JP5462893B2 - シリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス、ウェハーの製造方法及びそのウェハー - Google Patents
シリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス、ウェハーの製造方法及びそのウェハー Download PDFInfo
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Description
本発明は、表面ナノ構造プロセスに関し、特に、シリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス、ウェハーの製造方法及びそのウェハーに関するものである。
日常生活によく使用されている情報製品やデジタル家電、例えば、携帯電話、コンピューターのマザーボード、マイクロプロセッサ、メモリ、デジタルカメラ、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタント）などの電子製品は全てＩＣ半導体からなる算術演算ユニットを有する。ＩＣ（Integrate circuit；集積回路）とは、ウェハーが様々な半導体プロセスを通すことによって製造された特定の電気特性を有する電子素子を指すものである。
半導体加工プロセスは、初期の結晶成長、スライス（切断）、ラッピング（粗研磨）、ポリッシング（鏡面研磨）、洗浄などのプロセスを含む。シリコンインゴットをスライス（切断）してウェハーを形成するプロセスは、ウェハーの生産数量に係るだけではなく、半導体の後段プロセスにおけるチップの生産数量にも大きな影響を与える。
そこで、シリコンインゴットのスライスの歩留まりや品質を向上できれば、半導体産業の経済的価値を高めることができる。
そこで、シリコンインゴットのスライスの歩留まりや品質を向上できれば、半導体産業の経済的価値を高めることができる。
一般的に、シリコンウェハーのプロセスにおいて、先ず、シリコンインゴットに対して機械加工を行い、例えば、シリコンインゴットの外周表面をグラインド加工して、シリコンインゴットをスライスする。但し、このような機械加工プロセスにおいて、高脆性のシリコンインゴットは高い不良率が生じる恐れがある。その主な原因は、高脆性のシリコンインゴットをスライスする際に、カッターによるストレスによってシリコンインゴットの表面に亀裂が生じ、スライスされたウェハーのエッジに微細な割れやクラックが生じることで、後段プロセスにおいてウェハーが割れやすいためであり、ウェハープロセスの歩留まりに大きな悪影響を与える。
また、スライスしたウェハーは各種の加工プロセスにおいて外力を受けることもあるため、外力がウェハーの最大負荷を超えると、若しくは、ストレスが集中しすぎると、ウェハーが割れたり、クラック、亀裂又は断裂したりするなどの不具合が生じるため、ウェハーの生産プロセスの歩留まりが低減してしまう。
本発明の目的は、シリコンインゴットをスライスする前に、シリコンインゴットの表面に対して改質を行うことによって、シリコンインゴットの表面にナノ構造を有する微細構造層が形成され、ナノ構造を有する微細構造層によってシリコンインゴットの表面強度を向上させると共にスライスによるウェハーのチッピング率を低減することができるシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス、ウェハーの製造方法及びそのウェハーを提供することにある。
本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスにおいて、シリコンインゴットに対してスライス工程を行う前に、シリコンインゴットの少なくとも一つの表面に対して表面処理工程を行うことで、シリコンインゴットの当該表面にナノ構造を有する微細構造層を形成する。
本発明に係るウェハーの製造方法は、初期シリコンインゴットを加工して粘着面を有するシリコンインゴットを成形する工程と、シリコンインゴットの粘着面にナノ構造を有する微細構造層を形成する表面処理工程と、シリコンインゴットの粘着面の微細構造層に接続層を成形し、接続層によってシリコンインゴットを載置ユニットに載置固定する工程と、シリコンインゴットをスライスするスライス工程と、を含む。
ここで注意すべき点は、本発明における「シリコンインゴット」と「初期シリコンインゴット」の用語が汎用の名詞に過ぎず、実務において、当業者が異なる結晶態様のシリコンインゴット若しくは各段階の加工プロセスを行ったシリコンインゴットに対して特定の名称を与えることがあるが、本発明における「シリコンインゴット」と「初期シリコンインゴット」の字義がそれらの名称も含むことは当業者に自明なことである。
ここで注意すべき点は、本発明における「シリコンインゴット」と「初期シリコンインゴット」の用語が汎用の名詞に過ぎず、実務において、当業者が異なる結晶態様のシリコンインゴット若しくは各段階の加工プロセスを行ったシリコンインゴットに対して特定の名称を与えることがあるが、本発明における「シリコンインゴット」と「初期シリコンインゴット」の字義がそれらの名称も含むことは当業者に自明なことである。
