专利名称：贴合晶片的制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种贴合晶片的制造方法，特别是有关于一种蚀刻接合 晶片的外周部的未结合部的方法。
背景技术：
高性能器件(device)用晶片，是使用贴合晶片，该贴合晶片是将半导体晶 片与其它的晶片接合后，使要制作器件侧的晶片薄膜化而成。
具体上，是例如准备2片镜面研磨过的硅晶片，并在至少一方的晶片形 成氧化膜。然后，将此等晶片密接后，在200 120(TC的温度进行热处理来提 高结合强度。随后，通过对器件制造侧晶片(接合晶片)进行磨削及研磨等来 薄膜化至需要的厚度为止，能够制造一种形成有SOI(绝缘层上覆硅；Silicon On Insulator)层的贴合SOI晶片。
又，制造贴合晶片时，也能够未透过氧化膜而直接接合硅晶片彼此之间， 且基体晶片也有使用石英、氮化硅、及氧化铝等的绝缘性晶片的情形。
如上述制造贴合晶片时，因为所贴合的2片镜面晶片的周边部存在有厚 度稍薄的被称为研磨塌边部分或倒角(chamfer)，该部分会以未结合、或是以 结合力弱的未结合部分的方式存在。在存在有此种未结合部的状态下，通过 磨削等进行薄膜化时，在该薄膜化工序中，该未结合部的一部分会剥离。因 此，薄膜化后的接合晶片的直径，会变为比作为基台的晶片(基体晶片)小， 又，在周边部会连续地形成微小的凹凸。
将如此的贴合晶片投入器件工序时，残留的未结合部分会在器件工序中 剥离，并产生微粒而致使器件产率下降。
因此，有提案(参照特开平10-209093号公报)揭示一种方法，是通过使 用KOH、 NaOH等的碱蚀刻，来预先除去残留的未结合部分的方法。碱蚀刻 时，蚀刻液对Si的蚀刻速度(Rsi)大，而对Si02的蚀刻速度(Rsi02)小。因 此，蚀刻速度的选择比(Rsi/Rsi02)大。此时，从接合晶片侧的蚀刻若到达埋 入氧化膜时，蚀刻会自然地大致停止。因此，具有能够利用埋入氧化膜来作
为保护膜，用以保护基体晶片，使其避免受到蚀刻的优点。
发明内容
但是，己得知通过碱蚀刻来进行蚀刻除去未结合部时，会产生金属污染， 而使半导体器件的电气特性变差。
本发明是鉴于如此的问题而开发出来，本发明的目的是提供一种贴合晶
片的制造方法，能够以对Si与对Si02的蚀刻速度的选择比(Rsi/Rsi02)大，
且不会产生金属污染的方式来蚀刻接合晶片的外周部的未结合部。
为了解决上述课题，本发明提供一种贴合晶片的制造方法，是在基体晶 片和接合晶片的至少一方的表面形成氧化膜，并透过该氧化膜使基体晶片和 接合晶片密接，并在氧化性环境下对其施加热处理而使其结合后，磨削除去 上述接合晶片的外周部至规定厚度为止，随后通过蚀刻来除去该接合晶片外 周部的未结合部，如此进行后，将上述接合晶片薄膜化至需要厚度为止的贴 合晶片的制造方法，其特征是上述蚀刻是使用3(TC以下的至少含有氢氟酸、 硝酸、及乙酸的混酸来进行。
如此，使用3(TC以下的上述混酸来蚀刻该接合晶片外周部的未结合部 时，对Si的蚀刻速度(Rsi)大，而对Si02的蚀刻速度(Rsi0 2)小。也即因为 对Si与对Si02的蚀刻速度选择比(Rsi/Rsi02)大，蚀刻到达埋入氧化膜时， 蚀刻速度自然地降低。因此，能够利用埋入氧化膜来做为保护膜，用以保护 基体晶片，使其避免受到蚀刻，且不用担心会损伤基体晶片。而且，混酸蚀 刻不会造成金属污染。
此时，优选以旋转蚀刻来进行上述蚀刻。
如此，若使用旋转蚀刻来进行上述蚀刻时，与使用浸渍蚀刻时不同，能 够减少随着蚀刻化学反应所产生的蚀刻液的液温上升。因此能够通过小型的 冷却构件而容易地将蚀刻液控制在3(TC以下，能够以较低的成本来进行蚀 刻。
