JP5211541B2 - Manufacturing method of bonded substrate and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば発光ダイオード素子のような半導体装置を作製するための基板として用いられる、貼合基板の製造方法、および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention is, for example, a light-emitting diode is used as a substrate for manufacturing a semiconductor device such as a device, a method of manufacturing a bonding substrate to a process for the preparation of and semiconductors devices.

基板あるいは基板上に膜を堆積した基板(これらをウェハとも呼ぶ)同士を接合して得られる新たな基板は、貼合基板あるいは貼合ウェハとして、SOI(Silicon On Insulator)に代表される半導体デバイス用の基板として用いられている。
従来、例えば、シリコン基板同士、または少なくとも一方の表面にシリコンとは別の材質からなる層を設けてなるシリコン基板同士、あるいはシリコン基板とガラス基板の貼り合わせ(表面のほぼ全面に亘る接合)には、直接接合法や陽極接合法が用いられている。あるいは、加熱または化学反応による硬化現象を利用して接合を行う接着剤等も用いられている。いずれの貼り合わせ方法においても、その接合界面における気泡や空隙の残存が問題となっている。
このような気泡や空隙の低減を目的とした貼り合わせ方法は、例えば特許文献1や特許文献2などで提案されている。これらの方法では、いずれも、貼り合せ対象のウェハ同士に機械的な押圧力を印加することで、両ウェハの表面を互いに吸着させて接合するようにしている。
New substrates obtained by bonding substrates (also called wafers) on which a film is deposited on a substrate are bonded semiconductor substrates or bonded wafers, and semiconductor devices represented by SOI (Silicon On Insulator) It is used as a substrate for
Conventionally, for example, silicon substrates or silicon substrates in which a layer made of a material different from silicon is provided on at least one surface, or a silicon substrate and a glass substrate are bonded together (joining over almost the entire surface). The direct bonding method and the anodic bonding method are used. Or the adhesive agent etc. which join using the hardening phenomenon by a heating or a chemical reaction are also used. In any bonding method, bubbles and voids remain at the bonding interface.
For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 propose a bonding method for reducing such bubbles and voids. In any of these methods, a mechanical pressing force is applied between the wafers to be bonded together so that the surfaces of both wafers are adsorbed to each other and bonded.

特許第3720515号Japanese Patent No. 3720515 特許第3321882号Japanese Patent No. 3321882

上記特許文献1、2のような従来の貼合方法では、ウェハが完全に平坦であれば、ウェハ同士の吸着力はその全面で均一となり、それゆえ2枚のウェハは均等に貼り合わされる。   In the conventional bonding methods such as Patent Documents 1 and 2, if the wafers are completely flat, the suction force between the wafers is uniform over the entire surface, and therefore the two wafers are bonded evenly.

しかしながら、実際には、各ウェハはそれぞれが独自の微妙な反りや歪みを有しているので、単に機械的に貼り合わせただけでは吸着力はウェハ全面で均一ではなく、ウェハ面内で吸着力にばらつきが生じ、延いては吸着力が弱い部分に気泡や空隙が生じる虞がある。また、気泡や空隙が生じなかったとしても、接合時に加わる圧力の不均一が最終製品の特性の差となって現れる可能性もある。
また、従来の貼合方法は、機械的に押圧力を印加することでウェハを貼り合せるようにしているが、そのような機械的押圧力の印加の際に、ウェハに材料力学的な撓みや歪み、あるいは残留応力等が生じやすく、延いてはその応力が集中した部分にクラックや転位が発生して、信頼性の低下や、甚だしくは破損を招いてしまう虞がある。
However, in actuality, each wafer has its own subtle warp and distortion, so the adsorption force is not uniform across the entire wafer surface simply by mechanically bonding them together. As a result, there is a risk that bubbles and voids may be formed in a portion where the adsorption force is weak. Even if bubbles and voids are not generated, uneven pressure applied during bonding may appear as a difference in the properties of the final product.
Further, in the conventional bonding method, the wafer is bonded by mechanically applying a pressing force. However, when such a mechanical pressing force is applied, the material mechanical deflection or Strain or residual stress is likely to occur, and as a result, cracks and dislocations may occur in the portion where the stress is concentrated, leading to a decrease in reliability and serious damage.

本発明は、このような問題に鑑みて成されたもので、その目的は、貼合基板の製造プロセスに起因して貼合基板に信頼性の低下や破損等が発生するという問題を解消して、信頼性の高い貼合基板を高歩留りで製造することのできる貼合基板の製造方法、およびその貼合基板を用いて作製される半導体装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and its purpose is to solve the problem that the bonding substrate is deteriorated in reliability or damaged due to the manufacturing process of the bonding substrate. Te is to provide a method of manufacturing a semiconductor device manufactured using a method of manufacturing a bonding substrate that can manufacture a highly reliable laminated substrate with high yield, the bonding substrate Oyo benefactor.

