JP7259795B2 - 炭化珪素ウェハの製造方法、半導体基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パワーＭＯＳＦＥＴ等の素材として利用することができる炭化珪素（以下、ＳｉＣという）ウェハの製造方法、半導体基板の製造方法およびＳｉＣ半導体装置の製造方法に関するものである。

従来より、パワーＭＯＳＦＥＴ等の素材として利用できる半導体材料として、ＳｉＣが知られている。昇華再結晶法などによってＳｉＣ単結晶インゴットを成長させたのち、それをスライスすることでＳｉＣウェハを得ている。例えば、黒鉛製の坩堝内における坩堝上部の蓋体に種結晶を配置すると共に、坩堝底部に配したＳｉＣ粉末原料を高温加熱することで、ＳｉＣ粉末原料を昇華させ、その昇華ガスを種結晶表面に供給して再結晶化させることで、ＳｉＣ単結晶を製造できる。このとき、ＳｉＣ単結晶が径を拡大させながら成長するため、種結晶が配置される蓋体から坩堝底部側に向かって徐々に拡径するスカート部を配置し、スカート部に沿ってＳｉＣ単結晶を結晶成長させることで、円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴットを得ている。

このようにして得たＳｉＣ単結晶インゴットをスライスする際には、インゴットの外周面を切削して円柱形状にしてから行われている。例えば、特許文献１に、ＳｉＣ単結晶インゴットが円柱形状となるように側面を円筒研削加工する技術が開示されている。この文献では、ＳｉＣ単結晶インゴットを円柱状に加工するプロセスにおいて、ＳｉＣ単結晶インゴット周辺部から結晶中心部に向かってインゴットクラックが発生することから、リング状砥石を用いてＳｉＣ単結晶インゴットの一方の端面から切削を行っている。具体的には、ＳｉＣ単結晶インゴットの上面または底面にリング状砥石の端面を当接させ、リング状砥石をＳｉＣ単結晶インゴットに対して相対的に回転させると共にリング状砥石をリング中心軸方向に移動させる。これにより、リング状砥石の端面によってＳｉＣ単結晶インゴットを面研削して円柱状としている。

特許第６３３４２５３号公報

しかしながら、ＳｉＣ単結晶インゴットを円柱状とする場合、元々円錐台形状として得られたＳｉＣ単結晶インゴットの外縁部を広範囲に取り除いてしまう。このため、ＳｉＣ材料の有効使用率が低く、製造しているＳｉＣ単結晶インゴットに対して作成できるＳｉＣウェハの歩留まりもしくは半導体チップの製品歩留まりが低くなる。

本発明は上記点に鑑みて、製造しているＳｉＣ単結晶インゴットに対して作成できるＳｉＣウェハの歩留まりもしくは半導体チップの製品歩留まりを高くできるＳｉＣウェハの製造方法およびＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ＳｉＣ単結晶インゴット（８０）をスライスしてＳｉＣウェハ（８３）を製造するＳｉＣウェハの製造方法であって、上面および該上面よりも径が大きい下面を有する円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴットを用意することと、円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴットに対して該ＳｉＣ単結晶インゴットの外縁部を研削加工にて除去し、上面から下面に向かうほど径が大きくなる複数段の径が異なる円柱状部（８１、８２）を形成することと、円柱状部をＳｉＣウェハにスライスすることと、を含んでいる。

このように、研削加工を行ってＳｉＣ単結晶インゴットに円柱状部を形成する際に、円柱状部の径を徐々に変化させている。具体的には、円錐台形状とされるＳｉＣ単結晶インゴットをすべて同一径の円筒状部にするのではなく、ＳｉＣ単結晶インゴットの上面から下面に向かうほど円柱状部の径が拡大するようにしている。このため、ＳｉＣ単結晶インゴットのうちＳｉＣウェハとして使用できる割合、つまりＳｉＣ材料の有効使用率を高くすることが可能となる。したがって、製造しているＳｉＣ単結晶インゴットに対して作成できるＳｉＣウェハの歩留まりを高くできる。そして、ＳｉＣウェハの径を徐々に大きくできることから、ＳｉＣウェハ中における半導体素子を形成できる有効エリアを広げることが可能となり、半導体チップの製品歩留まりも高くすることが可能となる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶インゴットの製造に用いるＳｉＣ単結晶製造装置の断面図である。 ＳｉＣ単結晶インゴットの斜視図である。 半導体装置の製造プロセスを示したフローチャートである。 半導体装置の製造プロセス中におけるＳｉＣウェハの製造プロセス中のＳｉＣ単結晶インゴットの様子を示した図である。 製造したＳｉＣウェハの斜視図である。 ＳｉＣウェハにＳｉＣ支持基板を貼り付けて構成した半導体基板の斜視図である。 半導体基板に表面支持基板を貼り付けた様子を示した図である。 表面支持基板をＳｉＣウェハに貼り付けた状態でＳｉＣウェハからＳｉＣ支持基板を剥離する様子を示した斜視図である。 表面支持基板を剥離した後の半導体基板の斜視図である。 ダイシングによって個片化した半導体基板を示した図である。 比較例１の半導体装置の製造プロセスを示したフローチャートである。 円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴットを一括して円柱形状に円筒研削加工する場合の様子を示した図である。 円柱形状としたＳｉＣ単結晶インゴットをワイヤでスライスする場合を示した図である。 ワイヤでスライスして得たＳｉＣウェハに表面支持基板を貼り付けた様子を示した斜視図である。 比較例２の半導体装置の製造プロセスを示したフローチャートである。 円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴットを一括して円柱形状とし、さらにそれをレーザ照射でスライスする場合を示した図である。 第２実施形態で説明するスライス工程の前にＳｉＣ単結晶インゴットの高さ方向の全域を径の異なる円柱状部とした場合を示す斜視図である。 第３実施形態で説明するＳｉＣ支持基板を貼り付けてＳｉＣウェハをＳｉＣ単結晶インゴットから剥離させる工程を示した図である。 他の実施形態で説明する外周切欠部としてノッチ等のマーキングをＳｉＣ単結晶インゴットに形成した場合の様子を示した斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態にかかるＳｉＣウェハの製造方法、半導体基板の製造方法およびＳｉＣ半導体装置の製造方法について説明する。

