CN113322519B - 晶片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式涉及外延片、晶片及其制造方法。上述制造方法包括：准备步骤、生长步骤、冷却步骤、切割步骤、加工步骤；上述加工步骤包括：第一加工步骤，使用表面粒度为1000目至3000目的第一砂轮进行加工；及第二加工步骤，使用表面粒度为6000目至10000目的第二砂轮进行加工。通过实施方式的晶片的制造方法制造的晶片具有低微管缺陷密度，且可以使颗粒和划痕发生最小化。通过实施方式的外延片的制造方法制造的外延片可以具有坠落、三角及胡萝卜缺陷等的密度低，并呈现优异的器件特性，且可以期待器件成品率改善。

Description

晶片的制造方法
技术领域
实施方式涉及外延片、晶片及其制造方法。
背景技术
碳化硅具有优异的耐热性和机械强度，并且在物理和化学上稳定，因此作为半导体材料受到关注。近年来，对于碳化硅单晶基板作为用于高功率器件等的基板的需求正在增加。
作为这种碳化硅单晶的制造方法，有液相沉积法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)，物理气相传输法(Physical VaporTransport，PVT)等。其中，物理气相传输法是将碳化硅原料装入坩埚中，将由碳化硅单晶形成的晶种放置在坩埚的顶部，然后通过感应加热方式加热坩埚，使得原料升华，以在晶种上生长碳化硅单晶的方法。
物理气相传输法具有高生长率，以能够制造锭型碳化硅，因此被最广泛使用。然而，在坩埚的感应加热时，流经坩埚的电流密度根据坩埚和绝缘材料的特性、工艺条件等而变化，并且坩埚内部的温度分布也发生变化，从而制造出的碳化硅锭可能会发生弯曲和扭曲。当发生这种弯曲和扭曲时，在随后工艺制造的晶片的缺陷密度会增加。
一方面，当在由碳化硅锭制成的晶片上形成外延层时，应使晶片表面上的划痕等机械损伤最小化。如果晶片表面上有不必要的颗粒或如划痕等的机械损伤，则外延层的质量劣化，在制造半导体器件时器件的特性或成品率有可能劣化。
因此，为了提高由晶片制成的半导体器件的性能和成品率，在制造碳化硅单晶和制造晶片时有必要考虑配置各种组件的方法。
上述的背景技术是发明人为了创造本发明而持有或在创造本发明的过程中获得的技术信息，不能说一定是本发明申请之前被一般公众所公开的公知技术。
相关现有文献包括韩国公开专利公报第10-2010-0089103号中公开的“碳化硅单晶锭、由该单晶锭得到的基板及外延片”。
发明内容
技术问题
实施方式的目的在于提供一种缺陷密度、表面划痕及颗粒减少的晶片和其制造方法。
实施方式的另一目的在于提供坠落、三角及胡萝卜缺陷等减少的外延片和其制造方法。
解决问题的方案
为了达到上述目的，一实施例的晶片的制造方法包括：准备步骤，在具有内部空间的反应容器中将原料和碳化硅晶种放置成彼此相向，生长步骤，通过调节上述内部空间的温度、压力及气氛来升华上述原料，以制造在上述晶种上生长的碳化硅锭，冷却步骤，通过使上述反应容器冷却以回收上述碳化硅锭，切割步骤，将所回收的上述碳化硅锭切割以制造晶片，及加工步骤，将所制造的上述晶片的厚度平坦化，对其表面进行抛光；上述反应容器包括包围外表面的隔热材料和调节上述反应容器或上述内部空间的温度的加热单元，上述隔热材料的密度为0.14g/cc至0.28g/cc，上述加工步骤包括：第一加工步骤，使用表面粒度为1000目至3000目的第一砂轮进行加工；及第二加工步骤，使用表面粒度为6000目至10000目的第二砂轮进行加工。
在上述第一加工步骤中，上述第一砂轮朝向上述晶片的输送速度可以为0.2μm/s以上且小于1.5μm/s。
在上述第二加工步骤中，上述第二砂轮朝向上述晶片的输送速度可以为0.2μm/s以上且小于1.5μm/s。
由下式1表示的Pi值可以为30以下。
[式1]
Pi＝Di×Vi×Vii×100
在上述式1中，Di为上述隔热材料的密度(g/cc)数值，Vi为上述第一砂轮的输送速度(μm/s)数值，Vii为上述第二砂轮的输送速度(μm/s)数值。
上述第一砂轮的旋转速度可以为1000rpm至2000rpm。
上述第二砂轮的旋转速度可以为600rpm至1800rpm。
上述加工步骤还可包括化学机械抛光(chemical mechanical polishing)步骤。
经过上述化学机械抛光步骤的晶片可以包括一面和另一面，在上述一面中总划痕长度之和可以等于或小于上述晶片的直径长度，在上述一面中具有0.3μm以上的粒度的颗粒的平均密度可以为3/cm2以下，在上述一面中微管平均密度可以为3/cm2以下。