本発明の第1の貼合基板の製造方法は、二枚以上の基板を重ね合わせて、可撓性を有する密封用容器内に収容し、当該密封用容器内を減圧して密封する工程と、重ね合わされた
前記基板が密封された前記密封用容器を加圧容器内に収容し、当該加圧容器内の加圧用流体を大気圧を超える圧力に加圧する工程と、前記加圧容器内を50℃以上に加熱する工程とを含むことを特徴としている。
本発明の第2の貼合基板の製造方法は、上記第1の貼合基板の製造方法において、前記密封用容器内を減圧して密封する工程における前記密封用容器内の圧力を1.1気圧以下に減圧することを特徴としている。
本発明の第3の貼合基板の製造方法は、上記第1または2の貼合基板の製造方法において、前記基板のうちの少なくとも1枚が、ケイ素を含む材料からなる基板、またはケイ素を含む基板の表面に別の材質からなる層を設けてなる基板、もしくはガラス基板のうちの一つであることを特徴としている。
本発明の第4の貼合基板の製造方法は、上記第1ないし3のうちいずれかの貼合基板の製造方法において、前記基板のうちの少なくとも1枚が、アルミニウム、金、銀、白金、チタン、モリブデン、タングステンのうちの少なくとも1種類の元素を含む金属または合金からなるものであることを特徴としている。
本発明の第5の貼合基板の製造方法は、上記第1ないし4のうちいずれかの貼合基板の製造方法において、前記基板のうちの少なくとも1枚が、セラミックスからなるものであることを特徴としている。
本発明の第6の貼合基板の製造方法は、上記第1ないし5のうちいずれかの貼合基板の製造方法において、貼り合わされる前記基板同士の間に、当該基板とは異なる材質からなる金属層または合金層を介在させて、当該基板同士を貼り合せることを特徴としている。
The manufacturing method of the 1st bonding board | substrate of this invention superimposes two or more board | substrates, accommodates in the sealing container which has flexibility, and depressurizes and seals the inside of the said sealing container. Storing the sealing container in which the stacked substrates are sealed in a pressurized container, pressurizing the pressurizing fluid in the pressurized container to a pressure exceeding atmospheric pressure, and the inside of the pressurized container. And a step of heating to 50 ° C. or higher.
The manufacturing method of the 2nd bonding substrate of this invention WHEREIN: The manufacturing method of the said 1st bonding substrate WHEREIN: The pressure in the said container for sealing in the process of decompressing and sealing the inside of the said container for sealing is 1.1. It is characterized by reducing the pressure below the atmospheric pressure.
The manufacturing method of the 3rd bonding board | substrate of this invention is a manufacturing method of the said 1st or 2nd bonding board | substrate, At least 1 piece of the said board | substrate consists of the board | substrate which consists of a material containing silicon, or silicon. It is one of a substrate in which a layer made of another material is provided on the surface of the substrate, or a glass substrate.
The manufacturing method of the 4th bonding board | substrate of this invention is a manufacturing method of the bonding board | substrate in any one of said 1st thru | or 3, and at least 1 piece of the said board | substrate is aluminum, gold | metal | money, silver, platinum, It is characterized by being made of a metal or alloy containing at least one element of titanium, molybdenum, and tungsten.
The manufacturing method of the 5th bonding board | substrate of this invention WHEREIN: At least 1 sheet of the said board | substrate consists of ceramics in the manufacturing method of the bonding board | substrate in any one of said 1st thru | or 4. It is a feature.
The manufacturing method of the 6th bonding board | substrate of this invention consists of a material different from the said board | substrate between the said board | substrates bonded together in the manufacturing method of the bonding board | substrate in any one of said 1st thru | or 5. The substrate is bonded to each other with a metal layer or an alloy layer interposed.

本発明の半導体装置の製造方法は、上記第1ないしのうちいずれかの貼合基板の製造方法を用いることを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device of the invention features the use of method of any lamination substrate among the first to sixth.

本発明によれば、密封用容器内に減圧して密封収容された基板間の空隙や気泡を除去することができ、かつその後、加圧容器内で加圧用流体を用いて大気圧を超える圧力に加圧することにより、その加圧圧力の分布を均一な分布にすることができ、空隙や歪み等のない均等な貼り合わせが達成される。その結果、信頼性の高い貼合基板を高歩留りで製造することが可能となり、またそれを用いて、信頼性の高い半導体装置を作製することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to remove the voids and bubbles between the substrates that are hermetically sealed by reducing the pressure in the sealing container, and then the pressure exceeding the atmospheric pressure using the pressurizing fluid in the pressurized container. By applying pressure, the distribution of the pressurizing pressure can be made uniform, and uniform bonding without voids or distortion can be achieved. As a result, a highly reliable bonded substrate can be manufactured with high yield, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured using the bonded substrate.

