WO2002086975A1 - Production method for bonded substrates - Google Patents

Description

明 細 書 貼り合せ基板の製造方法 技術分野 本発明は、 貼り合せ基板の製造において、 材料となる基板を貼り合せ る前の洗浄工程と乾燥工程に関するものである。 背景技術

貼り合せ基板の製造では、 単一または複数種類の材料となる基板を洗 浄 · 乾燥してから、 材料基板の接合を行う。 その後、 接合した基板の接 合界面の接合強度を高める熱処理を加えて強固に結合した後、 一方の基 板を薄膜化するこ とで貼り合せ基板が製造される。 こ こ で、 材料基板の 洗浄工程の次に行われる乾燥工程は、 通常揮発性の高い有機溶剤の一種 である I P A (ィ ソプロ ピルアルコール） の加熱蒸気中に基板を入れて、 凝縮 I P Aで基板表面上に付着した水分を置換しながら、 基板を蒸気温 度まで昇温させて乾燥する方法 （以下、 I P A蒸気乾燥法と呼ぶ） に代 表される水置換法で行われている。

貼り合せ基板の製造において、 材料基板を接合する際、 材料基板の接 合面にパーティ クルや有機物が存在する と、 パーティ クルや有機物が接 合界面の接合を妨げ、 接合界面に未接合部を形成してしま う。 これが、 結合熱処理後の貼り合せ基板の結合界面にボイ ド不良やプリ スター不良 を引き起こす。 特に、 接合界面の接合力が弱い場合は、 結合熱処理を行 つてもボイ ド不良やプリ スター不良が発生し易く、 また、 そのサイズも 大き く なる傾向にある。

図 2 は、 これらの欠陥が発生した貼り合せ基板の例と して、 S O I ゥ エーハの縦断面を摸式化した図である。

S O I ゥエーハはべ一スウェーハ 2の上に酸化膜 1 0 と活性シリ コ ン 層 9 が積層されているが、 ボイ ド不良 1 3ゃブリ スター不良 1 2によ り これらの層の未結合部を発生させている。

従来から行われている貼り合せ基板の製造では、 材料基板の洗浄工程 後に行う 乾燥工程では、 上記したよ う な I P A蒸気乾燥法などの水置換 法が用いられている。 こ の水置換法によ り乾燥させた基板を用いて貼り 合せ基板を作製する と、 上記ボイ ド不良やプリ スター不良が発生し易く 、 貼り合せ基板の生産性や歩留り を低下させていた。

こ こ で、 水置換法と は、 基板表面上に付着した水分を、 揮発性の高い 有機溶剤に置換して迅速に基板乾燥を行う方法である。 置換溶剤と して は工業的に最も使用し易い I P Aが広く使用されている。

さ らに、 I P A蒸気乾燥法は、 火災が起き る可能性があるので、 その 安全対策に多額の設備投資が必要であった。 また、 I P Aは高純度薬品 であるため高価で、 その使用によ り製造コス ト を高く していた。

発明の開示

そこで本発明は、 このよ う な従来の問題点に鑑みなされたもので、 材 料基板を接合前に洗浄工程を行い、 次に行う乾燥工程を適正化するこ と によ り 、 接合基板の接合界面の接合強度を向上させ、 結合熱処理後の貼 り合せ基板の結合界面にボイ ド不良ゃブリ スター不良のない貼り合せ基 板を高い生産性と歩留り で製造するこ とができ る貼り合せ基板の製造方 法を提供するこ と を主たる 目的とする。

' 上記課題を解決するため、 本発明の貼り合せ基板の製造方法に係る発 明は、 少な く と も二枚の基板を接合する工程と、 該接合した基板に熱処 理を加えて強固に結合する工程を有する貼り合せ基板の製造方法におい て、 少なく と も前記基板を接合する前に該基板表面の汚染物質を除去す る洗浄工程を行い、 次に洗浄された基板表面を乾燥させる工程を行い、 当該乾燥工程では水置換法を用いないこ と と して、 接合前の基板上に水 分を残すこ とによつて、 基板を接合した後の接合強度を高める こ と を特 徴と している。

このよ う に、 基板を接合する前に基板表面の汚染物質を除去する洗浄 工程を行い、 次に洗浄された基板表面を乾燥させる工程を行い、 当該乾 燥工程では水置換法を用いないこ と と して、 接合前の基板表面上に水分 を残すこ とによって基板を接合すれば、 水素結合、 シラ ノール基結合等 によって強力に接合強度を高めるこ とができ る。 そしてこの接合基板を 結合熱処理によって結合させれば、 結合界面に強固な結合強度を有する 貼り合せ基板を製造するこ とができ る と共に、 材料となる基板上のパー ティ クルおよび有機物汚染を低減でき るので、 結合熱処理後の結合界面 にボイ ド不良やプリ スター不良のない高品質貼り合せ基板を高い生産性 と高い歩留り で製造するこ とができ る。

