JP3032979B2 - 円柱形単結晶の製造方法及び装置、並びに半導体ウェ―ハの切断方法 - Google Patents

円柱形単結晶の製造方法及び装置、並びに半導体ウェ―ハの切断方法

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JP3032979B2 JP11155419A JP15541999A JP3032979B2 JP 3032979 B2 JP3032979 B2 JP 3032979B2 JP 11155419 A JP11155419 A JP 11155419A JP 15541999 A JP15541999 A JP 15541999A JP 3032979 B2 JP3032979 B2 JP 3032979B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶格子のアライ
メント誤差が可能な限り小さい半導体材料の円柱形単結
晶を製造する方法及び装置に関する。本発明は、また、
ワイヤーソーイング（ｗｉｒｅｓａｗｉｎｇ）によって
２個以上の前記単結晶から半導体ウェーハを切断する方
法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体材料の円柱形単結晶の結晶格子に
は、或る特定のアライメント誤差があることが多い。単
結晶の結晶軸及び幾何学的軸が或る角度を成すとアライ
メント誤差が生じる。結晶軸は結晶格子の結晶学的方位
を定義する軸である。エレクトロニクス部品を製造する
には、例えば〈１００〉、〈５１１〉、〈１１０〉又は
〈１１１〉という結晶方位を持つシリコンの結晶を得る
ことが特に必要である。結晶軸の空間位置は、例えばド
イツ工業規格ＤＩＮ５０４３３（パート１）に記載され
ている方法によるＸ線の光学的方法を使って決められ
る。円柱形単結晶の幾何学的軸は、単結晶の中間を通る
単結晶の長軸に対応する。
【０００３】通常、各単結晶は、結晶格子にはアライメ
ント誤差があるかどうかを確認するために検証すること
が必要であり、半導体ウェーハを切断した時に所望の結
晶方位を持つ半導体ウェーハが得られるように単結晶を
通る断面が設定される。この方法は、特にきめ細かく行
なわれるが誤差が起きやすい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、正確に方位
が決められた結晶軸を持つ円柱形単結晶を得ることがで
きる方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、結晶格子、Ｘ
線光学的にその空間配置が確定される結晶軸及び幾何学
的軸を有する半導体材料の円柱形単結晶の製造方法にお
いて、 ａ）結晶格子のアライメント誤差が大きくても１．５°
に等しい単結晶が製造される工程； ｂ）前記単結晶が、ｘ、ｙ及びｚ軸からなる直交座標系
の２本の軸によって形成される２つの平面に垂直な２本
の回転軸に関して回転できるような方法で配置される工
程； ｃ）前記結晶軸が、ｘ、ｙ平面に平行で、かつ前記直交
座標系のｘ、ｚ平面に平行になるまで前記２本の回転軸
に関して回転する工程； ｄ）パッドが前記単結晶の両端部に装着される工程；並
びに ｅ）前記単結晶を研削機のパッドの間にクランプで固定
し、その側面が該単結晶の特定の直径になるまで前記２
本の結晶軸に関して回転して研削する工程から成ること
を特徴とする前記方法に関する。
【０００６】本発明は、また、本発明を実施するのに好
適な装置にも関する。本装置は、 ａ）前記単結晶の結晶軸の空間位置を確定するためのＸ
線ゴニオメーター； ｂ）前記単結晶が取り付けられ、かつｘ、ｙ及びｚ軸か
らなる直交座標系の２本の軸によって形成される２つの
平面に垂直である２本の回転軸に関して回転可能な回転
装置；並びに、 ｃ）パッドを前記単結晶の端部に装着する手段、を有す
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】本方法を実施するために、チョク
ラルスキー法（ＣＺ）を使って、又はフロートゾーン法
（ＦＺ）によって好適に作られた単結晶が提供されなけ
ればならない。単結晶を作るためには単結晶物質から分
離される好ましい種結晶を入手することが必要である。
種結晶を入手する場合、種結晶の結晶格子のアライメン
ト誤差は、大きくても１．５°であることに注意しなけ
ればならない。種結晶上に成長する単結晶のアライメン
ト誤差も同様に大きくても１．５°、好ましくは０．５
°であり、即ち、単結晶の幾何学的軸と単結晶の結晶軸
とがなす角度は前記した最大値を超えてはならない。