在上述一面中总划痕长度可以为2cm以下。
由下式2表示的Wd值可以为15以下。
[式2]
Wd＝(MP+1)×(Pd+1)×(10Sr+1)
在上述式2中，MP为上述微管平均密度(/cm2)数值，Pd为上述颗粒的平均密度(/cm2)数值，Sr为相对于上述晶片的直径的总划痕长度的百分比(％)数值。
上述一面为在表面上出现硅原子层的Si表面，上述晶片为4英寸以上的4H碳化硅晶片。
为了达到上述目的，一实施例的晶片可以包括一面和另一面，在上述一面中总划痕长度可以等于或小于晶片的直径长度，在上述一面中具有0.3μm以上的粒度的颗粒的平均密度可以为3/cm2以下，在上述一面中微管平均密度可以为3/cm2以下。
在上述一面中总划痕长度可以为2cm以下。
由下式2表示的Wd值可以为15以下。
[式2]
Wd＝(MP+1)×(Pd+1)×(10Sr+1)
在上述式2中，MP为上述微管平均密度(/cm2)数值，Pd为上述颗粒的平均密度(/cm2)数值，Sr为相对于上述晶片的直径的总划痕长度的百分比(％)数值。
上述一面可以为在表面上出现硅原子层的Si表面，上述晶片可以为4英寸以上的4H碳化硅晶片。
为了达到上述目的，一实施例的外延片的制造方法可以包括生长步骤，在该生长步骤中，向布置有上述晶片的生长容器中注入用于外延生长的原料气体，根据化学气相沉积法在上述晶片的一面上生长外延层。
由于上述晶片的详细描述与上述内容相同，因此将省略其描述。另外，由于上述外延片的详细描述与下面将描述的内容相同，因此将省略其描述。
为了达到上述目的，一实施例的外延片可以包括：上述晶片；及外延层，形成在上述晶片的一面上。
在上述外延层中，坠落(downfall)缺陷的平均密度可以为0.3/cm2以下，三角(triangular)缺陷的平均密度可以为1/cm2以下，胡萝卜(carrot)缺陷的平均密度可以为2/cm2以下，刃型位错的平均密度可以为4/cm2以下。
上述晶片包括一面和另一面，在上述一面中总划痕长度可以等于或小于晶片的直径长度，在上述一面中具有0.3μm以上的粒度的颗粒的平均密度可以为3/cm2以下，在上述一面中微管平均密度可以为3/cm2以下。
在上述一面中总划痕长度可以为2cm以下。
由下式2表示的Wd值可以为15以下，
[式2]
Wd＝(MP+1)×(Pd+1)×(10Sr+1)
在上述式2中，MP为上述微管平均密度(/cm2)数值，Pd为上述颗粒的平均密度(/cm2)数值，Sr为相对于上述晶片的直径的总划痕长度的百分比(％)数值。
上述一面为在表面上出现硅原子层的Si表面，上述晶片为4英寸以上的4H碳化硅晶片。
发明的效果
通过一实施例的晶片的制造方法制造的晶片具有低微管缺陷密度，且能够使颗粒的划痕发生最小化。
通过一实施例的外延片的制造方法制造的外延片可以具有坠落、三角及胡萝卜缺陷等的密度低，并呈现优异的器件特性，且能够期待器件成品率改善。
附图说明
图1为一实施例的晶片的立体图。
图2为用于说明一实施例的外延片的截面的示意图。
图3A、图3B为示出在比较例1(a)和实施例4(b)中形成外延层之前(左侧)和之后(右侧)的缺陷的测定结果的照片。
图4为一实施例的碳化硅锭制造装置的示意图。
图5A、图5B、图5C为分别示出外延片的胡萝卜缺陷、三角缺陷及坠落缺陷的照片。
附图标记说明
10：晶片
11：一面
12：另一面
15：外延层
20：外延片
100：碳化硅锭
200：反应容器
210：主体
220：盖子
300：原料
400：隔热材料
500：反应室、石英管
600：加热单元
700：真空排气装置
800：质量流量控制器
810：排管
具体实施方式
在下文中，参考附图，对本发明的实施方式进行详细描述，使得本发明可被本领域技术人员容易地实施。但是，应当注意的是，本发明并不限于这些实施方式，而可以多种其它方式实施。纵贯全文，相同的参考数字表示相同的部分。
在本说明书中，如果一构件“包括”另一构件，如果没有特殊地相反的记载，意味着一构件还包括另一构件，而非理解为一构件排斥另一构件。
在本说明书中，当描述一个构件“连接”到另一构件时，该构件可以“直接连接”到另一构件或者通过第三构件“间接连接”到另一构件。
在本说明书中，“B位于A上”是指B以与A直接接触的方式位于A上，或是指B在A与B之间夹着其他层的状态下位于A上，而不限于B以与A的表面直接接触的方式位于A上的意思。
