JP2005059354A

JP2005059354A - 半導体ウエハをスライスするための単結晶塊の製造方法

Info

Publication number: JP2005059354A
Application number: JP2003291663A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Matsui; 康之松井; Makoto Otsuki; 誠大槻
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10
Also published as: EP1617466A1; WO2005015626A1; CA2521513A1; US20060194416A1; KR20060037251A; TW200514674A; CN1795542A; EP1617466A4

Abstract

【課題】需要者が望む比較的小径の半導体単結晶塊を低コストで効率よく製造し得る方法を提供する。
【解決手段】半導体単結晶塊の製造方法は、相対的に大口径の半導体単結晶塊（１ａ）から、需要者が希望する相対的に小口径の半導体単結晶塊（２ａ）を複数切り出すことを特徴としている。これによって、大口径の半導体単結晶塊の一部に欠陥が含まれていても、その欠陥を除く部分から切り出された小口径の半導体単結晶塊を利用し得るという副次的効果をも得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体単結晶塊の製造方法に関し、特に、比較的小口径ウエハをスライスするための半導体単結晶塊を低コストで効率よく生産し得る方法に関する。

今日、種々の半導体デバイスが半導体単結晶ウエハから製造されている。そして、それらの半導体デバイスの生産効率を高めるために、一般には、できるだけ大口径の半導体単結晶ウエハを利用してそれらの半導体デバイスを製造することが望まれている。このような要望から、シリコンでは１２インチ（約３０ｃｍ）径のように大口径の円柱状単結晶インゴットが育成され、そのようなインゴットからスライサやマルチワイヤソーなどによって、１２インチ径のシリコン単結晶ウエハがスライスされて製造されている（非特許文献１参照）。

他方、ＩＩＩ−Ｖ族化合物やＩＩ−ＶＩ族化合物のような化合物半導体においては、大口径の単結晶インゴットを育成することが、シリコンの場合に比べてはるかに困難である。したがって、従来では主として２インチ径の化合物半導体単結晶インゴットが育成され、そのインゴットから切り出された２インチ径の化合物半導体単結晶ウエハが半導体デバイスの製造に使用されていた。
半導体製造装置用語辞典［第４版］第１２２−１２４頁、１９９７年、日刊工業新聞社発行

近年では、化合物半導体単結晶インゴットの育成技術も進歩してきており、化合物半導体の種類によっては、比較的大きな５インチ（約１２．７ｃｍ）径や６インチ（約１５．８cm）径の化合物半導体単結晶インゴットの育成も可能になっている。

しかし、前述のように、工業的に利用可能な化合物半導体単結晶ウエハは、従来では主として２インチ径のものであった。したがって、化合物半導体単結晶ウエハを利用して半導体デバイスを作製する生産ラインは、従来では２インチ径のウエハを対象として構成されている。そして、そのように２インチ径の化合物半導体単結晶ウエハを対象とした生産ラインは、現在も多数存在しかつ稼動している。すなわち、比較的大きな５インチ径や６インチ径の化合物半導体単結晶インゴットの育成が可能になっても、既存の生産ラインの観点から、依然として２インチ径の化合物半導体単結晶ウエハに対する需要が存在する。

このような状況から、現在では５インチ径や６インチ径の化合物半導体単結晶インゴットの育成技術を有する半導体ウエハ提供業者であっても、２インチ径のウエハに対する需要に応じるために、わざわざ２インチ径の単結晶インゴットを育成している。そして、結晶方位の目印となるＯＦ（オリエンテーションフラット）および望まれる場合にはＩＦ（インデックスフラット）を形成する加工をも含めてインゴットの外周研磨を行ている。なお、ＯＦやＩＦの代わりに、ノッチが形成されることもある。さらに、そのように加工された半導体単結晶塊からのスライス工程および研磨工程を経て、目的とする２インチ径のウエハを得ている。

もちろん、大きな５インチ径や６インチ径のウエハで利用し得るウエハ面積と同等のウエハ面積を小さな２インチ径のウエハでまかなおうとすれば、大径ウエハの何倍もの枚数の小径ウエハが必要になる。そのような多数枚の小径ウエハを提供しようとすれば、多数の小径インゴットを育成しなければならない。

