JP2002198328A

JP2002198328A - 半導体装置の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP2002198328A
Application number: JP2000393312A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Sugimoto; 正明杉本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハ面積が増大しても従来の製造装置
を使えるようにし、また、半導体ウエハ面積の利用効率
を１００％に近づけるようにし、また、有効利用されな
かったシリコン部分のリサイクル効率を高める。【解決手段】円柱状に成長した半導体単結晶インゴット
３を板状にスライスして半導体ウエハを製造する際、円
柱の中心軸に対して直角でない角度（平行または斜め）
で円柱状インゴット３をスライスし、かつスライス後の
半導体ウエハの単結晶表面に半導体装置の回路パタンを
形成するよりも以前に半導体ウエハを矩形状に加工し、
この矩形状半導体ウエハ１１の有効寸法と半導体装置９
の寸法との間に約数と倍数の関係を持つように矩形状半
導体ウエハ１１上に回路パタン１０を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法および製造装置に関するもので、特に半導体ウエハ
の大口径化（インチアップ）にともなって半導体単結晶
インゴットの直径も増大して行くため、この半導体単結
晶インゴットの直径増大化によって発生する問題点を改
善するための半導体装置の製造方法および製造装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩに代表される半導体装置の
製造方法の中には、露光や成膜、ドライエッチングな
ど、半導体ウエハを一枚ずつ加工する方法（枚葉式）が
多い。この枚葉式加工方法では、一般に半導体ウエハ面
積の大きい方が一度に加工できる面積が大きいので加工
効率が高くなり、ＬＳＩの製造コストを下げることがで
きる。

【０００３】従来の半導体装置は、円柱状に成長した半
導体単結晶インゴット（以下、単に円柱状インゴットと
称する）の中心軸に対して直角の面に平行に分割切断
（スライス）した円板状の半導体ウエハを用いていた。
この従来の半導体装置の製造方法について、図面を参照
して説明する。まず、円柱状のインゴットの製造方法
は、図１４の概要図に示すように、シリコン等の半導体
材料を溶融炉１に入れて溶融させ、同じくシリコン等の
半導体の種結晶２を溶融炉１内に吊るし、回転させなが
ら単結晶を成長させる。そして、回転させながら徐々に
引き上げて行くと種結晶２を核として円柱状に成長した
インゴット３が得られる。

【０００４】次に、この円柱状インゴットから半導体ウ
エハを円板状にスライスする加工方法について説明する
と、図１５の概要図に示すように、円柱状に成長したイ
ンゴット３を引き上げ、その上下両端部分を切断除去
し、次いで円板状にスライスして行く。このスライスに
用いるカッターとしては、内側に刃のついたリング状内
刃（例えばディスコ社製）、あるいはワイヤソーが用い
られている。図１６に示すように、リング状内刃４は、
回転する内刃で円柱状インゴット３をスライスするた
め、リングの内径よりも直径の大きな円柱状インゴット
はスライスできなかった。また、図１７に示すように、
ワイヤソー５はワイヤソー自体を長めに伸ばすことによ
り、スライスできる円柱状インゴット３の長さや径を調
節できるようになっている。

【０００５】また、円柱状インゴットを円板状にスライ
スする前に、方向性を示すために図１８の概要図に示す
ような円柱状インゴット３の側面に切欠き（ノッチ）６
を設けたり（（ａ）又は（ｂ））、あるいは図示してい
ないがオリエンテーションフラット（ＯＦ）を設けてい
る。この円柱状インゴット３を結晶面を揃えて円板状に
スライスし、研磨手段を用いて厚さを揃えるとともに表
面を平坦に仕上げ、円形半導体ウエハ７を作成する
（ｂ）。この円形半導体ウエハ７に前述の露光や成膜、
ドライエッチングなどの製造工程を経て回路パタン１０
を形成し、回路パタン付き円形半導体ウエハ８を作成す
る（ｃ）。図（ｃ）では１枚の円形半導体ウエハ７に１
４個の半導体装置９（ＬＳＩチップ、トランジスタ、ダ
イオード等の回路パタン）が形成されている。次いで、
この半導体装置９が形成された回路パタン付き円形半導
体ウエハ８の裏面を研磨後、分割線に沿って分割し、１
４個の半導体装置９に分離させる（ｄ）。分離後、回路
パタン付き円形半導体ウエハ８の半導体装置９を除く部
分（外周部）は破棄される。

【０００６】上述したような半導体装置の製造に用いら
れる、例えばシリコンの円柱状インゴットは、多くの場
合、スライスした円形半導体ウエハの表面が結晶方位＜
１００＞面となるように製造されている。これは、＜１
００＞面が他の結晶方位に比べて平坦で安定した面を作
りやすいことが主な理由である。最近では、＜１００＞
面に直角な方向に割れやすいシリコンの性質を嫌い、＜
１１１１＞面などの異なる結晶方位が円形半導体ウエハ
の表面となるように円柱状インゴットを製造することを
提案するものもいる。これは大型の円形半導体ウエハの
強度向上には都合がよいからである。しかし、どの結晶
方位を円形半導体ウエハ表面に用いるにしろ、円板状の
半導体ウエハ上に複数個の回路パタン付き半導体装置を
形成した後、個々の半導体装置に分割される点では共通
している。

