專利名稱：貼合晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種貼合晶片的制造方法，特別是有關(guān)于一種蝕刻接合 晶片的外周部的未結(jié)合部的方法。
背景技術(shù)：
高性能器件(device)用晶片，是使用貼合晶片，該貼合晶片是將半導(dǎo)體晶 片與其它的晶片接合后，使要制作器件側(cè)的晶片薄膜化而成。
具體上，是例如準(zhǔn)備2片鏡面研磨過的硅晶片，并在至少一方的晶片形 成氧化膜。然后，將此等晶片密接后，在200 120(TC的溫度進(jìn)行熱處理來提 高結(jié)合強(qiáng)度。隨后，通過對(duì)器件制造側(cè)晶片(接合晶片)進(jìn)行磨削及研磨等來 薄膜化至需要的厚度為止，能夠制造一種形成有SOI(絕緣層上覆硅；Silicon On Insulator)層的貼合SOI晶片。
又，制造貼合晶片時(shí)，也能夠未透過氧化膜而直接接合硅晶片彼此之間， 且基體晶片也有使用石英、氮化硅、及氧化鋁等的絕緣性晶片的情形。
如上述制造貼合晶片時(shí)，因?yàn)樗N合的2片鏡面晶片的周邊部存在有厚 度稍薄的被稱為研磨塌邊部分或倒角(chamfer)，該部分會(huì)以未結(jié)合、或是以 結(jié)合力弱的未結(jié)合部分的方式存在。在存在有此種未結(jié)合部的狀態(tài)下，通過 磨削等進(jìn)行薄膜化時(shí)，在該薄膜化工序中，該未結(jié)合部的一部分會(huì)剝離。因 此，薄膜化后的接合晶片的直徑，會(huì)變?yōu)楸茸鳛榛_(tái)的晶片(基體晶片)小， 又，在周邊部會(huì)連續(xù)地形成微小的凹凸。
將如此的貼合晶片投入器件工序時(shí)，殘留的未結(jié)合部分會(huì)在器件工序中 剝離，并產(chǎn)生微粒而致使器件產(chǎn)率下降。
因此，有提案(參照特開平10-209093號(hào)公報(bào))揭示一種方法，是通過使 用KOH、 NaOH等的堿蝕刻，來預(yù)先除去殘留的未結(jié)合部分的方法。堿蝕刻 時(shí)，蝕刻液對(duì)Si的蝕刻速度(Rsi)大，而對(duì)Si02的蝕刻速度(Rsi02)小。因 此，蝕刻速度的選擇比(Rsi/Rsi02)大。此時(shí)，從接合晶片側(cè)的蝕刻若到達(dá)埋 入氧化膜時(shí)，蝕刻會(huì)自然地大致停止。因此，具有能夠利用埋入氧化膜來作
為保護(hù)膜，用以保護(hù)基體晶片，使其避免受到蝕刻的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，己得知通過堿蝕刻來進(jìn)行蝕刻除去未結(jié)合部時(shí)，會(huì)產(chǎn)生金屬污染， 而使半導(dǎo)體器件的電氣特性變差。
本發(fā)明是鑒于如此的問題而開發(fā)出來，本發(fā)明的目的是提供一種貼合晶
片的制造方法，能夠以對(duì)Si與對(duì)Si02的蝕刻速度的選擇比(Rsi/Rsi02)大，
且不會(huì)產(chǎn)生金屬污染的方式來蝕刻接合晶片的外周部的未結(jié)合部。
為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種貼合晶片的制造方法，是在基體晶 片和接合晶片的至少一方的表面形成氧化膜，并透過該氧化膜使基體晶片和 接合晶片密接，并在氧化性環(huán)境下對(duì)其施加熱處理而使其結(jié)合后，磨削除去 上述接合晶片的外周部至規(guī)定厚度為止，隨后通過蝕刻來除去該接合晶片外 周部的未結(jié)合部，如此進(jìn)行后，將上述接合晶片薄膜化至需要厚度為止的貼 合晶片的制造方法，其特征是上述蝕刻是使用3(TC以下的至少含有氫氟酸、 硝酸、及乙酸的混酸來進(jìn)行。
