特開 2022-150172 ウエーハの貼り合わせ方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022150172

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】ウエーハの貼り合わせ方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20220929BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021052658

(22)【出願日】2021-03-26

(71)【出願人】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075177

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 尚純

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100202496

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿角 剛二

(74)【代理人】

【識別番号】100202692

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 吉文

(72)【発明者】

【氏名】中村 勝

(57)【要約】

【課題】貼り合わせウエーハ容易に生成することができるウエーハの貼り合わせ方法を提供する。
【解決手段】ウエーハの貼り合わせ方法は、第１のウエーハ２を冷却する冷却工程と、冷却した第１のウエーハ２の面に結露が生じた際に第２のウエーハ４を第１のウエーハの面２に積層して貼り合わせ、貼り合わせウエーハを生成する貼り合わせ工程と、貼り合わせウエーハに熱処理を施す熱処理工程と、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のウエーハと第２のウエーハとを貼り合わせるウエーハの貼り合わせ方法であって、
第１のウエーハを冷却する冷却工程と、
冷却した第１のウエーハの面に結露が生じた際に第２のウエーハを第１のウエーハの面に積層して貼り合わせ、貼り合わせウエーハを生成する貼り合わせ工程と、
貼り合わせウエーハに熱処理を施す熱処理工程と、
を含むウエーハの貼り合わせ方法。

【請求項2】

第１のウエーハおよび第２のウエーハはシリコンウエーハである請求項１記載のウエーハの貼り合わせ方法。

【請求項3】

該熱処理工程において、１０００～１１００℃の温度で熱処理を施す請求項１または２記載のウエーハの貼り合わせ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１のウエーハと第２のウエーハとを貼り合わせるウエーハの貼り合わせ方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下記非特許文献１には、２枚のウエーハを直接貼り合わせる技術が開示されており、この技術がＳＯＩ（Silicon-On-Insurator）ウエーハの作製に利用されている。

【0003】

この技術は、酸などの化学薬品と純水を用いてウエーハの表面を僅かに酸化させて酸化膜を形成すると共に表面に多数の水酸基を付着させる前処理と、ウエーハ同士を重ね合わせて接合し１０００℃以上の高温で熱処理して結合を強固にする後処理と、によって構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【非特許文献1】国立研究開発法人産業技術総合研究所，高木 秀樹，“ウェハ直接接合技術：Wafer Direct Bonding”，［online］，［検索日２０２１年２月１７日］，インターネット＜URL：https://staff.aist.go.jp/takagi.hideki/waferbonding.html＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記の技術においては、ウエーハ同士を重ね合わせて接合する際に、ウエーハの表面間引力を利用していることから、それぞれのウエーハの表面の原子に十分な表面間引力が働く程度に、それぞれのウエーハの表面を接近させる必要がある。このため、前処理において、それぞれのウエーハの表面を１ナノメートル以下のレベルで平滑化しなければならず、生産性の点において改善の余地がある。

【0006】

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、貼り合わせウエーハ容易に生成することができるウエーハの貼り合わせ方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、上記課題を解決する以下のウエーハの貼り合わせ方法が提供される。すなわち、第１のウエーハと第２のウエーハとを貼り合わせるウエーハの貼り合わせ方法であって、第１のウエーハを冷却する冷却工程と、冷却した第１のウエーハの面に結露が生じた際に第２のウエーハを第１のウエーハの面に積層して貼り合わせ、貼り合わせウエーハを生成する貼り合わせ工程と、貼り合わせウエーハに熱処理を施す熱処理工程と、を含むウエーハの貼り合わせ方法が提供される。

【0008】

好ましくは、第１のウエーハおよび第２のウエーハはシリコンウエーハである。該熱処理工程において、１０００～１１００℃の温度で熱処理を施すのが好適である。

【発明の効果】

【0009】

本発明のウエーハの貼り合わせ方法は、第１のウエーハを冷却する冷却工程と、冷却した第１のウエーハの面に結露が生じた際に第２のウエーハを第１のウエーハの面に積層して貼り合わせ、貼り合わせウエーハを生成する貼り合わせ工程と、貼り合わせウエーハに熱処理を施す熱処理工程と、を含むので、貼り合わせウエーハを容易に生成することができ、生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）第１のウエーハおよび冷却テーブルの斜視図、（ｂ）冷却工程を実施している状態を示す斜視図。

【図2】貼り合わせ工程を実施している状態を示す斜視図。

【図3】貼り合わせウエーハの斜視図。

【図4】熱処理工程を実施している状態を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、第１のウエーハと第２のウエーハとを貼り合わせるウエーハの貼り合わせ方法の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

【0012】

図１を参照して説明すると、本実施形態においては、まず、第１のウエーハ２を冷却する冷却工程を実施する。第１のウエーハ２は円板状のシリコンウエーハでよい。また、第２のウエーハ４（図２参照。）も、第１のウエーハ２と同様に円板状のシリコンウエーハでよい。なお、第１・第２のウエーハ２、４のそれぞれの表面および裏面には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスは形成されておらず、円柱状のシリコンインゴットから単にスライスされたものであるが、表面にデバイスが形成されたウエーハであってもよい。また、第１・第２のウエーハ２、４のそれぞれの貼り合わせ面は、研削または研磨によって平滑化されていることが必要であるが、１ナノメートル以下のレベルでの高精度な平滑化は要求されない。

