JP5726061B2 - ウェハの製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体インゴットをスライス加工して作成されるウェハの製造方法に関するものである。

半導体インゴットからウェハを切り出すための従来技術としては、例えば下記の特許文献１−２に開示された方法が知られている。特許文献１−２に開示されたウェハの製造方法は以下の手順により行われる。まず、円柱状のインゴットの外周（側面）に断面が略Ｖ字状の溝を形成することにより、インゴットの側面を凹凸状に加工する。次いで、インゴットの側面全体をエッチングしてその側面の凸部の頂上および凹部（溝）の底をそれぞれ面取り加工してＲ（Round）形状にする。そして、インゴットを側面の凹部の位置でスライシングすることによりウェハを切り出す。

従って、従来技術で形成されたウェハの側面は、当該ウェハが切り出される前のインゴットの側面に形成したＲ形状の凸部に相当する。そのためウェハのエッジは鈍角になっており、ウェハのエッジ欠けやそれに起因するウェハの割れの発生が抑えられる。

特開平７−１９３０２９号公報 特開平１１−３４８０３１号公報

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、例えば半導体デバイスの低抵抗化を目的として、インゴットから切り出されたウェハの片面を研磨（研削）してウェハを薄板化することがある。従来技術で製造されたウェハの側面の凸部は、その頂上部がウェハの厚さ方向の中心に位置する。つまりウェハを側面から見た形状は、側面の頂上部を軸に上下対象である。従って、ウェハの片面を研磨して元の厚さの１／２以下に薄板化すると、ウェハの研磨面側のエッジが鋭角（ナイフエッジ）になり、ウェハのエッジ欠けや割れが生じやすくなる。

近年、高耐電圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体素子が有望視されている。ＳｉＣは従来より用いられているシリコン（Ｓｉ）よりも硬くてもろいという特性があり、上記の問題はより顕著に現れやすい。

半導体デバイスの製造プロセスで薄板化加工の前に、ウェハの研磨面側のエッジをさらに面取り加工すればその問題を回避できる。しかし、その追加の面取り加工の際に、ウェハのエッジ欠けや割れが生じたり、ウェハに形成したデバイスが損傷したり、面取り加工によって生じる削粉などの異物でデバイス形成面が汚染されたりすることにより、歩留まりが低下することが懸念される。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、インゴットから切り出した後にウェハの面取り加工を必要とせず、薄板化したウェハのエッジ欠けや割れを防止できるウェハの製造方法を供給することを目的とする。

本発明に係るウェハの製造方法は、炭化珪素により形成された円柱形状のインゴットの外周に、当該インゴットの厚さ方向に非対称な形状の複数の溝を形成することにより、当該複数の溝の間に、当該インゴットの厚さ方向に非対称な形状の凸部を形成する工程と、前記複数の溝が形成された前記インゴットの外周をブラスト加工することにより、前記凸部をＲ（Round）形状にする工程と、前記複数の溝の各々の底部に対応する位置で前記インゴットを切断することにより、前記凸部を側面に有するウェハを切り出す工程と、前記ウェハの第１主面を研削することにより当該ウェハを薄板化する工程と、を備え、薄板化された前記ウェハの側面に前記凸部の頂上部が残存するものである。

本発明によれば、インゴットから切り出した時点でウェハのエッジが面取りされた状態となる。つまり、ウェハのエッジの面取り加工は、ウェハをインゴットから切り出す前に行われるため、切り出した後のウェハに対する面取り処理を行う必要がない。よって、面取り処理による、ウェハのエッジ欠けや割れを回避できる。また凸部が非対称な形状であることにより、ウェハの側面の形状も厚さ方向に非対称となる。よって凸部の頂上部から遠い方の主面を研削して薄板化することにより、ウェハの厚みを薄板化前の半分以下にしても、研削面のエッジは鋭角にならない。よって、薄板化したウェハのエッジ欠けや割れの発生を抑えることができる。

実施の形態１に係るウェハの製造方法の工程図である。 実施の形態１に係るウェハの製造方法の工程図である。 実施の形態１に係るウェハの製造方法の工程図である。 実施の形態１に係るウェハの製造方法の工程図である。 実施の形態１に係るウェハの製造方法の工程図である。 実施の形態１に係るウェハの製造方法の工程図である。 実施の形態１に係るウェハの製造方法の工程図である。 実施の形態１に係る面取りウェハの側面図である。 実施の形態１に係るウェハを用いた半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。 実施の形態２に係るウェハの製造方法を説明するための図である。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１係るウェハ（面取りウェハ）の製造方法を、図１〜図７の工程図に基づいて説明する。

