結合界面に向かっ
て材料内を移動することができる。この要素は、その
後、熱処理中にこの界面を変質させることができ、か
つ、界面の各側の２つの部材の分離を生じさせる。この
分離は、熱処理中に界面において形成されるガス相によ
り補助され得る。
料の中に本質的に存在するかまたは、材料内に故意にま
たは偶発的に添加された任意の要素または化合物を指し
ており、結合界面と反応するために、結合界面に向かっ
て材料内を移動することができる。この要素は、その
後、熱処理中にこの界面を変質させることができ、か
つ、界面の各側の２つの部材の分離を生じさせる。この
分離は、熱処理中に界面において形成されるガス相によ
り補助され得る。
【００２５】さらに、熱供給は、構造体にかけられる時
間／温度の対により実行されかつ定義される熱処理の合
計を意味している。したがって、（結合界面の各側の）
２つの部材を分離するように設計された熱処理は、結合
解除前の組み立てられた構造体にかけられる熱処理を考
慮してもよい。
間／温度の対により実行されかつ定義される熱処理の合
計を意味している。したがって、（結合界面の各側の）
２つの部材を分離するように設計された熱処理は、結合
解除前の組み立てられた構造体にかけられる熱処理を考
慮してもよい。
【００２６】プロセスの１つの特定の実施形態によれ
ば、水素注入が少なくとも一方の構造体内に、結合前に
行われてもよい。前記要素を構成する水素は、構造体内
で拡散可能である。
ば、水素注入が少なくとも一方の構造体内に、結合前に
行われてもよい。前記要素を構成する水素は、構造体内
で拡散可能である。
【００２７】例えば、注入は、１０16〜５×１０
16(５．１０16)（Ｈ+／ｃｍ2）の投与量および２０〜５
００ｋｅＶのエネルギでシリコン内に実施される。好ま
しくは、投与量は３×１０16(３．１０16)（イオン／ｃ
ｍ2）程度であり、注入エネルギは、７０ｋｅＶ程度で
ある。投与量は、注入条件に依存し、特に、注入中の構
造体の温度に依存する。
16(５．１０16)（Ｈ+／ｃｍ2）の投与量および２０〜５
００ｋｅＶのエネルギでシリコン内に実施される。好ま
しくは、投与量は３×１０16(３．１０16)（イオン／ｃ
ｍ2）程度であり、注入エネルギは、７０ｋｅＶ程度で
ある。投与量は、注入条件に依存し、特に、注入中の構
造体の温度に依存する。
【００２８】１つの変形例によれば、プラズマ強化化学
蒸着により形成されＯＨ分子を含む表面酸化物層を具備
する少なくとも１つの構造体が使用されてもよく、前記
要素を形成する前記ＯＨ分子は拡散することができる。
例えば、結合解除のための熱処理は、６００〜１３５０
℃の温度で、シリコンに対して実施され得る。この温度
は、ガリウム砒素（ＡｓＧａ）に対しては、２００〜６
００℃程度となるように選択される。炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）に対して、選択された温度は、６００℃と１３５０
℃を超える溶融温度との間の温度である。
蒸着により形成されＯＨ分子を含む表面酸化物層を具備
する少なくとも１つの構造体が使用されてもよく、前記
要素を形成する前記ＯＨ分子は拡散することができる。
例えば、結合解除のための熱処理は、６００〜１３５０
℃の温度で、シリコンに対して実施され得る。この温度
は、ガリウム砒素（ＡｓＧａ）に対しては、２００〜６
００℃程度となるように選択される。炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）に対して、選択された温度は、６００℃と１３５０
℃を超える溶融温度との間の温度である。
【００２９】例えば、熱処理は、加熱ランプの下で、ま
たは炉内において、行われ得る。組み立てられる構造体
は、単一の固体材料からなる構造体からなっていてもよ
く、または、処理されたまたは処理されていない領域を
含む多層構造体からなっていてもよい。
たは炉内において、行われ得る。組み立てられる構造体
は、単一の固体材料からなる構造体からなっていてもよ
く、または、処理されたまたは処理されていない領域を
含む多層構造体からなっていてもよい。
