JP4654030B2 - SiCウェハおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

【技術分野】
【0001】
この発明は、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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【特許文献1】
特開平10−55975号公報
【発明の開示】
【0006】
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。
【0007】
すなわち、本発明は、2インチの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6インチのサイズまで、ウェハ検知用のレーザ光を反射する多結晶SiCを成長させることにより、前記α−SiC単結晶ウェハの外周囲に前記多結晶SiCの平板部を形成し二重構造としたことを特徴としている。この場合、前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。
【0008】
本発明に係るSiCウェハの製造方法は、2インチのα−SiC単結晶ウェハを6インチの外径サイズを有する黒鉛板に平置きし、この平置きした面側に多結晶SiCを平面的に成長させ、その後、α−SiC単結晶ウェハ表面上の多結晶SiCを研削して、前記α−SiC単結晶ウェハの外周囲に前記黒鉛板の外径サイズを有する多結晶SiCの平板部を形成した二重構造のSiCを製造することを特徴としてなるものである。この場合、多結晶SiCを成長させた後、前記黒鉛基板を焼失させる工程を含むことが望ましい。
【0009】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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、SiHClなどを用いて、また、C源としてC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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【産業上の利用可能性】
【0022】
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。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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 (5)

  1. 2インチのα−SiC単結晶ウェハを6インチの外径サイズを有する黒鉛板に平置きし、この平置きした面側に多結晶SiCを平面的に成長させ、その後、α−SiC単結晶ウェハ表面上の多結晶SiCを研削して、前記α−SiC単結晶ウェハの外周囲に前記黒鉛板の外径サイズを有する多結晶SiCの平板部を形成した二重構造のSiCを製造することを特徴とするSiCウェハの製造方法。
  2. 前記多結晶SiCを成長させた後、前記黒鉛基板を焼失させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のSiCウェハの製造方法。
  3. 2インチの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6インチのサイズまで、ウェハ検知用のレーザ光を反射する多結晶SiCを成長させることにより、前記α−SiC単結晶ウェハの外周囲に前記多結晶SiCの平板部を形成し二重構造としたことを特徴とするSiCウェハ。
  4. 前項に記載した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3記載のSiCウェハ。
  5. 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3記載のSiCウェハ。
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