まず、ＳｉＣウェハの製造に先立ち、ＳｉＣウェハの製造に用いるＳｉＣ単結晶インゴットを作成する。ＳｉＣ単結晶インゴットについては、図１に示すＳｉＣ単結晶製造装置を用いて製造している。

図１に示すように、ＳｉＣ単結晶製造装置は、有底円筒状の容器本体１０と、円形状の蓋体２０と、中空の円錐台形状をなしたスカート部３０とを有して構成された黒鉛製の坩堝１を備えている。蓋体２０には種結晶４０が貼り付けられ、容器本体１０には、昇華ガスの供給源となるＳｉＣの粉末原料５０が配置されている。そして、粉末原料５０からの昇華ガスが種結晶４０の表面上に再結晶化して、種結晶４０の表面にＳｉＣ単結晶７０が成長させられる構成とされている。

蓋体２０は、円筒状の側壁部２１と、側壁部２１の開口部の一方を塞ぐ円板状の蓋材２２とを備えて構成されている。蓋材２２には円柱状の突起部２２ａが設けられ、当該突起部２２ａの先端位置に例えば円形状のＳｉＣの種結晶４０が貼り付けられるようになっている。

スカート部３０は、種結晶４０から成長方向に向かってテーパ状に延設された円錐台形状とされている。このスカート部３０は、成長結晶の口径を拡大する役割を果たす。

なお、坩堝１の外周を囲むように図示しない加熱コイルが配置されている。そして、加熱コイルにて坩堝１を加熱することで粉末原料５０を昇華させ、その昇華ガスを種結晶４０の表面に供給することが可能になっている。また、坩堝１は、図示しない加熱チャンバ内に収容され、断熱材などで囲まれることで保温が可能になっている。

このように構成されたＳｉＣ単結晶製造装置を用意し、蓋材２２の突起部２２ａの先端に種結晶４０を貼り付けると共に、容器本体１０に粉末原料５０を配置したのち、坩堝１を図示しない加熱チャンバに設置し、加熱コイルによる加熱を行う。そして、誘導加熱によって坩堝１を加熱することで坩堝１内を所定温度にする。

また、加熱チャンバ内の雰囲気として、Ａｒなどの不活性ガスや水素、結晶のドーパントとなる窒素などの混合ガスを流入させる。

そして、種結晶４０の成長面の温度およびＳｉＣの粉末原料５０の温度を目標温度まで上昇させるまでは、加熱チャンバ内は大気圧に近い雰囲気圧力にして粉末原料５０からの昇華を抑制し、目標温度になったところで、真空雰囲気とする。例えば、粉末原料５０の温度を２１００～２３００℃とし、成長結晶表面の温度をそれよりも１０～２００℃程度低くする。また真空雰囲気は、例えば、１．３３Ｐａ～６．６７ｋＰａ（０．０１～５０Ｔｏｒｒ）とする。

このようにして、粉末原料５０を加熱することで粉末原料５０が昇華し、粉末原料５０から昇華ガスが発生する。この昇華ガスは、種結晶４０に供給される。これにより、昇華ガスが種結晶４０の表面に供給され、ＳｉＣ単結晶７０が成長する。このとき、スカート部３０の内壁面に沿ってＳｉＣ単結晶７０が成長するため、ＳｉＣ単結晶７０は拡径しながら成長して円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴットとなる。この後、加熱コイルによる坩堝１の加熱を停止し、加熱チャンバ内の温度を低下させた後、ＳｉＣ単結晶インゴットを突起部２２ａから剥がす。これにより、図２に示すような円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴット８０が得られる。例えば、径が小さい側の一端面の直径がおよそ６インチとなるφ１５０、径が大きい側の一端面の直径がおよそ８インチとなるφ１８５～２００、ＳｉＣウェハの取り出しに使える部分の高さ分が５０～８０ｍｍ程度のＳｉＣ単結晶インゴット８０を得ることができる。

