JP5606189B2 - ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法 - Google Patents
ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5606189B2 JP5606189B2 JP2010155581A JP2010155581A JP5606189B2 JP 5606189 B2 JP5606189 B2 JP 5606189B2 JP 2010155581 A JP2010155581 A JP 2010155581A JP 2010155581 A JP2010155581 A JP 2010155581A JP 5606189 B2 JP5606189 B2 JP 5606189B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- wafer
- single crystal
- hybrid
- polycrystalline
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
一般に、このようなメカニカルウエハは、かなり精度の高い試験が必要とされるので、単結晶シリコンの機械的物性に類似した特性が必要とされる。したがって、従来は、試験用とは言っても、実際に使用される単結晶シリコンウエハをそのまま使用しているのが実情である。しかし、φ400mm以上の単結晶シリコンウエハは非常に高価であるため、単結晶シリコンの特性に類似した安価なウエハが要求されている。
しかし、このようにして製造されるターゲットは、厚みが薄い場合、例えば5mm以下の場合には、比較的密度が高くなり強度的にも向上するが、それを超えるような厚さになった場合には、依然として低密度(99%に満たない)であり、それに伴って機械的強度が劣ることとなり、大型の矩形又は円盤状のターゲットを製造することができないという問題があった。
このシリコン焼結体は、高密度で、機械的強度が高く、多くの利点を有しているものであるが、これらの特性をさらに改善することが要求されていたが、この点を改良した特許出願を行った。
これらシリコン焼結体を用いたウエハは、機械的特性が単結晶シリコンと近いため、半導体製造装置の搬送系や、ロボティックスの開発用としてのダミーウエハに用いることが出来る。また、SOIウエハのベース基板としての適用も検討されている。
また、単結晶シリコンに替えて、高品質の多結晶シリコンを製造するという提案もなされている(特許文献3参照)。しかし、多結晶シリコンは、どのような工夫をしても、単結晶シリコンの特性に及ばないという欠点を有する。この欠点を補う手段として、Intel社のM.Goldstein等は、多結晶シリコンの中に単結晶シリコンを埋め込んだウエハを提案している(特許文献4参照)。
また、本出願人は、上記の多結晶シリコンに単結晶シリコンを埋め込んだウエハの多結晶部分に焼結法で作製したシリコンを使用する発明を先に出願しているが、焼結シリコン中には酸素、炭素等のガス成分が多量に含まれており、結晶粒界上にSiO2やSiCの析出物が存在するため、研磨時に単結晶部との研磨速度の相違から段差が生じるという問題がある。(特許文献5参照)。
この方法では、全面が単結晶で構成されるウエハよりも低コストではあるが、多結晶のくり抜き加工や、嵌め込む単結晶の外周加工の公差を厳密に制御する必要があり、それが製造コストを増加させるという問題があった。
1)中心部又は偏芯した一部に単結晶シリコンが位置し、外周部に多結晶シリコンが位置する、多結晶シリコンと単結晶シリコンが相互に一体化した円盤状のウエハであって、単結晶部との境界から10mm以内の多結晶部の平均結晶粒径が8mm以下の微細結晶を有することを特徴とするハイブリッドシリコンウエハ。
2)単結晶部との境界から10mm以内の多結晶部の(400)方位のX線回折の相対強度が、(511)方位の強度を100とした場合、5以上であることを特徴とする上記1)記載のハイブリッドシリコンウエハ。
3)中心部又は偏芯させた一部が単結晶の結晶構造を有することを特徴とする上記1)又は2)記載のハイブリッドシリコンウエハ。
4)ウエハが円盤形であり、ウエハの全体の直径が400mm以上であることを特徴とする上記1)〜3)のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
5)予め鋳型の中に円柱状の単結晶シリコンインゴットをセットし、この単結晶インゴットの周囲に、溶融したシリコンを鋳込んで一体化して単結晶シリコンと多結晶シリコンのインゴット複合体とし、これをさらにウエハ状に切り出すことを特徴とするハイブリッドシリコンウエハの製造方法。
6)単結晶部との境界から10mm以内の多結晶部の平均結晶粒径が8mm以下の微細結晶を有する単結晶シリコンと多結晶シリコンのインゴット複合体であることを特徴とする上記5)記載のハイブリッドシリコンウエハの製造方法。
7)単結晶シリコンインゴットを鋳型の中にセットした後で、溶融したシリコンを鋳込む前に、鋳型を予め800〜1300°Cに予備加熱することを特徴とする請求項5又は6記載のハイブリッドシリコンウエハの製造方法。
8)シリコンを溶融する坩堝を、SiO2を主成分とする坩堝とし、この坩堝の周囲にカーボンスリーブを配置し、高周波誘導加熱によりカーボンを昇温させ、その伝熱で間接的にシリコンを加熱溶融させることを特徴とする上記5)〜7)のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハの製造方法。