在本说明书中，马库什型描述中包含的术语“……的组合”是指从马库什型描述的构成要素组成的组中选择的一个或多个构成要素的混合或组合，从而意味着本发明包括从上述马库什组中选择的一个或多个构成要素。
在本说明书中，“A及/或B”的记载是指“A、B或A及B”。
在本说明书中，除非另有特别说明，如“第一”、“第二”或“A”、“B”等术语用于将相同的术语彼此区分。
在本说明书中，除非另有特别说明，单数表达被解释为包括在文理上解释的单数或复数的含义。
在本说明书中，在描述缺陷时采用的单位“/cm2”是指每单位面积的缺陷数量的单位，“/晶片”是指在晶片的一面上确认的缺陷数量的单位。
在本说明书中，除非另有说明，否则缺陷是指通过晶片的光学测定装置(CandelaCS20，TLA-Tencor公司)进行测定的结果。
当在由弯曲或扭曲特性差的锭制成的晶片上形成外延层时，在外延层中很可能会发生如坠落(downfall)、三角(triangular)、胡萝卜(carrot)等缺陷，这会成为在二极管的操作中降低击穿电压并增加漏电流的因素。
在本发明的发明人考虑减少上述缺陷发生的方法的过程中，发现了在制造锭时通过调节生长容器隔热材料的密度来提高锭形状和质量，在晶片加工的抛光过程中使晶片的划痕和颗粒发生最小化的方法，从而公开实施方式。
晶片的制造方法
为了达到上述目的，一实施例的晶片的制造方法包括：准备步骤，在具有内部空间的反应容器200中将原料300和碳化硅晶种放置成彼此相向，生长步骤，通过调节上述内部空间的温度、压力及气氛来升华上述原料，以制造在上述晶种上生长的碳化硅锭100，冷却步骤，通过使上述反应容器冷却以回收上述碳化硅锭，切割步骤，将所回收的上述碳化硅锭切割以制造晶片，及加工步骤，将所制造的上述晶片的厚度平坦化，对其表面进行抛光；上述反应容器包括包围外表面的隔热材料和调节上述反应容器或上述内部空间的温度的加热单元；上述隔热材料的密度为0.14g/cc至0.28g/cc，上述加工步骤包括：第一制造装置，使用表面粒度为1000目至3000目的第一砂轮进行加工；及第二制造装置，使用表面粒度为6000目至10000目的第二砂轮进行加工。
图4示出碳化硅锭制造装置的一个实例。参照图4，对实施方式的晶片的制造方法进行说明。
上述准备步骤是在具有内部空间的反应容器200中将原料300和碳化硅晶种放置成彼此相向的步骤。
作为上述准备步骤的碳化硅晶种，可以根据所需晶片采用适当尺寸的碳化硅晶种，且可以使上述碳化硅晶种的C表面((000-1)表面)朝向上述原料300方向。
上述准备步骤中的原料300可以采用具有碳源和硅源的粉末形式，且可以采用对上述粉末进行彼此缩颈处理的原料或通过对表面进行碳化处理的碳化硅粉末等的形式。
作为上述准备步骤的反应容器200，只要是适合于碳化硅锭生长反应的容器即可，具体而言，可以采用石墨坩埚。例如，上述反应容器可以包括：主体210，包括内部空间和开口部；以及盖子220，与上述开口部相对应以密封上述内部空间。上述坩埚盖子可以进一步包括与上述坩埚盖子一体地形成或分开形成的晶种保持器，可以通过上述晶种保持器固定碳化硅晶种，使得碳化硅晶种和原料相向。
上述准备步骤的反应容器200可以被隔热材料400包围并固定，在如石英管等的反应室500中使隔热材料定位成包围上述反应容器，并且可以通过设置在上述隔热材料和上述反应室外部的加热单元600控制上述反应容器200的内部空间温度。
上述准备步骤的隔热材料400可以具有72％至95％的气孔率，也可以为75％至93％，还可以为80％至91％。当采用满足上述气孔率的隔热材料时，可以进一步减少生长的碳化硅锭中发生的裂纹。
上述准备步骤的隔热材料400可以具有0.2MPa以上的压缩强度，也可以为0.48MPa以上，还可以为0.8MPa以上。另外，上述隔热材料可具有3MPa以下的压缩强度，也可以为2.5MPa以下。当上述隔热材料具有上述压缩强度时，可以制造热/机械稳定性优异且由于发生灰分(ash)的概率降低而具有更高质量的碳化硅锭。
上述准备步骤的上述隔热材料400可以包括碳基毡，具体而言，可以包括石墨毡，并且可以包括人造丝基石墨毡或沥青基石墨毡。
上述准备步骤的隔热材料400的密度可以为0.14g/cc以上，也可以为0.15g/cc以上，还可以为0.168g/cc以上，还可以为0.17以上。上述隔热材料的密度可以为0.28g/cc以下，也可以为0.24g/cc以下，还可以为0.20g/cc以下，还可以为0.18g/cc以下。可以通过具有上述密度范围的隔热材料抑制所制造的锭发生弯曲和扭曲，且使由锭制成的晶片呈现良好的缺陷特性。
