JPH02122617A - 電子デバイス用ウエハ，ウエハ用棒状基材および電子デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明は、スライス加コーされることによって複数個
の電子デバイス用ウェハを提供するための棒状基材に関
するものである。

［従来の技術］ 第３１図〜第３３図を用いて、従来から採用されている
典型的な電子デバイス用ウェハを作るための工程を説明
する。

まず、第３１図に示すように、Ｓ１単結晶インゴツト１
を作る。同一直径の複数個のＳｉ単結晶ウェハを得るた
めに、Ｓｌ単結晶インゴット１は、その外周部が成形さ
れて、真円柱状にされる。また、Ｓｉ単結晶インゴット
１の長さ方向上端部および上端部は除去される。第３２
図に示すように、真円柱状に成形されたＳ　ｉ　１１１
結晶の枠部４ＩＩ２には、ｔｉｔ結晶の結晶軸の方向を
示すために、その長さ方向に延びる平面部３が形成され
る。その後、Ｓｉ単結晶からなる棒部材２は、スライス
加工され、それによって厚さ数１００μ用のＳｉ単結晶
ウェハ４を複数個提供する。このようにして取出された
複数個のウェハ４は、第３３図に示されている。

ウェハ４の主面５は、ラッピング加工およびポリッシン
グ加工によって、鏡面状に仕上げられる。

ウェハ４の平面図を示す第：う４図を参照して、ウェハ
４の主面５上には、その後の工程で、複数個の半導体集
積回路もが形成される。

第３４図に示すように、１つのウェハ４の上に多数の半
導体集積回７８６を形成していることによって非常に多
くのメリットが得られる。半導体デバイスが誕生する以
前においては、真空管、抵抗素子、容量素子などの個別
電子デバイスは、たとえ機械によって大量生産されると
しても、基本的には１個ずつ製作されねばならなかった
。また、半導体集積回路が誕生する以前には、主として
はんだ付けによる個別作業によって電子回路を構成しな
ければならなかった。たとえば、銅線をはんだ付けで接
続する作業や、プリント基板に個別デバイスをはんだ付
けで接続する作業などが、それぞれ個々に必要となって
いた。

一方、１つのウェハ上に多数の゛ト導体集積回路を形成
する技術では、基本的には、写真製版技術を用いること
によって１つのウェハ上に多数の同一の回路を同時に製
作することができる。したがって、上述したような従来
の個別処理を必要とする技術に比較して、１つのウェハ
上に多数の集積回路を形成する技術では、同一回路構成
あたりの製作コストが飛躍的に低下する。

半導体集積回路を形成するにあたっては、上述の写真製
版工程の前後の処理工程もウェハごとあるいは小結晶ウ
ェハのロットごとに行なわれている。このことも、同一
回路構成あたりの製作コストを低下させるのにｉ゛先献
ている。具体的には、写真製版工程の前後には、Ｓｉ単
結晶ウつノ１上に結晶を積層するためのエビタキシャル
工程、単結晶ウェハ中に不純物を導入するためのイオン
注入工程、ウェハ中に導入された不純物を拡散する拡散
」−程、選択的に不純物をウエノ＼中に導入したりする
ためにあるいは接合表面を保護するために特定の領域に
対して酸化処理を行なう酸化工程、ＣＶＤ上程、電極や
配線を形成するためのメタライズ工程などがある。これ
らの工程は、個別の回路に対して個々になされる′ので
はなく、単結晶ウェハごとあるいはＬｉｔ結晶ウニつ％
のロットごとに行なわれる。

［発明が解決しようとする課届］ 以上のように、同一のｒｌを結晶ウェハ上に多数の同一
の半導体集積回路を同ｌ！ｉに形成することによって、
同一回路構成あたりの製作コストを飛躍的に低下させる
ことができる。１回路構成あたりの製作コストをさらに
低下させるためには、ウェハ上に同時に形成されること
のできる同一半導体集積回路の数を増加させればよい。

このことを実現するために、従来、回路を微細化するこ
とによってチップ面積を縮小する方法、およびウェハの
大口径化による単結晶ウェハの面積を増大させる方法が
採用されてきた。

゛ｒ導体技術が成立して以来数年間の間に、回路の微細
化はかなり進展した。当初写真製版の最小線幅が１０μ
ｍ以上の値であったのが、最近では、１．０μｍ以ドの
値にまでなった。この場合の面積効果は、１００倍以上
である。

同様に、ウェハの大口径化もかなり進展した。

当初ウェハの直径が１インチレベルであったのが最近で
は１０インチレベルにまで大きくなった。

この場合の面積効果は、１００倍程度である。

回路の微細化の進展およびウェハの大口径化の進展によ
る相乗効果として、面積効果は１万倍程度となっている
。このことが、現在の半導体集積回路の発展やエレクト
ロニクス技術の発展の基礎の１つとなっていることは明
らかである。

しかしながら、多数の同一の半導体集積回路を同時に形
成するという技術の進歩に４１して、回路の微細化およ
びウェハの大口径化の進歩は遅い。

写真製版の最小線幅を、１０μｍ以上の値から１．０μ
ｍ以下の値まで微細化するための指導原理は、主として
、欠陥の除去であった。すなわち、回路の微細化のため
に、製造工程中に存在するごみを排除したり、写真製版
時のマスク合わせの機械的精度の確保などによるパター
ン精度の確保を図ったり、結晶中ないし薄膜中に（７在
する欠陥や不要不純物を排除したりしていた。したがっ
て、上述のことを実現するためには、Ｌ程のソフトウェ
アを変更する必要があるのみならず、より高性能の製造
設備を導入するというハードウェアの変更も必要であっ
た。つまり、設計ルールを縮小する度ごとに、多額の設
備投資が必要となった。このように、回路を微細化する
ことによって同一回路構成あたりの製造コストを小さく
しようとしても、多額の設置１ｉｉｉ投資のために製造
コストは所望通りに低下しない。

現在の設計ルールでは、１．０７ｚｍ以下のサブミクロ
ンレベルが問題にな４ている。このようなレベル内にお
いて微細化が一層進展すると、種々の問題点が顕在化し
てくる。

第１に、今までに辿ってきた微細化の過程と同様、微細
化が進展するのに伴なって多額の設備投資が必要となっ
てくるのみならず、欠陥除去の達成レベルがより高くな
るので、製造設備のコストパフォーマンスが悪化する。

すなわち、（設備費用の増加率）／（回路の微細化率）
が増大する。

第２に、製造工程の追加が必要となり、それに応じて製
造コストも増加する。たとえば、平面的に回路構成を縮
小するのではなく、立体的な構造に改良を加えることに
よって回路を微細化しようとすれば、溝掘り工程や積層
工程を追加するなど、単位ウェハあたりに対して必要と
される製造工程の数が増える。

第３に、集積回路を製造するにしても、寸法的に物理的
な限界がある。たとえば、写真製版によるマスク合わせ
の光源として、今までの設計ルールのレベルでは通常、
紫外線が用いられていた。

しかし、紫外線は回折現象や干渉現象を生じさせるので
、サブミクロンレベルの設計ルールのもとでは紫外線を
使用することはできなくなる。そのため、サブミクロン
レベルの設計ルールのもとでは、写真製版によるマスク
合わせの光源として、放射線を用いる必要が生じてくる
であろう。

以上のことを考慮すると、現時点での設計ルールを縮小
するに従って回路製造に対する困難性が増す。写真製版
の最小線幅を１．〔〕μｍのレベルから０６１μＩ１１
のレベルにまで縮小すること、すなわち面積効果を１０
０倍にすることは、非常な困難性が予想される。サブミ
クロンレベルの設計ルールのもとでは、回路の微細化に
よるチップ面積の縮小に応じた半導体集積回路のコスト
低下が頭打ちとなる。

ウェハの大口径化は、まず、単結晶インゴットの製造技
術によって定められる。量産レベルのＳｉ単結晶ウェハ
に関しては、現在、その最大直径は６インチである。試
作レベルのＳｉ単結晶ウェハに関しては、その最大直径
は１０インチである。

ウェハの直径が１インチのレベルから１０インチのレベ
ルにまで増大してきたことの指導原理は、設備の大型化
および欠陥の除去であった。すなわち、大口径の１１１
結晶インゴツトを製造するためには、当然その寸法に見
合う大型の設備が必要である。ζ１１結晶インゴツトが
大口径化するのに伴なって、応力の不均一化等を原因と
する欠陥が発生したりする。そのような欠陥を排除する
ために、単結晶インゴットの製造時における熱的および
機械的制御をより精密化する必要が生じてくる。熱的制
御および機械的制御をより精密化するためには、制御工
程を追加するとともに、製造設備そのものもより精密化
する必要がある。このように、Ｓｉ単結晶インゴットを
大口径化することは、技術的に限界があり、さらに製造
設備の高額化を伴なうという欠点も有する。