【０００７】このような従来技術がかかえている課題と
して以下の点がある。第１の課題は、円形半導体ウエハ
の面積が増大すると、それに合わせて製造装置も大型化
しなければならないという点である。すなわち、円板状
の半導体ウエハの面積を大きくするには、円板の直径を
増大させるしかない（形状の自由度が１）ため、同心円
状に大きくなる円形半導体ウエハの重心を支えたり外周
を固定したりするためには製造装置を大型化しなければ
ならず、既存の製造設備が短期間で陳腐化してしまうと
いう点である。

【０００８】第２の課題は、半導体ウエハが円形である
ことから半導体装置を形成した残りの外周部分は利用で
きずに破棄されるため、円形半導体ウエハの利用効率が
悪いという点である。すなわち、ＬＳＩに代表される半
導体装置は通常矩形であるから、理論的な円形半導体ウ
エハ面積の利用効率は、半径ｒの円に内接する正方形の
面積（２ｒ²）をこの円の面積（πｒ²）で割った値（２
／π≒６３．６６％）と１００％未満との範囲内にある
と考えてよい。

【０００９】第３の課題は、円形半導体ウエハから破棄
されたシリコン廃棄物のリサイクル効率が低いという点
である。すなわち、近年、地球環境保護を目的としたゼ
ロエミッション（廃棄物をゼロにする）活動が活発にな
ってきており、半導体業界も例外ではない。また、シリ
コン元素自体は地球上に潤沢にあるものの、半導体装置
の製造用途には精製しやすい高純度のシリコン原料を多
量に必要とするため、資源を節約することは重要な問題
である。ところが、円板状の半導体ウエハ上に矩形の半
導体装置を形成する従来方式では、円形半導体ウエハ外
周部に有効活用されずに廃棄される部分が多く（〜３
６．３４％）、しかも、円形半導体ウエハの廃棄される
部分は、すでにイオン注入や金属配線の成膜など、不純
物と混じりやすい製造工程を多く経ているため精製が困
難であることなどが原因して、リサイクル効率が上がっ
ていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した第
１、第２、第３の従来技術の課題を解決し、半導体ウエ
ハ面積が増大しても従来の製造装置を使えるようにし、
また、半導体ウエハ面積の利用効率を１００％に近づけ
るようにし、また、半導体ウエハから廃棄される部分の
リサイクル効率を高めることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、円柱状に成長
した半導体単結晶インゴットを板状にスライスして半導
体ウエハを製造する際、円柱の中心軸に対して直角でな
い角度で前記インゴットをスライスし、かつスライス後
の半導体ウエハの単結晶表面に半導体装置の回路パタン
を形成するよりも以前に、前記半導体ウエハを矩形状に
加工する半導体装置の製造方法であって、具体的には、
前記半導体装置の回路パタン形成に適した結晶面が前記
円柱状インゴットの中心軸と平行になるように成長さ
せ、このインゴットを板状の半導体ウエハにスライスす
る際、前記結晶面に平行にインゴットをスライスし、ス
ライス後の半導体ウエハを１種類または複数のあらかじ
め定められた寸法の矩形状に加工し、この矩形状半導体
ウエハに半導体装置の回路パタンを形成する半導体装置
の製造方法であり、また、前記半導体装置の回路パタン
形成に適した結晶面が前記円柱状インゴットの中心軸と
斜めになるように成長させ、このインゴットを板状の半
導体ウエハにスライスする際、前記結晶面に平行にイン
ゴットをスライスして楕円状の半導体ウエハを形成し、
この楕円状半導体ウエハから１種類または複数のあらか
じめ定められた寸法の矩形状半導体ウエハを切り出し、
この矩形状半導体ウエハに半導体装置の回路パタンを形
成する半導体装置の製造方法である。

【００１２】また、本発明は、前記１種類または複数の
あらかじめ定められた寸法の矩形状半導体ウエハ同士を
２枚以上連結し、より大きな１枚の矩形状半導体ウエハ
に加工する半導体装置の製造方法であって、具体的に
は、前記１種類または複数のあらかじめ定められた寸法
の矩形状半導体ウエハ同士を２枚以上連結し、より大き
な１枚の矩形状半導体ウエハに加工する際に、１種類ま
たは複数のあらかじめ定められた寸法のより大きな１枚
の矩形状半導体ウエハに整える半導体装置の製造方法で
あり、また、前記１種類または複数のあらかじめ定めら
れた寸法の矩形状半導体ウエハ同士を２枚以上連結して
加工されたより大きな１枚の矩形状半導体ウエハ上に、
半導体装置の回路パタンを形成する半導体装置の製造方
法である。

【００１３】また、本発明は、前記矩形状半導体ウエハ
上で半導体装置の回路パタン形成に適さない外周部を除
いた有効領域の幅および長さの少なくとも一方の辺を１
種類または複数のあらかじめ定めた標準有効寸法とし、
この矩形状半導体ウエハ上に形成する半導体装置の幅お
よび長さの少なくとも一方の辺を前記標準有効寸法の自
然数分の１、つまり半導体装置の少なくとも一辺が前記
標準有効寸法に対し約数と倍数の関係になるように定め
る半導体装置の製造方法である。

【００１４】また、本発明は、前記半導体単結晶インゴ
ットあるいは楕円状半導体ウエハから矩形状半導体ウエ
ハを加工する際に発生する残渣を、円柱状半導体単結晶
インゴットの原料として再利用する半導体装置の製造方
法である。