まず、ＳｉＣ等のインゴット１を、円筒研削盤等を用いて円柱状に加工する（図１）。図１は円柱状のインゴット１の側面図を示しており、Ａ−Ａ線はインゴット１の円柱の中心線を示している。

次に、インゴット１を円柱の中心線を軸にして回転させながら、先端の断面がＶ字形状である第１の回転砥石２１をインゴット１の側面（外周面）に押し当て、インゴット１の側面にＶ字状溝３を複数形成する（図２）。それにより、インゴット１の側面には凹凸が形成される。複数のＶ字状溝３（凹部）は、インゴット１の厚さ方向（円柱の中心軸方向）に連続的に並べて形成し、隣り合うＶ字状溝３の斜面３２の間に平坦面（第１の回転砥石２１によって削られない面）が残らないようにする。従って、隣接するＶ字状溝３の間の頂上部３３（凸部）は、尖った形状となる。

本実施の形態では、インゴット１の側面に対して、インゴット１の厚さ方向に所定のピッチＰで周期的な加工が施されるものとする。以下、このピッチＰを「加工ピッチ」と称す。図２に示すように、隣り合うＶ字状溝３の最深部３１間の距離は加工ピッチＰに等しい。また、インゴット１からは、加工ピッチＰに相当する厚さごとに、１枚ずつのウェハが切り出される。よって、加工ピッチＰは、インゴット１から切り出されるウェハの枚数を決定する要素でもある。

続いて、Ｖ字状溝３が形成されたインゴット１を、中心線を軸にして回転させながら、先端の断面がフラット形状である第２の回転砥石２２をインゴット１の側面に押し当て、Ｖ字状溝３内の一部に平坦部４を形成する（図３）。

平坦部４の形成領域（第２の回転砥石２２を押し当てる領域）は、Ｖ字状溝３の最深部３１を含み、且つ、その中心位置が隣り合う頂上部３３の間の中心位置からずれるようにする。従って、平坦部４はＶ字状溝３の底部に形成され、且つ、各頂上部３３からその右側の平坦部４までの距離Ｌ₁は、当該頂上部３３からその左側の平坦部４までの距離Ｌ₂よりも長くなる（Ｌ₁＞Ｌ₂）。つまり、インゴット１の側面には、Ｖ字状溝３と平坦部４とが組み合わさって成る左右（インゴット１の厚さ方向）に非対称な溝（凹部）が形成される。

この段階では、上記したように、隣接するＶ字状溝３の間の頂上部３３は尖った形状となっており、欠けや破損が発生しやすい。そこで、さらにインゴット１を回転させながら、そのＶ字状溝３および平坦部４が形成された側面に、ＳｉＣやダイヤモンド等の研磨剤粒子５を高圧で噴射するブラスト加工を行い、頂上部３３を面取りしてＲ形状にする（図４）。このときＶ字状溝３の最深部３１および平坦部４の底面もブラスト加工により面取りされてＲ形状になる。なお、図４の点線は、ブラスト加工前の平坦部４の右側端部の位置を示している。

続いて、加工ピッチＰと同じピッチで張られた複数のワイヤー６を備えるワイヤーソーもしくはワイヤー放電加工機等を用いて、インゴット１を各平坦部４（凹部の底部）の位置に沿って切断（スライス加工）する（図５）。本実施の形態では、各ワイヤー６の直径Ｓは、各平坦部４の幅（第２の回転砥石２２の幅）と等しくしている。

ワイヤー６によるインゴット１のスライス加工が完了すると、図６に示すようなエッジが面取りされた板材１０が複数切り出される。各板材１０の厚みＴは、加工ピッチＰからワイヤー６の直径Ｓを差し引いた値となる（Ｔ＝Ｐ−Ｓ）。よって、板材１０の厚みＴを所望の値にしたい場合は、予め加工ピッチＰを、切り出す板材１０の厚みＴとワイヤー６の直径Ｓとの和に設定すればよい。

