JP5343400B2 - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ及びその製造方法に関する。

シリコンインゴット等の半導体インゴットから切り出された半導体ウェーハ（以下単に「ウェーハ」ともいう）には、その結晶方位を識別するための方位識別マークがウェーハの周縁部に付与される。方位識別マークは、例えば、各種加工装置へのウェーハの位置合わせ（アライメント）等のために使用される。従来の方位識別マークとしては、オリエンテーションフラット（以下「ＯＦ」ともいう）、ノッチ、レーザーマークなどが用いられている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。

特開２００５−１９５７９号公報 特開２００１−１６０５２７号公報 特開平１０−２５６１０５号公報

しかし、前述したＯＦ、ノッチ、レーザーマークなどの方位識別マークを有するウェーハにおいては、例えば、ウェーハの搬送時（特にウェーハが撓んで）、ウェーハの加工時（熱処理時など）において、ウェーハにおけるマークの周辺部に応力が集中して、ウェーハに割れやスリップが発生しやすい。このような問題点は、ウェーハの大口径化が進むにつれて一層顕著となると考えられる。

従って、本発明は、半導体ウェーハに結晶方位を識別するための方位識別マークを設けなくても、半導体ウェーハの結晶方位を識別することができる半導体ウェーハ及びその製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の半導体ウェーハは、厚み方向の形状が楕円の半導体ウェーハであって、前記楕円における長径と短径との差が２０μｍ以上４００μｍ以下であり、前記楕円における長軸方向又は短軸方向を結晶方位として利用可能であることを特徴とする。

（２）本発明の半導体ウェーハの製造方法は、晶癖線を有する半導体インゴットに対して、該晶癖線を結晶方位として利用して該半導体インゴットの中心軸に直交する直交平面に対して傾斜させてスライスすることにより、前記晶癖線を有する半導体ウェーハを得る第１スライス加工工程と、前記第１スライス加工工程により得られた前記半導体ウェーハに対して、前記晶癖線を除去することにより、厚み方向の形状が楕円の半導体ウェーハを得る晶癖線除去工程と、を有することを特徴とする。

（３）また、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、半導体インゴットに対して、その中心軸に直交する直交平面に沿って切断した直交断面が真円形状となるように真円加工を行う真円加工工程と、前記真円加工工程を経た前記半導体インゴットにおける真円形状の周面の一部を除去して、該半導体インゴットの周面に凹状目印を形成する凹状目印形成工程と、前記凹状目印形成工程を経た前記半導体インゴットを前記直交平面に平行にスライスして、前記凹状目印を有する半導体ウェーハを得る第２スライス加工工程と、前記第２スライス加工工程により得られた前記半導体ウェーハに対して、前記凹状目印が消滅するように面取り加工を行うことにより、厚み方向の形状が楕円の半導体ウェーハを得る面取り工程と、を有することを特徴とする。

（４）また、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、半導体インゴットに対してその中心軸に直交する直交平面に沿って切断した直交断面が楕円形状となるように楕円加工を行う楕円加工工程と、前記楕円加工工程を経た前記半導体インゴットを前記直交平面に平行にスライスして厚み方向の形状が楕円の半導体ウェーハを得る第３スライス加工工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、半導体ウェーハに結晶方位を識別するための方位識別マークを設けなくても、半導体ウェーハの結晶方位を識別できる半導体ウェーハ及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の半導体ウェーハの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の半導体ウェーハ１の一実施形態を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は半導体ウェーハ１の厚み方向から視た図、（ｃ）は半導体ウェーハ１の径方向から視た図である。

本実施形態の半導体ウェーハ（以下単に「ウェーハ」ともいう）１は、厚み方向Ｄ３の形状が楕円である。図１に示すように、楕円とは、平面上のある２個の定点（焦点）Ｐ，Ｐからの距離の和が一定となるような点の集合から作られる曲線である。また、楕円の内側における２個の焦点Ｐ，Ｐを通る直線（線分）を「長軸」Ｊ１という。長軸Ｊ１の長さを長径Ｋ１という。楕円の内側における長軸Ｊ１の垂直二等分線の線分を「短軸」Ｊ２という。短軸Ｊ２の長さを短径Ｋ２という。

