JPH0963912A - Manufacture of joined substrate - Google Patents
Manufacture of joined substrateInfo
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- JPH0963912A JPH0963912A JP23326995A JP23326995A JPH0963912A JP H0963912 A JPH0963912 A JP H0963912A JP 23326995 A JP23326995 A JP 23326995A JP 23326995 A JP23326995 A JP 23326995A JP H0963912 A JPH0963912 A JP H0963912A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハーあるいは
基板の接合による貼り合わせ基板の製造方法、特に接合
部分に気泡や空隙が発生しないような貼り合わせ基板を
製造する方法に関し、さらに該方法により製造される２
枚以上のウェハーの接合、ウェハーと基板の接合、ある
いは基板同士の接合による貼り合わせウェハー基板に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a bonded substrate by bonding a wafer or a substrate, and more particularly to a method for manufacturing a bonded substrate in which bubbles and voids are not generated at the bonding portion, and further manufactured by the method. Done 2
The present invention relates to a bonded wafer substrate by joining one or more wafers, joining wafers and substrates, or joining substrates to each other.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ウェハーあるいは基板同士を接合
して得られる新たな基板、すなわち貼り合わせ基板ある
いは貼り合わせウェハー基板として、ＳＯＩ（Silicon
on Insulator）に代表される半導体装置用基板、接合に
よる新機能を利用した各種デバイスやセンサー、さらに
支持台座に固定して構造的に強化したＸ線マスク基板な
どがあるが、これら平坦なウェハーや基板同士の固定に
は接合プロセスが用いられてきた。例えば、シリコンウ
ェハー同士の接合、またはシリコンウェハーとガラス基
板との接合の場合には、直接接合法や陽極接合法が用い
られる。また、熱的あるいは化学的な作用による接着剤
あるいは接着媒体を用いての接合も用いられている。こ
れらの接合方法は接合一体化して成る接合体（以下、単
に接合体）の材料や用途により適宜選択されるものであ
るが、いずれの接合においても、接合時に接合界面にお
いて、特に予期し得ぬ部分での気泡の残留、空隙の残存
が発生しやすい。これらの気泡や空隙は接合体を使用す
る際の欠陥となるだけでなく、その後の真空プロセスや
熱プロセスにおいて接合部分を破壊する原因となり、接
合体そのものが使用不可能となる問題を引き起こす。2. Description of the Related Art Conventionally, as a new substrate obtained by bonding wafers or substrates to each other, that is, a bonded substrate or a bonded wafer substrate, SOI (Silicon
on Insulator), semiconductor device substrates, various devices and sensors that utilize new functions of bonding, and X-ray mask substrates that are structurally reinforced by fixing them to a support pedestal. A bonding process has been used to secure the substrates together. For example, in the case of bonding silicon wafers to each other or bonding a silicon wafer and a glass substrate, a direct bonding method or an anodic bonding method is used. In addition, joining using an adhesive or an adhesive medium by a thermal or chemical action is also used. These joining methods are appropriately selected depending on the material and application of the joined body (hereinafter simply referred to as a joined body) formed by joining and unifying, but in any joining, at the joining interface at the time of joining, it is not particularly unexpected. Remains of air bubbles and voids are likely to occur in the part. These bubbles and voids not only become defects when the bonded body is used, but also cause destruction of the bonded portion in the subsequent vacuum process or thermal process, causing a problem that the bonded body itself becomes unusable.
【０００３】また、貼り合わせに用いる２枚の基板は各
々微妙に異なるそり、ゆがみを有する。このようなそ
り、ゆがみは接合界面において貼り合わせ基板に対する
応力を発生させる。さらに、基板林料各々が有する熱膨
張係数の違いも貼り合わせ基板の内部応力の原因とな
る。このような応力による接合体のそり、ゆがみおよび
接合部の破壊は大きな問題である。これら接合体界面に
残留する気泡を低減させる方法として、例えば、特開平
３−５０８１７号公報に開示されているように貼り合わ
せ基板の少なくとも一方の面が凸面となるように反ら
せ、気泡が残らないようにしながら接合する方法や、特
開平６−２５２０１５号公報に開示されているように減
圧容器内で気泡を抜きながら接合をおこなう方法などが
ある。しかしながら、いずれの方法においても、基板の
貼り合わせ時の伸縮が貼り合わせ後の歪みとして残るこ
と、貼り合わせ装置および工程が複雑化することなどの
課題を残したままである。Further, the two substrates used for bonding each have a slightly different warp or distortion. Such warpage and distortion generate stress on the bonded substrate stack at the bonding interface. Further, the difference in the coefficient of thermal expansion of each substrate material also causes the internal stress of the bonded substrate. The warpage, distortion, and breakage of the joint due to such stress are major problems. As a method of reducing the bubbles remaining at the interface of these bonded bodies, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-50817, at least one surface of the bonded substrate is bent so as to be a convex surface, and no bubbles remain. There is a method of joining while doing so, or a method of joining while removing air bubbles in a decompression container as disclosed in JP-A-6-252015. However, in any of the methods, there still remain problems such as expansion and contraction at the time of bonding the substrates as distortion after bonding, and a complicated bonding apparatus and process.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明に係る
貼り合わせ基板の製造方法が解決しようとする第１の課
題は、基板の接合方法にかかわらず基板等の貼り合わせ
時における気泡および空隙残留の問題を低減させること
により、欠陥が少なく良好な状態で使用できて真空プロ
セスや熱プロセスにおいて接合部分が破壊しにくい接合
体を提供することである。また、本発明の第２の課題
は、接合体の接合部に発生する応力に起因する歪みを低
減させた貼り合わせ基板を提供することである。さら
に、本発明の第３の課題は、これら接合体作成における
歩留まりおよび接合精度の向上を図ることである。Therefore, the first problem to be solved by the method for manufacturing a bonded substrate according to the present invention is to leave air bubbles and voids at the time of bonding the substrates regardless of the bonding method of the substrates. By reducing the problem of (1), it is possible to provide a bonded body which has few defects and can be used in a good condition, and the bonded portion is less likely to be broken in a vacuum process or a thermal process. Moreover, the 2nd subject of this invention is providing the bonded substrate which reduced the distortion resulting from the stress which arises in the bonded part of a bonded body. Furthermore, a third object of the present invention is to improve the yield and the joining accuracy in producing these joined bodies.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にかかる貼り合わせ基板の製造方法は、少な
くとも一方の基板の接合面に予め逃げ溝を設けてから基
板同士を貼り合わせることを特徴とする。上記逃げ溝は
リソグラフィープロセスを用いて作成してもよいし、物
理的または化学的なエッチングもしくは機械的な切削法
を用いて作成してもよい。また、基板接合面の全面また
は一部のモルフォロジーを劣化させることにより得られ
る基板表面の微細な凹凸からなる逃げ溝であってもよ
い。貼り合わせる基板は、いずれか一方または両方が、
ケイ素を含むウェハー、またはケイ素を含む基板上に新
規に膜を堆積した基板、またはガラス基板から選択して
もよい。また、貼り合わせる基板は同種の材質からなる
ものであっても、異種の材質からなるものであってもよ
い。In order to solve the above-mentioned problems, in the method for manufacturing a bonded substrate according to the present invention, at least one of the substrates is provided with an escape groove in advance and then the substrates are bonded to each other. Is characterized by. The relief groove may be formed using a lithographic process, or may be formed using a physical or chemical etching method or a mechanical cutting method. Further, it may be a relief groove formed of fine irregularities on the substrate surface obtained by deteriorating the morphology of the whole or a part of the substrate bonding surface. Either one or both of the substrates to be bonded
It may be selected from a silicon-containing wafer, a newly-deposited film on a silicon-containing substrate, or a glass substrate. The substrates to be bonded may be made of the same material or different materials.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】本発明の貼り合わせ基板製造法
は、基板と基板とを貼り合わせ、新たに一枚の接合体を
作成する際、基板の接合面に予め逃げ溝を設けてから基
板同士を貼り合わせるものである。この逃げ溝は基板を
貼り合わせた後にも残るので、接合面内に発生する気泡
がこの逃げ溝に落ち込んで吸収されたり、逃げ溝が通気
口の機能を果たして気泡を外部に逃がすようになる。こ
のように、従来方法では接合界面に残留しやすい気泡が
外部に***され、あるいは逃げ溝に吸収されて接合部に
残留しない。これにより予期できぬ部分での気泡の残留
をおさえることが可能となり、また同時に空隙の発生を
減少せしめることが可能となり、接合体の活用率を飛躍
的に向上させることになり、結局、歩留まりの向上につ
ながる。また、貼り合わせ時に基板にかかる応力、さら
には接合後の基板の伸縮や接合体が受ける熱や圧力など
による応力に起因して接合体に発生するそり、ゆがみを
逃げ溝の部分で吸収することを可能ならしめる。このよ
うにして、接合部への応力による影響を低減させ、接合
体のそり、ゆがみを最小限に抑えた貼り合わせ基板の提
供が可能になる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to the bonded substrate manufacturing method of the present invention, when a substrate and a substrate are bonded to each other to form a new bonded body, an escape groove is provided in advance on the bonding surface of the substrate before the substrate is bonded. It is to stick together. Since the escape groove remains even after the substrates are bonded together, the bubbles generated in the bonding surface fall into the escape groove and are absorbed, or the escape groove functions as a vent hole to escape the bubble to the outside. As described above, in the conventional method, bubbles that tend to remain at the bonding interface are discharged to the outside or absorbed by the escape groove and do not remain at the bonding portion. This makes it possible to suppress air bubbles from remaining in unexpected areas, and at the same time, to reduce the generation of voids, dramatically improving the utilization rate of the bonded body, and ultimately increasing the yield. Leads to improvement. In addition, the warpage and distortion generated in the bonded body due to the stress applied to the substrates during bonding, and the stress due to the expansion and contraction of the substrates after bonding and the heat and pressure applied to the bonded body should be absorbed by the escape groove. If possible. In this way, it is possible to reduce the influence of stress on the bonded portion and provide a bonded substrate in which warpage and distortion of the bonded body are minimized.
【０００７】上記のような作用をもたらす逃げ溝は、リ
ソグラフィープロセスを用いて作成することが可能であ
る。リソグラフィープロセスを用いる場合は、従来の半
導体作成プロセスにおける一工程として組み込むことが
でき、容易に実用化することができる。また、上記の逃
げ溝の作成法として、イオンエッチングに代表される物
理的エッチング、酸やアルカリとの化学反応による化学
的エッチングあるいは機械的な切削法を用いることも可
能である。さらに、逃げ溝の形状が数ｍｍ単位というよ
うに比較的大きい場合は、基板作成の段階で加工して形
成することも可能である。例えば溶融したガラスへの型
押しのような方法により基板を作成しても構わない。こ
のように、いずれの方法を用いても、簡単容易に、かつ
効果の大きい貼り合わせ用基板を得ることができる。The relief groove having the above-described function can be formed by using a lithography process. When the lithography process is used, it can be incorporated as one step in the conventional semiconductor manufacturing process, and can be easily put into practical use. Further, as a method of forming the above-mentioned escape groove, it is possible to use physical etching typified by ion etching, chemical etching by a chemical reaction with acid or alkali, or mechanical cutting method. Further, when the shape of the escape groove is relatively large, such as a unit of several mm, it can be formed by processing at the stage of producing the substrate. For example, the substrate may be formed by a method such as embossing on molten glass. In this way, whichever method is used, a bonding substrate having a large effect can be obtained easily and easily.
【０００８】上記のような作用をもたらす逃げ溝はま
た、貼り合わせる対象となる基板接合面のいずれか一方
または両方の面の全面または一部のモルフォロジーを劣
化させることでできる基板表面の微細な凹凸を利用する
ことも実質的に可能である。モルフォロジーを劣化させ
る具体的な方法として、物理的、化学的エッチングや機
械的に表面を荒らす方法、凹凸のある膜を堆積させる方
法などがある。貼り合わせに望ましいモルフォロジーあ
るいは基板表面の凹凸については表面粗さを基準として
考えることができる。実際には選択した基板の材質や貼
り合わせ方法により、望ましい表面粗さも変化する。例
えば接合法に陽極接合法を用いる場合、表面粗さ平坦度
は中心線平均あらさの値で実質的に１ｎｍＲａ以上１０
０ｎｍＲａ程度であることが望ましい。直接接合法を用
いる場合もほぼ同等の表面粗さが望ましい。しかし、接
着剤のような接着媒体を用いる場合の表面粗さの値は、
実質的に１００ｎｍＲａ以上となっても問題は無い。The relief groove that produces the above-mentioned action is also capable of degrading the morphology of the entire surface or a part of one or both of the bonding surfaces of the substrates to be bonded to each other. It is substantially possible to utilize. Specific methods for degrading the morphology include physical and chemical etching, mechanical roughening of the surface, and deposition of an uneven film. The desired morphology for bonding or the unevenness of the substrate surface can be considered based on the surface roughness. Actually, the desired surface roughness also changes depending on the selected substrate material and the bonding method. For example, when the anodic bonding method is used as the bonding method, the surface roughness flatness is a value of center line average roughness of substantially 1 nm Ra or more 10
It is preferably about 0 nmRa. Even when the direct bonding method is used, substantially the same surface roughness is desirable. However, the value of surface roughness when using an adhesive medium such as an adhesive is
There is no problem even if it becomes substantially 100 nmRa or more.
【０００９】微細な凹凸のある表面はそのまま接合に用
いることができるが、この微細な凹凸のある表面上を部
分的に平滑化して新たに接合面としてもよい。このよう
にすると接合面内に生ずる気泡が凹凸のある部分に移動
して、接合部には気泡の残留、空隙の残存がなくなる。
平滑な表面を付与する方法としては、蒸着法、スパッタ
法、イオンプレーティング法、析出法、気相堆積法、塗
布など適宜な方法を選択することができる。The surface having fine irregularities can be used as it is for bonding, but the surface having fine irregularities may be partially smoothed to form a new bonding surface. By doing so, the bubbles generated in the joint surface move to the uneven portion, and no bubbles or voids remain in the joint.
As a method for providing a smooth surface, an appropriate method such as a vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a precipitation method, a vapor phase deposition method, or coating can be selected.
【００１０】さらに、本発明の製造方法において貼り合
わせに使用する基板としては、いずれか一方または両方
が、ケイ素を含むウェハー、またはケイ素を含むウェハ
ー上に膜を堆積した基板、またはガラス基板から選択す
ることができる。このような基板同士を貼り合わせて製
造した貼り合わせ基板は、容易に既存の半導体デバイス
プロセスに適用することができる。また、ガラス基板を
用いる場合は、製造工程中に溶融ガラスに畝目を有する
型を押し付けたり型に流し込むことにより逃げ溝を形成
することができる。ただし現状ではこのような加工であ
まり微細な凹凸を付与することはできず、逃げ溝の形状
が数ｍｍ単位の比較的大きい場合に限られている。この
ような加工を施すことによりガラス基板を製作すれば、
逃げ溝加工に新たなコストが生じず、きわめて経済的に
貼り合わせ基板を作成することが可能になる。Further, as the substrate used for bonding in the manufacturing method of the present invention, either one or both of them is selected from a wafer containing silicon, a substrate having a film deposited on a wafer containing silicon, or a glass substrate. can do. A bonded substrate manufactured by bonding such substrates can be easily applied to an existing semiconductor device process. When a glass substrate is used, the escape groove can be formed by pressing a mold having ridges on the molten glass or pouring it into the mold during the manufacturing process. However, at present, such processing cannot give very fine unevenness, and it is limited to the case where the shape of the escape groove is relatively large in the unit of several mm. If a glass substrate is manufactured by performing such processing,
There is no new cost for processing the clearance groove, and it becomes possible to produce a bonded substrate extremely economically.
【００１１】貼り合わせに用いる基板として、同種の材
質からなるものを選ぶことにより、特に基板の熱膨張係
数の差を低減させることができる。同種の材質の基板を
貼り合わせたものは、界面の気泡およびランダムに発生
する空隙の影響の無い貼り合わせ基板となる。また、貼
り合わせに用いる基板として、異種の材質からなるもの
を選択すると、貼り合わせ界面に生じる気泡の問題を低
減させるだけでなく、応力差により接合体界面に発生し
やすい歪みの影響を実質的に低減させることが可能で、
貼り合わせ基板の材質の選択の幅を格段に広げることが
できる。さらに、これらの貼り合わせにおいて実質的に
用いられる貼り合わせ方法、すなわち本発明にかかる貼
り合わせ基板を作成するための方法として、金属イオン
を含む基板の接合に用いられる陽極接合法、金属イオン
を含まない基板の接合に用いられる直接接合法、あるい
は通常用いられる接着剤または接合媒体を用いた接着方
法を適宜選択することが可能である。以下、本発明の貼
り合わせ基板製造方法の具体的実施例を列挙して、その
有用性を詳細に検証する。By selecting substrates made of the same kind of material as the substrates used for bonding, it is possible to particularly reduce the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrates. A substrate obtained by laminating substrates of the same kind of material is a laminated substrate that is not affected by bubbles at the interface and randomly generated voids. Also, when substrates made of different materials are selected as the substrates to be used for bonding, not only is the problem of bubbles generated at the bonding interface reduced, but the effect of strain that tends to occur at the bonded interface due to the stress difference is substantially reduced. Can be reduced to
The range of choices for the material of the bonded substrate can be greatly expanded. Further, as a bonding method that is substantially used in these bonding, that is, as a method for producing a bonded substrate according to the present invention, an anodic bonding method used for bonding substrates containing metal ions, a metal ion is included. It is possible to appropriately select a direct bonding method used for bonding non-existing substrates or a bonding method using a commonly used adhesive or bonding medium. Hereinafter, specific examples of the method for manufacturing a bonded substrate according to the present invention will be listed to verify the usefulness thereof in detail.
【００１２】[0012]
【実施例１】図１は、実施例１にかかる貼り合わせ基板
を作成するために用いる２枚の基板の図を示すものであ
る。図中、１はＳｉ基板、２はホウケイ酸ガラス基板で
ある。ホウケイ酸ガラス基板２にはあらかじめ機械的に
形成した逃げ溝３が設けてある。逃げ溝３の幅、深さ、
長さ、および逃げ溝の形状や配置については、接合後一
体となった貼り合わせ基板の用途により適宜選択すれば
良く、本実施例に示したものに制限されるものではな
い。例えば貼り合わせ基板が１０ｍｍ2角のチップにダ
イシングするものであれば、ダイシングの際の切り線に
あわせて逃げ溝３を配置すればよい。逃げ溝３の深さ
は、貼り合わせ方法および基板２の厚みにより０．０１
μｍから５ｍｍ程度の間で適宜に選択することが実用上
好ましい。なお、逃げ溝３の深さ、幅などは上記の数値
に限定されるわけではなく、この範囲外においても本発
明における逃げ溝の効果を得ることができる。実施例１
では、図２に示すように、ホウケイ酸ガラス基板２上に
幅１００μｍ、深さ１００μｍからなる逃げ溝３を格子
状に１０ｍｍ間隔で配置した。Ｓｉ基板１は直径３イン
チ（約７６ｍｍ）のものである。Ｓｉ基板１とホウケイ
酸ガラス基板２の２枚の基板の貼り合わせは陽極接合法
によりおこなった。陽極接合の条件は３００℃、２０
分、印加電圧１．０ｋＶであった。上記の逃げ溝３を設
けて貼り合わせて貼り合わせ基板を得たところ、基板の
接合面内において接合部に気泡の残留が全くみられなか
った。また、この接合体を１０ｍｍ2角のチップサイズ
にダイシングすると、ほぼ毎回少なくとも３６個の１０
ｍｍ2角接合体チップを得ることができた。[Embodiment 1] FIG. 1 is a diagram showing two substrates used for producing a bonded substrate according to Embodiment 1. In the figure, 1 is a Si substrate and 2 is a borosilicate glass substrate. The borosilicate glass substrate 2 is provided with relief grooves 3 which are mechanically formed in advance. The width and depth of the escape groove 3,
The length and the shape and arrangement of the escape groove may be appropriately selected depending on the application of the bonded substrate stack that is integrated after joining, and are not limited to those shown in this embodiment. For example, if the bonded substrate is one that is diced into chips of 10 mm 2 square, the escape groove 3 may be arranged according to the cutting line during dicing. The depth of the escape groove 3 is 0.01 depending on the bonding method and the thickness of the substrate 2.
It is practically preferable to select an appropriate value within the range of μm to 5 mm. The depth, width, etc. of the escape groove 3 are not limited to the above numerical values, and the effect of the escape groove in the present invention can be obtained even outside this range. Example 1
Then, as shown in FIG. 2, the escape grooves 3 having a width of 100 μm and a depth of 100 μm were arranged on the borosilicate glass substrate 2 in a grid pattern at intervals of 10 mm. The Si substrate 1 has a diameter of 3 inches (about 76 mm). The two substrates, the Si substrate 1 and the borosilicate glass substrate 2, were bonded together by the anodic bonding method. The conditions for anodic bonding are 300 ° C. and 20
The applied voltage was 1.0 kV. When the above-mentioned escape groove 3 was provided and the substrates were bonded to obtain a bonded substrate, no air bubbles remained at the bonding portion in the bonding surface of the substrate. When this bonded body is diced into a chip size of 10 mm 2 square, at least 36 10
A mm 2 square bonded chip could be obtained.
【００１３】これに対し、同様の材料について逃げ溝を
設けずに陽極接合法により接合体を作成し、同じように
１０ｍｍ2角のチップをダイシングしたところ、接合界
面に多数の気泡が残留したり、大きな気泡が取り残され
たりしたため、歩留まりは上記逃げ溝３を設けた場合と
比較して５から７割しかなかった。また、逃げ溝３を格
子状に配置する代わりに、図３に示すような、幅１００
μｍ、深さ１００μｍの逃げ溝３を１０ｍｍ間隔で列状
に短冊形に配置したホウケイ酸ガラス基板２と、Ｓｉ基
板との接合を陽極接合法によりおこなった場合にも、上
述の結果と同様、接合部に気泡の残留の全くみられない
貼り合わせ基板を得ることが可能であった。実施例１で
作成した貼り合わせ基板は、接合界面に実質的な接合部
である平坦面と、接合部ではない逃げ溝部を有してい
る。このため、接合界面に発生する接合前基板の応力差
によるそり、ゆがみを逃げ溝部で吸収することが可能と
なる。実施例１で作成した貼り合わせ基板では、接合部
におけるそり、ゆがみ量が逃げ溝を設けていない基板同
士を接合した貼り合わせ基板の場合に比べ大幅に減少し
た。実施例１で作成した貼り合わせ基板に対して熱処理
をおこなったところ、貼り合わせ基板は室温から６００
℃までの熱処理に対しても、安定した接合状態を保持し
ており、熱履歴による接合部の剥離、破壊、クラックの
発生などは観測されなかった。なお、適度な熱処理温度
は接合に用いた基板材質の耐熱温度に左右されることは
言うまでもない。On the other hand, when a joined body was prepared by using the anodic bonding method with the use of a similar material without forming a relief groove, and a 10 mm 2 square chip was similarly diced, many bubbles remained at the bonded interface. Since large air bubbles were left behind, the yield was only 50 to 70% compared with the case where the escape groove 3 was provided. Further, instead of arranging the escape grooves 3 in a grid pattern, a width 100 as shown in FIG.
Even when the borosilicate glass substrate 2 in which the escape grooves 3 having a depth of 100 μm and a depth of 100 μm are arranged in a strip shape at intervals of 10 mm and the Si substrate are joined by the anodic joining method, the same result as the above is obtained. It was possible to obtain a bonded substrate in which no air bubbles remained at the joint. The bonded substrate prepared in Example 1 has a flat surface which is a substantial bonding portion and a clearance groove portion which is not a bonding portion at the bonding interface. For this reason, it is possible to absorb warpage and distortion due to the stress difference of the pre-bonding substrate generated at the bonding interface in the escape groove portion. In the bonded substrate prepared in Example 1, the amount of warpage and distortion in the bonded portion was significantly reduced as compared with the bonded substrate in which substrates having no escape groove were bonded to each other. When the heat treatment was performed on the bonded substrate prepared in Example 1, the bonded substrate was heated from room temperature to 600 ° C.
Even after the heat treatment up to ℃, the stable bonded state was maintained, and peeling, breakage, cracking of the bonded part due to thermal history was not observed. Needless to say, the appropriate heat treatment temperature depends on the heat resistant temperature of the substrate material used for bonding.
【００１４】[0014]
【実施例２】実施例２は、実施例１と同じＳｉ基板とホ
ウケイ酸ガラスを直接接合法により貼り合わせたもので
ある。基板上の逃げ溝は、幅５μｍ、深さ５μｍ、１０
ｍｍ間隔でホウケイ酸ガラス基板上に図２とほぼ同様の
格子型配置で作成した。なお、逃げ溝は、ガラス基板上
にレジストを塗布しフォトリソグラフィーを用いて作成
した。さらに、接合する基板に硫酸と過酸化水素水の混
合溶液による表面清浄化を施し、直接接合法による貼り
合わせをおこなった。この結果接合一体化した貼り合わ
せ基板は、実施例１同様、接合界面の接合部に気泡が観
測されない強固なものであった。このようにして作成さ
れた貼り合わせ基板のそり、ゆがみも、逃げ溝を設けて
いない基板同士を直接接合法により接合した場合と比較
して、大幅に低減された。また、室温から６００℃まで
の熱処理を受けても安定した接合状態を保持しており、
熱履歴による接合部の剥離、破壊、クラックの発生など
は観測されなかった。Example 2 In Example 2, the same Si substrate and borosilicate glass as in Example 1 were bonded by a direct bonding method. The relief groove on the substrate has a width of 5 μm, a depth of 5 μm, and 10
It was created on a borosilicate glass substrate at mm intervals in a lattice type arrangement almost similar to that shown in FIG. The escape groove was formed by applying a resist on a glass substrate and using photolithography. Further, the substrates to be bonded were surface-cleaned with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, and bonded by the direct bonding method. As a result, as in Example 1, the bonded and integrated bonded substrate was a strong one in which no bubbles were observed at the bonded portion at the bonded interface. The warpage and distortion of the bonded substrate stack thus prepared were significantly reduced as compared with the case where the substrates having no clearance groove were bonded by the direct bonding method. In addition, it maintains a stable bonded state even when subjected to heat treatment from room temperature to 600 ° C.
No peeling, breakage, or cracking of the joint due to thermal history was observed.
【００１５】[0015]
【実施例３】実施例３は、実施例１と同じＳｉ基板とホ
ウケイ酸ガラスを接着剤を用いて貼り合わせたものであ
る。基板上の逃げ溝は、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍ、１０ｍ
ｍ間隔でホウケイ酸ガラス基板上に図２とほぼ同様の格
子型配置で作成した。逃げ溝は機械的な切削を用いて作
成した。接着剤はエボキシ系のものを使用した。貼り合
わせは接着剤を接合面に均一に塗布した後、２枚の基板
を重ね合わせ加圧することでおこなった。この結果接合
一体化した貼り合わせ基板は、実施例１同様、接合界面
の接合部に気泡の混入が観測されない強固なものであっ
た。貼り合わせ基板のそり、ゆがみも、逃げ溝を設けて
いない基板同士を直接接合する場合にくらべ、大幅に低
減できた。貼り合わせ基板は接着剤の耐熱温度以内の熱
処理に対しても安定した接合状態を保持しており、熱履
歴による接合部の剥離、破壊、クラックの発生などは観
測されなかった。Example 3 In Example 3, the same Si substrate as in Example 1 and borosilicate glass were bonded together using an adhesive. The clearance groove on the substrate is 1 mm wide, 1 mm deep, 10 m
It was created on the borosilicate glass substrate at m intervals in a lattice type arrangement almost similar to that shown in FIG. The escape groove was created using mechanical cutting. An epoxy type adhesive was used. The bonding was performed by applying an adhesive evenly on the bonding surface and then stacking and pressing two substrates. As a result, as in Example 1, the bonded and integrated bonded substrate was a strong one in which bubbles were not observed to be mixed in the bonded portion at the bonded interface. The warpage and distortion of the bonded substrates can be significantly reduced as compared with the case of directly bonding the substrates having no clearance groove. The bonded substrate maintained a stable bonding state even when heat-treated within the heat-resistant temperature of the adhesive, and no peeling, breakage, cracking, etc. of the bonding portion due to thermal history was observed.