このように、多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハは、同サイズの単結晶ウエハ単独に比べ、歩留まりを大きく向上させ、製造コストを低減できる。さらに、コモディティー化した太陽電池用多結晶シリコンのブロックや破材及び300mm単結晶シリコンインゴットを用いることにより、安価な400mm以上のダミー用シリコンウエハを作製することができる大きな効果を有する。
シリコンは1450〜1550°Cに加熱し溶融させる。溶融したシリコンの溶湯4をタンディッシュ5に一旦保持し、これを鋳型6に注湯する。鋳型は、熱衝撃を緩和するために、予め800〜1300°Cに予備加熱することが望ましい。また、鋳型6は、溶湯が均一に分布するように、回転させることが良い。
このようにして、単結晶と多結晶シリコンを一体化させ、インゴットとし、これをウエハ状に切り出し(スライスして)、その組織を観察すると、単結晶部との境界から10mm以内の多結晶部に、平均結晶粒径が8mm以下の微細結晶が観察される。
固体の単結晶シリコンと固体の多結晶シリコンを、単に加熱接合しただけでは、図2のBに示すように、本願発明のハイブリッドシリコンウエハのような明確な微細結晶が観察されることはない。
このようにして得られたハイブリッドシリコンウエハは円盤形であり、ウエハの全体の直径を400mm以上とすることができる。また、インゴットからの切り出し方によっては、矩形その他の形状にすることは勿論可能である。
上記については、予め単結晶シリコンのインゴットを作製することが必須の要件であることを前提とした説明を行ったが、当然ながら多結晶シリコンのみからなる円盤状のハイブリッドシリコンウエハを製造できることは容易に理解できるであろう。本願発明はこれらを全て包含するものである。
坩堝を使用した製造工程からハイブリッドシリコンウエハは円盤形となるが、ウエハの切り出しの仕方により、矩形その他の形状にすることは可能である。円盤状のウエハについては、その全体の直径を400mm以上とすることができる。
この場合は、前記インゴット複合体の直径が400mm以上であることが必要となるが、この形状に特に制約はなく、設定は任意である。
このようにして作製したダミー用シリコンウエハは、プロセス装置に導入しても装置及び他の部材を汚染しないという特徴を有する。これにより、全体の直径が400mm以上の円盤形ウエハの利用価値を、より高めることができる。
ハイブリッドシリコンウエハの一部に使用される単結晶シリコンの大きさには、特に制限はないが、単結晶ウエハの最も長い径が、ウエハ全体の径の50%以上を有している場合には、単結晶ウエハの特性を利用する試験において、ハイブリッドシリコンウエハを有効に活用できるメリットがある。
以上から、本願発明の「ハイブリッドシリコンウエハ」は、多目的利用が可能であり、従来は、この特性を備えたシリコンウエハは存在していない。
多結晶シリコンの原料となる平均30mm程度の不定形のシリコン(ドーパントとガス成分を除く純度が7N程度)を、周辺をカーボンで取り囲まれた石英坩堝に入れ、高周波誘導加熱により真空中で1500°Cまで昇温し、シリコンを溶融させた。
一方、図1に示すように、鋳型6の方には、内径360mmの鋳型の中に直径200mm、高さ220mmの純度が11Nの単結晶インゴット7をセットした。単結晶インゴット7は、面方位を所定の位置に合わせ、また溶湯を流し込んだ時に動かないようにするためSiより比重が大きく高融点な金属を上に乗せて固定した。そして熱衝撃を低減するために、鋳型全体を1200°Cに加熱して待機させた。
ハイブリッドインゴットは、通常のウエハと同様、外周研削、マルチワイヤーソー、エッジ及びノッチ加工、研削及び研磨、洗浄等を行い、直径300mmのハイブリッドウエハとした。
なお、ウエハ周縁部の組織は、直径が360mmから300mmに小さくなったため、インゴット時のような特徴は緩和され、平均結晶粒径は12mm程度であった。
多結晶シリコンの原料となる直径が10mm程度、純度6Nの単結晶シリコン破材を、周辺をカーボンで取り囲まれた石英坩堝に入れ、高周波誘導加熱により真空中で1520°Cまで昇温しシリコンを溶融させた。
一方、図1に示すように、鋳型6の方には、内径500mmの鋳型6の中に直径300mm、高さ150mmの単結晶インゴット7をセットした。単結晶インゴット7は面方位を所定の位置に合わせ、また溶湯を流し込んだ時に動かないようにするためSiより比重が大きく高融点な金属を上に乗せて固定した。
作製したハイブリッドインゴットの組織を観察すると、図2(A)に示すように、坩堝内壁と単結晶界面付近は、凝固開始の起点となるため微細な組織を有していた。
また、その(400)方位のX解回折の相対強度は、(511)方位の強度を100とした場合、12であった。一方、単結晶境界とウエハ周縁部から50mm以上離れた多結晶部の(400)方位のX解回折の相対強度は、(511)方位の強度を100とした場合、2であった。ちなみにウエハ周縁部の組織は、直径が500mmから450mmに小さくなったため、インゴット時のような特徴は緩和されていた。
ハイブリッドシリコンウエハの支持母体となる多結晶シリコンウエハにおいては、大型化を容易にすることができる。本願発明のハイブリッドシリコンウエハによる多結晶シリコンウエハは、メカニカルウエハとして使用される単結晶シリコンの機械的物性に類似した特性を備え、かつ、この単結晶部で半導体製工程をモニターできる能力を有する。
このように、多結晶シリコンウエハと単結晶ウエハの双方の機能を備えたハイブリッドシリコンウエハは、単結晶ウエハ単独に比べ、歩留まりを大きく向上させ、製造コストを低減できるという大きな特徴を有するので、成膜装置などのテストウエハとして、有用である。