【００１５】また、本発明は、前記矩形状半導体ウエハ
に回路パタンを形成する半導体装置の製造装置におい
て、加工対象の前記矩形状半導体ウエハの長手方向寸法
よりも短い外形寸法の反応容器を有し、かつ前記矩形状
半導体ウエハをこの反応容器に順次挿入し、またこの反
応容器から順次排出する機構を備える半導体装置の製造
装置であって、具体的には、前記反応容器は矩形状半導
体ウエハを出し入れする入口幅および出口幅寸法を矩形
状半導体ウエハの横幅に対応させて一定寸法に固定し、
矩形状半導体ウエハの長手方向に対応する外形寸法のみ
を変更して矩形状半導体ウエハの面積増大に対応する半
導体装置の製造装置であり、また、前記反応容器は矩形
状半導体ウエハが貫通するトンネル構造である半導体装
置の製造装置であり、また、前記矩形状半導体ウエハ上
に形成される半導体装置の縦または横の整数倍の距離ず
つ順次矩形状半導体ウエハを反応容器内に挿入し、かつ
同様の距離ずつ順次矩形状半導体ウエハを反応容器内か
ら排出する機構を備える半導体装置の製造装置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の半導体装置の製造
方法および製造装置について、その実施の形態を図面を
参照して詳細に説明する。まず、従来技術の課題１に関
する本発明の幾つかの実施の形態について述べる。ここ
では、半導体ウエハ面積が増大しても従来の製造装置を
使えるようにしたいという課題１に対し、半導体ウエハ
形状を円板以外の形状に変更することで課題１を解決し
ている。

【００１７】第１の実施の形態について説明する。図１
は本発明の半導体装置の製造方法を説明する概要図で、
半導体単結晶インゴットから半導体装置を製造し分離す
るまでの工程を示している。まず、回路パタン形成に用
いる結晶面がインゴットの中心軸と平行になるように結
晶成長させたシリコンの円柱状インゴット３を作成する
（ａ）。この円柱状インゴット３を中心軸と平行に結晶
面を揃えて矩形板状にスライスする（ｂ）。そして、板
幅を１種類または複数種類の幅に切り揃え、研磨手段を
用いて板厚を揃えるとともに表面を平坦に仕上げ、矩形
状の半導体ウエハ１１を作成する（ｃ）。この際、円柱
状インゴット３のうち、矩形状半導体ウエハ１１となる
部分を除く残りの部分は、まだ不純物を含まないシリコ
ンのままであるから円柱状インゴットの材料として再利
用が可能である。次に、矩形状半導体ウエハ１１に回路
パタン１０を形成する露光、成膜、エッチングなどの工
程に移り、縦横に半導体装置９を配列した回路パタン付
き矩形状半導体ウエハ１２を形成する（ｄ）。図（ｄ）
では、縦６個、横４個、合計２４個の半導体装置９を示
している。次いで、この回路パタン付き矩形状半導体ウ
エハ１２の裏面を研磨後、分割線に沿って分割し、２４
個の半導体装置９に分離させる（ｅ）。ここで、分割の
際に発生する半導体装置９を除く部分は不純物を含む部
分であるから破棄される。

【００１８】この第１の実施の形態に使用する製造装置
について、図２の工程図を用いて説明する。ここで言う
製造装置とは、円柱状インゴットから矩形状半導体ウエ
ハを作成するまでの工程に使用する製造装置を指し、従
来の製造装置の一部を改良するかまたはそのまま使用す
ることによって、円柱状インゴットを中心軸に直角でな
い方向にスライスして矩形状半導体ウエハを形成するた
めの製造装置を指す。

【００１９】まず、に示すように、円柱状インゴット
を製造するに際し単結晶引き上げ装置を使用し、この円
柱状インゴットの中心軸に直角でない方向性を有する結
晶面を形成する。その際、シリコンなどの半導体材料を
溶融させた溶融炉内に、半導体の種結晶を従来技術とは
異なる結晶方位に沿って垂直に吊るし、単結晶を成長さ
せる。これによって、回路パタン形成に用いる結晶面が
垂直あるいは斜めの円柱状インゴットができ上がる。次
いで、に示すように、溶融炉内から引き上げられた円
柱状インゴットに対し、Ｘ線等による結晶方位検出装置
を用いて中心軸と結晶方位との関係が望む角度になって
いることを確認し、切断方向の決定を行う。

【００２０】次いで、に示すように、ダイヤモンドカ
ッターあるいはワイヤソーを用いて円柱状インゴットを
回路パターン形成に用いる結晶面に平行にスライスす
る。このスライスは円柱状インゴット中心軸に対して平
行もしくは斜めのスライスであるため、従来技術よりも
若干刃渡りの長い内刃またはワイヤーを有するカッター
を使用する。そのため、カッターを取り付けるためのア
タッチメントに多少の改良が必要である。このスライス
により、矩形板状または楕円板状の半導体ウエハが作成
できる。なお、楕円状半導体ウエハの場合は、この後ダ
イヤモンドカッターによって矩形状半導体ウエハに切り
揃える工程が加わる。次いで、に示すように、研磨装
置を使用し、矩形状半導体ウエハの上下面および側面を
平坦化する。