この場合、 接合後の貼り合せ界面の接合強度を 0 . 2 5 N / m ² 以上 とするこ とが好ま しい。

この よ う に、 本発明によれば、 接合後の貼り 合せ界面の接合強度を容 易に 0 . 2 5 N Z m ² 以上とするこ とができ、 従って結合熱処理後の貼 り 合せ基板の結合界面強度を従来のものよ り高強度に高めるこ とができ る。 また、 こ の数値以上であれば、 例えば水素注入剥離法における剥離 を行う際の微小気泡層の剥離強度よ り も髙いので、 接合界面にボイ ド不 良やプリ スター不良を発生するこ と はない。

この場合、 乾燥工程は、 洗浄された基板表面の水分を吸引 して除去す る工程とするこ とができる。

この工程は、 真空吸引ライ ンが設置された乾燥台座に材料基板をほぼ 垂直に載せ、 基板下部よ り水分を吸引するこ とで、 材料基板表面上の水 分を除去する工程である。 乾燥台座に複数枚数の基板を載せる よ う にす るこ とで、 同時に複数枚数の基板を乾燥でき るため、 高い生産性が得ら れる。 また、 接合工程で使う基板表面に残す水分量を適度にするこ とが でき る。

またこの場合、 乾燥工程は、 洗浄された基板表面の水分を、 基板を高 速回転させて除去する工程とする こ とができ る。

こ の工程は、 材料基板上の水分を基板を高速回転する こ と によ り得ら れる遠心力を用いて除去するもので、 通常のス ピン乾燥機がこれにあた る。 ス ピン乾燥機の場合も 、 基板表面上に残す水分量を適度にする こ と ができ る。

さ らにこの場合、 洗浄工程は、 最終リ ンスを温水で行 う工程であ り 、 次の乾燥工程は、 前記洗浄された基板表面の温水を蒸発除去する工程と するこ とができ る。

このよ う に、 洗浄工程における最終リ ンス槽のリ ンス液を温水と し、 最終リ ンス槽からゆつ く り と基板を引き上げるこ とで、 材料基板表面上 の温水を蒸発させ、 材料基板の水分を除去するこ と ができる。 この場合、 乾燥を確実に行う ため、 材料基板に I R照射を行っても良い。 また、 基 板を同時に複数枚処理でき る ので生産性が高い。 さ らに基板表面上に残 す水分量を適度にする こ とが可能である。

こ こで本発明の貼り合せ基板の製造方法に係る発明は、 貼り合せ基板 の材料となる基板を、 シリ コ ン基板とするこ とが好ましく 、 また酸化膜 付きシリ コ ン基板とするこ とが好ましく 、 さ らには水素、 希ガスまたは ノ、ロゲンガスが注入されたものとする こ と ができ る。

こ の よ う に、 貼り合せ基板の材料となる基板は、 デパイ スの種類、 用 途に応じて複数種類の基板を組み合わせて使用されるが、 中でも シ リ コ ン基板、 酸化膜付きシリ コ ジ基板あるいは水素、 希ガスまたはハロゲン ガスが注入されたシリ コ ン基板を使用 し、 本発明の洗浄工程、 乾燥工程 を適用して貼り合せ基板を製造すれば、 強力な接合強度と強固な結合強 度が得られる と と もに、 汚染、 欠陥のない貼り合せ基板を提供する こ と ができる。

さ らに本発明によれば、 前記製造方法で製造された、 パーティ クルや 有機物汚染のない材料基板が水分によって強力に接合され、 さ らに結合 熱処理によって結合界面強度が高められている と と もに、 結合界面にボ ィ ド不良やプリ スター不良のない貼り合せ基板が提供される。 以上説明したよ う に本発明によれば、 接合前の洗浄工程後の乾燥工程 において、 水置換法を用いない乾燥法を用いて接合前の材料基板上に水 分を残すこ とによ り 、 接合後の接合界面の接合強度を格段に高めるこ と ができ る。 また材料基板が静電気で帯電しなく なるので、 0 . 2 μ m以 上のサイ ズのパーティ クルによる汚染が低減する。 さ らに有機溶剤を使 用 しないため、 有機物汚染も低減する。 従って、 貼り合せ基板の結合界 面からボイ ド不良やプリ スター不良が低減し、 貼り 合せ基板の生産歩留 り が著しく 向上する。 さ らに、 水置換法のよ う に薬品を使用 しないため、 安全に操業でき る と共に、 薬品代および安全対策のための設備が不要と な り 、 製造コ ス トを引き下げるこ とができ る。 図面の簡単な説明 図 1 は、 本発明に係る貼り 合せ基板製造の一実施形態を示す工程図で ある。

