JP6230112B2 - ウェハの製造方法およびウェハの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハの製造方法およびウェハの製造装置に関し、特に、固定砥粒ワイヤにより単結晶インゴットを切断してウェハを得るウェハの製造方法およびウェハの製造装置に関する。

このような技術として、たとえば下記特許文献１に記載されるように、単結晶サファイヤインゴットを超砥粒ワイヤソーにより切断加工する場合において、ワイヤソーの切り込み方向を（０００１）面（ｃ面）に対して平行に設定し、ワイヤソーの走行方向を（１１−２０）面（ａ面）に対して平行に設定して切断を行う方法が知られている。

また、下記特許文献２に記載されるように、単結晶シリコンインゴットをワイヤソーにより切断する場合において、インゴットのオリエンテーションフラット面（以下、オリフラ面ともいう）またはオリフラ面から９０°変位した位置とは異なる位置に当て板を接着して切断を行う方法が知られている。オリフラ面は劈開方向に一致して形成されているため、この方法では、ワイヤによるソーマークとインゴットの劈開方向とが一致しない。

特開２００３−３２０５２１号公報 特開平９−２６２８２５号公報

従来のＳｉに代わる次世代の半導体材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）が研究されている。ＳｉＣウェハを製造する場合、ベース基板上に単結晶ＳｉＣを成長させてＳｉＣインゴットを形成し、このＳｉＣインゴットをスライス切断して基板を製造する。ＳｉＣは極性結晶であるため、単結晶ＳｉＣインゴットから、（０００１）面（以下、ｃ面という）がウェハ面となるようにウェハを切り出した場合、一方のウェハ面はシリコン原子で終端するシリコン面で構成され、他方の面はカーボン原子で終端するカーボン面で構成される。シリコン面およびカーボン面においては、各面の物理的性質および化学的性質が異なる。

ＳｉＣウェハは、たとえばパワーデバイスに用いられる。単結晶ＳｉＣインゴットでは、後工程のエピタキシャル成長を考慮して、たとえば４°または８°のオフ角が形成されている。すなわち、単結晶ＳｉＣインゴットのｃ軸（ｃ面が直交する軸）は、インゴットの軸線に対して所定の角度傾斜している。

単結晶ＳｉＣインゴットの切断では、ウェハの反りを低減させることが課題である。しかし上述した従来の切断方法を適用した場合、ウェハに反りが発生してしまう。単結晶ＳｉＣインゴットは、上記したようにオフ角を有する点で、従来の切断方法で対象となっていた単結晶サファイヤインゴットや単結晶シリコンインゴットとは異なっている。オフ角を有する単結晶ＳｉＣインゴットを切断する場合において、ウェハの反りを低減する方法は明らかになっていない。

本発明は、オフ角を有する単結晶ＳｉＣインゴットを切断する場合において、ＳｉＣウェハの反りを低減することができるウェハの製造方法およびウェハの製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、オフ角を有する柱状の単結晶ＳｉＣインゴットを固定砥粒ワイヤにより切断してＳｉＣウェハを得るウェハの製造方法であって、単結晶ＳｉＣインゴットのｃ軸である［０００１］軸が［１１−２０］方向に角度θ（０°＜θ≦１０°）で傾斜した単結晶ＳｉＣインゴットにおいて、（１１−２０）面とは反対側の面である（−１−１２０）面を保持部材によって保持する工程と、保持部材によって単結晶ＳｉＣインゴットを保持しながら、［１１−２０］方向から固定砥粒ワイヤにより単結晶ＳｉＣインゴットを切断することにより、Ｓｉ面である（０００１）面側から切り込みを行う工程と、を含むことを特徴とする。

このウェハの製造方法によれば、オフ角を有する柱状の単結晶ＳｉＣインゴットにおいて、［０００１］軸は［１１−２０］方向に角度θ（０°＜θ≦１０°）傾斜している。単結晶ＳｉＣインゴットにおける（１１−２０）面とは反対側の面である（−１−１２０）面を保持部材によって保持し、［１１−２０］方向から固定砥粒ワイヤにより単結晶ＳｉＣインゴットを切断することにより、Ｓｉ面である（０００１）面側から固定砥粒ワイヤによる切り込みが行われる。これにより、切断後のＳｉＣウェハの反りを低減することができる。

単結晶ＳｉＣインゴットには、（１−１００）面に第１の欠損部が形成され、（１１−２０）面に第１の欠損部とは大きさの異なる第２の欠損部が形成されていてもよい。第１の欠損部および第２の欠損部が形成されることにより、Ｓｉ面およびＣ面を容易に判別することができる。

第１の欠損部および第２の欠損部は、オリエンテーションフラット面またはノッチであってもよい。

本発明は、オフ角を有する柱状の単結晶ＳｉＣインゴットを固定砥粒ワイヤにより切断してＳｉＣウェハを得るウェハの製造装置であって、単結晶ＳｉＣインゴットのｃ軸である［０００１］軸が［１１−２０］方向に角度θ（０°＜θ≦１０°）で傾斜した単結晶ＳｉＣインゴットにおいて、（１１−２０）面とは反対側の面である（−１−１２０）面を保持する保持部材と、保持部材によって保持された単結晶ＳｉＣインゴットと固定砥粒ワイヤとの少なくとも一方を移動方向に移動させることで、［１１−２０］方向から固定砥粒ワイヤにより単結晶ＳｉＣインゴットを切断させ、Ｓｉ面である（０００１）面側から切り込みを行わせる移動手段と、を備えることを特徴とする。

このウェハの製造装置によれば、オフ角を有する柱状の単結晶ＳｉＣインゴットにおいて、［０００１］軸は［１１−２０］方向に角度θ（０°＜θ≦１０°）傾斜している。保持部材によって、単結晶ＳｉＣインゴットにおける（１１−２０）面とは反対側の面である（−１−１２０）面が保持される。移動手段によって、［１１−２０］方向から固定砥粒ワイヤにより単結晶ＳｉＣインゴットが切断されることとなり、Ｓｉ面である（０００１）面側から固定砥粒ワイヤによる切り込みが行われる。これにより、切断後のＳｉＣウェハの反りを低減することができる。

本発明によれば、オフ角を有する単結晶ＳｉＣインゴットを切断する場合において、ＳｉＣウェハの反りを低減することができる。

本発明の第一実施形態に係る切断方法を実施するワイヤソーの構成を概略的に示す斜視図である。 図１中の単結晶ＳｉＣインゴットを示す斜視図である。 図２の単結晶ＳｉＣインゴットのオフ角に関する説明図である。 （ａ）は切断方向を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 切断加工に伴うソーマークを示す図である。 実施例および比較例における切断条件を示す表である。 （ａ）は第１比較例における切断方向を示す正面図、（ｂ）は第２比較例における切断方向を示す正面図である。 実施例および比較例におけるウェハの反りを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、第一実施形態に係る切断方法を適用したワイヤソーの概略構成について説明する。図１に示されるように、ウェハの製造装置としてのワイヤソー１は、被加工部材である単結晶ＳｉＣインゴットＷを保持するための保持部材１０と、３個のガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、研削液を供給するためのノズル１３と、固定砥粒ワイヤ３１と、を備えている。

保持部材１０は、支持台１１と、支持台１１に固定された支持材１４とを有する。支持台１１は、昇降可能に設置される。支持台１１は、支持材１４を介して、たとえば水平方向に延びる円柱状の単結晶ＳｉＣインゴットＷを保持する。言い換えれば、ワイヤソー１には、支持台１１を昇降させることにより、保持部材１０によって保持された単結晶ＳｉＣインゴットＷを所定の移動方向に移動させる移動手段が設けられている。支持台１１は、たとえば、ガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上方に配置される。単結晶ＳｉＣインゴットＷの切断加工時において、移動手段は、支持台１１を移動させることにより、単結晶ＳｉＣインゴットＷを移動方向Ｚ（たとえば鉛直方向下方）に移動させる。移動手段は、たとえば、モータを備える装置であってもよいし、油圧シリンダを備える装置であってもよい。移動方向Ｚは単結晶ＳｉＣインゴットＷの切断方向に相当し、単結晶ＳｉＣインゴットＷの軸線Ｘに垂直である。

支持材１４は、単結晶ＳｉＣインゴットＷと支持台１１との間に介在する支持部材である。この支持材１４は、たとえば、カーボン、レジン、ガラスなどによって構成される。支持材１４の一方の面は支持台１１に固定され、支持材１４の他方の面は単結晶ＳｉＣインゴットＷに接着剤などにより固定される。単結晶ＳｉＣインゴットＷの切断加工に伴って、支持材１４は、固定砥粒ワイヤ３１により切断される。

このように、ワイヤソー１は、保持部材１０によって単結晶ＳｉＣインゴットＷを保持し降下させて単結晶ＳｉＣインゴットＷを切断するダウンタイプの装置であるが、単結晶ＳｉＣインゴットＷを保持部材に載置し、その保持部材を上昇させる、いわゆるアップタイプのワイヤソーであってもよい。また、単結晶ＳｉＣインゴットＷを移動させる場合に限られず、固定砥粒ワイヤ３１を移動させるタイプであってもよい。すなわち、ワイヤソー１には、固定砥粒ワイヤ３１を所定の移動方向に移動させる移動手段が設けられてもよい。あるいは、保持部材１０によって保持された単結晶ＳｉＣインゴットＷと固定砥粒ワイヤ３１との両方を所定の移動方向に移動させる移動手段が設けられてもよい。さらに、ワイヤソー１は、固定砥粒ワイヤ３１又は単結晶ＳｉＣインゴットＷを揺動させるタイプであってもよい。

ガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、固定砥粒ワイヤ３１を巻架する。このガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外周面には、たとえば、複数列の平行なワイヤ案内溝が一定ピッチで形成されている。単結晶ＳｉＣインゴットＷの切断加工時において、ガイドローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、正回転および逆回転を同期しつつ繰り返すことにより、固定砥粒ワイヤ３１を延伸方向Ｙに往復運動（すなわち往復走行）させる。延伸方向Ｙは、単結晶ＳｉＣインゴットＷが移動させられる移動方向Ｚおよび単結晶ＳｉＣインゴットＷの軸線Ｘに垂直である。

ノズル１３は、固定砥粒ワイヤ３１に研削液を供給する。このノズル１３は、たとえば、支持材１４の延伸方向Ｙの側方に配置される。単結晶ＳｉＣインゴットＷの切断加工時において、ノズル１３は、固定砥粒ワイヤ３１と単結晶ＳｉＣインゴットＷとの接触箇所に向けて研削液を噴射する。

固定砥粒ワイヤ３１は、ピアノ線等からなるワイヤの外周面に砥粒が電着、レジン、ろう付け等で固着された固定砥粒ワイヤ３１を用いることができる。その中でも、ワイヤの外周面に砥粒が電着された電着ワイヤを用いることが好適である。

図２および図３に示されるように、単結晶ＳｉＣインゴットＷは、軸線Ｘ方向に延びる円柱状をなしている。単結晶ＳｉＣインゴットＷは、六方晶構造を有する極性結晶であり、シリコン原子で終端するシリコン面（以下、Ｓｉ面という）１６と、カーボン原子で終端するカーボン面（以下、Ｃ面という）１７とを有する。Ｓｉ面１６は（０００１）面であり、Ｃ面１７は（０００−１）面である。