【００２１】次に、この第１の実施の形態の製造方法の
うち半導体ウエハを製造する工程について、図３の工程
図を用いて整理すると下記のようになる。まず、に示
すように、円柱状インゴットを製造するに際し、回路パ
タン形成に適した結晶面が円柱の中心軸に平行または斜
めとなるように種結晶を吊るし、所望の直径まで結晶を
成長させる。次いで、に示すように、溶融炉内から引
き上げられた円柱状インゴットの結晶面と中心軸との関
係が望む角度になっていることを確認する。次いで、
に示すように、円柱状インゴットを特定の結晶方位面に
平行にスライスするに際し、円柱の中心軸に直角でない
方向、すなわち中心軸に対して平行もしくは斜め方向に
スライスし、矩形状もしくは楕円状の半導体ウエハを形
成する。そして、楕円状半導体ウエハはさらに矩形状に
切り揃える。次いで、に示すように、矩形状半導体ウ
エハの上面および側面を平坦化する。

【００２２】以上述べてきた第１の実施の形態のよう
に、半導体ウエハ形状を円形ではなくて矩形状とした場
合、半導体ウエハ面積を増やしたい時には縦横の比率を
自由に変更できるため、例えば横方向の幅を固定し、代
りに縦方向の長さを増やすことで所望の半導体ウエハ面
積を得ることができる。この結果、半導体ウエハの横幅
に関しては、半導体ウエハ面積が増大しても製造装置側
の変更が不要となる。縦方向に関しては、半導体ウエハ
寸法の増大に対応できるように製造装置の基本構造を変
更すればよい。例えば、製造装置内をトンネル構造にし
て半導体ウエハが出入り口を貫通できるようにすれば半
導体ウエハの長さの影響を受けなくなるため、今後半導
体ウエハ面積が増大しても同じ製造装置を使用できる。
なお、ここでいう製造装置とは、矩形状半導体ウエハに
対し露光、成膜、エッチングなどによって回路パタンを
形成する装置を指す。

【００２３】このような本発明における製造装置の具体
例について図で説明すると、図４は真空系を用いる反応
容器を備えた製造装置の一例を示す斜視図である。ま
た、図５および図６はそのＡ−Ａ部における構造例を示
す断面図である。矩形状に形成された半導体ウエハ１１
は、図示していないが搬送装置によって枚葉で製造装置
１３に搬入され、真空系を用いる反応容器１４に送り込
まれる。そして、反応容器１４内で成膜加工が行われ
る。

【００２４】反応容器１４は反応容器上部１８及び反応
容器下部１９に二分され、上部と下部の合わせ面に矩形
状半導体ウエハ１１の断面形状に合わせた入口１６およ
び出口１７を有し、矩形状半導体ウエハ１１が反応容器
１４を貫通して通り抜けられるようになっている。反応
容器上部１８にはガス導入部１５が設けられ、必要に応
じて置換用ガスあるいは反応ガスを導入できるようにな
っている。また、反応容器下部１９には図５に示すよう
に真空排気系２０が接続され、より高真空を要求する場
合には図６に示すように真空排気系２０の外側にさらに
補助真空排気系２１を付加している。

【００２５】このように、真空系の反応容器１４を用い
る製造装置１３内を矩形状半導体ウエハ１１が貫通でき
るようにした場合でも、矩形状半導体ウエハ１１の断面
形状のばらつきが小さいため、矩形状半導体ウエハ１１
の入口１６および出口１７の隙間をより狭くすることが
可能であり、かつ反応容器１４の排気を素早く行うこと
で真空度の低下を少なくすることができる。また、補助
真空排気系２１を矩形状半導体ウエハ１１の入口１６や
出口１７付近に備えることで反応容器１４の内側の真空
度を高めることも可能である。それでも真空度が不十分
の場合には、図５、図６に示すように一時的に矩形状半
導体ウエハ１１の入口１６および出口１７をゴム系リン
グ２２などで密閉してもよい。

【００２６】この真空系を有する反応容器を備えた製造
装置を用いた製造方法のうち、矩形状半導体ウエハに回
路パタンを形成する工程について図７の工程図を用いて
整理して説明すると、まず、に示すように、反応容器
の入口に矩形状半導体ウエハを挿入する。挿入は矩形状
半導体ウエハ上に形成される半導体装置の一辺の距離の
整数倍ずつ順次行う。次に、に示すように、反応容器
内で矩形状半導体ウエハを加工する。加工は一定数の半
導体装置ずつ順次行う。次に、に示すように、反応容
器の出口から矩形状半導体ウエハを排出する。排出は矩
形状半導体ウエハ上に形成される半導体装置の一辺の距
離の整数倍ずつ順次行う。そして、に示すように、次
の矩形状半導体ウエハが挿入されてきた場合はに戻っ
て工程を繰り返し、無い場合は終了する。

【００２７】次に、従来技術の課題１に対する第２の実
施の形態について、図８を参照して説明する。図８は、
本実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する概
要図で、円柱状インゴットから半導体装置を製造し分離
するまでの製造工程を示している。

【００２８】まず、回路パタンの形成に用いる結晶面
が、インゴットの中心軸に対して斜めになるように結晶
成長させたシリコンの円柱状インゴット３を作成する
（ａ）。この円柱状インゴット３をその中心軸に対し斜
めになるように結晶面を揃えてスライスし（ｂ）、楕円
状半導体ウエハを形成する。そして、研磨手段を用いて
楕円板の板厚を揃えるとともに表面を平坦に仕上げ、楕
円状の半導体ウエハ２３とする（ｃ）。この際、円柱状
インゴット３のうち楕円状半導体ウエハ２３となる部分
を除く残りの部分は、まだ不純物を含まないシリコンの
ままであるから円柱状インゴットの材料として再利用が
可能である。次に、楕円状半導体ウエハ２３上に回路パ
タンを形成するための露光、成膜、エッチングなどの製
造工程に移り、縦横に半導体装置９を配列した回路パタ
ン付き楕円状半導体ウエハ２４を形成する（ｄ）。図
（ｄ）では、縦６個、横４個、合計２４個の半導体装置
９が形成されている。次いで、この回路パタン付き楕円
状半導体ウエハ２４の裏面を研磨後、分割線に沿って分
割し、２４個の半導体装置９に分離させる（ｅ）。ここ
で、分割の際に発生する半導体装置を除く部分は不純物
を含むため破棄される。

【００２９】この第２の実施の形態によれば、半導体ウ
エハの形状を楕円状としたことによって、短径は従来の
円形ウエハの直径と同じでも長径を増大した分ウエハ面
積が増えるので、矩形状半導体ウエハの場合と同じ効果
が得られる。すなわち、短径寸法を固定して長径方向の
寸法増大に対応できるように製造装置の基本構造を変更
すればよい。このように楕円状半導体ウエハは円形半導
体ウエハと矩形状半導体ウエハの中間的な性質を示して
おり、楕円状半導体ウエハ外周部の無駄な領域が矩形状
半導体ウエハに比べて多いという問題はあるものの、製
造装置の陳腐化を遅らせることができる。

【００３０】次に、従来技術の課題１に関する第３の実
施の形態について、図９を用いて説明する。図９は本実
施の形態による半導体装置の製造方法を説明する概要図
で、半導体インゴットから半導体装置を製造し分離する
までの工程を示している。

【００３１】本実施の形態は、まず、回路パタン形成に
用いる結晶面がインゴットの中心軸に対し斜めになるよ
うに結晶成長させたシリコンの円柱状インゴット３を作
成する（ａ）。この円柱状インゴット３を中心軸に対し
斜めになるように結晶面を揃えてスライスし（ｂ）、楕
円状半導体ウエハ２３を形成する（ｃ）。次に、楕円状
半導体ウエハ２３から幅を１種類または複数種類の矩形
状半導体ウエハ（（ｃ）で点線で示す）に切り揃え、研
磨手段を用いて厚さを揃えるとともに表面を平坦に仕上
げ、矩形状半導体ウエハ１１を形成する（ｄ）。この
際、楕円状半導体ウエハ２３から切り出される矩形状半
導体ウエハ１１は、実施の形態１で示した矩形状半導体
ウエハに比べ、寸法の種類が多くなるという問題はある
ものの、楕円状半導体ウエハ２３のうち矩形状半導体ウ
エハを除く部分は、円柱状インゴットとともにまだ不純
物が含まれていないので、シリコンインゴットの材料と
して再利用することができる。その後の工程（ｅ）、
（ｆ）は、図１の（ｄ）、（ｅ）と同一であるので説明
を省略する。

【００３２】次に、従来技術の課題１に関する第４の実
施の形態について、図を用いて説明する。図１０、図１
１はそれぞれ本実施の形態による半導体装置の製造方法
を説明する概要図で、切り出した矩形状半導体ウエハを
２枚以上並べて連結し、連結後に平坦化して半導体ウエ
ハ面積の増大を図ろうとするものである。

【００３３】まず、図１０において、今まで述べてきた
のと同様な方法で円柱状インゴットをスライスし、表面
および側面を平坦化して矩形状半導体ウエハ１１を形成
する（ａ）。次いで、複数の矩形状半導体ウエハ１１を
長手方向に溶接または接着、あるいは嵌合して連結する
（ｂ）。次いで、連結部を熱なまし又は研磨、あるいは
エッチングによって平坦化し、円柱状インゴットの長さ
よりも長い矩形状半導体ウエハ２５を形成する（ｃ）。
ここで、矩形状半導体ウエハを連結する手段としては、
例えば、特開平８−３２０３８号公報、特開平１０−３
３７６９５号公報などに開示されているような半導体結
晶の接着技術を応用して実現している。

【００３４】また、図１１においては、図１０と同様、
円柱状インゴットから矩形状の半導体ウエハ１１をスラ
イスし、表面および側面を平坦化する（ａ）。次いで、
幅が異なるか又は幅が同じ複数の矩形状半導体ウエハ１
１を横方向に並べ、溶接または接着、あるいは嵌合して
連結する（ｂ）。次いで、連結部を熱なまし又は研磨、
あるいはエッチングによって平坦化しかつ横幅も整え、
円柱状インゴットの直径寸法よりも幅の広い矩形状半導
体ウエハ２６を形成する（ｃ）。

【００３５】このように、本実施の形態においては、矩
形状半導体ウエハの横幅が十分あれば縦方向に連結して
長くし、横幅が不十分であれば横方向に連結して幅を大
きくし、さらに、矩形状半導体ウエハを４枚以上連結し
て縦横とも寸法を大きくしてもよい。いずれにしても、
矩形状半導体ウエハの横幅あるいは縦の長さを１種類ま
たは複数のあらかじめ定められた寸法に整えることによ
り、半導体ウエハ面積増大にともなう製造装置の早期陳
腐化を防止することができる。