また、本実施形態のウェーハ１は、楕円における長径Ｋ１と短径Ｋ２との差が２０μｍ以上４００μｍ以下であり、楕円における長軸方向Ｄ１又は短軸方向Ｄ２を結晶方位として利用可能である。
長径Ｋ１と短径Ｋ２との差を２０μｍ以上とした理由は、長径Ｋ１と短径Ｋ２との差が２０μｍ未満であると、長径Ｋ１と短径Ｋ２との差の小さ過ぎて、長軸方向Ｄ１又は短軸方向Ｄ２を結晶方位として利用することができないからである。長径Ｋ１と短径Ｋ２との差は、好ましくは５０μｍ以上である。

また、長径Ｋ１と短径Ｋ２との差を４００μｍ以下とした理由は、次の通りである。長径Ｋ１と短径Ｋ２との差が４００μｍ超であると、長径Ｋ１と短径Ｋ２との差が大き過ぎて、厚み方向Ｄ３の形状が真円のウェーハのために構成された製造装置に適用すること困難となる。例えば、ウェーハのハンドリングが困難となる。

本実施形態のウェーハ１においては、楕円における長軸方向Ｄ１及び短軸方向Ｄ２の両方向を結晶方位として利用することができる。

また、本実施形態のウェーハ１は、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハからなる。
本実施形態のウェーハ１においては、長径Ｋ１は、例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍである。ここで、ウェーハ１の長径Ｋ１は、製造時の目標値としての数値であり、製造時の許容誤差等を含むものである。
本実施形態のウェーハ１における厚みｔ（図１（ｃ）参照）は、適宜設定されるが、例えば、７２５μｍ以上９００μｍ以下である。

本実施形態のウェーハ１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態のウェーハ１においては、厚み方向Ｄ３の形状が楕円であり、楕円における長軸方向Ｄ１又は短軸方向Ｄ２を結晶方位として利用可能である。そのため、光学センサーなどを利用することにより、ウェーハ１に結晶方位を識別するための方位識別マークを設けなくても、ウェーハ１の結晶方位を識別することができる。

また、本実施形態のウェーハ１においては、厚み方向Ｄ３の形状の楕円における長径Ｋ１と短径Ｋ２との差が２０μｍ以上４００μｍ以下である。そのため、厚み方向Ｄ３の形状が真円のウェーハのために構成された製造装置に適用することが比較的容易である。例えば、ウェーハのハンドリングが容易である。また、後述する第１実施態様のウェーハの製造方法のように、半導体インゴットをその中心軸に直交する直交平面に対して傾斜させてスライスしてウェーハを得る場合にも、結晶方位の許容誤差の範囲内に収めることが容易である。

次に本発明のウェーハの製造方法の実施態様（第１〜第３実施態様）について、図面を参照しながら説明する。

〔第１実施態様〕
図２は、本発明の半導体ウェーハの第１実施態様を示すフローチャートである。図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第１実施態様のウェーハの製造方法の一部を順次示す図である。
図２に示すように、第１実施態様の半導体ウェーハの製造方法は、下記工程を備える。

（Ｓ１）単結晶インゴット成長工程
まず、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）等により単結晶の半導体インゴットを成長させる。

（Ｓ２）外形研削工程
単結晶インゴット成長工程Ｓ１を経て成長した半導体インゴットは、先端部及び終端部が切断される。そして、未研削の半導体インゴット２について、１本の晶癖線２１を残して、周面を真円形状に研削する。これにより、図３（ａ）に示すように、１本の晶癖線２１を有する半導体インゴット２が得られる。半導体インゴット２は、晶癖線２１を除き、その中心軸２２に直交する直交平面に沿って切断した直交断面が真円形状となっている。