如此，使用3(TC以下的上述混酸來蝕刻該接合晶片外周部的未結(jié)合部 時(shí)，對(duì)Si的蝕刻速度(Rsi)大，而對(duì)Si02的蝕刻速度(Rsi0 2)小。也即因?yàn)?對(duì)Si與對(duì)Si02的蝕刻速度選擇比(Rsi/Rsi02)大，蝕刻到達(dá)埋入氧化膜時(shí)， 蝕刻速度自然地降低。因此，能夠利用埋入氧化膜來做為保護(hù)膜，用以保護(hù) 基體晶片，使其避免受到蝕刻，且不用擔(dān)心會(huì)損傷基體晶片。而且，混酸蝕 刻不會(huì)造成金屬污染。
此時(shí)，優(yōu)選以旋轉(zhuǎn)蝕刻來進(jìn)行上述蝕刻。
如此，若使用旋轉(zhuǎn)蝕刻來進(jìn)行上述蝕刻時(shí)，與使用浸漬蝕刻時(shí)不同，能 夠減少隨著蝕刻化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的蝕刻液的液溫上升。因此能夠通過小型的 冷卻構(gòu)件而容易地將蝕刻液控制在3(TC以下，能夠以較低的成本來進(jìn)行蝕 刻。
如上述說明，若依照本發(fā)明，在蝕刻接合晶片外周部的未結(jié)合部時(shí)，若 使用3(TC以下的至少含有氫氟酸、硝酸和乙酸的混酸，因?yàn)槟軌蛱岣邔?duì)Si 與對(duì)Si02的蝕刻速度選擇比(Rsi/Rsi02)，所以能夠利用埋入氧化膜來作為 保護(hù)膜，用以保護(hù)基體晶片，使其避免受到蝕刻，且不用擔(dān)心會(huì)損傷基體晶 片。


圖1是說明本發(fā)明的貼合晶片的制造方法的一個(gè)例子的流程圖。
圖2(a)是表示混酸的液體溫度與對(duì)Si的蝕刻速度(Rsi)的關(guān)系圖，圖2(b) 是表示混酸的液體溫度與對(duì)S iO2的蝕刻速度(Rsio2)的關(guān)系圖。
圖3是以圖2的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，求取混酸的液體溫度與蝕刻速度的選擇比 (Rsi/Rsi。2)的關(guān)系的圖。
圖4是表示評(píng)價(jià)實(shí)施例與比較例的金屬污染的結(jié)果的圖
圖5是本發(fā)明的貼合SOI晶片的制造方法能夠使用的單片式旋轉(zhuǎn)蝕刻裝置。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
I 貼合晶片 2 接合晶片 3 基體晶片 4 氧化膜
5 氧化膜 6 SOI層
7 平臺(tái)部 8 噴嘴
9 蝕刻液 10 保持構(gòu)件
II 回收杯
具體實(shí)施例方式
以下，更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明未限定于這些實(shí)施方式。 先前，通過蝕刻停止法來蝕刻除去接合晶片的未結(jié)合部時(shí)，因?yàn)楸仨毦?有充分的蝕刻速度選擇比，所以無法使用混酸來蝕刻一事，是常識(shí)。但是依 照本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)性研究，發(fā)現(xiàn)若將混酸的溫度保持在低溫時(shí)，也能夠得到 能夠充分使用的選擇比，由此，能夠解決堿蝕刻的金屬污染問題，而完成了 本發(fā)明。
在此，圖1是說明本發(fā)明的貼合晶片的制造方法的一個(gè)例子的概略圖。 在圖l，首先，準(zhǔn)備用以通過貼合來制造SOI晶片的原料晶片也即接合晶片 2及基體晶片3(圖l(a))。接合晶片及基體晶片沒有特別限定，例如能夠使用 石圭單晶晶片一 。
接著，對(duì)所準(zhǔn)備的硅單晶晶片中的接合晶片2施加熱處理，而在接合晶
片的表面形成氧化膜4(圖l(b))。該氧化膜的形成也可在基體晶片側(cè)進(jìn)行，也
可在接合晶片及基體晶片的雙方進(jìn)行。
接著，使形成有該氧化膜的接合晶片2與基體晶片3在潔凈的環(huán)境下密 接(圖l(c))。在氧化性環(huán)境下對(duì)其施加熱處理，來使接合晶片2與基體晶片3 牢固地結(jié)合而成為貼合晶片1。熱處理?xiàng)l件是例如可以在含有氧或水蒸氣的 環(huán)境下，以200。C 120(TC的溫度進(jìn)行(圖l(d))。此時(shí)，接合晶片2與基體晶 片3被牢固地結(jié)合，并在貼合晶片1的整個(gè)外表面，也形成有氧化膜(結(jié)合氧 化膜)5 。
