(57)【要約】【課題】製造効率の低下を抑制しつつ、視認性が良い識別記号を半導体ウエハに印字することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、放射線損傷が残存したシリコン単結晶ウエハ１を準備する工程と、シリコン単結晶ウエハ１の一方の主面１ａにおいて放射線損傷が残存したレーザ印字領域３をヒータ５により加熱しつつ、ヒータ５と異なるレーザ光源４からレーザ印字領域３にレーザ光を照射してシリコン単結晶ウエハ１に印字する工程とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線損傷が残存した半導体ウエハを準備する工程と、
前記半導体ウエハの一方の主面において前記放射線損傷が残存した領域を加熱部材により加熱しつつ、前記加熱部材と異なるレーザ光源から前記領域にレーザ光を照射して前記半導体ウエハに印字する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体ウエハに印字する工程では、前記一方の主面とは反対側の他方の主面側に配置された前記加熱部材により前記領域を加熱しつつ、前記一方の主面側に配置された前記レーザ光源から前記領域に前記レーザ光が照射される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記加熱部材は、前記他方の主面に接触して配置される、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記加熱部材は、前記半導体ウエハとの間に間隔をおいて配置される、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体ウエハに印字する工程では、前記一方の主面側に配置された前記加熱部材により前記領域を加熱しつつ、前記一方の主面側に配置された前記レーザ光源から前記領域に前記レーザ光が照射される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記加熱部材は、前記半導体ウエハとの間に間隔をおいて配置される、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記加熱部材は、前記レーザ光源が発生する前記レーザ光よりもスポット径が大きいレーザ光を発生させる他のレーザ光源である、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、半導体ウエハに印字する工程を備える半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体素子であるパワーデバイスは大容量の電力を制御する無接点のスイッチとして、省エネルギー化が進むエアコン、冷蔵庫、洗濯機などの家電製品のインバータ回路や、新幹線、地下鉄などの電車のモータ制御に応用されている。さらに近年では地球環境保護の観点から、電気モータおよびエンジンを併用して走るハイブリッド・カーのインバータ・コンバータ制御の用途や太陽光、風力発電用のコンバータの用途などその応用分野を広げている。
【０００３】
具体的なスイッチング素子としては、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やダイオードなどがある。また一部の分野ではシリコンカーバイド（ＳｉＣ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）に代表される化合物半導体もウエハの素材として用いられるが、加工の容易さや安価さから現在最も用いられているのはシリコンウエハである。
【０００４】
シリコンウエハはその製造方法により種々のウエハに分類することができる。パワーデバイスの用途に用いられるウエハは、主にエピタキシャルウエハ、単結晶ウエハや拡散ウエハなどである。エピタキシャルウエハは、低抵抗の単結晶ウエハの上にエピタキシャル成長により所定厚みの高抵抗層を形成したものである。このエピタキシャルウエハは比較的大口径品を入手可能であり、従来からＩＧＢＴなどに用いられる。
【０００５】
単結晶ウエハは全域が高抵抗層により構成されたものであり、ＩＧＢＴなどのデバイスに用いられる。またデバイスの耐圧が６００Ｖや１２００Ｖの場合には、ウエハプロセス技術により単結晶ウエハの最終的な厚みを百数十ミクロン以下にする必要がある。
【０００６】
拡散ウエハは高抵抗の単結晶ウエハの片側に拡散層による低抵抗層を設けたものであり、デバイスに必要な所定厚みの高抵抗層および低抵抗層によりハンドリングを容易にしたものである。この拡散ウエハは大口径品を入手することは困難であり、ダイオードや一部のＭＯＳＦＥＴに用いられる。
【０００７】
