(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対応する接合面を有する二つのシリコン基板を準備するステップと、
前記二つのシリコン基板のうち少なくとも一つの接合面に所定深さのトレンチを形成するステップと、
前記二つのシリコン基板のうち少なくとも一つに前記トレンチと連結されるガス排出口を前記接合面に対して垂直に貫通形成するステップと、
前記二つのシリコン基板をクリーニングするステップと、
前記二つのシリコン基板を密着させるステップと
密着された前記二つの基板を熱処理して接合するステップと、
を含み、
前記二つのシリコン基板のうち少なくとも一つの表面には、シリコン酸化膜が形成され、前記シリコン酸化膜に前記トレンチが形成されることを特徴とするシリコン直接接合方法。
【請求項２】
前記トレンチは、両端が塞がっていることを特徴とする請求項１に記載のシリコン直接接合方法。
【請求項３】
前記トレンチは、複数のダイシングラインのうち少なくとも一部のラインに沿って形成され、前記ガス排出口は、前記トレンチに沿って複数個形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン直接接合方法。
【請求項４】
前記ダイシングラインは、第１方向に延びた第１ラインと前記第１方向に直交する第２方向に延びた第２ラインとを含み、前記トレンチは、前記第１ラインと第２ラインのうちいずれか一つのラインに沿って複数個形成され、前記ガス排出口は、前記複数のトレンチそれぞれに複数個形成されることを特徴とする請求項３に記載のシリコン直接接合方法。
【請求項５】
前記ダイシングラインは、第１方向に延びた第１ラインと前記第１方向に直交する第２方向に延びた第２ラインとを含み、前記トレンチは、前記第１ラインと第２ラインの両方のラインに沿って複数個形成され、前記ガス排出口は、前記複数のトレンチそれぞれに複数個形成されることを特徴とする請求項４に記載のシリコン直接接合方法。
【請求項６】
前記ガス排出口は、前記第１ラインと第２ラインとが交差する地点に形成されることを特徴とする請求項４または５に記載のシリコン直接接合方法。
【請求項７】
前記トレンチは、前記接合面を所定深さにエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のシリコン直接接合方法。
【請求項８】
前記ガス排出口は、ＭＥＭＳ素子の製作時に貫通孔を形成する工程と同時に形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のシリコン直接接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン直接接合方法に係り、特にガスによるボイドの発生を抑制できるシリコン直接接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多様な半導体素子の製造には、一般的にウェーハと呼ばれるシリコン基板が使われる。すなわち、かかるシリコン基板上に所定の物質層を形成するか、またはシリコン基板の表面をエッチングするなどの微細加工工程を経てシリコン基板上に多様な半導体素子を形成するものである。
【０００３】
かかる半導体素子の製造工程において、二つのシリコン基板を接合して使用する場合があり、この場合、二つのシリコン基板を接合するために通常的にシリコン直接接合（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ：ＳＤＢ）方法が使われてきた。前記ＳＤＢ方法は、一般的に次のステップを経る。まず、二つのシリコン基板を準備した後、この基板をクリーニングする。これにより、二つの基板それぞれの接合面には、ＯＨ−，Ｈ＋，Ｈ２Ｏ，Ｈ２及びＯ２のようなイオンと分子とからなる薄膜が形成される。次いで、二つの基板を互いに密着させると、前記したイオンと分子との間のファンデルワールス力により二つの基板は仮接合される。次いで、密着された状態の二つの基板を熱処理炉に入れて約１０００℃に加熱すると、二つの基板の原子間の相互拡散により二つの基板が強く結合される。
【０００４】