在如此進(jìn)行而結(jié)合的貼合晶片1的外周部約2毫米，存在有接合晶片2 與基體晶片3的未結(jié)合部。因?yàn)槿绱说奈唇Y(jié)合部無法使用作為用以制造器件 (device)的SOI層，而且在后工序中會(huì)剝落而造成各種問題，所以必須加以除去。
為了除去未結(jié)合部，如圖l(e)所示，首先，是磨削除去存在有未結(jié)合部 的接合晶片2的外周部，至規(guī)定寬度w、規(guī)定厚度t為止。這是因?yàn)橥ㄟ^磨 削時(shí)，能夠高速地除去且加工精確度也佳。
此時(shí)，規(guī)定厚度t是例如能夠設(shè)為20 150微米。
接著，進(jìn)行蝕刻，來得到如圖1(f)所示的已除去接合晶片2外周部的未 結(jié)合部的晶片。本發(fā)明在此所使用的蝕刻液，是使用3(TC以下的至少含有氫
氟酸、硝酸及乙酸的混酸。例如，優(yōu)選使用混酸(氫氟酸硝酸乙酸45wt。/。
47wt%: 5wt。/。的水溶液)等。又，也可以在氫氟酸、硝酸、及乙酸之外含有 磷酸、及硫酸等。
使用上述混酸來蝕刻貼合晶片，并調(diào)查混酸的液體溫度與蝕刻速度的關(guān) 系。圖2(a)是表示混酸的液體溫度與對(duì)Si的蝕刻速度(Rsi)的關(guān)系的測(cè)定結(jié)果。 圖2(b)是表示混酸的液體溫度與對(duì)Si02的蝕刻速度(Rsi02)的關(guān)系的測(cè)定結(jié) 果。而且，以圖2的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，求取混酸的液體溫度與蝕刻速度的選擇比 (Rsi/Rsi02)的關(guān)系如圖3所示。
在蝕刻時(shí)，該硅與氧化膜的蝕刻速度選擇比是重要的。選擇比充分大時(shí)， 例如圖l(e)所示，從接合晶片2側(cè)，當(dāng)蝕刻到達(dá)接合晶片2與基體晶片3之 間的埋入氧化膜時(shí)，蝕刻速度大幅度地下降且蝕刻的進(jìn)行在實(shí)質(zhì)上停止。也
就是說，氧化膜具有作為蝕刻停止層的功能，可保護(hù)基體晶片避免受到蝕刻。 因此，在短時(shí)間進(jìn)行蝕刻的期間不會(huì)產(chǎn)生損傷基體晶片等的問題。
如圖3所示，得知若溫度高于3(TC時(shí)，混酸的選擇比會(huì)急劇地變小。因 此，在高于3(TC的溫度的情況下進(jìn)行蝕刻時(shí)，因?yàn)檠趸]有發(fā)揮作為蝕刻 停止層的功能，所以在蝕刻到達(dá)氧化膜的時(shí)點(diǎn)，蝕刻無法良好地停止。因此， 在短時(shí)間進(jìn)行蝕刻的期間會(huì)產(chǎn)生損傷基體晶片、或是在基體晶片產(chǎn)生平臺(tái)陷 斑(terrace dimple)這樣的問題。
相對(duì)地，如圖3所示，若蝕刻液的液體溫度低于3(TC以下，因?yàn)檫x擇比 充分大，氧化膜具有作為蝕刻停止層的功能，在蝕刻到達(dá)氧化膜的時(shí)點(diǎn)能夠 良好地停止蝕刻。因此，通過保護(hù)膜能夠保護(hù)基體晶片，避免受到蝕刻所造 成的損傷，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生平臺(tái)陷斑。
蝕刻液的液體溫度下限沒有特別限定，只要不會(huì)對(duì)蝕刻造成阻礙的溫度 即可。
又，若如本發(fā)明般地將混酸作為蝕刻液時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生金屬污染。先前使 用NaOH、或KOH等來作為蝕刻液使用的堿蝕刻，會(huì)產(chǎn)生金屬污染而導(dǎo)致 半導(dǎo)體器件的電氣特性變差的問題。但是，使用如本發(fā)明的混酸蝕刻時(shí)，不 會(huì)產(chǎn)生金屬污染而能夠謀求產(chǎn)率的提高。