現在、試作レベルでＳｉ単結晶インゴットの最大直径が
１０インチに留まっているのは、上述したような理由に
基づくものである。また、従来、３　ｉ　ｌｉｔ結晶ウ
ェハの大口径化が２インチレベルから、１〜２インチ刻
゛みにしか進まなかったのも上記理由のためである。上
述のような困難性は、インゴットが大口径化するのに従
って増加する。つまり、インゴットの最大直径を１０イ
ンチレベルから２０インチレベルにすること、すなわち
面積効果を４倍にすることは、非常な困難性が予想され
る。結局、ウェハの大口径化による単結晶ウェハの面積
の増大に応じた′ｒ導導体晴晴回路コスト低下は頭打ち
となる。

さらに、ウェハの直径を１〜２インチ刻みに大口径化し
ていくことは、付加的な経済的困難性を伴なう。すなわ
ち、より大きな直径のウエノ１が一度実用化されると、
そのウェハを用いて製造された半導体集積回路は、今ま
で使用されてきたウェハ、すなわちより直径の小さいウ
ェハを用いて製造された半導体集積回路よりも低コスト
となる。

そのため、今まで使用されてきた直径のより小さいウェ
ハは、市場競争力を失ってしまう。このように、相対的
に大きな直径のウェハが実用化されるのに伴なって、相
対的に小さな直径を有するウェハ用の製造設備は、減ｌ
１ｌｌｉ償却が十分になされる以前に廃棄しなければな
らない事態が発生するので、Ｓｉ単結晶メーカもウェハ
の大口径化を簡ｔｌｔに実用化するわけにはいかない。

また、ウェハの大口径化を実用化するためには、大口径
のウエノ１に対応した半導体集積回路製造設備が必要と
なる。

つまり、ウェハの大口径化に伴なって、多額の設備投資
費用が必要となる。前述したように、相対的に大きな直
径のウェハが一度大川化されると、今まで使用されてき
た相対的に小さな直径のウェハを用いた”ト導体集積回
路は市場競争力を失ってしまう。したがって、相対的に
小な直径のウニ／鴬に対応している半導体集積回路製造
設備の多くは、減価償却が十分になされる以前に、廃棄
される必要が生じたり、第一線での使用を停止しなけれ
ばならない必要が生じたりする。このような事情から、
半導体集積回路メーカは、ウェハの大口径化を簡単に実
メ１１化することができない。試作レベルでは、Ｓｉ中
結晶ウェハの最大直径が１０インチであるのにえ１し、
実用レベルではＳｉ単結晶ウェハの最大直径が６インチ
に貿まっているのも、上述の背是が１つの理由になって
いる。

以上述べたように、現在に至るまでは、回路の微細化に
よるチップ面積の縮小、およびウェハの大口径化による
単結晶ウェハの６清の増大によって゛ト導体集積回路の
コストを低ドさせてきたが、現状ではそのコスト低下も
頭打ちになってきている。

それゆえに、この発明のＬＪ的は、゛１′導体集積回路
のコストを大幅に低ドさせることのできるウェハ用の棒
状基材を提供することである。

［課題を解決するための手段］ この発明に従った棒状基材は、スライス加工されること
によって複数個の電子デバイス用ウェハを提１ｊ（する
ものであり、電子デバイス川ウェハとなるべき材料から
作られた複数個の棒部材を、並列に集合させて互いに接
続して一体物としたちのである。

［作用］ 棒状基材は、複数個の棒部材を、並列に集合させて互い
に接続して一体物とする構造であるので、棒状基材の径
を大幅に増加させることができる。

したがって、棒状基材をスライス加−トすることによっ
て得られるウェハの径も、大幅に増加する。

ウェハの径が大幅に増加するために、ウェハ上に形成さ
れる電子デバイスの１個あたりのコストも大幅に低−ド
する。

並列に集合させる棒部材の数を多くすれば、棒状基材の
径もそれに伴なって大きくなる。本願発明によって得ら
れるような径の大きな棒状基材を、１本のインゴットか
らｉＬ＞ることは、技術的に不可能であり、あるいは可
能であったとしても大幅な製造コストの増大を招く。

この発明では、インゴット自体の径を大きくするもので
はないので、今まで使用されてきたインゴット製造設備
を廃棄することなく、引き続き使用することができる。

［実施例］ 第１図に示されている棒状基材７は、Ｓｉ単結晶から作
られた正四角柱状の４木の棒部材８を、並列に集合させ
てｉＬいに接続したものである。４本の棒部材８の集合
体である棒状基材７は、その後、高温雰囲気下に置かれ
る。この熱処理によって、各棒部材８は互いに強固に接
若し、その結果、棒状基材７は、第２図に示すように、
あたかもＳｉ単結晶インゴットから削り出された１本の
単一棒であるかのような様相を呈する。このような棒部
材７をスライス加ｔすることによって、第３図に示すよ
うに、複数個の電子デバイス用Ｓｉ小結晶ウェハ９を得
ることができる。ウェハ９の土面１０は、鏡面状に仕上
げられ、この主面１（）に、第４図に示すように多数の
半導体集積回路１１が形成される。

第５図は、Ｓｉ単結晶ウェハの主面に゛ド導体集積回路
を形成するまでの製造ステップを示している。主にこの
第５図をり照しながら、゛ト導体集積回路を形成するま
での製造ステップについて説明する。

まず、第６図に示すようなＳｉ単結晶インゴット１２を
４本作製する（ステップＳｌ）。

各Ｓｉ単結晶インゴット１２は、その長さ方向上端部お
よび上端部が除去され、さらにその外周部分も切削加工
されて正四角柱状の棒部材８に成形される（ステップＳ
２）。こうして、第７図に示すように、同一−Ｊ法の４
個の正四角柱状の棒部材８が用意される。棒部材８の側
面８ａは、Ｓｉ単結晶の結晶軸の方向を示すために、特
定の方向を向くように選択されている。

各棒部材８は、４個の側面８ａを１イしているが、その
うち隣接する棒部材と接触することになる特定の側面が
、ラッピング加工およびポリッシング加１．によって鏡
面に仕上げられる（ステップＳ３）。この際、鏡面の表
面粘度は、その平面度が１０Ｊｉｍ以下であり、表面↑
■さが１０　ｎ　ｒｎ以下であるのが望ましい。このよ
うな精度は、現在の技術によって簡単に達成できる値で
ある。

次に、正四角柱状に成形された各棒部材８の接合面とな
るべき側面に対して、化学薬品により表面処理を施す。

まず、棒部材８の側面を粗洗浄した後、加熱されたトリ
クロロエチレンに浸漬して脱脂する（ステップＳ４）。

次に、棒部材８の側面を、加熱された濃硫酸に浸漬する
（ステップＳ５）。熱濃硫酸の酸化作用によって、棒部
材８の側面に付着していた付着物が酸化除去される。付
着物としては、たとえば自″機性の塵やごみが考えられ
、金属製の塵やごみも考えられる。

次に、棒部材８の側面を水洗した後、その側面を加熱さ
れた硝酸系溶液に浸漬する（ステップＳ６）、棒部材８
の側面に位置するＳｉは、硝酸の酸化作用によって酸化
され、その結果、棒部材８の側面は、不安定で不均一・
な酸化状態から安定で均一な酸化状態になる。

次に、棒部材８の側面を水洗した後、その側面を弗酸系
の希釈水溶液に浸漬する（ステップＳ７）。すると、Ｓ
ｉ酸化膜に対する弗酸のエツチング作用によって、棒部
材８の側面に形成されているＳ１酸化膜の最表面部が除
去され、それと同時に側面の最表面部に存（Ｅしていた
不必要な原子も除去される。

上記ステップは、必要に応じて繰返して行なわれてもよ
い。特に、棒部材８の側面部の最表面を酸化状態または
水酸化状態にするために、最終操作として、棒部材８の
側面に対して硝酸系溶液または過酸化水素系溶液による
表面処理を施すようにしてしよい。

次に、各棒部材８を水洗し、乾燥させる（ステップＳＲ
）。

次に、第７図に示されている正四角柱状の４本の棒部材
８を、室温の清浄な雰囲気下で並列に集合させてそれぞ
れの接合面（側面）を接触させる（ステップＳ９）。４
本の棒部材８の集合体である棒状拭材７は、第１図に示
されている。鏡面に仕上げられた各枠部４４８の側面が
原子的に理想表面であれば、理論的には、各棒部材８を
並列に集合させて互いに接触させると、Ｓｉ単結晶のシ
ームレス構造物となる。しかしながら、実際には、δ棒
部材８の側面８ａの表面状態は、理想状態からかい離し
Ｃいる。たとえば、枠部（］８の側面８ａを拡大して観
察すれば、その側面は若干波打っているであろうし、ま
た多数の凹凸が；１ヨ成されているであろう。したがっ
て、３棒部材８の側面８ａを１１いに接触させたとき、
その接触部分は棒部材８の側面全面にわたるのではなく
、原子的に見ればほんの一部の領域だけである。

隣接する棒部材８と接触することになる各棒部材８の側
面に対して、たとえ清浄雰囲気下で清浄化処理をしたと
しても、微視的に見れば、その側面には、多数の塵やご
みなどの付着物が付着している。付着物の存在は、各棒
部材８の原子同士の接触を妨げる。また、各棒部材８の
側面には、理想的にＳｉ原子が露出しているわけではな
く、般にその側面の表面部は酸化状態あるいは水酸化状
態になっている。しかも、その酸化層または水酸化層は
、ｔｉｔ原子層ではなく、多数の不整合な原子が重なっ
た状態になっている。また、その層には水分などが吸着
されている。このような状態も、隣接する棒部材８の原
子同士の接触を妨げる。

以上のように、互いに接触することになる各棒部材８の
側面８ａの表面状態は、理想状態よりかい離している。

しかしながら、各棒部材８の側面が、現ｌ〔の技術レベ
ルによって得られる鏡面度および清浄度を自°していれ
ば、各棒部材８の側面同士は、室温の正常な雰囲気下で
接触されることにより、水素結合等の効果で接合強度５
　ｋ　ｇ　／　ｃ　〜２のレベルで接続され、それによ
って一体となったＳｉ単結晶からなる棒状基材７が得ら
れる。

次に、各棒部材８の集合体である棒状基材７を、４００
℃の窒素雰囲気中で３０分間加熱する（ステップ５１０
）。この加熱処理により、主として、各棒部材８の接触
部分に（ｊ在する水分などの版行分子が除去される。

次に、棒状基材７を、６ＬｌＯ℃の窒素雰囲気中で３０
分間加熱する（ステップ５１１）。この加熱処理によっ
て、主として、各棒部材８の側面は、縮合反応により酸
素を介して１ｉいに接続され、またはＳｉ原子が直接ハ
ハ子的に結合することによってＨｇ７いに接続される。

次に、棒状基材７を、１０００℃の窒素雰囲気中で１時
間加熱する（ステップ５１２）。この加熱処理により、
上述の反応が、より完全になされることになる。棒状基
材７に対する加熱操作および冷却操作に関しては、機械
的ストレスの悪影響を生じさせないために、除熱および
徐冷が行なわれることはいうまでもない。

各棒部材８を室温の１１．常な雰囲気ドで並列に集合さ
せて！オ、いに接触させると、谷枠部＋、１８はその接
合強度が５ｋｇ／ｃｎＩ２のレベルでｔｉいに接続され
る。この６棒部材８の集合体を、その後の工程で窒素雰
囲気下で加熱することにより、各棒部材８は、原子的な
結合によって互いに接続され、その接合強度が１００〜
２００ｋｇ／ｃｍ２のレベルになる。こうして、Ｓｉ単
結晶からなる一体物である棒状基材７か１ｉｌられる。

接合強度が１０（）〜２００　ｋ　ｇ／　ｃ…２という
値は、Ｓｉ単結晶の引張強度と同一レベルである。この
ことは、各棒部材８の集合体である棒状基材７が、原子
的に一体となっていることの証拠の１つでもある。なお
、各棒部材８の側面同士の結晶軸の方向の差が１度レベ
ル以内であれば、棒状基材７は結晶学的に一体となった
単結晶となる。結晶軸の方向の差を１度レベル以内に抑
えることは、現在の技術で十分可能である。

その後、棒状基材７は、スライス加工され、厚さ数１０
０μｍの複数個のＳｉ単結晶ウェハ９がｊＬＪられる（
ステップ８１３）。この状態が、第３図に示す状態であ
る。

Ｓｉｒド結品ウェハ９の主面１０は、ラッピング加工お
よびポリッシング加工によって鏡面に仕上げられる（ス
テップ５１４）。

鏡面に仕上げられたＳｉ単結晶ウェハ９の主面１０の上
には、多数の半導体集積回路１１が形成される（ステッ
プ５１５）。この状態が、第４図に示されている。

今までの説明と重複するかもしれないが、各棒部材８の
側面が互いに強固に接着するまでのメカニズムについて
より詳しく説明する。

Ｓｉ単結晶の理想表面 Ｓｉ単結晶の表面が理想表面となっていれば、この表面
の原子配列は、２次元゛で模式的に示せば、第８図に示
すような構造になる。この場合、原理的には、２つの理
想表面を接触させれば、室温でも直ちに接着する。この
ことは、清浄な鏡面状の２つの金属を加圧して押付ける
と室温でも接若するというり１実から、容易に推−一１
できるであろう。

なお、図中、ｒＳｉＪはＳｉ原子であり、「−」は１重
粘合であり、「・」はラジカルである。

Ｓ　ｉ　ｌ１１結晶の自然酸化膜 しかし、実際のＳｉ単結晶の表面は、たとえ物理的およ
び化学的に鏡面状にポリッシュしても、理想表面とはな
っていない。すな４〕ち、実際のＳｉ単結晶の表面は、
数原子層の自然酸化膜で覆われており、その膜の厚さは
、数１０Ａとなっている。このような原子配列を２次元
で模式的に示せば、第９図に示す構造となる。第９図に
おいて、参照番号１３で示す部分が自然酸化膜の領域で
ある。また、図中、ｒＯＪは酸素原子であり、「−」は
２重粘合である。

より詳しく示せば、自然酸化膜１３は、その終端がＯＨ
基となったり、または水素結合によって水（Ｈ２Ｏ）を
吸むしている。この原子−配列を２次元で模式的に示せ
ば第１０図に示す構造となる。

図中、参照番号１４は水酸基を・Ｊζし、参照番号１５
は吸着水を示している。また、ｒＨＪは水素原子であり
、「・・・」は水素結合である。自然酸化膜１３の中で
、終端がＯＨ基となったりする割合や、水素結合によっ
て水（Ｈ２Ｏ）を吸着したりする割合は、この自然酸化
膜が形成される温度や湿度に影響されることは言うまで
もない。

Ｓｉ単結晶への浦等の版行 実際上、室内に置かれたＳｉ小結晶の表面には、ごみが
併行するだけでなく、空気中に存在する油などの６機物
が吸むしている。この状態の原子・配列を２次元で模式
的に示せば、第１１図に示す構造となる。図中、「Ｒ」
はアルキル基等を示す。

油などの有機物が吸容したＳｉ小結晶の表面は、疎水性
であり、水をはじく。このように、Ｓｉ単結晶の表面が
疎水性とな−λている場合には、たとえ鏡面状態とされ
ていても、２つの表面を室温ドで接触させてもそれらは
接２ｉＬない。疎水性の表面を持つＳｉ小結晶が、室と
では！１．いに接着しない理由は、最表面に存在する浦
等の有機物同士に接ｊｔ力がないからである。

Ｓ　ｉ　ｌｐ結晶の吸着曲等の除去 Ｓ　ｉ　１１１結晶の鏡面同士を、室温−Ｑｒｉ、いに
接ｊ１させるためには、表面に付６しているごみを除去
するたけでなく、最に面に（ｊ（１する浦なとの白°機
物も除去しなければならない。５ｉ１１を結晶の表面に
付着している油などの自゛機物を除去する〕ｊ法として
は、その白゛機物が多量に７ｆ（トする場合には、まず
Ｓｉ単結晶の表面を白−機溶剤で洗浄するのが望ましい
。１１機溶剤としては、たとえば、トリクレン、ジメチ
ルエタン、４塩化炭素”９の塩素系溶剤、フレオン等の
弗素系溶剤、アセトン、メチルアルコール等のケトンま
たはアルコール系溶剤が考えられる。

Ｓｉ小結晶表面に付着した浦等の１機物を除去する方法
として、加熱硫酸による酸化作用によって有機物を焼却
除去してもよい。また、Ｓｉ小結晶の表面を弗酸（ＨＦ
）系の水溶液で軽くエツチングすることによって、表面
に付着している油等の６機物を除去する方法も自°効で
ある。

Ｓｉ　ｌｉｔ結晶の浦のない表面 Ｓ　ｉ　１１１結晶の最表面に存（ｔＥする油などの白
゛機物を除去すれば、その表面の原子配列は、２次元で
模式的に示せば、前述した第１０図に示すような横這と
なる。Ｓｉ単結晶の表面を、さらに弗酸（ＩＰ）系の水
溶ｉ１＆で処理した後、水洗すれば、その表面部分の原
子配列の終端は、基本的には、すべて水酸基（ＯＨ，！
りとなる。Ｓｉ小結晶の表面の終端の水酸１（ＯＨＭ）
を増すために、Ｓｉ小結晶の表面を硫酸（Ｈ，Ｓｏ、）
　、硝酸（ＨＮ０３）、過酸化水素（ｎ２ｏ２）＝７の
酸化作用のある水溶液で処理した後、水洗してもよい。

Ｓｉ単結晶の表面の原子配列の終端がすべて水酸基（Ｏ
Ｈｕ）となっている場合の原子配列は、２次元で模式的
に示せば、第１２図に示す構造となる。

Ｓｉ小結晶の表面のｊ皇子配列の終端がすべて水酸Ｊλ
（ＯＨ基）となっていたとしても、Ｓｉ単結晶か湿った
雰囲気中に置かれているならば、その表面部にンτ十の
水（Ｈ２Ｏ）を吸着していることは―゛うまでもない。

そのような状態の原子配列を２次元で模式的に示せば、
第１３図に示す構造となる。

最終処理として、Ｓ　ｉ　１１１結晶の表面に対して加
熱処理を施した場合には、Ｓｉ単結晶の表面の水酸基間
で脱水縮合反応を起こし、その場合の表面の原子・配列
は第９図に示す構造となる。ところが、Ｓｉ単結晶の表
面の水酸基間で脱水綜合反応が生じている場合であって
も、Ｓｉ　ｌｌｊ結晶が湿った雰囲気中にある場合には
、その表面にｔｒの水（Ｈ２Ｏ）を吸着している。その
状態のＩにｊ了配列を２次元で模式的に示せば、第１４
図に示す構造となる。

Ｓ　ｉ　ｌｉｔ結晶の室温での接着のメカニズム鏡面状
のＳｉ　ｌｉｔ結晶の表面から浦などの白゛機物が除去
されると、その表面は親水性となり水に濡れやすくなる
。このように、親水性でありかつ鏡面状態になっている
２つのＳ　ｉ　Ｉｌｌ結晶表面を接触させると、それら
は、室温でも！Ｔいに容易に接着する。親水性である２
つのＳｉ単結晶表面が室温で互いに容品に接着する理由
は、最表面に存在する水酸基（ＯＨ基）同士の水素結合
、または表面に吸着している水同士の水素結合による接
着力の作用である。この水素結合の接着力がいかに大き
いかは、室温でメタン（ＣＨ４）が気体であるのに対し
、はぼ同じ分子量の水（Ｈ２０）が液体であることから
も、容易に理解できるであろう。

Ｓｉ単結晶の表面の終端がすべて水酸Ｍ（ＯＨ基）とな
っている場合の接む状態の原Ｔ・配列を２次元で模式的
に示せば、第１５図に示す構造となる。図中、参照番号
１６で示す部分が接着部の領域である。

Ｓ　ｉ　ｑｉ結品の表面の水酸基（ＯＨ基）間で脱水縮
合反応が生じていて、その部分に水（Ｈ２０）を吸むし
ている場合の接る状態のｊにｔ１′−配列を２次元で模
式的に示せば、第１６図に示す構造となる。

図中、参照番号１７で示す部分が接６部の領域である。

水素結合による接着に関しては、水（Ｈ２０）を介する
場合よりも、水酸基ＣＯＨ基）同士の直接結合の場合の
方が強力である。

５ｉＪ１１結晶の室温での接むｈ゛法 脱脂処理され、かつ酸系の溶液で清浄化処理され、その
後水洗されて乾燥されることによって親水性を有するよ
うになった２つの鏡面状態の５ｉｑｔ結晶表面は、それ
らを７７いに接触させるだけで容易に接むされる。この
接触前に、Ｓｉ単結晶を乾燥雰囲気中に長時間作（ｊし
たり、過度に加熱乾燥したりすると、表面の１３；（子
配列の終端の水酸基（ＯＨＭ）か脱水綜合反応を起こす
。そのため、接触前に、乾燥雰囲気中に長時間保存した
り、過度に加熱乾燥したりするのは好ましくない。また
、接触前にＳｉ単結晶を室内等に長１１７７間保１７す
ると、Ｓｉ単結晶の表面には空気中の浦等が１呼吸ンＩ
されるので、好ましくない。

親水性の表面を持つ２つのＳｉ表面を接触させるときに
は、それらをｈ干湿った状態に保つのがよい。なぜなら
、２つのＳｉ単結晶表面の接触部分に隙間があったとし
ても、その隙間を形成している部分は、水（Ｈ２０）の
水素結合の効果で接６されるからであり、また接触面へ
の油等の吸６を防ぐからである。

２つのＳｉ単結晶表面を接触させた後に、接触面から余
分の水（Ｈ２０）を除去するために、２つのＳ　ｉ　１
１１結晶棒部材を摺り合イ）せることによって若干加圧
すれば、両者の間の接聾かより良好となる。この場合、
振動等による悪影響を防ぐために、Ｓ　ｉ　Ｉｌｌ結晶
棒部材の自重の他に、重りを加えてもよいし、締付装置
や治具によって加圧するようにしてもよい。

Ｓｉ単結晶の室温での接着力 ２つのＳｉ単結晶棒部材を室温で接着した後、引張強度
をａｌ定すると、その値は、０．５〜５゜０　ｋ　ｇ　
／　ｃｍ　２の範囲にばらつく。Ｓｉ単結晶の鏡面の表
面粗さが２０ｎｍ付近であれば、この引張強度は０．５
ｋｇ／ｃｍ２付近の鎖になる。

方、Ｓｉ単結晶の鏡面の表面ｉ■さが５〜１０　ｎ　ｍ
の場合には、引張強度は３．０〜’５．０ｋｇ／ｃ■２
付近の値となる。現（Ｉの技術水準では、Ｓｉ単結晶の
鏡面の表面粗さを２「口１１程度にするのは十分可能で
ある。したがって、鏡面の表面粗さに関しては、問題は
生じない。

引張強度が上述のようにばらつく原因は、水素結合によ
る水酸基（ＯＨ基）同士の接着が、５ｉｉ１を結晶表面
の仝而にわたっていないからであると考えられる。言換
えれば、Ｓｉ単結晶の表面の全曲にわたって水酸基（Ｏ
Ｈ基）同士か水素結合で接着されていれば、引張強度は
、５　ｋ　ｇ／　ｃ　ｍ２レベルの鎮になると行えられ
る。

Ｓｉ単結晶の加熱による接ｊ′１カ 室温でＩｉ、いに接るしたＳｉ単結晶杯部材を窒素（Ｎ
２）雰囲気中で加熱すると、引張強度が上昇する。この
引張強度は、２００　℃を越えた温度のところで、急激
に上昇し始める。室温でＮ７いに接るしたＳ　ｉ　１１
１結晶棒部材を、４００℃の窒素雰囲気中で加熱した後
に、引張強度をａｌｌ定すると、５Ｏｋｇ／ｃｍ２前後
の値が得られる。この引張強度は、４００℃〜８００℃
の加熱温度範囲では、飽和している。ところが、ｔ７い
に接着したＳ　ｉ　ｌｉｔ結晶棒部材を８００　’Ｃを
越える温度の窒素雰囲気中で加熱すると、引張強度は、
さらに急激に上昇し始める。互いに接むしたＳｉ単結晶
棒部材を窒素雰囲気中で１０００℃〜１２００℃の温度
範囲で加熱後、引張強度を測定すると、１００〜２００
ｋｇ／ｃｍ２の値が得られる。この場合、破壊はＳｉ単
結晶のバルクで生ずるが、このような１００〜２００ｋ
ｇ／ｃｍ２の引張強度の値は、Ｓ１単結晶の引張強度と
同一レベルである。

Ｓ１単結晶の加熱による接るのメカニズム加熱温度が２
００℃を越えたときに引張強度が急激に上昇し始めるの
は、Ｓｉ単結晶棒部材の接触面において、水酸基（ＯＨ
基）同士が脱水綜合反応を起こし始めるからであると考
えられる。すなわち、水酸入（（ＯＨ基）同士の水素結
合から、５ｔ−０−３ｉの結合に変わり始めるからであ
ると考えられる。

加熱温度が４００’Ｃ〜８００　’Ｃの加熱温度範囲で
引張強度が飽和するのは、上記脱水綜合反応により発生
した水（Ｈ２Ｏ）によるボイドの増加と、５ｉ−０−３
ｉ結合の増加がバランスしているためと考えられる。

加熱温度が８００℃を越えると引張強度がさらに急激に
上昇し始めるのは、ボイドが減少し始め、５ｉ−０−８
ｉ結合の増加の効果が勝るようになるからである。加熱
温度がＩ　Ｕ　（Ｊ　ｔ）℃〜１２００℃になると引張
強度が１　ｔＪ　Ｕ　〜２　Ｕ　Ｕ　ｋ　ｇ　／　ｃ　
ｔｎ２の値に安定するのは、脱水綜合反応が完結するか
らであると考えられる。脱水縮合反応か完結した状態の
１３；ｔ　、７配列を２次元で模式的に示せば、第１７
図に示ずｔ＞”ｉ造となる。図中、３照番号１８で示す
部分は、接着部の領域である。

Ｓｉ単結晶の加熱による接１１ノＪ゛法、！Ｊ（木的に
は、室温でＧ、いに接層：１シたＳｉ単結晶棒部材を、
１０００℃〜１２００℃の温度の窒素雰囲気中で２時間
前後加熱すれば、強固な接着が得られる。加熱および冷
却にあたっては、Ｓｉ単結晶に結晶欠陥が発生しないよ
うな速度で除熱および徐冷をする必要がある。互いに接
着したＳｉ単結晶棒部材に対する加熱スピードは、ボイ
ドの急激な発生を防ぐために、まずＳ　ｉ　ｌｌｉ結晶
棒部材を２００℃〜４００℃の温度で３０分〜１時間程
度保持し、その後４００℃〜８００℃の温度で３０分〜
１時間＃呈疫作持するのか好ましい。

加熱雰囲気としては、Ｓｉ単結晶の鏡面の平面度が良好
な場合には窒素雰囲気でもよいが、５ｉ１１１結晶の鏡
面のや曲に４つたって接着を確実にするために、酸素を
窒素に混合したり、水蒸気と酸素を窒素に混合シたりす
るのが望ましい。