上述准备步骤的反应室500可以包括：真空排气装置700，连接到反应室内部并用于调节反应室内部的真空度；排管810，连接到反应室内部并将气体引入到反应室内部；及质量流量控制器800，用于控制气体流入。由此，可以在随后的生长步骤和冷却步骤中调节惰性气体的流量。
上述生长步骤可以通过用上述加热单元600加热上述反应容器200和反应容器的内部空间来进行，并且与上述加热同时或分开地对内部空间进行减压以调节真空度，且可以通过注入惰性气体来诱导碳化硅结晶的生长。
可以在2000℃至2600℃的温度和1托至200托的压力条件下进行上述生长步骤，并且可以在上述温度和压力范围内更有效地制造碳化硅锭。
具体而言，上述生长步骤在上述反应容器200的上表面和下表面的温度为2100℃至2500℃且上述反应容器的内部空间的压力为1托至50托的条件下进行，更具体而言，可以在上表面和下表面的温度为2150℃至2450℃且上述反应容器的内部空间的压力为1托至40托的条件下进行，更具体而言，可以在上表面和下表面的温度为2150℃至2350℃且上述反应容器的内部空间的压力为1托至30托的条件下进行。
在将上述温度和压力条件应用于上述生长步骤时，可以制造更高质量的碳化硅锭。
在上述生长步骤中，温度可以以1℃/分钟至10℃/分钟的升温速率，也可以以以5℃/分钟至10℃/分钟的升温速率升高至上述温度范围。
在上述生长步骤中，可以将规定流量的惰性气体添加到上述反应容器200的外部。上述惰性气体可以在上述反应容器200的内部空间中流动，并且从上述原料300向上述碳化硅晶种方向流动。因此，可以形成上述反应容器和内部空间的稳定温度梯度。
上述生长步骤中的上述惰性气体可以具体为氩气、氦气及它们的混合气体。
上述冷却步骤是在规定的冷却速率和惰性气体流量条件下冷却所生长的上述碳化硅锭的步骤。
在上述冷却步骤中，可以以1℃/分钟至10℃/分钟的速率进行冷却，也可以以1℃/分钟至5℃/分钟的速率进行冷却。
在上述冷却步骤中，可以同时进行上述反应容器200的内部空间的压力调节，也可以与上述冷却步骤分开地进行压力调节。可以进行上述压力调节使得上述内部空间中的压力为最大760托。
在上述冷却步骤中，如在上述生长步骤中一样，可以将规定流量的惰性气体添加到上述反应容器200的外部。上述惰性气体可以在上述反应容器的内部空间中流动，并可以从上述原料300向上述碳化硅晶种方向流动。
上述切割步骤是切割在上述冷却步骤之后回收的碳化硅锭以制造晶片的步骤。
在上述切割步骤中，可以切割成与上述碳化硅锭的(0001)表面或开始生长的表面形成规定的偏离角。上述切割步骤的偏离角可以是0°至10°。
上述切割步骤可以使得上述晶片的厚度为150μm至900μm，也可以为200μm至600μm，但不限于此。
上述加工步骤是使经过上述切割步骤制造的晶片的厚度平坦化并抛光表面的步骤。可以通过依次对晶片的两个侧面进行轮磨(wheel grinding)来实现使上述厚度平坦化的所谓的研磨(lapping)工艺，且可以去除在上述切割步骤中受到的损伤。
在现有硅晶片的加工中，由于使用通过粒度粗大的金属接合的砂轮，在硅晶片的研磨过程中可能会出现裂纹，并且晶片的粗糙度特性可能会很差。
在实施方式的晶片的制造方法中，通过具有更微细的表面粒度范围的第一砂轮和具有特定的表面粒度范围的第二砂轮来进行加工步骤，从而使切割步骤中的损坏最小化，同时，可以获得良好的粗燥度特性，并且可以使颗粒或划痕等的产生最小化。
上述加工步骤可以包括：第一加工步骤，首先使用表面粒度为1000目至3000目的第一砂轮进行加工；及第二加工步骤，使用表面粒度为6000目至10000目的第二砂轮进行加工。
可以在将旋转的砂轮的一面施加到晶片的一面上的同时进行上述加工步骤。
在上述加工步骤中，砂轮可以具有颗粒嵌入在表面上的形状，并且颗粒的尺寸由目(mesh)表示。目是表示每英寸有多少个开口(opening)的度量。嵌入在上述砂轮的表面上的颗粒可以为金刚石。
上述加工步骤可以以使上述砂轮和晶片向相反方向旋转的方式进行。
在上述加工步骤中，上述砂轮的直径可以大于上述晶片的直径，且可以为250mm以下。
在上述第一加工步骤中，上述第一砂轮朝向上述晶片的输送速度(feed rate)可以为0.2μm/s以上且小于1.5μm/s，也可以为0.3μm/s至1.2μm/s，还可以为0.5μm/s至1μm/s。通过满足上述输送速度可以除去在切割加工时受到的损伤，使划痕发生最小化。
