CN113322520A - 晶片及其制造方法 - Google Patents
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- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/002—Controlling or regulating
Abstract
实施方式涉及晶片及其制造方法。根据一实施例的晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxation modulus)的差异可以为450GPa以下。
Description
技术领域
实施方式涉及一种具有优异物性的晶片及其制造方法。
背景技术
碳化硅(SiC)是具有2.2eV至3.3eV的宽带隙的半导体，由于其优异的物理和化学性质，正在对此作为半导体材料进行研究和开发。
作为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，电流密度根据坩埚特性和工艺条件等而变化，坩埚内部的温度分布也变化，因此难以确保碳化硅锭的一定物理性质。
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。
作为相关现有文献，包括韩国公开专利公报第10-2017-0076763号中公开的“碳化硅单晶的制造方法及碳化硅单晶基板”、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减少由于各种应力引起的变形和破损的可能性且确保弹性和蠕变特性的碳化硅锭、晶片等。
实施方式的另一目的在于提供减少如位错密度等的缺陷数值且具有高质量的碳化硅锭、晶片等。
解决问题的方案
为了达到上述目的，一实施例的晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxation modulus)的差异可以为450GPa以下。
在一实施例中，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载下测定的上述松弛模量可以为1510GPa至1800GPa。
在一实施例中，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载下测定的上述松弛模量可以为1800GPa至1960GPa。
在一实施例中，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载下测定的上述松弛模量可以为1510GPa至1960GPa。
在一实施例中，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载下测定的根据动态机械分析的刚性可以为51.3kN/m至70.0kN/m。
在一实施例中，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量(creep compliance)可以为0.508μm2/N至0.643μm2/N。
在一实施例中，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载下测定的上述蠕变柔量可以为0.60μm2/N至0.62μm2/N。
在一实施例中，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载下测定的上述蠕变柔量可以为0.52μm2/N至0.55μm2/N。
在一实施例中，上述晶片的直径可以为4英寸以上，且上述晶片可以由4H碳化硅制成。
为了达到上述目的，另一实施例的晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量(creepcompliance)可以为0.508μm2/N至0.643μm2/N。
为了达到上述目的，一实施例的碳化硅锭制造方法可以包括：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，及冷却步骤，通过使上述反应容器冷却以回收上述碳化硅锭；上述碳化硅锭包括彼此相向的一面和另一面，定义为上部的上述一面是平面或凸面，晶片设置在上述一面下方的部分，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的条件下测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxation modulus)的差异可以为450GPa以下。
在一实施例中，上述反应容器的热导率可以为120W/mK以下。
在一实施例中，在上述冷却步骤中的流动可以从上述原料向上述碳化硅晶种方向实现。
为了达到上述目的，一实施例的晶片的制造方法可以包括：研磨步骤，对如上所述制造的碳化硅锭的边缘进行研磨；及切割步骤，将研磨的上述碳化硅锭切割以制造晶片。
上述晶片设置在上述一面下方的部分，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的条件下测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxationmodulus)的差异可以为450GPa以下。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量(creep compliance)可以为0.508μm2/N至0.643μm2/N。
上述反应容器的热导率可以为120W/mK以下。
上述隔热材料的气孔率可以为72至95％。