この後、所定の製造プロセスを実施することで、ＳｉＣ単結晶インゴット８０よりＳｉＣウェハを製造し、製造したＳｉＣウェハを用いて半導体基板を製造すると共に、その半導体基板を用いてＳｉＣ半導体装置を製造する。以下、これらＳｉＣウェハの製造方法およびＳｉＣ半導体装置の製造方法について、図３に示す製造プロセスのフローチャートおよび図４～図１０に示すプロセス中の様子を表した図を参照して説明する。

ＳｉＣウェハの製造方法、半導体装置の製造方法およびＳｉＣ半導体装置の製造方法については、図３に示す製造プロセスを順に行うことによって実現される。まず、図３に示すＳｉＣ単結晶インゴット８０の製造工程として、上記のようにしてＳｉＣ単結晶インゴット８０を用意する。そして、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を研削して円柱形状とする研削工程とＳｉＣウェハの切り出しを行うスライス工程とを行うことで、ＳｉＣウェハの製造工程を行う。研削工程とスライス工程については様々な手法が適用可能であるが、本実施形態では、研削工程とスライス工程を交互に複数回繰り返す多段加工を用いており、複数回繰り返される研削工程において徐々に円柱形状の外形が大きくなるようにする。これにより、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の上面側から下面側に掛けて徐々に取り出せるＳｉＣウェハの径を拡大できるようしている。多段加工の回数については任意であるが、例えば３回繰り返す３段加工、５回繰り返す５段加工を行っている。図４では、３段加工を行う場合を例に挙げて示してある。

１度目の研削工程については、特許文献１と同様に、円筒状砥石を用いた円筒研削加工を行うことで、円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴット８０の一部に円筒状部分を形成する。ここでは、図４の状態（１）に示すように、円錐台形状のＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちの上面、つまり径が小さい側の一端面側の外縁部を円筒研削加工することで、ＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちの上面側の所定の高さを円柱形状８１とする。以下、このとき円柱形状とされる部分を第１円柱状部８１という。

このときの第１円柱状部８１の高さについては任意であるが、ＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちＳｉＣウェハの取り出しに使える部分の高さの数分の１としており、例えば３段加工であれば１／３、５段加工であれば１／５の高さとしている。例えばＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちＳｉＣウェハの取り出しに使える部分の高さが６０ｍｍであった場合、３段加工の場合には第１円柱状部８１の高さを２０ｍｍ、５段加工の場合には第１円柱状部８１の高さを１２ｍｍとすれば良い。また、第１円柱状部８１の径については任意に調整可能であるが、円筒研削加工により削る部分については外縁部のうちの欠陥が存在し得る薄い範囲で良いため、ほぼＳｉＣ単結晶インゴット８０の上面の径と同等径、例えば６インチとすると好ましい。

続いて、１度目のスライス工程を行うことで第１円柱状部８１を先端側から所定の厚みでスライスしていき、図４の状態（２）のように第１円柱状部８１から複数枚のＳｉＣウェハ８３を取り出す。実際にはＳｉＣウェハを１枚ずつ取り出すため、図４の状態（２）のように複数枚が重なって残った状態にはならないが、ここでは参考的に複数枚が重なった状態を図示してある。スライス工程についてはワイヤースライス、レーザスライスなどがあるが、ここではより薄くスライス可能で、かつ、切断される幅となる切断しろを少なくできるレーザスライスを用いている。具体的には、第１円柱状部８１のうちの先端側からＳｉＣウェハ８３を１枚分ずつスライスしていき、第１円柱状部８１とＳｉＣ単結晶インゴット８０の残りの円錐台形状のままとされている部分との境界位置までＳｉＣウェハ８３の取り出しを行う。

レーザ照射の方法については様々な手法があるため、どのような手法を用いてもよいが、ここでは、レーザ改質層を第１円柱状部８１の側面に向けて配置したのち、第１円柱状部８１の直径方向に沿って移動させると共に、等間隔にレーザ照射を行っている。そして、レーザ照射によって一定間隔で設けられたレーザ痕にて破断させるようにして、ＳｉＣウェハ８３を剥離させる。これにより、ＳｉＣウェハ８３を製造することができる。例えば、ＳｉＣウェハ８３の厚みを１５０μｍとしている。第１円柱状部８１の高さを２０ｍｍとする場合、ＳｉＣウェハ８３の厚みを１５０μｍにすると、約１０５枚のＳｉＣウェハ８３を取り出すことが可能となる。

なお、ＳｉＣウェハ８３を１枚取り出す毎に、第１円柱状部８１の残りの部分の上面を研削して平坦化してから次のＳｉＣウェハ８３を取り出すためのレーザ照射を行うようにしても良い。

次に、図４の状態（３）に示すように、１度目のスライス工程を経て破線で示した第１円柱状部８１が無くなった状態のＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して、２度目の研削工程を行う。２度目の研削工程については１度目の研削工程と同様の工程とされるが、円筒研削加工の際に使用する円筒状砥石の内径を１度目の研削工程よりも大きくする。つまり、円筒状砥石の内径を残っているＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちの上面の径と対応する寸法にする。具体的には、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の高さに対する径の拡大率と多段加工の段数に対応して円筒状砥石の内径を拡大している。