2:カーボンスリーブ
3:誘導コイル
4:溶湯
5:タンディッシュ
6:鋳型
7:単結晶インゴット
Claims (8)
- 中心部又は偏芯した一部に単結晶シリコンが位置し、外周部に多結晶シリコンが位置する、多結晶シリコンと単結晶シリコンが相互に一体化した円盤状のウエハであって、単結晶部との境界から10mm以内の多結晶部の平均結晶粒径が8mm以下の微細結晶を有することを特徴とするハイブリッドシリコンウエハ。
- 単結晶部との境界から10mm以内の多結晶部の(400)方位のX線回折の相対強度が、(511)方位の強度を100とした場合、5以上であることを特徴とする請求項1記載のハイブリッドシリコンウエハ。
- 中心部又は偏芯させた一部が単結晶の結晶構造を有することを特徴とする請求項1又は2記載のハイブリッドシリコンウエハ。
- ウエハが円盤形であり、ウエハの全体の直径が400mm以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハ。
- 予め鋳型の中に円柱状の単結晶シリコンインゴットをセットし、この単結晶インゴットの周囲に、溶融したシリコンを鋳込んで一体化して単結晶シリコンと多結晶シリコンのインゴット複合体とし、これをさらにウエハ状に切り出すことを特徴とするハイブリッドシリコンウエハの製造方法。
- 単結晶部との境界から10mm以内の多結晶部の平均結晶粒径が8mm以下の微細結晶を有する単結晶シリコンと多結晶シリコンのインゴット複合体であることを特徴とする請求項5記載のハイブリッドシリコンウエハの製造方法。
- 単結晶シリコンインゴットを鋳型の中にセットした後で、溶融したシリコンを鋳込む前に、鋳型を予め800〜1300°Cに予備加熱することを特徴とする請求項5又は6記載のハイブリッドシリコンウエハの製造方法。
- シリコンを溶融する坩堝を、SiO2を主成分とする坩堝とし、この坩堝の周囲にカーボンスリーブを配置し、高周波誘導加熱によりカーボンを昇温させ、その伝熱で間接的にシリコンを加熱溶融させることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載のハイブリッドシリコンウエハの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010155581A JP5606189B2 (ja) | 2010-07-08 | 2010-07-08 | ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010155581A JP5606189B2 (ja) | 2010-07-08 | 2010-07-08 | ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012017222A JP2012017222A (ja) | 2012-01-26 |
JP5606189B2 true JP5606189B2 (ja) | 2014-10-15 |
Family
ID=45602751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010155581A Expired - Fee Related JP5606189B2 (ja) | 2010-07-08 | 2010-07-08 | ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5606189B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5742752B2 (ja) * | 2012-03-02 | 2015-07-01 | 新日鐵住金株式会社 | 超電導バルク磁石部材、及びその製造方法 |
WO2013136922A1 (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 多結晶シリコンウエハ |
JP6287127B2 (ja) * | 2013-11-29 | 2018-03-07 | 三菱マテリアル株式会社 | プラズマ処理装置用シリコン電極板及びその製造方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04358062A (ja) * | 1991-01-25 | 1992-12-11 | Nikko Kyodo Co Ltd | 一体複合型スパッタリング用ターゲット及びその製造方法 |
CA2636033A1 (en) * | 2006-01-20 | 2007-07-26 | Bp Corporation North America Inc. | Methods and apparatuses for manufacturing geometric multi-crystalline cast silicon and geometric multi-crystalline cast silicon bodies for photovoltaics |
US20080122042A1 (en) * | 2006-11-27 | 2008-05-29 | Michael Goldstein | Applications of polycrystalline wafers |
KR20100049078A (ko) * | 2007-07-20 | 2010-05-11 | 비피 코포레이션 노쓰 아메리카 인코포레이티드 | 시드 결정으로부터 캐스트 실리콘을 제조하는 방법 및 장치 |