また従来では、主にエピタキシャルウエハがＩＧＢＴ用のウエハとして用いられてきたが、最近ではウエハプロセス技術の進歩により単結晶ウエハも使用され始めている。たとえば、１２００Ｖ耐圧品ではウエハ厚みを約１２０μｍ、６００Ｖ耐圧品ではウエハ厚みを約６０μｍの素子に仕上げて電気的特性面での改善を達成することが最近のトレンドになっている。さらに単結晶ウエハを用いたデバイス製造は、ＩＧＢＴだけでなくダイオードやその他の半導体素子の製造においても主流になってきており、今後パワーデバイスにおいて単結晶ウエハが占める比重が向上していくものと考えられる。
【０００８】
またパワーデバイスの製造においては、デバイスの耐圧に応じた抵抗率を有する単結晶が必要になる。たとえば１２００Ｖ耐圧品では６０Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有する単結晶が必要になり、６００Ｖ耐圧品では３０Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有する単結晶が必要になる。Ｎ型のシリコン単結晶では、リンなどのＮ型不純物を抵抗率に応じて精度良く（±１０％以内の範囲で）ドーピングする必要がある。
【０００９】
シリコン単結晶の製法としてはＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法が最も良く知られている。この製法は、石英ルツボ中に原材料となる多結晶シリコンとドーパントとなるリンを入れ、加熱溶融した原材料の表面に種結晶を接触させて単結晶シリコンを成長させる方法である。しかし、この製法では不純物の偏析により単結晶インゴットの長さ方向における抵抗率が変化するため、単結晶インゴットの長さ方向の全域において抵抗率のばらつきを±１０％以内の範囲にすることは困難である。
【００１０】
他のシリコン単結晶の製法であるＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法は、原材料となる棒状の多結晶シリコンの一端をリング状の高周波加熱コイルにより加熱溶融させ、溶融部分に種結晶を接触させて一端から多端へ向かい溶融部分を移動させることにより一本の単結晶を得る方法である。この製法では、溶融部分にホスフィンなどのガスを供給することによりリンがドーピングされるため、長さ方向における全域にわたり目標とする抵抗率を得ることができる。しかしこの製法では、溶融したシリコンメルトの体積が小さく熱的に不安定であるため、ウエハの面内方向において抵抗率のばらつきが生じるという特徴がある。
【００１１】
また上記問題を解決するための不純物ドーピング方法としてＮＴＤ（Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｄｏｐｉｎｇ）法がある。この方法では、不純物がドープされていない単結晶シリコンが原子炉中に設置され、これに熱中性子が照射される。これにより下記の式（１）に示す原子核変換反応が起こり、シリコン単結晶中にリンがドープされる。なお式（１）において、「３０Ｓｉ」および「３１Ｓｉ」はシリコン原子の同位体をそれぞれ示し、「３１Ｐ」はリン原子を示し、「ｎ」は熱中性子を示し、βはベータ線を示している。
[３０Ｓｉ＋ｎ]  →  ３１Ｓｉ  →  [３１Ｐ＋β]・・・（１）
しかしこのＮＴＤ法では単結晶中にリンを均一にドープすることができる一方で、単結晶中に放射線損傷が発生するという問題がある。この放射線損傷は、原子炉内の高速中性子が単結晶シリコンに衝突して格子点に位置する原子が弾き出された場合に、空の格子点と弾き出された原子との対として形成されるものである。放射線損傷が発生した単結晶シリコンではライフタイムの著しい低下や抵抗率の上昇などが見られるため、半導体として使用することが困難になる。そのため、ＮＴＤ法によりドーピングした後のインゴットの抵抗率の測定を行うために、数百℃以上の高温でアニールして放射線損傷を回復する処理が行われている。
【００１２】
この回復熱処理は、中性子照射後の単結晶インゴットの状態（円柱状の塊の状態）で最も行われている（インゴットアニール）。たとえば５インチ以下の径（φ）を有する小口径のインゴットでは、７００℃程度で数時間の熱処理が行われる。しかしインゴットの径（φ）が６インチや８インチと大きくなるのに伴い体積および熱容量が増大するため、インゴットの状態で上記回復熱処理を行うことが困難になる。そのため、熱容量が小さいウエハ状態で回復熱処理をすることが必要になる。
【００１３】
ウエハ状態での回復熱処理は１枚ずつウエハをボートに配列して行う必要があり、スループットの問題から全枚数実施することは困難である。そのため、抵抗率の測定に用いられるウエハに対してのみ回復熱処理が施され、その他のウエハは回復熱処理が施されずに出荷される。そして、デバイス製造工程のウエハプロセスにおける熱処理が上記回復熱処理を兼ねて実施されることにより、製造されるデバイスにおいて放射線損傷による特性上の不具合の発生を抑制することができる。
