JP2014086446A - ＳｉＣウェハの切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チッピングの発生を抑制してＳｉＣウェハを切断する。
【解決手段】図１（ａ）に示されるように、まず初めにＣ１の方向に沿って平行に複数箇所で行われる（第１の切断工程）。次に、図１（ｂ）に示されるように、その後でＣ２の方向に沿って平行に複数箇所で行われる（第２の切断工程）。ここでは、Ｃ１の方向は、ｃ面上における｛１−２１０｝面（（１−２１０）面及びこれに等価な面）が構成する直線に垂直な方向であるものとし、Ｃ２の方向は、ｃ面上において｛１−２１０｝面が構成する直線と平行な方向、すなわちＣ１と垂直な方向であるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、直交する２方向に沿って炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶ウェハを切断する切断方法に関する。

近年、炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワー半導体素子の材料として広く用いられている。ＳｉＣを用いてパワー半導体素子を製造するに際しては、ＳｉＣのバルク単結晶から切り出されたＳｉＣウェハに対して各種の半導体プロセスが適用され、個々の素子が製造される。ここで、例えばＳｉＣウェハとしては例えば４インチ径のものが用いられ、この中に多数の素子（チップ）が配列して同時に形成された後で、ウェハが格子状に切断されることによって、個々の素子が分離されて得られる。この点についてはＳｉＣウェハに限らず、Ｓｉウェハ、化合物半導体ウェハに対しても同様である。このような切断作業を行うためには、ダイヤモンド砥粒が接合された切削ブレードを用いた切削装置が、そのスループットが高いことや低コストであることから、広く用いられている。この場合、回転する切削ブレードがその位置を高精度で制御されてウェハに当接し、移動することによって切断が行われる。一般に、切断は、直交する２方向に沿って多数の箇所で行われ、これによって、四方が切断部（スクライブ線）で分離された矩形状の複数の素子が、単一のＳｉＣウェハを用いて得られる。

しかしながら、ＳｉＣの新モース硬度は１３であり、これは、ダイヤモンド（新モース硬度１５）、炭化硼素（新モース硬度１４）に次いで高い。このため、ＳｉＣウェハの切断作業は、Ｓｉウェハや他の化合物半導体ウェハと比べて特に難しい。このため、上記の切削装置を用いてＳｉＣウェハの切断を行った場合においても、切断の際に蛇行が発生するために高精度な切断が困難である、あるいは切断速度を高くすることが困難であるためにスループットが低くなる、等の問題が発生した。

このように切削が困難なウェハに対して切断を行うために、例えば、特許文献１に記載の技術においては、切断時に切削ブレードに超音波を印加している。これによって、切削が容易となるために、ＳｉＣウェハに対しても、切断の際の蛇行が抑制され、かつ切断速度も高めることができる。

特開２００７−３０１１４号公報

しかしながら、上記の切削装置を用いた場合であっても、特にＳｉＣウェハの切断においては、チッピング（微細な欠けが存在することによる切断面の凹凸）が発生した。チッピングが発生した場合においては、チッピングに起因したクラックが発生し、素子にも悪影響を及ぼすことがあった。あるいは、チッピングが存在するために、切断加工によって除去される素子間の線状の領域（スクライブ線）が実質的に太くなる。このために、ウェハ上において素子として使用できる有効面積が小さくなるという問題も発生した。

すなわち、このようなチッピングの発生を抑制してＳｉＣウェハを切断することは困難であった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明のＳｉＣウェハの切断方法は、４Ｈ−ＳｉＣ（炭化珪素）単結晶からなり、主面がそのｃ面で構成されたＳｉＣウェハを直交する２方向において切断する、ＳｉＣウェハの切断方法であって、ｃ面上において｛１−２１０｝面が構成する直線と垂直な方向に沿って、前記ＳｉＣウェハの厚さ方向の切断を切削ブレードによって行う第１の切断工程と、前記第１の切断工程の後で、ｃ面上において｛１−２１０｝面が構成する直線と平行な方向に沿って、前記ＳｉＣウェハの厚さ方向の切断を切削ブレードによって行う第２の切断工程と、を具備することを特徴とする。
本発明のＳｉＣウェハの切断方法は、少なくとも前記第１、第２の切断工程のうちの一方において、前記ＳｉＣウェハ又は前記切削ブレードに超音波を印加することを特徴とする。