EP2505695A3 (en) * | 2007-07-20 | 2013-01-09 | AMG Idealcast Solar Corporation | Methods for manufacturing cast silicon from seed crystals |
JP5279828B2 (ja) * | 2008-07-10 | 2013-09-04 | Jx日鉱日石金属株式会社 | ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法 |
EP2497849A4 (en) * | 2009-11-06 | 2014-08-06 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | HYBRID SILICON WAFER |
WO2011055673A1 (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | Jx日鉱日石金属株式会社 | ハイブリッドシリコンウエハ |
-
2010
- 2010-07-08 JP JP2010155581A patent/JP5606189B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012017222A (ja) | 2012-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8647747B2 (en) | Hybrid silicon wafer and method of producing the same | |
US8252422B2 (en) | Hybrid silicon wafer and method of producing the same | |
JP6122882B2 (ja) | 磁歪部材およびその製造方法 | |
JP2008156166A (ja) | シリコンインゴットの鋳造方法および切断方法 | |
TWI412635B (zh) | Mixed with silicon wafers | |
JP5668724B2 (ja) | SiC単結晶のインゴット、SiC単結晶、及び製造方法 | |
TWI532891B (zh) | Polycrystalline silicon wafers | |
TWI439585B (zh) | Mixed with silicon wafers | |
JP5606189B2 (ja) | ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法 | |
JP4060106B2 (ja) | 一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板及びスパッタリング用ターゲット素材 | |
JP5512426B2 (ja) | ハイブリッドシリコンウエハ及びその製造方法 | |
JP6401051B2 (ja) | 多結晶シリコンインゴットの製造方法 | |
JP5201446B2 (ja) | ターゲット材およびその製造方法 | |
JP5938092B2 (ja) | 高純度シリコンの製造方法、及びこの方法で得られた高純度シリコン、並びに高純度シリコン製造用シリコン原料 | |
JP3935747B2 (ja) | シリコンインゴットの製造方法 | |
JP2004322195A (ja) | 一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板 | |
JP2010265150A (ja) | サファイア単結晶の製造方法及び種結晶の製造方法 | |
TWI606512B (zh) | 電漿蝕刻裝置用矽構件及電漿蝕刻裝置用矽構件之製造方法 | |
JPS5899115A (ja) | 多結晶シリコンインゴツトの鋳造方法 | |
JP4693932B1 (ja) | 筒状シリコン結晶体製造方法及びその製造方法で製造される筒状シリコン結晶体 | |
JP6014336B2 (ja) | シリコン鋳造用鋳型、シリコン鋳造方法、シリコン材料の製造方法および太陽電池の製造方法 | |
JP2015214473A (ja) | 多結晶シリコンのインゴットの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130307 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131119 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131121 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140225 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140331 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140812 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140826 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5606189 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |