Ball Semiconductor技術会議報告
１９９８年７月１４日〜１６日に開催されたBall Semiconductor社の技術会議
に参加した時の内容を報告します
本会議に参加した目的は、
１． 半導体量産工場建設の建設費の低減を可能とする技術なのか
２． 顧客の細かい要求に対応できる半導体を短期間･必要な数量作る技術なのか
を知りたかったからです。 発表内容からは、化学プラントの発想で半導体素子を作るのは
有効な方法ではないかと感じました。
本技術の実用化は、微細化の要求が少ないバイポーラ（ダイオード･トランジスタ）素子で早く
に実現できるのではないかと思います。本会議（ 実際は、研修員発表のような感じ ）の冒頭
に創業者は、限られたリソース（資金･人･時間）で開発･量産化を行うため、基礎技術の開発
以降で自分たちができるのは、微細なＬＳＩではなく太陽電池等の半導体であると語っていました。
下記の記載で、図番が空欄になっています。
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Ball Semiconductor社
会社概要
社 名：ボール・セミコンダンクター・インコーポレイテッド
代表者：会長兼社長 石川 明
本 社： 米国テキサス州アレン市（ダラス近郊）
設 立：1996年10月
創業者である 石川 明氏が考案した、Ｓｉ球を使った半導体素子の開発を行ってい
る。現在の主な出資者は日系企業が占めている。開発開始から１年半で、装置のプロ
トタイプの開発を終了し、Ｐ―Ｎ接合ダイオード・ＭＯＳダイオードを実現する所ま
で開発が進んでいる。９８年７月の技術会議は、今後の出資者の募集や技術のライセ
ンス先への宣伝を目的として開催されました。
技術会議に参加する迄は、実現性が低いのではないかと考えていましたが、実際に試
作品の完成データを見ると実現可能ではないかと考えるようになりました。技術会議
の参加者の多くは出資企業や協賛大学の日本人でした（ ６０％ぐらい ）。
半導体メーカーの参加者は、ほとんどいなかったのではないかと思います。実際
の装置開発も日系企業が参加しています。三井ハイテック・ディスコ・新日鉄などの
名前が、展示パネルやプレセンテーション資料に記載されていました。
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概要
ボ―ルセミコンダクタ社は元ＴＩ副社長の石川氏と仲野氏が１９９６年に設立した、
Ｓｉ球表面に半導体を形成する技術を開発する会社である。同社は１９９７年から開
発を始め、３年間（＊１）の技術・装置の開発後、量産工場を建設し、半導体の量産
開始を目指している。今回の技術会議の目的は、Ｓｉ球半導体の技術を公開し、協賛
する企業を募ること 及び 同技術の普及を目的としている。
現在は、
（１）多結晶ｐｏｌｙ−Ｓｉを溶かし、Ｓｉ球を形成する技術の開発
（２）酸化・拡散・ホトリソ・金属膜形成・実装の各要素技術の開発
（３）上記を実現する非接触処理装置の開発
（４）Ｓｉ球への回路設計のＣＡＤの開発
を進めている。今回の発表の中では、各要素技術を統合し、ＭＯＳダイオード・
ＰＮ接合ダイオードを製作して測定した電気特性を発表していた。
現在のボールセミコンダクター社の協力企業 及び 大学は、ほとんど日本でした。
例：
ｐｏｌｙ―ＳｉからＳｉ球への形成 ―――(信越半導体)？
Ｓｉ球の研磨 ―― Ｄｉｓｃｏ
Ｓｉ球処理の配管技術 ―― 三井ハイテック
ホトリソ用材料関係 ――東京応化
Ｓｉ球へのバンプ形成 技術 ―― 新日鉄
露光装置内Ｓｉ球位置決め技術 ――東京農工大
同社が目指しているＳｉ球半導体の特徴は、
（１）１ｍｍΦのＳｉ球上に半導体を形成し、ベア実装を行う
（２）連続したチューブ内でＳｉ球を加工することによるクリーンルームレス化
（３）装置の小型化（低価格化）等による、Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ半導体工場の実現
（４）上記による、現状比１・１０のチップコストの実現
（５）ＣＴ＝５日 （ｐｏｌｙ―Ｓｉ 〜 Ｓｉ球半導体の完成まで）
である。
各要素技術
１．非接触処理の基本[流量計の中の浮子の原理]
仕組みは、シンプルです。石英ガラスのチューブの下からエアー（又は ガス）を