本発明に係るウェハーの製造方法は、初期シリコンインゴットを加工してシリコンインゴットを成形する工程と、シリコンインゴットの表面にナノ構造を有する微細構造層を形成する表面処理工程と、微細構造層に接続層を形成し、接続層によってシリコンインゴットを載置ユニットに載置固定する工程と、シリコンインゴットをスライスするスライス工程と、を含む。
本発明に係るウェハーは、シリコンインゴットをスライスして形成されたものであり、隣接する二つのダイシングラインで定義された少なくとも一つの側面を有しており、当該側面にはナノ構造を有する微細構造層が形成される。
本発明によれば、下記の効果を奏することができる。
本発明において、表面処理方法でシリコンインゴットの少なくとも一つの表面に対して表面改質を行うことでシリコンインゴットの表面に微細のナノ構造層を形成するため、ナノ構造層は、シリコンインゴットの表面の特性に影響を与えることがない。
また、ナノ構造層はシリコンインゴットをスライスする際にカッターによるストレスを解放することができるため、シリコンインゴットの表面の機械強度を有効に向上させることができ、シリコンインゴットをスライスする際にシリコンインゴットやウェハーのエッジに割れ（チッピング率）やクラックなどの不具合を低減することができる。
本発明において、表面処理方法でシリコンインゴットの少なくとも一つの表面に対して表面改質を行うことでシリコンインゴットの表面に微細のナノ構造層を形成するため、ナノ構造層は、シリコンインゴットの表面の特性に影響を与えることがない。
また、ナノ構造層はシリコンインゴットをスライスする際にカッターによるストレスを解放することができるため、シリコンインゴットの表面の機械強度を有効に向上させることができ、シリコンインゴットをスライスする際にシリコンインゴットやウェハーのエッジに割れ（チッピング率）やクラックなどの不具合を低減することができる。
以下、本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、本発明の技術内容をより分かりやすく説明し、本発明の理解を助けるための実施例を挙げたに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに開示された実施形態以外にも、本発明の技術的思想に基づく他の変形例も実施可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に自明なことである。
本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス、ウェハーの製造方法は、表面ナノ構造プロセスにおいて、シリコンインゴットに対してスライス工程を行う前に、シリコンインゴットの少なくとも一つの表面に対して表面処理工程を行うことで、シリコンインゴットの当該表面にナノ構造を有する微細構造層を形成する。微細構造層はストレスを解放する機能を有するため、シリコンインゴットをスライスするスライス工程のチッピング率を低減でき、ウェハー製造の歩留まりと品質を向上できる。
本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスにおいて、ウェットエッチング方式でシリコンインゴットの表面に対して表面改質処理を行うことによって、シリコンインゴットの表面にナノ構造を形成する。ナノ構造は、例えば、ナノ針状構造、ナノ柱状構造などの構造である。
ここで、ナノ構造の形態は、草状（grasslike）構造に類似するため、シリコン草（silicon grass）構造とも言う。また、表面改質処理されたシリコンインゴットの表面は目視で黒色に近いため、ブラックシリコン現象と称する。即ち、入射光がほとんどシリコンインゴットの表面に吸収されるため、好ましい反射防止特性を有する。
但し、他の実施例において、例えばプラズマなどのドライエッチング方式でシリコンインゴットの表面に対して表面改質処理を行うようにしてもよい。
ここで、ナノ構造の形態は、草状（grasslike）構造に類似するため、シリコン草（silicon grass）構造とも言う。また、表面改質処理されたシリコンインゴットの表面は目視で黒色に近いため、ブラックシリコン現象と称する。即ち、入射光がほとんどシリコンインゴットの表面に吸収されるため、好ましい反射防止特性を有する。
但し、他の実施例において、例えばプラズマなどのドライエッチング方式でシリコンインゴットの表面に対して表面改質処理を行うようにしてもよい。
図１に示すように、本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスは下記のステップを含む。
ステップＳ１０１において、エッチング液を調製する。実施例において、フッ化水素酸（ＨＦ）溶液、水（即ち、溶剤）、硝酸銀（ＡｇＮＯ3）溶液及び過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）溶液を使用して、所定の割合で混合する。また、これらの溶液の濃度は実際のプロセスのニーズに応じて適当に調製してもよい。本実施例において、フッ化水素酸溶液の濃度は約４９％で、硝酸銀の濃度は約０．１Ｍで、過酸化水素の濃度は約３９％である。
