JPH09193137A

JPH09193137A - 炭化ケイ素ウエーハを製造する方法及び４ｈ炭化ケイ素のウエーハ

Info

Publication number: JPH09193137A
Application number: JP489196A
Authority: JP
Inventors: Gray Sag Claude Jr; クロード・グレイ・サッグ・ジュニアー; Adam Edmund John; ジョン・アダム・エドモンド
Original assignee: Cree Research Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ダイアモンドソーを用いる場合のように、機
械的な応力及び損傷を生ずることなく、炭化ケイ素ブー
ルから炭化ケイ素ウエーハを製造するための方法を提供
する。【解決手段】本方法は以下の工程を備える。すなわ
ち、導電性を有するに十分なようにドープされた４Ｈ炭
化ケイ素のブールに隣接して、ワイヤ電極を位置決めす
る工程。ブールとワイヤとの間に水の流れを維持する工
程。ブールとワイヤとの間に放電アークを生じさせるに
十分な電流を、ワイヤ電極に周期的に与える工程。電流
を周期的に与えながら、ブールを横断するようにワイヤ
を動かし、これにより、ブールから４Ｈ炭化ケイ素のウ
エーハをスライスする工程。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体のバルク結
晶から半導体ウエーハを製造する方法に関し、特に、放
電加工を用いて、炭化ケイ素のバルク結晶又は「ブー
ル」から、４Ｈ炭化ケイ素のウエーハを形成する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスは、半導体材料のウエー
ハ、すなわち、約２５．４〜約１０２ｍｍ（約１〜４イ
ンチ）の直径を有する半導体材料の薄く概ね円形のスラ
イスの上に、共通の環境で形成されることが多い。

【０００３】ウエーハを製造する全体的なプロセスの一
部として、最初に、融解又は昇華からの成長の如き、幾
つかの周知の技術の１つを用いて、バルク結晶（インゴ
ット又はブールと呼ばれることがある）を成長させる。
その後、バルク結晶は一般に、その一側部に沿って研磨
されて、「一次平面（ｐｒｉｍａｒｙｆｌａｔ）」と
呼ばれる表面を形成し、次に、別の側部に沿って研磨さ
れて、「二次平面（ｓｅｃｏｎｄａｒｙｆｌａｔ）」
と呼ばれる表面を形成する。そのような平面の相対的な
位置を用いて、結晶の性質及び配向を決定することが多
い。

【０００４】インゴットを成長させ、その後、上記平面
によって配向及び特徴を決定した後に、インゴットをス
ライスしてウエーハにする。最も一般的なスライス技術
は、ダイアモンドソーすなわちダイアモンド鋸を用い
て、ブールからウエーハをスライスする技術である。次
に、スライスされたウエーハは、適宜な研磨材を用いて
「ラップ」され、完全な平面度の１〜２ミクロン以内の
範囲の均一な表面が与えられる。次に、ウエーハは、化
学的なエッチング又は研磨を受ける。

【０００５】近年、多数の半導体の用途に対して適正な
材料（事実優れた材料でもある）としての炭化ケイ素の
有用性の増大及び使用の増大が証明されている。炭化ケ
イ素は、高温で安定であり、広い禁止帯の幅、高い飽和
電子ドリフト速度、及び、良好な放射硬度を有してい
る。

【０００６】また、炭化ケイ素は、現在存在するものの
中で物理的に最も硬い材料の１つである。事実、炭化ケ
イ素は、単独であるいは複合体の形態で、研磨材として
広く使用されている。従って、より軟らかい材料におい
て、ダイアモンドソーを用いてバルク結晶をウエーハに
スライスするような比較的簡単な作業が、炭化ケイ素に
おいては非常に困難になる。

【０００７】ダイアモンドソーを用いて、炭化ケイ素の
バルク結晶をウエーハに切断することができるが、ダイ
アモンドソーは幾つかの欠点を有している。最も基本的
な問題として、ダイアモンドソーは、結晶を切断する際
に、結晶に対して応力を生ずる。この応力は、スライス
されている材料を加熱し、ウエーハに、応力クラック、
焼結ひずみ、及び、表面の損傷を生じさせる。一般に、
そのような応力クラック等は総て、ウエーハを用いて形
成されたデバイスに有害な影響を与え、ウエーハを使用
できない程の欠陥のあるものにすることさえある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ダイ
アモンドソーの如き技術が発生する傾向のある機械的な
応力及び損傷を排除し、炭化ケイ素ブールから炭化ケイ
素ウエーハを形成する方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、炭化ケイ素の
バルク結晶から炭化ケイ素の部分を製造する方法を提供
することにより、上記目的を達成する。本方法は、導電
性を有するように十分にドープされた４Ｈ炭化ケイ素の
ブールを、電極工具及び誘電流体を用いて、放電加工に
よって切断する。