【００３０】構造体の多層の性質は、結合解除ステップ
中の構造体の分離を容易にする内部応力を有益に発生す
る。同様に、組み立てられるべき前記構造体の少なくと
も１つにおける表面は、結合前に、レリーフを形成する
ように準備されてもよい。このレリーフも、結合解除に
際して構造体の分離を容易にする。
中の構造体の分離を容易にする内部応力を有益に発生す
る。同様に、組み立てられるべき前記構造体の少なくと
も１つにおける表面は、結合前に、レリーフを形成する
ように準備されてもよい。このレリーフも、結合解除に
際して構造体の分離を容易にする。
【００３１】最後に、結合解除をさらに容易にするため
に構造体に外部分離力が印加され得る。例えば、張力ま
たは曲げ力、またはせん断力が、構造体間の界面に刃を
挿入することにより、構造体に印加され得る。この発明
の他の特徴および利点は、添付図面における図を参照し
た以下の説明からより明らかになる。この説明は、例示
のためとしてのみ与えられるものであり、限定的な方法
で与えられるものではない。
に構造体に外部分離力が印加され得る。例えば、張力ま
たは曲げ力、またはせん断力が、構造体間の界面に刃を
挿入することにより、構造体に印加され得る。この発明
の他の特徴および利点は、添付図面における図を参照し
た以下の説明からより明らかになる。この説明は、例示
のためとしてのみ与えられるものであり、限定的な方法
で与えられるものではない。
【００３２】
【発明の実施の形態】既に説明された図１は、取扱い基
板と呼ばれる他の基板と組み合わせられたソース基板と
呼ばれる基板上に薄層を具備する構造の概略的な断面図
である。既に説明された図２は、薄層が結合される取扱
い基板の概略的な断面図である。既に説明された図３
は、目標基板と呼ばれる基板上に移動された薄層の概略
的な断面図である。図４は、分子結合のために準備され
た構造体の概略的な断面図である。図５は、分子結合ス
テップ中の２つの構造体間の結合エネルギを示すグラフ
である。図６は、シリコンウェーハを具備する構造体の
概略的な断面図であり、この発明による分子結合のため
のこの構造体の準備を示している。図７は、シリコンウ
ェーハを具備する他の構造体に結合された図６の構造体
の断面図である。図８および図９は、図７に示された組
み立てられた構造体の断面を示しており、この発明に従
う結合解除のための処理ステップを示している。図１０
は、この発明に従う２つの構造体の分子結合により得ら
れた他の組立体の断面を示している。図１１は、この発
明による結合解除処理中の図１０における組立体の断面
を示している。
板と呼ばれる他の基板と組み合わせられたソース基板と
呼ばれる基板上に薄層を具備する構造の概略的な断面図
である。既に説明された図２は、薄層が結合される取扱
い基板の概略的な断面図である。既に説明された図３
は、目標基板と呼ばれる基板上に移動された薄層の概略
的な断面図である。図４は、分子結合のために準備され
た構造体の概略的な断面図である。図５は、分子結合ス
テップ中の２つの構造体間の結合エネルギを示すグラフ
である。図６は、シリコンウェーハを具備する構造体の
概略的な断面図であり、この発明による分子結合のため
のこの構造体の準備を示している。図７は、シリコンウ
ェーハを具備する他の構造体に結合された図６の構造体
の断面図である。図８および図９は、図７に示された組
み立てられた構造体の断面を示しており、この発明に従
う結合解除のための処理ステップを示している。図１０
は、この発明に従う２つの構造体の分子結合により得ら
れた他の組立体の断面を示している。図１１は、この発
明による結合解除処理中の図１０における組立体の断面
を示している。
【００３３】図６は、この発明に従う分子接着により結
合されるべき構造体１００を示している。この構造体１
００は、表面珪素酸化物層１０４により被覆されたシリ
コン基板１０２を具備している。注入された水素層１０
６は、酸化物層１０４を通してシリコン基板１０２への
水素イオンの注入により形成される。この例では、７０
ｋｅＶ程度のエネルギで注入された水素層は、３×１０
