(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとを準備する工程と、
第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとを、シリコン面同士を張り合わせ面として張り合わせる工程と、
この張り合わせたシリコンウェーハ同士を熱処理して張り合わせ基板を製造する工程と、
この張り合わせ基板に超音波を照射することにより、第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとの張り合わせ界面に、直径０．２ｍｍ以上の大きさのボイドが発生しているかどうかを検査する工程と、
この検査で良品と判定された張り合わせ基板について、１２００℃以上のウェーハ加熱温度で、１時間以上の追加熱処理を行う工程とを備えた張り合わせ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は張り合わせ基板の製造方法、例えばパワー素子、複合素子などに使用される張り合わせ基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
張り合わせシリコン基板は、２枚のシリコンウェーハを重ね合わせた後、両ウェーハを１１００℃程度のウェーハ加熱温度で熱処理する、というプロセスにより作製される。張り合わせ（重ね合わせ）後、熱を加えることで、両ウェーハの接合が強固になる。ところで、こうして作製された張り合わせ基板には、構成するウェーハ間に、未結合部分であるボイドが発生する場合がある。
ボイドの測定は、一般に、超音波照射による検査（超音波探傷法）をする超音波測定装置により行われている。この測定装置により、通常の測定条件において、直径０．２ｍｍ以上のボイドを検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような超音波測定装置では、測定の下限界値を超えた直径０．２ｍｍ未満の微小ボイド（マイクロボイド）は、検出することができなかった。
しかも、従来においては、この直径０．２ｍｍ未満の微小ボイドに対する知見がなかった。これは、その一般的な超音波測定装置では、微小ボイドの検出ができなかったことによる。
なお、この問題を解消する従来技術として、高分解能超音波測定装置を用いる方法が知られている。しかしながら、この高分解能超音波測定装置によれば、測定時間が超音波測定装置の１０倍以上もかかるという別の問題が生じてしまう。よって、この特殊な測定装置を用いる検査方法は、出荷された張り合わせ基板に微小ボイドが存在しないという保証を与える具体策としては、生産性という観点から適切な方法でないと考えられる。
【０００４】
そこで、この発明者らは、あらかじめ高分解能超音波測定装置を用いて直径０．２ｍｍ未満の微小ボイドを測定した上で、高いウェーハ加熱温度で、追加熱処理を行ってみた。その結果、１２００℃以上、１時間以上の追加熱処理を行ったときに、微小ボイドが完全に消失することを知見し、この発明を完成させるに至った。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、この発明は、直径０．２ｍｍ未満の微小ボイドを消失することができる張り合わせ基板の製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとを準備する工程と、第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとを、シリコン面同士を張り合わせ面として張り合わせる工程と、この張り合わせたシリコンウェーハ同士を熱処理して張り合わせ基板を製造する工程と、この張り合わせ基板に超音波を照射することにより、第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとの張り合わせ界面に、直径０．２ｍｍ以上の大きさのボイドが発生しているかどうかを検査する工程と、この検査で良品と判定された張り合わせ基板について、１２００℃以上のウェーハ加熱温度で、１時間以上の追加熱処理を行う工程とを備えた張り合わせ基板の製造方法である。
張り合わされる第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとはベアウェーハでもよいし、表面が酸化膜で被われたシリコンウェーハでもよい。
張り合わせ後の結合熱処理時の加熱温度は１０５０〜１１５０℃である。また、このときの加熱時間は１〜３時間である。
【０００７】
追加熱処理時の好ましいウェーハ加熱温度は１２００〜１２５０℃である。１２００℃未満では、ボイド部分に存在するガス成分が残存し、微小ボイドが完全には消失しないという不都合が生じる。
追加熱処理の好ましい加熱時間は１〜３時間である。１時間未満では、上記と同様に、ボイド部分に存在するガス成分の拡散が不充分で残存するため、微小ボイドの完全な消失が望めないという不都合が生じる。
また、追加熱処理時の加熱炉内の雰囲気ガスには、例えば、酸素、窒素、アルゴン、スチームなどが挙げられる。
【０００８】
【作用】