上述隔热材料的压缩强度可以为0.2MPa以上。
在上述冷却步骤中的流动可以从上述原料向上述碳化硅晶种方向实现。
发明的效果
一实施例的晶片能够使由于外部物理因素引起的过度变形或破损最小化，还能够提供具有优异物理性质的晶片。另外，能够提供进一步减小晶片中残留的应力的晶片。
一实施例的碳化硅锭制造方法，通过如控制工艺条件等的方法，能够制造确保弹性和蠕变特性且降低缺陷密度数值的碳化硅锭。
附图说明
图1为示出一实施例的碳化硅锭制造装置的一例的示意图。
图2为示出根据一实施例制造的锭的形状的截面的示意图。
图3为示出在实施例1中根据0.1N/分钟的加荷速率的荷载1N至18N(横轴)下松弛模量(MPa，纵轴)的变化的图表。
图4为示出在实施例1中根据0.1N/分钟的加荷速率的荷载1N至18N(横轴)下蠕变柔量(μm2/N，纵轴)的变化的图表。
图5为示出在实施例1中根据0.1N/分钟的加荷速率的荷载1N至18N(横轴)下刚性(N/m，纵轴)的变化的图表。
附图标记说明
100：碳化硅锭
110：一面、凸面
111：凸部
120：另一面、底面
121：主体部
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：加热装置
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件。
在本说明书中，如果一结构“包括”另一结构，如果没有特殊地相反的记载，意味着一结构还包括另一结构，而非理解为一结构排斥另一结构。
在本说明书中，当描述一个结构“连接”到另一结构时，该结构可以“直接连接”到另一结构或者通过第三结构“间接连接”到另一结构。
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组成要素组成的组中选择的一个或多个组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组成要素。
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意味。
在本说明书中，“差异”表示从大数值减去小数值，并表示为正数。
下面，将对实施方式进行更详细说明。
锭和由其制造的晶片可能在输送、加工和处理等的过程中发生变形、缺陷或破损等。另外，在后续器件制造工艺中，外延层等的质量可能会劣化。
作为解决该问题的方法，本发明的发明人关注弹性和蠕变特性。确认到当制造具有进一步改善的弹性和蠕变特性的碳化硅锭和晶片时，可以减少被认为是由外部应力等引起的上述变形、缺陷和破损等的发生，从而公开实施方式。
并且，本发明的发明人确认为了通过应用物理气相传输方法来生长碳化硅，在各种因素中，控制惰性气体的流量和坩埚的温度梯度是重要的，通过调节这些条件可以制造具有所需的实施方式的特性的优异质量的碳化硅锭，从而公开实施方式。
碳化硅锭100
为了达到上述目的，本说明书中公开的一实施例的碳化硅锭100包括彼此相向的一面110和另一面120，定义为上部的上述一面是平面或凸面，晶片设置在上述一面下方的部分，上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxation modulus)的差异可以为450GPa以下。
上述碳化硅锭100是通过使反应容器内部的原料升华并在碳化硅晶种上重结晶来生长的。
参照图2，在完成生长之后，在上述碳化硅锭的表面中朝向上述原料的面可以是一面110，上述一面可以具有弯曲的凸面或平面。
上述碳化硅锭100可以包括：主体部121；凸部111，从上述主体部延伸并具有凸面110。当将上述碳化硅锭的凸面视为上方时，凸面的下方的部分可以相当于上述主体部。
即，当将上述碳化硅锭的一面110视为上方时，可以将作为碳化硅锭开始生长的表面的底面视为另一面120，且可以将上述另一面视为下方，并且通过将上述一面的下方的部分切割成规定厚度来制造晶片。此时，在上述切割时，可以与上述另一面或上述碳化硅锭的(0001)表面形成规定的偏离角。
并且，制造上述晶片的过程如下进行，即，使用研磨设备从外径朝向内部的方向修整上述碳化硅锭100的外径，并且以相对于上述碳化硅锭的另一面120或(0001)表面的规定偏离角和一定厚度进行切割，然后可以进行如边缘研磨、表面研磨和抛光等的加工。
在制造上述晶片时，相对于另一面120或(0001)表面的偏离角可以是0°至10°。应用上述偏离角的晶片的摇摆角相对于基准角度可以为-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(X-ray)路径，并将X射线源光学(X-ray source optic)角度和X射线探测器光学(X-ray detector optic)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，偏离角为X°指具有在通常可接受的误差范围内被评估为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，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，将应用在相对于作为碳化硅锭100的另一面120的底面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°。