【００１６】[0016]
【実施例４】図４は、本発明の貼り合わせ基板製造法の
実施例４に用いる２枚の基板を示すもので、図中、４は
Ｓｉ基板、５は石英ホウケイ酸ガラス基板である。いず
れの基板も接合する面に逃げ溝６を備えている。逃げ溝
６は、切削、エッチングなどの方法を適宜選択して形成
することができる。逃げ溝６の配置は、接合一体化した
貼り合わせ基板の用途にあわせれば良く、逃げ溝６の形
状、位置などを２枚の基板同士で厳密に一致させる必要
は無い。また例えば、Ｓｉ基板４の逃げ溝６と石英ホウ
ケイ酸ガラス基板５の逃げ溝６とが直交していて、貼り
合わせ後に逃げ溝によりダイシング線に沿った格子が構
成されるようにすることなども可能である。実施例４に
おいては、逃げ溝６の作成方法として機械的切削とリソ
グラフィーによるエッチング加工を選び、その各々につ
いて行った。また、貼り合わせ方法についても、陽極接
合法、直接接合法、接着剤使用の各々について実施し
た。その結果、逃げ溝作成方法、逃げ溝形状、接合方法
のすべての組合せにおいて、実施例１〜３と同様に貼り
合わせ界面に気泡の残留が無く、接合一体化後にそり、
ゆがみが発生しにくい貼り合わせ基板を作成することが
できた。また、作成した張り合わせ基板は、貼り合わせ
基板を形成する材質により実質的に制限される耐熱温度
以下において、良好な接合状態を保持することができ
た。[Embodiment 4] FIG. 4 shows two substrates used in Embodiment 4 of the bonded substrate manufacturing method of the present invention. In the drawing, 4 is a Si substrate and 5 is a quartz borosilicate glass substrate. Each of the substrates has an escape groove 6 on the surface to be joined. The escape groove 6 can be formed by appropriately selecting a method such as cutting or etching. The escape groove 6 may be arranged according to the application of the bonded and integrated bonded substrates, and the shape and position of the escape groove 6 need not be exactly the same between the two substrates. Further, for example, the escape groove 6 of the Si substrate 4 and the escape groove 6 of the quartz borosilicate glass substrate 5 are orthogonal to each other, and after the bonding, the escape groove may form a grid along the dicing line. It is possible. In Example 4, mechanical cutting and lithographic etching were selected as the method for forming the escape groove 6, and the method was performed for each of them. As for the bonding method, the anodic bonding method, the direct bonding method, and the use of an adhesive were also used. As a result, in all combinations of the escape groove forming method, the escape groove shape, and the joining method, as in Examples 1 to 3, there are no bubbles remaining at the bonding interface, and the warpage is performed after the joining and integration.
We were able to create a bonded substrate that did not easily generate distortion. Further, the produced bonded substrate was able to maintain a good bonding state at a heat resistant temperature or lower substantially limited by the material forming the bonded substrate.
【００１７】[0017]
【実施例５】実施例５は、直線状の逃げ溝のかわりに表
面の平坦度を低下させて逃げ溝とした基板を、貼り合わ
せの一方または両方に用いたものである。基板表面の平
坦度を低下させる方法としては、機械的に表面を荒らす
方法、化学的なエッチングを用いる方法、平垣面の上に
表面の荒れた膜を堆積させる方法などが可能で、実施例
においてもこれらについて実施した。このようにして基
板表面の平坦度を低下させた基板を接合する接合方法と
して、陽極接合法、直接接合法、接着剤を使用する方法
の各々を用いてそれぞれ貼り合わせ基板の作成をおこな
った。結果として、いずれの接合体においても、実施例
１〜４と同様に貼り合わせ界面での気泡の残留が無く、
接合一体化してできた貼り合わせ基板のそり、ゆがみが
低減した。また、貼り合わせ基板は、構成する材質によ
り実質的に制限される耐熱温度以下において、良好な接
合状態を保持することができた。Fifth Embodiment In a fifth embodiment, instead of the linear relief groove, a substrate whose surface flatness is reduced to form a relief groove is used for one or both of the bonding. As a method of reducing the flatness of the substrate surface, a method of mechanically roughening the surface, a method of using chemical etching, a method of depositing a film with a rough surface on a flat surface, etc. are possible. We also conducted these. As a joining method for joining the substrates whose surface flatness has been lowered in this way, a bonded substrate was prepared by using each of the anodic joining method, the direct joining method, and the method using an adhesive. As a result, in any of the bonded bodies, no bubbles remained at the bonding interface as in Examples 1 to 4,
The warpage and distortion of the bonded substrate formed by joining and integration were reduced. In addition, the bonded substrate was able to maintain a good bonding state at a heat resistant temperature or lower that was substantially limited by the constituent material.
