JPS62120045A - 平板接着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ２枚の平板の表面に熱溶融性物質の層を形成し、この層
面を合せた状態で加圧、加熱を施すことにより両平板を
接着させるに際して、２枚の平板に加える応力分布、温
度分布を中央部において最も大になるよう制御する方法
である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は２枚の平板相互の接着技術に関するもので、さ
らに詳しく言えば、シリコン（Ｓｉ）ウェハ等の高精度
の平板同士を均一かつ強固に接着せしめる技術に関する
ものである。

〔従来の技術〕

Ｓｔウェハの如き平板を他の平板に接着する技術は、例
えばシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ　）の変
型例において用いられる。ＳＯＩは絶縁物の上の非品性
シリコンをレーザビームの如きエネルギービームによっ
て再結晶化し、絶縁物の上に単結晶のシリコン層を形成
する技術であるが、非品性シリコンを再結晶化しても完
全な単結晶シリコン層を得ることが難しい。

Ｓｏｌにおいて結晶性のよい単結晶シリコンを得るため
に開発された技術を第２図の断面図を参照して説明する
と、シリコン基板３１に高濃度ボロンイオン（Ｂ＋）を
注入して高濃度ボロン注入層３２を作り、その上にシリ
コンをエピタキシャル成長してシリコンエピタキシャル
層３３（以下単にエピタキシャル層という）を作り、エ
ピタキシャル層の表面を酸化して５ｉ０２ｙ！３４を形
成し、その上に燐・シリケート・ガラス（ＰＳＧ）を成
長してＰＳＧ膜３５を形成する。

他方、基板３６（例えば石英基板）を用意し、その上に
ＰＳＧ膜３７を形成し、ＰＳＧ　ＩＩ＊３５．３７を接
着する。

第３図は基板３６が第２図の場合と倒置した図であるが
、同図を参照すると、シリコン基板３１を機械的に研削
する。この研削においてエピタキシャル層３３だけを残
すことは難しいので、ＫＯＨ−ＩＰＡ−’ＨｚＯの混合
液を用いてシリコン基板３１の研削後残ったものをエツ
チングすると、ＳｔＯ方が高濃度ボロンよりもエツチン
グ速度が５０倍程度速いので、前記のエツチングにおい
て高濃度ボロン注入層はストッパーとして働き、シリコ
ン基板３１は完全に除去された後に高濃度ボロン注入１
ｍ！３２が残る。

次に、ＨＮＯ３−ＣＨ５ＣＯＯＨ−ＨＦの混合液を用い
て高濃度ボロン注入層３２をエツチングすると、高濃度
ボロン注入層のエツチング速度はＳｔに比べて７０倍程
度速く、このエツチングでエピタキシャル層はストッパ
ーとなり、第３図に示される如（５ｉ０２膜３４の上に
エピタキシャルＩ’１ｉ３３が残る。このエピタキシャ
ル層は１μｍ程度の厚さに形成するが、それは理想的な
シリコン基板と同程度に結晶性の良い単結晶シリコンで
あり、そこに所望のデバイスを形成する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来は、高分子系接着剤を２枚の平板間に挿入し、均一
な圧力を加えることにより接着を行っていた。しかし、
この方法では接着剤中の気泡を完全に除去することは容
易でない。さらに、溶剤が抜けにくいため、全面にわた
る強固な接着は困難である。特に、接着させた２枚の平
板（例えばＳｉウェハ等）の一方を研磨やエツチングに
より薄膜化し、その薄膜中にデバイスを作成するような
用途の場合、気泡や応力、さらには接着剤中の溶剤等が
デバイスに悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は上述のような従来技術の問題を解決するため創
作されたもので、予め２枚の平板上に熱溶融性物質の層
を形成しておき、それらを合せた状態で加圧、加熱を施
すことにより融着を行うもので、このときに、中央部か
ら外側へ溶融領域が広がるようにして気泡の応力、溶剤
の入らない接着が可能な方法を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明実施例の断面図で、同図において、１１
と２１は平板例えばＳｉウェハ、１２と２２は不純物拡
散防止用のＳｔＯ＋膜、１３と２３は熱可塑性物質例え
ばＰＳＧの層で、これらで接着用基板１４と２４とを構
成し、１５は加熱手段例えば加熱用ヒータ、１６は加熱
プレート、１７は石英筒、１８は加熱媒体例えば片凸し
ンズ状Ｓｔウェハ、１９は加圧手段例えば円柱石英ブロ
ックである。

