JP2005532697A

JP2005532697A - 大口径ＳｉＣウェハおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2005532697A
Application number: JP2004521138A
Authority: JP
Inventors: 茂弘西野; 和俊村田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Co Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: KR101027364B1; US7544249B2; EP1547131A1; JP4654030B2; EP1547131A4; TWI229897B; KR20050021459A; AU2003238163A1; TW200402765A; US20060097266A1; WO2004008506A1; RU2327248C2; RU2005103611A; EP1547131B1

Abstract

ＳｉＣ半導体デバイスを経済的に製造する観点から、現在のＳｉデバイス製造ラインを活用して小口径のＳｉＣウェハをハンドリングできるようにする。
小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの少なくとも片面側から多結晶ＳｉＣを現用半導体製造ラインのハンドリング装置に適合する外径サイズとなるように成長させ、その後、α−ＳｉＣ単結晶ウェハ表面上の余剰の多結晶ＳｉＣを研削して小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの外周囲に多結晶ＳｉＣを成長させた二重構造の大口径化ＳｉＣを製造する。

Description

この発明は、大口径ＳｉＣウェハおよびその製造方法に係り、特に、ＳｉＣ半導体製造プロセスに用いられるＳｉＣ単結晶ウェハを実用に供することができるように大口径化したＳｉＣウェハおよびその製造方法に関する。

Ｓｉのインゴットを作製する際、結晶成長のもととなる種結晶を回転させながら融解シリコンに浸し、徐々に引き上げていく液相引き上げ法がある。しかし、ＳｉＣの場合、３０００℃以上の高温下でないと液相が存在しないために、昇華再結晶法が広く採用されている。ところがＳｉＣウェハの製造技術は未だ成熟しておらず、製造できるウェハの多くは結晶欠陥を内包している場合が多い。特に大口径では良質な結晶が得られていないため、ＳｉＣ半導体用、ＧａＮ発光レーザ用のα−ＳｉＣ単結晶ウェハは、販売されているものの、実用に供することができるサイズは２インチ程度にとどまっている。

一方、一般的なシリコン単結晶ウェハをハンドリングできる装置は６インチないしは１２インチのウェハを対象とするものが存在し、これよりも小さな２インチサイズのα−ＳｉＣ単結晶ウェハをハンドリングできる半導体製造ラインはない。これでは実用化の可能な２インチサイズのＳｉＣウェハが製造できるとしても、これを実際の産業界に提供できるものではない。特に、α−ＳｉＣ単結晶ウェハは低損失電力素子の基板として、その実用化の要望が高い。よって、これを半導体製造ラインでハンドリングできることが望まれている。

上記大口径シリコン単結晶ウェハの製造方法として日本特開平１０−５５９７５号が知られている。この製造方法はＳｉ単結晶ロッドの周囲に多結晶または単結晶のＳｉを成長させるものである。しかし、原料にシリコン単結晶ロッドを用いているため装置が大掛かりなものとなり、またこの方法に適用できる原料はＳｉのみであり、有望な半導体材料であるＳｉＣについては開示されていない。さらに、得られた２重輪層構造Ｓｉは原料直径の約１．１倍であり大口径化とはいい難い。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、ＳｉＣ半導体デバイスを経済的に製造する観点から、現在のＳｉデバイス製造ラインを活用してＳｉＣウェハをハンドリングできるようにした大口径ＳｉＣウェハおよびその製造方法を提供することを目的とする。
特開平１０−５５９７５号公報

本発明は、例えば一般に市販されている２インチのα−ＳｉＣ単結晶ウェハの周囲に外径６インチ、内径２インチの多結晶ＳｉＣを成長させる。これにより、現４インチ以上のＳｉ製造ラインを活用して、ＳｉＣデバイスの製造が可能となるとの知見により得られたものである。

すなわち、本発明は、小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの外周囲に現用半導体製造ラインのハンドリング装置に適合するサイズまで多結晶ＳｉＣを成長させた二重構造として大口径化したことを特徴としている。この場合、前項小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハが少なくとも２個以上配設することが望ましい。また、前記多結晶ＳｉＣがＣＶＤ法により製造されたβ−ＳｉＣとすることが望ましい。さらに、前記多結晶ＳｉＣがウェハ検知用のレーザ光に対して、高い反射率を有する構成とすればよい。

本発明に係る大口径ＳｉＣウェハの製造方法は、小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの少なくとも片面側から多結晶ＳｉＣを現用半導体製造ラインのハンドリング装置に適合する外径サイズとなるように成長させ、その後、α−ＳｉＣ単結晶ウェハ表面上の多結晶ＳｉＣを研削して小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの外周囲に多結晶ＳｉＣを成長させた二重構造の大口径化ＳｉＣを製造することを特徴としてなるものである。