しかし、二つの基板を熱処理する過程で二つの基板間に存在する前記イオンと分子とによりガスが形成されるが、かかるガスが完全に排出されずに残留される場合が発生しうる。この場合、二つの基板の接合部には、かかるガスにより複数のボイドが形成される。このように発生したボイドは、二つのシリコン基板間の接合強度を低下させ、この基板に形成される半導体素子の不良率を高めて歩留まりを低下させるという問題点を発生させる。特に、かかる問題点は、基板のサイズが大きくなって接合面積が広いほど発生しやすくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決するためのものであって、特に二つのシリコン基板の接合面にトレンチを形成し、この接合面に垂直にトレンチと連通されるガス排出口を形成して、熱処理工程中に発生するガスを円滑に排出させることによって、かかるガスによるボイドの発生を抑制できるＳＤＢ方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するための本発明によるＳＤＢ方法は、互いに対応する接合面を有する二つのシリコン基板を準備するステップと、前記二つのシリコン基板のうち少なくとも一つの接合面に所定深さのトレンチを形成するステップと、前記二つのシリコン基板のうち少なくとも一つに前記トレンチと連結されるガス排出口を前記接合面に対して垂直に貫通形成するステップと、前記二つのシリコン基板をクリーニングするステップと、前記二つのシリコン基板を密着させるステップと、密着された前記二つの基板を熱処理して接合するステップと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明において、前記二つのシリコン基板のうち少なくとも一つの表面には、シリコン酸化膜が形成され、前記シリコン酸化膜に前記トレンチが形成されうる。
【０００８】
本発明において、前記トレンチは、両端が塞がっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、前記トレンチは、複数のダイシングラインのうち少なくとも一部のラインに沿って形成され、前記ガス排出口は、前記トレンチに沿って複数個形成されうる。
【００１０】
この場合、前記ダイシングラインは、第１方向に延びた第１ラインと前記第１方向に直交する第２方向に延びた第２ラインとを含み、前記トレンチは、前記第１ラインと第２ラインのうちいずれか一つのラインに沿って複数個形成されるか、または前記第１ラインと第２ラインの両方のラインに沿って複数個形成されうる。そして、前記ガス排出口は、前記複数のトレンチそれぞれに複数個形成されうる。また、前記ガス排出口は、前記第１ラインと第２ラインとが交差する地点に形成されうる。
【００１１】
本発明において、前記トレンチは、前記接合面を所定深さにエッチングすることによって形成されうる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるＳＤＢ方法によれば、二つのシリコン基板の接合面に形成されたトレンチと、このトレンチに連通されたガス排出口とを通じて、熱処理工程中に発生するガスが円滑に排出されうるので、かかるガスにより二つのシリコン基板の接合部にボイドの発生を抑制できる。したがって、二つのシリコン基板の接合強度が高くなり、この基板に形成される半導体素子の不良率が低くなって歩留まりが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明によるＳＤＢ方法の望ましい実施形態を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００１４】
図１Ａないし図１Ｈは、本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図であり、図２は、図１Ｄに示したステップで、シリコン基板の接合面に形成されたトレンチとシリコン基板を貫通するように形成されたガス排出口とを示す斜視図である。
【００１５】
図１Ａに示すように、本発明によるＳＤＢ方法は、二つのシリコン基板１１０，１２０を接合する方法であって、下記のステップを含む。
【００１６】
まず、図１Ａに示したように、互いに接合される二つのシリコン基板、すなわち第１シリコン基板１１０と第２シリコン基板１２０とを準備する。前記第１及び第２シリコン基板１１０，１２０は、半導体素子の製造に広く使われるシリコンウェーハでありうる。そして、前記第１シリコン基板１１０は、第１接合面１１１を有し、前記第２シリコン基板１２０は、前記第１接合面１１１に対応する第２接合面１２１を有する。
【００１７】
