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JPH0712010B2 - シリコンウェハの結合法 - Google Patents
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JPH0712010B2 - シリコンウェハの結合法 - Google Patents

シリコンウェハの結合法

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JPH0712010B2
JPH0712010B2 JP2254056A JP25405690A JPH0712010B2 JP H0712010 B2 JPH0712010 B2 JP H0712010B2 JP 2254056 A JP2254056 A JP 2254056A JP 25405690 A JP25405690 A JP 25405690A JP H0712010 B2 JPH0712010 B2 JP H0712010B2
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wafer
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリコンウェハを別のシリコンウェハまたは
ガラスウェハに結合する方法、さらに詳しくはシリコン
ウェハを別のシリコンウェハまたはガラスウェハに、泡
沫が存在しないように結合する方法に関するもので、ク
リーン・ルーム設備の内外で実施することができる。
（従来の技術） 近年、半導体マイクロチップ製造技術に関する当業者に
はよく知られているように、ウェハの結合法は、大きな
面積を有する酸化または非酸化シリコンウェハ相互の結
合方法として開発されている。ウェハの結合は、酸化物
やインプラテーション層の単結晶シリコン本体への埋め
込みを可能にさせるので、当該結合は、シリコン・オン
・インシュレーター（SOI）やエピタキシャル適用に代
わる、低コストで非常にフレキシブルなものである。ま
た、シリコンの直接結合（SDB）は、動力装置やセンサ
ーの分野において、新たな装置構造をもたらす。
しかし、その明白な単純性にもかかわらず、ウェハの結
合を、電子装置や他の可能な用途に用いられるSOIウェ
ハの実現可能な製造技術として考慮する前に、解決せね
ばならない少なくとも１つの障害がある。この障害は、
連結したウェハの境界面において形成される「気泡」ま
たは「泡沫」であり、これは、結合特性に有害である。
本発明者らによれば、この障害に関し新規で簡単な方法
を開発した。本発明は、連結境界面における境界泡沫の
排除に使用でき、クリーン・ルーム内での実施に制限さ
れることはない。
界面の泡沫は、ダストや他の粒子やウェハの不充分な平
面特性などによって生じうる。後者の場合は、適切なウ
ェハ仕様により排除できるが、粒子が完全に存在しない
ウェハ表面を、結合工程前に実現することは困難であ
る。本発明者らによれば、クラス１のクリーン・ルーム
で連結したウェハでも、ほとんど全てのウェハが１μｍ
以下の粒径の内封粒子により１またはそれ以上の泡沫を
含むことが、判明した。泡沫の完全な除去は、動力装置
の結合ウェハからの製造には必須ではないが、SOIの用
途には必要であり、また全ての用途で望ましいことであ
る。完全に泡沫が存在しない１組のウェハを製造するた
め、より複雑な技術として、ウェハ結合後の高圧とアニ
ール技術に依存しているが、本発明者らによれば、当該
分野におけるある種の文献からの情報とは反対に、ウェ
ハ対を1000℃以上にアニーリングしても泡沫の消失は見
られなかった。これに代えて、本発明者らによれば、室
温での結合工程の間に導入された実質的に全ての泡沫
が、アニール工程で残存することが、判明した。
（発明の開示） 本発明によれば、シリコンウェハ相互の結合またはシリ
コンウェハと石英ウェハの結合のための新規で泡沫非存
在の方法を提供するもので、これらの各結合ウェハは、
少なくとも１つの鏡面磨き表面を有する。当該方法は、
結合されるウェハを、緊密に間隔をあけて平行関係で定
位させ（これらウェハは、各々、他のウェハの鏡面磨き