以下、本発明の一実施の形態に係る貼合基板の製造方法、およびそれによって製造される貼合基板、ならびにその貼合基板について、図面を参照して説明する。
図1は、貼り合せの対象とする第1のシリコン基板および第2のシリコン基板を示す図であり、図2は、減圧する前の密封用容器にシリコン基板を収容した状態を示す図、図3は、図2の状態に引き続いて、密封用容器内を減圧した状態を示す図、図4は、加圧容器内に密封用容器を収容して加圧する工程を示す図であり、図5は、図4に示した加圧容器内での加圧工程における圧力および温度の時間的推移の一例を示す図である。
Hereinafter, the manufacturing method of the bonding substrate which concerns on one embodiment of this invention, the bonding substrate manufactured by it, and its bonding substrate are demonstrated with reference to drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a first silicon substrate and a second silicon substrate to be bonded, and FIG. 2 is a diagram showing a state in which the silicon substrate is accommodated in a sealing container before decompression. 3 is a view showing a state in which the inside of the sealing container is decompressed following the state of FIG. 2, and FIG. 4 is a view showing a process of accommodating and pressurizing the sealing container in the pressurizing container, and FIG. These are figures which show an example of the time transition of the pressure and temperature in the pressurization process in the pressurization container shown in FIG.

この貼合基板の製造方法における、貼り合せの対象となる基板は、図1に示したようなものである。まず、その片面にSiO(二酸化ケイ素)層1aが形成された第1のシリコン基板1と、第2のシリコン基板2とを用意する。そして、SiO層1aを介して第1のシリコン基板1と第2のシリコン基板2とが対面するように、それらを精確な位置合わせを行って重ね合わせる。 In the method for manufacturing a bonded substrate, the substrate to be bonded is as shown in FIG. First, a first silicon substrate 1, SiO 2 (silicon dioxide) layer 1a is formed on one surface thereof, and a second silicon substrate 2. Then, the first silicon substrate 1 and the second silicon substrate 2 face each other through the SiO 2 layer 1a so that they are accurately aligned and overlapped.

続いて、図2に示したように、重ね合わされた両基板1、2を、袋状の密封用容器3内に収容する。この段階では、密封用容器3内の圧力は、大気圧のままである。この密封用容器3としては、例えば引裂強度が高くピンホール等の生じる虞もなく、かつ適切な可撓性・柔軟性を有する材質からなる袋状の容器が好適である。
密封用容器3に重ね合わされた両基板1、2を収容した後、図3に示したように、その密封用容器3内を減圧する。この減圧により、密封用容器3内に収容されている両基板1、2の間の気泡や空隙が除去される。その後、減圧状態に保持した状態で、密封用容器3の出入口4を密封する。
Subsequently, as shown in FIG. 2, the stacked substrates 1 and 2 are accommodated in a bag-like sealing container 3. At this stage, the pressure in the sealing container 3 remains at atmospheric pressure. As the container 3 for sealing, for example, a bag-like container made of a material having high tear strength and no possibility of causing pinholes and having appropriate flexibility and flexibility is suitable.
After accommodating both the substrates 1 and 2 superimposed on the sealing container 3, the inside of the sealing container 3 is decompressed as shown in FIG. By this decompression, bubbles and voids between the substrates 1 and 2 accommodated in the sealing container 3 are removed. Then, the entrance / exit 4 of the container 3 for sealing is sealed in the state hold | maintained at the pressure-reduced state.

そして、図4に示したように、減圧して重ね合わされた両基板1、2を密封収容した密封用容器3を加圧容器5内に収容し、加圧容器5内に給油口7から給油ポンプ(図示せず)により、例えば加圧用油のような加圧用流体6を充填する。このとき、加圧容器5内には、図4に模式的に示したように、複数個の密封用容器3を収容して、それらを一斉に貼合処理することが可能である。   Then, as shown in FIG. 4, the sealing container 3 that hermetically accommodates both the substrates 1 and 2 stacked under reduced pressure is accommodated in the pressurized container 5, and refueled from the oil filler port 7 into the pressurized container 5. A pressurizing fluid 6 such as pressurizing oil is filled by a pump (not shown). At this time, as schematically shown in FIG. 4, a plurality of sealing containers 3 can be accommodated in the pressurized container 5 and bonded together.

加圧容器5内に加圧用流体6を充填した後、例えば加圧用シリンダ8により加圧用流体6の圧力を上昇させて、加圧容器5内を例えば1.1気圧以上のような、大気圧を超える圧力に加圧する。また、これと並行して、ヒータ9により、加圧容器5内の温度を、50℃以上の温度、例えば300℃に加熱する。この加熱により、両基板1、2のさらに強固な接合を実現することができる。
このような加圧と加熱とにより、第1のシリコン基板1と第2のシリコン基板2とが、気泡や空隙を生じることなく、ほぼその全面に亘って均等・均一に貼り合わされる。
After the pressurizing container 5 is filled with the pressurizing fluid 6, the pressure of the pressurizing fluid 6 is increased by, for example, the pressurizing cylinder 8, and the atmospheric pressure such as 1.1 atm. Pressurize to a pressure exceeding. In parallel with this, the heater 9 heats the temperature in the pressurized container 5 to a temperature of 50 ° C. or higher, for example, 300 ° C. By this heating, it is possible to realize stronger bonding between the substrates 1 and 2.
By such pressurization and heating, the first silicon substrate 1 and the second silicon substrate 2 are bonded evenly and uniformly over substantially the entire surface thereof without generating bubbles or voids.