【０００８】本方法の工程ａ）によって生成する単結晶
は、本発明によると、ｘ、ｙ及びｚ軸からなる直交座標
系の２本の軸により形成される２つの平面に垂直な２本
の回転軸に関して回転できるように配置される。この位
置で結晶軸が直交座標系のｘ、ｙ平面に平行で、かつ
ｘ、ｚ平面に平行になるまで単結晶は回転軸に関して回
転させる。この回転軸は単結晶の中間点Ｌ／２で交差す
る（Ｌはこの単結晶の全長である）。交差する点が正確
に中間点Ｌ／２であり、研削された単結晶の全長Ｌと最
終直径とが与えられる時、回転軸の交差点がこの位置に
ある場合、結晶軸のアライメント誤差をなくすことがで
きるが、回転軸の交点が僅かでも別の位置では側面を研
削した時に所与の最終直径を小さくすることなく、矯正
することは出来ない。
【０００９】本方法を実施するのに好適なプロセス及び
装置を図面を参照しながら下記で詳細に説明する。
【００１０】図１に示す方法の実施態様では、単結晶１
は、９０°の角度を成し、Ｌ／２で交差する回転軸２及
び３に関して回転する。回転軸２は、直交座標系のｘ、
ｙ平面に垂直であり、回転軸３は、ｘ、ｚ平面に垂直で
ある。結晶軸４は、単結晶の幾何学的軸である。回転軸
２は、角度αに対応する角度で回転し、そして回転軸３
は、角度βに対応する角度で回転する。直交座標系の結
晶軸５の位置はＸ線光学によって確認される。その目的
に対しては、Ｘ線ゴニオメーターのビームは単結晶の一
方の端部を照射する。単結晶の回転は自動制御で実施し
てもよいし、オペレーターが行なってもよい。使用され
る制御変数は、結晶格子で散乱されるＸ線の強度であ
る。ｘ、ｙ平面に平行にアライメントされる時と、ｘ、
ｚ平面に平行にアライメントされる時に、各々、単結晶
を回転する過程で記録されるＸ線の強度が最大に達する
ように、Ｘ線ゴニオメーターはアライメントされるのが
好ましい。この場合、オペレーターは何ら問題無く単結
晶を回転して所望の位置にすることができる。
【００１１】図２に示す本方法の実施態様では、結晶軸
５がｘ、ｙ平面に垂直になるまで、先ず、単結晶は幾何
学的軸４に関して回転される。この幾何学的軸が直交座
標系のｙ、ｚ平面に垂直になるように単結晶が配置され
る。この図面によると、単結晶は角度α’で回転させな
ければならない。次に、単結晶１は角度β’で回転させ
る。選ばれる回転軸は、直交座標系のｘ、ｙ平面に垂直
な軸２である。単結晶を回転し終えると、結晶軸５は
ｘ、ｙ平面に平行で、かつｘ、ｚ平面に平行にアライメ
ントされる。
【００１２】図３には、図２を参照して説明した方法で
単結晶を回転するのに使用できる装置を示している。こ
の装置は、Ｘ線ゴニオメーター６、回転装置７、及びパ
ッド９を単結晶１の端部１０に装着するための手段８か
ら成っている。単結晶は、幾何学的軸４及び回転軸２に
関して回転できるように芯出しリング１１によって回転
装置に取り付けられている。アイリス絞りの内径のよう
に小さくできる内径を持つ芯出しリング１１を使うこと
は特に好ましい。幾何学的軸４は、直交座標系のｙ、ｚ
平面に垂直であり、回転軸２は、直交座標系のｘ、ｙ平
面に垂直である。この回転装置は、テーブル１４の上に
配置され、テーブルの上を直線状に、例えばＸ線ゴニオ
メーターをアライメントするために移動できる。このア
ライメントを更にしやすくするために、この回転装置が
直線状に移動して単結晶の端部１０が停止用ロールに触
れた時にこのアライメントが最適であるように配置され
た停止用ロール１５が取り付けられている。
【００１３】幾何学的軸４ではなく、直交座標系のｘ、
ｚ平面に垂直で、かつ好ましくはＬ／２で別の回転軸と
交差する回転軸に関して、この回転装置によって単結晶
が回転できるような方法でこの装置は容易に運転できる
ことは明かである。この場合、図１による本方法の実施
態様はこの装置を使って実施することができる。
【００１４】結晶軸が所望の方法でアライメントされる
と、パッド９は単結晶の端部１０に配置された後、その
端部に固定、好ましくは接着剤で接着される。側面が研
削機で研削されている時、パッドは、単結晶を間に夾ん
で固定する保持具となる。単結晶の側面が研削されてい
る時、結晶軸がパッドの中心を通り、しかも結晶軸が回
転軸でもあるように、両パッドは、単結晶の両端部に配
置される。パッドを両端部に配置するために、パッドが
単結晶の両端部に触れるまでパッドを結晶軸に沿って直
線状に移動させる機構１３がこの装置には取り付けてあ
る。パッドは単結晶の両端部に固定される前は磁性ボー
ル（ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ ｂａｌｌ）によって保持さ