16イオン／ｃｍ2の濃度および４００ｎｍの厚さを有し
ており、構造体１００の上表面１１０の下の３００ｎｍ
程度の深さに埋め込まれている。（図は、一定の縮尺と
はされておらず、これらの比率で示されてはいない。）
合されるべき構造体１００を示している。この構造体１
００は、表面珪素酸化物層１０４により被覆されたシリ
コン基板１０２を具備している。注入された水素層１０
６は、酸化物層１０４を通してシリコン基板１０２への
水素イオンの注入により形成される。この例では、７０
ｋｅＶ程度のエネルギで注入された水素層は、３×１０
16イオン／ｃｍ2の濃度および４００ｎｍの厚さを有し
ており、構造体１００の上表面１１０の下の３００ｎｍ
程度の深さに埋め込まれている。（図は、一定の縮尺と
はされておらず、これらの比率で示されてはいない。）
【００３４】水素は、それらの原子形態（例えばＨ）ま
たはそれらの分子形態（例えばＨ2）、またはそれらの
イオン形態（Ｈ+、Ｈ2 +等）またはそれらの同位体（重
水素）または同位体とイオン形態のいずれかにおいて形
成されたガス状の物質を指している。
たはそれらの分子形態（例えばＨ2）、またはそれらの
イオン形態（Ｈ+、Ｈ2 +等）またはそれらの同位体（重
水素）または同位体とイオン形態のいずれかにおいて形
成されたガス状の物質を指している。
【００３５】必要ならば、構造体１００の表面１１０
は、その後、それを親水性にし、全ての粒子を除去する
ために洗浄される。水の膜（図示せず）が、表面１１０
上に形成される。小さい起伏が、構造体１００の表面１
１０に設けられまたは維持されてもよい。
は、その後、それを親水性にし、全ての粒子を除去する
ために洗浄される。水の膜（図示せず）が、表面１１０
上に形成される。小さい起伏が、構造体１００の表面１
１０に設けられまたは維持されてもよい。
【００３６】図７に示されるように、構造体１００は、
その後、第２の構造体１２０と組み合わせられる。第２
の構造体は、シリコン基板１２２からなり、構造体１０
０と接触しているその表面も、それを親水性とするため
に洗浄されていることが有利である。参照符号１２４
は、組み合わせられた構造体１００，１２０間の界面を
指している。
その後、第２の構造体１２０と組み合わせられる。第２
の構造体は、シリコン基板１２２からなり、構造体１０
０と接触しているその表面も、それを親水性とするため
に洗浄されていることが有利である。参照符号１２４
は、組み合わせられた構造体１００，１２０間の界面を
指している。
【００３７】構造体は、その後、第１に、組み立てられ
た構造体の間の水の層を消滅させ、接触している表面間
に分子結合を形成する５００℃程度の温度で焼鈍され
る。５００℃において達成される分子結合の結合エネル
ギは、０．５Ｊ／ｍ2程度のものである。例えば、この
結合エネルギは、集積回路を含むシリコン基板を操作基
板に接着するために十分なものである。特に、超小型電
子装置の製造に通常使用される装置におけるウェーハの
ために想定される全ての処理に対して十分である。
た構造体の間の水の層を消滅させ、接触している表面間
に分子結合を形成する５００℃程度の温度で焼鈍され
る。５００℃において達成される分子結合の結合エネル
ギは、０．５Ｊ／ｍ2程度のものである。例えば、この
結合エネルギは、集積回路を含むシリコン基板を操作基
板に接着するために十分なものである。特に、超小型電
子装置の製造に通常使用される装置におけるウェーハの
ために想定される全ての処理に対して十分である。
【００３８】熱処理が長くされたときに、または他の熱
処理が８００℃程度またはそれ以上の温度で実施された
ときに、結合解除領域（図８、図９において符号１３０
として示されている）が組み合わせられた構造体１０
０，１２０間の界面に現れる。
処理が８００℃程度またはそれ以上の温度で実施された
ときに、結合解除領域（図８、図９において符号１３０
として示されている）が組み合わせられた構造体１０
０，１２０間の界面に現れる。
【００３９】結合解除領域の形成は、構造体にかけられ
る熱供給によって調節される。熱処理は、水素を構造体