図 2 は、 貼り合せ基板のプリ スター不良およびボイ ド不良を示す説明 図である。

図 3 は、 材料基板を 2 0 0 °C以下で接合した場合の接合基板の接合界 面の接合状態を表す説明図である。

図 4は、 材料基板を接合後、 2 0 0 〜 7 0 0 °Cで熱処理を行った後の、 接合基板の接合界面の接合状態を示す説明図である。

図 5 は、 T O F— S I M S法を用いて、 基板乾燥後の材料基板上の S i O H基の量を乾燥法で比較した図である。

図 6 は、 T O F— S I M S法を用いて、 基板乾燥後の材料基板上の O Hの量を比較した図である。

図 7 は、 A T R— I R法を用いて、 基板乾燥後の材料基板上の水分を 乾燥法で比較した図である。

図 8 は、 吸引乾燥法を示す説明図である。 図 9 は、 ス ピン乾燥法を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明について詳細に説明する。

本発明者等は、 貼り 合せ基板の接合工程で得られる接合強度が、 例え ば水素注入剥離法 （イオン注入剥離法、 スマー トカ ッ ト法とい う こ とが ある） における剥離を行う際の微小気泡層 （イ オン注入層、 水素高濃度 層という こ と がある） の剥離強度よ り 弱い場合があ り、 その原因につい て鋭意検討を重ねたと ころ、 材料基板の洗浄工程の後に行う乾燥工程に おいて、 I P A蒸気乾燥法等の水置換法を用いた場合に弱く な り易いこ と を見出し、 この現象を回避でき る乾燥方法と乾燥条件を探索し、 諸条 件を精査して本発明を完成させたものである。

すなわち、 この水置換法による と、 基板表面上の水分および O H基を ほぼ完全に揮発してしま う ため、 貼り合せ基板の接合界面において水素 結合を担う水分および O H基が不足し、 接合界面の接合強度が低下して いるこ とが判つてきた。

また、 乾燥後の基板表面に静電気が帯電し、 0 . 2 μ m以上のサイズ のパーティ クルが基板表面上に付着し易い傾向があった。 さ らに、 I P Aそれ自身が有機溶剤なので、 材料基板の表面を有機物で汚染していた。 そこで本発明では、 材料基板を洗浄する洗浄工程の後に行う乾燥工程 における乾燥法に、 I P A蒸気乾燥法等の水置換法を用いないこ と と し て、 接合前の基板表面上に水素結合を担う水分と O H基を残すこ と によ つて、 水素結合を主とする接合が起こ り接合界面の接合強度を向上させ るこ と と した。 またこ の残留水分によ り静電気によ る材料基板の帯電を 防止するこ とができ る ので、 材料基板表面上への 0 . 2 /x m以上のサイ ズのパーティ クルの付着を低減させるこ とができる。 さ らに、 水置換法 を用いない本乾燥法は、 I P A等の有機溶剤を用いていないので、 乾燥 後の材料基板表面に有機物汚染を引き起こすこ とはない。 上述した理由から、 本発明を用いれば、 接合基板の接合界面における 接合強度が格段に向上する。 従って、 結合熱処理後の貼り合せ基板の結 合強度が増強され製品歩留り を向上させるこ とができ る。

尚、 本発明において 「接合強度」 と は、 1 0 0 0 °C以上の高温での結 合熱処理を行う前の貼り合せ界面の貼り合せ強度の総称であり 、 結合熱 処理後の 「結合強度」 とは区別される。

本発明の水置換法を用いず、 基板表面に水分を残す乾燥法の例と して は、 吸引乾燥法がある。

図 8 に示したよ う に、 真空吸引ライ ン 2 2が設置された乾燥台座 2 1 に材料基板 Wを垂直に載せ、 真空ポンプ 2 3で基板 Wの両表面周 り に存 在するク リ ーンエアを気流と して吸引する と同時に基板 Wの両表面上の 水滴や水膜を吸引除去して乾燥させる方法である。 こ の方法によれば、 材料基板表面上の水分量を必要以上に低減させずに適度な量にするこ と ができ るので、 接合に要する水分を基板表面上に残して乾燥するこ とが でき る。 また、 乾燥台座に複数枚数の基板を載置可能とするこ とで、 同 時に多数の基板を乾燥するこ とができ るので、 生産性の向上を図るこ と ができ る。