通过从上述碳化硅锭100切断来制造的晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxationmodulus)的差异可以为450GPa以下，也可以为400GPa以下，还可以为350GPa以下。由于上述晶片的上述松弛模量不同，因此可以使在随着时间增加的荷载条件下发生的变形和扭曲最小化。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载下测定的上述松弛模量可以为1510GPa至1800GPa。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载下测定的上述松弛模量可以为1800GPa至1960GPa。
上述晶片在25℃的温度下选自以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N的范围中的任一种荷载下测定的上述松弛模量可以为1510GPa至1960GPa，也可以为1540GPa至1930GPa。上述晶片在25℃的温度下选自以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N的范围中的任一种荷载下测定的上述松弛模量可以为1570GPa至1920GPa。
上述松弛模量是弹性模量的定义的扩展，且可以被解释为根据时间变化的弹性模量，可以如下表示为指数函数之和(G(t))。
[式1]
在上述式1中，Gi是松弛强度，τi是松弛时间，t是时间。
由于上述晶片具有上述松弛模量的特性，因此可以使在随着时间增加的荷载条件下发生的变形和扭曲最小化，并且可以进一步减少形成缺陷。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量(creep compliance)可以为0.508μm2/N至0.643μm2/N，也可以为0.522μm2/N至0.627μm2/N。上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量(creep compliance)可以为0.52μm2/N至0.63μm2/N。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载下测定的上述蠕变柔量可以为0.60μm2/N至0.62μm2/N。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载下测定的上述蠕变柔量可以为0.52μm2/N至0.55μm2/N。
上述蠕变柔量表示根据单位应力的随时间变化的变形大小。
由于上述晶片具有上述蠕变柔量的特性，因此可以通过将可由应力引起的变形控制在适当的水平来使由于外力引起的晶片破坏可能性最小化，并且可以进一步减少形成缺陷。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的刚性的差异可以为12kN/m以下，也可以为11kN/m以下。上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的刚性的差异可以为10.5kN/m以下。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载条件下测定的根据动态机械分析的刚性可以为51.3kN/m至57.5kN/m。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载条件下测定的根据动态机械分析的刚性可以为62kN/m至68kN/m。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的刚性可以为51.3kN/m至70.0kN/m，也可以为54kN/m至67kN/m。
由于上述晶片具有上述刚性的特性，因此可以适当地调节可由外力引起的变形程度来提供兼顾耐久性和加工性的晶片。
上述晶片具有在上述范围内的松弛模量、蠕变柔量及刚性，从而可以在晶片的输送、加工和处理过程等中使变形和缺陷发生最小化，且可以在作为用于制造器件的后续工艺的碳化硅外延层形成过程中显示更良好的质量。
上述晶片的微管(Micropipe，MP)密度可以为1.5/cm2以下，也可以为1/cm2以下。
上述晶片的贯通刃状位错(Threading Edge Dislocation，TED)密度可以为10,000/cm2以下，也可以为8,000/cm2以下。
上述晶片的基底面位错(Basal Plane Dislocation，BPD)密度可以为5,000/cm2以下，也可以为3,000/cm2以下。
当上述晶片满足上述缺陷密度范围时，可以提供缺陷较少的高质量晶片，并且当将其应用于器件时，可以制造具有优异的电学或光学特性的器件。
上述晶片的缺陷密度可以通过添加蚀刻溶液并拍摄其表面来测定，具体细节在下面的实验例中描述。
上述晶片的厚度可以为300μm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。
上述碳化硅锭100可以具有缺陷或多型体夹杂最小化的实质上是单晶的4H-SiC结构。
上述碳化硅锭100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。具体而言，上述碳化硅锭的直径可以为4英寸至12英寸，也可以为4英寸至10英寸，还可以为4英寸至8英寸。当制造上述碳化硅锭时，可以根据这些特性来应用适当的碳化硅晶种。
上述碳化硅锭100可以是在碳化硅晶种的C表面((000-1)表面)上生长的。
在制造上述碳化硅锭100时，可以通过在生长步骤和冷却步骤中调节惰性气体的流量并使用满足特定导热率的坩埚制造，下面将描述具体内容。
晶片