本発明は、熱溶融性物質、好ましくはＰＳＧ　　（ＩＪ
ンガラス）等の層１３．２３を２枚の平板１１．２１上
に形成し、この層面を合せた状態で加圧、加熱すること
により熱溶融性物質の［１３，２３を軟化もしくは溶融
させ両平板１１．２１を融着させるもので、このとき熔
融を中央部から外側の方へ進行させ接着層１３．２３中
に気泡が入ることなく、両平板１１．２１を融着するも
のである。

〔作用〕

この接着剤としての熱溶融性物質にガラス状物質を使え
ば、固化したとき平板に加わる応力は比較的小さくなる
。特に、上記平板がＳｔウェハのとき、熱可塑性物質と
してはＰＳＧ等が有効である。

ＰＳＧはＳｉ半導体デバイスのパッシベーションやデバ
イス面の平坦化に従来より使われてきており、Ｓｉ半導
体デバイスへの良い効果（Ｎａのゲッタリング等）があ
って悪影響は殆どない。ＰＳＧは５ｉ０２中にＰ（りん
）をドープしたもので、このＰのドープ量が増すと軟化
温度が低下し融着が容易になる。

例えば２枚のＳｔウェハを接着し、一方のウェハを研磨
やエツチングにより薄膜化し、そこにデバイスを形成し
ようという場合、デバイスと接着剤層とが近接するため
デバイス特性への接着剤の影響が顕著になる。溶剤を含
む高分子系接着剤を用いた場合には、残留している溶剤
や高分子材料がデバイス特性に悪影響を及ぼす可能性が
あり、また固化がスムーズに起らないため応力の影響も
無視できなくなり、気泡の除去も容易ではない。これに
対して、ＰＳＧを用いた場合は上述のようにＳｉ半導体
デバイスでの十分な実績があり、悪影響は殆どない。問
題は気泡の除去であるが、これはＳｔウェハ上に形成し
たＰＳＧを融着する際、溶融がＳｔウェハの中央部から
外側へと広がるように制御することにより解決可能であ
る。このような制御法は種々考えられるが、その一つと
して片凸レンズ状加熱媒体を用い、応力分布が中央部に
近付く程高（なるようにし、かつ、加熱源よりの熱伝導
が中央部から起るようにする方法をとるものである。

なお、半導体デバイスに通用する場合、デバイス形成工
程でＰＳＧ中のＰがＳｉ中に拡散するのおそれがあるの
で、Ｓｉウェハ表面に不純物拡散防止用にＳｉＯ＋の層
を゛設けておく。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

平板としては約５　ｃｍ　（２インチ）　Ｓｔウェハ１
１゜２１を用いた。このＳｔウェハの表面に常圧ｃｖＤ
で厚さ０．５μ曽の５ｉＯｚを堆積させてＳｉＯ＋膜１
２．２２を形成し、さらにその上に同じ（常圧ＣＶＤで
ＰＳＧ（ＰｚＯｓ濃度１４ｍａｉ１％）を２．５μｍ堆
積させてＰＳＧ層１３．２３を設けた。このようにして
作成した接着用基板１４．２４の２枚をｐｓｃ層１３．
２３が相接するように重ね、第１図のような接着用治具
にセットし、加圧、加熱により１対の接着用基［１４，
２４を接着した。

この接着用治具は下記のようにして構成する。

すなわち、加熱用ヒータ１５を内蔵する加熱プレート１
６の上に内径約５　ｃｍ　（２インチ）の石英筒１７が
取り付けられ、この石英筒１７の底には加熱媒体として
の片凸しンズ状Ｓｔウェハ（直径約５ＣＩＩ＋）１８カ
加熱プレート１６に密着させて置かれている。この片凸
レンズ状Ｓｉウェハ１８の上に上述の２枚の接着用基板
１４．２４をＰＳＧ層１３．２３の面が相接するように
セットし、その上に加圧手段としての円柱状石英ブｏ、
り（直径約５　ｃｍ＋高さ１００ｍｍ　、　重さ５３５
ｇ）１９をのせ、加熱を行った。なお、片凸しンズ状Ｓ
ｔウェハ１８はウェハの外周部に近づく程エツチング量
が太き（なるよう、径の異なる円板状レジストマスクに
よるエツチングを多数回繰返し行うことによって形成さ
れるが、Ｓｔウェハ以外の材料のもので同一形状に形成
してもよい。