【００１８】[0018]
【実施例６】実施例６は、貼り合わせる２枚の基板のい
ずれにもＳｉ基板を用いたものである。使用したＳｉ基
板のサイズは３インチである。実施例６の逃げ溝は、リ
ソグラフィーを用いたエッチング加工により図１と同じ
態様になるように作成した。なお、逃げ溝の作成方法と
して、この他にも切削、エッチングなどの方法を適宜選
択できることを確認している。貼り合わせ方法について
は、Ｓｉ基板が特に金属イオンを含まないことから陽極
接合法の適用が困難であり、直接接合法、接着剤使用の
各々について実施した。その結果、いずれの接合方法に
おいても接合界面に気泡の残留が無く、接合一体化した
後のそり、ゆがみが少ない貼り合わせ基板を作成するこ
とができた。また、作成した貼り合わせ基板は、それを
形成する材質により実質的に制限される耐熱温度以下に
おいて、良好な接合状態を保持することができた。Sixth Embodiment In a sixth embodiment, a Si substrate is used as both of the two substrates to be bonded. The size of the Si substrate used is 3 inches. The relief groove of Example 6 was formed by etching using lithography so as to have the same form as that of FIG. It has been confirmed that other methods such as cutting and etching can be appropriately selected as a method of forming the escape groove. Regarding the bonding method, it is difficult to apply the anodic bonding method because the Si substrate does not contain metal ions in particular, and the direct bonding method and the use of an adhesive were each performed. As a result, in any of the joining methods, there was no bubble remaining at the joining interface, and it was possible to produce a bonded substrate with less warpage and distortion after joining and integration. In addition, the produced bonded substrate was able to maintain a good bonded state at a temperature not higher than the heat resistant temperature which was substantially limited by the material forming the bonded substrate.
【００１９】[0019]
【実施例７】実施例７は、図５に示すように貼り合わせ
る２枚の基板として３インチＳｉ基板７とＳｉ基板８上
にＳｉＣ成長層９を堆積させた基板を使用したものであ
る。ＳｉＣ成長層９はＳｉ基板８上に気相成長法を用い
て１μｍの厚みで成膜した。実施例７の逃げ溝１０は、
リソグラフィーを用いたドライエッチング加工によりＳ
ｉＣ成長層内に幅１００μｍ、深さ１μｍで、１０ｍｍ
間隔の格子状に並ぶように配置した。貼り合わせ方法に
ついては、Ｓｉ基板およびＳｉＣ膜が特に金属イオンを
含まないことから、直接接合法、接着剤使用のふたつを
各々実施した。その結果、いずれの接合方法においても
接合界面に気泡の残留が無く、接合一体化した後のそ
り、ゆがみを低減した貼り合わせ基板を作成することが
可能であった。また、この接合体を１０ｍｍ角のチップ
サイズにダイシングすることでほぼ毎回、少なくとも３
６個の１０ｍｍ角接合体チッブを得ることができた。こ
れに対し、逃げ溝を設けずに同様の接合をおこなった貼
り合わせ基板から得られた１０ｍｍ角チップの良品数
は、上述の逃げ溝を設けた場合の５から７割程度であっ
た。実施例７で作成した接合体は貼り合わせ基板を形成
する材質により実質的に制限される耐熱温度以下におい
て、良好な接合状態を保持することができた。[Embodiment 7] Embodiment 7 uses a 3-inch Si substrate 7 and a substrate in which a SiC growth layer 9 is deposited on a Si substrate 8 as two substrates to be bonded as shown in FIG. The SiC growth layer 9 was formed on the Si substrate 8 with a thickness of 1 μm by a vapor phase growth method. The escape groove 10 of Example 7 is
S by dry etching processing using lithography
10mm width 100μm and depth 1μm in iC growth layer
It was arranged so as to be arranged in a grid pattern of intervals. Regarding the bonding method, since the Si substrate and the SiC film do not particularly contain metal ions, the direct bonding method and the two methods using an adhesive agent were carried out. As a result, in any of the joining methods, it was possible to produce a bonded substrate having no bubbles remaining at the joining interface and reducing warpage and distortion after joining and integration. Moreover, by dicing this bonded body into a chip size of 10 mm square, almost every time, at least 3
Six 10 mm square bonded chips could be obtained. On the other hand, the number of non-defective 10 mm square chips obtained from the bonded substrates that were joined in the same manner without providing the escape groove was about 50 to 70% of the case where the escape groove was provided. The joined body produced in Example 7 was able to maintain a good joined state at a heat-resistant temperature or lower substantially limited by the material forming the bonded substrate stack.
【００２０】[0020]
【比較例】比較のため、Ｓｉ基板とホウケイ酸ガラス基
板、Ｓｉ基板とＳｉ基板、およびＳｉ基板とＳｉＣをＳ
ｉ基板上に作成した基板の組合せで接合をおこなった。
これらの基板には前述の実施例のなかで言及したような
逃げ溝を、貼り合わせるいずれの表面においても設けな
かった。さらにいずれの基板も表面粗さを１ｎｍＲａ以
下とした。結果として、これらの基板を上記の組み合わ
せで貼り合わせた基板においては、貼り合わせ界面に気
泡の残留が顕著であった。また、貼り合わせ基板のそ
り、ゆがみも実施例のものと比較していずれの場合も大
きかった。また、貼り合わせ基板を構成する材質により
実質的に制限される耐熱温度以下においても、そり、ゆ
がみの増大、接合面の剥離、クラックの発生などが多数
観測され、貼り合わせ基板としては好ましくなかった。[Comparative Example] For comparison, the Si substrate and the borosilicate glass substrate, the Si substrate and the Si substrate, and the Si substrate and the SiC are S.