表面と対向する当該表面を有する）、クレンジング溶液
をウェハの対向鏡面磨き表面に導入し、当該クレンジン
グの溶液をウェハの当該表面からフラッシングし、ウェ
ハの当該表面を乾燥させ、ウェハを相互に移動させてウ
ェハの当該対向表面を相互に接触させ、これによりこれ
らの間を結合させることからなる。驚くべきことに、本
発明の方法は、クリーン・ルーム内で実施できるが、ク
リーン・ルームの環境外でも、泡沫非含有ウェハの結合
を実施することができる。
本発明の目的は、シリコンウェハ相互またはシリコンウ
ェハとガラスウェハの泡沫非存在結合についての、新規
で改善された方法を提供することである。
本発明の別の目的は、クリーン・ルーム環境での実施が
不要であるシリコンウェハ相互またはシリコンウェハと
ガラスウェハの新規な結合法を提供することである。
本発明の別の目的は、シリコンウェハの輸送および保存
のための新規で改善された方法を提供することである。
上記した本発明の目的、他の目的は、添付の図面に関す
る以下の記載から、明らかにする。
（図面の説明） 第１図は、本発明のウェハクレンジング工程の模式図
で、クレンジング溶液を、ウェハを有するラックを回転
させながら、１組みのウェハの対向鏡面磨き表面から水
によりフラッシングする状態を示す。第２図は、本発明
のフラッシング工程の間における、ウェハ間のギャップ
でのウェハ結合泡沫の数−水投入速度の関係を示すグラ
フ（ウェハは、間隔550μｍを有し、スピンドライヤー
速度2800回転／分（r.p.m.）で乾燥し、乾燥後の最終の
ウェハ温度は45℃である。）、第３図は、スピンドライ
ヤーによる１組みのウェハの乾燥時間および結合ウェハ
の泡沫数をスピンドライヤー速度の関数として示すグラ
フ（ウェハの間隔は550μｍであって、乾燥および加熱
後の温度は２つのデーター地点に示した。）、第４図
は、従来からのウェハ配置による輸送および貯蔵用の容
器を示す断面図、第５図は、本発明による１組みのの結
合ウェハを収納する輸送および貯蔵用の容器を示す断面
図、第６図は、本発明に従いブロック形態（接触状態）
で配置した１組みの結合ウェハを収納する輸送および貯
蔵用の容器を示す断面図である。
（具体例の説明） 第１図〜第３図に関し、本発明の好ましい具体例では、
１組みのウェハは、結合前に、以下の方法で処理した:2
つの鏡面磨き４インチウェハ（プライム・グレイド、厚
さ350〜550μｍ）を、２つの鏡面磨き表面を相互に対向
させながら、テフロンラックまたは他の適当な構造体中
に、各々の頂部に水平に積重ねた。親水性クレンジング
およびフラッシングの間は、ウェハ相互の接触を避ける
べく、２つのウェハを、ウェハのエッジに導入される約
550μｍ厚のテフロン（または他の不活性材料）によ
り、分離する（ただし、真空チェックなどもウェハの分
離に使用することができる）。スペーサーは、ウェハを
約10〜1000μｍの間隔に維持すべきである。次いで、ウ
ェハを収容するラックを約500mlの親水性槽（H2O約300m
l,H2O2約50mlおよびNH4OH約200ml）中に、温度約50〜60
℃にて約２〜５分間浸漬した。次いで、ウェハ間のギャ
ップを完全にろ過した水の流れにより約５分間フラッシ
ングした（第１図参照）。本発明の方法の実際の商業的
適用では、脱イオン水をウェハ表面のフラッシュに使用
すべきである。本発明者らによれば、第２図に示すよう
に、水流の速度（ｖ）が、結合工程後に１対の連結ウェ
ハの間に生じる泡沫の数に対し、環境を与えることが、
判明した。好ましくは、ウェハを水流に対し回転させる
かまたは水流をウェハに対し回転させる。
当業者によく知られているように、ウェハは、その輸送
前にウェハ製造者により親水性浴などで処理される。か
かるウェハを結合するには、積重ねウェハからなるラッ
クを前記した水フラッシング工程にのみ、付すべきよう
である。なぜなら、親水性浴は、鏡面磨きウェハ表面を
完全にクレンジングするのに、不要だからである。
ウェハを水でフラッシングした後、ラックをスピンドラ
イヤーの中心に水平に集め、プラスチックキャップで覆
い、これにより水をラックエッジのスリットを介して排
出させる。代表的なスピン乾燥の回転速度は、約3000r.