本実施の形態では、ワイヤー６によるインゴット１の切断位置を平坦部４の位置に合わせているので、図６に示すように、板材１０において、側面に残存する頂上部３３から右側の第１主面１１までの厚さは上記の距離Ｌ₁と等しくなり、その頂上部３３から左側の第２主面１２までの厚さは距離Ｌ₂と等しくなる。Ｌ₁＞Ｌ₂の関係が成り立つので、板材１０側面の頂上部３３は、板材１０の厚みの中心よりも左側（第２主面１２側）に片寄った位置となる。

その後、ワイヤー６による加工面である板材１０の第１主面１１および第２主面１２のそれぞれに対して、研磨（研削）による仕上げ処理を施すことにより、エッジが面取りされたウェハ１０ａ（面取りウェハ）が得られる（図７）。この仕上げ処理よって板材１０の第１主面１１および第２主面１２がそれぞれ厚さＫだけ除去されるとすると、面取りウェハ１０ａの厚みＴ_aは、Ｔ−２×Ｋとなる。よって、面取りウェハ１０ａの厚みＴ_aを所望の値にしたい場合は、予め板材１０の厚みＴを、所望の面取りウェハ１０ａの厚みＴ_aに、仕上げ処理で第１主面１１および第２主面１２を除去する厚さの和（ここではＫの２倍）を加えた値に設定すればよい（Ｔ＝Ｔ_a＋２×Ｋ）。

図８は、以上の工程を経て得られる面取りウェハ１０ａの側面図である。半導体デバイスの製造プロセスにおいて、面取りウェハ１０ａの片面を研磨（研削）して当該面取りウェハ１０ａの薄板化加工を行う場合、面取りウェハ１０ａ側面の頂上部３３から遠い側の第１主面１１を研磨面にし、頂上部３３から近い側の第２主面１２を半導体デバイスの形成面にする。

すなわち、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、図９の如く、面取りウェハ１０ａの第２主面１２上に半導体素子７を形成し、その後、面取りウェハ１０ａの第１主面１１を研磨して薄板化する。その結果、第２主面１２上に半導体素子７が形成された薄板ウェハ１０ｂが得られる。

図８に示したように、薄板化前の面取りウェハ１０ａにおいて、その側面の頂上部３３は、当該面取りウェハ１０ａの厚さの中心から第２主面１２側にずれて位置していた。そのため、第１主面１１を研磨して得られる薄板ウェハ１０ｂの厚さＴ_bを、薄板化前の面取りウェハ１０ａの厚さＴ_aの半分以下に薄くした場合であっても、薄板ウェハ１０ｂの側面に頂上部３３が残存していれば、図９のように、第１主面１１（研磨面）側のエッジ１３は鈍角となり、薄板ウェハ１０ｂのエッジ欠けや割れを防止できる。

ここで、面取りウェハ１０ａ（図８）における側面の頂上部３３の位置は、薄板化後の薄板ウェハ１０ｂ（図９）において、当該頂上部３３が厚さ方向の中心になるように設定されることが好ましい。つまり、図９に示すように、薄板ウェハ１０ｂでは、頂上部３３から第１主面１１までの距離と、当該頂上部３３から第２主面１２までの距離が、共に薄板ウェハ１０ｂの厚さＴ_bの半分（Ｔ_b／２）となることが好ましい。

そのためには、第１主面１１を研磨する薄板化工程において、頂上部３３から第１主面１１までの距離が、当該頂上部３３から第２主面１２までの距離と等しくなったときに、その研磨を終了させることが必要となる。逆に言えば、薄板ウェハ１０ｂの厚さＴ_bを所望の値にするためには、予め、平坦部４の形成工程（図３）において、距離Ｌ₂の設定値を、薄板ウェハ１０ｂの厚さＴ_bの半分（Ｔ_b／２）に、面取りウェハ１０ａ表面の仕上工程（図７）で第２主面１２の表面を除去する厚さＫを加えた値としておくとよい（Ｌ₂＝Ｔ_b／２＋Ｋ）。

面取りウェハ１０ａ（または薄板ウェハ１０ｂ）の面取りされたエッジの部分は、インゴット１の側面に形成したＶ字状溝３の斜面３２に相当する。つまり、面取りウェハ１０ａのエッジの面取り加工は、板材１０をインゴット１から切り出す前、すなわちインゴット１の側面にＶ字状溝３を形成する工程で行われることになる。よって、インゴット１から切り出した後の個々のウェハに対する面取り加工は不要であり、その面取り加工によるウェハのエッジ欠けや割れ、ウェハに形成したデバイスの損傷、削粉などの異物によるデバイス形成面の汚染などを回避でき、歩留まりの向上に寄与できる。特に、ＳｉＣなどの硬くてもろい特性を有する素材のウェハの製造に有効である。