Bonding was performed using a combination of substrates prepared on the i substrate.
These substrates were not provided with relief grooves as mentioned in the above-mentioned examples on any surface to be bonded. Further, the surface roughness of each substrate was set to 1 nmRa or less. As a result, in the substrates obtained by laminating these substrates in the above combination, the bubbles were significantly left at the laminating interface. Further, the warpage and the distortion of the bonded substrate were large in all cases as compared with those in the examples. Further, even at or below the heat-resistant temperature which is substantially limited by the material constituting the bonded substrate, many warpages, distortions, peeling of the bonding surface, generation of cracks, etc. were observed, which was not preferable as a bonded substrate. .
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の製造方法
により貼り合わせ基板を作成すれば、貼り合わせ基板作
製の歩留まり、貼り合わせの品質、などの向上が容易に
達成されるばかりだけでなく、貼り合わせ面内の歪み低
減、貼り合わせ基板材質の選択の大幅拡大などの効果も
期待できる。したがって、本発明により作製された貼り
合わせ基板は、各種半導体デバイス作製用基板および材
科、微細加工用材科、さらに貼り合わせ自体を特徴とす
る各種加工において好ましく用いることができる。As described in detail above, when a bonded substrate is produced by the manufacturing method of the present invention, not only the yield of bonded substrate production, the quality of bonding, etc. can be easily improved. In addition, it is possible to expect effects such as reduction of distortion in the bonding surface and significant expansion of selection of materials for bonded substrates. Therefore, the bonded substrate manufactured by the present invention can be preferably used in various semiconductor device manufacturing substrates and materials, materials for microfabrication, and various processes characterized by bonding itself.
【図１】本発明の貼り合わせ基板製造方法の実施例１で
用いられた貼り合わされる基板の側面断面図である。FIG. 1 is a side sectional view of a bonded substrate used in Example 1 of the bonded substrate manufacturing method of the present invention.
【図２】本発明の実施例１で貼り合わされるホウケイ酸
ガラス基板上の逃げ溝の配置の一例の図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of an arrangement of clearance grooves on a borosilicate glass substrate that is bonded in Example 1 of the present invention.
【図３】本発明の実施例１で貼り合わされるホウケイ酸
ガラス基板上の逃げ溝の別の配置例の図である。FIG. 3 is a diagram of another arrangement example of the escape groove on the borosilicate glass substrate that is bonded in Example 1 of the present invention.
【図４】本発明の実施例４で用いられた貼り合わされる
基板の側面断面図である。FIG. 4 is a side sectional view of substrates to be bonded used in Example 4 of the present invention.
【図５】本発明の実施例７で用いられた貼り合わされる
基板の側面断面図である。FIG. 5 is a side cross-sectional view of substrates to be bonded used in Example 7 of the present invention.
１ Ｓｉ基板 ２ ホウケイ酸ガラス基板 ３ 逃げ溝 ４ Ｓｉ基板 ５ 石英ホウケイ酸ガラス基板 ６ 逃げ溝 ７ Ｓｉ基板 ８ Ｓｉ基板 ９ ＳｉＣ成長層 １０ 逃げ溝 1 Si Substrate 2 Borosilicate Glass Substrate 3 Escape Groove 4 Si Substrate 5 Quartz Borosilicate Glass Substrate 6 Escape Groove 7 Si Substrate 8 Si Substrate 9 SiC Growth Layer 10 Escape Groove
Claims (9)
げ溝を設けてから基板同士を貼り合わせることを特徴と
する貼り合わせ基板の製造方法。1. A method for manufacturing a bonded substrate, wherein at least one of the substrates is provided with an escape groove in advance and then the substrates are bonded to each other.
用いて作成すること特徴とする請求項１記載の貼り合わ
せ基板製造方法。2. The bonded substrate manufacturing method according to claim 1, wherein the relief groove is formed by using a lithography process.
チングもしくは機械的な切削法を用いて作成すること特
徴とする請求項１記載の貼り合わせ基板製造方法。3. The method for manufacturing a bonded substrate according to claim 1, wherein the relief groove is formed by using a physical or chemical etching method or a mechanical cutting method.
一部のモルフォロジーを劣化させ、これにより得られる
基板表面の微細な凹凸からなること特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載の貼り合わせ基板製造方法。4. The relief groove is formed of fine irregularities on the surface of the substrate obtained by deteriorating the morphology of the entire surface or a part of the bonding surface of the substrate.
4. The method for manufacturing a bonded substrate according to any one of 3 to 3.
ケイ素を含むウェハー、またはケイ素を含む基板上に新
規に膜を堆積した基板、またはガラス基板から選択され
ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
の貼り合わせ基板製造方法。5. At least one of the substrates to be bonded is
The bonded substrate manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, which is selected from a wafer containing silicon, a substrate having a film newly deposited on a substrate containing silicon, or a glass substrate.
たは型流しにより形成された逃げ溝を接合面に有するガ
ラス基板であることを特徴とする請求項１記載の貼り合
わせ基板製造方法。6. The method of manufacturing a bonded substrate according to claim 1, wherein the at least one substrate is a glass substrate having an escape groove formed by stamping or casting on a bonding surface.
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の
貼り合わせ基板製造方法。7. The method for producing a bonded substrate according to claim 1, wherein the substrates to be bonded are made of the same material.
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の
貼り合わせ基板製造方法。8. The method for manufacturing a bonded substrate according to claim 1, wherein the substrates to be bonded are made of different materials.
造方法により製造した貼り合わせ基板。9. A bonded substrate manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23326995A JPH0963912A (en) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | Manufacture of joined substrate |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963912A true JPH0963912A (en) | 1997-03-07 |
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