【００１０】本発明の上述の及び他の目的、効果及び特
徴、並びに、これら目的、効果及び特徴が達成される態
様は、本発明の以下の詳細な記載から容易に理解されよ
う。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、炭化ケイ素のバルク結
晶から炭化ケイ素の部分を製造する方法であって、この
方法は、導電性を有するように十分にドープされた４Ｈ
炭化ケイ素のブールを、電極工具及電び誘電流体を用い
て、放電加工（”ＥＤＭ”）する工程を備える。

【００１２】炭化ケイ素を知る人には周知のように、４
Ｈのポリタイプは、特に低い抵抗率を有しており、その
ような抵抗率は、上記ポリタイプを上述のタイプの加工
の優れた候補にする。ｎ形の４Ｈ材料の適合性は、例え
ば、６Ｈ炭化ケイ素の適合性よりもかなり高く、従っ
て、４ｈ炭化ケイ素を用いる本発明においては、比較的
高いＥＤＭ切断速度（１分間当たり２５ミル：１０００
ミル＝約２５．４ｍｍ（１インチ））を達成することが
できる。これとは対照的に、薄くドープされたｐ形の炭
化ケイ素の如き抵抗率の高い材料、あるいは、半絶縁材
料の切断は、放電加工を用いると、非常に困難である。
特に、約１０¹⁵ｃｍ^-3よりも高いｎ形キャリア濃度を有
する４Ｈ炭化ケイ素は、本発明に最も適している。

【００１３】一般に、放電加工は、比較的良く知られた
技術であるが、本発明の環境での使用は新規である。従
って、ＥＤＭ機械の性質及び作用は、本明細書において
は詳細に説明しないが、ＥＤＭにおいては、被加工物
（本明細書では、炭化ケイ素ブール）と電極との間の誘
電媒体（水又は他の誘電流体の如き）の前後に、放電が
確立されることだけを簡単に述べておく。そのような放
電は、被加工物のピースを取り除く傾向がある。電極と
してワイヤを用いる場合には、そのようなワイヤは通
常、垂直方向に配向され、被加工物に比較的細かいカッ
トを形成することができる。ＥＤＭ機械の最近の例が、
ホサカ（Ｈｏｓａｋａ）の米国特許第５，１７１，９５
５号及び第５，２４３，１６５号に記載されている。そ
のような例は、例として挙げられたものであって、限定
するものではなく、ＥＤＭの使用は、金属を切断するた
めのものとして、比較的広く確立されている。

【００１４】代表的なＥＤＭ技術、及び、本発明におい
ては、放電は通常、本発明に関しては脱イオン水を含む
のが好ましい誘電流体の前後に確立される。上述のよう
に、ＥＤＭ電極としてワイヤを使用する場合には、本方
法は、バルク単結晶から４Ｈ炭化ケイ素のウエーハをス
ライスする工程を含むのが好ましい。しかしながら、異
なる電極を用いて、４Ｈ炭化ケイ素の被加工物を何等か
の別の形態あるいは何等かの別の形状に機械加工するこ
とができ、そのような例も本発明の範囲内に入る。例え
ば、炭化ケイ素ブールは、芯抜きされることがあり、そ
のような場合にも、ＥＤＭは適正に作用することが予想
される。

【００１５】幾つかの工程として表現すれば、本発明の
方法は、導電性を有するに十分なようにドープされた４
Ｈ炭化ケイ素のブールに隣接して、ワイヤ電極を位置決
めする工程を含む。脱イオン水の流れを上記ブールとワ
イヤとの間に維持し、同時に、上記ワイヤ電極に周期的
に電流を印加する。上記印加される電流は、上記ブール
とワイヤとの間に放電アークを発生させるに十分な大き
さである。上記ワイヤは、電流を周期的に印加して、ブ
ールから４Ｈ炭化ケイ素のウエーハをスライスしている
間に、上記ブールを横断して動かされる。

【００１６】本方法は更に、上記ワイヤと放電によって
ブールから脱落したブールとの間から、材料を取り除く
工程を含むのが好ましい。そのような材料が十分に取り
除かれなければ、上記ワイヤ及びそのような材料は、適
正な切断放電を生じさせるのではなく、短絡する傾向を
有する。

【００１７】ＥＤＭ技術は、「スパーク」プロセスとし
て説明することができる。換言すれば、ＥＤＭは、連続
的な放電ではなく、周期的な放電を用いて、４Ｈ炭化ケ
イ素材料を切断する。一般的に言えば、周期的なスパー
クの発生は、「オン」時間及び「オフ」時間によって決
定される。オン時間が長い場合には、より多くの電力
が、ワイヤに与えられ、一般に、より迅速な切断が行わ
れる。しかしながら、対応するファクタとして、そのよ
うなより迅速な切断によって生ずる仕上げは、同じ材料
をより緩速に切断することにより生ずる仕上げよりも、
品質が劣り、精度に問題を生ずることがある。また、オ
ン時間があまりにも長い場合には、ワイヤは、破断する
傾向を有する。