吹き上げ、重力・吹き上げ力が力が釣り合った状態でＳｉ球を保持 又は 落下させ
る。
＊＊チューブ壁面と球の間に流れるエアーにより壁面との接触を防止できる＊＊
２．Ｓｉ球の形成
Ｓｉ球の形成は、図＊のフローで行う。数ｍｍの粒をＩＣＰで、 ２０００
〜８０００°Ｋに加熱し、液滴状のＳｉ球を形成す（この時に流すガスに、Ｂｒ２や
ＰＯＣＬ３等を入れることで不純物添加も可能）。その後に研磨し、Ｓｉ球にする。
３． 酸化・拡散・ＣＶＤ（パッシベーション・メタル形成
４． の非接触処理技術を応用している。
３．１ 酸化
非接触で かつ 球体であるためウェーハのように高温で「そる」という問題がないの
で、通常（１１００℃位）より高い温度（１３００℃位）の処理が可能である。
同社の実験結果では、「結晶面（１００）、（１１１）による拡散速度の差は、Ｓｉ
球では高温処理のため見られない。また酸化は、Ｄｅａｌ−Ｇｒｏｖｅ則と合致して
いた。」という報告であった。
３．２ 拡散
酸化の時のガスを変えて行う
（１） Ｎ型拡散 ――― ＰＯＣｌ３＋Ｏ２
１５分のＤｅｐｏと１５分のＤｒｉｖｅ Ｉｎで、３．７μｍの拡散層を形成
（２） Ｐ型拡散―――ＢＢｒ３＋Ｏ２
＊＊結晶方位による拡散速度の違いは、処理温度がウェーハに比べ高温のため、差が無いと語っていました。＊＊
３．３ ＣＶＤ
（１） Ｓｉ３Ｎ４
Ｓｉ３Ｎ４は、８５０℃程度で形成する
Gasは、ＳｉＨ４とＮＨ３？
成長速度は、５００Å／７５sec（６Å／sec）程度
（２） ＴＥＯＳ
成長速度は、１５００Å／１８０sec（８Å／sec）
（３） メタル形成
ＡＬ配線層の形成には、ＴＤＭＡＴガスを使用し、形成する。このガスで形成される
ＡＬ膜は高密度のＡＬのアイランド構造となっている。
４． エッチング
配管内に液体を流して、Ｓｉ球をエッチングする。エッチ後のＳｉ球は、希釈後Ｎ２
で配管内で乾燥し、次の工程へ送る。
Ｄｒｙエッチングについては、現在検討中である。
５． ホトリソ技術
塗布・ベーク・現像も配管内で行っている。レジストは、東京応化のＯＦＰＲ−
８００の改良型（１０ｃｐ）を使用している。現在のレジスト塗布は図＊のようにレ
ジスト膜にＳｉ球を落下し、包み込んでいる。
パターニング後のＳＥＭ写真では１．５μm程度のラインまで解像していた。現在は
膜厚ばらつきのためか？、Ｓｉ球上の配線がところどころ消失していた。
露光は図＊のような露光装置を使用して、一括露光を行っている。
将来のホトリソ技術としては、球面形状に立体的に桔像させる？ことが可能なホログ
ラフィー技術やＥＢ直描技術を利用する。
Ｓｉ球の非接触の位置決め技術は、東京農工大で開発された超音波モーター（Ultra
sonic Spherical Motor）を使用している。球の回転・停止をビデオで見せていた。実
際に球の一部をカットした物（Ｓｉ球）を使って、回転・停止・逆回転（Ｘ・Ｙ・Ｚ
軸方向全て）ができることを実証していた。
球の移動も非接触で保持し、移動を行っていた（図＊）
露光工程では球が配管外に出るため、露光装置の部分はクリーンルームが必要とな
る。
６． 電極形成技術
Ｓｉ球半導体同士やプリント基板との電気的接続には、Ａｕボールを使用している。
実際にＰＣＢとＳｉ球半導体、Ｓｉ球同士を接続したサンプルを顕微鏡で見れるよう
にしていた。
Ａｕボールの形成・接続技術は、新日鉄が協力していた。
７． クラスタ技術
直径１ｍｍΦの表面積では、現状のＶＬＳＩ回路全てをＳｉ球上に描画することは不
可能である。そのため、Ｓｉ球毎に別々の機能を持たせ、それらを集積しＶＬＳＩを
作り上げる案を提唱していた。
８．ＴＣＡＤ
従来にない配線構造（３次元）のため、専用のＣＡＤも開発していた。実際に発表の
席上 及び 展示室でソフトを走らせた状況をデモしていました。
９． 試作品の電気特性
（１） ＭＯＳダイオード
（１３００℃で ＳｉＯ２膜形成＋Ａｌ−ＣＶＤ＋ＡＬホト）
発表したデータでは、整流特性は出ていませんでした。
（２） ＰＮ接合ダイオード
ブレークダウン電圧までは測定していないが、整流特性の出たデータとなっていました。
１０．今後の計画について
同社は２０００年には、Ｓｉ球半導体の量産に入ることを目指している。しかし、そ
の時点で何を作るかについては、明確になっていない。ＩＣ開発者のジャック・キル
ビー博士他半導体の先達者を招きアドバイスを受け、方針を検討している状況でした。