例えば、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の上面側で６インチのＳｉＣウェハ８３を取り出し、下面側で８インチのＳｉＣウェハ８３を取り出す場合、３段加工であれば、２度目の研削工程では、円筒状砥石の内径を６＋（８－６）／（３－１）インチとする。また、５段加工であれば、２度目の研削工程では、円筒状砥石の内径を６＋（８－６）／（５－１）インチとする。このようにして２度目の研削工程を行うことで、第１円柱状部８１よりも大きな径の第２円筒状部８２が得られる。

そして、２度目のスライス工程を行うことで第２円筒状部８２を先端側から所定の厚みでスライスしていき、図４の状態（４）のようにＳｉＣウェハ８３を取り出す。２度目のスライス工程については１度目のスライス工程と同様にして行っている。このような２度目のスライス工程を行うことで、１度目のスライス工程の際よりも径が大きくなったＳｉＣウェハ８３を得ることができる。

この後も、多段加工の段数に対応した数、研削工程とスライス工程とを繰り返す。そして、繰り返される研削工程にて徐々に径を拡大させた円柱状部を形成した後、スライス工程を行うことで、徐々にＳｉＣウェハ８３を取り出すことが可能となる。研削工程において円柱形状部を形成する際の円筒状砥石の内径については、何段目の研削工程かに応じて決定すれば良い。具体的には、多段加工の段数をｎとし、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の上面側で取り出すインチ数をｘ、下面側で取り出すインチ数をｙとすると、次式を満たすようにｍ段目の研削工程での円筒状砥石の内径Ｒｍを設定すれば良い。

（数１） Ｒｍ＝ｘ＋（ｍ－１）×（ｙ－ｘ）／（ｎ－１）
以上のようにして、図５に示すような所望の径を有するＳｉＣウェハ８３を取り出すことができる。その後、取り出したＳｉＣウェハ８３を対して、図６に示すようにＳｉＣウェハ８３の裏面にＳｉＣ支持基板９０で貼り付けて半導体基板１００を作成する裏面貼付工程を行う。ここではＳｉＣウェハ８３の裏面にＳｉＣ支持基板９０を直接接合などによって裏面貼付工程を行っている。

このときのＳｉＣ支持基板９０については、ＳｉＣウェハ８３の径にかかわらずすべて同じ径のものを用いている。より詳しくは、ＳｉＣ支持基板９０の径をＳｉＣウェハ８３のうちの最も大きな径のものの径以上としており、ここでは８インチとしている。

このように、ＳｉＣ支持基板９０の径を統一することで、後工程での各プロセスを同一径として扱うことが可能となり、異径のＳｉＣウェハ８３であっても、同一設備を用いたプロセスとすることが可能になる。また、支持基板の材質については任意であるが、後工程において熱処理が行われたり、加熱後の冷却工程が行われたりすると、ＳｉＣウェハ８３と支持基板との間の線膨張係数差に基づく反りや応力の発生が懸念される。このため、ＳｉＣウェハ８３と線膨張係数差が少ない材料の支持基板とするのが好ましく、特に、同じ材料（多結晶、結晶方位、結晶グレードを問わない）で構成されるＳｉＣ支持基板９０を用いれば、反りや応力の発生の問題を極力無くすことが可能となる。勿論、ＳｉＣ支持基板９０以外の、ＳｉＣと線膨張係数が近似する材料の支持基板を用いても良い。

また、ＳｉＣ支持基板９０の厚みについては任意であるが、各処理の際のハンドリングを加味した厚み、例えば２５０μｍ以上の厚みとしている。ＳｉＣ支持基板９０は、後述するように、ＳｉＣウェハ８３への半導体素子の作り込みを行う半導体プロセスを経るとＳｉＣウェハ８３から剥離させられるが、この後も再利用できる。ただし、ＳｉＣウェハ８３から剥離する際に、ＳｉＣ支持基板９０が例えば５０μｍ程度の厚み分除去されてしまうため、複数回の再利用が可能となるように、ＳｉＣ支持基板９０の厚みを例えば５００μｍとしている。

なお、各処理の際のハンドリングを加味すると、ＳｉＣ支持基板９０の厚みが例えば２５０μｍになるまで使用できることから、１枚のＳｉＣ支持基板９０を５回程度再利用できる。また、２５０μｍ未満の厚みになったＳｉＣ支持基板９０については、２枚を貼り合わせることで再び２５０μｍ以上の厚みにできることから、さらに再利用することも可能となる。

このようにして、図６に示すようなＳｉＣ支持基板９０の上にＳｉＣウェハ８３が貼り付けられた半導体基板１００を製造すると、必要に応じてＳｉＣウェハ８３の表面を研削することで、ＳｉＣウェハ８３の表面の平坦化や膜厚調整を行ってウェハメイクする。このウェハメイクを経て、ＳｉＣウェハ８３が例えば１５０μｍ以下になる。