在上述第一加工步骤中，上述第一砂轮的旋转速度可以为1000rpm至2000rpm，也可以为1200rpm至1600rpm。通过满足上述旋转速度来可以防止过度研磨晶片，容易去除在切割步骤中受到的损伤。
在上述第一加工步骤之后，可以通过与上述第一砂轮相比具有更高目数和更微细的粒子的砂轮进行第二加工步骤。
在上述第二加工步骤中，上述第二砂轮朝向上述晶片的输送速度可以为0.2μm/s以上且小于1.5μm/s，也可以为0.2μm/s至1.2μm/s，还可以为0.3μm/s至1.0μm/s。通过满足上述输送速度来可以研磨在上述第一加工步骤中会发生的糙糙的表面，使划痕发生最小化。
在上述第二加工步骤中，上述第二砂轮的旋转速度可以为600rpm至1800rpm，也可以为800rpm至1500rpm。上述第二加工步骤的第二砂轮的旋转速度可以小于上述第一砂轮的旋转速度。通过满足上述旋转速度范围来可以除去在第一加工步骤中残留的粗糙的部分，使划痕发生最小化，能够有效地实现可在后续进行的化学机械抛光。
可以在没有单独的浆料的状态下进行上述第一加工步骤和第二加工步骤。
在上述加工步骤在上述第二加工步骤之后还可包括对上述晶片进行湿蚀刻的步骤。
上述加工步骤可以进一步包括化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)步骤。可以在上述第二加工步骤之后进行上述化学机械抛光。
上述化学机械抛光可以通过一边将磨料颗粒浆液施加到旋转的平板上一边以预定压力接触固定于旋转的抛光头的晶片来实现。
在上述加工步骤之后，可以进一步执行使用常规RCA化学清洁溶液的清洁步骤。
在上述晶片的制造方法中，由下式1表示的Pi值可以为30以下，也可以为20以下，还可以为15以下。上述Pi值可以为10以下，也可以为4.25以下，还可以为2.7以下。上述Pi值可以为0.01以上，也可以为0.02以上。
[式1]
Pi＝Di×Vi×Vii×100
在上述式1中，Di为上述隔热材料的密度(g/cc)数值，Vi为上述第一砂轮的输送速度(μm/s)数值，Vii为上述第二砂轮的输送速度(μm/s)数值。
上述Pi是与缺陷的发生相关的晶片制造指数，并且通过满足特定值以下的数值来可以使所制造的晶片的微管密度和颗粒数量最小化，并且可以控制表面划痕长度。
晶片10
为了达到上述目的，一实施例的晶片10可以包括一面11和另一面12，在上述一面中总划痕长度之和可以为晶片直径长度以下，在上述一面中具有0.3μm以上的粒度的颗粒的平均密度可以为3/cm2以下，在上述一面中微管(micropipe)平均密度可以为3/cm2以下。
上述晶片10的颗粒具有0.3μm至10μm的粒度，并且可以是当在晶片上形成外延层时发生各种缺陷的起点。上述颗粒可包括存在于坩埚内部空间中或在锭生长过程中无意产生的金属颗粒等。
上述晶片10的微管是指直径大约为1μm至3μm左右的中空穿透部分，并且可以是在器件制造时引起通电不良的原因。
可以使用晶片的光学测定装置(Candela CS20，TLA-Tencor公司)对上述晶片10的微管、划痕及颗粒进行分类和检测。
在上述晶片10的一面中微管密度可以为3/cm2以下，也可以为2.46/cm2以下，还可以为2.25/cm2以下，还可以为1.16/cm2以下。
在上述晶片10的一面总划痕长度之和可以表示各个多个划痕的长度之和。
在上述晶片10的一面相对于晶片的直径的总划痕长度的百分比可以为0.1％以下，也可以为0.078％以下，还可以为0.031％以下。
在上述晶片10的一面总划痕长度可以为2cm以下，也可以为1.5cm以下，还可以为1.17cm以下，还可以为0.47cm以下。
在上述晶片10的一面颗粒的平均密度可以为3/cm2以下，也可以为1.5/cm2以下，还可以为0.8/cm2以下，还可以为0.74/cm2以下，还可以为0.6/cm2以下。
在上述晶片10中，由下式2表示的Wd值可以为20以下，也可以为15以下。上述Wd值可以为12以下，也可以为10以下。上述Wd值可以为5.2以下，或可以为4.9以下。上述Wd值可以为0.1以上。
[式2]
Wd＝(MP+1)×(Pd+1)×(10Sr+1)
在上述式2中，MP为上述微管平均密度(/cm2)数值，Pd为上述颗粒的平均密度(/cm2)数值，Sr为相对于上述晶片10的直径的总划痕长度的百分比(％)数值。
上述Wd值表示综合地反映上述晶片10一面的微管、颗粒、划痕等的要素的晶片缺陷指数。
通过使上述晶片10具有上述划痕长度、颗粒平均密度、微管平均密度及Wd值来可以在上述晶片的一面形成外延层时使外延层的缺陷发生最小化，且可以提高器件特性和成品率。