先ず、所定の温度において、４９％濃度のフッ化水素酸溶液、０．１Ｍ濃度の硝酸銀溶液、３９％濃度の過酸化水素及び水を所定の割合で均一に混合して酸性エッチング液（混合溶液）を調製した。調製した酸性エッチング液はシリコンインゴットをエッチングするエッチング液として使用される。本実施例において、フッ化水素酸溶液、水、硝酸銀溶液及び過酸化水素の割合は約２０：４０：１：４である。また、混合溶液は、例えば、約２０℃（室温）などの温度で調製してもよい。
また、他の実施例において、混合溶液は、硝酸、リン酸及び溶剤などを使用して所定の割合で均一に混合して調製してもよい。
ステップＳ１０３において、エッチング液によってシリコンインゴットの表面に対して表面処理を行う。即ち、シリコンインゴットの一つの表面若しくは複数の表面を酸性エッチング液の中に浸漬することによって、浸漬された表面にナノ構造を有する微細構造層１０１１を形成する（図７参照）。本実施例において、シリコンインゴットの一つの表面（即ち、後段プロセスにおいて接続層を塗布するための表面）を酸性エッチング液の中に浸漬し、化学ウェットエッチング方式で本発明の表面処理工程を行う。選定されたシリコンインゴットの一つの表面が上述の酸性エッチング液に約３０秒間〜５分間（例えば、６０秒など）浸漬され、その表面にナノ構造を形成する。微細構造層１０１１は微細構造であり、浸漬された表面から表面下方数ｎｍ〜数十ｎｍまでの深さに成形されるため、微細構造層１０１１は、浸漬された表面のマイクロレベルの表面特性に不具合を与えることがない（これについては、後述の表面粗さに関する段落で説明する）。
本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスをウェハーの製造方法に応用して、一連の試験を行う場合、ウェハーの製造方法は下記のステップを含む（図２参照）。
ステップＳ２０１において、シリコンインゴットを成形する。図３Ａ〜図３Ｃ及び図４Ａ〜図４Ｄは多結晶シリコンインゴット及び単結晶シリコンインゴットの模式図をそれぞれ示すものである。本発明において、「シリコンインゴット」という用語は、特定のプロセスで製造されたものに限定されるものではなく、広い解釈を持ち得る。
先ず、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら説明する。図３Ａは、多結晶シリコンをシリコンインゴット１０Ａに成形した様子を示すものである。シリコンインゴット１０Ａは初期シリコンインゴットである。続いて、図３Ｂは、シリコンインゴット１０Ａをブロック状のシリコンインゴット１０Ｂに切断した様子を示すものである。図３Ｂに示すように、シリコンインゴット１０Ａを四角柱状のブロック状のシリコンインゴット１０Ｂに切断する。続いて、図３Ｃに示すように、ブロック状のシリコンインゴット１０Ｂをポリッシング（鏡面研磨）することによって多結晶シリコンインゴット１０Ｃ（本発明において「シリコンインゴット」と通称する）を製作した。多結晶シリコンインゴット１０Ｃは太陽電池用シリコンウェハーを製造するのに使用できる。
先ず、図３Ａ〜図３Ｃを参照しながら説明する。図３Ａは、多結晶シリコンをシリコンインゴット１０Ａに成形した様子を示すものである。シリコンインゴット１０Ａは初期シリコンインゴットである。続いて、図３Ｂは、シリコンインゴット１０Ａをブロック状のシリコンインゴット１０Ｂに切断した様子を示すものである。図３Ｂに示すように、シリコンインゴット１０Ａを四角柱状のブロック状のシリコンインゴット１０Ｂに切断する。続いて、図３Ｃに示すように、ブロック状のシリコンインゴット１０Ｂをポリッシング（鏡面研磨）することによって多結晶シリコンインゴット１０Ｃ（本発明において「シリコンインゴット」と通称する）を製作した。多結晶シリコンインゴット１０Ｃは太陽電池用シリコンウェハーを製造するのに使用できる。
図４Ａ〜図４Ｄに示す他の実施例を参照しながら説明する。先ず、結晶引き上げ法などの方法で初期シリコンインゴットである初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａを形成する。結晶引き上げ法として、例えば、回転引き上げ法（具体的に言えば、チョクラルスキー法（Czochralski method、ＣＺ法と略称する））で種結晶を石英坩堝におけるシリコン融液に浸漬し、石英坩堝と種結晶を同じ方向若しくは異なる方向で回旋させながら種結晶を引き上げることによって、種結晶を結晶核として単結晶シリコンに種結晶の下方に成長させることで初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａを製造する。他の実施例において、浮遊帯法（floating zone method、ＦＺ法と略称する）で初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａを製作するようにしてもよい。