また、 本発明の乾燥工程には、 いわゆるス ピン乾燥機を使用するこ と ができ る。

図 9 に示したス ピン乾燥機 2 5 は、 モーター 2 6 で高速回転する支持 台 2 7 を有するも ので、 支持台 2 7上に材料基板 Wを載置し、 材料基板 W上の水分を、 基板 Wを水平状態で高速回転するこ とによ り発生する遠 心力を用いて、 材料基板上の水分の除去を行う。 この場合も、 材料基板 の表面上に残す水分量を適度にするこ とができ る。

また、 本発明では、 洗浄工程における最終リ ンス槽の リ ンス液を温水 と し、 最終リ ンス槽からゆっ く り と基板を引き上げるこ とで、 材料基板 上の温水を蒸発させて材料基板の水分を除去する方法 （以下、 温水引上 げ乾燥法と呼ぶ） を用いるこ と もでき る。 この時、 乾燥を確実にするた め、 材料基板に I R (赤外線） 照射を行っても良い。 また、 基板を同時 に複数枚処理でき るので、 生産性が高い。 この場合も、 乾燥基板表面に 残留する水分量を適度な量にするこ とができ る。

以上述べた本発明によれば、 従来の水置換法と して用いられている I P A蒸気乾燥法等と比較して、 I P A等の引火性の高い薬品を用いない ので、 安全に操業でき る と同時に、 多額の設備費を必要とする安全対策 および I P A等の薬品のコス トが不要になるので、 貼り合せ基板の製造 コス トを引き下げるこ とができる。 なお、 本発明では、 上記乾燥工程を 複数回繰り返し行っても良い。

本発明は、 S O I ( S i l i c o n o n I n s u l a t o r ) 基 板、 S O Q ( S i 1 i c o n o n Q u a r t z ) 基板、 誘電体分離 基板、 酸化膜を介さずシ リ コ ンゥエーハ同士を接合した基板、 その他接 合によ り 作製でき るあらゆる貼り合せ基板に適用でき る。 また、 洗浄ェ 程と乾燥工程と接合工程が備わる手法であれば、 貼り合せ基板のあ らゅ る作製手法に限定されずに適用でき る。

特に、 水素注入剥離法によ る貼り合せ基板の作製では、 材料基板内に 形成された水素高濃度層で材料基板の剥離を行 う。 この水素高濃度層の 形成にはイ オン注入法が用いられるが、 基板表面品質を劣化させるため、 接合した材料基板を剥離する際の接合界面の接合強度が弱く 、 接合界面 にボイ ド不良やプリ スター不良を発生させ易い欠点がある。 しかし、 本 発明のよ う に基板表面に水分を残す乾燥法を用いるこ とで、 接合界面の 水素結合を担う水分や O H基が水置換法よ り も格段に増加する ので、 剥 離時の接合界面の接合強度が向上し、 ボイ ド不良ゃブリ スター不良が著 しく減少し、 接合界面品質と生産歩留 り が向上する。

こ の よ う に、 水置換法ではなく 基板表面に水分を残す乾燥法を使用す るこ とで、 接合基板の接合界面における接合強度が向上する と同時に、 材料基板上からパーティ クルおょぴ有機物汚染が低減するので、 結合熱 処理によ って結合強度が増強され、 結合界面にボイ ド不良やプリ ス ター 不良の無い高品質貼り合せ基板を高生産性および高歩留り で得るこ とが でき る。

以下、 本発明に係る貼り合わせ基板を製造する方法について図面を参 照しなが ら説明する。 '

図 1 は、 本発明に係わる貼り合せ基板の製造方法の一実施形態の概要 を示す工程図である。 こ こでは、 貼り 合せ基板の作製法の一種である水 素注入剥離法を用いた S O. I 基板の作製を例に説明する。

図 1 において、 材料基板と してべアウエーハを 2枚用意する （A：)。 ベ アウエーハには、 鏡面研磨ゥエ ー ハ 、 ェピタキシャルゥエ ー ハ 、 熱処理 基板等様々な基板が存在するが、 その種類に関係なく本発明に適用する こ とができ る。

まず、 ボン ドゥエー ハ 1 と して用意されたべアウエーハの表面に酸化 膜 1 0 を形成する。 表面に酸化膜 1 0 が形成されたボン ドゥエ一 八 1 の 表面から水素イ オンの注入を行い、 所望の深さに均一に水素高濃度層 1 1 を形成する。 水素高濃度層 1 1 の深さが、 得られる S O I 層の厚さを 決めるこ とになる。