（Ｓ３）第１スライス加工工程
図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、晶癖線２１を有する半導体インゴット２に対して、晶癖線２１を結晶方位として利用して、半導体インゴット２の中心軸２２に直交する直交平面に対して傾斜させてスライスする。スライスには、例えばワイヤソーＷＳが用いられる。これにより、図３（ｄ）に示すように、晶癖線２１を有するウェーハ１Ａが得られる。ウェーハ１Ａは、直交断面が真円形状の半導体インゴット２を、直交平面に対して傾斜させてスライスして得られるものであるため、晶癖線２１を除き、厚み方向Ｄ３の形状が楕円形状となっている。

（Ｓ２１）晶癖線除去工程
第１スライス加工工程Ｓ３により得られたウェーハ１Ａに対して、晶癖線２１を除去する。晶癖線２１は、例えば、面取り用砥石により研削されて除去される。これにより、図３（ｅ）に示すように、厚み方向Ｄ３の形状が楕円のウェーハ１が得られる。
なお、晶癖線の除去は、後述する面取り工程Ｓ４において併せて行うこともできる。

（Ｓ４）面取り工程
第１スライス加工工程Ｓ３を経て得られたウェーハ１には、ウェーハ１の周縁部の欠けやチッピングを防止するためにウェーハの外周部に面取り加工が行われる。例えば、ウェーハの外周部が面取り用砥石により所定の形状に面取りされる。これにより、ウェーハの外周部は、所定の丸みを帯びた形状に成形される。

（Ｓ５）ラッピング工程
面取り工程Ｓ４を経たウェーハに対して、スライス加工等の工程で生じたウェーハにおける表裏面の凹凸層が、ラッピングにより平坦化される。ラッピング工程では、ウェーハを、互いに平行なラッピング定盤の間に配置し、ラッピング定盤とウェーハとの間に、アルミナ砥粒、分散剤、水の混合物であるラッピング液を流し込む。そして、加圧下で回転・すり合わせを行ない、ウェーハ表裏両面がラッピングされる。これにより、ウェーハにおける表裏面の平坦度とウェーハの平行度が高まる。

（Ｓ６）エッチング工程
ラッピング工程Ｓ５を経たウェーハは、エッチング液にディップされてエッチングされる。エッチング工程では、ウェーハをスピンしながらウェーハの表面にエッチング液を供給して、供給したエッチング液をスピンによる遠心力によりウェーハ表面全体に拡げてウェーハ表面全体をエッチングし、ウェーハ表面の表面粗さＲａを所定の表面粗さに制御する。このエッチング工程では、面取り工程Ｓ４やラッピング工程Ｓ５のような機械加工プロセスによって導入された加工変質層をエッチングによって完全に除去する。

（Ｓ７）外周研磨工程
エッチング工程Ｓ６を経たウェーハは、外周部が外周研磨される。これにより、ウェーハの面取り面が鏡面仕上げされる。外周研磨工程では、ウェーハの面取り面に研磨液を供給しながら、軸線回りに回転している研磨布の外周面にウェーハの面取り面を押し付けて、鏡面に研磨する。

（Ｓ８）一次研磨工程
外周研磨工程Ｓ７を経たウェーハには、表裏面を同時に研磨する両面同時研磨装置を用いて、表面の粗研磨としての一次研磨が行われる。

（Ｓ９）二次研磨（鏡面研磨）工程
一次研磨工程Ｓ８を経たウェーハには、表裏面を同時に研磨する両面同時研磨装置を用いて、鏡面研磨としての二次研磨が行われる。なお、本実施態様における一次研磨工程Ｓ８及び二次研磨工程Ｓ９では、両面同時研磨によってウェーハの表裏面を同時に研磨しているが、この両面同時研磨の代わりに、ウェーハの表裏面を片面ずつ研磨する片面研磨によってウェーハを研磨してもよい。