１００内の注入された層１０６から結合界面１２４に向
けて（酸素が存在する場合には酸素を通して）拡散する
ように強制する。
る熱供給によって調節される。熱処理は、水素を構造体
１００内の注入された層１０６から結合界面１２４に向
けて（酸素が存在する場合には酸素を通して）拡散する
ように強制する。
【００４０】拡散する水素は、界面において捕らえら
れ、該界面に蓄積し、ガス状の形態で該界面に沿って移
動する。したがって、界面１２４における水素の蓄積
は、少なくとも部分的に結合力に打ち勝つことができ
る。図８，９内の矢印１３２は、水素の結合界面１２４
に向かう拡散を示している。使用される熱供給の大きさ
に応じて、結合解除領域１３０は、局所的（図８）また
は界面の全表面にわたって広がる（図９）こともでき
る。
れ、該界面に蓄積し、ガス状の形態で該界面に沿って移
動する。したがって、界面１２４における水素の蓄積
は、少なくとも部分的に結合力に打ち勝つことができ
る。図８，９内の矢印１３２は、水素の結合界面１２４
に向かう拡散を示している。使用される熱供給の大きさ
に応じて、結合解除領域１３０は、局所的（図８）また
は界面の全表面にわたって広がる（図９）こともでき
る。
【００４１】完全な結合解除を達成するために必要な熱
供給は、材料内に存在する、少なくとも一方の構造体か
らの移動できる要素の量に依存している。その結果、こ
の例において、熱供給は、水素注入量に関連している。
例えば、３×１０16ｃｍ3の投与量に対する供給量は９
００℃／３０分でよい。
供給は、材料内に存在する、少なくとも一方の構造体か
らの移動できる要素の量に依存している。その結果、こ
の例において、熱供給は、水素注入量に関連している。
例えば、３×１０16ｃｍ3の投与量に対する供給量は９
００℃／３０分でよい。
【００４２】図１０は、この発明の他の具体的な実施形
態を示している。図１０は、第１の構造体２００と、上
述したような分子結合により結合された第２の構造体２
２０との組立体の断面図である。符号２２４は、組み立
てられた構造体の表面間の結合界面を示している。
態を示している。図１０は、第１の構造体２００と、上
述したような分子結合により結合された第２の構造体２
２０との組立体の断面図である。符号２２４は、組み立
てられた構造体の表面間の結合界面を示している。
【００４３】第１の構造体は、本質的に、その表面に酸
化物層２０６が形成されているシリコンウェーハ２０２
からなっている。該層２０６における酸化物は、プラズ
マ強化化学蒸着技術により蒸着されている。この種の酸
化物は、拡散することができるＯＨ分子を含むという特
殊な特徴を有している。
化物層２０６が形成されているシリコンウェーハ２０２
からなっている。該層２０６における酸化物は、プラズ
マ強化化学蒸着技術により蒸着されている。この種の酸
化物は、拡散することができるＯＨ分子を含むという特
殊な特徴を有している。
【００４４】約５００℃以下の温度で実施される第１の
熱処理は、分子結合エネルギを増大させる。熱処理が継
続され、または、約５００℃を超える温度において再開
されるときに、酸化物層２０６に含まれているＯＨ基
は、特に、それらが捕らえられる界面２２４に向かって
拡散しかつ移動する。ＯＨ基の界面に向けた拡散は、矢
印２３２で示されている。
熱処理は、分子結合エネルギを増大させる。熱処理が継
続され、または、約５００℃を超える温度において再開
されるときに、酸化物層２０６に含まれているＯＨ基
は、特に、それらが捕らえられる界面２２４に向かって
拡散しかつ移動する。ＯＨ基の界面に向けた拡散は、矢
印２３２で示されている。
【００４５】界面２２４において、ＯＨ分子は、ガス状
の形態および濃度で結合界面において放出される。この
現象は、泡の形成を生じさせ、結合界面を弱くする。ガ
スにより発生された圧力の作用下において、図１１に示
された結合解除された領域２３０は、２つの構造体２０
０，２２０が完全に結合解除されるまで伝播する。構造
体の分離は、機械的な外部の分離力をかけることにより
容易になる。これらの力は、図１１に、矢印２４０，２
４１によって示されている。これらの力は、張力および