上記加熱処理中においては、振動等による悪影響を防ぐ
ために、Ｓｉ単結晶棒部材の自重の他に、重りを加えて
もよいし、締付治具によって加圧するようにしてもよい
。

Ｓ　ｉ　ｌｉｔ結晶の接触面の隙間の充填Ｓ　ｉ　ｌｉ
ｔ結晶棒部材の鏡面の平面瓜が悪い場合には、マクロな
意味で接触しない部位があるために、ＩＴ、いに接着し
ない面が発生することがある。平面度の悪さよっ′Ｃ生
ずる非接触而の隙間は、Ｓｌの酸化による体積膨張、す
なわち５ｔ−ｓｔｏ２による体積の膨張により補償され
て、す°いに接触するようになる。このようなＳｔの酸
化は、脱水縮合反応によりｔ生した水によってなされた
り、あるいは加熱雰囲気中に導入された水または酸素に
よってなされる。

”；　ｉ　ｌｌｉ結晶棒部材の鏡面の平面度は、１０μ
ロー以下であることが好ましい。しかし、実際上、ｒ［
容てきる（［面皮は、加熱雰囲気や加熱温度条件によっ
ても異なってくる。

１死重度の悪さによって生ずる非接触而を補償する方法
として、原ｒ配列において縮合反応ができる終端を持つ
シラン系６機物で隙間を充填するようにしてもよい。シ
ラン系有機物は、室温では、水素結合で互いに接着する
が、加熱によって縮合して、５ｉ−０−８ｉ結合または
Ｓｌ−３ｉ結合を非接触面間の隙間に導入する。シラン
系有機物を充填する場合には、鏡面の直接的接触面に悪
影ａを及ぼさないようにするために、極少の口に抑える
必要がある。シラン系ｆ１“機物を導入したときの原子
配列を２次元で模式的に示せば、たとえば、第１８図に
示す構造となる。図中、参照番号１９で示す部分は接む
部の領域である。

次に、第１図〜第４図を参照して、この発明の実施例の
メリットについて説明する。

棒状基材７は、４個の棒部材８を並列に集合して互いに
接続して一体物としたものである。棒状括＋４７をスラ
イス加工することによって得られるウェハ９の面積は、
１木の枠部４４８をスライス加工することによって得ら
れるウェハの面積の４倍の大きさである。前述したよう
に、従来、Ｓｉ単結晶ウェハの直径は、単結晶インゴッ
トの直径によって定められていた。単結晶インゴットの
製造技術の観点から見れば、量産レベルでは、Ｓ　ｉ　
Ｉｌｌ結晶ウェハの最大直径は６インチである。また、
試作レベルでは、Ｓｉ単結晶ウェハの最大直径は１０イ
ンチである。ところが、この発明の実施例では、単結晶
インゴットから成形された４本の棒部材８を集合させて
−・体物とし、その一体物である棒状基材７をスライス
加トすることによってウェハ９を古るものであるので、
従宋製造することが不可能であ−ノたような大きさの直
径のウェハを得ることができる。しかも、このような大
面積のＳｉ単結晶ウェハを比較的安１１１ｈに得ること
ができる。

大面積のｌｌｉ而を持つＳ　ｔ　’ｌ’Ｌ−品棒状基打
棒状基材７ス加工し、さらにラッピング加工およびポリ
ッシング加工等の工程を経て、大面積のＳｉ単結晶ウェ
ハ９が製造される。これらの工程は、基本的には、面ｑ
１位で操作される多数の細分化された工程からなってい
る。したがって、小面積のＳｉ単結晶ウェハを複数ν、
１作製する場合と、このＬ（数個のウェハの合計面積と
同じだけの面積を白゛する１枚の大面積の５ｉＩｌｌ結
晶ウエハを作製する場合とを比較すると、１枚の大面積
のＳｉ　ｔｉｔ結晶ウェハ９の方が面積あたりのコスト
が安価となる１１１能性がある。これは、以ドの理由に
よる。曳数個の棒部材８を並列に集合させて！ｉいに接
続して一体物とする場合には、その接続のために切断工
程、ラッピング工程、ポリッシング工程、洗浄工程、加
熱工程等が付加される。この付加される工程は、１本の
Ｓｉ単結晶インゴットからウェハを製造する場合には不
要なものである。その分、複数本の棒部材８を集合させ
る場合、コストが上昇する。

一方、棒状の部材からウェハを作製するのに必要となる
スライス工程、ラッピング工程、ポリッシング工程等に
関しては、複数本の棒部材８を集合させて一体物とした
方がコストの低ドにつながる。

すなわち、棒部材８がそれぞれ分離しであるならば、各
枠部Ｈに対してそれぞれウェハを作製するためのスライ
ス加］［、ラッピング加］に、ポリッシング加工等が必
要となる。これにλ・１して、ｔｔｔ数本の棒部材８を
集合した棒状基材の場合には、この１本の棒状基材７に
λ、ｌして、ウェハを作製するためのスライス加工、ラ
ッピング加工、ポリッシング加工が施されるだけである
。このように、棒状の部材からウェハを作製するまでの
゛に程を考えた場合には、この発明の実施例では大幅な
コスト低減につながる。全体的に見れば、ｔ（数本の棒
部材を集合させるために必要となったコストの上昇分よ
りも、［（数本の棒部材の集合体である棒状基材７を加
工してウェハを作製することによって得られるコストの
減少分の方が勝る。つまり、全体的に見れば、本発明の
実施例は、コストａ（減につながる。集合する棒部材８
の数が増すほど、このコスト低減の効果は大きくなる。

第４図に示すように、Ｓｔ中Ｌしｊ　／Ｉ＾ウェハ９の
主面１０上には多数の半導体集積回路１１が形成される
。ウェハ０の上に形成される゛！１専体集体集積回路１
１は、ウェハ９の面積か大きいはと多くなることは明白
である。半導体集積回路の製造分野においては、基本的
には、写真製版技術を用いることによって多数の同一回
路を同時に製作することが可能である。そのため、１、
−別的に１つの回路を製造することと比較して、同−回
路構成あたりの製造コストを飛躍的にＯ（下させること
ができる。

このコスト低下の効果は、同時に形成される゛ｒ、導体
集積回路１１の数か多いほど大きくなる。したかって、
Ｓ　ｉ　ｌｉｔ結晶ウェハ０の面積が大きいほど、同−
回路（＾を成あたりの製造コストか低ドする。

１三導体集積回路の製造にあたっては、与真製版玉程の
前後の工程で、Ｓｉ単結晶ウェハは、そのウェハごとに
あるいはウェハのロフトごとに処理される。したがって
、ＳＮ単結晶ウェハ９の面積が大きいほど、より多くの
同一回路を同時に製作することができることになり、半
導体集積回路の同一回路構成あたりの製造コストをより
低下させることができる。これらの１ニ程を列挙すると
、Ｓｉ　ｌｉｔ結品ウェつ上に結晶を桔層するエビタキ
シャル工程、単結晶ウェハ中に不純物を導入するイオン
注入上程およびその後の拡散上程、選択的に不純物を導
入したり接合表面を保護するために行なわれる酸化工程
またはｃｖｏ、ｃ程、電極や配線層を形成するだめのメ
タライズ工程などがある。これらの工ｆ？は、単結晶ウ
ェハごとにあるいは小結晶ウェハのロットごとに処理さ
れる。

以上述べたように、この発明の実施例では、相対的に大
面積のＳｌｉ’ｉ品Ｊｌｌｓウェハ９を用いて、その上
面に同時に多数の半導体９３債回路１１を形成するもの
であるので、半導体集積回路１１の１個あたりのコスト
を低下させることができる。一般に、半導体集積回路の
コストは、設、２１費、材料費、加［費、営業費等によ
り構成されている。専用製品の場合には、設工１費や営
業費等が相対的に高くなるが、汎用性があり、かつ大量
に生産される製品の場合には、設：１費や営業費等が相
対的に低くなる。前述したようなこの発明の実施例によ
る加」、費の低減の効果は、汎用性がありかつ大量に生
産される製品に対して、たとえば、大容量メモリのよう
な主を半導体集積回路に々・１して特に顕ｔ°である。

半導体集積回路産業が装置産業であると言われている所
以は、製造設備が高価であるからである。

特に、ウェハを製造する工程の設備が高１＋ｔｌｉであ
る。

現６ニウエハ製造工１°ｌを見てみると、工場というよ
りは実験室であるような印象を受けるであろう。

これは、実用化されているＳｉ小結晶ウェハの最大直径
が０．１５ｍのレベルであり、工場での大瓜牛ｐｃに用
いる材ｆ１としてはあまりにも面積が小さいからである
。しかしながら、上述した実施例によれば、Ｓ　ｉ　Ｉ
ｌｌ結晶ウェハの面積は、ｆｉｌ理的には、いくらでも
大きくすることができる。たとえば、１辺の長さが１．
０ｍである１−ｈ形彫状のＳｉ単結晶ウェハを作ること
も可能である。