このようにして、本実施の形態に係る貼合基板の製造方法によれば、密封用容器3内を減圧することにより、密封用容器3の中に密封収容された第1のシリコン基板1と第2のシリコン基板2との間の空隙や気泡を除去することができる。そしてその後、加圧容器5内で、加圧用流体6を用いて、加圧容器5内の圧力を大気圧を超える圧力に加圧することにより、その加圧圧力の分布を、静止流体圧によって均一な分布にすることができ、両基板1、2間に空隙や歪み等のない、均等な貼り合わせを実現することができる。その結果、信頼性の高い貼合基板を、高いスループットおよび高歩留りで製造することが可能となり、またそれを用いて、信頼性の高い(あるいは長寿命の)発光ダイオード素子等の半導体装置を作製することが可能となる。   Thus, according to the manufacturing method of the bonding substrate which concerns on this Embodiment, the 1st silicon substrate 1 sealed and accommodated in the sealing container 3 by decompressing the inside of the sealing container 3 and Gaps and bubbles between the second silicon substrate 2 can be removed. Then, in the pressurization vessel 5, by using the pressurization fluid 6, the pressure in the pressurization vessel 5 is pressurized to a pressure exceeding the atmospheric pressure, so that the distribution of the pressurization pressure is made uniform by the static fluid pressure. It is possible to achieve a uniform distribution without gaps or distortion between the substrates 1 and 2. As a result, a highly reliable bonded substrate can be manufactured with high throughput and high yield, and a semiconductor device such as a light-emitting diode element with high reliability (or long life) can be manufactured using the substrate. It becomes possible to do.

また、多数の密封用容器3を加圧容器5内に収容して、それらを一度に貼合処理することができるので、小型の製造(加圧処理)装置を用いて、極めて高いスループットで貼合基板を製造することが可能となる。
すなわち、加圧用流体6を用いた加圧処理では、その加圧の対象全体が加圧用流体6内に浸されていれば(包囲されていれば)、それだけで静止流体圧が均一に密封用容器3内の基板1、2に掛かることとなるので、その加圧対象物である密封用容器3の体積にそれを包囲する最小限の量の加圧用流体6の体積を加えただけの容積があれば、上記のような加圧処理を行うことが可能となる。従って、加圧容器5内の容積は、その程度の小さなもので済むこととなる。
例えば、縦×横×高さ共に30cm程度の内容積を有する、極めて小型の加圧容器5を用いて、直径6インチのウェハを50組程度、一度の加圧処理で一斉に貼り合せることが可能となる。
In addition, since a large number of sealing containers 3 can be accommodated in the pressurized container 5 and bonded together at a time, the bonding can be performed at a very high throughput using a small manufacturing (pressure processing) apparatus. A composite substrate can be manufactured.
That is, in the pressurizing process using the pressurizing fluid 6, if the entire pressurization target is immersed in the pressurizing fluid 6 (if surrounded), the static fluid pressure can be uniformly sealed by itself. Since it will be applied to the board | substrates 1 and 2 in the container 3, the volume which only added the volume of the minimum quantity of the fluid 6 for pressurization which surrounds it to the volume of the container 3 for sealing which is the pressurization object If there exists, it will become possible to perform the above pressurization processes. Therefore, the volume in the pressurized container 5 can be as small as that.
For example, using an extremely small pressurized container 5 having an internal volume of about 30 cm in length x width x height, about 50 pairs of wafers having a diameter of 6 inches can be bonded together in one press treatment. It becomes possible.

このように、製造装置(加圧容器5)の1台あたりの占有床面積、および一度に貼合処理可能なウェハの枚数(換言すればスループット)、ならびに製造歩留りの、全ての点で、本実施の形態に係る製造方法は、従来の機械的な押圧力を用いた貼合処理による製造方法よりも、飛躍的に優れている。   In this way, in all respects, the occupied floor area per unit of the production apparatus (pressurized container 5), the number of wafers that can be bonded at one time (in other words, throughput), and the production yield, The manufacturing method which concerns on embodiment is far superior to the manufacturing method by the pasting process using the conventional mechanical pressing force.

ここで、本実施の形態に係る製造方法との比較のために、重ね合わせた基板を単純に加圧用流体6内に浸けて加圧した場合について考えてみると、その場合には、次のような不都合が生じる。
例えば、表面にSiO薄膜が形成された第1のシリコン基板と、別の第2のシリコン基板とを貼り合せる場合、第1のシリコン基板のSiとそのSiO薄膜との格子定数の差に起因して、第1のシリコン基板は歪みが生じやすい。歪んだ状態の第1のシリコン基板と第2のシリコン基板とを重ね合わせると、両基板間に空隙が発生する。そのような空隙が発生している両基板を、そのまま裸の状態で加圧用油のような加圧用流体6内に浸け込むと、その空隙に加圧用流体6が入り込んでしまうので、加圧用流体6に圧力を掛けて両基板を加圧したとしても、空隙を無くすことはできない。空隙に入り込んだ加圧用流体6にも、両基板をその外側から貼り合わせようとする圧力と同じ圧力が掛かるからである。
Here, for comparison with the manufacturing method according to the present embodiment, a case where the superimposed substrates are simply immersed in the pressurizing fluid 6 and pressurized is considered. Such inconvenience occurs.
For example, when a first silicon substrate having a SiO 2 thin film formed on the surface and another second silicon substrate are bonded together, the difference in lattice constant between Si of the first silicon substrate and the SiO 2 thin film As a result, the first silicon substrate is likely to be distorted. When the distorted first silicon substrate and the second silicon substrate are overlapped, a gap is generated between the two substrates. If both substrates in which such voids are generated are immersed in the pressurizing fluid 6 such as pressurizing oil in the bare state as they are, the pressurizing fluid 6 enters the voids. Even if the pressure is applied to 6 to pressurize both substrates, the gap cannot be eliminated. This is because the pressurizing fluid 6 that has entered the gap is also subjected to the same pressure as the pressure for adhering the two substrates from the outside.