単結晶ＳｉＣインゴットＷには、Ｓｉ面１６とＣ面１７とを区別可能とするため、（１−１００）面に第１オリエンテーションフラット面（第１の欠損部。以下、第１オリフラ面という）２１が形成され、（１１−２０）面に第２オリエンテーションフラット面（第２の欠損部。以下、第２オリフラ面という）２２が形成されている。第１オリフラ面２１は、劈開面である（１−１００）面に一致するように形成されている。第１オリフラ面２１の幅は、第２オリフラ面２２の幅よりも大きい。

単結晶ＳｉＣインゴットＷのＳｉ面１６は、単結晶ＳｉＣインゴットＷの軸線Ｘに対して［１１−２０］方向に角度θ（０°＜θ≦１０°）だけ傾斜している（図２および図３に示される傾斜方向Ｄ参照）。言い換えれば、単結晶ＳｉＣインゴットＷのｃ軸Ｌである［０００１］軸は、［１１−２０］方向に角度θで傾斜している。Ｓｉ面１６のｃ軸Ｌは、単結晶ＳｉＣインゴットＷの軸線Ｘに対して角度θをなしている。角度θは、後工程であるエピタキシャル成長を考慮して、たとえば１°以上１０°以下になっている。角度θは、たとえば４°以上８°以下であってもよい。角度θは、１°未満であってもよい。

なお、図３では、単結晶ＳｉＣインゴットＷにおけるＳｉ面１６の傾斜方向（オフ角方向）と第１オリフラ面２１および第２オリフラ面２２の位置関係とを容易に把握するため、単結晶ＳｉＣインゴットＷを軸線Ｘ方向から見た図に、単結晶ＳｉＣインゴットＷを側面すなわち周方向から見た図（展開図）を併記している。図４（ａ）においても、同様にして単結晶ＳｉＣインゴットＷが図示されている。

続いて、本実施形態に係るＳｉＣウェハの製造方法について説明する。まず、ベース基板上にＳｉＣ単結晶を成長させて単結晶ＳｉＣインゴットを形成する。次に、単結晶ＳｉＣインゴットの周方向における２箇所の側面に第１オリフラ面２１および第２オリフラ面２２を形成する。

次に、図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、保持部材１０の支持材１４に第２オリフラ面２２の反対面（すなわち（−１−１２０）面）２３を接着剤等により固定し、保持する。保持部材１０によって保持される反対面２３は、第２オリフラ面２２の周方向における１８０°の位置に対して、一方および他方にそれぞれ１０°ずれていてもよい。なお、反対面２３を保持する際、保持部材１０の支持材１４は円弧状に切り欠かれて、反対面２３に当接する。

次に、保持部材１０によって単結晶ＳｉＣインゴットＷを保持しながら、固定砥粒ワイヤ３１を延伸方向Ｙに往復運動させる。ここで、固定砥粒ワイヤ３１は、単結晶ＳｉＣインゴットＷの（１１−２０）面すなわち第２オリフラ面２２に対面している。次に、保持部材１０によって単結晶ＳｉＣインゴットＷを移動方向Ｚに移動させ、第２オリフラ面２２から、固定砥粒ワイヤ３１により単結晶ＳｉＣインゴットＷをスライス切断する。

このとき、固定砥粒ワイヤ３１の延伸方向Ｙは、第２オリフラ面２２に平行であり、劈開面である（１１−２０）面に平行である。また、固定砥粒ワイヤ３１の延伸方向Ｙは、劈開面である（１−１００）面に垂直である。また、単結晶ＳｉＣインゴットＷの移動方向Ｚは、Ｓｉ面１６に対して角度θをなしている。言い換えれば、本実施形態の切断方法では、Ｓｉ面１６側から、Ｓｉ面１６に対して角度θをなす方向に単結晶ＳｉＣインゴットＷを切断する。

