JP2007266043A - 化合物半導体ウェハ - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハを最終的にデバイスサイズまでバックラップする際に発生するウェハ外周の欠けを低減する化合物半導体ウェハを提供する。
【解決手段】化合物半導体結晶を切断して得られる半導体ウェハの角部を曲面状に面取りした端面１ｓを有する化合物半導体ウェハ１において、エピタキシャル成長層が形成されるウェハ１の表面１ｕとは反対側の裏面１ｇに研削が施されており、裏面１ｇと端面１ｓとの交線上にある端面１ｓの接線ｔ１と、裏面１ｇとのなす角が５０°を超え９０°以下であるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、化合物半導体結晶を切断して得られる化合物半導体ウェハに関する。

図７に示すような化合物半導体ウェハ７１は、円筒状の単結晶インゴットを薄くスライスすることで得られる。その後、スライス時に発生したウェハ７１の微細なうねり、凹凸、微小なキズ、歪みを除去するために、図８に示すように、研削機８１によりウェハ７１の表面（デバイス面）７１ｕおよび裏面７１ｄを研磨し、最終的には鏡面状態にして出荷する。

このスライス直後のウェハ７１の端面はその角が直角になっており、その形状のまま後工程のウェハ７１を研磨するプロセスに流した場合、角に無理な応力が加わることによるプロセス中の欠けや、ウェハ７１を作業用のカセットボックス（作業キャリア）に納める際に生じる些細な衝撃で欠けてしまう等の不具合が発生する。

これらを防止するために、図７に示すように、半導体ウェハ７１は、研磨プロセスの前にウェハ７１の端面７１ｓの角部を曲面状に丸く面取りし、角を無くすことで、欠け不良を低減している。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開平１１−２０７５８３号公報 特開２００５−２５１９６１号公報 特開平１０−３２１４８７号公報 特開平９−１３９３６５号公報

上述したように、半導体ウェハ７１は、輸送中の衝撃や、加工時の扱いやすさを考慮して、ある程度の厚さを付加することで（例えば、４インチ：厚さ６２５μｍ、６インチ：厚さ６７５μｍ）ウェハ７１の強度を持たせている。

しかし、最終的なウェハ７１をデバイスサイズに加工する際には、デバイスの小型化や、熱容量の低減を目的として、図９に示すように、デバイス面７１ｕの反対側である裏面からウェハ７１の厚さが１００μｍになるまで研削する場合がある。この際、ウェハ端面７１ｓが円弧である場合、厚さが薄くなるにつれて端面７１ｓの形状が薄く、かつ鋭角になっていく。

標準的な従来の化合物半導体ウェハ７１は、表面７１ｕを、ウェハ裏面研削後の裏面７１ｇと端面７１ｓとの交線上で面取りの曲面に接する接線ｔ７が、ウェハ裏面研削後の裏面７１ｇと５０°の角θ７をなす形状にしている。また、ウェハ表面７１ｕ側の端面７１ｓの面取り幅ｗ７が２６０μｍであり、かつ端面７１ｓの曲率半径Ｒ７が２５０μｍである。

これにより、ウェハ端面７１ｓの機械的強度が低下すること、鋭角になっている端面７１ｓに無理な応力が加わりやすくなることから、バックラップ工程においてウェハ端面７１ｓに欠けおよび基板そのものの割れが生じやすくなり、製造歩留まりを低下させる要因となる。

そこで、本発明の目的は、ウェハを最終的にデバイスサイズまでバックラップする際に発生するウェハ外周の欠けを低減する化合物半導体ウェハを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、化合物半導体結晶を切断して得られる半導体ウェハの角部を曲面状に面取りした端面を有する化合物半導体ウェハにおいて、エピタキシャル成長層が形成される上記ウェハの表面とは反対側の裏面に研削が施されており、該裏面と上記端面との交線上にある上記端面の接線と、上記裏面とのなす角が５０°を超え９０°以下であることを特徴とする化合物半導体ウェハである。