れているのが好ましいことが判った。このことにより、
たとえ両端部が直交座標系のｙ、ｚ平面に正確に平行に
アライメントされなくても、パッドは正しい位置をその
まま保持することができる。
【００１５】本方法を実現させるために、単結晶の側面
１２は、単結晶が予め定められた最終直径になるまで研
削される。
【００１６】本発明による前述の方法で製造された単結
晶を直接かつ効率よく半導体ウェーハに分割できる。半
導体ウェーハは、ワイヤーソーによって充分な長さの単
結晶から、又はワイヤーウェブの幅に可能な限り幅広く
対応する長さとなる２個以上の比較的短い単結晶からソ
ーイング工具として使用されるワイヤーソーのワイヤー
ウェブの全幅を使って切断されるのが好ましい。特に２
個以上の単結晶のアライメントを矯正しようとする目的
には、このために必要な調製法は簡単で間違いは殆ど起
こり得ない。ワイヤーウェブの幅に可能な限り幅広く対
応する長さの単結晶は、各単結晶の側面がガイド部の縁
部で支えられるような方法でまっすぐなガイド部の縁部
に沿って平坦な支持体上で互いに隣接して配置される。
このガイド部の縁部は、単結晶を素速く、かつ簡単にア
ライメントするのに使用される。一旦、単結晶が支持体
に固定されてしまうと、このガイド部の縁部は取り外す
ことができる。例えば、単結晶を支持体に接着剤で接着
するとガイド部の縁部を取り外した後でも直線に沿って
その状態でアライメントされたままとなる。半導体ウェ
ーハの切断の過程で、ワイヤーソーのワイヤーウェブの
ソーイング部と、この線の間の角度を正確に調節するこ
とにより、正確に定義された結晶方位を持つ半導体ウェ
ーハを作ることができる。角度が、９０°の場合、結晶
方位は、円柱形単結晶の結晶方位に正確に対応する。９
０°とは異なる角度を用いることにより、アライメント
誤差を故意に発生させることもできる。
【００１７】以下に本発明の好ましい実施形態を列記す
る。 （１）結晶格子、Ｘ線光学的にその空間配置が確定され
る結晶軸及び幾何学的軸を有する半導体材料の円柱形単
結晶の製造方法において、 ａ）結晶格子のアライメント誤差が大きくても１．５°
に等しい単結晶が製造される工程； ｂ）前記単結晶が、ｘ、ｙ及びｚ軸からなる直交座標系
の２本の軸によって形成される２つの平面に垂直な２本
の回転軸に関して回転できるような方法で配置される工
程； ｃ）前記結晶軸が、ｘ、ｙ平面に平行で、かつ前記直交
座標系のｘ、ｚ平面に平行になるまで前記２本の回転軸
に関して回転する工程； ｄ）パッドが前記単結晶の両端部に装着される工程；並
びに ｅ）前記単結晶を研削機のパッドの間にクランプで固定
し、その側面が該単結晶の特定の直径になるまで前記２
本の結晶軸に関して回転して研削する工程から成ること
を特徴とする前記方法。 （２）直交座標系のｘ、ｙ平面に垂直な１本の軸が回転
軸として選ばれ、かつ前記直交座標系のｘ、ｚ平面に垂
直な１本の軸が回転軸として選ばれることを特徴とす
る、上記（１）に記載の方法。 （３）前記単結晶の幾何学的軸が回転軸として選ばれ、
かつ前記直交座標系のｘ、ｙ平面に垂直な１本の軸が回
転軸として選ばれることを特徴とする、上記（１）に記
載の方法。 （４）前記回転軸は前記単結晶の中間点Ｌ／２（但しＬ
は前記単結晶の全長である）で交差するように、前記単
結晶が配置されることを特徴とする、上記（１）ないし
（３）の何れか１項に記載の方法。 （５）結晶格子のアライメント誤差は大きくても１．５
°である種結晶が親結晶から分離され、そして前記単結
晶が前記種結晶上で成長することを特徴とする、上記
（１）ないし（４）の何れか１項に記載の方法。 （６）ワイヤーソーイングによる半導体ウェーハの製造
方法であって、２個以上の円柱形単結晶をワイヤーソー
のワイヤーガイドにより同時に加工する前記方法におい
て、前記単結晶が上記（１）ないし（５）の何れか１項
に記載の方法を使って製造されて同じ直径及び同じ結晶
方位を有し、かつワイヤーソーイング過程では前記単結
晶がその側面によって直線状ガイド縁部に保持されるよ
うに互いに隣接して配置されることを特徴とする前記方
法。 （７）結晶格子のアライメント誤差が可能な限り小さい
半導体材料の円柱形単結晶を製造する装置において、 ａ）前記単結晶の結晶軸の空間位置を確定するためのＸ
線ゴニオメーター； ｂ）前記単結晶が取り付けられ、かつｘ、ｙ及びｚ軸か
らなる直交座標系の２本の軸によって形成される２つの
平面に垂直である２本の回転軸に関して回転可能な回転
装置；並びに、 ｃ）パッドを前記単結晶の端部に装着する手段、を有す
ることを特徴とする前記装置。 （８）前記回転装置が直線状に移動できるように取り付
けられるテーブルを有することを特徴とする、上記