【００１８】これを程々にするために、特定のオフ時間
が選定される。オフ時間は、スパークの間にワイヤへの
電気の供給が停止される時間の長さとして決定される。
オフ時間は、バルク単結晶から切削された粒子が取り除
かれる機会を与え、ワイヤと被加工物との間の前述の短
絡を防止する。

【００１９】従って、好ましい実施例においては、本発
明は、約０アンペア及び３５０アンペアの間の電流を周
期的にワイヤに与える工程を含み、この工程において
は、電流は、約２．０及び２．５ミリ秒の間のオン時間
にわたって与えられ、その後、約１４及び１６ミリ秒の
オフ時間が設けられる。開回路電圧は、約３５０ボルト
であるのが好ましい。

【００２０】本発明の特別な例においては、オプション
のハイパワー回路（ＰＣＤキット）を有するＳｏｄｉｃ
Ｍｏｄｅｌ２８０ＬＥＤＭ機械を用いて、炭化ケ
イ素のバルク単結晶から４Ｈ炭化ケイ素のウエーハをス
ライスした。オン時間は、２ミリ秒に設定し、オフ時間
は、１４ミリ秒に設定した。ピーク電流（ＩＰ）は、３
５０アンペアに設定し、平均電流（ＭＡ）は、約５０ミ
リアンペアに設定し、開回路電圧は３５０ボルトに設定
した。切断ワイヤは、約０．２５４ｍｍの直径を有する
ＧＩＳＣＯ（登録商標）ワイヤであった。このワイヤ
は、銅及びこの銅を被覆する亜鉛から成るベース材料す
なわち基材から形成され、約９，１３９ｋｇ／ｃｍ
²（１３０，０００ｐｓｉ）の引張強度、２％よりも小
さい伸び、及び、２０％の導電率（ＩＡＣＳ）を有して
いる。

【００２１】本発明に従ってウエーハを切断した後に、
そのようなウエーハは、当業者には良く知られた手順で
更に調整される。ウエーハのその後のハンドリングは、
更なる処理のために、ウエーハをラッピングし研磨（ｐ
ｏｌｉｓｈｉｎｇ）する工程と、その後、ウエーハをエ
ッチングしてその表面を調整する。一般的にはエピタキ
シャル成長させる。本件出願人に譲渡され、本明細書に
参考としてその全体が組み込まれている、米国特許第
４，９４６，５４７号に記載されている如きプラズマ技
術のような、化学的なエッチング技術が適している。

【００２２】全体的に言えば、本発明は、デバイス前駆
体として有用な炭化ケイ素の４Ｈウエーハを製造する方
法を提供し、この方法は、導電性を有するように十分に
ドープされた４Ｈ炭化ケイ素のバルク単結晶を成長させ
る工程と、そのようなバルク単結晶をＥＤＭワイヤを用
いてスライスする工程と、スライスされたウエーハの表
面を仕上げする工程とを備えている。炭化ケイ素のバル
ク単結晶を成長させるための有効な方法は、Ｄａｖｉｓ
らの米国特許第４，８６６，００５号に記載されてお
り、この米国特許は、本件出願人に譲渡されており、そ
の全体を本明細書において参考にする。

【００２３】本方法は更に、上記ウエーハの仕上げされ
た表面に、４Ｈ炭化ケイ素のエピタキシャル層を成長さ
せる工程を含むことができる。当業者には理解されるよ
うに、上記エピタキシャル層は、ウエーハと同じタイプ
の導電性、あるいは、反対のタイプの導電性とすること
ができ、また、上記エピタキシャル層は、接合及び他の
デバイス要素を形成するための更に別のエピタキシャル
層の基礎となることができる。炭化ケイ素の例示的なエ
ピタキシャル成長方法は、米国特許第４，９１２，０６
３号、第４，９１２，０６４号、第５，０１１，５４９
号、及び、第５，１１９，５４０号に記載されている。

【００２４】従って、更に別の特徴においては、本発明
は、本明細書に記載する本発明の方法に従って製造され
るウエーハも含む。

【００２５】概括的に言えば、本発明は、極めて平坦で
平行なウエーハを提供し、また、非常に少ないカーフロ
ス（切断による材料のロス）をもたらし、更に、結晶構
造を圧迫することになる機械的な力を使用しない。例え
ば、ダイアモンドソーで炭化ケイ素を切断する場合に
は、カーフロスは、約４０ミルであり、一方、ＥＤＭで
切断する場合には、１２ミルまで低下する。本発明のＥ
ＤＭ装置は、ダイアモンドソーによる切断よりも、正確
でより多様性を有しており（ＥＤＭは、結晶配列に関係
無く切断するが、ダイアモンドソーはそうではない）、
容易に組み立てることができ、自動化することができ
る。最後に、本発明は、スライスされている材料に対し
て、過剰の圧力及び熱を与えることがなく、従って、応
力歪み、熱効果、及び、他の表面の損傷を防止する。