（Ｓ１０）仕上げ洗浄工程
二次研磨（鏡面研磨）工程Ｓ９を経たウェーハは、仕上げ洗浄される。例えば、ＲＣＡ洗浄液により洗浄される。

（Ｓ１１）平坦度測定
仕上げ洗浄工程Ｓ１０を経たウェーハは、研磨の仕上がり具合を平坦度として測定される。

前記各工程を経ることにより、厚み方向Ｄ３の形状が楕円で、楕円における長径Ｋ１と短径Ｋ２との差が２０μｍ以上４００μｍ以下であり、楕円における長軸方向Ｄ１又は短軸方向Ｄ２を結晶方位として利用可能である半導体ウェーハ１を得ることができる。
本実施態様のウェーハの製造方法によれば、前記実施形態のウェーハ１を容易に製造することができる。

次に、本発明の半導体ウェーハの他の実施態様である第２実施態様及び第３実施態様について説明する。他の実施態様については、主として、第１実施態様とは異なる点を説明し、第１実施態様と同様の構成について同じ符号を付し、説明を省略する。他の実施態様について特に説明しない点については、第１実施態様についての説明が適宜適用される。他の実施態様においても、第１実施態様と同様の効果が奏される。

第２実施態様及び第３実施態様においては、単結晶インゴット成長工程Ｓ１、及びラッピング工程Ｓ５以降の工程は、第１実施態様における単結晶インゴット成長工程Ｓ１、及びラッピング工程Ｓ５以降の工程と同様である。従って、第２実施態様及び第３実施態様については、単結晶インゴット成長工程Ｓ１とラッピング工程Ｓ５との間の工程のみを説明する。

〔第２実施態様〕
図４は、本発明の半導体ウェーハの第２実施態様を示すフローチャートである。図５（ａ）〜図５（ｃ）及び図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第２実施態様のウェーハの製造方法の一部を順次示す図である。

第２実施態様のウェーハの製造方法は、図４に示すように、第１実施態様のウェーハの製造方法に比して、外形研削工程Ｓ２、第１スライス加工工程Ｓ３、晶癖線除去工程Ｓ２１及び面取り工程Ｓ４に代えて、真円加工工程Ｓ２’、凹状目印形成工程Ｓ２２、第２スライス加工工程Ｓ３’及び面取り工程Ｓ４’を備える点が主として異なる。

（Ｓ２’）真円加工工程（外形研削工程）
単結晶インゴット成長工程Ｓ１を経て成長した半導体インゴットは、先端部及び終端部が切断される。そして、図５（ａ）に示すように、半導体インゴットに対して、その中心軸２２に直交する直交平面に沿って切断した直交断面が真円形状となるように真円加工が行われる。これにより、直交断面が真円形状の半導体インゴット２Ａが得られる。

（Ｓ２２）凹状目印形成工程
真円加工工程Ｓ２’を経た半導体インゴット２Ａは、真円形状の周面の一部が除去される。これにより、図５（ｂ）に示すように、半導体インゴット２Ａの周面に凹状目印２３が形成され、凹状目印２３を有する半導体インゴット２Ｂが得られる。
凹状目印２３は、半導体インゴット２Ｂにおける中心軸２２が延びる方向全長に亘って形成される。凹状目印２３の深さ（ウェーハ１の径方向の最大深さ）は、例えば、１０００μｍ〜２０００μｍであり、好ましくは、１０００μｍ〜１５００μｍである。凹状目印２３は、例えば、尖鋭な凹み状、丸みを帯びた凹み状を有する。なお、真円形状の周面を有する半導体インゴット２Ｂの位置合わせ（アライメント）には、例えば、Ｘ線回折装置が用いられる。