【００１４】
しかし、デバイス製造工程における最初の熱処理よりも前の工程では、放射線損傷が回復する前であるため当該放射線損傷による不具合が生じる場合がある。たとえばデバイス製造工程の最初の工程である印字工程では、放射線損傷が残存したウエハにレーザを照射することにより個々のウエハを識別、認識するための識別記号（文字、数字、コードなど）が印字される。ここで放射線損傷が残存したウエハにレーザを照射すると、ウエハ表面を溶かして印字するためのレーザ出力の一部が放射線損傷の回復のためのエネルギーとして使用される。その結果ウエハ表面を十分に溶かすことができず、視認性が良好な識別記号を印字することが困難になる。
【００１５】
また、レーザ出力の一部が使用されることを考慮して当該出力を予め上げておくという対策も考えられる。しかし、シリコン表面の一定の範囲を溶かすためのエネルギー以上の出力が与えられると、印字形状の崩れや厚み方向の凹凸、さらに溶けたシリコンの突沸や飛散による発塵など、半導体のウエハプロセスにおいて不都合な弊害が生じる。
【００１６】
またウエハに残存する放射線損傷の程度は、ＮＴＤ法において目標とする抵抗率、原子炉中に導入される減速材の種類（重水、軽水）、原子炉の構造や状態から決定される高速中性子と熱中性子との存在比率により変化する。そのため、放射線損傷の程度が異なる個々のウエハに応じてレーザ出力を設定することは困難である。
【００１７】
これに対して、たとえば特開２０１３−３８２６８号公報（以下、特許文献１という）では、中性子線を照射した半導体基板に熱処理を施した後、ＹＶＯ４レーザを照射して識別パターンを印字する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２０１３−３８２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記特許文献１において提案されている方法では、識別パターンを印字する前に熱処理を施すことにより視認性が良好な識別パターンを印字することができる。しかし、この方法ではＮＴＤ法により導入される損傷を回復させるための熱処理プロセスが印字プロセスとは別に実施されるため、これによりデバイスの製造プロセス全体の効率が低下するという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造効率の低下を抑制しつつ、視認性が良い識別記号を半導体ウエハに印字することが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に従った半導体装置の製造方法は、放射線損傷が残存した半導体ウエハを準備する工程と、半導体ウエハの一方の主面において放射線損傷が残存した領域を加熱部材により加熱しつつ、加熱部材と異なるレーザ光源から上記領域にレーザ光を照射して半導体ウエハに印字する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に従った半導体装置の製造方法によれば、製造効率の低下を抑制しつつ半導体ウエハに視認性が良好な識別記号を印字することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図２】シリコン単結晶ウエハを示す概略平面図である。
【図３】図２中の線分Ａ−Ａ’に沿う概略断面図である。
【図４】図２中の線分Ａ−Ａ’に沿う他の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００２５】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、たとえばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴまたはダイオードなどの半導体装置が製造される。図１を参照して、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として半導体ウエハ準備工程が実施される。
【００２６】
この工程（Ｓ１０）では、まずＣＺ法やＦＺ法などにより単結晶シリコンからなるインゴット（図示しない）が作製される。次に、ＮＴＤ（Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｄｏｐｏｉｎｇ）法により作製したインゴットに対して不純物元素のドーピングが実施される。
【００２７】