【００２６】本明細書においては、特定の用語を用い
て、本発明の代表的な好ましい実施例を開示したが、そ
のような用語は、単に説明の目的で一般的な意味で使用
したものであって、限定する目的で使用したものではな
く、本発明の範囲は、請求の範囲に記載してある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョン・アダム・エドモンドアメリカ合衆国ノース・カロライナ州 27511，キャリー，ウエスト・ジュールズ・ヴァーン・ウェイ 206

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化ケイ素ブールから炭化ケイ素ウエー
ハを製造する方法であって、導電性を有するに十分なようにドープされた４Ｈ炭化ケ
イ素のブールに隣接して、ワイヤ電極を位置決めする工
程と、前記ブールとワイヤとの間に水の流れを維持する工程
と、前記ブールと前記ワイヤとの間に放電アークを生じさせ
るに十分な電流を、前記ワイヤ電極に周期的に与える工
程と、前記電流を周期的に与えながら、前記ブールを横断する
ように前記ワイヤを動かし、これにより、前記ブールか
ら４Ｈ炭化ケイ素のウエーハをスライスする工程とを備
えることを特徴とする方法。
【請求項２】請求項１の方法において、前記ワイヤと
前記ブールとの間の放電によって脱落した材料を、前記
ワイヤと前記ブールとの間から取り除く工程を更に備え
ることを特徴とする方法。
【請求項３】請求項１の方法において、前記ワイヤ電
極に電流を周期的に与える前記工程が、約０と３５０ミ
リアンペアとの間の電流を与える段階を含むことを特徴
とする方法。
【請求項４】請求項１の方法において、前記ワイヤ電
極に電流を周期的に与える前記工程が、あるサイクルパ
ターンで電流を与える段階を含み、前記サイクルパター
ンにおいては、約２．０と２．５ミリ秒との間の時間に
わたって電流が与えられ、次に、約１４と１６ミリ秒と
の間の時間にわたって、電流が停止されることを特徴と
する方法。
【請求項５】炭化ケイ素のバルク結晶から炭化ケイ素
の部分を製造する方法であって、導電性を有するに十分
なようにドープされた４Ｈ炭化ケイ素のブールを、電極
工具及び誘電流体を用いて、放電加工する工程を備える
ことを特徴とする方法。
【請求項６】請求項５の方法において、前記電極工具
がワイヤを含み、前記誘電流体が脱イオン水を含むこと
を特徴とする方法。
【請求項７】請求項４の方法において、ブールを放電
加工する前記工程が、前記ブールから４Ｈ炭化ケイ素の
ウエーハをスライスする段階を含むことを特徴とする方
法。
【請求項８】デバイス前駆体として使用可能な４Ｈ炭
化ケイ素のウエーハを製造する方法であって、導電性を有するに十分なようにドープされた４Ｈ炭化ケ
イ素のバルク単結晶を成長させる工程と、ＥＤＭワイヤを用いて、前記バルク単結晶からウエーハ
をスライスする工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項９】請求項１、請求項７又は請求項８の方法
において、前記スライスされたウエーハをラッピングし、該ラッピ
ングされたウエーハを研磨し、該研磨されたウエーハを
エッチングしてエピタキシャル成長用の表面を準備する
ことによって、前記ウエーハの表面を仕上げする工程を
更に備えることを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項９の方法において、前記ウエー
ハの仕上げされた表面に、４Ｈ炭化ケイ素のエピタキシ
ャル層を成長させる工程を更に備えることを特徴とする
方法。
【請求項１１】請求項８の方法において、前記ウエー
ハをスライスする前記工程が、４Ｈ炭化ケイ素のバルク単結晶に隣接して、ワイヤ電極
を位置決めする段階と、前記ブールと前記ワイヤとの間に脱イオン水の流れを維
持する段階と、前記バルク単結晶と前記ワイヤとの間に放電アークを生
じさせるに十分な電流を、前記ワイヤ電極に周期的に与
える段階と、前記電流を周期的に与えながら、前記バルク単結晶を横
断するように前記ワイヤを動かす段階とを備えることを
特徴とする方法。
【請求項１２】請求項１、請求項５又は請求項８の方
法に従って製造された、４Ｈ炭化ケイ素のウエーハ。