上記構成によれば、α−ＳｉＣ単結晶ウェハの周辺部に多結晶ＳｉＣを形成したウェハの構造となる。これにより、ＳｉＣデバイス製造のために、既存のＳｉデバイス用装置を用いることが出来る。また、Ｓｉデバイスの製造ラインで使用されているためウェハ検知装置のレーザ光に対しては、α−ＳｉＣは、その大きなバンドギャップのために、レーザ光を透過させ、ウェハが存在するにも関わらず、存在しないと判定されてしまう。しかし、α−ＳｉＣの周囲に、レーザ光に対して高い反射率を有する多結晶ＳｉＣを配置することにより、既存の装置にて、ウェハ検知が可能となる。

以下に、本発明に係る大口径ＳｉＣウェハおよびその製造方法の具体的実施の形態を、図面を参照して、詳細に説明する。
実施形態に係るＳｉＣウェハの好ましい実施の形態を、６インチウェハを例に取り説明する。

まず、大口径ＳｉＣウェハのもととなるα−ＳｉＣウェハ１０は、例えば次のように製造すればよい。図２はα−ＳｉＣウェハ製造装置１の側面断面図である。図２において、中央部に黒鉛るつぼ１１が配置されている。黒鉛るつぼ１１はるつぼ本体１３と蓋１５とにより形成されている。るつぼ本体１３内の下部にはＳｉＣ原料１７が収納され、蓋１５にα−ＳｉＣ基板１９を取り付けるようにしている。

黒鉛るつぼ１１は外周をカーボン材よりなる断熱材２１で包囲し、図示しない高周波加熱炉にセットしている。高周波加熱炉は、例えば、外側に高周波コイル２３が設置されるとともに、その内側には石英材料により作製された中空で二重管よりなる石英製二重管２５を配置している。石英製二重管２５の間には、冷却水２７が流れている。高周波加熱炉は、図示しない高周波発振器からの出力により一定の温度となるように制御されている。このために、黒鉛るつぼ１１は、その上部および下部の断熱材２１の隙間からパイロメータ２９で黒鉛るつぼ１１の表面が測定され、高周波発振器の出力により高周波コイル２３が制御されて一定温度に保たれている。この高周波加熱炉を加熱すると、黒鉛るつぼ１１の内部のＳｉＣ原料１７およびα−ＳｉＣ基板１９が２２００〜２４００度程度に加熱される。α−ＳｉＣ基板１９の表面にα−ＳｉＣ相３１が蒸着してＳｉＣ３３が形成されるのである。

これにより、図３に示しているように、α−ＳｉＣ基板１９の上に、厚さ１０ないし５０ｍｍの６Ｈ結晶のα−ＳｉＣ相３１が成長し、基板に単結晶を用いることにより、基板直径と同じサイズの単結晶を得ることができる。ついで、１０ないし５０ｍｍの単結晶インゴットを切断し、これを研磨することにより図４に示すように、４Ｈのα−ＳｉＣウェハ５０が得られた。

当該実施形態では、上述のような昇華再結晶法により製造した厚さ０．５ｍｍの２インチのα−ＳｉＣウェハ５０を用いた。
図１に大口径α−ＳｉＣウェハの製造工程を示す。図１（１）に示しているように、最初、α−ＳｉＣウェハ５０を直径６インチ黒鉛製円板５２の中心部にセットする。さらにα−ＳｉＣウェハ５０上には、黒鉛製のマスキング５４を配置した。

この状態で、図１（２）に示しているように、黒鉛円板５２及びマスキング５４上に、矢印の方向から化学蒸着（ＣＶＤ）法を次のように行う。すなわち、黒鉛板上のα−ＳｉＣ単結晶ウェハにＳｉ源としてＳｉＨ_４、ＳｉＨＣｌ_３などを用いて、また、Ｃ源としてＣ_３Ｈ_８など用いてＣＶＤ反応炉に供給し、反応炉内部で、黒鉛板上および単結晶ウェハ上にＳｉＣを化学蒸着する。なお、α−ＳｉＣ単結晶ウェハに形成される多結晶体のサイズは黒鉛板の大きさにより決まる。これにより、厚さ０．８ｍｍの多結晶のβ−ＳｉＣ５６を成長させる。この工程はβ−ＳｉＣ５６を成長させるために、２０００℃未満の温度条件で行う。