進(jìn)行上述本發(fā)明的混酸蝕刻的方法沒有特別限定，優(yōu)選使用旋轉(zhuǎn)蝕刻來 進(jìn)行。使用旋轉(zhuǎn)蝕刻時(shí)，與使用浸漬蝕刻時(shí)不同，隨著蝕刻化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生 蝕刻液的液溫上升較小。因此能夠通過小型的冷卻設(shè)備而充分地將蝕刻液的 液溫控制在30。C以下，且冷卻設(shè)備也不需要太高的運(yùn)轉(zhuǎn)成本。因此，設(shè)備能 小型化、省力化，且能夠價(jià)廉地實(shí)施本發(fā)明。當(dāng)然，也能夠通過浸漬來進(jìn)行 混酸蝕刻。
以下，舉出一個(gè)例子來說明通過旋轉(zhuǎn)蝕刻來進(jìn)行混酸蝕刻的情形。進(jìn)行 旋轉(zhuǎn)蝕刻的裝置沒有特別限定，例如能夠使用圖5所示的裝置。通過晶片保 持構(gòu)件10吸附保持貼合晶片1，并一邊從噴嘴8供給蝕刻液9， 一邊使貼合 晶片1以高速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行蝕刻。如此，通過使晶片旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行蝕刻，蝕 刻液9因離心力而往晶片的外側(cè)飛散，被甩掉的蝕刻液9是透過回收杯11 來加以回收。
具體上，優(yōu)選是使已通過旋轉(zhuǎn)蝕刻裝置吸附保持其基體晶片側(cè)的貼合晶
片，以300 400rpm旋轉(zhuǎn)并從噴嘴以流量3 4升/分鐘，且按照目標(biāo)的蝕刻量 將混酸注入添加至接合晶片的上面5秒以上。
接著，以規(guī)定時(shí)間進(jìn)行蝕刻，在蝕刻除去未結(jié)合部后，進(jìn)行沖洗用以停 止上述混酸蝕刻。例如優(yōu)選是使前述混酸蝕刻后的晶片以500 700rpm旋轉(zhuǎn)， 并從噴嘴以流量1 2升/分鐘，將純水注入添加至接合晶片的上面30秒 40 秒。
接著，進(jìn)行干燥。例如能夠使前述沖洗后的晶片以1400~1600rpm旋轉(zhuǎn) 30 50秒，來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥。旋轉(zhuǎn)干燥后，將晶片從旋轉(zhuǎn)蝕刻裝置取出而結(jié) 束蝕刻工序。
通過如此的蝕刻，能夠形成平臺(tái)部7(圖l(f))。
接著，如圖l(g)所示，將接合晶片2的表面薄膜化至需要厚度來形成SOI 層6。薄膜化的手段沒有特別限定，例如能夠使用通常的方法來進(jìn)行磨削、研磨。
如以上的方式，能夠制造本發(fā)明的貼合晶片。
又，上述方法是說明通過旋轉(zhuǎn)蝕刻來進(jìn)行混酸蝕刻的方法，但是本發(fā)明 未限定于此。例如，也可如上述，將晶片浸漬在蝕刻液中來進(jìn)行蝕刻，也能 夠通過將混酸噴霧的方法等來進(jìn)行。
又，上述方法是在接合晶片2上形成氧化膜4后，再與基體晶片3接合， 但是也可以是在基體晶片3上形成氧化膜后而使其接合、或是在兩晶片上形 成氧化膜后而使其接合的情形。又，本發(fā)明的方法中所使用的基體晶片與接 合晶片，未限定是硅單晶晶片。
以下，說明本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明未限定于此實(shí)施例。
(實(shí)施例、比較例)
首先，準(zhǔn)備直徑200毫米(mm)、導(dǎo)電型p型、電阻率為4 6Q' cm的
己鏡面研磨過的CZ晶片，并各自作為基體晶片及接合晶片。然后，將這些 晶片按照?qǐng)D1的(a) (c)工序使其密接，并在1150°C、氧環(huán)境下進(jìn)行結(jié)合熱處 理3小時(shí)，來制造如圖l(d)所示的貼合晶片1。
接著，如圖l(e)所示，使用磨削裝置將接合晶片2的外周部從晶片的外 周部往中心磨削。厚度t成為50微米。
接著，通過蝕刻來除去接合晶片2的外周部的未結(jié)合部。 實(shí)施例是使用混酸(氫氟酸硝酸乙酸45wt。/。