次に、 ベースウェーハ 2 と してはべアウエーハをそのまま用いる。 こ こで、 ボンドゥエ一ノヽ 1 をべアウエ一ノヽと し、 ベースゥエーノヽ 2 を酸ィ匕 膜付ゥエーハと しても良い。 また、 共にベアウエーハまたは酸化膜付ゥ エーハと しても良い。

これらの材料基板の表 ffiに付着しているパーティ クルおよび有機物等 を除去するため、 材料基板の接合前に洗浄工程を行う （ B )。 この洗浄ェ 程ではいわゆる R C A洗浄等の洗浄を行い、 その後の乾燥工程 （ C ) で は水置換法ではなく ゥエ ーハ表面に水分を残す方法を採用して、 接合前 の材料基板上に水分および〇 H基を残すよ う にして乾燥する。

次に、 接合工程 （ D ) において、 その表面に水分の残っているボンド ゥエーハ 1 の表面とベースウェーハ 2 の表面を接合する。 この時、 接合 工程の雰囲気や材料基板を保管した容器から、 パーティ クル汚染および 有機物汚染を受け易いの で 、 洗浄工程、 乾燥工程を行った後は、 出来る 限り早く接合工程を行う こ とが望ましい。

剥離熱処理工程 （E ) においては、 接合した基板を 4 0 0 〜 6 0 0 °〇 程度の低温で熱処理すると、 ボン ドゥエー ハ 1 内に形成された水素高濃 度層 1 1 に欠陥層が形成される。 欠陥層がボン ドゥエー ハ 1 内部で水平 方向に繋がるこ とで、 ボン ドゥエーハ 1 の剥離を行う。 これによ り 、 ボ ン ドゥエーハ 1 の一部がベースウェーハ 2上に転写して、 S O I 基板と なる。

結合熱処理工程 （ F ) においては、 接合界面の接合力を高めるため、 酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気で 1 0 0 o °c以上の結合熱処理を行 い、 強固に結合させて安定化する。 最後に研磨工程 （ G ) において、 S O I 層表面のダメージを除去し、 マイ ク ロ ラフネスを向上させるための 研磨を行う。 研磨の代わり に水素ァニール等の熱処理を行う こ と もでき る。

以上の一連の工程によ り水素注入剥離法によ る S O I ゥエ ー ハ 1 5が 完成する。

図 3 は、 2 0 0 °C以下で接合した接合基板の接合界面における接合状 態を説明する概略図である （参考文献 ： 阿部孝夫著、 シ リ コ ン結晶成長 と ゥエーハ加工、 培風館、 1 9 9 4、 p . 3 3 0 )。 図 3 から、 接合界面 の接合状態は水分および O H基を主体と した水素結合であるこ とが分か る。 従って、 接合界面に水分および O H基が適度に多いときには接合界 面の接合強度は向上する。

図 4 は、 接合後、 2 0 0 〜 7 0 0 °Cで低温熱処理を行った後の、 接合 基板の接合界面の接合状態を説明する概略図である （参考文献 ： 阿部孝 夫著、 シ リ コ ン結晶成長と ゥエ ー ハ加工、 培風館、 1 9 9 4、 p . 3 3 0 )。 この場合、 接合界面の接合状態は、 シラノール基を主体と した接合 であるこ とが分かる。 しかしながら、 熱処理温度を上げるに従って、 接 合界面の接合は水素結合からシラ ノール基による結合へ徐々に変化して いるので、 実際の接合界面の接合は、 水素結合とシラノール基結合が混 在した状態と なっている。 従って、 接合時において接合界面の水分およ び O H基が適度に多いほど、 熱処理後の接合強度も向上する。

と ころで、 水素注入剥離法では、 材料基板内に 1 X 1 0 ^{1 6} i o n s / c m ² 以上の水素が存在すれば、 4 0 0 °C以上の温度で微小欠陥層を形 成して剥離が起き る。 上述したよ う に、 4 0 0 °C以上の温度では、 接合 界面の結合状態が、 シラノ ール基によ る結合と水素結合の混在した状態 である。 そのため、 接合時において、 材料基板上に適度に多く の水分お よび O H基が存在した方が、 接合界面の接合強度を向上させ、 ボイ ド不 良やプリ スター不良を低減させるこ とができ る。