本発明は以上のように構成されているので、チッピングの発生を抑制してＳｉＣウェハを切断することができる。

本発明の実施の形態に係る切断方法における切断の方向を示す平面図である。 ４Ｈ−ＳｉＣの結晶型の模式図（ａ）、そのｃ面における対称性を示す図（ｂ）である。 本発明の切断方法と異なる切断方法を用いた場合の切断直後の形状を示す上面から見た写真である。 本発明の切断方法と異なる切断方法を用いた場合における、１回目の切断による切断面（ａ）、２回目の切断による切断面（ｂ）のＳＥＭ写真である。 本発明の実施の形態に係る切断方法における、第２の切断工程における切断方向（ａ）、第１の切断工程における切断方向（ｂ）を示す図である。

以下、本発明の実施の形態となるＳｉＣウェハの切断方法について説明する。ここでは、図１（ａ）に示されるように、まず初めにＣ１の方向に沿って平行に複数箇所でＳｉＣウェハの厚さ方向の切断が行われる（第１の切断工程）。次に、図１（ｂ）に示されるように、その後でＣ２の方向に沿って平行に複数箇所でＳｉＣウェハの厚さ方向の切断が行われる（第２の切断工程）。このため、ＳｉＣウェハ１０は、Ｃ１（一点鎖線）、Ｃ２（破線）の２方向に沿ってそれぞれ等間隔に複数箇所で切削ブレードによって厚さ方向で切断される。Ｃ１は図中の上下方向、Ｃ２は図中の左右方向であり、これらの方向は直交する。これにより、Ｃ１、Ｃ２に沿った切断線（スクライブ線）で囲まれた多数の小さな矩形形状のチップがこのＳｉＣウェハ１０から得られる。なお、実際に切断加工が行われる際にはＳｉＣウェハ１０はその裏面が保護シート上に装着されるため、切断加工に際して分断されたＳｉＣウェハ１０の各部が飛散することはない。この点については従来知られる切断方法と同様である。

ここで、ＳｉＣウェハ１０は４Ｈ−ＳｉＣの結晶型（ウルツ鉱型）をもつ単結晶であり、その面方位はｃ面（０００１）であるものとする。その結晶構造を模式的に図２（ａ）に、ｃ面ウェハにおける対称性を模式的に図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示されるように、このウェハの面はその法線となるｃ軸の周りに３回対称となっている。この面における単位格子ベクトルはａ１、ａ２、ａ３として示されるが、３回対称性のため、ａ１、ａ２、ａ３の方向は結晶として等価である。この結晶型、ウェハの面方位は、ＳｉＣウェハ上にＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の素子を製造する際に通常使用されるものである。

ここでは、Ｃ１の方向は、ｃ面上における｛１−２１０｝面（（１−２１０）面及びこれに等価な面）が構成する直線に垂直な方向であるものとし、Ｃ２の方向は、ｃ面上において｛１−２１０｝面が構成する直線と平行な方向、すなわちＣ１と垂直な方向であるものとする。なお、｛１−２１０｝面はｃ面（ＳｉＣウェハ１０の主面）とは直交する。Ｃ１、Ｃ２をこの方向と設定することによって、ＳｉＣウェハ１０におけるＣ１に沿った切断部、Ｃ２に沿った切断部のいずれにおいても、チッピングの発生が抑制される。（１−２１０）面と等価な（１１−２０）面が図２（ａ）においてグレーで示されており、この面はベクトルａ１、ａ２の先端を通りｃ軸と平行とされた面である。なお、ｃ面の対称性より、これをｃ軸の周りで１２０°回転させた面である（−２１１０）面もこれらの面と等価な面となる。