続いて、図示しないが、ＳｉＣウェハ８３の表面にＳｉＣをエピタキシャル成長させたエピ層を形成する。そして、半導体素子、例えば縦型ＭＯＳＦＥＴの製造を行うための半導体プロセスのうちＳｉＣウェハ８３の表面側に対して行うプロセスを実施する。例えば、エピ層の表層部にｎ型不純物やｐ型不純物をイオン注入することで、ｐ型ベース領域やｎ型ソース領域などを形成したのち、トレンチゲート構造の形成工程、層間絶縁膜の形成工程、表面側に配置されるソース電極やゲート配線の形成工程等を行う。

その後、図７に示すように、半導体基板１００のうちの表面側、つまりＳｉＣウェハ８３側にＵＶ（Ultra Violet）テープなどの図示しない接合部材を介して表面支持基板１１０を貼り付ける表面貼付工程を行う。この後は、高温プロセスを行わないため、表面支持基板１１０の材質については任意であるが、ここでは表面支持基板１１０としてガラス支持基板を用いている。表面支持基板１１０の寸法についてはＳｉＣ支持基板９０と同じにしており、ＳｉＣ支持基板９０が８インチであれば表面支持基板１１０についても８インチとし、同一設備での加工が継続して行えるようにしている。

さらに、図８に示すように、半導体基板１００を表面支持基板１１０に支持した状態で、半導体基板１００のうちの裏面側のＳｉＣ支持基板９０を剥離する。例えば、上記したスライス工程と同様に、ＳｉＣ支持基板９０のうちのＳｉＣウェハ８３側の表層部にレーザ照射を行って一定間隔毎にレーザ痕を形成し、そのレーザ痕で破断させることでＳｉＣウェハ８３からＳｉＣ支持基板９０を剥離させる。その後、ＳｉＣ支持基板９０の残渣を研削研磨加工によって除去し、ＳｉＣウェハ８３の裏面を平坦化研磨する面出し工程を行う。このとき、ＳｉＣウェハ８３の裏面を除去し、ＳｉＣウェハ８３が所望厚となるようにしている。

その後、表面支持基板１１０によってＳｉＣウェハ８３を支持した状態で、半導体基板１００の裏面側に裏面電極となるドレイン電極の形成工程を行うことで半導体素子が完成する。そして、図９に示すように、半導体基板１００から表面支持基板１１０を剥離させる。例えば、接合部材としてＵＶテープを用いる場合、ＵＶ照射を行うことで半導体基板１００の表面から表面支持基板１１０を剥離させることができる。このとき、半導体基板１００の厚みは、例えば１００μｍ程度となる。

最後に、ダイシング装置を用いて、図１０に示すようにＳｉＣウェハ８３をダイシングし、半導体素子を個片化することで半導体装置を構成する半導体チップを製造することができる。

以上説明したように、本実施形態では、研削工程とスライス工程とを複数回繰り返し行い、研削工程で円筒研削加工を行ってＳｉＣ単結晶インゴット８０に円柱状部を形成する際に、円柱状部の径を徐々に変化させている。具体的には、円錐台形状とされるＳｉＣ単結晶インゴット８０をすべて同一径の円筒状部にするのではなく、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の上面から下面に向かうほど円柱状部の径が拡大するようにしている。このため、ＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちＳｉＣウェハ８３として使用できる割合、つまりＳｉＣ材料の有効使用率を高くすることが可能となる。したがって、製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まりを高くできる。そして、ＳｉＣウェハ８３の径を徐々に大きくできることから、ＳｉＣウェハ８３中における半導体素子を形成できる有効エリアを広げることが可能となり、半導体チップの製品歩留まりも高くすることが可能となる。

よって、製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まりもしくは半導体チップの製品歩留まりを高くできるＳｉＣウェハ８３の製造方法、半導体基板の製造方法およびＳｉＣ半導体装置の製造方法とすることが可能となる。

具体的に、比較例を参照して、本実施形態のＳｉＣウェハ８３の製造方法とする場合と比較例とのＳｉＣ材料の有効使用率の相違について説明する。比較例１は、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を一括して円柱形状とし、ワイヤを用いたスライス工程によってＳｉＣウェハ８３を取り出す例を示している。比較例２は、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を一括して円柱形状とし、レーザ照射を用いたスライス工程によってＳｉＣウェハ８３を取り出す例を示している。

比較例１では、図１１および図１２Ａに示すように、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を用意した後、円筒状砥石を用いた１回の研削工程によって一括してＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を円筒研削加工して、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を円筒形状にする。そして、図１２Ｂに示すように、ワイヤを用いたスライス工程を行うことで、ＳｉＣウェハ８３を取り出している。このとき、ワイヤの間隔やワイヤの撓みによるＳｉＣウェハ８３の歪み、後工程でのハンドリングを考慮して、ＳｉＣウェハ８３の厚みは６００μｍ程度とされる。このため、ＳｉＣウェハ８３の取り出しに使える部分の高さ分が５０～８０ｍｍ程度のＳｉＣ単結晶インゴット８０の場合、比較例１においては、ＳｉＣウェハ８３が８３枚ほどしか製造できない。