参照图1，上述晶片的一面11是硅原子主要出现在表面上的所谓的Si表面，而作为上述一面的相反面的另一面12是碳原子主要出现在表面上的所谓的C表面。在晶片的切割加工时，碳化硅单晶容易在碳原子层和硅原子层之间的界面或与此平行的方向被切割，从而在切割面上出现主要露出碳原子的表面和主要露出硅原子的表面。
当上述晶片10的截面的形状是圆形或椭圆形时，上述一面11的中心可以相当于圆或椭圆的中心。另外，当上述晶片截面的形状是圆形或椭圆形时，上述半径可以以最小半径为基准。
上述晶片10可以为在从锭切割时相对于锭或晶种的C表面((000-1)表面)采用0°至10°的偏离角的晶片。
上述晶片10相对于基准角度的摇摆角可以为-1.5°至1.5°，也可以为-1.0°至1.0°，还可以为-0.5°至0.5°，还可以为-0.3°至0.3°。具有上述特征的晶片可以具有优异的结晶特性。对于上述摇摆角，通过应用高分辨率X射线衍射分析系统(HR-XRD system)将上述晶片[11-20]方向对准X射线路径，并将X射线源光学(X-ray source system)角度和X射线探测器光学(X-ray detector system)角度设定为2θ(35°至36°)，然后与晶片的偏离角对应地调节Ω(ω或θ，X射线探测器光学)角来测定摇摆曲线(Rocking curve)，将作为基准角度的峰角度和两个半峰全宽(full width at half maximum，FWHM)值之间的差异值分别设定为摇摆角，以平价结晶度。
在本说明书中，当偏离角为X°指，具有在通常可接受的误差范围内评估为X°的偏离角，作为示例，包括(X°-0.05°)至(X°+0.05°)范围的偏离角。并且，当摇摆角“相对于基准角度为-1°至1°”指半峰全宽值以作为基准角度的峰角度为基准在(峰角度-1°)至(峰角度+1°)的范围内。另外，作为上述摇摆角，将除了晶片的中心部分和从边缘向中心方向5mm以内的部分之外的表面实质上均等地分为三个部分，将在各部分测定3次以上的结果的平均值作为摇摆角。具体而言，将应用相对于碳化硅锭的(0001)表面0°至10°的范围内选择的角度即偏离角的晶片中，当偏离角为0°时，Ω角为17.8111°，当偏离角为4°时，Ω角为13.811°，当偏离角为8°时，Ω角为9.8111°。
上述晶片10的厚度可以为150μm至900μm，也可以为200μm至600μm，但不限于此，只要是可应用于半导体器件的适当的厚度即可。
上述晶片10可以由缺陷或多型体夹杂最小化的实质上是单晶的4H结构的碳化硅制成。
上述晶片10的直径可以为4英寸以上，也可以为5英寸以上，还可以为6英寸以上。上述晶片的直径可以为12英寸以下，也可以为10英寸以下，也可以为8英寸以下。
上述晶片10可以通过下面将描述的方法在其一面上形成外延层。
外延片的制造方法
为了达到上述目的，一实施例的外延片的制造方法包括生长步骤，在该生长步骤中，向放置有根据上述方法制造的晶片10的生长容器中注入用于外延生长的原料气体，根据化学气相沉积法(chemical vapor deposition)在上述晶片的一面11上生长外延层。
上述生长步骤在注入上述源气体之前可以进一步包括对上述晶片10的表面进行气体蚀刻的蚀刻步骤。可以通过将上述晶片保持在1400℃至1600℃的温度并添加规定流量的氢气来执行上述气体蚀刻。
在上述生长步骤中，首先将晶片布置在生长容器中，将生长容器的内部抽空，并且可以注入作为原料气体的碳基气体和硅基气体。另外，可以进一步注入如氮气等的掺杂气体。当注入上述气体时，碳基和硅基气体的碳/硅原子浓度比可以为0.5至2。
上述生长步骤中的碳基气体可以是选自CH4、C2H4、C2H6、C3H6及C3H8中的一种以上，并且硅基气体可以是选自SiH4、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl及Si2H6中的一种以上。
在上述生长步骤中，注入上述气体并将温度保持在1400℃至1700℃之间，从而可以在上述晶片10的一面11上生长外延层。
通过上述生长步骤生长的外延片20的外延层15的厚度可以是5μm至20μm。
在上述生长步骤之后，停止注入原料气体，进行室温冷却并排气，将惰性气体加压至大气压，然后可以回收外延片20。