初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａに対して複数の加工プロセスを行うことで、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａを円柱状のシリコンインゴット２０Ｄ（本発明において「シリコンインゴット」と通称する）に成形する。例えば、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａの前端と後端を切断し、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａの不規則な表面と構造の変質を修整するように、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａの外周表面をグラインド加工することによって、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａに適当な円形断面及び所望の直径を持たせる（例えば、図４Ｂに示す処理後円柱状のシリコンインゴット２０Ｂのように）。続いて、処理後円柱状のシリコンインゴット２０Ｂを切断円柱状のシリコンインゴット２０Ｃに切断し、切断円柱状のシリコンインゴット２０Ｃを研磨（グラインド）することによって、切断による切断円柱状のシリコンインゴット２０Ｃの表面の機械的なダメージや構造の変質を除去する。これにより、円柱状のシリコンインゴット２０Ｄ（本発明において「シリコンインゴット」と通称する）を製造する。
初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａに対して複数の加工プロセスを行うことで、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａを円柱状のシリコンインゴット２０Ｄ（本発明において「シリコンインゴット」と通称する）に成形する。例えば、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａの前端と後端を切断し、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａの不規則な表面と構造の変質を修整するように、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａの外周表面をグラインド加工することによって、初期円柱状のシリコンインゴット２０Ａに適当な円形断面及び所望の直径を持たせる（例えば、図４Ｂに示す処理後円柱状のシリコンインゴット２０Ｂのように）。続いて、処理後円柱状のシリコンインゴット２０Ｂを切断円柱状のシリコンインゴット２０Ｃに切断し、切断円柱状のシリコンインゴット２０Ｃを研磨（グラインド）することによって、切断による切断円柱状のシリコンインゴット２０Ｃの表面の機械的なダメージや構造の変質を除去する。これにより、円柱状のシリコンインゴット２０Ｄ（本発明において「シリコンインゴット」と通称する）を製造する。
図３Ｃに示すように、多結晶シリコンインゴット１０Ｃは四つの側面１０１を有する。四つの側面１０１のうちの一つの側面１０１を粘着面１０１Ａ（図５Ａ参照）として使用する。粘着面１０１Ａには接続層１１が形成される。接続層１１によって多結晶シリコンインゴット１０Ｃを載置ユニット１２に載置固定し、後述のスライス工程を行う。また、本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスは、粘着面１０１Ａに対してナノ構造の改質を行うことによって、多結晶シリコンインゴット１０Ｃに対してスライス工程を行う際のチッピング率を低減する。
ステップＳ２０３において、表面処理工程を行う。このステップは上述したシリコンインゴットの表面に対してナノ構造化を行う工程（即ち、ステップＳ１０１とステップＳ１０３）と同じである。上述したように、エッチング液を調製する。例えば、所定の温度において、４９％濃度のフッ化水素酸溶液、０．１Ｍ濃度の硝酸銀溶液、３９％濃度の過酸化水素及び水を所定の割合で均一に混合して酸性エッチング液を調製する。若しくは、硝酸、リン酸及び溶剤などを均一に混合して酸性エッチング液を調製するようにしてもよい。続いて、粘着面１０１Ａを調製した酸性エッチング液に浸漬することによって、粘着面１０１Ａにはナノ構造を有する微細構造層１０１１を形成する。
一方、粘着面１０１Ａには接続層１１を形成し、接続層１１によって多結晶シリコンインゴット１０Ｃを載置ユニット１２に載置固定し、次のスライス工程を行う必要があるため、表面処理工程で粘着面１０１Ａの表面特性に悪影響を与えて粘着面１０１Ａと接続層１１の接続性が悪くなることを防ぐように、下記の事項を行う。
表面処理におけるエッチング工程が粘着面１０１Ａと接続層１１の接続強度に影響を与えないことを確認するために、本発明の表面処理工程を行わないシリコンインゴット（即ち、比較例）と本発明の表面処理工程を行ったシリコンインゴット（即ち、実験例１、２）に対して表面粗さ測定を行った。測定結果を下記の表１に示す。
表１において、Ｒａは中心線平均粗さ、Ｒｍａｘは最大高さ粗さをそれぞれ表す。表１に示すように、本発明のシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスにおけるエッチング処理を行った実験例１、２の表面粗さは比較例の表面粗さに近いため、本発明のシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスが粘着面１０１Ａと接続層１１の接続強度に影響を与えないことを確認した。