上記の構成によってチッピングが抑制されるメカニズムについて、以下に説明する。図３は、上記と異なり、ｃ面を主面とするＳｉＣウェハにおいて、初めにＣ１を（１１−２０）面に平行な方向、次にＣ２をこれと垂直な方向として図１と同様に切断加工を行った際の切断線を含む領域を拡大した写真である。ここで、チッピングは、凹凸の存在によって切断線が広がって見られる箇所として表れている。図３より、Ｃ２に沿った２回目の切断部においてのみチッピングが見られ、Ｃ１に沿った１回目の切断部にはチッピングは見られない。

このチッピングの状況を調べるために、この場合の１回目の切断面のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真を図４（ａ）に、これと垂直な２回目の切断面のＳＥＭ写真を図４（ｂ）に示す。ここで、表面１１（切削ブレードが当接した側の面）は上側であり、裏面１２（切削ブレードが当接下側と反対側の面）は下側とされた切断面１３周囲の斜視の写真となっている。１回目の切断面１３（図４（ａ））では、前記の通り、チッピングは発生しておらず、切断面１３は平坦、すなわち、表面１１と裏面１２に垂直な平面として形成されている。これに対して、２回目の切断面１３（図４（ｂ））では、裏面１２側に欠け１４が見られ、チッピングはこの欠け１４が多数形成されたことによって発生している。

ここで、この欠け１４を構成する面は平面状であり、その面方位は｛１−２１０｝面であった。これは、４Ｈ−ＳｉＣにおいては｛１−２１０｝面が劈開面であることに起因する。すなわち、チッピングは、切断の際に劈開面である｛１−２１０｝面が特に露出しやすいために発生する。ただし、１回目の切断であるＣ１に沿った切断においてはチッピングは発生していない。この傾向は、Ｃ１とＣ２を垂直とし、Ｃ１（あるいはＣ２）の方向を変えた大部分の場合においても同様であった。

この結果より、初めに行われるＣ１に沿った切断においてはチッピングは発生しにくく、２回目に行われるＣ２に沿った切断において特にチッピングが発生しやすいことがわかる。この違いは、Ｃ１に沿った切断の際にはまだＳｉＣウェハ１０が分断されていないのに対して、Ｃ２に沿った切断の際にはこれと直交する方向においてＳｉＣウェハ１０が既に分断されていることに起因する。

Ｃ１に沿った切断においては、少なくとも切断面の両側においてＳｉＣウェハ１０は分断されておらず一体化された状態となっているため、ＳｉＣウェハ１０における被切断部の機械的固定は強固となり、切断の際に回転する切削ブレードとＳｉＣウェハ１０における被切断部とは常に安定して当接する。このため、切削ブレードに対応した平面状の切断面１３が形成されやすくなり、欠けは生じにくく、チッピングは発生しにくい。

一方、２回目の（Ｃ２に沿った）切断が行われる際には、これと直交する方向（Ｃ１に沿った方向）においてＳｉＣウェハ１０が既に分断されているため、ＳｉＣウェハ１０における被切断部の機械的固定が不充分となる。回転する切削ブレードがＳｉＣウェハ１０と当接する際に、この被切断部が不安定となるため、欠けが生じやすい状況になる。この欠けにおいては、劈開によって｛１−２１０｝面が特に露出しやすい。図３においてＣ２に沿った切断においては、切断面と劈開面とは平行ではないため、切断面１３にはこの劈開面で構成された凹凸（欠け１４）が形成され、これがチッピングの原因となる。

このため、２回目の切断方向を、特にチッピングが発生しにくい方向とし、１回目の切断方向はこれと垂直とすれば、１回目、２回目どちらの切断部においてもチッピングの発生が抑制される。２回目の切断方向Ｃ２としては、劈開面である｛１−２１０｝面に平行な方向が最も好ましい。この場合には、切断面１３自身が劈開面となるため、切断加工が最も容易となる。あるいは、仮に劈開が生じた場合でも、劈開によって生じた面は切断線に平行となるため、欠けによる凹凸は生じにくくなる。