また本実施の形態では、インゴット１の側面に形成する平坦部４の幅を、インゴット１のスライス加工に用いるワイヤー６の直径Ｓと同等にした。これにより、平坦部４に沿ってワイヤー６で切断する際の、インゴット１の側面の溝とワイヤー６との間の遊びが少なくなり、切断面のうねりやゆがみが抑えられ、板材１０の厚さを高精度に制御できるという効果が得られる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、インゴット１にＶ字状溝３を形成する工程と、平坦部４を形成する工程とを、それぞれ異なる形状の回転砥石（第１の回転砥石２１と第２の回転砥石２２）を用いて個別に実行したが、図１０に示すように、Ｖ字状溝３と平坦部４とを同時に形成できる形状の回転砥石を用いれば、両工程を同時に実行できる。

図１０に示す回転砥石２３は、第１の回転砥石２１の形状と第２の回転砥石２２の形状とを組み合わせて成る形状である。具体的には、回転砥石２３の断面は、略Ｖ字型であり、その先端部においてＶ字型の頂点からずれた位置にフラットな部分を有している。そのフラットな部分の幅は、板材１０の切り出しに用いるワイヤー６の直径Ｓと同等であることが好ましい。

本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、面取りウェハ１０ａの製造工程数の削減という効果が得られる。また、実施の形態１では、第２の回転砥石２２をＶ字状溝３の斜面３２に押し当てるため、第２の回転砥石２２の振れや逃げが発生する恐れがあるが、本実施の形態ではそのような問題は生じないので、実施の形態１よりも高い加工精度を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ インゴット、３ Ｖ字状溝、４ 平坦部、５ 研磨剤粒子、６ ワイヤー、７ 半導体素子、１０ 板材、１０ａ 面取りウェハ、１０ｂ 薄板ウェハ、２１ 第１の回転砥石、２２ 第２の回転砥石、２３ 回転砥石、３３ 頂上部。

Claims (8)

1. 炭化珪素により形成された円柱形状のインゴットの外周に、当該インゴットの厚さ方向に非対称な形状の複数の溝を形成することにより、当該複数の溝の間に、当該インゴットの厚さ方向に非対称な形状の凸部を形成する工程と、
   前記複数の溝が形成された前記インゴットの外周をブラスト加工することにより、前記凸部をＲ（Round）形状にする工程と、
   前記複数の溝の各々の底部に対応する位置で前記インゴットを切断することにより、前記凸部を側面に有するウェハを切り出す工程と、
   前記ウェハの第１主面を研削することにより当該ウェハを薄板化する工程と、を備え、
   薄板化された前記ウェハの側面に前記凸部の頂上部が残存する
   ことを特徴とするウェハの製造方法。
2. 前記インゴットから切り出された直後の前記ウェハの側面における前記凸部の頂上部の位置は、当該ウェハの厚さの中心からずれている
   請求項１記載のウェハの製造方法。
3. 前記凸部の頂上部は、前記薄板化されたウェハの厚さの中心付近に位置している
   請求項１または請求項２記載のウェハの製造方法。
4. 前記薄板化されたウェハの厚さは、前記インゴットから切り出された直後の当該ウェハの厚さの半分以下である
   請求項１から請求項３のいずれか一項記載のウェハの製造方法。
5. 前記ウェハを切り出す工程は、前記溝の底部の幅と同等の直径を有するワイヤーを用いてインゴットを切断することにより行われる
   請求項１から請求項４のいずれか一項記載のウェハの製造方法。
6. 前記ウェハを切り出す工程は、前記ワイヤーを用いた放電加工によって行われる
   請求項５記載のウェハの製造方法。
7. 前記ウェハの前記ワイヤーによる切断面を研磨する仕上げ処理工程をさらに備える
   請求項５または請求項６記載のウェハの製造方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項記載のウェハの製造方法を用いて半導体ウェハを形成する工程と、
   前記半導体ウェハの第２主面に半導体素子を形成する工程とを備える
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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