表面処理におけるエッチング工程が粘着面１０１Ａと接続層１１の接続強度に影響を与えないことを確認するために、本発明の表面処理工程を行わないシリコンインゴット（即ち、比較例）と本発明の表面処理工程を行ったシリコンインゴット（即ち、実験例１、２）に対して表面粗さ測定を行った。測定結果を下記の表１に示す。
表１において、Ｒａは中心線平均粗さ、Ｒｍａｘは最大高さ粗さをそれぞれ表す。表１に示すように、本発明のシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスにおけるエッチング処理を行った実験例１、２の表面粗さは比較例の表面粗さに近いため、本発明のシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスが粘着面１０１Ａと接続層１１の接続強度に影響を与えないことを確認した。
ステップＳ２０５において、粘着面１０１Ａの微細構造層１０１１には接続層１１を形成し、接続層１１によって多結晶シリコンインゴット１０Ｃを載置ユニット１２に載置固定する。具体的に言えば、粘着面１０１Ａには、例えば、粘着材料を塗布するようにしてもよい。例えば、蝋又は樹脂類の粘着剤を塗布してもよい。例えば、エポキシ樹脂などを塗布することで接続層１１を形成し、接続層１１によって多結晶シリコンインゴット１０Ｃを載置ユニット１２に載置固定する。載置ユニット１２は、グラファイト板、グラファイトシートなどであってもよい。載置ユニット１２は、多結晶シリコンインゴット１０Ｃを支持又は固定するためのものであり、スライス工程においてカッターが多結晶シリコンインゴット１０Ｃから離れる際にシリコンインゴットのエッジの割れ、亀裂、クラック、エッジチッピングなどの不具合を防ぐことができる。
ステップＳ２０７において、スライス工程を行う。本実施例において、内径ソー（inside diameter saw）又はワイヤソーなどの方式で多結晶シリコンインゴット１０Ｃをウェハーにスライスする。また、スライス工程の前に、例えば、Ｘ線回折、平行光線束曲折などの方法で、多結晶シリコンインゴット１０Ｃがスライサーにおける正確な位置に位置付けするシリコンインゴット位置付け工程を含んでもよい。
また、他の実施例における上述のステップＳ１０３において、粘着面１０１Ａに限定されるものではなく、エッチング液によってシリコンインゴットの表面、例えば、図３Ｃに示すシリコンインゴットの四つの側面１０１に対して表面処理を行うようにしてもよい。言い換えれば、シリコンインゴットの各表面にはナノ構造を有する微細構造層１０１１を形成するようにしてもよい。
本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスによれば、粘着面１０１Ａにはナノ構造を有する微細構造層１０１１を形成するため、微細構造層１０１１によってシリコンインゴットの表面の機械的強度を強化すると共に、シリコンインゴットをスライスする際にカッターによるストレスを解放することができ、スライス工程のチッピング率を低減できる。実験例から分かるように、本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスによれば、チッピング率を大幅に（チッピング率０までに）低減できる。これに対して、本発明の表面処理工程を行わない従来のシリコンインゴットは、そのチッピング率が約１．５％〜２．０％である。従って、本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスによれば、ウェハー製造の歩留まりを有効に向上できる。
また、図６は円柱状のシリコンインゴット２０Ｄが接続層１１によって載置ユニット１２に載置固定される状態の模式図を示すものである。円柱状のシリコンインゴット２０Ｄは側面２０１を有する。側面２０１の一部を粘着面２０１Ａとして使用してもよい。続いて、粘着面２０１Ａに対して本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスを行い、接続層１１によって円柱状のシリコンインゴット２０Ｄの粘着面２０１Ａを載置ユニット１２に載置固定し、次のスライス工程を行う。同様に、粘着面２０１Ａには本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスで形成された微細構造層１０１１を有するため、シリコンインゴットの表面の機械的強度を強化すると共に、シリコンインゴットをスライスする際にカッターによるストレスを解放することができ、スライス工程のチッピング率を低減できる。
本発明において、スライス工程の前に、シリコンインゴットの表面（図５参照）又は表面の一部（図６参照）にナノ構造を有する微細構造層１０１１を形成し、形成された微細構造層１０１１がスライス工程におけるカッターの切断経路のエンド位置（例えば、上述の粘着面など）に位置することが好ましい。これにより、シリコンインゴットを切断する際にカッターによるストレスがナノ構造（ナノ構造を有する微細構造層１０１１）によって解放されることができるため、シリコンインゴットをスライスする際のチッピング率を低減できる。