（７）に記載の装置。 （９）前記Ｘ線ゴニオメーターが所望の方法でアライメ
ントされることを確実に行なう手段を有することを特徴
とする、上記（７）又は（８）に記載の装置。（１０）
前記単結晶の側面の周りに配置される芯出しリングを有
することを特徴とする、上記（７）ないし（９）の何れ
か１項に記載の装置。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正確に方位が決められた結晶軸を持つ円柱形単結晶を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶格子のアライメント誤差を可能な限り小さ
くするために、本方法の第１の実施態様により単結晶を
空間的に移動させる方法を示す概略図である。
【図２】本方法の別の実施態様による前記の作業を実現
する方法を示す図である。
【図３】本発明による方法を実施するのに好ましい装置
を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 単結晶 ２、３ 回転軸 ４ 単結晶の幾何学的軸 ５ 結晶軸 ６ Ｘ線ゴニオメーター ７ 回転装置 ９ パッド １１ 芯出しリング
フロントページの続き (72)発明者 ホルガー・ルント ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン，ル ートヴィヒ−トーマ−シュトラーセ 13 (72)発明者 クリステャン・アンドレ ドイツ連邦共和国 ティスリング，アダ ルバート−シュティファー−シュトラー セ ７ (72)発明者 ヨセフ・フルム ドイツ連邦共和国 フリードルフィン グ，オベラウ １ (56)参考文献 特開 平11−37958（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−182299（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−281549（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−129505（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−139174（ＪＰ，Ａ) 特表 昭60−502270（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶格子、Ｘ線光学的にその空間配置が
    確定される結晶軸及び幾何学的軸を有する半導体材料の
    円柱形単結晶の製造方法において、 ａ）結晶格子のアライメント誤差が大きくても１．５°
    に等しい単結晶が製造される工程； ｂ）前記単結晶が、ｘ、ｙ及びｚ軸からなる直交座標系
    の２本の軸によって形成される２つの平面に垂直な２本
    の回転軸に関して回転できるような方法で配置される工
    程； ｃ）前記結晶軸が、ｘ、ｙ平面に平行で、かつ前記直交
    座標系のｘ、ｚ平面に平行になるまで前記２本の回転軸
    に関して回転する工程； ｄ）パッドが前記単結晶の両端部に装着される工程；並
    びに ｅ）前記単結晶を研削機のパッドの間にクランプで固定
    し、その側面が該単結晶の特定の直径になるまで前記２
    本の結晶軸に関して回転して研削する工程から成ること
    を特徴とする前記方法。
  2. 【請求項２】 ワイヤーソーイングによる半導体ウェー
    ハの製造方法であって、２個以上の円柱形単結晶をワイ
    ヤーソーのワイヤーガイドにより同時に加工する前記方
    法において、前記単結晶が請求項１に記載の方法を使っ
    て製造されて同じ直径及び同じ結晶方位を有し、かつワ
    イヤーソーイング過程では前記単結晶がその側面によっ
    て直線状ガイド縁部に保持されるように互いに隣接して
    配置されることを特徴とする前記方法。
  3. 【請求項３】 結晶格子のアライメント誤差が可能な限
    り小さい半導体材料の円柱形単結晶を製造する装置にお
    いて、 ａ）前記単結晶の結晶軸の空間位置を確定するためのＸ
    線ゴニオメーター； ｂ）前記単結晶が取り付けられ、かつｘ、ｙ及びｚ軸か
    らなる直交座標系の２本の軸によって形成される２つの
    平面に垂直である２本の回転軸に関して回転可能な回転
    装置；並びに、 ｃ）パッドを前記単結晶の端部に装着する手段、を有す
    ることを特徴とする前記装置。
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