このようにして、単結晶ＳｉＣインゴットＷの切断加工においては、固定砥粒ワイヤ３１を第２オリフラ面２２に対面させることにより、Ｓｉ面１６が、固定砥粒ワイヤ３１に対向することになる。そして、第２オリフラ面２２から切断を行うことにより、固定砥粒ワイヤ３１は、Ｓｉ面１６側から進入する。すなわち、Ｓｉ面１６である（０００１）面側から切り込みが行われる。

このような切断工程により、オフ角を有するウェハが得られる。切断工程の後、ウェハの研削工程、ラップ工程、化学機械研磨（ＣＭＰ）工程等、必要な工程を行い、ＳｉＣウェハを得る。

図５は、切断加工に伴うソーマークを示す図である。図５に示されるように、ワイヤソー１により単結晶ＳｉＣインゴットＷが切断されて得られるウェハの表面には、切断加工に伴うソーマークが見られる。［１１−２０］方向から切断することにより、［１−１００］方向に延びる線状のソーマークが形成される。また、線状のソーマークは、固定砥粒ワイヤ３１のたわみ及び揺動切断することによって、湾曲したソーマークとなる。

以上説明したワイヤソー１およびこれを用いたウェハの製造方法によれば、単結晶ＳｉＣインゴットＷの［０００１］軸は［１１−２０］方向に角度θ（０°＜θ≦１０°）傾斜している。（１１−２０）面である第２オリフラ面２２とは反対側の面（すなわち（−１−１２０）面）２３を保持部材１０によって保持し、第２オリフラ面２２から固定砥粒ワイヤ３１により単結晶ＳｉＣインゴットＷを切断することにより、Ｓｉ面１６である（０００１）面側から固定砥粒ワイヤ３１による切り込みが行われる。これにより、切断後のＳｉＣウェハの反りを低減することができ、加工精度の向上が図られる。ウェハの反りが低減されることにより、後工程の取り代の低減にもつながり、ＳｉＣウェハの製造工程全体におけるコストダウンが可能となる。また、固定砥粒ワイヤの細線化、細粒化が可能となり、カーフロスの低減につながる。

従来は、オフ角を有する単結晶ＳｉＣインゴットＷに対して、ウェハの反りを低減するための切断方法は明らかにされていなかったが、本実施形態の切断方法によれば、オフ角が形成される方向すなわち軸線Ｘに対するＳｉ面１６の傾斜方向を考慮することにより、ＳｉＣウェハの反りを低減することができる。

本発明は上記実施形態に限られるものではない。たとえば、単結晶ＳｉＣインゴットＷにおける結晶方位が判明している場合には、第１オリフラ面２１および第２オリフラ面２２を省略することができる。すなわち、第１オリフラ面２１および第２オリフラ面２２の形成工程を省略してもよい。また、第１オリフラ面２１および第２オリフラ面２２に限られず、第１および第２の欠損部として、ノッチを形成してもよい。

（実施例）
本発明の実施形態に係る製造方法がウェハの反りに与える効果を検証するため、図６に示される条件にて試験を行った。単結晶ＳｉＣインゴットＷは、上記したものと同じ構成を有するインゴットであり、直径は３インチである。実施例において、保持部材１０によって単結晶ＳｉＣインゴットＷを保持する位置および切断を開始する位置は、上記実施形態の通りである。

また、図７（ａ）に示されるように、比較例１においては、保持部材１０によって第１オリフラ面２１を保持し、保持部材１０を移動方向Ｚ１に移動させ、第１オリフラ面２１の反対側の面２４から切断を行った。図７（ｂ）に示されるように、比較例２においては、保持部材１０によって第２オリフラ面２２を保持し、保持部材１０を移動方向Ｚ２に移動させ、第２オリフラ面２２の反対側の面２３から切断を行った。なお、比較例２においては、Ｓｉ面１６の傾斜方向Ｄの反対側から切断が行われるため、Ｃ面１７側から固定砥粒ワイヤ３１が進入する。