为了达到上述目的，本说明书中公开的一实施例的晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载条件下测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxation modulus)的差异可以为450GPa以下。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载条件下测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxation modulus)的差异可以为450GPa以下，也可以为400GPa以下，还可以为350GPa以下。由于上述晶片的上述松弛模量不同，因此可以使在随着时间增加的荷载条件下发生的变形和扭曲最小化。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载条件下测定的上述松弛模量可以为1510GPa至1800GPa。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载条件下测定的上述松弛模量可以为1800GPa至1960GPa。
上述晶片在25℃的温度下选自以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N的范围中的任一种条件下测定的上述松弛模量可以为1510GPa至1960GPa，或可以为1540GPa至1930GPa。上述晶片在25℃的温度下选自以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N的范围中的任一种荷载下测定的上述松弛模量可以为1570GPa至1920GPa。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量(creep compliance)可以为0.508μm2/N至0.643μm2/N，也可以为0.522μm2/N至0.627μm2/N。上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量(creep compliance)可以为0.527μm2/N至0.620μm2/N。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载下测定的上述蠕变柔量可以为0.60μm2/N至0.62μm2/N。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载下测定的上述蠕变柔量可以为0.52μm2/N至0.55μm2/N。
上述蠕变柔量表示根据单位应力的随时间变化的变形大小。
由于上述晶片具有上述蠕变柔量的特性，因此可以通过将可由应力引起的变形控制在适当的水平来使由于外力引起的晶片破坏可能性最小化，并且可以进一步减少形成缺陷。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的刚性的差异可以为12kN/m以下，也可以为11kN/m以下。上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的刚性的差异可以为10.5kN/m以下。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载下测定的根据动态机械分析的刚性可以为51.3kN/m至57.5kN/m。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载下测定的根据动态机械分析的刚性可以为62kN/m至68kN/m。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的刚性可以为51.3kN/m至70.0kN/m，也可以为54kN/m至67kN/m。
由于上述晶片具有上述刚性的特性，因此可以适当地调节可由外力引起的变形程度来提供兼顾耐久性和加工性的晶片。
上述晶片具有在上述范围内的松弛模量、蠕变柔量及刚性，从而可以在晶片的输送、加工和处理过程等中使变形和缺陷发生最小化，且可以在作为用于制造器件的后续工艺的碳化硅外延层形成过程中显示更良好的质量。
上述晶片可以通过上述的方法切割上述碳化硅锭100来制造。
上述晶片的摇摆角与所述相同。
上述晶片的微管(Micropipe，MP)密度可以为1.5/cm2以下，也可以为1/cm2以下。
上述晶片的贯通刃状位错(Threading Edge Dislocation，TED)密度可以为10,000/cm2以下，也可以为8,000/cm2以下。
上述晶片的基底面位错(Basal Plane Dislocation，BPD)密度可以为5,000/cm2以下，也可以为3,000/cm2以下。
上述晶片的厚度可以为300μm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。
上述晶片可以为碳化硅晶片。
上述晶片可以为实质上是单晶的4H-SiC晶片。
上述晶片的直径可以为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以下。
当上述晶片满足上述缺陷密度范围时，可以提供位错缺陷较少的高质量晶片，并且当将其应用于器件时，可以制造具有优异的电学或光学特性的器件。
上述晶片的缺陷密度可以通过添加蚀刻溶液并拍摄其表面来测定，具体细节在下面的实验例中描述。
碳化硅锭制造方法
为了达到上述目的，本说明书公开的一实施例的碳化硅锭制造方法包括：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，通过控制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；及冷却步骤，通过使上述反应容器冷却以回收上述碳化硅锭。