そこで、本実施の形態に係る製造方法によれば、加圧用流体6を用いた加圧処理を行う前に、密封用容器3内を減圧することによって、密封用容器3内に収容されている両基板1、2の間の気泡や空隙を除去するようにしている。また、そのような減圧処理に連続して、密封用容器3内に両基板1、2を密封収容したままの状態で、その密封用容器3ごと両基板1、2を加圧用流体6中に設置しているので、減圧工程から加圧工程に移行する際に一々両基板1、2を密封用容器3から取り出すといった煩雑な作業を省略することができる。しかも、そのように密封用容器3内に両基板1、2を密封収容した状態で加圧用流体6の中に設置しているので、仮に微小な空隙が減圧処理後に残存していたとしても、その空隙内に加圧用流体6が入り込むことを防いで、その残存する微小な空隙を加圧処理によってさらに確実に除去することができる。   Therefore, according to the manufacturing method according to the present embodiment, before the pressurizing process using the pressurizing fluid 6 is performed, the inside of the sealing container 3 is depressurized to be accommodated in the sealing container 3. Air bubbles and voids between the substrates 1 and 2 are removed. In addition, following the decompression process, the substrates 1 and 2 together with the sealing container 3 are placed in the pressurizing fluid 6 while the substrates 1 and 2 are hermetically accommodated in the sealing container 3. Since it is installed, it is possible to omit a complicated operation of taking out both the substrates 1 and 2 from the sealing container 3 one by one when shifting from the decompression process to the pressurization process. In addition, since both substrates 1 and 2 are sealed and accommodated in the sealing container 3 in the pressurizing fluid 6, even if a minute gap remains after the decompression process, The pressurizing fluid 6 can be prevented from entering the gap, and the remaining minute gap can be more reliably removed by the pressurizing process.

なお、加圧流体6としては、例えば加圧用油のような液体が好適である。あるいは不活性ガスのような気体を用いることも可能であるが、気体は一般に、圧縮性が高く、温度変化に対して体積変化が大きく、熱伝導性も低い傾向にあるので、これらの点で逆の傾向にある液体を用いることが、より好ましい。液体は一般に、圧縮性がほとんどなく、温度変化に対して体積変化もほとんどなく、かつ熱伝導性も良好なので、本実施の形態に係る製造方法における加圧処理および加熱処理に対して極めて好適な特性を有している。但し、加圧用流体6は、液体のみには限定されないことは勿論である。例えば、高温ないし高速の加熱処理を行わない場合や、加熱処理の際の熱伝導性や圧力の均一化を十分確保することが可能であれば、空気や窒素のような人体に無害でかつ入手および取り扱いが容易な気体を用いてもよい。   The pressurized fluid 6 is preferably a liquid such as pressurizing oil. Alternatively, a gas such as an inert gas can be used. However, the gas generally has a high compressibility, a large volume change with respect to a temperature change, and a low thermal conductivity. It is more preferable to use a liquid that has the opposite tendency. In general, a liquid has almost no compressibility, hardly changes in volume with respect to a temperature change, and has a good thermal conductivity. Therefore, the liquid is extremely suitable for the pressure treatment and heat treatment in the manufacturing method according to the present embodiment. It has characteristics. However, it is needless to say that the pressurizing fluid 6 is not limited to a liquid. For example, if high-temperature or high-speed heat treatment is not performed, or if heat conductivity and pressure uniformity during heat treatment can be sufficiently ensured, it is harmless to humans such as air and nitrogen and is available. A gas that is easy to handle may also be used.

また、基板の材質としては、上記のようなシリコン単結晶からなるウェハ(第2のシリコン基板2)や、シリコン単結晶基板の表面に酸化シリコン層を設けてなるウェハ(第1のシリコン基板1)のみには限定されないことは勿論である。その他にも、例えばガラス基板や石英基板、サファイア基板等も可能である。または、例えば放熱性の向上を目的とする場合には、炭化シリコンのようなセラミックスからなるものや、アルミニウム、金、銀、白金、チタン、モリブデン、タングステンのうちの少なくとも1種類の元素を含む金属または合金からなるものなども可能である。もしくは、貼り合わされる基板同士の間に、その基板とは異なる材質からなる金属層または合金層を介在させて、それら両基板を貼り合せる、貼り替え基板なども適用できる。あるいは、シリコン単結晶からなる表面を有するウェハ同士を貼り合せることも可能であることは勿論である。   Further, as the material of the substrate, a wafer made of a silicon single crystal as described above (second silicon substrate 2) or a wafer formed by providing a silicon oxide layer on the surface of a silicon single crystal substrate (first silicon substrate 1). Of course, it is not limited to only). In addition, for example, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, and the like are possible. Or for the purpose of improving heat dissipation, for example, a metal made of ceramics such as silicon carbide, or a metal containing at least one element of aluminum, gold, silver, platinum, titanium, molybdenum, and tungsten Or what consists of alloys is also possible. Alternatively, a replacement substrate or the like in which a metal layer or an alloy layer made of a material different from the substrate is interposed between the substrates to be bonded and the both substrates are bonded can also be applied. Alternatively, it is needless to say that wafers having surfaces made of silicon single crystals can be bonded together.