如上述说明，若依照本发明，在蚀刻接合晶片外周部的未结合部时，若 使用3(TC以下的至少含有氢氟酸、硝酸和乙酸的混酸，因为能够提高对Si 与对Si02的蚀刻速度选择比(Rsi/Rsi02)，所以能够利用埋入氧化膜来作为 保护膜，用以保护基体晶片，使其避免受到蚀刻，且不用担心会损伤基体晶 片。
图1是说明本发明的贴合晶片的制造方法的一个例子的流程图。
图2(a)是表示混酸的液体温度与对Si的蚀刻速度(Rsi)的关系图，图2(b) 是表示混酸的液体温度与对S iO2的蚀刻速度(Rsio2)的关系图。
图3是以图2的数据为基础，求取混酸的液体温度与蚀刻速度的选择比 (Rsi/Rsi。2)的关系的图。
图4是表示评价实施例与比较例的金属污染的结果的图
图5是本发明的贴合SOI晶片的制造方法能够使用的单片式旋转蚀刻装置。
其中，附图标记说明如下
I 贴合晶片 2 接合晶片 3 基体晶片 4 氧化膜
5 氧化膜 6 SOI层
7 平台部 8 喷嘴
9 蚀刻液 10 保持构件
II 回收杯
具体实施例方式
以下，更详细地说明本发明，但是本发明未限定于这些实施方式。 先前，通过蚀刻停止法来蚀刻除去接合晶片的未结合部时，因为必须具 有充分的蚀刻速度选择比，所以无法使用混酸来蚀刻一事，是常识。但是依 照本发明人的实验性研究，发现若将混酸的温度保持在低温时，也能够得到 能够充分使用的选择比，由此，能够解决碱蚀刻的金属污染问题，而完成了 本发明。
在此，图1是说明本发明的贴合晶片的制造方法的一个例子的概略图。 在图l，首先，准备用以通过贴合来制造SOI晶片的原料晶片也即接合晶片 2及基体晶片3(图l(a))。接合晶片及基体晶片没有特别限定，例如能够使用 石圭单晶晶片一 。
接着，对所准备的硅单晶晶片中的接合晶片2施加热处理，而在接合晶
片的表面形成氧化膜4(图l(b))。该氧化膜的形成也可在基体晶片侧进行，也
可在接合晶片及基体晶片的双方进行。
接着，使形成有该氧化膜的接合晶片2与基体晶片3在洁净的环境下密 接(图l(c))。在氧化性环境下对其施加热处理，来使接合晶片2与基体晶片3 牢固地结合而成为贴合晶片1。热处理条件是例如可以在含有氧或水蒸气的 环境下，以200。C 120(TC的温度进行(图l(d))。此时，接合晶片2与基体晶 片3被牢固地结合，并在贴合晶片1的整个外表面，也形成有氧化膜(结合氧 化膜)5 。
在如此进行而结合的贴合晶片1的外周部约2毫米，存在有接合晶片2 与基体晶片3的未结合部。因为如此的未结合部无法使用作为用以制造器件 (device)的SOI层，而且在后工序中会剥落而造成各种问题，所以必须加以除去。
为了除去未结合部，如图l(e)所示，首先，是磨削除去存在有未结合部 的接合晶片2的外周部，至规定宽度w、规定厚度t为止。这是因为通过磨 削时，能够高速地除去且加工精确度也佳。
此时，规定厚度t是例如能够设为20 150微米。
接着，进行蚀刻，来得到如图1(f)所示的已除去接合晶片2外周部的未 结合部的晶片。本发明在此所使用的蚀刻液，是使用3(TC以下的至少含有氢
氟酸、硝酸及乙酸的混酸。例如，优选使用混酸(氢氟酸硝酸乙酸45wt。/。
47wt%: 5wt。/。的水溶液)等。又，也可以在氢氟酸、硝酸、及乙酸之外含有 磷酸、及硫酸等。
使用上述混酸来蚀刻贴合晶片，并调查混酸的液体温度与蚀刻速度的关 系。图2(a)是表示混酸的液体温度与对Si的蚀刻速度(Rsi)的关系的测定结果。 图2(b)是表示混酸的液体温度与对Si02的蚀刻速度(Rsi02)的关系的测定结 果。而且，以图2的数据为基础，求取混酸的液体温度与蚀刻速度的选择比 (Rsi/Rsi02)的关系如图3所示。