上述生长步骤可以根据需要进行一次或两次以上。当执行两次以上的上述生长步骤时，可以在外延层15上进一步形成第二外延层(未示出)。为了形成上述第二外延层而重复进行的生长步骤可以通过与用于形成上述外延层15的生长步骤中的过程相同的过程进行，且温度或原料气体的组成以及掺杂气体的类型等可以与用于形成上述外延层15的生长步骤不同。
通过上述制造方法制造的外延片可以具有较低坠落、胡萝卜及三角缺陷等缺陷密度，且可以呈现优异的器件特性。
外延片20
为了达到上述目的，一实施例的外延片20包括：晶片10；及外延层15，形成在上述晶片的一面上。
上述外延层15的坠落(downfall)缺陷平均密度可以为0.3/cm2以下，也可以为0.17/cm2以下。
坠落(downfall)缺陷在以晶片的颗粒等为起点形成外延层时可以具有以厚度方向为轴的圆柱形状，并且可能由于被跟踪物等的掉落等而发生。如图5C所示，坠落可能显示为凹槽。
上述外延层15的三角(triangular)缺陷平均密度可以为1/cm2以下，也可以为0.76/cm2以下。
三角(triangular)缺陷可以在具有预定偏离角的晶片上进行外延生长时以晶片上的划痕、颗粒等为起点发生，并且如图5B所示，可以具有三角形状。
上述外延层15的胡萝卜(carrot)缺陷平均密度可以为2/cm2以下，也可以为1.71/cm2以下。
胡萝卜(carrot)缺陷可以在晶片的贯通螺旋位错(threading screwdislocation)为起点形成外延层时向台阶方向生长，并且如图5A所示，可以具有胡萝卜形状。
上述外延层15的刃型位错(edge dislocation)缺陷平均密度可以为4/cm2以下，也可以为2.85/cm2以下。
通过使上述外延片20具有上述缺陷密度范围来可以提供更改善的器件性能，还可以提高制造成品率。
可以通过晶片的光学测定装置(Candela CS20，TLA-Tencor公司)分类在实施方式的外延片20出现的上述坠落、胡萝卜、三角缺陷，通过上述测定装置可以测定每个单位面积的各个缺陷密度。
参照图2，上述外延层15可以形成在上述晶片10的一面11上。此时，上述外延层的厚度可以为8μm至20μm，但不限于此。
上述外延层15可以以在1×1014/cm3至1×1019/cm3范围内的浓度包括n型或p型掺杂剂原子。
上述外延层15可以包括碳化硅。
上述外延层15可以实质上由碳化硅制成。
上述外延片20可以在上述外延层15上进一步形成第二外延层(未示出)。
上述第二外延层在厚度、掺杂剂原子含量、组成(构成材料)等方面可以具有上述外延层15的特征。
上述第二外延层可以为与上述外延层15相同的层。
上述外延片20可以应用于肖特基势垒二极管、PIN二极管、金属半导体场效应晶体管等，除此之外，还可以应用于各种半导体器件。
可以通过上述的外延片的制造方法制造上述外延片20。
以下通过具体实施例对本发明进行具体说明。以下实施例仅仅是有助于理解本发明的示意性实施例，本发明的保护范围不限于此。
碳化硅锭和晶片的制造
如在图4中示出碳化硅锭制造装置的一个实例，将作为原料的碳化硅粉末装入反应容器200的内部空间的下部，并在其上部放置碳化硅晶种。此时，碳化硅晶种适用由6英寸的4H-SiC晶体制成，并且以常规方式固定碳化硅晶种使得C表面朝向内部空间下部的碳化硅原料。
将反应容器200密封，用具有下述表1的密度的隔热材料400包围其外部，然后在外部设有作为加热单元600的加热线圈的石英管500中设置反应容器。将上述反应容器的内部空间减压并调节成真空气氛，注入氩气，使得上述内部空间压力达到760托，然后再次对内部空间进行减压。同时，将内部空间的温度以5℃/分钟的升温速度升高到2300℃，并且通过与上述石英管连通的排管810和真空排气装置700调节石英管内部的氩气流量。在2300℃的温度和20托的压力条件下，在面向碳化硅原料的碳化硅晶种的表面上生长碳化硅锭100小时。
在生长后，将上述内部空间的温度以5℃/分钟的速度冷却至25℃，同时将内部空间的压力设定为760托。通过与上述石英管连通的排管810和真空排气装置700调节石英管内部的氩气流量。
将所冷却的上述碳化硅锭切割成与碳化硅锭的(0001)表面具有4°的偏离角，以制造具有360μm厚度和150mm直径的晶片。
通过平坦化工艺将所制造的上述晶片的厚度平坦化，对表面通过研磨装置(HRG200x，Accretech公司)使用形成有2000目金刚石颗粒的第一砂轮以1400rpm的旋转速度进行第一加工，之后使用形成有8000目金刚石颗粒的第二砂轮以1250rpm的旋转速度进行第二加工。对晶片表面施加的上述砂轮的输送速度如表1所示。