最大直径が０．１５ｍのＳｉ単結晶ウェハを用いて形成
した半導体集積回路と、１辺の長さが１゜Ｃ１ｍのＳｉ
単結晶ウェハを用いて形成した半導体集積回路との間に
は、大幅なコスト差が発生する。

この発明の実施例によれば、このような大きな効果が発
揮されるのにしかかわらず、製造上ｆｌＪに対しては、
より精密な制卸は原則的には必要とならない。すなわち
、Ｓｉ単結晶ウェハの大面積化に伴なって発生ずるのは
、ウェハの機械的強度の問題、ならびに光学的、熱的お
よび流体的な面積均一性の問題だけである。しかし、こ
れらはスケールアップの問題という工業原理の問題であ
り、製造装置の構造を二［失することにより解消するこ
とができる。

上述の実施例では、従来から製造されていた人きさのＳ
ｉ　ｌｌｉ結品インゴットを用いて棒部材８を製造し、
この棒部材８を並列に集合させて１つの棒状試材７を製
造し、このｉ＋４状話材７をスライス加１゜することに
よ−ノて大きな面積のＳ　ｉ　ｊｌｉ結晶ウェハを製造
するものであるので、従来から使用されているＳ　ｉ　
ｌｉｔ結晶インゴットの製造設し；ｋを排却することな
く引き続き使用することができる。すなイ］ち、Ｓ　ｉ
　ｌｉｔ結晶ウェハの大面積化が急速に進んだとしても
、従来から使用されているＳｉ単結晶インゴットの製造
設備は無駄にならない。したがって、Ｓ　ｉ　Ｉｌｔ結
晶ウェハの大面積化は、Ｓｉウェハの製造メーカにとっ
てそれほど大きな負担にはならない。要するに、Ｓｉ単
結晶ウェハの大面積化に対してその実現を１＋１１むも
のは、ウェハの機械的強度の問題、ならびに光学的、熱
的および流体的な面積均一性の問題だけである。これら
の問題は、製造装置の構造を改良することによって容易
に解消し得るものであるので、Ｓｉ小結晶ウェハの大面
積化も容易に実現することができる。

上述の実施例では、Ｓｉ単結晶ウェハの人而漬化を進め
るのにあたって、集合されるべき棒部材８の数を増せば
ウェハの大面積化を小刻みにではなく大幅に進めること
ができるので、半導体！！債回路の製造設備の食更を小
刻みにではなく一挙に行なうことができる。つまり、製
造設備の投資効率を大幅に向上させることができる。た
とえば、最大直径０゜１５０１のＳｉ単結晶ウェハを用
いて半導体集積回路を製造する設備および工程と、１辺
の長さが１．０ｍのＳｉ単結晶つ、１ハを用いて１’−
ｊｇ体体積積回路製造する設備および工程とは、大幅に
異なっていることは明らかである。

上述の実施例では、ウェハ上に半導体！！積回路が形成
される場合について説明したが、この発明は、それ以外
の用途にも適用可能である。すなわち、ウェハ上に同時
に多数の電子デバイスを形成するような用途に対して、
この発明が適用されれば、そのコストを飛躍的に低下さ
せることができる。゛ト導体集積回路以外の個別゛ｒ導
体デバイスとして、たとえば、トランジスタ、ダイオー
ド、サイリスク″、９がこえられるが、これらに対して
もこの発明は適用可能である。さらに、！１１導体デバ
イス以外の電子デバイス、たとえば抵抗素子、容量素ｒ
・、センサ等にχ、ｌしてもこの発明の適用が可能であ
る。

上述の実施例では、Ｓｉ単結晶棒部材８を、１７いに接
続する場合について述べたが、Ｓｉ多結晶棒部材を互い
に接続する場合であっても全く同じｈ法が採用される。

Ｓｉ多結晶棒部材を使用する場合には、たとえば、ウェ
ハの形成後に、そのウェハの表面をレーザアニール技術
によって小結晶化し、Ｓｉ単結晶ウェハの代わりに使用
する等の応用例が考えられる。

Ｇｅ単結晶棒部材を用いる場合やＧｅ多結晶棒部材を用
いる場合であっても、同様な方法で各棒部材をＪｉいに
集合して一体物とすることが？Ｊ能である。ただし、Ｇ
　ｅ　ｌｉｔ結晶庫部祠またはＧｅ多結晶棒部材を用い
る場合には、ｒ７．いの棒部材の接続は５ｉ−０−Ｓｉ
結合ではなく、Ｇｅ−０−Ｇｅ結合である。なお、Ｓｔ
の融点は１４１２℃であるので、Ｓｉ結晶の棒部材を１
２００”Ｃの温度まで加熱することができる。一方、Ｇ
ｅの融点はり５８．５℃であるので、Ｇｅ結晶の棒部材
を加熱する場合にはその加熱温度か９００℃を越えては
ならない。

ＧａＡｓ、１ｎＰｓ　ＣｄＳ′！ｉの化合物半導体の単
結晶または多結晶からなる１に数個の棒部材を互いに集
会させて接合したり、石英（Ｓ　１０２）やサフアイヤ
（ＡＬＯａ）などの酸化物からなる護数個の棒部材を互
いに集合させて接合することもＩ’１７能である。ただ
し、化合物半導体の場合には、棒部材を加熱したときに
分解が生ずるおそれがあるので、ぬ度条件をできるだけ
低温にする必要がある。また、棒部材の表面を十分酸化
または水酸化するための処理をする必要がある。

前述したように、Ｓｉ単結品同士の接着であっても、ミ
クロ的には、自然酸化膜によるＳ　ｉＯ２同士の接着で
あった。したがって、Ｓｉ単結晶棒部材上に作為的に５
ｉ０２を付むさせ、その後、この５ｉ０２を介してＳｉ
単結晶棒部材を互いに接着するようにしてもよい。５ｉ
０２の付着の方法としては、色々なものが選択できる。

たとえば、Ｓｉ単結晶棒部材を湿った酸素雰囲気中（Ｈ
２０十ｏ２＋Ｎ２）で９００℃に加熱し、それによって
棒部材の表面に０．５〜２　／７　Ｉｌｌの酸化膜を付
着させてもよい。また、シラン系の化合物（ＳｔＨ１＋
０２やＳ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ２）　ａなど）の熱分解法を
利用して棒部材の表面に酸化膜を付むさせてもよい。あ
るいは、いわゆるＣＶＤ法によって、棒部材の表面に０
．５〜２μｍ夏１程瓜の酸化膜を付るするようにしても
よい。

Ｓｉ単結晶棒部材の表面に作為的に５ｉｎ２を付るさせ
た後の化学処理および加熱処理は、Ｓｉ中単結棒部材同
士を互いに接着する場合と同じである。Ｓｉ単結晶棒部
材の表面に作為的に５ｉ０２を付着させたノｊが、′ｓ
７いの棒部材は接着しやすくなるが、酸化膜の膜厚か１
１すぎると、酸化に伴なうＳｉの膨張による接触面の隙
間を補償する効果が少なくなる。したがって、酸化膜の
膜厚が過剰に大きくならないようにしなければならない
。

複数のＳｉ単結晶棒部材を、Ｓｉ多結晶を介して互いに
接着するようにしてもよい。Ｓｉ多結晶は、シラン（Ｓ
ｉＨｎ）の熱分解によってＳｉ単結晶棒部材の表面に付
着させることができる。付着したＳｉ多結晶は、ストレ
ス緩和の効果を発揮する。

複数のＳｋ多多結晶部部材、作為的に付むした５ｉ０２
を介して互いに接着することももちろん■１能である。

Ｇｅ結晶からなる棒部材、種々の化合物゛ＩＳ導体から
なる棒部材、酸化物からなる棒部材についても、この棒
部材と異なった材料を介して互いに接ｊ１することがｉ
ｌｌ能である。たとえば、ＧａＡｓ単結晶棒部材の表面
に、種々のノｊ法で酸化膜を付着させることが可能であ
る。ＧａＡｓ単結晶棒部材は、乾燥雰囲気中または湿っ
た雰囲気中で３５０℃〜５００℃に加熱される。このよ
うにＧａＡｓ１１ｊ結晶棒部材を（Ｉ（／Ａ！で酸化さ
せるのは、Ａｓの脱離をＵｊ　＋ｈするためである。Ｇ
ａＡ３単結晶棒部材の表面に形成される酸化物はＧａ２
０ａである。

ＧａＡｓ単結晶棒部材をＡｓ２０．雰囲気中で加熱すれ
ば、酸化物としてＡｓ２０．も得られる。

ＧａＡｓ単結晶棒部材を、ＮＨ，Ｂ、ｏａ水溶液中、１
％Ｈ，ＰＯ，水溶液中、３９ムＨ，ＢＯ。

水溶液中、３０９６　Ｈ２０２水溶ｉｔｋ中などに浸漬
することによって、その表面を陽極酸化するようにして
もよい。

複数のＧａＡｓ単結晶棒部材を、シリコンナイトライド
（Ｓｊ３Ｎ４）を介して互いに接着してもよい。この場
合、シリコンナイトライド（ＳＬ、Ｎ、）は、高温ドで
のＡｓの脱離を防止する効果を発揮する。