／またはせん断力である。
の形態および濃度で結合界面において放出される。この
現象は、泡の形成を生じさせ、結合界面を弱くする。ガ
スにより発生された圧力の作用下において、図１１に示
された結合解除された領域２３０は、２つの構造体２０
０，２２０が完全に結合解除されるまで伝播する。構造
体の分離は、機械的な外部の分離力をかけることにより
容易になる。これらの力は、図１１に、矢印２４０，２
４１によって示されている。これらの力は、張力および
／またはせん断力である。
【００４６】したがって、この発明に係るプロセスは、
特に、集積回路ウェーハの分子結合のために、いかなる
物質をも添加することなしに、撤回し得る結合を可能と
しながら、使用され得る。
特に、集積回路ウェーハの分子結合のために、いかなる
物質をも添加することなしに、撤回し得る結合を可能と
しながら、使用され得る。
【００４７】さらに、この発明は、上記に定義されたよ
うないかなる形式の構造体にも適用できる。この発明
は、シリコンを含む構造体のみに関連するものではな
く、半導体を用いた他の構造体（Ｓｉ，ＳｉＣ，ＡｓＧ
ａ等）、絶縁構造体（ガラス、石英等）および導体構造
体（金属合金等）にさえも関連していることを特筆して
おく。
うないかなる形式の構造体にも適用できる。この発明
は、シリコンを含む構造体のみに関連するものではな
く、半導体を用いた他の構造体（Ｓｉ，ＳｉＣ，ＡｓＧ
ａ等）、絶縁構造体（ガラス、石英等）および導体構造
体（金属合金等）にさえも関連していることを特筆して
おく。
【００４８】参照された文献 （１）仏国特許出願公開第２７４４２８５号公報 （２） "Bonding of silicon wafers for silicon-on-
insulator"W.P. Maszara, G. Goetz, A. Caviglia and
J.B. McKitterickAerospace Technology Center, Allie
d signal Aerospace Company,Columbia, Maryland 2104
5(Received 12 April 1988, accepted for publication
28 July 1988). （３） "A model for the silicon wafer bonding pro
cess"R. Stengl, T. Tan and U. GoseleSchool of Engi
neering, Duke University, Durham, North Carolina27
706, USA(Received May 8, 1989, accepted for public
ation July 15, 1989).Japanese Journal of Applied P
hysics, vol.28, No.10,October 1989, pp.1735-1741.
insulator"W.P. Maszara, G. Goetz, A. Caviglia and
J.B. McKitterickAerospace Technology Center, Allie
d signal Aerospace Company,Columbia, Maryland 2104
5(Received 12 April 1988, accepted for publication
28 July 1988). （３） "A model for the silicon wafer bonding pro
cess"R. Stengl, T. Tan and U. GoseleSchool of Engi
neering, Duke University, Durham, North Carolina27
706, USA(Received May 8, 1989, accepted for public
ation July 15, 1989).Japanese Journal of Applied P
hysics, vol.28, No.10,October 1989, pp.1735-1741.