上述碳化硅锭包括彼此相向的一面110和另一面120，定义为上部的上述一面是平面或凸面，晶片设置在上述一面下方的部分。
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的条件下测定的根据动态机械分析的松弛模量(relaxation modulus)的差异可以为450GPa以下。
在一实施例的碳化硅锭制造方法中，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。
上述准备步骤的碳化硅晶种的特征如上所述。
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彼此进行颈缩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面对。
上述准备步骤的反应容器200的热导率可以为80W/mK以上，或可以为85W/mK以上，或可以为90W/mK以上。上述反应容器的热导率可以为120W/mK以下，或可以为110W/mK以下。在上述反应容器的热导率小于80W/mK或上述反应容器的热导率大于120W/mK时，反应容器中的温度梯度变得很大或很小，从而所制造的碳化硅锭的缺陷密度数值变高，还有可能导致弹性和蠕变特性劣化。通过满足上述导热率范围的反应容器，可以制造具有优异的结晶以及改善的弹性和蠕变特性的碳化硅锭。
上述准备步骤的反应容器可以被隔热材料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装置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，也可以包括人造丝基石墨毡或沥青基石墨毡。
上述准备步骤的反应室500可以包括连接到反应室内部并用于调节反应室内部的真空度的真空排气装置700、连接到反应室内部并将气体引入到反应室内部的排管810及用于控制气体流入的质量流量控制器800。由此，可以在后续生长步骤和冷却步骤中调节惰性气体的流量。
在一实施例的碳化硅锭制造方法中，上述生长步骤是通过调节内部空间的温度、压力及气体气氛使上述原料升华，并制造在上述晶种上生长的碳化硅锭的步骤。
上述生长步骤可以通过用上述加热装置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另外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，并且可以从上述原料300向上述碳化硅晶种方向流动。从而，可以形成上述反应容器和内部空间的稳定温度梯度。
上述生长步骤的上述惰性气体的流量可以为70sccm以上，也可以为90sccm以上，还可以为100sccm以上。上述惰性气体的流量可以为330sccm以下，也可以为300sccm以下，还可以为280sccm以下。若在上述生长步骤中惰性气体的流量为70sccm以下，则用于制造锭的原料供应不顺利，有可能导致产生多晶型物并增加缺陷，若在上述生长步骤中惰性气体的流量大于330sccm，则所制造的碳化硅锭和晶片的缺陷密度会增加，且晶片的弹性和蠕变特性会降低。在上述惰性气体的流量范围内，可以有效地形成上述坩埚的温度梯度，并且可以改善所制造的锭的质量、弹性和蠕变特性。
具体而言，在上述生长步骤中的上述惰性气体可以为氩气、氦气及它们的混合气体。
在一实施例的碳化硅锭制造方法中，上述冷却步骤是在规定的冷却速率和惰性气体流速条件下冷却所生长的上述碳化硅锭100的步骤。
在上述冷却步骤中，可以以1℃/分钟至10℃/分钟的速度进行冷却，也可以以1℃/分钟至5℃/分钟的速度进行冷却。
在上述冷却步骤中，可以同时进行对上述反应容器200的内部空间压力的调节，也可以与上述冷却步骤分开进行压力调节。可以进行上述压力调节使得上述内部空间的压力最大为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，并从上述原料300向上述碳化硅晶种方向流动。
上述冷却步骤中的惰性气体流量可以为1sccm以上，也可以为50sccm以上，还可以为100sccm以上。上述惰性气体的流量可以为300sccm以下，也可以为280sccm以下，还可以为250sccm以下。若上述冷却步骤中的惰性气体的流量为1ccm以下，则在冷却时形成较大的温度梯度，因此所制造的锭有可能发生破裂，若上述冷却步骤中的惰性气体的流量大于300sccm，由于急剧的冷却，因此所制造的锭有可能发生破裂。在上述惰性气体的流量范围内，可以使在冷却时的锭质量的劣化最小化，并且可以确保良好的弹性和蠕变特性。
碳化硅锭的生长可以根据上述反应容器200的尺寸和类型以及原料的状态而不同，在生长步骤或冷却步骤中，碳化硅锭的质量也可以取决于上述反应容器内部空间的温度梯度、压力及气体流量等。在实施例中，试图通过采用最佳惰性气体流量和坩埚的热导率来制造具有优良质量的碳化硅锭。
通过上述碳化硅锭制造方法制造的碳化硅锭和从上述碳化硅锭制造的晶片的特征如上所述。
晶片的制造方法
为了达到上述目的，本说明书公开的一实施例的晶片的制造方法可以包括：研磨步骤，对通过上述碳化硅锭制造方法制造的碳化硅锭100的边缘进行研磨；及切割步骤，将研磨的上述碳化硅锭切割以制造晶片。
在上述研磨步骤中对碳化硅锭的外径进行研磨时，可以从上述碳化硅锭的最大外径向内部方向研磨截面面积的5％以上。
可以执行上述研磨步骤，使得上述碳化硅锭从上述碳化硅锭的一面110的边缘向另一面120方向、中心轴方向具有均匀的横截面。
在上述切割步骤中，上述碳化硅锭可以被切割成与上述碳化硅锭的另一面120或(0001)表面具有规定的偏离角。
上述切割步骤的偏离角如上所述。