之后，进行化学机械抛光(CMP)。将上述晶片样品固定到CMP抛光设备的抛光头上，在附着有聚氨酯基抛光垫的平板上，使上述晶片的一面朝向抛光垫。然后，在添加二氧化硅浆料的同时，以200rpm旋转平板且以120rpm旋转抛光头，在5.4psi的压力下对晶片的一面进行抛光，清洗并干燥经过抛光的晶片。
[表1]
*Pi＝Di×Vi×Vii×100
晶片的缺陷、颗粒及划痕测定
通过晶片光学测定装置(Candela CS20，TLA-Tencor公司)测定所制造的晶片的微管缺陷密度、颗粒的密度、划痕长度，其结果示于表2。
外延片制造
将在上述晶片制造中准备的晶片设置在生长容器中。将作为用于外延生长的原料气体的SiH4和C3H8注入到上述生长容器中，注入氮气作为掺杂气体，并根据化学气相沉积法在上述晶片的一面上生长外延层。在生长之后，外延层的厚度为12μm，掺杂剂浓度为8×1015/cm3。
在上述生长后，停止注入原料气体，冷却至室温并排气，将惰性气体加压至大气压，然后回收外延晶片。
外延片的坠落、三角、胡萝卜缺陷密度及刃型位错密度测定
通过晶片光学测定装置(Candela CS20，TLA-Tencor公司)测定在上述外延晶片制造中制造的外延片的各种缺陷密度，其结果示于表2。
[表2]
MP：Micropipe(微管)，Wd＝(MP+1)×(Pd+1)×(10Sr+1)，Sr＝(划痕(cm/wafer)/晶片直径(cm))×100
参照表2，在锭生长时，隔热材料密度为0.14-0.28g/cc，在晶片加工时第一砂轮的输送速度为0.2μm/s以上且小于1.5μm/s，第二砂轮的输送速度为0.2μm/s以上且小于1.5μm/s的实施例的划痕、颗粒及微管缺陷产生量低，由此可确认外延片的缺陷数值也良好。
与此相反，可知在第一砂轮和第二砂轮的输送速度为1.5μm/s的比较例2和隔热材料密度为0.30g/cc的比较例1的情况下，晶片的微管、划痕产生量相对高，外延片的缺陷数值也增加。
进而，Pi值小于30的实施例的晶片缺陷指数即Wd值小于15，Pi值为30以上的比较例的上述Wd值为23以上，即显示不良好的晶片缺陷数值。
通过图3可以视觉上确认比较例1的晶片和外延片的缺陷数值(分别为图3A的左侧和右侧)和实施例4的晶片和外延片的缺陷数值(分别为图3B的左侧和右侧)。
尽管在上面已经详细描述本发明的优选实施例，但本发明的保护范围不限于此，本领域技术人员利用所附权利要求书中定义的本发明的基础理念进行的各种改进和变型也包括在本发明的保护范围中。

Claims (3)

1.一种晶片的制造方法，其特征在于，
包括：
准备步骤，在具有内部空间的反应容器中将原料和碳化硅晶种放置成彼此相向，
生长步骤，通过调节上述内部空间的温度、压力及气氛来升华上述原料，以制造在上述晶种上生长的碳化硅锭，
冷却步骤，通过使上述反应容器冷却以回收上述碳化硅锭，
切割步骤，将所回收的上述碳化硅锭切割以制造晶片，以及
加工步骤，将所制造的上述晶片的厚度平坦化，对其表面进行抛光；
上述反应容器包括包围外面的隔热材料和调节上述反应容器或上述内部空间的温度的加热单元；
上述隔热材料的密度为0.14g/cc至0.28g/cc；
上述加工步骤包括：
第一加工步骤，使用表面粒度为1000目至3000目的第一砂轮进行加工，以及
第二加工步骤，使用表面粒度为6000目至10000目的第二砂轮进行加工；
在上述第一加工步骤中，上述第一砂轮朝向上述晶片的输送速度为0.2μm/s以上且小于1.5μm/s，上述第一砂轮的旋转速度为1000rpm至2000rpm，
在上述第二加工步骤中，上述第二砂轮朝向上述晶片的输送速度为0.2μm/s以上且小于1.5μm/s，上述第二砂轮的旋转速度为600rpm至1800rpm，
由下式1表示的Pi值为30以下：
[式1]
Pi＝Di×Vi×Vii×100
在上述式1中，Di为上述隔热材料的密度(g/cc)数值，Vi为上述第一砂轮的输送速度(μm/s)数值，Vii为上述第二砂轮的输送速度(μm/s)数值。
2.根据权利要求1所述的晶片的制造方法，其特征在于，上述加工步骤还包括化学机械抛光步骤。
3.根据权利要求2所述的晶片的制造方法，其特征在于，
经过上述化学机械抛光步骤的晶片包括一面和另一面，
在上述一面中总划痕长度之和为上述晶片的直径长度以下，
在上述一面中具有0.3μm以上的粒度的颗粒的平均密度为3/cm2以下，
在上述一面中微管平均密度为3/cm2以下。
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