【図１】 操作基板と呼ばれる他の基板と組み合わせら
れた、ソース基板と呼ばれる基板上に薄層を具備する構
造体の概略的な断面図である。
れた、ソース基板と呼ばれる基板上に薄層を具備する構
造体の概略的な断面図である。
【図２】 薄層が結合される操作基板の概略的な断面図
である。
である。
【図３】 目標基板と呼ばれる基板上に移動された薄層
の概略的な断面図である。
の概略的な断面図である。
【図４】 分子結合のために準備された構造体の概略的
な断面図である。
な断面図である。
【図５】 分子結合ステップ中の２つの構造体間の結合
エネルギを示すグラフである。
エネルギを示すグラフである。
【図６】 シリコンウェーハを具備する構造体の概略的
な断面図であり、この発明による分子結合のためのこの
構造体の準備を示している。
な断面図であり、この発明による分子結合のためのこの
構造体の準備を示している。
【図７】 シリコンウェーハを具備する他の構造体に結
合された図６の構造体の断面図である。
合された図６の構造体の断面図である。
【図８】 図７に示された組み立てられた構造体の断面
を示しており、この発明に従う結合解除のための処理ス
テップを示している。
を示しており、この発明に従う結合解除のための処理ス
テップを示している。
【図９】 図８と同様の処理ステップを示す図である。
【図１０】 この発明に従う２つの構造体の分子結合に
より得られた他の組立体の断面を示している。
より得られた他の組立体の断面を示している。
【図１１】 この発明による結合解除処理中の図１０に
おける組立体の断面を示している。
おける組立体の断面を示している。
１００，１２０；２００，２２０ 構造体 １２４，２２４ 結合界面 ２４０，２４１ 外部分離力
Claims (10)
- 【請求項１】 結合界面（１２４，２２４）における分
子接着による２つの構造体（１００，１２０；２００，
２２０）の結合および前記結合界面に沿う前記２つの構
造体の結合解除のための処理プロセスであって、 前記構造体内を前記結合界面に向かって拡散することが
できる少なくとも１つの要素を含む少なくとも１つの構
造体（１００，２００）を使用して結合が行われ、 前記結合界面を弱めるために該結合界面（１２４，２２
４）に向かって拡散させるように十分な熱供給を伴う熱
処理を使用して結合解除が行われることを特徴とするプ
ロセス。 - 【請求項２】 結合前に前記少なくとも１つの構造体
（１００）内に水素注入が行われ、該水素が、前記構造
体内を拡散することができる前記要素を形成しているこ
とを特徴とする請求項１記載のプロセス。 - 【請求項３】 注入が、シリコン内に、１０16〜５×１
０16の間の投与量および２０〜５００ｋｅＶのエネルギ
で行われることを特徴とする請求項２記載のプロセス。 - 【請求項４】 プラズマ強化化学蒸着により形成され、
かつ、ＯＨ分子を含む表面酸化物層を具備する少なくと
も１つの構造体（２００）が使用され、前記ＯＨ分子が
拡散可能な要素を形成していることを特徴とする請求項
１記載のプロセス。 - 【請求項５】 前記熱処理が、６００〜１３５０℃の間
の温度で行われることを特徴とする請求項３記載のプロ
セス。 - 【請求項６】 前記熱処理が、結合された構造体を加熱
ランプからの照射に晒すことにより実施されることを特
徴とする請求項１記載のプロセス。 - 【請求項７】 前記熱処理が、炉内において行われるこ
とを特徴とする請求項１記載のプロセス。 - 【請求項８】 少なくとも１つの構造体が、多層の構造
体であることを特徴とする請求項１記載のプロセス。 - 【請求項９】 前記少なくとも１つの構造体の表面が、
そこにレリーフを形成するように結合前に準備されるこ
とを特徴とする請求項１記載のプロセス。 - 【請求項１０】 結合解除時には、構造体に外部の分離
力（２４０，２４１）が印加されることを特徴とする請
求項１記載のプロセス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9710480 | 1997-08-19 | ||
| FR9710480A FR2767604B1 (fr) | 1997-08-19 | 1997-08-19 | Procede de traitement pour le collage moleculaire et le decollage de deux structures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11154652A true JPH11154652A (ja) | 1999-06-08 |
| JP4316701B2 JP4316701B2 (ja) | 2009-08-19 |
Family
ID=9510376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23326898A Expired - Lifetime JP4316701B2 (ja) | 1997-08-19 | 1998-08-19 | ２つの構造体の分子結合および分子結合解除のための処理プロセス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6429094B1 (ja) |
| EP (1) | EP0898307B1 (ja) |
| JP (1) | JP4316701B2 (ja) |
| DE (1) | DE69836707T2 (ja) |
| FR (1) | FR2767604B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2001048825A1 (en) * | 1999-12-24 | 2001-07-05 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for manufacturing bonded wafer |
| JP2004535664A (ja) * | 2001-04-13 | 2004-11-25 | コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク | 剥離可能な基板または剥離可能な構造、およびそれらの製造方法 |
| JP2005516393A (ja) * | 2002-01-22 | 2005-06-02 | エス．オー．アイ．テック、シリコン、オン、インシュレター、テクノロジーズ | 分離可能な半導体組立体の調整方法、とくにエレクトロニクスおよびオプティクス用の基板を形成するための方法 |
| JP2005528779A (ja) * | 2002-03-28 | 2005-09-22 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 半導体膜の薄層化方法 |