請求項２の発明は、ウェハ表面の面取り幅を１００μｍ以上２５０μｍ未満にし、かつ上記ウェハ表面側の面取り曲面の曲率半径を１００μｍ以上２５０μｍ未満にした請求項１記載の化合物半導体ウェハである。

請求項３の発明は、上記半導体ウェハの外径が２００μｍ以上である請求項１または２記載の化合物半導体ウェハである。

請求項４の発明は、上記半導体ウェハの材料がＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＰのいずれかである請求項１〜３いずれかに記載の化合物半導体ウェハである。

本発明によれば、バックラップ時のウェハ端部の欠けおよびウェハの割れを低減することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示す化合物半導体ウェハを示す断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る化合物半導体ウェハ１は、まず、円筒状の単結晶インゴットを薄くスライスすることで、角部のある円板状の化合物半導体ウェハを得て、そのウェハの端面１ｓの角部を曲面状に面取り加工して得られる。その後、面取りされた化合物半導体ウェハ１は、スライス時に発生したウェハ１の微細なうねり、凹凸、微小なキズ、歪みを除去するために、研削機でその表面１ｕおよび裏面を研磨し、最終的には鏡面状態にされて出荷される。

ウェハ１の表面１ｕは、エピタキシャル成長層が形成される面であり、その反対側がウェハ１の裏面１ｄ（後述する図２参照）である。

さて、第１の実施形態に係る化合物半導体ウェハ１は、表面１ｕ側の端面１ｓにおいて、ウェハ裏面研削（バックラップ）後の裏面１ｇと端面１ｓとの交線上にある端面１ｓに接する接線ｔ１と、ウェハ裏面研削後の裏面１ｇとのなす角θ１が６５°であるものである。

ウェハ裏面研削後の裏面１ｇは、上述したように、デバイスの小型化や熱容量の低減を目的として、ウェハ裏面研削前のウェハ１の裏面１ｄからウェハ１の厚さが１００μｍになるまで研削を施して薄くしたときの面である。

この化合物半導体ウェハ１は、ウェハ表面１ｕの面取り幅ｗ１が１００μｍであり、かつウェハ１表面１ｕ側の面取り曲面の曲率半径Ｒ１が２５０μｍである。

ウェハ表面１ｕ側の端面１ｓは、ウェハ裏面研削後の裏面１ｇと端面１ｓとの交線上にある端面１ｓに接する接線ｔと、ウェハ裏面研削後の裏面１ｇとのなす角θが５０°を超え９０°以下であればよい。

これは、角θが５０°以下であると、後工程の研削時に、ウェハ１が欠け、破損しやすくなるからである。また、ウェハ１は円筒状のインゴットをスライスして得られるため、角θが９０°のとき実質上最大になるからである。

また、ウェハ表面１ｕの面取り幅ｗは１００μｍ以上２５０μｍ未満にし、かつウェハ表面１ｕ側の面取り曲面の曲率半径Ｒは１００μｍ以上２５０μｍ未満にすればよい。

これは、面取り幅ｗを１００μｍ未満にすると、面取り加工の際にウェハ１の端面１ｓに欠けが生じやすくなり、小さすぎるとわずかな加工公差で面取り形状が極端に変化し、端面形状の制御が難しいからである。また、面取り幅ｗは２５０μｍが標準的な面取り幅であり、２５０μｍ未満にすることで、加工部分が従来よりも少なくなり、面取り加工の作業性が向上する。

曲率半径Ｒを１００μｍ未満にすると、上述と同じ理由により、端面形状の制御が難しいからである。また、曲率半径Ｒは２５０μｍが標準的な曲率半径であり、２５０μｍ未満にすることで、後工程における研削時に、ウェハ１の欠け、破損を従来よりも低減できる。