（Ｓ３’）第２スライス加工工程
凹状目印形成工程Ｓ２２を経た半導体インゴット２Ｂは、図５（ｃ）及び図６（ａ）に示すように、中心軸２２に直交する直交平面に平行にスライスされる。スライスには、例えばワイヤソーＷＳが用いられる。これにより、図６（ｂ）に示すように、凹状目印２３を有するウェーハ１Ｂが得られる。ウェーハ１Ｂは、厚み方向Ｄ３の形状が、凹状目印２３を除き、真円形状である。

（Ｓ４’）面取り工程
第２スライス加工工程Ｓ３’を経て得られたウェーハ１Ｂには、ウェーハ１Ｂの周縁部の欠けやチッピングを防止すると共に凹状目印２３を除去するために、ウェーハ１Ｂの外周部に面取り加工が行われる。例えば、ウェーハ１Ｂの外周部が面取り用砥石により所定の形状に面取りされる。ここで、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ウェーハ１の外周部は、楕円状に成形される。ここで、ウェーハ１Ｂの外周部における凹状目印２３が位置する領域及びその周方向反対側の領域は、ウェーハ１の径方向に多く研削され、その結果、凹状目印２３が消滅する。このように、凹状目印２３が消滅するように面取り加工を行うことにより、図６（ｃ）に示すように、厚み方向Ｄ３の形状が楕円の半導体ウェーハ１が得られる。

〔第３実施態様〕
図７は、本発明の半導体ウェーハの第３実施態様を示すフローチャートである。図８（ａ）〜図８（ｄ）は、第３実施態様のウェーハの製造方法の一部を順次示す図である。

第３実施態様のウェーハの製造方法は、図７に示すように、第１実施態様のウェーハの製造方法に比して、外形研削工程Ｓ２、第１スライス加工工程Ｓ３、晶癖線除去工程Ｓ２１及び面取り工程Ｓ４に代えて、楕円加工工程Ｓ２”、第３スライス加工工程Ｓ３”及び面取り工程Ｓ４”を備える点が主として異なる。

（Ｓ２”）楕円加工工程（外形研削工程）
単結晶インゴット成長工程Ｓ１を経て成長した半導体インゴットは、先端部及び終端部が切断される。そして、半導体インゴット２には、その中心軸２２に直交する直交平面に沿って切断した直交断面が楕円形状となるように楕円加工が行われる。これにより、図８（ａ）に示すように、直交断面が楕円形状の半導体インゴット２Ｃが得られる。

（Ｓ３”）第３スライス加工工程
楕円加工工程Ｓ２”を経た半導体インゴット２Ｃは、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、中心軸２２に対して直交する直交平面に平行にスライスされる。スライスには、例えばワイヤソーＷＳが用いられる。これにより、図８（ｄ）に示すように、厚み方向Ｄ３の形状が楕円のウェーハ１が得られる。

（Ｓ４”）面取り工程
第３スライス加工工程Ｓ３”を経て得られたウェーハ１には、ウェーハ１の周縁部の欠けやチッピングを防止するためにウェーハ１の外周部に面取り加工が行われる。例えば、ウェーハ１の外周部が面取り用砥石により所定の形状に面取りされる。これにより、ウェーハ１の外周部は、所定の丸みを帯びた形状に成形される。

以上、本発明の半導体ウェーハの実施形態及び本発明の半導体ウェーハの製造方法の実施態様について説明したが、本発明は、前述した実施形態及び実施態様に制限されるものではない。
例えば、半導体インゴットのスライスは、ワイヤソー以外の手段により行うことができる。