また、 水素注入剥離法では、 材料基板への水素の注入量を 1 X 1 0 ^{1 7} i o n s / c m ² 以上とすれば、 材料基板内に発生する微小欠陥層が 4 0 0 °c以下でも形成されるため、 水素の注入量が多ければ多いほど、 剥 離熱処理温度を下げる こ とができ、 接合界面の接合は水素結合がよ り 主 体となる。 そのため、 接合界面の接合強度が弱く 、 ボイ ド欠陥ゃブリ ス ター不良が発生し易い。 それゆえ接合時に、 材料基板上に適度に多く の 水分および O H基を存在させ、 接合界面の接合強度を向上させるこ とで、 低温で剥離させる場合でもボイ ド不良やプリ ス タ ー不良を低減させるこ とができ る。 水素を励起してプラズマ状態で注入する こ とによ り剥離ェ 程を室温で行 う技術を用いる場合も同様である。

そこで、 接合前に行う洗浄工程と乾燥工程を行った後の材料基板上の 水分量について、 水置換法を用いない吸引乾燥法と水置換法を用いる I P A蒸気乾燥法とで比較を行った。

まず、 T O F — S I M S法 （飛行時間型 2次イオン質量分析法） を用 いて、 基板乾燥後の材料基板上の S i O H基を測定した結果を示す。 図 5 は、 基板表面から検出された S i O Hフラグメ ン トの量を示している。 乾燥法による違いを比較し易くするため、 3 0 S i で規格化している。 その結果、 水置換法を用いた I P A蒸気乾燥法よ り も、 水置換法ではな い吸引乾燥法の方が、 接合界面の接合の担い手となる S i O H基が多い こ とが分かった。

また、 図 6 は、 基板表面から検出された O Hフラ グメ ン ト の量を示し ている。 乾燥法による違いを比較し易 くするため、 3 0 S i で規格化し ている。 その結果、 水置換法を用いた I P A蒸気乾燥法よ り も、 水置換 法ではない吸引乾燥法の方が、 接合界面の結合の担い手となる O H基が 多いこ とが分かった。 従って、 T O F — S I M S法の結果から、 吸引乾 燥法で乾燥した材料基板の方が、 水置換法を用いた I P A蒸気乾燥法よ り も、 O Hおよび S i O H基が多く なるこ とが分かった。

続いて、 図 7 に、 A T R— I R (A t t e n u a t e d T o t a l

R e f l e c t i o n I n f r a r e d ) スペク トル法 （以下、 A T R— I R法と呼ぶ） を用いて、 基板乾燥後の材料基板上の水分および S i O H基を測定した結果を示す。 結果は波形で表されるが、 乾燥法に よる違いを比較し易く するため、 吸引乾燥法の波形から、 I P A蒸気乾 燥法の波形を引いた波形で表している。 その結果、 水分を示す 1 8 0 0 c m - ¹ 付近のピークが正側に振れ、 I P A蒸気乾燥法よ り も、 吸引乾燥 法の方が、 水分が多く なる傾向が見られた。 ゆえに、 A T R— I R法の 結果からは、 水置換法ではない吸引乾燥法で乾燥した材料基板の方が、 水置換法を用いた I P A蒸気乾燥法よ り も、 水分が多く なる こ とが分か つた。

以下、 本発明の実施例と比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、 本発明はこれらに限定される ものではない。

(実施例）

接合前の洗浄工程後の乾燥工程で行う乾燥法の違いによる材料基板上 の水分量の違いが、 接合基板の接合界面の接合強度にどの程度の差とな つて現れるかを剃刀法を用いて調査した （剃刀法についての参考文献 ： 編集 U C S半導体基板技術研究会、 S O I の科学、 リ アライ ズ社、 2 0 0 0年、 p . 3 0 0 )。

こ こでは、 貼り合せ基板の作製法の一種である水素注入剥離法を用い て S O I 基板を作製した。 製造工程は図 1 に示された工程図による。 先ず、 1 5 0 n m酸化膜付直径 8 イ ンチシ リ コ ン基板に 8 X I 0 ^{i e} i o n s / c m ² の水素イオンを注入したボン ドゥエーハと、 ベアシリ コ ン基板をべ一ス ウェーハと して用意した。

次に、 両ゥエーハを R C A洗浄液で洗浄した後、 純水で十分リ ンス し た。 続いて吸引乾燥法を用いて両ゥエーハを乾燥した。 次いで、 ボン ド ゥエーハの酸化膜面とベースウェーハの片面と を室温で接合した。 そし て、 接合した基板に水素高濃度層が剥離しない 3 0 0 °Cで熱処理を行つ た後、 接合界面の接合強度を剃刀法によ り測定したと こ ろ、 0 . 2 8 〜