たとえば、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　（１１結晶棒部材の表面に
、ＣＶＤ法によって（Ｓ　ｉＨ４＋ＮＨ，の熱分解によ
って）Ｓｉ、Ｎ、を付着させる。Ｓｉ、Ｎ４同士には接
６カがないので、さらにＳｉ、Ｎ４の付６層の上にＣＶ
Ｄ法によって（Ｓｉｎ４の熱分解によって）多結晶Ｓｉ
を付着させる。次に、多結晶Ｓｉ付着層の上に、ＣＶＤ
法によって（ＳｉＨ４＋０□またはＳ　ｉ　（ＯＣ２８
５）　４の熱分解によって）Ｓｉｎ：を付着させる。そ
れ以後の化学処理および加熱処理は、前述したＳｉ単結
晶棒部材の場合と同じである。ただし、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
の融点は１２３８℃であるので、ＧａＡｓ単結晶棒部材
の加熱温度は１０００℃を越えないようにするのが望ま
しい。

上述の方法に！５いて、シリコンナイトライド（Ｓｉ、
Ｎ４）の代わりに、ＣＶＤ法によって（Ａ　Ｑ　＜ｏ　
ｃ　３　Ｈ？　＞　ａの熱分解によって）Ｍ化アルミ（
ＡＬＯ３）を付着するようにしてもよい。また、高温に
おけるＡｓの脱離の問題は７７干残るが、ＧａＡｓ単結
晶棒部材の表面に、直接Ｓｉ多結晶を付むさせてもよく
、あるいは表面の平面度が良好であれば、直接５ｉ０２
を付着させてもよい。

今までの説明では、同一材料からなる複数の棒部材をＪ
Ｘ、いに接続する場合について述べたが、異なった材料
からなる複数の棒部材を並列に集合させて互いに接続し
て一体物とすることも可能である。たとえば、Ｓｉ単結
品からなる棒部材とＧａＡｓ単結晶からなる棒部材とを
同様な方法によってｈ：いに接６することもｎｆ能であ
る。この場合、たとえば、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　１１ｊ結晶
棒部材の最表面にＳＬを付着させるようにしてもよい。

複数の棒部材が、少量の酸素（０□）を介してミクロな
意味で完全に接着している場合には、酸素（０□）がバ
ルク中に拡散しているので、棒部材間の接着界面は完全
結晶となっている。しかし、一般には、棒部材の表面の
平面度の悪さや表面粗さを補償するために、腹数個の棒
部材の接触部分には過剰の酸素が介在するので、接着界
面は完全結晶とはならない。接着界面が完全結晶とはな
っていなくても、すなわち、完成したウェハ中に継日部
分が存在し、そのｍｕ部分が完全結晶とはなっていなく
ても、それらが機械的に強固に接着していれば問題はな
い。たとえば、完成したウェハ中に、数１０Ａ〜μｍオ
ーダの不完全結晶の継０が存在していたとしても、ウェ
ハの上に多数の同じパターンを形成する場合には大きな
障害にはならない。

第１図および第２図に図示した実施例では、互いに集合
されるべき各棒部材８は、正四角柱形状であったが、そ
のような形状に限られるものではない。第１９図および
第２０図を参照して、１本のインゴット１９は、正方形
の断面形状を持つ１本の棒部材２０と、台形の断面形状
を持つ４本の棒部材２１とに分割される。第２１図およ
び第２２図に示すように、インゴット１９から取出され
た台形形状の断面を６する棒部材２１を多数集合させて
互いに接続して１本の棒状基材２２とすることも可能で
ある。第１９図〜第２２図に示したような方法によれば
、材料の利用効率を高めることができる。

第２３図に示すような台形の断面形状を持つインゴット
２３を利用することもｉｌｌ能である。たとえば、ホリ
ゾンタルブリッジマン法ＣＨＢ法）によって製造された
ＧａＡｓインゴットは、第２３図に示すような１１１而
形状が台形の棒となる。このようなインゴット２３を成
形し、この成形した棒を並列に集合させて第２４図およ
び第２５図に示すような棒部材２４を作れば、材料の利
用効率を高めることができる。

集合されるべき棒部材の形状は角柱である必要はない。

つまり、棒部材は、その長さ方向に延びかつ鏡面状に仕
上げられた接合面を有していれば、どのような形状のも
のであってもよい。たとえば、第２６図に示した実施例
では、棒部材２５は、２個の接合面２５ａ、２５ｂを有
するほぼ円柱形状である。これらの棒部材２５を４氷晶
列に集合させて互いに接続して棒状基材２７を作れば、
その中央部分に穴部２６か形成される。第２６図に示し
た実施例によれば、材料の使用効率を高めることができ
、また棒状基材２７の内部に発生する内部ストレスを緩
和する効果も発揮する。

第２７図に示されている棒状基材２８は、５ｉｒ（１結
晶からなり、その断面形状が正方形の正四角柱の棒部材
２つを４水束合させてカーいに接続して一体物としたも
のである。各棒部材２９は、その接続面に介■する５ｉ
０２膜３０を介して互いに接続されている。各棒部材の
間に介在させる材料としては、棒部材の酸化物に限られ
るものではない。たとえば、棒部材の窒化物や多結晶体
を介在させてもよい。あるいは、棒部材とは異なった材
料の単結晶体、多結晶体、酸化物、窒化物などを介在さ
せるようにしてもよ（−０ 第２８図に示されている棒状基材３１は、異なった材料
から作られている棒部材を並列に集合させて互いに接続
して一体物としたものである。具体的には、棒状基材３
１は、２本のＳｉ単結晶棒部材３２と、８本のＧａＡｓ
１ｔｌ結晶捧部材３３とを並列に集合させて一体物とし
たものである。この実施例によれば、ＳｉとにａＡｓの
複合ＩＣ１ｉｌ路を１つのチップで構成することが可能
になる。

第２９図に示すように、集合されるべき棒部材３４が正
四角柱形状である場合、その角部を参照番号３５で示す
ように面取りしてもよい。このような面取りされた棒部
材３４を４氷晶列に集合させて一体物とした棒状基材３
６が、第３０図に示されている。棒部材３４の角部３５
は而取りされているので、棒状基材３６は、各棒部材３
４の接合部分に切欠３７を生じさせる。この実施例によ
れば、各棒部材の接続部分が明瞭に観察され得る。

発明の種々の態様 本件発明に対して考えられる態様は、以下のとおりであ
る。

（１）　スライス加Ｊ二されることによって複数個の電
子・デバイス用ウェハを提１共する棒状基材であって、 電子デバイス用ウェハとなるべき材料から作られたｉＭ
数個の棒部材を、並列に集合させてｔＬいに接続して一
体物とした、ウェハ用陣状基材。

（２）　上記（１）に従属するウェハ川棒状基材であっ
て、 前記各棒部材は、その長さ方向に延びかつ鏡面状に仕上
げられた接合面を白゛し、 前記各棒部材の接合面が７ｉいに接続される。

（３）　上記（２）に従属するウェハ用棒状基打てあっ
て、 前記各棒部材は、同じ材料から作られている。

（４）　上記（３）に従属するウェハ用棒状話材であっ
て、 前記各棒部材は、Ｓ　ｉ　ｆｉｔ結品またはＳｔ多結晶
から作られており、 前記各棒部材の接合面は、５ｉ−０−３ｉ結合または５
ｔ−３ｉ結合によって互いに接続される。

（５）　上記（３）に従属するウェハ川棒状基＋４であ
って、 前記各棒部材は、Ｇｅ単結晶またはＧｅ多結晶から作ら
れており、 前記各棒部材の接合面は、Ｇｅ−０−Ｇｅ結合またはＣ
ｅ−Ｇｅ結合によって互いに接続される。

（６）　上記（３）に従属するウェハ用棒状基材であっ
て、 前記各棒部材は、Ｓ１単結晶またはＳｔ多結晶から作ら
れており、 前記各棒部材の接合面は、Ｓｉｎ、を介して７７いに接
続される。

（７）　上記（３）に従属するウェハ用棒状基材であっ
て、 前記各棒部材は、ＧａＡｓ５　ＩｎＰ、ＣｄＳ、サファ
イヤ、石英またはアルミナから作られている。

（８）　上記（２）に従属するウェハ用棒状基材であっ
て、 前記各棒部材は、異なった材料から作られている。

（９）　上記（８）に従属するウェハ用棒状基材であっ
て、 前記複数個の棒部材のうち、第１の棒部材はＳｉ　１１
１結晶から作られ、第２の棒部材はＧ　ａ　Ａ　ｓ　ｌ
ｉｔ結晶から作られている。