【００３６】次に、従来技術の課題２に関する本発明の
第５の実施の形態について図面を用いて説明する。ここ
では、半導体ウエハ面積の利用効率を１００％に近づけ
たいという課題２に対し、半導体ウエハ形状を円形から
矩形に変更することで課題２を解決している。図１９
は、円形半導体ウエハを用いた従来技術による半導体装
置の回路パタン形成方法を説明する概要図、図２０は、
円形半導体ウエハに形成された半導体装置の従来技術に
よる試験方法を説明する概要図である。

【００３７】従来、円形半導体ウエハ上に同時に複数の
半導体装置の回路パタンを形成しようとすると、場所に
よっては無駄な作業が発生する。この無駄な作業を最小
限にするために複雑な作業順序を必要としていた。この
作業順序について、半導体装置４個分（２×２）の回路
パタンを同時形成する場合を例にとって図１９を用いて
説明する。まず、一例として半導体装置１４個分の有効
面積（点線で示す）を確保できる円形半導体ウエハ７を
準備し（ａ）、次に、この円形半導体ウエハ７上に一度
に半導体装置４個分の回路パタン２７を４個分ずつ形成
して行く（ｂ）。この例において、太枠で囲んだ半導体
装置４個分の回路パタン２７を隣接する領域に形成する
際の移動量の指定は次のようになる。左上を始点とする
と、右へ２個分→右へ２個分→下へ２個分かつ左へ１個
分→左へ２個分、となる。この従来の回路パタン形成方
法では、×印のついた個所へも回路パタン２７を形成す
ることはできるが、円形半導体ウエハ７からはみ出るた
め正しい回路パタンを形成することはできない。また、
太枠で示した回路パタン２７のように隣接する領域への
移動量の指定が複雑になる、と言った問題点がある。こ
のようにして形成された有効な回路パタン１０を有する
回路パタン付き円形半導体ウエハ８は（ｃ）のようにな
る。

【００３８】また、従来は、円形半導体ウエハ上に形成
された複数の半導体装置の回路パタンを同時に試験しよ
うとすると、場所によっては試験装置に無駄な余裕が発
生する。この無駄な余裕を最小限にするために複雑な作
業順序を必要としていた。この作業順序について、半導
体装置４個分（１×４）の回路パタンを同時に試験する
場合を例にとって図２０を用いて説明する。まず、半導
体装置１４個分の回路パタン１０が形成された円形半導
体ウエハ８を準備し（ａ）、次に、４個分の回路パタン
を同時試験できる試験用ユニット２８を用いて一度に回
路パタンを４個分ずつ試験して行く（ｂ）。この例にお
いて、太枠で囲んだ半導体装置４個分の回路パタン試験
用ユニット２８を４個ずつ隣接する領域に移動する際の
移動量の指定は次のようになる。左上を始点とすると、
下へ１個分かつ左へ１個分→右へ４個分→下へ１個分か
つ左へ３個分、となる。この従来の回路パタンの試験方
法では、×印のついた個所も試験はできるが、円形半導
体ウエハ７からはみ出るため試験装置に無駄な余裕が生
じる。また、太枠で示した回路パタン試験用ユニット２
８のように隣接する領域への移動量の指定が複雑にな
る、と言った問題点がある。

【００３９】この課題２を達成するためには、図１９、
図２０で示した問題点をなくす必要があるが、円形半導
体ウエハを用いた従来技術ではウエハ面積の利用効率は
限界にきている。そこで本発明の第５の実施の形態とし
ては矩形状の半導体ウエハを使用するようにしたもの
で、矩形状にしたことによって円形半導体ウエハに比べ
外周部の無駄を減らすことができる。この矩形状半導体
ウエハの製造方法については第１の実施の形態で述べた
通りである。

【００４０】この課題２に関する本発明の第５の実施の
形態としては、矩形状半導体ウエハ上の有効寸法と、こ
の矩形状半導体ウエハ上に形成される半導体装置の寸法
との関係を倍数と約数の関係にすることによって、矩形
状半導体ウエハを半導体装置の回路パタンで隙間なく埋
め尽くすことができるようにしたものである。すなわ
ち、矩形状半導体ウエハ上で回路パタン形成に適さない
外周部を除いた有効領域の幅および長さの少なくとも一
方の辺を１種類または複数のあらかじめ定めた標準有効
寸法とし、矩形状半導体ウエハ上に形成する半導体装置
の幅および長さの少なくとも一方の辺をこの標準有効寸
法の自然数分の１、つまり半導体装置の少なくとも一辺
がこの標準有効寸法に対し、約数と倍数の関係になるよ
うに定めたものである。この関係を図１２および図１３
を用いて説明する。

【００４１】図１２は本実施の形態における半導体装置
の回路パタン形成方法を説明する概要図である。まず、
一例として半導体装置９のほぼ２４個分（６×４）の有
効面積（点線で示す）を有する矩形状半導体ウエハ１１
を準備する（ａ）。次に、この矩形状半導体ウエハ１１
上に一度に半導体装置４個分（２×２）の回路パタン２
７を４個分ずつ形成して行く（ｂ）。この例では、太枠
で囲んだ半導体装置４個分の回路パタン２７を４個分ず
つ隣接する領域に形成する際の移動量の指定は次のよう
になる。左上を始点とすると、右へ２個分→下へ２個分
→左へ２個分→下へ２個分→右へ２個分、となり、移動
量は現在の位置に関わらずすべて同じ「２個分」であ
る。このように、本実施の形態によれば、同時に形成す
る半導体装置の個数を最適化することにより、矩形状半
導体ウエハからはみ出る回路パタンの個数を皆無または
最小限に抑制できる。また、太い枠で示すように隣接す
る領域に回路パタンを４個ずつ形成する際、移動量の指
定が単純になる。すなわち、矩形状の半導体ウエハの方
が、円形の半導体ウエハに比べて効率的に回路パタンを
形成し易いことが分かる。