在蚀刻时，该硅与氧化膜的蚀刻速度选择比是重要的。选择比充分大时， 例如图l(e)所示，从接合晶片2侧，当蚀刻到达接合晶片2与基体晶片3之 间的埋入氧化膜时，蚀刻速度大幅度地下降且蚀刻的进行在实质上停止。也
就是说，氧化膜具有作为蚀刻停止层的功能，可保护基体晶片避免受到蚀刻。 因此，在短时间进行蚀刻的期间不会产生损伤基体晶片等的问题。
如图3所示，得知若温度高于3(TC时，混酸的选择比会急剧地变小。因 此，在高于3(TC的温度的情况下进行蚀刻时，因为氧化膜没有发挥作为蚀刻 停止层的功能，所以在蚀刻到达氧化膜的时点，蚀刻无法良好地停止。因此， 在短时间进行蚀刻的期间会产生损伤基体晶片、或是在基体晶片产生平台陷 斑(terrace dimple)这样的问题。
相对地，如图3所示，若蚀刻液的液体温度低于3(TC以下，因为选择比 充分大，氧化膜具有作为蚀刻停止层的功能，在蚀刻到达氧化膜的时点能够 良好地停止蚀刻。因此，通过保护膜能够保护基体晶片，避免受到蚀刻所造 成的损伤，同时也不会产生平台陷斑。
蚀刻液的液体温度下限没有特别限定，只要不会对蚀刻造成阻碍的温度 即可。
又，若如本发明般地将混酸作为蚀刻液时，不会产生金属污染。先前使 用NaOH、或KOH等来作为蚀刻液使用的碱蚀刻，会产生金属污染而导致 半导体器件的电气特性变差的问题。但是，使用如本发明的混酸蚀刻时，不 会产生金属污染而能够谋求产率的提高。
进行上述本发明的混酸蚀刻的方法没有特别限定，优选使用旋转蚀刻来 进行。使用旋转蚀刻时，与使用浸渍蚀刻时不同，随着蚀刻化学反应所产生 蚀刻液的液温上升较小。因此能够通过小型的冷却设备而充分地将蚀刻液的 液温控制在30。C以下，且冷却设备也不需要太高的运转成本。因此，设备能 小型化、省力化，且能够价廉地实施本发明。当然，也能够通过浸渍来进行 混酸蚀刻。
以下，举出一个例子来说明通过旋转蚀刻来进行混酸蚀刻的情形。进行 旋转蚀刻的装置没有特别限定，例如能够使用图5所示的装置。通过晶片保 持构件10吸附保持贴合晶片1，并一边从喷嘴8供给蚀刻液9， 一边使贴合 晶片1以高速进行旋转来进行蚀刻。如此，通过使晶片旋转来进行蚀刻，蚀 刻液9因离心力而往晶片的外侧飞散，被甩掉的蚀刻液9是透过回收杯11 来加以回收。
具体上，优选是使已通过旋转蚀刻装置吸附保持其基体晶片侧的贴合晶
片，以300 400rpm旋转并从喷嘴以流量3 4升/分钟，且按照目标的蚀刻量 将混酸注入添加至接合晶片的上面5秒以上。
接着，以规定时间进行蚀刻，在蚀刻除去未结合部后，进行冲洗用以停 止上述混酸蚀刻。例如优选是使前述混酸蚀刻后的晶片以500 700rpm旋转， 并从喷嘴以流量1 2升/分钟，将纯水注入添加至接合晶片的上面30秒 40 秒。
接着，进行干燥。例如能够使前述冲洗后的晶片以1400~1600rpm旋转 30 50秒，来进行旋转干燥。旋转干燥后，将晶片从旋转蚀刻装置取出而结 束蚀刻工序。
通过如此的蚀刻，能够形成平台部7(图l(f))。
接着，如图l(g)所示，将接合晶片2的表面薄膜化至需要厚度来形成SOI 层6。薄膜化的手段没有特别限定，例如能够使用通常的方法来进行磨削、研磨。
如以上的方式，能够制造本发明的贴合晶片。
又，上述方法是说明通过旋转蚀刻来进行混酸蚀刻的方法，但是本发明 未限定于此。例如，也可如上述，将晶片浸渍在蚀刻液中来进行蚀刻，也能 够通过将混酸喷雾的方法等来进行。
又，上述方法是在接合晶片2上形成氧化膜4后，再与基体晶片3接合， 但是也可以是在基体晶片3上形成氧化膜后而使其接合、或是在两晶片上形 成氧化膜后而使其接合的情形。又，本发明的方法中所使用的基体晶片与接 合晶片，未限定是硅单晶晶片。
以下，说明本发明的实施例，但是本发明未限定于此实施例。
(实施例、比较例)
