JP6544722B2 - ウエハの接合方法及び接合装置 - Google Patents
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Description
また、接合される面上に複数種の材料が露出するハイブリッドボンディングでは、接合面が汚染されたり、十分な接合強度が得られないなどといった問題があった。
本実施形態に係るウエハの接合方法は、接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理と、親水化処理の後にウエハを接合する接合処理とを含み、親水化処理が、ラジカルプラズマ処理、原子ビーム又はイオンビーム照射のいずれかによるものである、ウエハの接合方法である。
本実施形態のウエハ接合方法においては、接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理を含む。
接合されるウエハの接合予定面に施す親水化処理が、ラジカルプラズマ処理、原子ビーム又はイオンビーム照射のいずれかによるものであるため、ウエハの接合強度を十分に満足することができる。
本実施形態のウエハ接合方法においては、親水化処理の後にウエハを接合する接合処理を含む。
これは、ウエハの接合予定面を真空中に晒すことで、親水化処理された接合予定面であっても、その面上に存在する水分子が飛んでしまい、接合処理時に、接合に寄与する十分なOH基がウエハの接合予定面上に残存していないことが要因である。
ラジカルプラズマ処理、原子ビーム又はイオンビーム照射のいずれかにより親水化処理をするため、パーティクルがウエハの接合予定面上に付着することを抑制できる。そのため、親水化処理の後に洗浄処理を必要とせず、スループットを向上させることができる。従来のようなRIE(reactive ion etching:反応性イオンエッチング)を利用すると、雰囲気中のパーティクルがウエハの接合予定面に付着していたが、これはRIEの特性上避けられない問題であった。
また、親水化処理が原子ビーム照射又はイオンビーム照射である場合、Ar(アルゴン)の照射と同時に、Si(シリコン)粒子を照射することで、OH基とつながるSi原子を界面に多くドープすることができ、十分な親水化能力を与えることができる。
本実施形態のウエハ接合方法では、ラジカルプラズマ処理、原子ビーム又はイオンビーム照射のいずれかで親水化処理を行うため、ウエハの接合予定面に、接合に寄与する十分なOH基が存在するため、真空で接合処理を行うことにより、十分な接合強度を得ることができる。
また、真空接合により、空気の巻き込みによるボイドや残留水分による加熱時のマイクロボイドを低減できる利点も得られる。
しかし、本実施形態に係るウエハの接合方法では、反応性の高いラジカル処理を採用することで、親水化処理能力、すなわちOH基を作る能力が高く、後から水を付加する必要がない。大気中の接合では、接合界面上に存在する水が介在してOH基を形成していた。
本実施形態に係るウエハの接合方法は、ウエハの接合方法であって、ウエハ表面の少なくとも一部に絶縁物質を堆積させる堆積処理と、堆積した絶縁物質を研磨する研磨処理と、接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理と、親水化処理の後にウエハを接合する接合処理とを含み、親水化処理が、ラジカルプラズマ処理によるものである、ウエハの接合方法である。
実施形態2に係る発明は、基本的な構成は上記実施形態1と同様である。
堆積させる絶縁物質は、SiO2、SiN等の、酸化膜、窒化膜、セラミックス等である。
(1)ウエハの十分な接合強度を得ることができる。
従来用いられていたRIEプラズマでは、十分な接合強度を得るためのOH基をウエハの接合予定面に存在させることが難しく真空中で接合した場合に接合強度が得られないという問題があった。そのため、一定の接合強度を得る目的で、大気中の水分子を確保するために大気中での接合が行われていた。
しかし、上記の実施形態に係るウエハの接合方法では、親水化処理がラジカルプラズマ処理である場合、真空中においても、ウエハ接合予定面上に生成されたOH基が十分な量残存するため、ウエハの接合強度を十分に満足することができるOH基を確保することができる。
上記の実施形態に係るウエハの接合方法では、水洗浄によるパーティクルの除去工程を不要とするため、スループットを向上させることができる。
ハイブリッドボンディングの場合、例えば接合面に露出している樹脂材料等から発生するパーティクルによって接合面が汚染されることがあり、十分な接合強度が得られないなどといった問題があった。従来のRIE処理のためには、ウエハに電界バイアスがかかっており、パーティクルをウエハの接合予定面に引き寄せてしまうこともその要因であった。
しかしながら、上記の実施形態に係るウエハの接合方法では、このような問題は解消される。
さらに、上記の実施形態に係るウエハの接合方法の変形例として、接合処理の装置を2台で構成することで、処理時間は3分まで短縮される。