続いて、ＳｉＣウェハ８３の表面の平坦化や膜厚調整を行ってウェハメイクを行うが、このときにはＳｉＣウェハ８３のみで半導体基板１００を構成しているため、ＳｉＣウェハ８３の厚みが厚くされ、例えば３５０μｍとされる。この後は、本実施形態と同様、エピタキシャル成長によるエピ層の形成、半導体素子形成のための半導体プロセスのうちのＳｉＣウェハ８３の表面側に対して行うプロセスの実施の後、図１２Ｃに示すような表面支持基板１１０の貼り付けを行う。また、比較例１では、本実施形態のようなＳｉＣ支持基板９０を用いていないためＳｉＣ支持基板９０の剥離は行われないが、この後も、本実施形態と同様、ＳｉＣウェハ８３の裏面の平坦化研磨、半導体基板１００の裏面側へのドレイン電極の形成工程を行う。さらに、表面支持基板１１０の剥離、ダイシングによる個片化を行うことで、半導体装置を構成する半導体チップを製造している。

このような比較例１では、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を円筒状砥石を用いた１回の研削工程によって一括してＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を円筒研削加工によって除去している。このため、本実施形態と比較して、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を広範囲に取り除いてしまい、ＳｉＣ材料の有効使用率が低く、製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まり、半導体チップの歩留まりが低くなる。

また、ワイヤによるスライス工程を行っているため、ＳｉＣウェハ８３を厚く形成する必要がある。さらに、ＳｉＣウェハ８３のみによって半導体基板１００を構成しているため、ＳｉＣウェハ８３のみによるハンドリングが行えるように、ウェハメイク後の厚みも厚くする必要がある。このため、製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まり、半導体チップの歩留まりが更に低くなる。試作結果によれば、ＳｉＣ支持基板９０から切り出したＳｉＣウェハ８３が６００μｍであったのに対し、表面支持基板１１０から剥離後の半導体基板１００の厚みが１００μｍとなっており、ほぼＳｉＣウェハ８３のうちの５００μｍ分の厚みがロスしていた。製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まりを確認したところ、１７％程度という低い値になった。

また、比較例２では、図１３に示すように、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を用意した後、円筒状砥石を用いた１回の研削工程によって一括してＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を円筒研削加工して、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を円筒形状にする。そして、レーザ照射を用いたスライス工程を行うことで、ＳｉＣウェハ８３を取り出している。このとき、後工程でのハンドリングを考慮して、図１４に示すように、ＳｉＣウェハ８３の厚みが４００μｍ程度とされる。このため、ＳｉＣウェハ８３の取り出しに使える部分の高さ分が５０～８０ｍｍ程度のＳｉＣ単結晶インゴット８０の場合、比較例２においては、ＳｉＣウェハ８３が１３０枚ほどしか製造できない。

続いて、ＳｉＣウェハ８３の表面の平坦化や膜厚調整を行ってウェハメイクを行うが、このときにはＳｉＣウェハ８３のみで半導体基板１００を構成しているため、ＳｉＣウェハ８３の厚みが厚くされ、例えば３５０μｍとされる。この後は、比較例１と同様の各種工程を行うことで、半導体装置を構成する半導体チップを製造している。

このような比較例２でも、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を円筒状と石を用いた１回の研削工程によって一括してＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を円筒研削加工によって除去している。このため、本実施形態と比較して、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を広範囲に取り除いてしまい、ＳｉＣ材料の有効使用率が低く、製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まり、半導体チップの歩留まりが低くなる。

また、ＳｉＣウェハ８３のみによって半導体基板１００を構成しているため、ＳｉＣウェハ８３のみによるハンドリングが行えるように、ウェハメイク後の厚みも厚くする必要がある。このため、より製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まり、半導体チップの歩留まりが低くなる。試作結果によれば、ＳｉＣ支持基板９０から切り出したＳｉＣウェハ８３が４００μｍであったのに対し、表面支持基板１１０から剥離後の半導体基板１００の厚みが１００μｍとなっており、ほぼＳｉＣウェハ８３のうちの３００μｍ分の厚みがロスしていた。製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まりを確認したところ、２５％程度という低い値になった。

比較例１、２のように、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を一括して円柱形状にする場合には、ＳｉＣ材料の有効使用率が低く、製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まり、半導体チップの歩留まりが低くなる。これに対して、本実施形態においては、研削工程とスライス工程とを複数回繰り返し行い、研削工程で円筒研削加工を行ってＳｉＣ単結晶インゴット８０に円柱状部を形成する際に、円柱状部の径を徐々に変化させている。このため、ＳｉＣ材料の有効使用率を高くでき、製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まり、半導体チップの歩留まりを高くできる。

本実施形態についても、３段加工する場合と５段加工する場合について試作を行った。その結果によれば、ＳｉＣ支持基板９０から切り出したＳｉＣウェハ８３が１５０μｍであったのに対し、表面支持基板１１０から剥離後の半導体基板１００の厚みが１００μｍとなっており、ＳｉＣウェハ８３のうちの５０μｍ分の厚みのみのロスに留められた。製造しているＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して作成できるＳｉＣウェハ８３の歩留まりを確認したところ、６１％以上という高い値になった。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してＳｉＣウェハ８３の製造方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

