JP3611142B2

JP3611142B2 - 張り合わせウェーハおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3611142B2
Application number: JP24547195A
Authority: JP
Inventors: 悦郎森田; 幸夫川合; 俊一郎石神; 光弘遠藤
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2015-08-29
Also published as: JPH0963910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は張り合わせウェーハおよびその製造方法、特にパワー素子・複合素子等に使用される張り合わせウェーハおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコンウェーハの張り合わせにあっては、用いられるシリコンウェーハとしてはＯＨ基を持った表面が必要とされている。シリコンウェーハ表面をこのように形成するには、通常ＳＣ１（ｓｔａｎｄａｒｄｃｌｅａｎｉｎｇ１）洗浄液を用いて洗浄して表面に自然酸化膜を形成するか、または、この後表面をＨＦ（希フッ酸）処理していた。すなわち、シリコンウェーハの表面にＳｉ−Ｈを生じさせ、これら表面同士を重ね合わせて結合していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなシリコンウェーハ表面に自然酸化膜を形成した場合の張り合わせでは、図５（Ａ）に示すように、張り合わせ界面でのボロン汚染が顕著であり、かつ、界面に非晶質の領域が層状となって存在するという不具合があった。また、従来の希ＨＦ処理後のシリコンウェーハ同士の張り合わせにあっては、張り合わせ界面での結晶格子同士のミスフィットが生じ、これから欠陥が発生するという課題があった。
【０００４】
そこで、本願発明者は、張り合わせ界面について研究した結果、シリコンウェーハの張り合わせ面に原子１層だけの薄い自然酸化膜を形成して張り合わせを行うことにより、張り合わせ界面がスムースで、かつ、非晶質部分が少なくなるという知見を得た。そこで、本発明の目的は、張り合わせ界面で欠陥が発生せず、かつ、その界面部分での連続性が高い張り合わせウェーハおよびその製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、２枚のシリコンウェーハを張り合わせた張り合わせウェーハであって、その張り合わせ界面に１０〜５０ｎｍの径の略球状の非晶質部分を有する張り合わせウェーハである。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、表面を水素で終端させた後、その表面にあって１原子層を酸化したシリコンウェーハを用いて張り合わせを行う張り合わせウェーハの製造方法である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、シリコンウェーハ表面を希フッ酸溶液で洗浄した後、このシリコンウェーハを用いて張り合わせを行う張り合わせウェーハの製造方法において、上記希フッ酸での洗浄後のシリコンウェーハ表面にて１原子層を酸化させ、このシリコンウェーハ表面を、同じく１原子層を酸化したシリコンウェーハ表面に重ね合わせて張り合わせを行う請求項２に記載の張り合わせウェーハの製造方法である。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、シリコンウェーハ表面を希フッ酸で洗浄した後、その表面にオゾンまたは過酸化水素水を作用させることにより、１原子層を酸化させた請求項２に記載の張り合わせウェーハの製造方法である。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、張り合わせ用のシリコンウェーハの表面を希フッ酸溶液で洗浄した後、このシリコンウェーハを用いて張り合わせを行う張り合わせウェーハの製造方法において、上記希フッ酸溶液での洗浄後、ＨＣｌとＨ_２Ｏ_２との混合溶液を用いてそのシリコンウェーハ表面を洗浄した請求項２に記載の張り合わせウェーハの製造方法である。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、希フッ酸溶液での洗浄後のシリコンウェーハ表面を純水でリンスする工程を含む請求項３〜５のいずれか１項に記載の張り合わせウェーハの製造方法である。
【００１１】
【作用】
この発明によれば、鏡面加工したシリコンウェーハ表面を例えばＳＣ１液で洗浄し、パーティクルを除去する。そして、純水でリンスする。次いで、希フッ酸で洗浄し、そのシリコンウェーハ表面から自然酸化膜を除去し、純水でリンスする。このようにしてシリコンウェーハ表面にＳｉ−Ｈの結合を形成する。さらに、このシリコンウェーハ表面を室温のＳＣ２液（ＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ）に、例えば２分間浸漬させる。なお、高温の場合は、温度に対応して浸漬時間を短く調整する（例えば８５℃で２秒間）。この結果、シリコンウェーハ表面に原子１層分だけの酸化膜が形成される。また、ＳＣ２液処理に代えてオゾンまたは過酸化水素水にその表面を作用させる。さらには、このシリコンウェーハ表面を純水でリンスした後、通常の条件で張り合わせを行う。このような本発明方法により張り合わせたシリコンウェーハ同士の界面には、ボロン汚染が少なく、かつ、非晶質部分が少なくその連続性も優れている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１はこの発明方法で作製された張り合わせウェーハの張り合わせ界面を模式的に示す図である。図２は本発明の張り合わせウェーハの製造方法の一実施例を説明するためのフローチャートである。図３は一実施例に係る張り合わせ用のシリコンウェーハの表面部分の原子構造を模式的に示す図である。図４はこの発明の一実施例に係る処理でのシリコンウェーハ表面の酸化膜厚を示すグラフである。また、図５の（Ｂ）には一実施例に係る張り合わせウェーハの界面でのボロン濃度を示している。
【００１３】
張り合わせに使用するポリッシュドウェーハＰＷは、まず、ＳＣ１洗浄液で表面を洗浄する。純水での流水リンスの後、希フッ酸洗浄を行う。例えば、ウェーハをＨＦ：Ｈ_２Ｏ＝１：１００のＨＦ溶液に１分間、室温で浸した後、純水による流水リンスを行った。さらに、室温のＳＣ２洗浄液（組成：ＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ＝１／１／５）中に最長で２分間（１２０秒間）浸漬する。なお、高温（例えば８５℃）の場合は例えば２秒間浸漬する。この結果、シリコンウェーハ表面には自然酸化膜が原子１層分だけ形成される（図３）。図４はこの場合の自然酸化膜の厚さと浸漬の時間との関係を示している。そして、この表面を純水でリンスした。この流水リンスは１０ｌ／分で、５分間行い、その後の乾燥はスピンドライで行った。
【００１４】
そして、乾燥後３０分以内にこのウェーハを用いて室温で所定条件の下に重ね合わせて接着した。その後の接合熱処理は、ドライＯ_２雰囲気で２時間、８５０℃に加熱した。この結果、シリコンウェーハには、図３に示すような、Ｈは加熱されて除去された張り合わせのための表面が形成され、よって、結晶格子の連続性が担保され、かつ、非晶質部分の少ない接合界面を得ることができる。
【００１５】
図１（Ａ）はこの張り合わせウェーハの接合界面を模式的に示している。ａｍｒは非晶質（アモルファス：ＳｉＯｘ）部分を示している。このように界面には、１０〜５０ｎｍ程度の径の球状の非晶質部分が残る程度である。この観察はＴＥＭ等で行うことができる。比較例として同図（Ｂ）にはＨＦ洗浄直後に張り合わせたウェーハの接合界面を示す。界面に欠陥ｆが多く存在している。また、（Ｃ）はＳＣ１洗浄後の張り合わせにおけるウェーハの接合界面を示している。この界面には層状のアモルファス部分ａｍｒが存在している。ウェーハの連続性を阻害していることが明確に示されている。さらに、図５（Ｂ）にはＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）による、この接合界面のボロン濃度を示している。ＳＣ１洗浄後の張り合わせによる場合（同図（Ａ））と比較してその界面にボロンが多く存在することはない。よって、この部分でのｐｎ反転等による不具合発生は完全に防止される。
【００１６】
なお、上記実施例ではＳＣ２洗浄による１原子層の酸化を説明したが、この他、オゾン、過酸化水素水での処理を施すことでも同様に１原子層分の厚さに酸化膜を形成することができる。オゾンの場合は、例えば８ｐｐｍのオゾン水に５秒間シリコンウェーハを浸漬することで、その表面に自然酸化膜が１層分形成される。
【００１７】
【発明の効果】
この発明によれば、張り合わせ界面で欠陥が発生しない張り合わせウェーハを得ることができる。また、その界面部分での連続性が高い張り合わせウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る張り合わせウェーハの張り合わせ界面を模式的に示す図である。
【図２】この発明の一実施例に係る張り合わせウェーハの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】この発明の一実施例に係る張り合わせ用のシリコンウェーハの表面部分の原子構造を模式的に示す図である。
【図４】この発明の一実施例に係るＳＣ２処理でのシリコンウェーハ表面の酸化膜厚と時間との関係を示すグラフである。
【図５】張り合わせウェーハの接合界面でのボロン汚染を示すグラフである。
【符号の説明】
ａｍｒ非晶質部分