p.m.であることが判った。スピンドライヤーの１分当り
の回転速度およびウェハ温度により、乾燥時間は、分の
範囲で変化する。また、回転中にウェハを赤外ランプで
約45℃以上に加熱すると、乾燥時間をファクター４また
はそれ以上に、減少できることが、判った。第３図は、
ウェハの乾燥時間−スピンドライヤー速度の関係を示す
グラフである。注目すべきは、高速のスピンドライヤー
速度でのウェハの最終温度は、加熱時間が短時間である
ため、わずかに低くなる。乾燥後、テフロンスペーサー
を半径方向に引き抜き、２つのウェハ間の結合を、この
鏡面磨き表面の間の数点で接触させたのちに、生じさせ
る。結合過程は、１つの地点においてウェハを相互に押
し付けることで達成され、この地点からウェハの結合接
触が波状的に進行して完了する。
結合後、ウェハは、赤外ビューアにより、0.8〜1.2μｍ
の赤外照射域に感受性のS1カソードを用い調べることが
できる。強力な赤外光源前方のシリコンウェハを調べる
と、IR干渉画像として約１μｍの分解能の結合界面を得
ることができた。この観察法を用い、実験し、第３図に
示したデータを得た。第３図は、観察した泡沫の数およ
び乾燥時間をスピンドライヤー速度の関数として示す。
第２図および第３図からわかるように、水投入速度およ
びスピンドライヤー速度を充分に高くすれば、泡沫非存
在の結合を達成することができる。第２図および第３図
では、０〜１泡沫の誤差バーを用いた。なぜなら、少数
の結合ウェハは、テフロンスペーサーが最初から位置し
た域の近くに１つの泡沫を有しうるからである。
本発明は、クリーン・ルームの外部でも実施可能な泡沫
非含有のウェハの結合法を提供する。これによれば、大
学の実験室などにおいて、ウェハ結合の有望な可能性に
ついて、適当なクリーン・ルーム設備使用の際にしばし
ば伴なう経費などの弊害やタイム・ラグなどにより制限
されることなく、実験することができる。また、これ
は、粒子密度について制限が少ないクリーン・ルームを
通常使用するウェハ製造会社などが、ウェハ結合を有利
に使用できることを意味する。
また、本発明は、本発明により結合したウェハの輸送お
よび貯蔵の改善された方法を提供する。さらに詳しく
は、ほとんどの半導体ウェハ（例えば、シリコン、ヒ化
ガリウム、リン化インジウムなど）は、１つの鏡面磨き
表面を備え、その上で装置が製作される。輸送前に、ウ
ェハは、最終のクレンジング（または表面のコンディシ
ョニング）工程に付されるが、この工程は、汚物や粒子
を除去し、後の工程において大気中から粒子を拾い上げ
る傾向をより少なくする。次いで、ウェハを、可能な限
り不活性な特別なウェハ容器に入れ、これによりガス流
出によるウェハ表面の汚染を最小にしている。各ウェハ
は、他のウェハと接触しないように分離して保存し、鏡
面磨き表面がウェハ容器と、可能な限り小さい面積で接
触するのみである（第４図の先行技術参照）。これらの
配慮にも拘わらず、ウェハは、表面特性の変化およびウ
ェハ容器での粒子の吸収を生じることなく、数年間も容
易には保存することが不可能である。したがって、通
常、集積回路の製造者は、ウェハの入手後２、３週間〜
数カ月の間にウェハを使用せねばならない。かくして、
本発明は、ウェハの貯蔵の間での粒子汚染および表面劣
化を遅延化させる方法を提供する。
本発明によれば、上記した輸送および貯蔵の問題を回避
すべく、半導体ウェハを、それらの鏡面磨き側面を相互
に対向させながら、室温で相互に緊密に結合させる。結
合は、非−クリーン・ルーム環境において、粒子による
結合界面でのいずれの泡沫または気孔をも生じさること
なく、本明細書開示の新規な結合法の使用により行うこ
とができる。２つのウェハ間の結合は、結合ウェハの容
易な取り扱いが可能なほどに充分に強力なものである
が、力（例えば、真空ツィーザー）をウェハ表面のふち
近くの周辺部に適用した場合に当該ウェハの容易な分離
が可能なほどに充分に弱いものとする。
ウェハ製造者は、最終のクレンジングののちに、１対の