この発明では、第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとをシリコン面同士を張り合わせ面として張り合わせて熱処理を施し、その後、この張り合わせ基板を加熱温度１２００℃以上の加熱温度で、１時間以上、追加熱処理する。このように、いったん接合熱処理を行った張り合わせ基板を、さらに高温で追加熱処理することで、ボイド部分に存在するガス成分がシリコン中に拡散し、ボイド部分が真空となり、外圧によりシリコンが密着し、接合が完全化するという現象が起こる。この結果、直径０．２ｍｍ未満の微小ボイドが完全に消失する。よって、作製された張り合わせ基板に、微小ボイドが存在しないという保証を与えることが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施例に係る張り合わせ基板の製造方法を示すフローシートである。
この一実施例では、シリコンウェーハ同士（シリコン面同士）を直接張り合わせるものとする。
図１に示すように、まず２枚の鏡面研磨シリコンウェーハ（活性層用Ａ板，支持層用Ｂ板）１１，１２を準備する。次いで、ＳＣ１洗浄液により５分間のＳＣ１洗浄を行う。さらに、ＳＣ２洗浄液で５分間のＳＣ２洗浄を行う。これらの洗浄を行うことで、ウェーハ表面の有機物および重金属が除去される。これにより、２枚の鏡面研磨シリコンウェーハ１１，１２の表面の各ダングリングボンドは、ＯＨ基で終端されることになる。
【００１０】
その後、これらの鏡面同士を室温で張り合わせて張り合わせ基板１３を作製する。次いで、この張り合わせ基板１３に対して接合力を堅固にする張り合わせ熱処理を施す。このときのウェーハ加熱温度は１１００℃であり、その加熱時間は２時間である。この接合熱処理はＯ２ガス雰囲気で行う。
その結果、２枚のシリコンウェーハ１１，１２の張り合わせ界面においては、ＯＨ基同士の水素結合から脱水縮合反応によりＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が生じる（推定）。このようにして、シリコンウェーハ１１，１２同士が堅固に一体化された張り合わせ基板１３が作製される。
続いて、汎用の超音波測定装置を用いて、超音波照射によるボイド検査を行う。これにより、ウェーハの張り合わせ界面に、直径０．２ｍｍ以上の大きさのボイドが発生しているかどうかが検査される。
【００１１】
ここで良品と判定された張り合わせ基板１３は、次の工程で、所定の加熱炉により追加熱処理が行われる。加熱温度は１２００℃、加熱時間は１時間である。雰囲気ガスは通常Ｏ２ガスであるが、ウェットＯ２やＮ２，Ａｒでも良い。
このような追加熱処理を行うことで、ボイド部分に存在するガス成分がシリコン中に拡散し、ボイド部分が真空となり、外圧によりボイド部が密着するという現象が起きる。その結果、ウェーハ張り合わせ界面に生じた直径０．２ｍｍ未満の微小ボイドが完全に消失してしまう。よって、作製後の張り合わせ基板１３に、微小ボイドが存在しないという保証を与えることが可能となる。なお、この追加熱処理後に再度ボイド検査を行い、この微小ボイドが完全に消失したかどうかの確認を行ってもよい。ただし、この確認は、前述したような生産性の低下をまねくおそれのある高分解能超音波測定装置を用いる検査となることに注意しなければならない。
その後、この張り合わせ基板１３は、面取り、Ａ板の研削・研磨によりＡ板を所定厚さとし、洗浄することになる。
【００１２】
ここで、実際に、適正な条件で追加加熱処理を行った際のこの発明の実施例と、追加加熱処理を実施しなかった従来法による比較例と、適正な追加加熱処理条件でなかったときの別の比較例とによる、微小ボイドの消失検査結果を記載する。
張り合わせ基板の製造設備と、この設備内での各工程のウェーハ処理条件は一実施例と同じにする。ただし、実施例１〜３の追加熱処理条件を、この発明の条件を満足させる１２００℃以上のウェーハ加熱温度、１時間以上の加熱温度とする。なお、比較例１は、この追加熱処理を行わなかった例である。また、比較例２，３は、上記追加熱処理条件を満たさないで追加の熱処理を行ったときの例である。各実施例および比較例における追加熱処理条件を、検査結果とともに表１に示す。
【００１３】
【表１】
0003948156.tif 000002
【００１４】
この表１から明らかなように、比較例１〜３では、作製後の張り合わせ基板の張り合わせ界面に微小ボイドが残った。これに対して、実施例１〜３ではこの微小ボイドが完全に消失した。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとをシリコン面同士を張り合わせ面として張り合わせて熱処理した後、１２００℃以上のウェーハ加熱温度で、１時間以上の追加熱処理を行うようにしたので、直径０．２ｍｍ未満の微小ボイドを完全に消失させることができる。その結果、張り合わせ基板に微小ボイドが存在しない保証を与えることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施例に係る張り合わせ基板の製造方法を示すフローシートである。
【符号の説明】
１１  第１のシリコンウェーハ、
１２  第２のシリコンウェーハ、
１３  張り合わせ基板。
【図１】
0003948156.tif 000003