次いで、図１Ｂに示したように、準備された第１及び第２シリコン基板１１０，１２０のうちいずれか一つ、例えば第１シリコン基板１１０の第１接合面１１１上にフォトレジストＰＲ１を塗布する。次いで、前記フォトレジストＰＲ１を、露光及び現像工程を経て所定のパターンにパターニングする。これにより、第１シリコン基板１１０の第１接合面１１１の一部が露出される。
【００１８】
次いで、図１Ｃに示したように、前記フォトレジストＰＲ１をエッチングマスクとして露出された第１接合面１１１を所定深さにエッチングすれば、トレンチ１１４が形成される。このとき、前記第１接合面１１１のエッチングは、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）のようなドライエッチング方法やウェットエッチング方法により行われうる。次いで、前記フォトレジストＰＲ１をストリップすれば、図１Ｄに示したように、第１シリコン基板１１０の第１接合面１１１に所定深さに形成されたトレンチ１１４が残存する。
【００１９】
次いで、図１Ｅに示したように、第１シリコン基板１１０の第１接合面１１１上にフォトレジストＰＲ２を再び塗布する。このとき、前記フォトレジストＰＲ２は、あらかじめ形成された前記トレンチ１１４をいずれも覆うように形成される。次いで、前記フォトレジストＰＲ２を、露光及び現像工程を経て前記トレンチ１１４上に複数のガス排出口の形状をパターニングする。これにより、図１Ｆに示したように、第１シリコン基板１１０の第１接合面１１１に形成されたトレンチ１１４の一部が露出されつつ、トレンチ１１４の下部の第１シリコン基板１１０も露出される。
【００２０】
次いで、図１Ｇに示したように、前記フォトレジストＰＲ２をエッチングマスクとして前記トレンチ１１４の下部の露出された第１シリコン基板１１０を垂直に貫通するようにエッチングすれば、前記接合面１１１に対して垂直に貫通されたガス排出口１１８が形成される。このとき、前記第１シリコン基板１１０のエッチングは、ＲＩＥのようなドライエッチング方法やウェットエッチング方法により行われうる。次いで、前記フォトレジストＰＲ２をストリップすれば、第１シリコン基板１１０の第１接合面１１１に所定深さに形成されたトレンチ１１４と、前記トレンチ１１４と連結されるガス排出口１１８とが残存する。
【００２１】
一方、前記では、ガス排出口１１８が第１シリコン基板１１０を貫通して形成されると図示されて説明された。しかし、前記ガス排出口１１８は、第２シリコン基板１２０を貫通するように形成されることもある。再び説明すれば、前記トレンチ１１４は、第１シリコン基板１１０に形成し、前記ガス排出口１１８は、第２シリコン基板１２０に形成するが、前記トレンチ１１４と連通するように形成できる。
【００２２】
前述したステップで、前記トレンチ１１４は、前記シリコン基板１１０，１２０に形成される半導体素子に影響を与えないために、図２に示したような複数のダイシングラインＬＤ１，ＬＤ２に沿って形成されることが望ましい。ここで、ダイシングとは、二つのシリコン基板１１０，１２０に複数の半導体素子を形成した後、この半導体素子それぞれが分離されるように前記シリコン基板１１０，１２０を切断することをいう。一般的に、前記ダイシングラインＬＤ１，ＬＤ２は、第１方向に延びた第１ラインＬＤ１と前記第１方向に直交する第２方向に延びた第２ラインＬＤ２とを含む。そして、前記トレンチ１１４は、図２に示したように、前記第１ラインＬＤ１と第２ラインＬＤ２のうちいずれか一つのライン、例えば前記第１ラインＬＤ１に沿って複数個形成されうる。一方、前記第２ラインＬＤ２にも複数のトレンチ１１６が形成されうる。このように、前記第２ラインＬＤ２に沿って形成される複数のトレンチ１１６も、前記した図１Ａないし図１Ｇに示したステップにより前記トレンチ１１４と同時に形成されうる。
【００２３】
本発明において、前記トレンチ１１４，１１６は、二つのシリコン基板１１０，１２０の外周まで延びずに両端が塞がっている形状に形成される。これは、前記トレンチ１１４，１１６が二つのシリコン基板１１０，１２０の外周まで延びた場合には、基板１１０，１２０にクラックが発生する可能性が高くなるためである。
【００２４】
そして、前記ガス排出口１１８は、前記トレンチ１１４，１１６のそれぞれに複数個形成され、望ましくは、前記第１ラインＬＤ１と第２ラインＬＤ２とが交差する地点に形成されうる。
【００２５】
一方、前記ガス排出口１１８は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子の製作時、貫通孔を形成する工程と同時に形成されうる。例えば、液晶素子（ＬＣＤ）用のＭＥＭＳヘッドの製作時に流路貫通孔の形成工程を利用すれば、追加工程なしに前記ガス排出口１１８を形成することもできる。