0 . S S N Z m ² であった。

次に、 上記したよ う に、 接合強度を測定したゥエーハと同じ履歴のゥ エーハを用いて、 水素注入剥離法による貼り合せ基板の作製を行ない、 5 0 0 °C、 3 0分の剥離熱処理工程後における貼り合せ基板の良品率を 調査した。

こ こで、 剥離熱処理工程後における貼り合せ基板の良品とは、 剥離熱 処理工程後に得られる貼り合せ基板表面上に、 図 2 に示すよ う なボイ ド 不良あるいはプリ スター不良が、 蛍光灯下の目視検査で観察されない基 板のこ とである。 また剥離熱処理工程後における貼り合せ基板の良品率 とは、 剥離熱処理工程後における貼り合せ基板の良品の枚数を、 投入枚 数で割り 、 1 0 0倍したものである。

上記のよ う に、 吸引乾燥法によ り乾燥して貼り合せ基板を 1 6枚作製 したと ころ、 1 5枚の良品を得るこ とができた （良品率 ： 9 4 % )。 さ らに、 モニタ ー基板を用いて、 接合前の洗浄工程後の乾燥工程を行 つた材料基板上のパーティ クル数を K L A — T e n c o r社製パーティ クルカウンタ 一 S P 1 で測定したと ころ、 吸引乾燥法では、 0 . 2 μ m 以上のパーティ クルが〜 5個/直径 8ィ ンチウエーハしか検出されなか つた。

(比較例）

接合前の洗浄工程後の乾燥工程に、 水置換法である I P A蒸気乾燥法 を用いた以外は実施例と同様の工程で水素注入剥離法による S O I ゥェ ーハを作製して比較例と した。

そして、 実施例と同様に剃刀法によ り 、 接合基板の接合界面の接合強 度を測定したと ころ、 0 . 1 8 〜 0 . 2 2 N Z m ² であった。

また、 5 0 0 °C 、 3 0分の剥離熱処理を行った貼り合せ基板を 1 6枚 作製したと ころ、 7枚の良品しか得られなかった （良品率 ： 4 4 % )。

さ らに、 モニター基板を用いてパーティ クル数を測定したと ころ、 接 合前の I P A蒸気乾燥した材料基板上には 0 . 2 μ m以上のパーティ ク ルが〜 1 0個/直径 8 イ ンチウエ ーハ検出された。 以上述べた実施例と比較例の結果から、 水置換法を用いない吸引乾燥 法 （実施例） を使用した方が、 材料基板上に水分および O H基が適度に 残留するので、 接合界面の接合強度が向上するこ とが分かる。

また、 水置換法の I P A蒸気乾燥を行う と、 乾燥後の材料基板表面が 静電気で帯電し、 乾燥工程の基板回収場所あるいは基板保管箱あるは接 合工程の雰囲気に存在するパーティ クルが付着し易く なるもの と考えら れる。

こ の よ う に、 水置換法を用いない吸引乾燥法を用いる こ と で、 材料基 板上に水分または O H基が適度に多く存在するため、 水置換法の I P A 蒸気乾燥では接合界面の接合強度が弱い剥離工程においても、 接合界面 の接合強度を向上させるこ とができる。 また、 静電気が発生しないので、 材料基板上のパーティ クル汚染が低減する。 さ らに、 I P A等の有機溶 剤を使用しないため、 有機物汚染も低減させるこ と ができる。 このため、 接合界面の品質が向上し、 結合熱処理後の貼り合せ基板の製品歩留 り が 向上する。

なお、 本発明は、 上記実施形態では水置換法である I P A蒸気乾燥法 を使用しないこ と を前提と しているが、一且 I P A蒸気乾燥を行った後、 再度純水のみで基板を濡ら し、 水置換法ではなく 、 基板上に水分を残す 本乾燥法を用いるこ とで、 接合基板の接合界面の接合強度を、 I P A蒸 気乾燥のみの場合の 0 . 1 8〜 0 . 2 2 N / m ² 力 ら、 0 . 2 5〜 0 . 3 1 N / m ² まで高めるこ とができた。 従って、 I P A蒸気乾燥後に、 純水のみで基板を濡ら し、 本乾燥法を実施して基板上に水分を残すよ う にするこ とによっても、 接合界面の接合強度を向上させるこ とができ る こ とがわかった。