【0013】

冷却工程では、たとえば図１に示す冷却テーブル６を用いて実施することができる。冷却テーブル６は、円形の天板８と、天板８の周縁から垂下する側壁１０とを含む。天板８の直径は第１・第２のウエーハ２、４の直径よりも大きく、第１・第２のウエーハ２、４が冷却テーブル６の天板８に載せられるようになっている。そして、冷却テーブル６においては、天板８上に置かれた被冷却物を冷却するようになっている。

【0014】

図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態の冷却工程では、冷却テーブル６の上面に第１のウエーハ２を載せ、第１のウエーハ２を冷却する。第１のウエーハ２を冷却する際は、第１のウエーハ２を載せた冷却テーブル６を、天板８の上面よりも高い温度で、比較的湿度が高い雰囲気の下（たとえば、常温で湿度４０～６０％程度）に置くのが好ましい。

【0015】

ただし、冷却工程は、このような形態に限定されず、第１のウエーハ２を冷凍庫（たとえば、内部温度が－２０～０℃程度）の内部に入れて、第１のウエーハ２の全体を一様に冷却してもよい。

【0016】

冷却工程を実施した後、冷却した第１のウエーハ２の面に結露を生じた際に第２のウエーハ４を第１のウエーハ２の面に積層して貼り合わせ、貼り合わせウエーハを生成する貼り合わせ工程を実施する。

【0017】

図示の実施形態では、上述したとおり、冷却工程において、第１のウエーハ２の上面に結露が生じる雰囲気の下で冷却テーブル６によって第１のウエーハ２を冷却している。このため、図２に示すとおり、冷却テーブル６に載せた第１のウエーハ２の上面に結露が生じて水分層１２が形成されたら、第１のウエーハ２を冷却テーブル６に載せたまま、第１のウエーハ２に第２のウエーハ４に積層して貼り合わせることができる。これによって、図３に示すような貼り合わせウエーハ１４を生成することができる。

【0018】

なお、冷凍庫内で第１のウエーハ２を冷却した場合には、冷却した第１のウエーハ２に結露が生じるような雰囲気に第１のウエーハ２をさらす。すなわち、冷凍庫内よりも高い温度で、比較的湿度が高い雰囲気の下（たとえば、常温で湿度４０～６０％程度）に第１のウエーハ２を置く。そして、第１のウエーハ２の面に結露が生じて水分層１２が形成されたら、第１のウエーハ２に第２のウエーハ４に積層し、貼り合わせウエーハ１４を生成する。

【0019】

第１のウエーハ２と第２のウエーハ４との結合度を高める観点から、第１のウエーハ２の面に形成する水分層１２は比較的薄くほぼ均一であるのが好ましい。逆に、第１のウエーハ２の面の水分層が不均一である場合、たとえば、水分層が粒状の水滴を含んでおり、第１のウエーハ２の面において、水分層が存在する領域と、水分層が存在しない領域とがある場合には、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４とを貼り合わせた際に、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４との間に部分的に水分層が存在しない貼り合わせウエーハができてしまう。そして、このような貼り合わせウエーハに熱処理を施しても、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４とが強固には結合しない。このため、第１のウエーハ２の面に水分層を形成するために、霧吹き等を用いて第１のウエーハ２の面に水を噴射することは、比較的薄いほぼ均一な水分層の形成が困難であるから望ましくない。

【0020】

この点、図示の実施形態では、第１のウエーハ２を冷却し、冷却した第１のウエーハ２の面に結露を生じさせて水分層１２を形成するので、比較的薄いほぼ均一な水分層１２を容易に形成することができる。これによって、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４とを貼り合わせた際に、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４との間に一様に水分層１２が存在する貼り合わせウエーハ１４を形成することができ、このような貼り合わせウエーハ１４に熱処理を施すことにより、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４とを強固に結合させることができる。

【0021】

また、図示の実施形態では、冷却した第１のウエーハ２の面に生じた結露による水分層を利用して、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４とを貼り合わせているため、酸などの化学薬品や純水は不要であり、貼り合わせウエーハ１４を容易に生成することができる。

【0022】

そして、上記のとおりの貼り合わせ工程を実施した後、貼り合わせウエーハ１４に熱処理を施す熱処理工程を実施し（図４参照。）、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４とを強固に結合させる。熱処理工程においては、貼り合わせウエーハ１４を高温炉に入れ、１０００～１１００℃の温度で５～６時間程度かけて貼り合わせウエーハ１４に熱処理を施すのが好適である。これによって、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４とを比較的強固に結合させることができる。

【0023】

以上のとおりであり、図示の実施形態のウエーハの貼り合わせ方法では、第１のウエーハ２を冷却する冷却工程と、冷却した第１のウエーハ２の面に結露が生じた際に第２のウエーハ４を第１のウエーハ２の面に積層して貼り合わせ、貼り合わせウエーハ１４を生成する貼り合わせ工程と、貼り合わせウエーハ１４に熱処理を施す熱処理工程とを含むので、第１のウエーハ２と第２のウエーハ４とが強固に結合した貼り合わせウエーハ１４を容易に生成することができ、生産性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0024】

２：第１のウエーハ
４：第２のウエーハ
１２：水分層
１４：貼り合わせウエーハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】