化学蒸着後、余剰のβ−ＳｉＣ５６をマスキング５４表面が露出するまで研削により除去する（図１（３））。そして、熱酸化により、黒鉛円板５２とマスキング５４を焼失させ、同心円二重構造を有する大口径ＳｉＣ６０を得ることができるのである。

この大口径ＳｉＣ６０に研削加工および研磨加工を施し、図１（４）に示すようにウェハ中心部が２インチサイズの単結晶α−ＳｉＣウェハ５０、周辺部が多結晶β−ＳｉＣ５６からなる１枚板の６インチの大口径ＳｉＣ６０を得た。得られた大口径ＳｉＣ６０の中心部の単結晶α−ＳｉＣウェハ５０は無色透明、または緑色透明であり、周辺部の多結晶β−ＳｉＣ５６は黄色、または黒色であった。また、得られた大口径ＳｉＣ６０は、周辺部にレーザ光に対して高い反射率を有する多結晶β−ＳｉＣ５６を配置しているため、Ｓｉデバイス製造ラインで使用されているウェハ検知装置のレーザ光に対して、検知が可能である。

なお、上記実施形態では周辺部に多結晶ＳｉＣを形成するようにしているが、これは必ずしもβ相である必要はない。また、必ずしもＣＶＤ法で製造する必要はなく、この他に昇華法を用いてもよい。この昇華法で周辺部にＳｉＣを用いた場合には、高温で反応させるため、結晶系は安定層のα−ＳｉＣとなる。

このように構成された大口径ＳｉＣ６０は、既存のＳｉ半導体ラインのハンドリング装置をそのまま適用することができる。これにより、２インチサイズのα−ＳｉＣウェハ５０領域に回路を形成することができ、α−ＳｉＣウェハ５０を実用に供することができるのである。したがって、実験設備の範囲でしか半導体装置に適用できなかったα−ＳｉＣウェハ５０を実用レベルに適用することが可能となり、半導体産業への利用を図ることができるものとなる。

上記実施形態では、大口径ＳｉＣ６０の中心部にα−ＳｉＣウェハ５０が配置されるように構成している。しかし、α−ＳｉＣウェハ５０を中心から変位させた位置に形成することもできる。または、大径の黒鉛円板５２の面内に複数の２インチα−ＳｉＣウェハ５０を配設した構成とすることも可能である。これは図１に示しているように、黒鉛円板５２に載置したα−ＳｉＣウェハ５０上にβ−ＳｉＣ５６を蒸着させる工法であるから可能となる。

以上説明したように、本発明は、小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの外周囲に現用半導体製造ラインのハンドリング装置に適合するサイズまで多結晶ＳｉＣを成長させた二重構造として大口径化した構成を採用した。従って、ＳｉＣ半導体デバイスを経済的に製造する観点から、現在のＳｉデバイス製造ラインを活用してＳｉＣウェハをハンドリングできるという効果が得られる。

本発明に係るＳｉｃ半導体製造方法は、２インチサイズのα−ＳｉＣ単結晶ウェハを大口径化して既存の半導体製造ラインのハンドリング装置に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る大口径ＳｉＣウェハの製造工程図である。本発明の実施の形態に係るα−ＳｉＣウェハ製造装置の側面断面図である。本発明の実施の形態に係る製造されたＳｉＣウェハの側面断面図である。本発明の実施の形態に係る製造されたα−ＳｉＣウェハの側面断面図である。

Claims

小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの外周囲に現用半導体製造ラインのハンドリング装置に適合するサイズまで多結晶ＳｉＣを成長させた二重構造として大口径化したことを特徴とする大口径ＳｉＣウェハ。
前項に記載した小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハが少なくとも２個以上配設したことを特徴とする請求項１記載の大口径ＳｉＣウェハ。
前項に記載した多結晶ＳｉＣがＣＶＤ法により製造されたβ−ＳｉＣであることを特徴とする請求項１記載の大口径ＳｉＣウェハ。
前項に記載した多結晶ＳｉＣがウェハ検知用のレーザ光に対して、高い反射
率を有することを特徴とする請求項１記載の大口径ＳｉＣウェハ。
小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの少なくとも片面側から多結晶ＳｉＣを現
用半導体製造ラインのハンドリング装置に適合する外径サイズとなるように成長させ、その後、α−ＳｉＣ単結晶ウェハ表面上の多結晶ＳｉＣを研削して小口径のα−ＳｉＣ単結晶ウェハの外周囲に多結晶ＳｉＣを成長させた二重構造の大口径化ＳｉＣを製造することを特徴とする大口径ＳｉＣウェハの製造方法。