図２に示すように、化合物半導体ウェハ１の裏面１ｄは、図９の従来例と同様であり、標準的な面取り形状である。

以上、面取り幅ｗ、曲率半径Ｒを上記のように限定した理由をまとめる。まず、１）バックラップ時に端面形状が極力鋭角にならないこと。そして、２）ウェハ１の表裏の面積が大幅に変わると、エピタキシャル成長やイオンインプラント（イオン注入）プロセスにおいて、ウェハ１を加熱および冷却した際に表面面内の温度差が大きくなるので、結晶欠陥の増殖や薄膜の成長異常などで均一にならなくなる可能性がある。そのため、ウェハ１の表裏の面積を極力一致させること。ウェハ１の表面側の面取り形状は、これら１）、２）の点を考慮して決定する。

ウェハ１は、外径が２００μｍ以上のものを用いる。これは、面取り幅ｗを１００μｍ以上にしたため、外径が２００μｍ以下のウェハではウェハ外周の面取り加工ができないからである。

ウェハ１の材料としては、化合物半導体材料として使用されている材料、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＰのいずれかを用いるとよい。

また、ウェハ１は、厚さが６００〜７５０μｍ、好ましくは６２５〜６７５μｍのものを用いる。本実施の形態では、厚さ７２５μｍのウェハを用いた。

図３（ａ）に示すように、単結晶インゴットから角部を有する円板状の化合物半導体ウェハを得て、そのウェハの端面１ｓの角部を面取り加工するには、ボビン型砥石３１にウェハ１の端面１ｓを当接し、ボビン型砥石３１でウェハ１の外周を削ることにより行う。これにより、第１の実施形態に係る化合物半導体ウェハ１が得られる。

このとき、バックラップ時のウェハ１の厚さを考慮して、面取り形状を変更する。当接する状態（当接圧、ウェハ１の向きなど）を適宜変えることで、端面形状を所望の形状にする。この面取り方法は、図３（ｂ）に示す従来のウェハ７１に対して行う面取り方法と同じである。

第１の実施形態の作用を説明する。

化合物半導体ウェハ１は、表面１ｕ側の端面１ｓにおいて、ウェハ裏面研削（バックラップ）後の裏面１ｇと端面１ｓとの交線上にある端面１ｓに接する接線ｔ１と、ウェハ裏面研削後の裏面１ｇとのなす角θ１が６５°である。

図４（ａ）に示すように、面取り加工の後工程でウェハ１の裏面１ｄを、ウェハ１の厚さが１００μｍになるまで研削（バックラップ）していくと、ウェハ裏面研削後の裏面１ｇと研削機８１の研削面のなす角（接触角）が角θ１（＝６５°）となり、従来よりも鈍角になる。これにより、ウェハ１の端面１ｓと研削機８１が引っかかりにくくなり、ウェハ１の破損が起こりにくくなる。

したがって、化合物半導体ウェハ１は、ウェハ表面１ｕの端面１ｓを従来よりも鋭角になりにくい面取り形状にすることで、ウェハ１を最終的にデバイスサイズまでバックラップする際に発生するウェハ端部（ウェハ外周部）の欠けや、ウェハ１の割れを低減することができる。

これに対し、図４（ｂ）に示すように、従来の化合物半導体ウェハ７１は、ウェハ裏面研削後の裏面７１ｇと研削機８１の研削面のなす角が角θ７（＝５０°）となり、第１の実施形態のθ１よりも鋭角になる。このため、ウェハ７１の端面７１ｓと研削機８１が引っかかりやすくなり、ウェハ端部の欠け、割れ、破損が起こりやすい。

さらに、化合物半導体ウェハ１は、ウェハ１を厚さがかなり薄くなるまで研削しても、従来の化合物半導体ウェハ７１に比べ、研削後のウェハ１の裏面と研削機８１の研削面とのなす角が鋭角になりにくいため（詳細は後述する図６参照）、ウェハ１のさらなる薄型化が可能となり、デバイスの高性能、小型化が図れる。

また、化合物半導体ウェハ１は、ウェハ表面１ｕの面取り幅ｗ１が１００μｍであり、かつウェハ表面１ｕ側の面取り曲面の曲率半径Ｒ１が２５０μｍである。このため、面取り加工時におけるウェハ１の加工部分が従来よりも少なくなるため、面取り加工の作業性が向上する。