ウェハを結合することができる。III−Ｖ化合物ウェハ
の場合、III−Ｖ化合物ウェハは、シリコン保護ウェハ
に結合することができる（超過費用は約２％のみであ
る。）赤外検査により結合ウェハを調べると、ウェハ間
に存在する粒子は全くないことを確認した（これは、IR
干渉画像において非常に大きな倍率で拡大すれば、泡沫
として示されうる）。次いで、結合ウェハを間隔を開け
た対としてウェハ容器中に充填する（第５図参照）。鏡
面磨き表面を保護しているので、１対のウェハは、容器
内において直接接触させながら、「ブロック」状（第６
図参照）に積重ねることができ、これにより空間を節約
することができる。
したがって、ウェハの保存および輸送は、第４図に示す
ような従来からの個々に間隔を開けたウェハ形態ではな
く、１対の結合ウェハの形態で行なう。鏡面磨きウェハ
表面を、粒子や他の環境的流出物（例えば、ウェハ容器
からのもの）に対し保護しているので、可能な製品寿命
は、著しく長い。最終の使用者がウェハを使用の場合に
のみ、ウェハは、実際の処理工程前に、例えば集積回路
製造者により分離することができる。本発明による１対
の結合ウェハの輸送および貯蔵によれば、最終使用者
は、ウェハ製造者から供給されたウェハが粒子や汚染物
を含んでいるか否かを決定するのに、赤外ビューアによ
り容易に調べることができる。エピタキシャル層半導体
ウェハの場合、当該ウェハ結合は、最終使用者がある種
のエピタキシャル欠陥（例えば、ヒロックス）を調べる
ことができ、この欠陥は、結合ウェハ対の赤外検査によ
り現すことができる。
本発明の実施態様は以下の通りである。
1.少なくとも２つのウェハを結合させ、結合したウェハ
容器内に貯蔵するにあたり、 かかる少なくとも２つのウェハが、シリコンからなる少
なくとも１つの第１ウェハと、シリコンまたはガラスの
いずれかからなる少なくとも１つの第２ウェハからなる
こと、および これらウェハの各々が、少なくとも１つの鏡面磨き表面
を備えること、並びに 第１および第２ウェハを、当該ウェハの各々が他方のウ
ェハの鏡面磨き表面と対向する鏡面磨き表面を有するよ
うに、相互に緊密に間隔を開けて平行関係で配置させ、 クレンジング溶液を、第１および第２ウェハの対向鏡面
磨き表面に導入し、 クレンジング溶液を、第１および第２ウェハの鏡面磨き
表面からフラッシングし、 第１および第２ウェハの鏡面磨き表面を乾燥し、 第１ウェハおよび第２ウェハの少なくとも１つを、これ
らウェハの対向鏡面磨き表面の間での接触が生じて一体
となるように、移動させ、 得られた複数の第１および第２結合ウェハを、ウェハ輸
送および貯蔵用の容器内に収納する ことを特徴とする方法。
2.複数の第１および第２結合ウェハを、容器内で間隔を
開けて収納する前記１記載の方法。
3.複数の第１および第２結合ウェハを、容器内で接触さ
せて収納する前記１記載の方法。
4.第１ウェハがシリコンウェハであって、第２ウェハが
シリコンウェハである前記１記載の方法。
5.第１ウェハがシリコンウェハであって、第２ウェハが
ガラスウェハである前記１記載の方法。
6.ガラスウェハが石英ウェハである前記５記載の方法。
7.第１および第２ウェハを、当該ウェハの周辺近くに位
置した不活性スペーサー・エレメントにより、上記した
間隔を開けた状態に保持する前記１記載の方法。
8.スペーサー・エレメントにより保持されるウェハ間の
距離が、約10〜1000μｍである前記７記載の方法。
9.クレンジング溶液が、H2O約55容量％、H2O2約９容量
％およびNH4OH約36容量％を含有する、温度約50〜60℃
の親水性浴である前記１記載の方法。
10.ウェハを、親水性浴中に約２〜５分間浸漬する前記
９記載の方法。
11.ウェハを、ろ過去した水の流れでフラッシングする
前記１記載の方法。
12.ウェハを、脱イオン水でフラッシングする前記１記
載の方法。
13.ウェハを、回転乾燥により乾燥する前記１記載の方
法。
4.ウェハを、赤外ランプで温度約45℃またはそれ以上