【００４２】また、図１３は、本実施の形態における半
導体装置の回路パタン試験方法を説明する概要図であ
る。まず、一例として半導体装置９の２４個分（６×
４）の回路パタンが形成された矩形状半導体ウエハ１２
を準備する（ａ）。次に、半導体装置４個分（１×４）
の回路パタン２８を同時試験できる試験用ユニット２８
を用いて一度に回路パタンを４個分ずつ試験して行く
（ｂ）。この例では、太枠で囲んだ半導体装置４個分の
回路パタン試験用ユニット２８を４個分ずつ試験する際
の移動量の指定は次のようになる。左上を始点とする
と、下へ１個分→下へ１個分→下へ１個分→下へ１個分
→下へ１個分、となり、移動量は現在の位置に関わらず
すべて同じ「１個分」である。このように、本実施の形
態によれば、同時に試験する半導体装置の個数を最適化
することにより、試験装置に無駄な余裕が生じにくい。
また、太い枠で示す半導体装置４個分の回路パタン試験
用ユニット２８ように隣接する領域の回路パタンを４個
ずつ試験する際、移動量の指定が単純になる。すなわ
ち、矩形状の半導体ウエハの方が、円形の半導体ウエハ
に比べて効率的に回路パタンを試験し易いことが分か
る。

【００４３】最後に、課題３に関する本発明の実施の形
態について述べる。本発明の第６の実施の形態は、廃棄
物のリサイクル効率を高めたいという要求に基づいてな
されたもので、従来のように円形半導体ウエハ上に矩形
状の半導体装置を形成する方式では、円形半導体ウエハ
外周部に有効活用されずに廃棄される部分が多かったの
に対し、矩形状半導体ウエハとしたことによって回路パ
タン形成前に矩形状半導体ウエハ外周部の無駄な部分を
切り落とすようにしたため、この除去部分が不純物を含
んでおらず、またシリコン単結晶に近いシリコン片であ
ることからシリコン単結晶用原材料として再利用するこ
とができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、回路パタン形成前の半導体ウエハを円形以外の形状
に変えることや、半導体ウエハの有効寸法と半導体装置
の寸法との間に倍数と約数の関係を持たせることなどに
より、従来技術の課題を解決している。

【００４５】まず、課題１に対しては、半導体ウエハを
矩形状としたことによって、従来の製造装置を一部手直
しするだけで使用できるようになったため、半導体ウエ
ハの面積増大が必ずしも製造装置の陳腐化につながらな
くなった。また、設備更新のタイミングを自由に選択で
きるようになり、よい設備をより安価な値段で購入でき
るようになった。また、生産量の伸びに応じて半導体ウ
エハ面積を細かく調整できるため、円形半導体ウエハの
インチアップ（６インチ→８インチ→１２インチ）のよ
うな急激な半導体ウエハ面積の増大、すなわち半導体装
置供給量の増大による価格急落の心配が少なくなった。

【００４６】次に、課題２に対しては、半導体ウエハを
矩形状にしたことによって有効面積が増え、半導体ウエ
ハ１枚あたりの半導体装置の個数が増加したため、半導
体ウエハ面積の利用効率の向上が得られた。また、半導
体ウエハ上における半導体装置の配置が格子状に整列す
るため、回路パタン形成工程や電気的試験工程などで作
業手順のプログラミングが単純化でき、半導体装置の製
造および検査の効率が向上した。

【００４７】次に、課題３に対しては、半導体ウエハを
矩形状に加工する際、回路パタン形成前に半導体ウエハ
外周部の不要部分を切り落とすようにしたため、この不
要部分には回路パタン形成時に混入してくる不純物が含
まれていないのでシリコン単結晶に近いシリコン片とし
て回収可能となり、シリコン単結晶用の原材料として再
利用が可能となった。その結果、高純度シリコン原材料
の節約によるコスト削減および廃棄物削減ができ、廃棄
物のリサイクル効率を高めることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体装置
の製造方法を説明する概要図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における半導体装置
の製造装置を工程順に説明する図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態における半導体装置
の製造方法のうち、半導体ウエハを製造する工程を示す
図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態における半導体装置
の製造装置のうち、真空系を用いる反応容器の斜視図で
ある。

【図５】図４のＡ−Ａ部における断面図である。

【図６】図４のＡ−Ａ部における他の構造を示す断面図
である。

【図７】本発明の第１の実施の形態における半導体装置
の製造方法のうち、半導体ウエハに回路パタンを形成す
る工程を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態における半導体装置
の製造方法を説明する概要図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態における半導体装置
の製造方法を説明する概要図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態における半導体装
置の製造方法のうち、半導体ウエハの製造方法を説明す
る概要図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態における半導体装
置の製造方法のうち、半導体ウエハの他の製造方法を説
明する概要図である。