【００２６】
このように形成された前記複数のトレンチ１１４，１１６は、前記複数のガス排出口１１８を通じてシリコン基板１１０，１２０の外部と連通されることによって、後述するように、シリコン基板１１０，１２０の間で生成されたガスをシリコン基板１１０，１２０の外部に排出させる役割を行う。
【００２７】
次いで、前記第１シリコン基板１１０と第２シリコン基板１２０とをクリーニングする。このとき、前記クリーニングステップは、洗浄工程と乾燥工程とを含みうる。これにより、前記第１シリコン基板１１０の第１接合面１１１及び第２シリコン基板１２０の第２接合面１２１には、ＯＨ−，Ｈ＋，Ｈ２Ｏ，Ｈ２及びＯ２のようなイオンと分子とからなる薄膜（図示せず）が形成される。
【００２８】
次いで、図１Ｈに示したように、前記第１シリコン基板１１０と第２シリコン基板１２０とを互いに密着させれば、前記したイオンと分子との間のファンデルワールス力により二つのシリコン基板１１０，１２０は仮接合される。次いで、密着された状態の二つのシリコン基板１１０，１２０を熱処理炉に入れて約１０００℃に熱処理する。これにより、二つのシリコン基板１１０，１２０の原子間の相互拡散により、二つのシリコン基板１１０，１２０が強く接合される。
【００２９】
このとき、前記した熱処理ステップでは、二つのシリコン基板１１０，１２０の間に存在する前記イオンと分子とによりガスが生成されるが、このガスは、隣接したトレンチ１１４，１１６に流入され、このトレンチ１１４，１１６と連通されたガス排出口１１８を通じてシリコン基板１１０，１２０の外部に円滑に放出されうる。
【００３０】
前記したように、本発明によるＳＤＢ方法によれば、熱処理工程中に発生するガスが前記トレンチ１１４，１１６とガス排出口１１８とを通じて円滑に排出されうるので、かかるガスにより二つのシリコン基板１１０，１２０の接合部でのボイドの発生を防止するか、または最小化できる。
【００３１】
図３Ａないし図３Ｄは、本発明の望ましい第２実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【００３２】
図３Ａに示すように、本発明によるＳＤＢ方法において、二つのシリコン基板１１０，１２０のうちいずれか一つ、例えば第１シリコン基板１１０の表面には、シリコン酸化膜１１２が形成されうる。この場合、前記シリコン酸化膜１１２の表面が第１接合面１１１となる。一方、前記第２シリコン基板１２０の対応する表面にも、シリコン酸化膜が形成されうる。このように、二つのシリコン基板１１０，１２０のうち少なくともいずれか一つにシリコン酸化膜が形成されれば、二つのシリコン基板１１０，１２０の間の接合強度が高くなることが知られている。
【００３３】
次いで、図３Ｂに示したように、前記第１シリコン基板１１０上に形成された前記シリコン酸化膜１１２を所定パターンにエッチングしてトレンチ１１４を形成する。このとき、図２に示したトレンチ１１６も共に形成されうる。前記トレンチ１１４，１１６の形成は、前述した図１Ｂ及び図１Ｃに示した方法と同じ方法により行われうる。このとき、前記トレンチ１１４，１１６は、図３Ｂに示したように、シリコン酸化膜１１２の全体厚さを貫通するように形成されることが望ましいが、シリコン酸化膜１１２の全体厚さのうち一部にのみ形成されることもある。
【００３４】
次いで、図３Ｃに示したように、前記トレンチ１１４，１１６の下部の第１シリコン基板１１０を垂直に貫通するようにエッチングして、前記接合面１１１に対して垂直に貫通されたガス排出口１１８を形成する。前記ガス排出口１１８の形成は、前述した図１Ｅないし図１Ｇに示した方法と同じ方法により行われうる。そして、前述したように、前記ガス排出口１１８は、第１シリコン基板１１０ではなく、第２シリコン基板１２０を貫通するように形成されることもある。
【００３５】
前述したステップで、前記トレンチ１１４，１１６は、前記シリコン基板１１０，１２０に形成される半導体素子に影響を与えないために、図２に示したような複数のダイシングラインＬＤ１，ＬＤ２に沿って形成されることが望ましい。具体的には、図２に示したように、前記トレンチ１１４は、第１方向に延びた前記第１ラインＬＤ１に沿って複数個形成され、前記トレンチ１１６は、前記第１方向に直交する第２方向に延びた前記第２ラインＬＤ２に沿って複数個形成されうる。そして、前記トレンチ１１４，１１６は、シリコン基板１１０，１２０の接合面積によってガスを円滑に排出できる多様な形態に形成されうる。