また、ナノ構造は、粘着面の粗さに影響を与えないため、粘着面と接続層の接続強度に影響を与えることがない。言い換えれば、本発明は、今までのウェハーの製造方法のプロセスを調整や変更することなく、今までのウェハーの製造方法に適用できる。
また、本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス、ウェハーの製造方法によれば、シリコンインゴットをスライスする際のシリコンインゴットのエッジの割れやクラックなどの不具合を低減することができるため、スライス工程の歩留まりを向上できる。
また、本発明において、各側面１０１（図５参照）又は側面２０１の全部に対して表面ナノ構造プロセスを行うようにしてもよい。即ち、シリコンインゴットの表面全体にナノ構造を有する微細構造層１０１１を形成することによって、スライス工程におけるカッター切断する際のチッピング率を低減することができる。また、スライス工程が完了すると、図７Ａに示すウェハー１００が製作される。ウェハー１００は、スライス工程で形成された上表面、下表面及び隣接する二つのダイシングラインで定義された四つの側面１０１を有する。上表面、下表面及び側面１０１の間には、０°〜１８０°のなす角度（例えば、約９０°など）を有してもよく、丸角を有してもよい。
また、ナノ構造は、粘着面の粗さに影響を与えないため、粘着面と接続層の接続強度に影響を与えることがない。言い換えれば、本発明は、今までのウェハーの製造方法のプロセスを調整や変更することなく、今までのウェハーの製造方法に適用できる。
また、本発明に係るシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス、ウェハーの製造方法によれば、シリコンインゴットをスライスする際のシリコンインゴットのエッジの割れやクラックなどの不具合を低減することができるため、スライス工程の歩留まりを向上できる。
また、本発明において、各側面１０１（図５参照）又は側面２０１の全部に対して表面ナノ構造プロセスを行うようにしてもよい。即ち、シリコンインゴットの表面全体にナノ構造を有する微細構造層１０１１を形成することによって、スライス工程におけるカッター切断する際のチッピング率を低減することができる。また、スライス工程が完了すると、図７Ａに示すウェハー１００が製作される。ウェハー１００は、スライス工程で形成された上表面、下表面及び隣接する二つのダイシングラインで定義された四つの側面１０１を有する。上表面、下表面及び側面１０１の間には、０°〜１８０°のなす角度（例えば、約９０°など）を有してもよく、丸角を有してもよい。
図７Ａは、図５に示す多結晶シリコンインゴット１０Ｃに対してスライス工程を行って製作したウェハー（チップとも言う）１００を示すものである。図７Ａに示すように、スライスされたウェハー１００はシート状を呈しており、複数の（例えば、四つなど）側面１０１を有する。複数の側面１０１は、多結晶シリコンインゴット１０Ｃにおける隣接する二つのダイシングラインで定義されたものであり、そのうちの一つの側面１０１はナノ構造を有する微細構造層１０１１の粘着面１０１Ａである。
図７Ｂは、ウェハー１００の四つの側面１０１に微細構造層１０１１が形成された様子を示すものである。
図８Ａは、図６に示す円柱状のシリコンインゴット２０Ｄに対してスライス工程を行って製作した円形シート状のウェハー２００を示すものである。図８Ａに示すように、ウェハー２００の側面の一部は粘着面２０１Ａである。上述した方法で粘着面２０１Ａにはナノ構造を有する微細構造層２０１１を形成する。
図８Ｂは、ウェハー２００の側面２０１全体に微細構造層２０１１が形成された様子を示すものである。
図７Ｂは、ウェハー１００の四つの側面１０１に微細構造層１０１１が形成された様子を示すものである。
図８Ａは、図６に示す円柱状のシリコンインゴット２０Ｄに対してスライス工程を行って製作した円形シート状のウェハー２００を示すものである。図８Ａに示すように、ウェハー２００の側面の一部は粘着面２０１Ａである。上述した方法で粘着面２０１Ａにはナノ構造を有する微細構造層２０１１を形成する。
図８Ｂは、ウェハー２００の側面２０１全体に微細構造層２０１１が形成された様子を示すものである。
微細構造層１０１１、２０１１の特性を分析すると、微細構造層１０１１、２０１１におけるナノ構造は、ストレスを集中する欠陥位置として機能する。例えば、ナノ構造の接続箇所、ナノ構造自体における材料欠陥などのいずれにもストレス集中の現象が起こる可能性がある。
そこで、側面１０１、２０１を全面的に分析すると、ウェハー１００、２００が受けたストレスは側面１０１、２０１の欠陥位置全体に分散できるため、点形態又は線形態のストレス分布ではなく、面形態のストレス分布を形成することができる。これにより、ウェハー１００、２００はストレスを受けた時、ストレスが側面１０１、２０１の微細構造層２０１１全体に分散されるため、過度なストレス集中によるウェハーのクラックや割れなどの不具合を防ぐことができる。言い換えれば、ウェハー１００、２００の側面１０１、２０１の微細構造層２０１１は、ウェハーの耐破壊強度を有効に向上できる。