図５（ａ）は、４Ｈ−ＳｉＣのｃ面における単位格子ベクトルａ１、ａ２、ａ３と、（１−２１０）面及びこれと等価な面について示す。ここでは、ｃ面とこれらの面の交線が直線として表れている。すなわち、中心から延びる単位格子ベクトルａ１、ａ２、ａ３の先端を結ぶ正三角形の各辺が（１−２１０）面及びこれと等価な面（１１−２０）面、（−２１１０）面となる。すなわち、第２の切断工程におけるＣ２の方向は、ｃ面におけるこれらのいずれかの面に平行な方向とすればよい。なお、これらの面はいずれもｃ面と垂直であるため、これらの面と平行かつウェハ面と垂直に切断を行った場合、形成された切断面はこれらの面と等しくなる。

これに対して、図５（ｂ）は、４Ｈ−ＳｉＣのｃ面における｛１−２１０｝面と直交する面を示す。この面は、（−１１００）面及びこれと平行な（１−１００）面、（−１０１０）面及びこれと平行な（１０−１０）面、（０−１１０）面及びこれと平行な（０１−１０）面となる。すなわち、Ｃ１の方向は、ｃ面におけるこれらのいずれかの面に平行な方向とすればよい。これらの面はｃ面と垂直であり劈開面ではない。しかしながら、第１の切断工程においてはそもそもチッピングが発生しにくいため、切断方向をこれらの面と平行に設定しても、チッピングは発生しにくい。

なお、前記の通り、Ｃ１、Ｃ２の方向を設定するためには、オリフラ１５の方向が予め定められたＳｉＣウェハ１０を用いれば、切断装置において図１におけるオリフラ１５を検出することによって容易に行うことができる。あるいは、オリフラ１５の代わりにノッチが形成されたＳｉＣウェハについても同様である。

なお、仮にＣ１とＣ２が直交しないように切断を行い、切断される各素子を矩形状ではなく菱形状とする場合においては、Ｃ２の方向は上記と同様とし、Ｃ１の方向は任意とすることができる。この場合においてもチッピングが抑制されることは前記の理由から明らかである。

以上により、チッピングの発生を抑制してＳｉＣウェハの切断を行い、１枚のＳｉＣウェハから多数のチップを得ることができる。この際、チッピングの発生が抑制されるために、素子に対してクラックが進展する等の悪影響を抑制することができる。あるいは、スクライブ線を細くすることができるため、ウェハ上における素子の占める有効面積を大きくすることができる。

また、前記の通り、ＳｉＣは特に硬度の高い材料であるため、特許文献１に記載の技術と同様に、ＳｉＣウェハ又は切削ブレードに超音波を印加して切断を行うことによって、上記の切断方法においてもその加工速度を高めることができることは明らかである。この場合においても、上記の切断方法においては同様にチッピングを抑制することができる。あるいは、ＳｉＣウェハや切削ブレードが振動した場合にはＳｉＣウェハの切断面に欠けが発生しやすくなるため、上記の切断方法を用いて欠けの発生を抑制することは特に有効である。

１０ ＳｉＣ（炭化珪素）ウェハ
１１ 表面
１２ 裏面
１３ 切断面
１４ 欠け
１５ オリフラ

Claims (2)

1. ４Ｈ−ＳｉＣ（炭化珪素）単結晶からなり、主面がそのｃ面で構成されたＳｉＣウェハを直交する２方向において切断する、ＳｉＣウェハの切断方法であって、
   ｃ面上において｛１−２１０｝面が構成する直線と垂直な方向に沿って、前記ＳｉＣウェハの厚さ方向の切断を切削ブレードによって行う第１の切断工程と、
   前記第１の切断工程の後で、ｃ面上において｛１−２１０｝面が構成する直線と平行な方向に沿って、前記ＳｉＣウェハの厚さ方向の切断を切削ブレードによって行う第２の切断工程と、
   を具備することを特徴とするＳｉＣウェハの切断方法。
2. 少なくとも前記第１、第２の切断工程のうちの一方において、
   前記ＳｉＣウェハ又は前記切削ブレードに超音波を印加することを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣウェハの切断方法。