【００３６】
本発明において、前記トレンチ１１４，１１６は、二つのシリコン基板１１０，１２０の外周まで延びずに両端が塞がっている形状に形成される。そして、前記ガス排出口１１８は、前記トレンチ１１４，１１６それぞれに複数個形成され、望ましくは、前記第１ラインＬＤ１と第２ラインＬＤ２とが交差する地点に形成されうる。
【００３７】
次いで、前記第１シリコン基板１１０と第２シリコン基板１２０とをクリーニングした後、図３Ｄに示したように、前記第１シリコン基板１１０と第２シリコン基板１２０とを互いに密着させる。次いで、密着された状態の二つのシリコン基板１１０，１２０を熱処理炉に入れ、約１０００℃に熱処理する。これにより、二つのシリコン基板１１０，１２０の原子間の相互拡散により二つのシリコン基板１１０，１２０が強く接合される。
【００３８】
このとき、前述した第１実施形態のように、二つのシリコン基板１１０，１２０の間に存在するイオンと分子とによりガスが生成されるが、このガスは、隣接したトレンチ１１４，１１６に流入され、このトレンチ１１４，１１６に連通されたガス排出口１１８を通じてシリコン基板１１０，１２０の外部に円滑に放出されうる。
【００３９】
本発明は、図面に示した一実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、シリコン直接接合方法関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図１Ｂ】本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図１Ｃ】本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図１Ｄ】本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図１Ｅ】本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図１Ｆ】本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図１Ｇ】本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図１Ｈ】本発明の望ましい第１実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図２】図１Ｈに示したステップで、シリコン基板の接合面に形成されたトレンチとシリコン基板を貫通するように形成されたガス排出口とを示す斜視図である。
【図３Ａ】本発明の望ましい第２実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の望ましい第２実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図３Ｃ】本発明の望ましい第２実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【図３Ｄ】本発明の望ましい第２実施形態によるＳＤＢ方法を段階的に説明するための二つのシリコン基板の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１０    第１シリコン基板
１１１    第１接合面
１１２    シリコン酸化膜
１１４，１１６    トレンチ
１１８    ガス排出口
１２０    第２シリコン基板
１２１    第２接合面
【図１Ａ】
0004616235.tif 000002
【図１Ｂ】
0004616235.tif 000003
【図１Ｃ】
0004616235.tif 000004
【図１Ｄ】
0004616235.tif 000005
【図１Ｅ】
0004616235.tif 000006
【図１Ｆ】
0004616235.tif 000007
【図１Ｇ】
0004616235.tif 000008
【図１Ｈ】
0004616235.tif 000009
【図２】
0004616235.tif 000010
【図３Ａ】
0004616235.tif 000011
【図３Ｂ】
0004616235.tif 000012
【図３Ｃ】
0004616235.tif 000013
【図３Ｄ】
0004616235.tif 000014