| JPWO2005045908A1 (ja) * | 2003-11-06 | 2007-05-24 | 松下電器産業株式会社 | 基板貼り合わせ方法、その貼り合わせ基板及び直接接合基板 |
| JP2011003926A (ja) * | 2010-09-10 | 2011-01-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 薄膜形成方法及びシートフィルム |
| JP2014532310A (ja) * | 2011-10-06 | 2014-12-04 | マイクロン テクノロジー， インク． | 結晶材料を含むユニットの処理方法および半導体オンインシュレータ構造の形成方法 |
| JP2016111365A (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | ソイテック | 層転写プロセス |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2773261B1 (fr) | 1997-12-30 | 2000-01-28 | Commissariat Energie Atomique | Procede pour le transfert d'un film mince comportant une etape de creation d'inclusions |
| FR2774511B1 (fr) * | 1998-01-30 | 2002-10-11 | Commissariat Energie Atomique | Substrat compliant en particulier pour un depot par hetero-epitaxie |
| FR2815121B1 (fr) * | 2000-10-06 | 2002-12-13 | Commissariat Energie Atomique | Procede de revelation de defauts cristallins et/ou de champs de contraintes a l'interface d'adhesion moleculaire de deux materiaux solides |
| JP2002270553A (ja) * | 2001-03-13 | 2002-09-20 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 電子部品の製造法 |
| FR2823599B1 (fr) * | 2001-04-13 | 2004-12-17 | Commissariat Energie Atomique | Substrat demomtable a tenue mecanique controlee et procede de realisation |
| JP4277481B2 (ja) * | 2002-05-08 | 2009-06-10 | 日本電気株式会社 | 半導体基板の製造方法、半導体装置の製造方法 |
| FR2848336B1 (fr) | 2002-12-09 | 2005-10-28 | Commissariat Energie Atomique | Procede de realisation d'une structure contrainte destinee a etre dissociee |
| FR2856192B1 (fr) * | 2003-06-11 | 2005-07-29 | Soitec Silicon On Insulator | Procede de realisation de structure heterogene et structure obtenue par un tel procede |
| FR2856844B1 (fr) | 2003-06-24 | 2006-02-17 | Commissariat Energie Atomique | Circuit integre sur puce de hautes performances |
| FR2857953B1 (fr) | 2003-07-21 | 2006-01-13 | Commissariat Energie Atomique | Structure empilee, et procede pour la fabriquer |
| FR2860178B1 (fr) * | 2003-09-30 | 2005-11-04 | Commissariat Energie Atomique | Procede de separation de plaques collees entre elles pour constituer une structure empilee. |
| FR2861497B1 (fr) | 2003-10-28 | 2006-02-10 | Soitec Silicon On Insulator | Procede de transfert catastrophique d'une couche fine apres co-implantation |
| FR2880189B1 (fr) * | 2004-12-24 | 2007-03-30 | Tracit Technologies Sa | Procede de report d'un circuit sur un plan de masse |
| FR2889887B1 (fr) | 2005-08-16 | 2007-11-09 | Commissariat Energie Atomique | Procede de report d'une couche mince sur un support |
| JP4830418B2 (ja) * | 2005-09-16 | 2011-12-07 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
| FR2891281B1 (fr) | 2005-09-28 | 2007-12-28 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'un element en couches minces. |
| FR2903808B1 (fr) * | 2006-07-11 | 2008-11-28 | Soitec Silicon On Insulator | Procede de collage direct de deux substrats utilises en electronique, optique ou opto-electronique |
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