に、回転乾燥工程の間に加熱する前記13記載の方法。
15.少なくとも２つのウェハを結合させ、結合したウェ
ハをウェハ容器内に貯蔵するにあたり、 かかる少なくとも２つのウェハが、シリコンからなる少
なくとも１つの第１ウェハと、シリコンまたはガラスの
いずれかからなる少なくとも１つの第２ウェハからなる
こと、および これらウェハの各々が、少なくとも１つの鏡面磨き表面
を備えること、並びに 第１および第２ウェハを、当該ウェハの各々が他方のウ
ェハの鏡面磨き表面と対向する鏡面磨き表面を有するよ
うに、当該ウェハ周辺に隣接するスペーサー・エレメン
トにより、相互に緊密に間隔を開けて平行関係で配置さ
せ、 親水性クレンジング溶液を、第１および第２ウェハの対
向鏡面磨き表面に導入し、 上記クレンジング溶液を、第１および第２ウェハの鏡面
磨き表面から脱イオン水でフラッシングし、 第１および第２ウェハの鏡面磨き表面を回転乾燥により
乾燥し、 スペーサー・エレメントを、第１および第２ウェハの周
辺との接触からはずし、第１ウェハおよび第２ウェハの
少なくとも１つを、これらウェハの対向鏡面磨き表面の
間での接触が生じて一体となるように、移動させ、 得られた複数の第１および第２結合ウェハを、ウェハ輸
送および貯蔵用の容器内に収納することを特徴とする方
法。
16.複数の第１および第２結合ウェハを、容器内で間隔
を開けて収納する前記15記載の方法。
17.複数の第１おび第２結合ウェハを、容器内で接触さ
せて収納する前記15記載の方法。
18.第１ウェハがシリコンウェハであって、第２ウェハ
がシリコンウェハである前記15記載の方法。
19.第１ウェハがシリコンウェハであって、第２ウェハ
がガラスウェハである前記15記載の方法。
20.ガラスウェハが石英ウェハである前記19記載の方
法。
21.不活性スペーサー・エレメントにより保持されるウ
ェハ間の距離が、約10〜1000μｍである前記15記載の方
法。
22.親水性クレンジング溶液が、H2O約55容量％、H2O2約
９容量％およびNH4OH約36容量％を含有する、温度約50
〜60℃の浴である前記15記載の方法。
23.ウェハを、親水性浴中に約２〜５分間浸漬する前記2
2記載の方法。
24.ウェハを、赤外ランプにより温度約45℃またはそれ
以上に、回転乾燥工程の間に乾燥する前記15記載の方
法。
25.少なくとも２つのウェハを結合させ、結合したウェ
ハをウェハ容器内に貯蔵するにあたり、 かかる少なくとも２つのウェハが、少なくとも１つの第
１半導体ウェハと、半導体材料またはガラスのいずれか
からなる少なくとも１つの第２ウェハからなること、お
よび これらウェハの各々が、少なくとも１つの鏡面磨き表面
を備えること、並びに 第１および第２ウェハを、当該ウェハの各々が他方のウ
ェハの鏡面磨き表面と対向する鏡面磨き表面を有するよ
うに、相互に緊密に間隔を開けて平行関係で配置させ、 第１および第２ウェハの対向鏡面磨き表面をクレンジン
グし、 第１および第２ウェハの鏡面磨き表面を乾燥し、 第１ウェハおよび第２ウェハの少なくとも１つを、これ
らウェハの対向鏡面磨き表面の間での接触が生じて一体
となるように、移動させ、 得られた複数の第１および第２結合ウェハを、ウェハ輸
送および貯蔵用の容器内に収納する ことを特徴とする方法。
26.複数の第１および第２結合ウェハを、容器内で間隔
を開けて収納する前記25記載の方法。
27.複数の第１および第２結合ウェハを、容器内で接触
させて収納する前記25記載の方法。
28.第１ウェハがシリコンウェハであって、第２ウェハ
がシリコンウェハである前記25記載の方法。
29.第１ウェハがシリコンウェハであって、第２ウェハ
がガラスウェハである前記25記載の方法。
30.ガラスウェハが石英ウェハである前記29記載の方
法。
31.ウェハ相互間の距離が、約10〜1000μｍである前記2
5記載の方法。
32.第１および第２ウェハの鏡面磨き表面を、ウェハ製
造者により親水化処理に付し、クレンジング工程が、第