また、ウェハー１００、２００も微細構造層２０１１によってより大きな負荷を受けられる効果を奏することができる。即ち、微細構造層２０１１により大きな曲げ度合を持たせる。これにより、本発明に係るウェハー１００、２００は、加工プロセスにおいてストレスによるクラックや亀裂などの不具合を防ぐことができるため、ウェハー１００、２００の材料特性を向上させたり、ウェハーの製造プロセスの適用分野を広げることができる。
また、実験効果によれば、従来のウェハーが受けられる最大負荷は約２Ｎであるのに対し、本発明に係るウェハー１００、２００が受けられる最大負荷は約３Ｎであるだけではなく、微細構造層２０１１の成長時間を制御することによって最大負荷を調整することができる。従って、微細構造層２０１１がウェハー１００、２００の強度と耐破壊強度を向上できることは明らかである。
そこで、側面１０１、２０１を全面的に分析すると、ウェハー１００、２００が受けたストレスは側面１０１、２０１の欠陥位置全体に分散できるため、点形態又は線形態のストレス分布ではなく、面形態のストレス分布を形成することができる。これにより、ウェハー１００、２００はストレスを受けた時、ストレスが側面１０１、２０１の微細構造層２０１１全体に分散されるため、過度なストレス集中によるウェハーのクラックや割れなどの不具合を防ぐことができる。言い換えれば、ウェハー１００、２００の側面１０１、２０１の微細構造層２０１１は、ウェハーの耐破壊強度を有効に向上できる。
また、ウェハー１００、２００も微細構造層２０１１によってより大きな負荷を受けられる効果を奏することができる。即ち、微細構造層２０１１により大きな曲げ度合を持たせる。これにより、本発明に係るウェハー１００、２００は、加工プロセスにおいてストレスによるクラックや亀裂などの不具合を防ぐことができるため、ウェハー１００、２００の材料特性を向上させたり、ウェハーの製造プロセスの適用分野を広げることができる。
また、実験効果によれば、従来のウェハーが受けられる最大負荷は約２Ｎであるのに対し、本発明に係るウェハー１００、２００が受けられる最大負荷は約３Ｎであるだけではなく、微細構造層２０１１の成長時間を制御することによって最大負荷を調整することができる。従って、微細構造層２０１１がウェハー１００、２００の強度と耐破壊強度を向上できることは明らかである。
また、上述の実施例において、シリコンインゴットを使用して説明したが、本発明は例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）インゴットなどの他の材料で製造されたインゴットにも適用できる。また、エッチング液の種類は、異なる材質のインゴットに応じて、異なる組成、異なる成分割合、異なるｐＨ値のエッチング液を選択することができる。また、本発明において、ドライエッチング（例えば、プラズマエッチングなど）などの方法若しくは機械設備で、上述のシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセスを行うようにしてもよい。また、本発明に係るウェハー１００、２００は、太陽エネルギーチップ、発光ダイオードチップ、半導体チップなどを製造する分野に適用できる。
本発明は、少なくとも下記のメリットを有する。
（１）本発明において、表面処理方法でシリコンインゴットの表面に対して表面改質を行うことでシリコンインゴットの表面に微細なナノ構造層（即ち、微細構造層）を形成し、形成した微細なナノ構造層によってスライス工程におけるカッターによるストレスを解放できるため、シリコンインゴットの表面の機械的強度を有効に向上させることができ、シリコンインゴットのエッジの割れやクラックなどの不具合を低減できる。
（２）スライス工程で製作したウェハーの側面には微細構造層を有するため、ウェハーが受けられる負荷を大きくすることができると共にウェハーの強度と耐破壊強度を向上できる。また、本発明に係るウェハーはより大きな曲げ度合を有するため、適用分野を広げることができる。
（１）本発明において、表面処理方法でシリコンインゴットの表面に対して表面改質を行うことでシリコンインゴットの表面に微細なナノ構造層（即ち、微細構造層）を形成し、形成した微細なナノ構造層によってスライス工程におけるカッターによるストレスを解放できるため、シリコンインゴットの表面の機械的強度を有効に向上させることができ、シリコンインゴットのエッジの割れやクラックなどの不具合を低減できる。
（２）スライス工程で製作したウェハーの側面には微細構造層を有するため、ウェハーが受けられる負荷を大きくすることができると共にウェハーの強度と耐破壊強度を向上できる。また、本発明に係るウェハーはより大きな曲げ度合を有するため、適用分野を広げることができる。
上述した実施例は、本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
１０Ａ 長尺状のシリコンインゴット
１０Ｂ ブロック状のシリコンインゴット
１０Ｃ 多結晶シリコンインゴット
２０Ａ 初期円柱状のシリコンインゴット
２０Ｂ 処理後円柱状のシリコンインゴット
２０Ｃ 切断円柱状のシリコンインゴット
２０Ｄ 円柱状のシリコンインゴット
１００、２００ ウェハー
１０１、２０１ 側面
１０１Ａ、２０１Ａ 粘着面
１０１１、２０１１ 微細構造層
１１ 接続層
１２ 載置ユニット
Ｓ１０１〜Ｓ１０３、Ｓ２０１〜Ｓ２０７ ステップ