（１０）　上記（２）に従属するウェハ用棒状基材であ
って、 前記棒部材は、角柱形状をＨする。

（１１）　前記（２）に従属するウェハ用棒状基材であ
って、 前記各棒部材は、単結晶インゴットまたは多結晶インゴ
ットである。

（１２）　上記（２）に従属するウェハ用棒状基材であ
って、 当該棒状基材は、前記各休部祠間の接合部分の位置を示
すマークを備える。

（１３）　上記（１２）に従属するウェハ用棒状基材で
あって、 前記マークは、当該棒状基材の外面に形成されたり欠で
ある。

（１４）　上記（１）に規定される棒状基材をスライス
加工することによって得られた電子デバイス用ウェハ。

（１５）　上記（４）に規定される棒状基材をスライス
加工することによってｉ！Ｉられた電子デバイス用つエ
ノ＼。

（１６）　上記（５）に規定された棒状基材をスライス
加工することによって得られた電子デバイス用ウェハ。

（１７）　上記（６）に規定される棒状基材をスライス
加工することによって得られた７ｕ子デバイス川ウエハ
。

（１８）　上記（９）に規定される棒状基材をスライス
加工することによって得られた電子デバイス用ウェハ。

（１９）　　電子デバイス川ウェハとなるべき材木１か
ら作られた複数個の棒部材を月１意する工程と、前記各
棒部材の外面に、その長さ方向に延びかつ鏡面上に佳１
げられた接合面を形成する工程と、前記各棒部材の接合
面を、化学薬品を用いた表面処理によって清浄にする：
［程と、 前記各棒部材を並列に集合させてそれぞれの接合面を互
いに接触させることによって、各棒部材の集合体である
棒状基材を作るに程と、前記棒状基材を加熱雰囲気下に
保持する工程と、前記棒状基材をスライス加工すること
によって７４Ｔデバイス用ウエハを得る工程と、を備え
る、７１ｉ子デバイス川ウエハの製造方法。

（２０）　上記（１９）に従属する電子デバイス川ウェ
ハの製造方法であって、 化学薬品によって接合面を清浄にする工程は、接合面を
脱脂することと、 接合面に付着している付着物を酸化除去することと、 接合面を安定で均一な酸化状態にすることと、を含む。

（２１）　上記（２０）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記接合面の脱脂は、接合面をｈ′機溶剤で洗浄するこ
とによって行なわれる。

（２２）　上記（２０）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記付着物の酸化除去は、接合面を加熱硫酸に浸漬する
ことによって行なわれる。

（２３）　上記（２０）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記接合面を安定で均一な酸化状態にすることは、接合
面を加熱された硝酸系溶液に浸漬することによって行な
われる。

（２４）　上記（２０）に従属する電子デバイス月１ウ
ェハの製造方法であって、 前記接合面を安定で均一な酸化状態にすることは、接合
面上に形成された酸化膜の最表面部を除去することを含
む。

（２５）　上記（２４）に従属する電子デノくイス用ウ
ェハの製造方法であって、 前記酸化膜の最表面部の除去は、接合面を弗酸系水溶液
に浸漬することによってｊｉなわれる。

（２６）　上記（１９）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 鏡面状に仕上げられた前記接合面は、その平面度が１０
μｎｌ以下でその表面↑■さか１０　ｒ＋　ｍ以下であ
る。

（２７）　上記（１９）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記各棒部材を並列に集合させて棒状基材を作る１、程
は、室温下で行なわれる。

（２８）　上記（１９）に従属する電子・デバイス用ウ
ェハの製造方法であって、 前記棒状基材を加熱雰囲気下に保持する工程は、前記棒
状基÷４を窒素雰囲気下に置くことを含む。

（２９）　上記（１９）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記棒状基材を加熱雰囲気下に保Ｉ：ｉする工程は、前
記棒状基材を４００℃の温度雰囲気中に置くことと、そ
の後 前記棒状基材を６００℃の温度雰囲気中に置くことと、
その後 前記棒状基材を１０００℃の温度雰囲気中に置くことと
、 を含む。

（３０）　上記（２９）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記棒状基材を４００℃の温度雰囲気中に置く時間は３
０分であり、 前記棒状基材を６００℃の温度雰囲気中に置く時間は３
０分であり、 前記棒状基材を１０００℃の温度雰囲気中に置く時間は
１時間である。

（３１）　上記（１９）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記各棒部材は、同じ材料から作られている。

（３２）　上記（３１）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記各棒部材は、Ｓｉ単結晶またはＳｉ多結晶から作ら
れている。

（３３）　上記（３１）に従属する電子デバイス用つエ
ノ１の製造方法であって、 前記各棒部材は、Ｇｅ単結品またはＧｅ多結晶から作ら
れている。

（３４）　上記（１９）に従属する電子デバイス７１１
ウエハの製造方法であって、 前記各棒部材は、異なった材料から作られている。

（３５）　上記（３４）に従属する電子デバイス用ウェ
ハの製造方法であって、 前記複数個の棒部材のうら、第１の棒部材はＳｉ単結晶
から作られ、第２の棒部材はＧａＡｓ単結晶から作られ
ている。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、スライス加工される
ことによって複数個の電子デバイス用ウェハを提ＯＦ、
する棒状基材が、複数個の棒部材を並列に集合させて互
いに接続して一体物としたものであるので、かなり大き
な面積を持つ電子デバイス用ウニｌ−を得ることができ
る。したがって、大きな面積のウェハ上に非常に多くの
電子デバイス川ウェハを形成することができ、１個あた
りの電子デバイスの＆ｆｌｌｉｔ８を安くすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の棒状基材を示す斜視図
である。第２図は、ＴＳ１図の棒状基材を熱処理した後
の状態を示す斜視図である。第３図は、第２図の棒状基
材をスライス加工することによって得られた電子デバイ
ス用ウェハを示す斜視図である。第４図は、第３図に示
すウェハ上に多数の半導体集積回路が形成されている状
態を示す平面図である。 第５図は、Ｓｉ単結晶インゴットを作製した段階から半
導体集積回路を形成するまでの製造］−程を示す図であ
る。 第６図は、４本の単結晶インゴットを示す斜視図である
。第７図は、第６図に示されている単結晶インゴットを
加工することによって得られた４本の棒部材を示す斜視
図である。 第８図は、Ｓｉ単結晶の表面が理想表面となっている状
態を模式的に示す原子配列図である。第９図は、Ｓｉ単
結晶の表面に自然酸化膜が形成されている状態を模式的
に示す原子配列図である。 第１０図は、第９図の自然酸化膜に水が成否している状
態を模式的に示す原子配列図である。第１１図は、Ｓｉ
単結晶表面に油などのＣ−ｆ機物が付青している状態を
模式的に示す原子配列図である。 第１２図は、Ｓｉ単結晶の表面の終端がすべて水酸基と
なっている状態の原子配列図である。第１３図は、第１
２図に示す構造の終端に水が吸養している状態を示す原
子配列図である。第１４図は、Ｓｉ単結晶の表面の水酸
基間で脱水縮合反応が生じ、その後その最表面部に水が
吸むされている状態を模式的に示す原子配列図である。 第１５図は、Ｓｉ単結晶の表面の終端がすべて０ＨＪＪ
、となっている場合の接む状態の原子配列を模式的に示
す図である。第１６図は、Ｓｉ単結晶の表面の水酸基間
で脱水縮合反応を起こしていて、水を成否している場合
の接谷状態の原子配列を模式的に示す図である。第１７
図は、接合部分で脱水縮合反応が完結している状態を示
す原子配列図である。第１８図は、シラン系ｆ−７ｎ物
を介〆１．させて接触させている状態を模式的に示す原
子配列図である。 ２１１９図は、１本のインゴットから異なった形状の複
数個の棒部材を取出すことのできる状態を示す平面図で
ある。第２０図は、第１９図の正面図である。第２１図
は、第１９図に示されている断面形状が台形の棒部材を
１夏数本集合させて一体物とした状態の平面図である。 第２２図は、第２１図の正面図である。 第２３図は、断面形状が台形の・ｆンゴッ！・を示す斜
視図である。第２４図は、第２′３図のインゴットを用
いて製造された棒状基材を示す・１孔面図である。第２
５図は、第２４図の棒状基Ｈの正面図である。 第２６図は、棒状基材の他の例を示す平面図である。第
２７図は、棒状Ｊｌ（材のさらに他の例を示す平面図で
ある。第２８図は、棒状基材のさらに他の例を示す平面
図である。Ｔ３２９図は、後に集合されるべき棒部材を
示す東面図である。第３０図は、第２９図に示されてい
る面取りされた棒部材を４本集合させることによって得
られる棒状基材を示す平面図である。 第３１図は、Ｓ　ｉ　ｌｌｉ結晶インゴットを示す斜視
図である。第３２図は、第３１図の単結晶インゴットを
加工することによって得られる棒部材を示す斜視図であ
る。第３３図は、第３２図の棒部材をスライス加工する
ことによって得られるウェハを示す斜視図である。第３
４図は、第３３図に示されているウェハの主面上に多数
の半導体集積回路が形成されている状態を示す・１′・
面図である。 図において、７は棒状基材、８は棒部材、９はウェハ、
１１は！ｉ導体集積回路をｉＪ＜ず。 なお、各図において、同一の番号は、同一または相当の
要素を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スライス加工されることによって複数個の電子デ
   バイス用ウェハを提供する棒状基材であって、 電子デバイス用ウェハとなるべき材料から作られた複数
   個の棒部材を、並列に集合させて互いに接続して一体物
   とした電子デバイス用ウエハを提供するための棒状基材
   。