JPH08195334A - シリコン基板の接合方法 - Google Patents

シリコン基板の接合方法

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JPH08195334A
JPH08195334A JP4039895A JP4039895A JPH08195334A JP H08195334 A JPH08195334 A JP H08195334A JP 4039895 A JP4039895 A JP 4039895A JP 4039895 A JP4039895 A JP 4039895A JP H08195334 A JPH08195334 A JP H08195334A
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JP
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silicon
bonding
substrate
silicon substrate
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JP4039895A
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English (en)
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Hirotsugu Takagi
博嗣 高木
Masatake Akaike
正剛 赤池
Takayuki Yagi
隆行 八木
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン基板どうしの接合工程において、低
温処理で強固な接合を可能とすることにあり、また、こ
れにより高温に耐える材料以外の材料も利用可能とし、
更に膜はがれや、ボイドの発生も防止する。 【構成】 シリコン基板1,2表面を疎水化処理する工
程と、該疎水化処理した前記基板どうしを加圧下で接触
させて接合する工程と、その後加熱処理して前記接合を
強化する工程と、を有することを特徴とするシリコン基
板の接合方法。前記基板どうし1,2を加圧下で接触さ
せて接合する工程は、前記基板1,2の中央部から順次
接触させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の製造方法
に関し、特にシリコン基板どうしの接合方法に関する。
【0002】
【従来の方法】シリコン基板どうしの接合は、SOI
(Silicon on Insulator)基板の
作製に不可欠な技術である。従来、シリコン基板同士の
接合は、特開昭39−17869号公報あるいは特開昭
62−27040号公報に見られるように、基板を接触
後、酸化雰囲気中で加熱する、あるいは親水化処理した
基板を接触後加熱する方法が用いられており、基板は酸
化層を介して接合されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
での方法では、強固な接合を得るためには、接触後10
00℃前後に加熱する必要がある。従って、接合前に基
板上に素子が形成されているような場合、このような高
温に耐えるためには使用する材料が極めて制限されると
いう問題がある。
【0004】さらに、積層された構造においては各層材
料の熱膨張差により膜剥がれが発生するという問題もあ
る。従来の方法はまた、基板表面の水酸基の脱水分解に
より発生したガスがボイドとして残りやすく、これが接
合強度を低下させるという問題もあった。
【0005】(発明の目的)本発明の目的は、シリコン
基板の接合工程において、低温処理で強固な接合を可能
とすることにあり、また、これにより高温に耐える材料
以外の材料も利用可能とし、更に膜はがれや、ボイドの
発生も防止することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のシリコン基板の
接合方法は、前記課題を解決するための手段としてシリ
コン基板表面の疎水化処理工程、加圧しながらの基板ど
うしの接触工程、加熱処理工程の3つの工程を有するこ
とを特徴とする。
【0007】まず、シリコン表面の疎水化は、代表的に
はフッ酸による表面の自然酸化膜を除去することでおこ
なわれる。フッ酸処理によりシリコン表面の大部分が水
素原子で終端される。使用されるフッ酸の濃度は10重
量%以下であり、1〜5%のフッ酸処理が疎水化処理に
適している。PHを3〜6に調整したバッファーフッ酸
を使用してもよい。またフッ酸処理前に基板表面に付着
している有機物等の不純物を除去する処理をしてもよ
い。この場合、基板表面に凹凸を形成するような処理は
避けなければならない。疎水化処理方法としては上記フ
ッ酸処理の他、高真空中で基板表面に加速した不活性イ
オンを照射し、清浄なシリコン表面を形成した後、水素
ガスを真空槽に導入し、基板表面を水素原子で終端する
方法がある。
【0008】次に、疎水化処理された2枚の基板は圧力
を加えながら接触させられる。図1は本発明で基板の接
触に使用した装置の概略図である。この装置は第1の基
板1を平坦に保持し、流体導入口4から加圧された流体
(液体、気体のどちらでもよい)を導入し、この流体圧
を第2の基板2の裏面に印加しながら2枚の基板を近接
させるものである。図1の装置では流体圧は薄いメンブ
レン3に加えられ、このメンブレンが球面状にたわむた
め、それに接する第2基板2も球面状にたわむ。第2基
板2がたわむことにより2枚の基板はそれぞれの中央部
から接触していく。この接触方法では、接触過程で雰囲
気ガスが周辺部に追い出されるため、大気中においても
基板間にガスが残留することがない。もちろん2枚の基
板を真空中で接触させてもよい。流体圧は3kg/cm
2 以上あれば十分効果がある。
【0009】次に、接触した2枚のシリコン基板の接合
を強固にするために加熱する。本発明では加熱温度が2
50℃以上あれば実用上十分な接合強度が得られるが、
300℃〜700℃、さらに好ましくは500〜700
℃であれば従来方法に匹敵する強固な接合が達成され
る。ヒータ加熱、ランプ加熱等の加熱手段により接合基
板を昇温する。また、加熱中の雰囲気は接合には制限が
なく大気中、不活性ガス中、真空中いずれでもよい。
【0010】加熱する効果は以下のように推測される。
加熱によりシリコン基板表面に吸着している水素原子が
脱離することにより、基板最表面にあるシリコン原子同
士が直接結合するか、あるいは水素原子と大気中の酸素
原子が置き変わり、酸素原子を介してシリコン原子が結
合することによって2枚のシリコン基板の接合がおこな
われる。
【0011】加熱中における接合強度の増加過程におい
て、基板周辺部より強い結合がすすんだ場合において、
基板の中央部にしばしば空孔(ボイド)が発生すること
がある。一旦強固に接合した部分はひずみを緩和するこ
とができず、未接合部にひずみが集中した結果ボイドと
して残るものと考えられる。こうしたボイドは基板温度
の不均一性により強固に接合した部分がランダムに作ら
れたときにも発生する。
【0012】したがって、ボイドを発生させずにシリコ
ン基板を接合させるためには一点より接合をすることが
有効である。その方法として、図3に示すように接触が
完了したシリコン基板5を石英やセラミクス等熱伝導率
が比較的小さい2枚の板6および6′で挟み、これらの
板の背後の基板中央を加熱することが有効である。こう
した手段により2枚のシリコン基板は中央より徐々に加
熱され、強固な接合部が中央より周辺に広がりボイドの
発生が抑えられる。
【0013】他の方法として図4に示すように、接触さ
せたシリコン基板8を搬送ローラ10によって細長い加
熱手段9、9′の短辺方向に搬送させ、基板の端より徐
々に強固な接合部を形成する方法がある。遮蔽板12お
よび冷却ローラ11は未接合部への熱伝導を低下させる
ことにより温度上昇部を制御する働きをする。図3、図
4いずれの方法においても加熱手段を上下2組設置する
ことにより、2枚の基板の温度差をできるだけ小さくし
ている。また、図4に示した方法においては基板を搬送
するかわりに加熱手段を基板の端より移動させても同様
の効果が期待できる。
【0014】
【作用】本発明によれば、あらかじめ基板表面を疎水化
処理しておくため、低温度でも強固な接合が可能とな
る。
【0015】また、前記疎水化処理は、フッ酸、バッフ
ァーフッ酸により行なうことにより、疎水化処理を効果
的に行なうことができる。
【0016】また、前記疎水化処理は、高真空中で基板
表面に加速した不活性イオンを照射し、清浄なシリコン
表面を形成した後、水素ガスを導入して基板表面を水素
原子で終端することにより、基板表面の疎水化を完全に
することができる。
【0017】また、前記基板どうしを加圧下で接触させ
て接合する工程は、前記基板の中央部から順次接触させ
ることにより、接合界面に基体等を含むことがなくな
り、ボイドの発生を防止できる。
【0018】また、前記加熱処理は250℃〜700℃
で行なうことにより、十分な接合強度を得ることができ
る。
【0019】
【実施例】
[実施例1]2枚の(100)シリコン基板を2%フッ
酸で表面疎水化処理し、ただちに図1の接触装置により
5気圧のガス圧を印加しつつ、大気中で2枚のシリコン
基板を接触させた。
【0020】つぎに大気中で2時間加熱して接合した。
加熱温度(熱処理温度)は、図2に示した各温度とし
た。
【0021】こうして作製した接合試料の曲げ強度を測
定した。図2は曲げ強度より算出した破壊時の界面せん
断応力を図示したものである。同様の方法で測定したシ
リコン基板の破壊強度は55kg/cm2 であり、25
0℃で加熱すれば十分強固に接合されていることがわか
った。
【0022】[実施例2](100)シリコン基板を2
00℃で10分間紫外線処理し、基板表面の有機不純物
を除去した後、フッ化アンモニウムでPH4に調整した
バッファーフッ酸で疎水化処理した。
【0023】その後実施例1と同様に2枚の基板を接触
させた後、加熱処理を行った。
【0024】実施例1と同様にして強度を測定したとこ
ろ、同等の強度で接合することが確かめられた。
【0025】[比較例](100)シリコン基板を親水
化処理し、実施例1と同様に接触、加熱処理をした試料
の接合強度を測定したところ、図2に示したように、6
00℃以上では強固に接合したが、低温では十分な強度
が得られなかった。また、400℃以下の場合、ダイシ
ングソー切断時において接合面で剥離した。
【0026】[実施例3]2枚の(100 )シリコン基板
を85℃の硫酸および過酸化水素混合水溶液中に5分浸
漬した後、10分間純水により洗浄した。ひきつづき、
2%フッ酸水溶液で20秒間疎水化処理を行い、2分間
純水洗浄した。以上の前処理を施した2枚のシリコン基
板を図1に示した接触装置により5気圧を印加しつつ接
触させた。次に図3に概略を示すように、接触した2枚
のシリコン基板5を2枚のアルミナセラミクス板6、
6′に挟み、このアルミナセラミクス板の中央部を加熱
温度が500℃となるようにヒータ7、7′により加熱
した。
【0027】以上のように接合した2枚のシリコン基板
に赤外線を照射し、透過光を赤外線カメラにより観察し
たところ、ボイドの発生は見られなかった。また、破壊
時のせん断応力は85kg/cm2 であり十分な強度を
もつことが確認された。
【0028】[実施例4]2枚の(100 )シリコン基板
を酸素雰囲気中で200℃に加熱しながら、紫外線を2
0分間照射したのち、2%フッ酸水溶液で20秒間疎水
化処理を行い、2分間純水洗浄した。以上の疎水化処理
を施した2枚のシリコン基板を図1に示した接触装置に
より5気圧を印加しつつ接触させた。次に図4に概略を
示す試料搬送装置を有する加熱装置により接触したシリ
コン基板8を加熱した。図4において、10は搬送用ロ
ーラ、11は水冷されたローラであり、12は熱遮蔽板
である。シリコン基板8は矢印方向に移動する過程で熱
遮蔽版12の中央部に設置されたヒータ9、9′により
加熱される。シリコン基板のヒータ直下部分は温度上昇
するが、そこからはなれた部分は水冷ローラにより熱が
遮断され低温に保たれるため、強固な接合は起こらな
い。本実施例においてはヒータ直下でのシリコン基板温
度が550℃となるようにヒータ電力を調整した。
【0029】以上のように接合したシリコン基板を実施
例3と同様に赤外線カメラで観察したがボイドの発生は
見られなかった。また、破壊時のせん断応力は91kg
/cm2 であった。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の接合方法
は、従来に比べ低温でシリコン基板の強固な接合を可能
にする効果が得られる。また、本発明の方法によれば、
低温で接合可能であるため、素子形成後のシリコン基板
どうしも接合することができ、マイクロマシン等の立体
構造体の形成に有効な手段を提供することができる。
【0031】また、積層構造の熱膨張差による膜はがれ
や、ボイドの発生等も、少なくすることができるため、
品質や、信頼性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で基板の接触に使用した装置の概略図
【図2】曲げ強度より算出した実施例と比較例の破壊時
の界面せん断応力の図
【図3】実施例3で用いた加熱方法の概略図
【図4】実施例4で用いた加熱装置の概略図
【符号の説明】
1 第1の基板 2 第2の基板 3 メンブレン 4 流体導入口 5、8 接触させたシリコン基板 6、6′、セラミクス板 7、7′、9、9′ 加熱手段 10 搬送ローラ 11 水冷ローラ 12 熱遮蔽板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板表面を疎水化処理する工程
    と、該疎水化処理した前記基板どうしを加圧下で接触さ
    せて接合する工程と、その後加熱処理して前記接合を強
    化する工程と、を有することを特徴とするシリコン基板
    の接合方法。
  2. 【請求項2】 前記疎水化処理は、フッ酸により前記基
    板表面の自然酸化膜を除去することを特徴とする請求項
    1に記載のシリコン基板の接合方法。
  3. 【請求項3】 前記疎水化処理は、バッファーフッ酸を
    用いることを特徴とする請求項1に記載のシリコン基板
    の接合方法。
  4. 【請求項4】 前記疎水化処理は、高真空中で基板表面
    に加速した不活性イオンを照射し、清浄なシリコン表面
    を形成した後、水素ガスを導入して基板表面を水素原子
    で終端することを特徴とする請求項1に記載のシリコン
    基板の接合方法。
  5. 【請求項5】 前記基板どうしを加圧下で接触させて接
    合する工程は、前記基板の中央部から順次接触させるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のシリコン基板の接合方
    法。
  6. 【請求項6】 前記加熱処理は250℃〜700℃で行
    なうことを特徴とする請求項1に記載のシリコン基板の
    接合方法。
  7. 【請求項7】 前記加熱処理は、前記シリコン基板の中
    央より温度上昇させることを特徴とする請求項1に記載
    のシリコン基板の接合方法。
  8. 【請求項8】 前記加熱処理は、前記シリコン基板の端
    部より温度上昇させることを特徴とする請求項1に記載
    のシリコン基板の接合方法。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012212885A (ja) * 2000-02-16 2012-11-01 Ziptronix Inc 低温結合方法および結合構成物
US8580654B2 (en) 2010-10-12 2013-11-12 Soitec Method for molecular bonding of silicon and glass substrates
US9431368B2 (en) 1999-10-01 2016-08-30 Ziptronix, Inc. Three dimensional device integration method and integrated device
JP2017190987A (ja) * 2016-04-12 2017-10-19 公立大学法人首都大学東京 X線光学系基材の製造方法及びx線光学系基材
JP2017537477A (ja) * 2014-11-25 2017-12-14 レナ テクノロジー ゲーエムベーハーRENA Technologies GmbH サブストレートの下側処理の方法および装置
US10434749B2 (en) 2003-05-19 2019-10-08 Invensas Bonding Technologies, Inc. Method of room temperature covalent bonding
JP2019186288A (ja) * 2018-04-03 2019-10-24 東京エレクトロン株式会社 接合方法および接合システム

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9431368B2 (en) 1999-10-01 2016-08-30 Ziptronix, Inc. Three dimensional device integration method and integrated device
US9564414B2 (en) 1999-10-01 2017-02-07 Ziptronix, Inc. Three dimensional device integration method and integrated device
US10366962B2 (en) 1999-10-01 2019-07-30 Invensas Bonding Technologies, Inc. Three dimensional device integration method and integrated device
US10312217B2 (en) 2000-02-16 2019-06-04 Invensas Bonding Technologies, Inc. Method for low temperature bonding and bonded structure
JP2012212885A (ja) * 2000-02-16 2012-11-01 Ziptronix Inc 低温結合方法および結合構成物
US9331149B2 (en) 2000-02-16 2016-05-03 Ziptronix, Inc. Method for low temperature bonding and bonded structure
US9391143B2 (en) 2000-02-16 2016-07-12 Ziptronix, Inc. Method for low temperature bonding and bonded structure
US11760059B2 (en) 2003-05-19 2023-09-19 Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. Method of room temperature covalent bonding
US10434749B2 (en) 2003-05-19 2019-10-08 Invensas Bonding Technologies, Inc. Method of room temperature covalent bonding
US8790993B2 (en) 2010-10-12 2014-07-29 Soitec Method for molecular bonding of silicon and glass substrates
KR101410858B1 (ko) * 2010-10-12 2014-06-24 소이텍 실리콘 및 글래스 기판의 분자 결합 방법
US8580654B2 (en) 2010-10-12 2013-11-12 Soitec Method for molecular bonding of silicon and glass substrates
JP2017537477A (ja) * 2014-11-25 2017-12-14 レナ テクノロジー ゲーエムベーハーRENA Technologies GmbH サブストレートの下側処理の方法および装置
JP2017190987A (ja) * 2016-04-12 2017-10-19 公立大学法人首都大学東京 X線光学系基材の製造方法及びx線光学系基材
JP2019186288A (ja) * 2018-04-03 2019-10-24 東京エレクトロン株式会社 接合方法および接合システム

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