Claims

２枚のシリコンウェーハを張り合わせた張り合わせウェーハであって、
その張り合わせ界面に１０〜５０ｎｍの径の略球状の非晶質部分を有する張り合わせウェーハ。
表面を水素で終端させた後、その表面にあって１原子層を酸化したシリコンウェーハを用いて張り合わせを行う張り合わせウェーハの製造方法。
シリコンウェーハ表面を希フッ酸溶液で洗浄した後、このシリコンウェーハを用いて張り合わせを行う張り合わせウェーハの製造方法において、
上記希フッ酸での洗浄後のシリコンウェーハ表面にて１原子層を酸化させ、このシリコンウェーハ表面を、同じく１原子層を酸化したシリコンウェーハ表面に重ね合わせて張り合わせを行う請求項２に記載の張り合わせウェーハの製造方法。
シリコンウェーハ表面を希フッ酸で洗浄した後、その表面にオゾンまたは過酸化水素水を作用させることにより、１原子層を酸化させた請求項２に記載の張り合わせウェーハの製造方法。
張り合わせ用のシリコンウェーハの表面を希フッ酸溶液で洗浄した後、このシリコンウェーハを用いて張り合わせを行う張り合わせウェーハの製造方法において、
上記希フッ酸溶液での洗浄後、ＨＣｌとＨ_２Ｏ_２との混合溶液を用いてそのシリコンウェーハ表面を洗浄した請求項２に記載の張り合わせウェーハの製造方法。
希フッ酸溶液での洗浄後のシリコンウェーハ表面を純水でリンスする工程を含む請求項３〜５のいずれか１項に記載の張り合わせウェーハの製造方法。