このような本実施の形態に係る製造方法によって製造された貼合基板は、例えばICやLSIのような半導体集積回路や、発光ダイオード素子のような、いわゆる半導体デバイス用の貼合基板として用いることが可能である。
あるいは、アクロマートレンズのような、屈折率と色分散が異なるレンズ同士を組み合わせて接合した複雑なレンズ系の製造などにも応用することが可能である。
また、例えば、F.A.Kish,et al.,”Very high efficiency semiconductor wafer-bonded transparent substrate lightemitting diodes”, Appl.Phys.Lett., vol.64, no21, pp.2839-2841, May1994.にて提案された、発光層を支持する基板を発光波長に対して透明
な材料に置き換えて高効率化を図った発光素子や、特表2005−51378号公報にて提案された反射サブマウントを有する高効率の発光素子の製造方法に適用することも可能である。あるいは、例えば特開2000−332351号公報にて提案されたフォトニック結晶デバイスの製造などにも適用可能である。
The bonded substrate manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment is used as a bonded substrate for a so-called semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit such as an IC or LSI, or a light emitting diode element. Is possible.
Alternatively, the present invention can be applied to the manufacture of a complicated lens system in which lenses having different refractive indexes and chromatic dispersions are combined and joined, such as an achromatic lens.
Also proposed in FAKish, et al., “Very high efficiency semiconductor wafer-bonded transparent substrate lightemitting diodes”, Appl. Phys. Lett., Vol. 64, no21, pp. 2839-2841, May1994. A light-emitting element that improves the efficiency by replacing the substrate supporting the light-emitting layer with a material that is transparent to the light emission wavelength, and a high-efficiency light-emitting device that has a reflective submount proposed in Japanese Patent Publication No. 2005-51378 It is also possible to apply to the manufacturing method of an element. Alternatively, for example, it can be applied to the manufacture of a photonic crystal device proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-332351.

上記の実施の形態で説明したような貼合工程を含む製造方法によって、貼合基板を製造した。
直径152.4mm、厚さ600μmのシリコンウェハに、CVD法により厚さ10nmのSiO層1aを形成し、第1のシリコン基板1を作製した。また、それとは別に、
直径152.4mm、厚さ600μmの、単結晶シリコンからなるウェハを第2のシリコン基板2として用意した。そして、第1のシリコン基板1と、第2のシリコン基板2とを
、SiO層1aを介して重ね合わせ、所定の強度を有するアルミ箔からなる袋状の密封用容器3内に、それら両基板1、2を収容し、真空封入装置(図示省略)を用いて密封用容器3内を減圧し、その状態で密封した。このような手順で、重ね合わせた基板1、2を減圧状態で封入した3個の密封用容器3を、加圧容器5内に収容した。各密封用容器3にはそれぞれ密封状態を損ねない位置に係止孔10を設けてあるので、その係止孔10を加圧容器5内に設けられている棒状の係止腕11に吊り下げるようにして3個の密封用容器3を配置した。
The bonding substrate was manufactured by the manufacturing method including the bonding process as described in the above embodiment.
A SiO 2 layer 1a having a thickness of 10 nm was formed on a silicon wafer having a diameter of 152.4 mm and a thickness of 600 μm by a CVD method, whereby a first silicon substrate 1 was manufactured. Apart from that,
A wafer made of single crystal silicon having a diameter of 152.4 mm and a thickness of 600 μm was prepared as the second silicon substrate 2. Then, the first silicon substrate 1 and the second silicon substrate 2 are overlapped with each other through the SiO 2 layer 1a, and both of them are placed in a bag-like sealing container 3 made of aluminum foil having a predetermined strength. The substrates 1 and 2 were accommodated, and the inside of the sealing container 3 was depressurized using a vacuum sealing device (not shown) and sealed in that state. In such a procedure, three sealing containers 3 in which the stacked substrates 1 and 2 were sealed in a reduced pressure state were accommodated in the pressurized container 5. Since each sealing container 3 is provided with a locking hole 10 at a position that does not impair the sealed state, the locking hole 10 is suspended from a bar-shaped locking arm 11 provided in the pressurized container 5. In this way, three sealing containers 3 were arranged.