これは、多数の単結晶育成炉を必要とすることを意味し、ウエハ生産のコストおよび効率の観点から望ましくないことである。このような場合に、大口径の単結晶インゴットを育成し得る大型炉内で複数本の小口径単結晶インゴットを育成することが考えられ得る。しかし、そのような大型炉内で複数本の小径単結晶インゴットの育成条件を均一に調整することは困難であり、結晶品質が均一で良好な複数の小径単結晶インゴットを同時に得ることは困難である。

このような従来技術の状況に鑑み、本発明は、需要者が望む比較的小径の半導体ウエハをスライスするための半導体単結晶塊を低コストで効率よく製造し得る方法を提供することを目的としている。

本発明による半導体単結晶塊の製造方法においては、需要者が希望する相対的に小口径の半導体単結晶ウエハをスライスするための相対的に小口径の半導体単結晶塊を相対的に大口径の半導体単結晶塊から切り出すことを特徴としている。なお、このような半導体単結晶塊の製造方法は、その半導体がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である場合に特に好ましいものである。

そのような切り出し加工される大口径半導体単結晶塊は１０ｍｍ以上の厚さを有し得る。また、小口径半導体単結晶塊の切り出しは、放電加工法、ワイヤソー法、ダイヤ電着円筒コアなどによる研削法、およびバンドソー法のいずれかによって行われ得る。特に、曲線や直線状の自由自在の切断が可能な放電加工法およびワイヤソー法は、ＸＹ駆動ステージ制御装置の設定をすることで容易にＯＦとＩＦを加工し得るので好ましい。

切り出しでは、５インチ径以上の大口径半導体単結晶塊から、２インチ径以上の小口径半導体単結晶塊を４つ以上得ることができる。なお、結晶塊の効率的利用の観点から、１つの大口径半導体単結晶塊から切り出される複数の小口径半導体単結晶塊の各口径断面積の合計は大口径半導体単結晶塊の口径断面積の５０％以上であることが好ましい。また、大口径半導体単結晶塊の任意の口径断面積内に含まれる不良部（双晶、多結晶、結晶すべり、欠け、ひび割れなど）がその口径断面積の６５％以下である場合には、その残部から小口径半導体単結晶塊を切り出すことが可能である。

小口径半導体単結晶塊は、結晶方位の目印となるオリエンテーションフラット、インデックスフラット、およびノッチの少なくともいずれかを有するように切り出され得る。

本発明によれば、需要者が望む比較的小径の半導体単結晶塊を比較的大径の半導体単結晶塊から低コストで効率よく製造し得る方法を提供することができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１において、比較的大径の半導体単結晶塊から小径の半導体単結晶塊を製造する方法を模式的な端面図で図解している。現在では、例えばＧａＡｓ化合物半導体において、比較的大きな５インチ径や６インチ径の単結晶インゴットの育成が可能である。また、ＩｎＰ化合物半導体においても、比較的大径の単結晶インゴットの育成が可能になりつつある。

この実施形態１においては、まず５インチ径の（実際には研削しろを含むために５インチより少し大きい）化合物半導体単結晶インゴットが育成され、外周研削やＯＦの形成が行われる。そして、図１に示されているように、その外周研削された５インチ径半導体単結晶塊１ａから、例えばワイヤ放電加工によって４つの２インチ径の半導体単結晶塊２ａが切り出され得る。

ワイヤ放電加工では、大径の半導体単結晶塊をＸＹ駆動ステージ上に設置し、ワイヤを単結晶塊の軸方向に平行に移動させながら放電させかつそのＸＹステージを駆動することによって、小径半導体単結晶塊の円柱面に沿った切断を行うことができる。切断加工される大径半導体単結晶塊の軸方向の長さには特に限定はなく、１０ｍｍ以上の長さ（または厚さ）を有していても切断加工し得る。なお、ワイヤ放電加工における切りしろは約数百μｍ以下であり、切りしろによる単結晶の無駄を小さくすることができる。

このようにして、本実施形態によれば、１本の５インチ径インゴットの結晶成長工程と単結晶塊切り出し工程をそれぞれ１回経るだけで、１本の２インチ径インゴットを育成する場合に比べて、４倍の個数の２インチ径半導体単結晶塊を得ることができる。