図８は、実施例および比較例におけるウェハの反りを示すグラフである。図８では、ウェハのＳｉ面側およびＣ面において、最も低い位置と最も高い位置の差を「うねり」として表している。なお、これらの「うねり」は、複数回実施した試験において得られた切断ウェハ全体の平均値である。

図８に示されるように、実施例においては、Ｓｉ面で１６μｍ、Ｃ面で１２μｍであった。一方、第１オリフラ面２１の反対側の面２４から切断を行った比較例１においては、Ｓｉ面で３７μｍ、Ｃ面で３６μｍであった。第２オリフラ面２２の反対側の面２３から切断を行った比較例２においては、Ｓｉ面で６７μｍ、Ｃ面で６７μｍであった。この結果からわかるように、実施例の切断方法によれば、比較例１，２の切断方法よりも格段にウェハの反りの値を小さくできる。

なお、フラット面が反りに与える影響を調べるため、第２オリフラ面２２の反対側の面２３にフラット面を形成し、図７（ｂ）に示されるのと同様、第２オリフラ面２２を保持し、反対側の面２３に形成したフラット面から切断を行ったところ、反りの値は大きくなった。この結果から、フラット面から切断することよりも、Ｓｉ面１６が傾斜している方向の側面（たとえば第２オリフラ面２２）から切断することが重要であることがわかる。

１…ワイヤソー（ウェハの製造装置）、１０…保持部材、１６…Ｓｉ面、１７…Ｃ面、２１…第１オリフラ面（第１の欠損部）、２２…第２オリフラ面（第２の欠損部）、２３…反対面（反対側の面）３１…固定砥粒ワイヤ、Ｗ…単結晶ＳｉＣインゴット、Ｘ…軸線、θ…角度。

Claims (4)

1. オフ角を有する柱状の単結晶ＳｉＣインゴットを固定砥粒ワイヤにより切断してＳｉＣウェハを得るウェハの製造方法であって、
   前記単結晶ＳｉＣインゴットのｃ軸である［０００１］軸が［１１−２０］方向に角度θ（０°＜θ≦１０°）で傾斜した前記単結晶ＳｉＣインゴットにおいて、（１１−２０）面とは反対側の面である（−１−１２０）面を保持部材によって保持する工程と、
   前記保持部材によって前記単結晶ＳｉＣインゴットを保持しながら、前記［１１−２０］方向から前記固定砥粒ワイヤにより前記単結晶ＳｉＣインゴットを切断することにより、Ｓｉ面である（０００１）面側から切り込みを行う工程と、を含む
   ことを特徴とするウェハの製造方法。
2. 前記単結晶ＳｉＣインゴットには、（１−１００）面に第１の欠損部が形成され、前記（１１−２０）面に前記第１の欠損部とは大きさの異なる第２の欠損部が形成されている、請求項１に記載のウェハの製造方法。
3. 前記第１の欠損部および前記第２の欠損部は、オリエンテーションフラット面またはノッチである、請求項２記載のウェハの製造方法。
4. オフ角を有する柱状の単結晶ＳｉＣインゴットを固定砥粒ワイヤにより切断してＳｉＣウェハを得るウェハの製造装置であって、
   前記単結晶ＳｉＣインゴットのｃ軸である［０００１］軸が［１１−２０］方向に角度θ（０°＜θ≦１０°）で傾斜した前記単結晶ＳｉＣインゴットにおいて、（１１−２０）面とは反対側の面である（−１−１２０）面を保持する保持部材と、
   前記保持部材によって保持された前記単結晶ＳｉＣインゴットと前記固定砥粒ワイヤとの少なくとも一方を移動方向に移動させることで、前記［１１−２０］方向から前記固定砥粒ワイヤにより前記単結晶ＳｉＣインゴットを切断させ、Ｓｉ面である（０００１）面側から切り込みを行わせる移動手段と、を備える
   ことを特徴とするウェハの製造装置。

Images