次に、第２の実施形態を説明する。

図５に示すように、化合物半導体ウェハ５１は、表面１ｕ側の端面１ｓにおいて、ウェハ裏面研削後の裏面１ｇと端面１ｓとの交線上にある端面５１ｓに接する接線ｔ５と、ウェハ裏面研削後の裏面１ｇとのなす角θ５が８０°であるものである。

さらに、化合物半導体ウェハ５１では、ウェハ表面１ｕの面取り幅ｗ５を１００μｍにし、かつウェハ表面１ｕ側の面取り曲面の曲率半径Ｒ５を１２５μｍにした。

この化合物半導体ウェハ５１は、図１の化合物半導体ウェハ１において、曲率半径Ｒ１を半分の曲率半径Ｒ５にしたものである。これにより、角θ５が８０°にまで大きくなるので、図４（ａ）で説明したように、ウェハ端部（ウェハ外周部）の欠けや、ウェハ１の割れをさらに低減することができる。

以上説明した本実施形態に係る図１の化合物半導体ウェハ１、および図５の化合物半導体ウェハ５１と、図９で説明した従来の化合物半導体ウェハ７１とを、実際の寸法において比較した拡大断面図を図６に示す。

図６に示すように、本実施形態に係る化合物半導体ウェハ１，５１は、従来の化合物半導体ウェハ７１に比べ、ウェハ裏面研削後の裏面１ｇと図４の研削機８１の研削面とのなす角が、従来よりも鋭角でなく、ウェハ裏面をウェハの厚さが１００μｍより薄くなるように研削しても、鋭角になりにくいことがよくわかる。また、面取り加工時におけるウェハの加工部分も従来よりも少ないことがよくわかる。

本発明の好適な第１の実施形態を示す化合物半導体ウェハの断面図である。 図１に示した化合物半導体ウェハの全体構成を示す断面図である。 図３（ａ）は図１に示した化合物半導体ウェハの面取り方法を説明する概略図、図３（ｂ）は従来の半導体ウェハの面取り方法を説明する概略図である。 図４（ａ）は図１に示した化合物半導体ウェハと研削機がなす角を説明する概略図、図４（ｂ）は従来の化合物半導体ウェハと研削機がなす角を説明する概略図である。 第２の実施形態を示す化合物半導体ウェハの断面図である。 図１および図５に示した化合物半導体ウェハと、従来の化合物半導体ウェハとを比較した断面図である。 従来の化合物半導体ウェハの研削プロセス終了後を示す断面図である。 従来の化合物半導体ウェハの研削プロセス時を示す概略図である。 従来の化合物半導体ウェハの断面図である。

符号の説明

１ 化合物半導体ウェハ
１ｕ 表面
１ｓ 端面
１ｇ 研削後の裏面
ｔ１ 研削後の裏面と端面との交線上にある接線
θ１ 研削後の裏面と接線とのなす角

Claims (4)

1. 化合物半導体結晶を切断して得られる半導体ウェハの角部を曲面状に面取りした端面を有する化合物半導体ウェハにおいて、エピタキシャル成長層が形成される上記ウェハの表面とは反対側の裏面に研削が施されており、該裏面と上記端面との交線上にある上記端面の接線と、上記裏面とのなす角が５０°を超え９０°以下であることを特徴とする化合物半導体ウェハ。
2. ウェハ表面の面取り幅を１００μｍ以上２５０μｍ未満にし、かつ上記ウェハ表面側の面取り曲面の曲率半径を１００μｍ以上２５０μｍ未満にした請求項１記載の化合物半導体ウェハ。
3. 上記半導体ウェハの外径が２００μｍ以上である請求項１または２記載の化合物半導体ウェハ。
4. 上記半導体ウェハの材料がＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＰのいずれかである請求項１〜３いずれかに記載の化合物半導体ウェハ。
   

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