さ らに、 剥離工程後の良品率を調査したと ころ、 比較例における I P A蒸気乾燥したサンプルでは、 投入枚数 1 6枚に対し、 7枚の良品しか 得られなかった （良品率 ： 4 4 % ) が、 こ の よ う に I P A蒸気乾燥後に 再度基板を濡ら してから吸引乾燥法を行う こ と で、 投入枚数 1 6枚に対 し、 1 2枚の良品を得るこ と が出来た （良品率 ： 7 5 % )。

こ こで、 本実験は、 I P A蒸気乾燥法で乾燥した基板を、 再度、 純水 で濡ら しただけで吸引乾燥法を行っているが、 メガソニック あるいはブ ラシを併用したり 、 薬液を用いた りするこ とで、 接合強度の向上以外に、 パーティ クルや有機物汚染も低減させるよ う にするこ とができ る。 こ の ため、 本発明では、 I P A蒸気乾燥後に、 本乾燥法である吸引乾燥法、 ス ピン乾燥法、 温水引上げ乾燥法等を使用するこ と もできる。 なお、 本発明は、 上記実施形態に限定されるものではない。 上記実施 形態は、 例示であ り、 本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想 と実質的に同一な構成を有し、 同様な作用効果を奏するものは、 いかな るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、 材料基板と して半導体基板以外に、 石英基板等の絶縁性基板 または金属基板等にも適用するこ とができ る。 また、 デバイス等のパタ ーン付基板にも適用するこ とができる。

さ らに、 上記実施形態において、 水素注入剥離法における剥離工程を 熱処理で行っているが、 熱処理に相当するエネルギー （電気、 プラズマ、 高周波等） を与えても良い。

また、 熱処理おょぴ熱処理に相当するエネルギーを与えて、 水素高濃 度層に微小欠陥層を形成し、 基板側面から微小欠陥層に流体 （気体、 液 体） を噴射して、 ボン ドゥエーハを剥離しても良い。

また、 貼り 合せ基板の作製方法に関しても、 上記水素注入剥離法に限 定されるものではなく 、 2枚の基板を結合した後、 一方の基板をエッチ ング、 研削、 研磨あるいは気相エッチング等によ り薄膜化、 平坦化する よ う な方法においても、 本発明が適用でき るこ とは言う までもない。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 少なく と も二枚の基板を接合する工程と 、 該接合した基板に熱処 理を加えて強固に結合する工程を有する貼り 合せ基板の製造方法におい て、 少な く と も前記基板を接合する前に該基板表面の汚染物質を除去す る洗浄工程を行い、 次に洗浄された基板表面を乾燥させる工程を行い、 当該乾燥工程では水置換法を用いないこ と と して、 接合前の基板上に水 分を残すこ と によ って、 基板を接合した後の接合強度を高め る こ と を特 徴とする貼り合せ基板の製造方法。

2 . 前記接合後の貼り 合せ界面の接合強度を 0 . 2 5 N / m ² 以上と するこ と を特徴とする請求項 1 に記載した貼り 合せ基板の製造方法。

3 . 前記乾燥工程は、 前記洗浄された基板表面の水分を吸引 して除去 する工程であるこ と を特徴とする請求項 1 または請求項 2 に記載した貼 り合せ基板の製造方法。

4 . 前記乾燥工程は、 前記洗浄された基板表面の水分を、 基板を高速 回転させて除去する工程であるこ と を特徴とする請求項 1 または請求項 2 に記載した貼り 合せ基板の製造方法。

5 . 前記洗浄工程は、 最終リ ンスを温水で行 う 工程であ り 、 次の乾燥 工程は、 前記洗浄された基板表面の温水を蒸発除去する工程である こ と を特徴とする請求項 1 または請求項 2 に記載した貼り 合せ基板の製造方 法。

6 . 前記乾燥工程で、 基板に I R照射を行 う こ と を特徴とする請求項 5 に記載した貼り合せ基板の製造方法。

7 . 前記貼り合せ基板の材料と なる基板を、 シ リ コ ン基板とする こ と を特徴とする請求項 1 ないし請求項 6 のいずれか 1 項に記載した貼り 合 せ基板の製造方法。

8 . 前記貼 り合せ基板の材料と なる基板を、 酸化膜付きシ リ コ ン基板 とするこ と を特徴とする請求項 7 に記載した貼り合せ基板の製造方法。

9 . 前記貼り合せ基板の材料と なる基板を、 水素、 希ガスまたはハロ ゲンガスが注入されたもの とする こ と を特徴とする請求項 1 ないし請求 項 8 のいずれか 1 項に記載した貼り合せ基板の製造方法。

1 0 . 請求項 1 ない し請求項 9 のいずれか 1 項に記載の製造方法で製 造されたこ と を特徴とする貼り合せ基板。