１および第２ウェハを水でフラッシングすることからな
る前記25記載の方法。
33.クレンジング工程が、クレンジング溶液を第１およ
び第２ウェハの対向鏡面磨き表面に導入し次いで当該ク
レンジング溶液を第１および第２ウェハの当該鏡面磨き
表面からフラッシングすることからなる前記25記載の方
法。
34.クレンジング容液が、H2O約55容量％、H2O2約９容量
％およびNH4OH約36容量％を含有する、温度約50〜60℃
の親水性浴である前記33記載の方法。
35.ウェハを、親水性浴中に約２〜５分間浸漬する前記3
4記載の方法。
36.ウェハを、脱イオン水でフラッシングする前記33記
載の方法。
37.ウェハを、回転乾燥により乾燥する前記25記載の方
法。
38.ウェハを、赤外ランプで温度約45℃またはそれ以上
に、回転乾燥工程の間に加熱する前記37記載の方法。
39.第１ウェハおよび第２ウェハの両方を、これらウェ
ハの対向鏡面磨き表面の間での接触が生じて一体となる
ように、移動させる前記１〜38の１つに記載の方法。
本発明は、本発明の範囲を逸脱しない限り、種々の変形
をなすことができる。以上の説明は、単に説明のために
なされたもので、請求の範囲に記載の発明を制限するも
のではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のウェハクレンジング工程の模式図
で、クレンジング溶液を、ウェハを有するラックを回転
させながら、１組みのウェハの対向鏡面磨き表面から水
によりフラッシングする状態を示す。第２図は、本発明
のフラッシング工程の間における、ウェハ間のギャップ
でのウェハ結合泡沫の数−水投入速度の関係を示すグラ
フ（ウェハは、間隔550μｍを有し、スピンドライヤー
速度2800回転／分（r.p.m.）で乾燥し、乾燥後の最終の
ウェハ温度は45℃である。）、第３図は、スピンドライ
ヤーによる１組みのウェハの乾燥時間および結合ウェハ
の泡沫数をスピンドライヤー速度の関数として示すグラ
フ（ウェハの間隔は550μｍであって、乾燥および加熱
後の温度は２つのデーター地点に示した。）、第４図
は、従来からのウェハ配置による輸送および貯蔵用の容
器を示す断面図、第５図は、本発明による１組みのの結
合ウェハを収納する輸送および貯蔵用の容器を示す断面
図、第６図は、本発明に従いブロック形態（接触状態）
で配置した１組みの結合ウェハを収納する輸送および貯
蔵用の容器を示す断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも２つのウェハを結合させ、結合
    したウェハをウェハ容器内に貯蔵するにあたり、 かかる少なくとも２つのウェハが、シリコンからなる少
    なくとも１つの第１ウェハと、シリコンまたはガラスの
    いずれかからなる少なくとも１つの第２ウェハからなる
    こと、および これらウェハの各々が、少なくとも１つの鏡面磨き表面
    を備えること、並びに 第１および第２ウェハを、当該ウェハの各々が他方のウ
    ェハの鏡面磨き表面と対向する鏡面磨き表面を有するよ
    うに、相互に緊密に間隔を開けて平行関係で配置させ、 クレンジング溶液を、第１および第２ウェハの対向鏡面
    磨き表面に導入し、 クレンジング溶液を、第１および第２ウェハの鏡面磨き
    表面からフラッシングし、 第１および第２ウェハの鏡面磨き表面を乾燥し、第１ウ
    ェハおよび第２ウェハの少なくとも１つを、これらウェ
    ハの対向鏡面磨き表面の間での接触が生じて一体となる
    ように、移動させ、 得られた複数の第１および第２結合ウェハを、ウェハ輸
    送および貯蔵用の容器内に収納する ことを特徴とする方法。
JP2254056A 1989-09-25 1990-09-21 シリコンウェハの結合法 Expired - Lifetime JPH0712010B2 (ja)

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