１０Ｂ ブロック状のシリコンインゴット
１０Ｃ 多結晶シリコンインゴット
２０Ａ 初期円柱状のシリコンインゴット
２０Ｂ 処理後円柱状のシリコンインゴット
２０Ｃ 切断円柱状のシリコンインゴット
２０Ｄ 円柱状のシリコンインゴット
１００、２００ ウェハー
１０１、２０１ 側面
１０１Ａ、２０１Ａ 粘着面
１０１１、２０１１ 微細構造層
１１ 接続層
１２ 載置ユニット
Ｓ１０１〜Ｓ１０３、Ｓ２０１〜Ｓ２０７ ステップ
Claims (15)
- シリコンインゴットに対してスライス工程を行う前に、前記シリコンインゴットの少なくとも一つの表面に対して表面処理工程を行うことで、前記シリコンインゴットの前記表面にナノ構造を有する微細構造層を形成することを特徴とするシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス。
- 前記表面処理工程において、前記シリコンインゴットの前記表面に対してウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス。
- 前記表面処理工程において、前記シリコンインゴットの前記表面を、少なくともフッ化水素酸溶液、溶剤、硝酸銀溶液及び過酸化水素溶液を使用して所定の割合で混合して調製した酸性エッチング液の中に浸漬することを特徴とする請求項２に記載のシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス。
- 前記酸性エッチング液における前記フッ化水素酸溶液、前記溶剤、前記硝酸銀溶液及び前記過酸化水素の割合は２０：４０：１：４であることを特徴とする請求項３に記載のシリコンインゴットの表面ナノ構造プロセス。
- 初期シリコンインゴットを加工して粘着面を有するシリコンインゴットを成形する工程と、
前記シリコンインゴットの前記粘着面にナノ構造を有する微細構造層を形成する表面処理工程と、
前記シリコンインゴットの前記粘着面の前記微細構造層に接続層を成形し、前記接続層によって前記シリコンインゴットを載置ユニットに載置固定する工程と、
前記シリコンインゴットをスライスするスライス工程と、
を含むことを特徴とするウェハーの製造方法。 - 前記表面処理工程において、前記シリコンインゴットの前記粘着面に対してウェットエッチング又はドライエッチングを行うことを特徴とする請求項５に記載のウェハーの製造方法。
- 前記表面処理工程において、前記シリコンインゴットの前記粘着面を、少なくともフッ化水素酸溶液、溶剤、硝酸銀溶液及び過酸化水素溶液を使用して所定の割合で混合して調製した酸性エッチング液若しくは少なくとも硝酸、リン酸及び溶剤を混合して調製したエッチング液の中に浸漬すること、又は、プラズマによって前記シリコンインゴットの前記粘着面を改質することを行うことを特徴とする請求項６に記載のウェハーの製造方法。
- 前記酸性エッチング液における前記フッ化水素酸溶液、前記溶剤、前記硝酸銀溶液及び前記過酸化水素の割合は２０：４０：１：４であることを特徴とする請求項７に記載のウェハーの製造方法。
- 前記表面処理工程は、前記シリコンインゴットの表面全体に前記ナノ構造を有する前記微細構造層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項５に記載のウェハーの製造方法。
- シリコンインゴットをスライスして形成されたウェハーであって、
前記ウェハーは、隣接する二つのダイシングラインで定義された少なくとも一つの側面を有し、前記側面にはナノ構造を有する微細構造層が形成されることを特徴とするウェハー。 - 前記ナノ構造を有する前記微細構造層は、前記ウェハーの前記側面の全体又は一部に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のウェハー。
- 初期シリコンインゴットを加工してシリコンインゴットを成形する工程と、
前記シリコンインゴットの表面にナノ構造を有する微細構造層を形成する表面処理工程と、
前記微細構造層に接続層を成形し、前記接続層によって前記シリコンインゴットを載置ユニットに載置固定する工程と、
前記シリコンインゴットをスライスするスライス工程と、
を含むことを特徴とするウェハーの製造方法。 - 前記表面処理工程において、前記シリコンインゴットの前記表面に対してウェットエッチング又はドライエッチングを行うことを特徴とする請求項１２に記載のウェハーの製造方法。
- 前記表面処理工程において、前記シリコンインゴットの前記表面を、少なくともフッ化水素酸溶液、溶剤、硝酸銀溶液及び過酸化水素溶液を使用して所定の割合で混合して調製した酸性エッチング液若しくは少なくとも硝酸、リン酸及び溶剤を混合して調製したエッチング液の中に浸漬すること、又は、プラズマによって前記シリコンインゴットの前記表面を改質することを行うことを特徴とする請求項１３に記載のウェハーの製造方法。
- 前記酸性エッチング液における前記フッ化水素酸溶液、前記溶剤、前記硝酸銀溶液及び前記過酸化水素溶液の割合は２０：４０：１：４であることを特徴とする請求項１４に記載のウェハーの製造方法。
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