上記第１実施形態では、研削工程とスライス工程を交互に繰り返すようにしたが、本実施形態では、ＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して研削工程を先に行って、図１５に示すような異なる径の複数の円柱状部が縦並びに繋がっている形状に加工する。例えば、内径の異なる複数の円筒状砥石を用いて、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の上面側から順番に研削加工を行うことで、図１５に示す構造を得ることができる。そして、図１５に示す構造のＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して、例えば径の小さい側の円筒状部から順にスライス工程を行うことで、ＳｉＣウェハ８３を取り出す。このようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第１、第２実施形態の変形例）
上記第１、第２実施形態では、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の上面側から円筒研削加工を行って、径の小さい円柱状部から形成し、徐々に、径の大きい円柱状部が形成されるようにしている。しかしながら、これは一例を挙げたものであり、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の下面側から円筒研削加工を行って、径の大きい円柱状部から形成し、徐々に、径の小さい円柱状部が形成されるようにしても良い。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態も、第１、第２実施形態に対してＳｉＣウェハ８３の製造方法を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第１実施形態のように研削工程とスライス工程を交互に行う際に本実施形態を適用する場合を例に挙げるが、第２実施形態のように研削工程で複数の異なる径の円柱状部を形成してからスライス工程を行う場合も同様に適用可能である。

まず、第１実施形態で説明したような１回目の研削工程を行って第１円柱状部８１を形成したあと、スライス工程を行う。このとき、レーザ照射を行ってからレーザ痕にて破断させるようにしてＳｉＣウェハ８３を剥離させているが、この際のＳｉＣウェハ８３は厚みが１５０μｍ程度と薄いものとなる。このため、剥離時にＳｉＣウェハ８３が破損することが懸念される。

したがって、図１６の状態（１）に示すように第１円柱状部８１を形成したのち、図１６の状態（２）に示すようにレーザ照射によってレーザ痕を形成する。そして、図１６の状態（３）に示すように剥離前にＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちＳｉＣウェハ８３を取り出す側の表面にＳｉＣ支持基板９０を直接接合する。その後に、図１６の状態（４）に示すようにレーザ痕にて破断させるようにしてＳｉＣウェハ８３を取り出す。

このようにすれば、ＳｉＣウェハ８３を薄いままの状態で取り出すことが避けられ、スライス工程の際にＳｉＣウェハ８３が破損することを抑制することが可能となる。

（第３実施形態の変形例）
上記第３実施形態では、レーザ照射後の剥離前にＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちＳｉＣウェハ８３を取り出す側の表面にＳｉＣ支持基板９０を直接接合しているが、この順番を逆にしても良い。すなわち、剥離前にＳｉＣ単結晶インゴット８０のうちＳｉＣウェハ８３を取り出す側の表面にＳｉＣ支持基板９０を直接接合してから、レーザ照射を行ってレーザ痕を形成し、レーザ痕にて破断させることでＳｉＣウェハ８３を取り出すようにしても良い。

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、上記各実施形態では、多段加工の一例として、３段加工、５段加工を例に挙げたが、これら以外の段数でも構わず、少なくとも２段以上の多段加工であれば良い。ただし、段数が少なくなるほどＳｉＣ材料の有効使用率が低下することから、ある程度多い段数にするのが好ましい。逆に、段数が多すぎると、用意する円筒状砥石の数が増えるなど、研削加工のための設備数が多くなるため、ある程度の段数に留めるのが好ましい。これらを加味すると、例えば３段から５段にするのが好ましい。

また、上記各実施形態では、研削工程にてＳｉＣ単結晶インゴット８０に円柱状部を形成したあとに、その部分をＳｉＣ単結晶インゴット８０の残りの部分から切り離すこと無くスライス工程を行うようにしている。しかしながら、これも一例を示したに過ぎず、円柱状部を形成する毎に、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の残りの部分から切り離し、それからスライス工程を行うようにしても良い。

なお、円柱状部分を形成する毎に、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の残りの部分から切り離し、それからスライス工程を行う場合、スライス工程時にＳｉＣ単結晶インゴット８０の残りの部分から切り離した状態でスライス工程を行える。このため、単なる円柱形状部に対するスライス工程となり、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の残りの部分がスライス工程時に干渉することを防ぐことができる。逆に、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の上面から下面に至るまで複数段の円柱状部を形成した後、各円柱状部を切り離さず一体のままにすれば、各円柱状部の外周位置に外周切欠部となるノッチやオリエンテーションフラットを一度に形成できる。例えば、図１７に示すように、ノッチで構成される外周切欠部８４をＳｉＣ単結晶インゴット８０の各円柱状部の外周位置の同じ位置に一度に形成できる。そして、ノッチやオリエンテーションフラットの形成後にスライス工程を行うようにできる。このため、ノッチやオリエンテーションの形成の容易化を図ることが可能となる。