続いて、加圧用シリンダ8を取り付け、その3個の密封用容器3が収容された加圧容器5内に、給油口7から加圧用流体6として加圧用油を充填した。そして、図5に示したようなタイミングで、ヒータ9を用いて加圧用流体6を300℃まで加熱した。その300℃に達してから5分後に、加圧用流体6の圧力を、シリンダ8を用いて245N/cm(約25kgf/cm)に加圧し、その圧力を30分間継続した。
30分が経過した後、加圧容器5から排出口12を通して加圧用流体6を排出し、加圧容器5の蓋体としても兼用されている加圧用シリンダ8を取り外して、3個の密封用容器3を取り出した。そして、その密封用容器3を開封し、その各々から、貼り合わされた状態の両基板1、2(すなわち貼合基板)を回収した。
Subsequently, the pressurizing cylinder 8 was attached, and the pressurizing oil as the pressurizing fluid 6 was filled into the pressurizing container 5 in which the three sealing containers 3 were housed. And the fluid 6 for pressurization was heated to 300 degreeC using the heater 9 at the timing as shown in FIG. Five minutes after reaching 300 ° C., the pressure of the pressurizing fluid 6 was increased to 245 N / cm 2 (about 25 kgf / cm 2 ) using the cylinder 8, and the pressure was continued for 30 minutes.
After 30 minutes have passed, the pressurizing fluid 6 is discharged from the pressurization vessel 5 through the discharge port 12, and the pressurization cylinder 8 which is also used as a lid of the pressurization vessel 5 is removed, and three sealings are used. The container 3 was taken out. And the container 3 for sealing was opened, and both the board | substrates 1 and 2 (namely, bonding board | substrate) of the bonded state were collect | recovered from each.

このようにして両基板1、2が貼り合わされた3個の貼合基板について、貼り合わせの接合界面を、超音波顕微鏡で観察した。その結果、3個の貼合基板の全てについて、界面の剥離や空隙は全く発生していないことが確認された。勿論、破損等は全く発生していなかった。このように、本発明の実施例に係る製造方法によれば、空隙や歪み等のない均等な貼り合わせを実現できることが確認された。   Thus, about the 3 bonding board | substrates with which both board | substrates 1 and 2 were bonded together, the bonding interface of bonding was observed with the ultrasonic microscope. As a result, it was confirmed that no interfacial peeling or void occurred at all for all three bonded substrates. Of course, no damage or the like occurred. Thus, according to the manufacturing method which concerns on the Example of this invention, it was confirmed that equal bonding without a space | gap, a distortion | strain, etc. is realizable.

ここで、加圧容器5内の圧力は、例えば1.1気圧以上のような大気圧を超える圧力であって、加熱温度と相まって確実に両基板1、2を空隙なく均等に密着して貼り合せる(面的接合する)ことが可能な圧力に設定することが好ましい。
また、一般にシリコンウェハに代表される基板は、高真空吸着の場合を除いて、25℃のような室温では接合し辛い傾向にあるが、基板の接合界面付近を加熱することで、その加熱された接合界面付近で溶融、化学変化、あるいは原子レベルでの相互拡散が生じて、接合しやすくなる。そのように接合しやすくなる温度として、50℃以上に設定することが望ましいのである。
また、密封用容器3内の圧力と加圧容器5内の加圧用流体6の圧力との圧力差が大きい
ほど、大きな圧力を両基板1、2に掛けることができるので、より確実に空隙なく両基板1、2を密着させて貼り合せることが可能となる。また、密封用容器3内の圧力は、加圧処理前に減圧処理が施されるので、大気圧以下になっている。そして大気圧は一般に、地域ごとに固有の天候や天気によって所定の範囲内で上下するので、それらを勘案して、1.1気圧以下に設定することが好ましい。あるいは減圧処理の工程で、さらに確実に空隙や気泡を除去したい場合には、その減圧時の圧力を1気圧未満であって十分確実に空隙や気泡を除去することが可能な圧力にすることが望ましい。
その他、加熱状態の継続時間や加圧継続時間等についても、上記の実施例や実施の形態のみには限定されないことは云うまでもなく、より確実に空隙のない貼り合わせを実現できるように適宜に変更することが可能である。
Here, the pressure in the pressurized container 5 is a pressure exceeding the atmospheric pressure, for example, 1.1 atmospheres or more, for example. It is preferable to set the pressure so that it can be combined (surface bonding).
In general, a substrate typified by a silicon wafer tends to be difficult to bond at room temperature such as 25 ° C. except in the case of high vacuum adsorption, but it is heated by heating the vicinity of the bonding interface of the substrate. In the vicinity of the bonding interface, melting, chemical change, or mutual diffusion at the atomic level occurs to facilitate bonding. It is desirable to set the temperature at which bonding is facilitated to 50 ° C. or higher.
Further, the larger the pressure difference between the pressure in the sealing container 3 and the pressure of the pressurizing fluid 6 in the pressurizing container 5, the greater pressure can be applied to both the substrates 1 and 2. Both substrates 1 and 2 can be bonded together. Further, the pressure in the sealing container 3 is equal to or lower than the atmospheric pressure because the decompression process is performed before the pressurization process. In general, the atmospheric pressure rises and falls within a predetermined range depending on the weather specific to each region, and it is preferable to set the atmospheric pressure to 1.1 atm or less in consideration of them. Alternatively, when it is desired to more reliably remove voids and bubbles in the decompression process, the pressure at the time of depressurization is less than 1 atm so that the voids and bubbles can be removed with sufficient certainty. desirable.
In addition, the duration of the heating state and the duration of pressurization are not limited to the above-described examples and embodiments, and are appropriately set so as to realize bonding without voids more reliably. It is possible to change to