なお、切り出された２インチ径半導体単結晶塊は、周縁研磨およびＯＦやＩＦまたはノッチの形成後に、２インチ径ウエハがスライスするために用いられる。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２において、６インチ径の半導体単結晶塊から２インチ径の半導体単結晶塊を製造する方法を模式的な端面図で図解している。その製造工程は、上述の実施形態１の場合と同様に行い得る。

すなわち、この実施形態２においては、まず６インチ径の（実際には研削しろを含むために６インチより少し大きい）化合物半導体単結晶インゴットが育成され、外周研削やＯＦの形成が行われる。そして、図２に示されているように、その外周研削された６インチ径半導体単結晶塊１ｂから、５つの２インチ径の半導体単結晶塊２ｂが、実施形態１の場合と同様なワイヤ放電加工によって切り出され得る。

すなわち、１本の６インチ径インゴットの結晶成長工程と結晶塊切り出し工程をそれぞれ１回経るだけで、１本の２インチ径インゴットを育成する場合に比べて、５倍の個数の２インチ径半導体単結晶塊を得ることができる。

（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態２に類似する実施形態３に関し、６インチ径の半導体単結晶塊から２インチ径の半導体単結晶塊を製造する方法を模式的な端面図で図解している。その製造工程は、上述の実施形態１および２の場合に類似して行い得る。

すなわち、この実施形態３においても、まず６インチ径の（実際には研削しろを含むために６インチより少し大きい）化合物半導体単結晶インゴットが育成され、外周研削やＯＦの形成が行われる。そして、図３に示されているように、その外周研削された６インチ径半導体単結晶塊１ｃから、７つの２インチ径半導体単結晶塊２ｃが、実施形態１および２の場合に類似するワイヤ放電加工によって切り出され得る。

すなわち、実施形態２の場合と同様に実施形態３においても、１本の６インチ径インゴットの結晶成長工程とスライス工程をそれぞれ１回経るだけで、１本の２インチ径インゴットを育成する場合に比べて、７倍の個数の２インチ径半導体単結晶塊を得ることができる。

他方、図３の実施形態３においては、２インチ径半導体単結晶塊２ｃの各々は、ＯＦおよびＩＦを備えて切り出される。このような小径半導体単結晶塊２ｃのＯＦやＩＦは、例えば大径半導体単結晶塊１ｃのＯＦを基準として、ワイヤ放電加工による小径半導体単結晶塊２ｃの切り出し時に同時に形成され得る。

（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態３に類似する実施形態４に関し、６インチ径の半導体単結晶塊から７つの２インチ径半導体単結晶塊を製造する方法を模式的な端面図で図解している。本実施形態４においては、まず大径半導体単結晶塊１ｄの端面の中央部の小径半導体単結晶塊２ｄが実施形態３の場合と同様にワイヤ放電加工によって切り出される。

その後、小径半導体単結晶塊２ｄが切り出された残りの肉厚円筒状単結晶塊から、端面が扇状の単結晶塊３がバンドソーによって６つ切り出される。なお、バンドソーでは、ワイヤ放電加工に比べて、切断速度をはるかに速くすることができる。

そして、バンドソーによって切り出されて端面が扇状の結晶塊３は、周縁研削などによって、２インチ径の円柱状の小径半導体単結晶塊３に加工される。こうして、合計で７つの小径半導体単結晶塊が１つの大径半導体単結晶塊から効率よく得ることができる。

以上において本発明のいくつかの実施形態が説明されたが、一般に、小径の単結晶インゴットに比べて、大径の単結晶インゴットの育成は難しい。これは、大径の単結晶インゴットを育成する場合に、双晶、多結晶、結晶すべりなどの種々の欠陥が、小径の単結晶インゴットの育成の場合に比べて導入されやすいからである。従来では、そのような欠陥を含む部分から切り出された大径ウエハは、製品として出荷できずに無駄になっていた。しかし、上述のような本発明による小径の半導体単結晶塊の製造方法を利用すれば、欠陥を含む大径の半導体単結晶塊から、その欠陥部を避けて小径半導体単結晶塊を切り出すことも可能であり、そうして得られた小径半導体単結晶塊を製品として出荷することができるという大きな利益が得られる。