また、上記各実施形態では、ＳｉＣ単結晶インゴット８０に対して円柱状部を形成する毎、もしくは、すべての円柱状部を形成してからスライス工程を行う場合について例に挙げた。これらも一例を挙げたに過ぎず、ＳｉＣ単結晶インゴット８０に形成する多段の円柱状部のうちの一部の複数段を形成した後、スライス工程を行うようにし、その後に残りのＳｉＣ単結晶インゴット８０を研削加工して円柱状部を形成しても良い。

さらに、上記各実施形態では、ＳｉＣ単結晶インゴット８０を複数段の円柱状部に研削加工する研削工程を１段ずつ行うようにしたが、円筒状砥石を段突き円筒状砥石とすることで複数段ずつ行うようにしても良い。また、円筒状砥石を用いてＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を研削加工する手法に限らず、ＳｉＣ単結晶インゴット８０の側面に砥石を押し当ててＳｉＣ単結晶インゴット８０の外縁部を除去して円柱状部を形成する手法であっても良い。

８０ ＳｉＣ単結晶インゴット
８１ 第１円柱状部
８２ 第２円筒状部
８３ ＳｉＣウェハ
９０ ＳｉＣ支持基板
１００ 半導体基板
１１０ 表面支持基板

Claims (9)

1. 炭化珪素単結晶インゴット（８０）をスライスして炭化珪素ウェハ（８３）を製造する炭化珪素ウェハの製造方法であって、
   上面および該上面よりも径が大きい下面を有する円錐台形状の前記炭化珪素単結晶インゴットを用意することと、
   前記円錐台形状の前記炭化珪素単結晶インゴットに対して該炭化珪素単結晶インゴットの外縁部を研削加工にて除去し、前記上面から前記下面に向かうほど径が大きくなる複数段の径が異なる円柱状部（８１、８２）を形成することと、
   前記円柱状部を前記炭化珪素ウェハにスライスすることと、を含む、炭化珪素ウェハの製造方法。
2. 前記円柱状部を形成することと前記スライスすることとを交互に繰り返し行い、
   前記複数段のうちの一部の前記円柱状部を形成することの後に、形成した前記円柱状部に対して前記スライスすることを行う、請求項１に記載の炭化珪素ウェハの製造方法。
3. 前記円柱状部を形成することによって、前記炭化珪素単結晶インゴットの上面から下面に至るまで複数段の前記円柱状部を形成したのち、該複数段の前記円柱状部が一体のまま前記円柱状部に対して前記スライスすることを行う、請求項１に記載の炭化珪素ウェハの製造方法。
4. 前記複数段の円柱状部を形成したのち、該複数段の前記円柱状部が一体のまま、該複数段の円柱状部の外周位置の同じ位置にノッチもしくはオリエンテーションフラットを形成することを含む、請求項３に記載の炭化珪素ウェハの製造方法。
5. 前記円柱状部を形成することでは、複数段の前記円柱状部の段数を３段～５段のいずれかにする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造方法を用いる半導体基板（１０）を製造する半導体基板の製造方法であって、
   前記円柱状部を形成することの後に、前記スライスすることによって前記炭化珪素ウェハとして取り出す前記円柱状部の表面に炭化珪素支持基板（９０）を貼り付けることと、
   前記炭化珪素支持基板を貼り付けることの後に、前記炭化珪素支持基板にて支持した状態で前記スライスすることを行って前記炭化珪素ウェハを取り出すことと、を含む半導体基板の製造方法。
7. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の炭化珪素ウェハの製造方法を用いる半導体基板（１０）を製造する半導体基板の製造方法であって、
   前記スライスすることは、前記円柱状部に対してレーザ照射を行ってレーザ痕を形成することと、前記レーザ痕において前記円柱状部を破断させることで前記炭化珪素ウェハを取り出すことと、を含み、
   前記円柱状部を形成することの後、かつ、前記レーザ痕を形成することの前または後に、前記スライスすることによって前記炭化珪素ウェハとして取り出す前記円柱状部の表面に炭化珪素支持基板（９０）を貼り付けることを行い、
   前記炭化珪素支持基板を貼り付けることの後に、前記炭化珪素支持基板にて支持した状態で前記レーザ痕において前記円柱状部を破断させることで前記炭化珪素ウェハを取り出すことを行う、半導体基板の製造方法。
8. 前記炭化珪素支持基板を貼り付けることは、前記複数段の円柱状部のうちのいずれの段の前記円柱状部を前記スライスすることによって前記炭化珪素ウェハを取り出す際にも、前記炭化珪素支持基板として同じ径のものを用いる、請求項６または７に記載の半導体基板の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体基板の製造方法によって形成した前記半導体基板を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
   前記炭化珪素支持基板に前記炭化珪素ウェハが支持された前記半導体基板を用意することと、
   前記半導体基板に対して半導体プロセスを行って半導体素子を形成することと、を含み、
   前記半導体素子を形成することでは、前記複数段の円柱状部のうちのいずれの段の前記円柱状部を前記スライスすることによって取り出された異径の前記炭化珪素ウェハに対しても、同一設備を用いた前記半導体プロセスを行う、半導体装置の製造方法。

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