表1および2に、Si−SiO2ウエハ及びSiO2−SiO2ウエハの接合試験の結果を示す。
また、SiにおいてはSiO2より界面の酸素原子が少ないため最初に酸素プラズマ処理していることが効果的である。
ラジカルのみを使用したICPプラズマによる処理においても真空中で十分な接合強度を得ることができたことがわかる。
シーケンシャルプラズマでのラジカル源としてはマイクロウェーブや高周波プラズマをトラップ板を通してダウンフローする方法を用いた。ICPプラズマを使用すると、1000W、1000ccとハイパワーでラジカルプラズマの量も確保できるため特に好適であった。
図1に、接合試験の結果を示す。これによれば、RIEでエッチングした場合、接合面にパーティクルが存在し、その周辺で未接合箇所が生じることがわかる。
Claims (11)
- ウエハの接合方法であって、
接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理と、
前記親水化処理の後に真空中で前記ウエハを接合する接合処理とを含み、
前記親水化処理において、原子ビーム照射又はイオンビーム照射のいずれかを行うとともに、Si粒子を照射する、
ウエハの接合方法。 - ウエハの接合方法であって、
接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理と、
前記親水化処理の後に真空中で前記ウエハを接合する接合処理とを含み、
前記親水化処理後前記接合処理前において、前記ウエハを大気に曝さず、
前記親水化処理において、前記ウエハの処理面上部に常時プラズマを発生させ、前記処理面のバイアスをオフして上部プラズマから前記処理面へ窒素ラジカルをダウンフローさせるラジカル処理のみを行う、
ウエハの接合方法。 - ウエハの接合方法であって、
ウエハ表面の少なくとも一部に絶縁物質を堆積させる堆積処理と、
堆積した絶縁物質を研磨する研磨処理と、
接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理と、
前記親水化処理の後に真空中で前記ウエハを接合する接合処理とを含み、
前記親水化処理後前記接合処理前において、前記ウエハを大気に曝さず、
前記親水化処理において、前記ウエハの処理面上部に常時プラズマを発生させ、前記処理面のバイアスをオフして上部プラズマから前記処理面へ窒素ラジカルをダウンフローさせるラジカル処理のみを行う、
ウエハの接合方法。 - 前記親水化処理の後、かつ前記接合処理の前に、洗浄処理を行わない請求項1から3のいずれか1項に記載のウエハの接合方法。
- 前記親水化処理の後、かつ前記接合処理の前に、水に暴露する処理を行わない請求項1から4のいずれか1項に記載のウエハの接合方法。
- 前記ラジカル処理が、水素を含むガスで行われる請求項2又は3に記載のウエハの接合方法。
- 前記ラジカル処理が、H2OまたはOHを含むガスで行われる請求項2又は3に記載のウエハの接合方法。
- 前記ラジカル処理時に加熱する請求項2又は3に記載のウエハの接合方法。
- ウエハの接合装置であって、
接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理を実行するための親水化処理部と、
前記親水化処理の後に真空中で前記ウエハを接合するための接合処理部とを含み、
前記親水化処理部は、原子ビーム照射又はイオンビーム照射のいずれかを行うとともに、Si粒子を照射する、
ウエハの接合装置。 - ウエハの接合装置であって、
接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理を実行するための親水化処理部と、
前記親水化処理の後に真空中で前記ウエハを接合するための接合処理部と、
前記親水化処理が行われる第1チャンバと、
前記第1チャンバに連通し前記ウエハを大気に曝すことなく内側へ搬送可能な第2チャンバと、を含み、
前記親水化処理部は、前記ウエハの処理面上部に常時プラズマを発生させ、前記処理面のバイアスをオフして上部プラズマから前記処理面へ窒素ラジカルをダウンフローさせるラジカル処理のみを実行する、
ウエハの接合装置。 - ウエハの接合装置であって、
ウエハ表面の少なくとも一部に絶縁物質を堆積させるための堆積処理部と、
堆積した絶縁物質を研磨するための研磨処理部と、
接合されるウエハの接合予定面の少なくとも一部を親水化させる親水化処理を実行するための親水化処理部と、
前記親水化処理の後に真空中で前記ウエハを接合するための接合処理部と、
前記親水化処理が行われる第1チャンバと、
前記第1チャンバに連通し前記ウエハを大気に曝すことなく内側へ搬送可能な第2チャンバと、を含み、
前記親水化処理部は、前記ウエハの処理面上部に常時プラズマを発生させ、前記処理面のバイアスをオフして上部プラズマから前記処理面へ窒素ラジカルをダウンフローさせるラジカル処理のみを実行する、
ウエハの接合装置。
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