首先，准备直径200毫米(mm)、导电型p型、电阻率为4 6Q' cm的
己镜面研磨过的CZ晶片，并各自作为基体晶片及接合晶片。然后，将这些 晶片按照图1的(a) (c)工序使其密接，并在1150°C、氧环境下进行结合热处 理3小时，来制造如图l(d)所示的贴合晶片1。
接着，如图l(e)所示，使用磨削装置将接合晶片2的外周部从晶片的外 周部往中心磨削。厚度t成为50微米。
接着，通过蚀刻来除去接合晶片2的外周部的未结合部。 实施例是使用混酸(氢氟酸硝酸乙酸45wt。/。
47wt%: 5wt。/。的水溶 液)作为蚀刻液，并一边使用小型的冷却装置将液体温度保持在23。C(室温)，
--边使用如图5所示的旋转蚀刻装置来进行蚀刻。吸附保持基体晶片侧并以 350rpm使其旋转，且从喷嘴以流量3.5升/分钟，将上述混酸注入添加至接合 晶片的上面86秒(使蚀刻量约为100微米)。
比较例是除了使用NaOH作为蚀刻液以外，以与实施例相同的条件进行蚀刻。
接着，以600rpm旋转贴合晶片并从喷嘴以流量1升/分钟，将纯水注入 添加至接合晶片的上面35秒来停止蚀刻。
接着，以1500rpm旋转前述己冲洗过的贴合晶片30秒来进行干燥，并 结束旋转蚀刻工序。
接着，使用平面磨削装置及单面研磨装置磨削、研磨接合晶片2的表面 而薄膜化，来形成SOI层6，得到如图l(g)所示的SOI晶片。
(显微镜观察平台部)
使用光学显微镜观察所得到的实施例及比较例的SOI晶片，检査是否有 产生陷斑(dimple)。结果任一晶片都几乎无法观察到陷斑，得知使用本发明 的方法，能够与碱蚀刻同样地停止蚀刻，能够以充分的选择比来蚀刻除去未
结合部。
(金属污染评价)
对上述实施例及比较例所得到的贴合晶片，使用原子吸光法评价金属污 染。将得到的结果表示于图4。由图4可知，对照进行碱蚀刻的比较例产生 金属污染，而本发明的进行混酸蚀刻的实施例则几乎没有污染、或是污染极 少。
又，本发明未限定于上述实施方式。上述实施方式是例示性的，具有与 本发明的权利要求所记载的技术思想实质上相同构成、且达成相同作用效果 的实施例，无论如何都包含在本发明的技术范围内。
权利要求
1.一种贴合晶片的制造方法，其在基体晶片和接合晶片的至少一方的表面形成氧化膜，并通过该氧化膜使基体晶片和接合晶片密接，并在氧化性环境下对其施加热处理而使其结合后，磨削除去上述接合晶片的外周部至规定厚度，然后通过蚀刻来除去该接合晶片外周部的未结合部，将上述接合晶片薄膜化至需要厚度，其特征是上述蚀刻是使用30℃以下的至少含有氢氟酸、硝酸、及乙酸的混酸来进行。
2. 如权利要求1所述的贴合晶片的制造方法，其中，上述蚀刻通过旋转蚀刻来进行。
全文摘要
本发明提供一种贴合晶片的制造方法，是在基体晶片和接合晶片的至少一方的表面形成氧化膜，并透过该氧化膜使基体晶片和接合晶片密接，并在氧化性环境下对其施加热处理而使其结合后，磨削除去上述接合晶片的外周部至规定厚度为止，随后通过蚀刻来除去该接合晶片外周部的未结合部，如此进行后，将上述接合晶片薄膜化至需要厚度为止的贴合晶片的制造方法，其特征是上述蚀刻是使用30℃以下的至少含有氢氟酸、硝酸和乙酸的混酸来进行。由此，可以提供一种贴合晶片的制造方法，能够以对Si的蚀刻速度与对SiO<sub>2</sub>的蚀刻速度的选择比(R<sub>Si</sub>/R<sub>SiO#-[2</sub>])大、且不会产生金属污染的方式，来蚀刻接合晶片的外周部的未结合部。
文档编号H01L21/02GK101185154SQ20068001823
公开日2008年5月21日 申请日期2006年5月18日 优先权日2005年6月1日
发明者冈部启一, 宫崎进 申请人:信越半导体股份有限公司