このＮＴＤ法では、まず単結晶シリコンからなるインゴットが原子炉中に配置される。そして、原子炉中において高速中性子が減速材によりエネルギーを失って生成した熱中性子が単結晶シリコンに照射される。これにより、単結晶シリコン中に存在する３０Ｓｉが中性子照射により３１Ｓｉとなり、その後ベータ（β）崩壊して安定な同位体元素である３１Ｐに変換される。この原子核変換反応により単結晶シリコン中に不純物元素であるリンが均一にドープされる。
【００２８】
またこの工程（Ｓ１０）では、原子炉中の高速中性子が単結晶シリコンに衝突してシリコン原子が格子点から弾き出される。これにより、空の格子点と弾き出されたシリコン原子との対からなる放射線損傷が単結晶シリコン中に形成される。
【００２９】
次に、リンのドーピングが完了した単結晶シリコンからなるインゴットが所定の厚みに切断される。これにより、図２に示すシリコン単結晶ウエハ１（半導体ウエハ）が複数枚得られる。シリコン単結晶ウエハ１は円板形状を有し、端部を部分的に切り欠いたノッチ部２を有している。
【００３０】
シリコン単結晶ウエハ１には、ＮＴＤ法によるリンのドーピング時に形成された放射線損傷が残存している。この放射線損傷は切断前のインゴット状態でのアニール処理（インゴットアニール）により回復させることが可能であるが、本実施の形態ではこのアニール処理は実施されない。そのため、放射線損傷が残存したシリコン単結晶ウエハ１が準備される。
【００３１】
次に工程（Ｓ２０）として印字工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図２および図３を参照して、上記工程（Ｓ１０）において準備されたシリコン単結晶ウエハ１に識別記号（文字、数字、コードなど）が印字される。この識別記号は、後の工程において個々のシリコン単結晶ウエハ１を識別、認識するためのものである。なお図３は、図２中の線分Ａ−Ａ’に沿ったシリコン単結晶ウエハ１の断面を概略的に示したものである。
【００３２】
図２を参照して、まずシリコン単結晶ウエハ１の一方の主面１ａにおいて識別記号を印字すべき領域であるレーザ印字領域３が設定される。このレーザ印字領域３は、シリコン単結晶ウエハ１のデバイスを形成すべき中央領域ではなく端部側の領域に設定される。レーザ印字領域３は矩形を有していてもよいし、その他の形状を有していてもよい。またシリコン単結晶ウエハ１の全体には放射線損傷が残存しているため、レーザ印字領域３にも放射線損傷が残存している。
【００３３】
図３を参照して、次にレーザ光源４が主面１ａ側の領域（レーザ印字領域３の上方）に
配置されるとともに、ヒータ５（加熱部材）が主面１ａとは反対側の他方の主面１ｂ側に配置される。レーザ光源４およびヒータ５は、レーザ印字領域３とともに平面視において重なるように配置される。ヒータ５は主面１ｂに接触して配置される。そして、ヒータ５によりレーザ印字領域３を加熱しつつ、レーザ光源４より当該レーザ印字領域３にレーザ光（図３中矢印）が照射される。これによりレーザ印字領域３を構成する単結晶シリコンがヒータ５により加熱されつつレーザ光の照射により溶融し、溶融した部分が識別記号としてシリコン単結晶ウエハ１の主面１ａに印字される。
【００３４】
上記工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）により識別記号が印字されたシリコン単結晶ウエハ１が得られる。その後、不純物領域の形成、酸化膜の形成または電極の形成などが実施されてＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴまたはダイオードなどの半導体装置が製造される。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の特徴を説明した上でその作用効果について説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、放射線損傷が残存したシリコン単結晶ウエハ１（半導体ウエハ）を準備する工程と、シリコン単結晶ウエハ１の一方の主面１ａにおいて放射線損傷が残存したレーザ印字領域３をヒータ５（加熱部材）により加熱しつつ、ヒータ５とは異なるレーザ光源４からレーザ印字領域３にレーザ光を照射してシリコン単結晶ウエハ１に印字する工程とを備えている。