【図１２】本発明の第５の実施の形態における半導体装
置の製造方法のうち、半導体ウエハに回路パタンを形成
する方法を示す図である。

【図１３】本発明の第５の実施の形態における半導体装
置の製造方法のうち、半導体ウエハに形成された回路パ
タンを試験する方法を示す図である。

【図１４】半導体単結晶インゴットの製造方法を示す概
要図である。

【図１５】半導体単結晶インゴットの製造方法を示す概
要図である。

【図１６】半導体単結晶インゴットをスライスする方法
を示す図である。

【図１７】半導体単結晶インゴットをスライスする他の
方法を示す図である。

【図１８】従来の半導体装置の製造方法を示す概要図で
ある。

【図１９】従来の半導体装置の製造方法における回路パ
タンの形成方法を説明する概要図である。

【図２０】従来の半導体装置の製造方法における回路パ
タンの試験方法を説明する概要図である。

【符号の説明】

１溶融炉２種結晶３円柱状インゴット４リング状内刃５ワイヤソー６切欠き７円形半導体ウエハ８回路パタン付き円形半導体ウエハ９半導体装置１０回路パタン１１矩形状半導体ウエハ１２回路パタン付き矩形状半導体ウエハ１３半導体製造装置１４反応容器１５ガス導入部１６入口１７出口１８反応容器上部１９反応容器下部２０真空排気系２１補助真空排気系２２ゴム系リング２３楕円状半導体ウエハ２４回路パタン付き楕円状半導体ウエハ２５長い矩形状半導体ウエハ２６幅広い矩形状半導体ウエハ２７４個分の回路パタン（２×２）２８４個分の回路パタン（１×４）試験用ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円柱状に成長した半導体単結晶インゴッ
トを板状にスライスして半導体ウエハを製造する際、円
柱の中心軸に対して直角でない角度で前記インゴットを
スライスし、かつスライス後の半導体ウエハの単結晶表
面に半導体装置の回路パタンを形成するよりも以前に、
前記半導体ウエハを矩形状に加工することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記半導体装置の回路パタン形成に適し
た結晶面が前記円柱状インゴットの中心軸と平行になる
ように成長させ、このインゴットを板状の半導体ウエハ
にスライスする際、前記結晶面に平行にインゴットをス
ライスし、スライス後の半導体ウエハを１種類または複
数のあらかじめ定められた寸法の矩形状に加工し、この
矩形状半導体ウエハに半導体装置の回路パタンを形成す
ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項３】前記半導体装置の回路パタン形成に適し
た結晶面が前記円柱状インゴットの中心軸と斜めになる
ように成長させ、このインゴットを板状の半導体ウエハ
にスライスする際、前記結晶面に平行にインゴットをス
ライスして楕円状の半導体ウエハを形成し、この楕円状
半導体ウエハから１種類または複数のあらかじめ定めら
れた寸法の矩形状半導体ウエハを切り出し、この矩形状
半導体ウエハに半導体装置の回路パタンを形成すること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記１種類または複数のあらかじめ定め
られた寸法の矩形状半導体ウエハ同士を２枚以上連結
し、より大きな１枚の矩形状半導体ウエハに加工するこ
とを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項５】前記１種類または複数のあらかじめ定め
られた寸法の矩形状半導体ウエハ同士を２枚以上連結
し、より大きな１枚の矩形状半導体ウエハに加工する際
に、１種類または複数のあらかじめ定められた寸法のよ
り大きな１枚の矩形状半導体ウエハに整えることを特徴
とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記１種類または複数のあらかじめ定め
られた寸法の矩形状半導体ウエハ同士を２枚以上連結し
て加工されたより大きな１枚の矩形状半導体ウエハ上
に、半導体装置の回路パタンを形成することを特徴とす
る請求項４または５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記矩形状半導体ウエハ上で半導体装置
の回路パタン形成に適さない外周部を除いた有効領域の
幅および長さの少なくとも一方の辺を１種類または複数
のあらかじめ定めた標準有効寸法とし、この矩形状半導
体ウエハ上に形成する半導体装置の幅および長さの少な
くとも一方の辺を前記標準有効寸法の自然数分の１、つ
まり半導体装置の少なくとも一辺が前記標準有効寸法に
対し約数と倍数の関係になるように定めることを特徴と
する請求項１または４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記半導体単結晶インゴットあるいは楕
円状半導体ウエハから矩形状半導体ウエハを加工する際
に発生する残渣を、円柱状半導体単結晶インゴットの原
料として再利用することを特徴とする請求項１または４
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記矩形状半導体ウエハに回路パタンを
形成する半導体装置の製造装置において、加工対象の前
記矩形状半導体ウエハの長手方向寸法よりも短い外形寸
法の反応容器を有し、かつ前記矩形状半導体ウエハをこ
の反応容器に順次挿入し、またこの反応容器から順次排
出する機構を備えることを特徴とする半導体装置の製造
装置。
【請求項１０】前記反応容器は矩形状半導体ウエハを
出し入れする入口幅および出口幅寸法を矩形状半導体ウ
エハの横幅に対応させて一定寸法に固定し、矩形状半導
体ウエハの長手方向に対応する外形寸法のみを変更して
矩形状半導体ウエハの面積増大に対応することを特徴と
する請求項９記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１１】前記反応容器は矩形状半導体ウエハが
貫通するトンネル構造であることを特徴とする請求項９
記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１２】前記矩形状半導体ウエハ上に形成され
る半導体装置の縦または横の整数倍の距離ずつ順次矩形
状半導体ウエハを反応容器内に挿入し、かつ同様の距離
ずつ順次矩形状半導体ウエハを反応容器内から排出する
機構を備えることを特徴とする請求項９記載の半導体装
置の製造装置。