可以执行上述切割步骤，使得上述晶片的厚度为300μm至600μm，但不限于此。
上述晶片的制造方法在上述切步割骤之后还可包括使所制造的晶片的厚度平坦化的平坦化步骤。
上述晶片的制造方法在上述切步割骤之后还可包括对所制造的晶片的边缘进行研磨的研磨步骤。
上述晶片的制造方法在上述切步割骤之后还可包括对所制造的晶片的表面进行蚀刻和抛光的表面处理步骤。
可以通过常规方法按适当的顺序进行上述平坦化步骤、研磨步骤及表面处理步骤，也可以按平坦化步骤-研磨步骤-表面处理步骤的顺序进行。
通过上述方法制造的晶片的特征如上所述。
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100的生长
如在图1中示出碳化硅锭制造装置的一例，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，将上述条件同样地应用于实施例和比较例。
将反应容器200密封，用隔热材料400包围其外部，然后在外部设有作为加热装置600的加热线圈的石英管500中设置反应容器。对上述反应容器的内部空间进行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将石英管内部的氩气流量调节成表1中的流量。在2300℃的温度和20托的压力条件下，在与碳化硅原料相向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将石英管内部的氩气流量调节成表1中的流量。
晶片制造
将冷却的上述碳化硅锭的外周面研磨成具有最大外径的95％的外径，以加工成具有均匀外径的圆柱形状，且将其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厚度的晶片样品。
晶片的缺陷密度测定
将制造的上述晶片样品切成50mm×50mm的尺寸，将其在500℃下浸入熔融氢氧化钾(KOH)中5分钟以进行蚀刻，并且通过光学显微镜等拍摄其表面上的缺陷(图4)。将蛤形凹坑分类为基底面位错(Basal Plane Dislocation，BPD)，将小六角形凹坑分类为贯通刃状位错(Threading Edge Dislocation，TED)，将大黑色六角形凹坑分类为微管(MP)。
将切割后的晶片样品中的500×500μm区域随机指定12次，确定上述每个区域中的缺陷数量，计算每单位面积的平均缺陷数量，计算缺陷密度，其结果示于表1中。
晶片的松弛模量、蠕变柔量及刚性测定
将所制造的上述晶片样品切成60mm×10mm的尺寸，并通过DMA Q800(TAinstruments公司)在25℃的温度和0.1N/分钟的加荷速率下施加的1N至18N荷载范围内进行动态机械分析(dynamic mechanical analysis，DMA)，其结果示于表2，表2的实施例1的图表示于图3至图5。
[表1]
MP：微管(Micropipe)
TED：贯通刃状位错(Threading Edge Dislocation)
BPD：基底面位错(Basal Plane Dislocation)
[表2]
参照表1和表2，生长步骤和冷却步骤的气体流量在150sccm至250sccm范围内的实施例表现出低缺陷密度和优异的松弛模量、蠕变柔量及刚性。此外，在上述实施例中，在1N和18N的荷载下分别测定的松弛模量之差异为350GPa，因此判断可以使在根据晶片的加工、输送及处理条件或时间增加的荷载条件下发生的变形和扭曲最小化。
与此相反，在生长步骤和冷却步骤的气体流量为500sccm的比较例的情况下，可以确认由于过度流量导致所制造的碳化硅锭的缺陷大大增加。
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 (15)
1.一种晶片，其特征在于，
在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的荷载下分别测定的根据动态机械分析的松弛模量的差异为450GPa以下。
2.根据权利要求1所述的晶片，其特征在于，
在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量为0.508μm2/N至0.643μm2/N。
3.根据权利要求1所述的晶片，其特征在于，
在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载下测定的上述松弛模量为1510GPa至1800GPa。
4.根据权利要求1所述的晶片，其特征在于，
在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载下测定的上述松弛模量为1800GPa至1960GPa。
5.根据权利要求1所述的晶片，其特征在于，
在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载下测定的上述松弛模量为1510GPa至1960GPa。
6.根据权利要求1所述的晶片，其特征在于，
在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载下测定的根据动态机械分析的刚性为51.3kN/m至70.0kN/m。
7.根据权利要求1所述的晶片，其特征在于，
在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N的荷载下测定的上述蠕变柔量为0.60μm2/N至0.62μm2/N。
8.根据权利要求1所述的晶片，其特征在于，
在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的18N的荷载下测定的上述蠕变柔量为0.52μm2/N至0.55μm2/N。