Ｐ２Ｏ５濃度１４ｍｏ　１％のＰＳＧを用いた場合、上
述の石英ブロック１９による加圧および９５０℃の加熱
で、２枚の接着用基板１４．２４は完全に融着した。融
着した接着用基板１４を粉砕し、詳細に調べたところ、
気泡混入や未融着による基板剥離はみられなかった。

本実施例の利点は、加熱媒体として片凸しンズ状Ｓｔウ
ェハ１８を用いた点にあり、これにより、石英ブロック
１９による圧力は、接着用基板１４の中央部に集中する
゛と同時に、加熱プレートよりの熱も接着用基板１４の
中央部より伝わり、中央部が最も高温になる。このため
、融着は接着用基板１４の中央部より始まり、徐々に外
周部に向かって進行する。この効果により気泡混入のな
い平板接着が可能となるのである。

上述の実施例では、加熱媒体としての片凸しンズ状Ｓｔ
ウェハ１８を採用し、所望の温度分布、応力分布を実現
したが、本発明の方法はかかる実施例に限定されるもの
でない。接着用基板１４の中央部で圧力および温度が最
も高く、外周へ行く程低くなるような応力分布、温度分
布が形成されるような手段があれば他の方法でもよい。

また、応力および温度のいずれか一方だけが上述のよう
な分布をなすものであっても十分その効果は得られる。

例えば上述の加熱媒体としての片凸しンズ状Ｓｔウェハ
１８の代りに、接着用基板１４の中央部で点接触するよ
うなものでも十分その役割を果し、中央部１への点状の
応力と接着用基板１４０弾力とにより所望の応用分布が
形成され、温度分布も所望のものとなる。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、Ｓｔウェハの如
き平板２枚を均一かつ強固に接着することが可能となり
、それは例えばＳ０１の変型例において半導体装置の製
造歩留りを向上し、製造されるデバイスの信頼性を高め
るに有効である。なお、熱溶融性物質は結晶性物質でも
使用可能である。

一般に結晶性物質は融点を境に急激に液相←固相と変化
し、温度の変化にきわめて敏感で接着用物質としては使
用し難いが、本発明の方法においては、温度分布が中央
部から外に向けて徐々に変化するので、結晶性の熱溶融
性物質も接着剤として使用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の断面図、 第２図と第３図はｓｏｒの変型例を示す断面図である。 第１図におい才、 １１、２１はＳｔウェハ、 １２、２２ハ５ｉ０２Ｐｊ！。 １３、２３はＰＳＧ層、 １４、２４は接着用基板、 １５は加熱用ヒータ、 １６は加熱プレート、 １７は石英筒、 １８は片凸しンズ状Ｓｔウェハ、 １９は円柱状石英ブロックである。 ｗｅｐ電光例＠ｄｉｏｌｆｆコ 第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１対の平板（１１、２１）の表面に熱溶融性物質
   の層（１３、２３）を形成し、 前記層（１３、２３）が相接する如く１対の平板（１１
   、２１）を重ね合せ、 （イ）加圧の応力が１対の平板（１１、２１）の中央部
   に近付くにつれて大になるか、または （ロ）加熱による温度分布が１対の平板（１１、２１）
   の中央部に近付くにつれて高くなる如くに条件を設定し
   て加圧、加熱を施して１対の平板（１１、２１）を融着
   せしめることを特徴とする平板接着方法。
2. （２）前記熱溶融性物質が熱可塑性物質であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）上記加圧、加熱のため、加圧手段（１９）、１対
   の平板（１１、２１）、加熱媒体（１８）、加熱手段（
   １５）の順に配列構成された手段を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。
4. （４）加熱媒体（１８）が片凸レンズ状形態のものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。