貼り合せの対象とする第1のシリコン基板および第2のシリコン基板を示す図である。It is a figure which shows the 1st silicon substrate and 2nd silicon substrate which are the object of bonding. 減圧する前の密封用容器にシリコン基板を収容した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which accommodated the silicon substrate in the container for sealing before decompressing. 図2の状態に引き続いて、密封用容器内を減圧して密封した状態を示す図である。FIG. 3 is a view showing a state where the inside of the sealing container is sealed by reducing the pressure following the state of FIG. 2. 加圧容器内に密封用容器を収容して加圧する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of accommodating the container for sealing in a pressurization container, and pressurizing. 図4に示した加圧容器内での加圧工程における圧力及び温度の時間的推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time transition of the pressure and temperature in the pressurization process in the pressurization container shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1のシリコン基板
2 第2のシリコン基板
1a SiO
3 密封用容器
4 出入口
5 加圧容器
6 加圧用流体
7 給油口
8 加圧用シリンダ
9 ヒータ
10 係止孔
11 係止腕
12 排出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st silicon substrate 2 2nd silicon substrate 1a SiO 2 layer 3 Sealing container 4 Entrance / exit 5 Pressurization container 6 Pressurization fluid 7 Oil supply port 8 Pressurization cylinder 9 Heater 10 Locking hole 11 Locking arm 12 Outlet

Claims (7)

二枚以上の基板を重ね合わせて、可撓性を有する密封用容器内に収容し、当該密封用容器内を減圧して密封する工程と、
重ね合わされた前記基板が密封された前記密封用容器を加圧容器内に収容し、当該加圧容器内の加圧用流体を大気圧を超える圧力に加圧する工程と、
前記加圧容器内を50℃以上に加熱する工程と
を含むことを特徴とする貼合基板の製造方法。
Stacking two or more substrates, storing them in a flexible sealing container, and depressurizing and sealing the inside of the sealing container;
Storing the sealing container in which the superposed substrate is sealed in a pressurized container, and pressurizing the pressurizing fluid in the pressurized container to a pressure exceeding atmospheric pressure;
And a step of heating the inside of the pressurized container to 50 ° C. or higher.
請求項1記載の貼合基板の製造方法において、
前記密封用容器内を減圧して密封する工程における前記密封用容器内の圧力を1.1気圧以下に減圧する
ことを特徴とする貼合基板の製造方法。
In the manufacturing method of the bonding board | substrate of Claim 1,
A method for producing a bonded substrate, comprising: reducing the pressure in the sealing container to 1.1 atm or less in the step of sealing the inside of the sealing container by reducing the pressure.
請求項1または2記載の貼合基板の製造方法において、
前記基板のうちの少なくとも1枚が、ケイ素を含む材料からなる基板、またはケイ素を含む基板の表面に別の材質からなる層を設けてなる基板、もしくはガラス基板のうちの一つである
ことを特徴とする貼合基板の製造方法。
In the manufacturing method of the bonding board | substrate of Claim 1 or 2,
At least one of the substrates is a substrate made of a material containing silicon, a substrate formed by providing a layer made of another material on the surface of the substrate containing silicon, or one of a glass substrate. The manufacturing method of the bonding board | substrate characterized.
請求項1ないし3のうちいずれか1項に記載の貼合基板の製造方法において、
前記基板のうちの少なくとも1枚が、アルミニウム、金、銀、白金、チタン、モリブデン、タングステンのうちの少なくとも1種類の元素を含む金属または合金からなるものである
ことを特徴とする貼合基板の製造方法。
In the manufacturing method of the bonding board | substrate of any one of Claims 1 thru | or 3,
At least one of the substrates is made of a metal or alloy containing at least one element selected from aluminum, gold, silver, platinum, titanium, molybdenum, and tungsten. Production method.
請求項1ないし4のうちいずれか1項に記載の貼合基板の製造方法において、
前記基板のうちの少なくとも1枚が、セラミックスからなるものである
ことを特徴とする貼合基板の製造方法。
In the manufacturing method of the bonding board | substrate of any one of Claims 1 thru | or 4,
At least 1 sheet of the said board | substrate consists of ceramics, The manufacturing method of the bonding board | substrate characterized by the above-mentioned.
請求項1ないし5のうちいずれか1項に記載の貼合基板の製造方法において、
貼り合わされる前記基板同士の間に、当該基板とは異なる材質からなる金属層または合金層を介在させて、当該基板同士を貼り合せる
ことを特徴とする貼合基板の製造方法。
In the manufacturing method of the bonding board | substrate of any one of Claims 1 thru | or 5,
A method for producing a bonded substrate, characterized in that a metal layer or an alloy layer made of a material different from that of the substrate is interposed between the substrates to be bonded together to bond the substrates together.
請求項1ないし6のうちいずれか1項に記載の貼合基板の製造方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method for manufacturing a bonded substrate according to any one of claims 1 to 6 is used .
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