9.根据权利要求1所述的晶片，其特征在于，
上述晶片的直径为4英寸以上，且上述晶片由4H碳化硅制成。
10.一种晶片的制造方法，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，通过控制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，
研磨步骤，对上述碳化硅锭的边缘进行研磨，及
切割步骤，将研磨的上述碳化硅锭切割以制造晶片；
上述碳化硅锭包括彼此相向的一面和另一面，
定义为上部的上述一面是平面或凸面，
晶片设置在上述一面下方的部分，
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N和18N的条件下测定的根据动态机械分析的松弛模量的差异为450GPa以下。
11.根据权利要求10所述的晶片的制造方法，其特征在于，
上述反应容器的热导率为120W/mK以下。
12.根据权利要求10所述的晶片的制造方法，其特征在于，
上述隔热材料的气孔率为72％至95％。
13.根据权利要求10所述的晶片的制造方法，其特征在于，
上述隔热材料的压缩强度为0.2MPa以上。
14.根据权利要求10所述的晶片的制造方法，其特征在于，
上述晶片在25℃的温度下以0.1N/分钟的加荷速率施加的1N至18N中的任一种荷载条件下测定的根据动态机械分析的蠕变柔量为0.508μm2/N至0.643μm2/N。
15.根据权利要求10所述的晶片的制造方法，其特征在于，
在上述冷却步骤中的流动从上述原料向上述碳化硅晶种方向实现。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114250516A (zh) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 赛尼克公司 | 碳化硅晶片及其制造方法和半导体器件 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05221796A (ja) * | 1992-02-04 | 1993-08-31 | Sharp Corp | 炭化珪素体の製造方法 |
| CN104246023A (zh) * | 2012-04-20 | 2014-12-24 | 贰陆股份公司 | 大直径高品质的SiC单晶、方法和设备 |
| JP2015059072A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 炭化珪素単結晶ウェハ、及び炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 |
| CN105658846A (zh) * | 2014-09-30 | 2016-06-08 | 新日铁住金高新材料株式会社 | 碳化硅单晶晶片、和碳化硅单晶锭的制造方法 |
| JP2016164120A (ja) * | 2016-03-15 | 2016-09-08 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 炭化珪素単結晶ウェハ |
| CN112746317A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-05-04 | Skc株式会社 | 碳化硅晶片、碳化硅晶锭及碳化硅晶片的制备方法 |
-
2020
- 2020-10-14 CN CN202011097998.3A patent/CN113322520A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05221796A (ja) * | 1992-02-04 | 1993-08-31 | Sharp Corp | 炭化珪素体の製造方法 |
| CN104246023A (zh) * | 2012-04-20 | 2014-12-24 | 贰陆股份公司 | 大直径高品质的SiC单晶、方法和设备 |
| JP2015059072A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 炭化珪素単結晶ウェハ、及び炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 |
| CN105658846A (zh) * | 2014-09-30 | 2016-06-08 | 新日铁住金高新材料株式会社 | 碳化硅单晶晶片、和碳化硅单晶锭的制造方法 |
| JP2016164120A (ja) * | 2016-03-15 | 2016-09-08 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 炭化珪素単結晶ウェハ |
| CN112746317A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-05-04 | Skc株式会社 | 碳化硅晶片、碳化硅晶锭及碳化硅晶片的制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114250516A (zh) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 赛尼克公司 | 碳化硅晶片及其制造方法和半导体器件 |
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