なお、上述の実施形態においては、大径半導体単結晶塊から小径半導体単結晶塊を切り出す手段としてワイヤ放電加工法とバンドソー法が例示されたが、切り出す小径半導体単結晶塊の形状に対応した外周形状を有する薄肉筒状の放電電極を用いて放電加工することも可能である。また、これらの切断法以外にも、ワイヤソー法やダイヤ電着円筒コアによる研削法などを切断法として利用することもできる。さらに、上述の種々の切断法を適宜に組み合わせて利用してもよいことは言うまでもない。

また、現在では切り出される化合物半導体の大径半導体単結晶塊は６インチ径が最大であるが、本発明は、将来作製されるであろう８インチ径や１２インチ径などのさらなる大径半導体単結晶塊にも適用可能であることは言うまでもない。同様に、上述の実施形態では切り出された小径半導体単結晶塊は２インチ径であったが、本発明は、将来の大径半導体単結晶塊から３インチ径以上の小径半導体単結晶塊を切り出す場合にも適用し得ることも言うまでもない（例えば、９インチ径半導体単結晶塊から７つの３インチ径半導体単結晶塊を切り出すことができる）。さらに、本発明において、大径半導体単結晶塊から切り出される小径半導体単結晶塊は互いに同径である必要はなく、例えば１つの大径半導体単結晶塊から２インチ径と３インチ径の小径半導体単結晶塊を混在させて切り出すことも可能である。

なお、大径半導体単結晶塊から切り出された小径半導体単結晶塊の電気的特性は、大径半導体単結晶塊の中心部から切り出された小径半導体単結晶塊以外では、同心円状の対称性を有していない。

以上のように、本発明によれば、需要者が望む比較的小径の半導体単結晶塊を比較的大径の半導体単結晶塊から低コストで効率よく提供することができる。

本発明の一実施形態において、５インチ径の半導体単結晶塊から４つの２インチ径半導体単結晶塊を切り出す様式を図解する模式的な端面図である。本発明の他の実施形態において、６インチ径の半導体単結晶塊から５つの２インチ径半導体単結晶塊を切り出す様式を図解する模式的な端面図である。本発明の他の実施形態において、６インチ径の半導体単結晶ウエハからＯＦとＩＦを有する２インチ径半導体単結晶塊を７つ切り出す様式を図解する模式的な端面図である。本発明の他の実施形態において、６インチ径の半導体単結晶ウエハから２インチ径半導体単結晶塊を７つ切り出す他の様式を図解する模式的な端面図である。

符号の説明

１ａ５インチ径の半導体単結晶塊、１ｂ、１ｃ、１ｄ６インチ径の半導体単結晶塊、２ａ、２ｂ、２ｃ、２インチ径の半導体単結晶塊、３扇状端面を有する半導体単結晶塊、４２インチ径の半導体単結晶塊。

Claims

需要者が希望する相対的に小口径の半導体単結晶ウエハをスライスするための相対的に小口径の半導体単結晶塊を相対的に大口径の半導体単結晶塊から切り出すことを特徴とする半導体単結晶塊の製造方法。
前記半導体はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶塊の製造方法。
前記大口径半導体単結晶塊は１０ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体単結晶塊の製造方法。
前記小口径半導体単結晶塊の切り出しは、放電加工法、ワイヤソー法、円筒コアによる研削法、およびバンドソー法のいずれかによって行われることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体単結晶塊の製造方法。
５インチ径以上の前記大口径半導体単結晶塊から２インチ以上の前記小口径半導体単結晶塊を４つ以上切り出すことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体単結晶塊の製造方法。
１つの前記大口径半導体単結晶塊から切り出される複数の前記小口径半導体単結晶塊の各口径断面積の合計は前記大口径半導体単結晶塊の口径断面積の５０％以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体単結晶塊の製造方法。
前記大口径半導体単結晶塊の任意の口径断面積内に含まれる不良部はその口径断面積の６５％以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体単結晶塊の製造方法。
前記小口径半導体単結晶塊には、結晶方位の目印となるオリエンテーションフラット、インデックスフラット、およびノッチの少なくともいずれかが形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体単結晶塊の製造方法。