【００３６】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）においてＮＴＤ法により放射線損傷が導入されたシリコン単結晶ウエハ１が準備される。そして工程（Ｓ２０）において、当該放射線損傷が残存したレーザ印字領域３をヒータ５により加熱しつつレーザ照射することにより主面１ａに識別記号が印字される。そのため、ヒータ５の加熱により放射線損傷を回復させつつレーザ照射によりシリコンを溶融させて識別記号を印字することができる。これにより、レーザ出力の一部が放射線損傷の回復のために使用され、シリコンを溶融させるエネルギーが低下することを抑制することができる。その結果、放射線損傷が残存したシリコン単結晶ウエハ１において視認性が良好な識別記号を印字することができる。さらに、シリコン単結晶ウエハ１を熱処理した後に印字をする場合とは異なり、加熱しながら印字することにより製造効率の低下を抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、製造効率の低下を抑制しつつ、視認性が良い識別記号をシリコン単結晶ウエハ１に印字することができる。
【００３７】
上記半導体装置の製造方法において、印字工程（Ｓ２０）では、主面１ａとは反対側の主面１ｂ側に配置されたヒータ５によりレーザ印字領域３を加熱しつつ、主面１ａ側に配置されたレーザ光源４からレーザ印字領域３にレーザ光が照射されてもよい。レーザ光源４およびヒータ５を上記配置にすることにより、レーザ印字領域３を加熱しつつレーザ照射することが容易になる。
【００３８】
上記半導体装置の製造方法において、ヒータ５は主面１ｂに接触して配置されていてもよい（図３）。これにより、レーザ印字領域３をヒータ５により効率的に加熱することができる。
【００３９】
また上記半導体装置の製造方法において、加熱部材は主面１ｂに接触して配置されるヒータ５であってもよいがこれに限定されるものではない。たとえば、加熱部材はシリコン単結晶ウエハ１との間に間隔をおいて配置されるランプであってもよい。このように非接触式の加熱方法を採用することにより、シリコン単結晶ウエハ１の主面１ｂにおいて汚れや傷が導入されることを抑制することができる。
【００４０】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、基本的には上記実施の形態１に係る半導体装置の製造方法と同様に実施され、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は印字工程において上記実施の形態１に係る半導体装置の製造方法とは異なっている。
【００４１】
図４を参照して、本実施の形態では、レーザ光源４およびランプ６（加熱部材）の両方が主面１ａ側の領域（レーザ印字領域３の上方）に配置される。レーザ光源４およびランプ６は、レーザ印字領域３とともに平面視において重なるように配置される。またランプ６はシリコン単結晶ウエハ１との間に間隔をおいて配置され、レーザ光源４よりもシリコン単結晶ウエハ１から離れた位置（レーザ光源４の上方）に配置される。そして、ランプ６によりレーザ印字領域３を加熱しつつ、レーザ光源４より当該レーザ印字領域３にレーザ光（図４中矢印）が照射される。これによりレーザ印字領域３を構成する単結晶シリコンがランプ６により加熱されつつレーザ光の照射により溶融し、溶融した部分が識別記号としてシリコン単結晶ウエハ１の主面１ａに印字される。なお、レーザ光源４の本体（レーザ発振部）が別の場所に配置され、レーザ光をレーザ印字領域３に導く光学系の一部がランプ６と主面１ａとの間に配置されていてもよい。
【００４２】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の印字工程では、主面１ａ側に配置されたランプ６（加熱部材）によりレーザ印字領域３を加熱しつつ、主面１ａ側に配置されたレーザ光源４から当該レーザ印字領域３にレーザ光が照射される。またランプ６は、シリコン単結晶ウエハ１（半導体ウエハ）との間に間隔をおいて配置される。レーザ光源４およびランプ６を上記配置にした場合でも上記実施の形態１の場合と同様に、製造効率の低下を抑制しつつ、視認性が良い識別記号をシリコン単結晶ウエハ１に印字することができる。
【００４３】
また本実施の形態に係る半導体装置の製造方法において、加熱部材はランプ６であってもよいがこれに限定されない。たとえば、加熱部材はレーザ光源４が発生するレーザ光よりもスポット径が大きいレーザ光を発生させる他のレーザ光源であってもよい。これによりランプ６と同様にレーザ印字領域３を容易に加熱することができる。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体ウエハに印字する工程を備える半導体装置の製造方法において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００４６】
１  シリコン単結晶ウエハ、１ａ，１ｂ  主面、２  ノッチ部、３  レーザ印字領域、４  レーザ光源、５  ヒータ、６  ランプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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