47wt%: 5wt。/。的水溶 液)作為蝕刻液，并一邊使用小型的冷卻裝置將液體溫度保持在23。C(室溫)，
--邊使用如圖5所示的旋轉(zhuǎn)蝕刻裝置來進(jìn)行蝕刻。吸附保持基體晶片側(cè)并以 350rpm使其旋轉(zhuǎn)，且從噴嘴以流量3.5升/分鐘，將上述混酸注入添加至接合 晶片的上面86秒(使蝕刻量約為100微米)。
比較例是除了使用NaOH作為蝕刻液以外，以與實(shí)施例相同的條件進(jìn)行蝕刻。
接著，以600rpm旋轉(zhuǎn)貼合晶片并從噴嘴以流量1升/分鐘，將純水注入 添加至接合晶片的上面35秒來停止蝕刻。
接著，以1500rpm旋轉(zhuǎn)前述己沖洗過的貼合晶片30秒來進(jìn)行干燥，并 結(jié)束旋轉(zhuǎn)蝕刻工序。
接著，使用平面磨削裝置及單面研磨裝置磨削、研磨接合晶片2的表面 而薄膜化，來形成SOI層6，得到如圖l(g)所示的SOI晶片。
(顯微鏡觀察平臺(tái)部)
使用光學(xué)顯微鏡觀察所得到的實(shí)施例及比較例的SOI晶片，檢査是否有 產(chǎn)生陷斑(dimple)。結(jié)果任一晶片都幾乎無法觀察到陷斑，得知使用本發(fā)明 的方法，能夠與堿蝕刻同樣地停止蝕刻，能夠以充分的選擇比來蝕刻除去未
結(jié)合部。
(金屬污染評(píng)價(jià))
對(duì)上述實(shí)施例及比較例所得到的貼合晶片，使用原子吸光法評(píng)價(jià)金屬污 染。將得到的結(jié)果表示于圖4。由圖4可知，對(duì)照進(jìn)行堿蝕刻的比較例產(chǎn)生 金屬污染，而本發(fā)明的進(jìn)行混酸蝕刻的實(shí)施例則幾乎沒有污染、或是污染極 少。
又，本發(fā)明未限定于上述實(shí)施方式。上述實(shí)施方式是例示性的，具有與 本發(fā)明的權(quán)利要求所記載的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同構(gòu)成、且達(dá)成相同作用效果 的實(shí)施例，無論如何都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種貼合晶片的制造方法，其在基體晶片和接合晶片的至少一方的表面形成氧化膜，并通過該氧化膜使基體晶片和接合晶片密接，并在氧化性環(huán)境下對(duì)其施加熱處理而使其結(jié)合后，磨削除去上述接合晶片的外周部至規(guī)定厚度，然后通過蝕刻來除去該接合晶片外周部的未結(jié)合部，將上述接合晶片薄膜化至需要厚度，其特征是上述蝕刻是使用30℃以下的至少含有氫氟酸、硝酸、及乙酸的混酸來進(jìn)行。
2. 如權(quán)利要求1所述的貼合晶片的制造方法，其中，上述蝕刻通過旋轉(zhuǎn)蝕刻來進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種貼合晶片的制造方法，是在基體晶片和接合晶片的至少一方的表面形成氧化膜，并透過該氧化膜使基體晶片和接合晶片密接，并在氧化性環(huán)境下對(duì)其施加熱處理而使其結(jié)合后，磨削除去上述接合晶片的外周部至規(guī)定厚度為止，隨后通過蝕刻來除去該接合晶片外周部的未結(jié)合部，如此進(jìn)行后，將上述接合晶片薄膜化至需要厚度為止的貼合晶片的制造方法，其特征是上述蝕刻是使用30℃以下的至少含有氫氟酸、硝酸和乙酸的混酸來進(jìn)行。由此，可以提供一種貼合晶片的制造方法，能夠以對(duì)Si的蝕刻速度與對(duì)SiO₂的蝕刻速度的選擇比(R_Si/R_SiO#-[2])大、且不會(huì)產(chǎn)生金屬污染的方式，來蝕刻接合晶片的外周部的未結(jié)合部。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101185154SQ20068001823
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者岡部啟一, 宮崎進(jìn) 申請(qǐng)人:信越半導(dǎo)體股份有限公司