本発明の半導体ウェーハ１の一実施形態を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は半導体ウェーハ１の厚み方向から視た図、（ｃ）は半導体ウェーハ１の径方向から視た図である。 本発明の半導体ウェーハの第１実施態様を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、第１実施態様のウェーハの製造方法の一部を順次示す図である。 本発明の半導体ウェーハの第２実施態様を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、第２実施態様のウェーハの製造方法の一部を順次示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第２実施態様のウェーハの製造方法の一部を順次示す図である。 本発明の半導体ウェーハの第３実施態様を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、第３実施態様のウェーハの製造方法の一部を順次示す図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 半導体ウェーハ
２、２Ａ、２Ｂ 半導体インゴット
２１ 晶癖線
２２ 中心軸
２３ 凹状目印
Ｄ１ 長軸方向
Ｄ２ 短軸方向
Ｄ３ 厚み方向
Ｋ１ 長径
Ｋ２ 短径
Ｓ２’ 真円加工工程
Ｓ２” 楕円加工工程
Ｓ３ 第１スライス加工工程
Ｓ３’ 第２スライス加工工程
Ｓ３” 第３スライス加工工程
Ｓ４’ 面取り工程
Ｓ２１ 晶癖線除去工程
Ｓ２２ 凹状目印形成工程

Claims (4)

1. 厚み方向に視た形状が楕円であり且つ前記楕円における長軸方向又は短軸方向を結晶方位として利用可能である半導体ウェーハの製造方法であって、
   少なくとも、半導体インゴットに対して、該半導体インゴットの中心軸に直交する直交平面に対して傾斜させてスライスするスライス加工工程を行うことにより、厚み方向に視た形状が楕円の半導体ウェーハを得る製造方法であり、
   晶癖線を有する半導体インゴットに対して、該晶癖線を結晶方位として利用して該半導体インゴットの中心軸に直交する直交平面に対して傾斜させてスライスすることにより、前記晶癖線を有する半導体ウェーハを得る前記スライス加工工程としての第１スライス加工工程と、
   前記第１スライス加工工程により得られた前記半導体ウェーハに対して、前記晶癖線を除去することにより、厚み方向に視た形状が楕円の半導体ウェーハを得る晶癖線除去工程と、を有することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
2. 厚み方向に視た形状が楕円であり且つ前記楕円における長軸方向又は短軸方向を結晶方位として利用可能である半導体ウェーハの製造方法であって、
   少なくとも、半導体インゴットに対して、該半導体インゴットの中心軸に直交する直交平面に平行にスライスするスライス加工工程を行うことにより、厚み方向に視た形状が楕円の半導体ウェーハを得る製造方法であり、
   半導体インゴットに対して、その中心軸に直交する直交平面に沿って切断した直交断面が真円形状となるように真円加工を行う真円加工工程と、
   前記真円加工工程を経た前記半導体インゴットにおける真円形状の周面の一部を除去して、該半導体インゴットの周面に凹状目印を形成する凹状目印形成工程と、
   前記凹状目印形成工程を経た前記半導体インゴットを前記直交平面に平行にスライスして、前記凹状目印を有する半導体ウェーハを得る前記スライス加工工程としての第２スライス加工工程と、
   前記第２スライス加工工程により得られた前記半導体ウェーハに対して、前記凹状目印が消滅するように面取り加工を行うことにより、厚み方向に視た形状が楕円の半導体ウェーハを得る面取り工程と、を有することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
3. 厚み方向に視た形状が楕円であり且つ前記楕円における長軸方向又は短軸方向を結晶方位として利用可能である半導体ウェーハの製造方法であって、
   少なくとも、半導体インゴットに対して、該半導体インゴットの中心軸に直交する直交平面に平行にスライスするスライス加工工程を行うことにより、厚み方向に視た形状が楕円の半導体ウェーハを得る製造方法であり、
   半導体インゴットに対してその中心軸に直交する直交平面に沿って切断した直交断面が楕円形状となるように楕円加工を行う楕円加工工程と、
   前記楕円加工工程を経た前記半導体インゴットを前記直交平面に平行にスライスして厚み方向に視た形状が楕円の半導体ウェーハを得る前記スライス加工工程としての第３スライス加工工程と、を有することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
4. 前記厚み方向に視た形状が楕円の半導体ウェーハにおいて前記楕円における長径と短径との差は、２０μｍ以上４００μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の半導体ウェーハの製造方法。

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