CN113322521A - 晶片、外延片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及晶片、外延片及其制造方法。实施方式涉及一种晶片，包括一面和另一面，上述一面的Rsk粗糙度为‑3nm至3nm，上述一面的边缘区域的Ra粗糙度与上述一面的中心区域的Ra粗糙度之间的差异为‑2nm至2nm，上述一面的边缘区域是从上述一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域，上述一面的中心区域是从上述一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径的区域。实施方式的晶片的一面的边缘区域与中心区域之间的粗糙度偏差不大，且可以显示出低不对称性。实施方式的外延片呈现出更均匀的厚度特性，基于此，在制造半导体器件时可以提高器件的特性和成品率。

Description

晶片、外延片及其制造方法
技术领域
实施方式涉及一种晶片、外延片及其制造方法。
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，在随后的晶片加工时晶片的中心和边缘的加工程度出现差异，因此粗糙度特性可能会变化。
并且，当在从碳化硅锭切割而成的晶片上形成外延层时，晶片表面应具有良好的不对称性和粗糙度特性，并且机械损伤要最小化。如果晶片表面上的粗糙度存在差异，或不对称性高，或存在机械损伤，则外延层的质量可能劣化，并且在制造半导体器件时器件的特性或成品率可能会降低。
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设置各种组件的方法。
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得到的技术信息，不能说一定是本发明的申请之前被一般公众所公开的公知技术。
作为相关现有技术，包括在韩国公开专利公报第10-2017-0043679号中公开的“外延碳化硅晶片用碳化硅单晶基板的制造方法”。
发明内容
技术问题
实施方式的目的在于提供一种弯曲和扭曲发生较少的碳化硅锭及其制造方法。
实施方式的另一目的在于提供一种表面上的不对称性、粗糙度特性优异的晶片及其制造方法。
实施方式的再一目的在于提供一种厚度的均匀度优异的外延片及其制造方法。
解决问题的方案
为了达到上述目的，一实施例的晶片包括一面和另一面，上述一面的Rsk粗糙度为-3nm至3nm，上述一面的边缘区域的Ra粗糙度与上述一面的中心区域的Ra粗糙度之间的差异为-2nm至2nm，上述一面的边缘区域是从上述一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域，上述一面的中心区域是从上述一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径的区域。
在一实施例中，上述晶片的一面可以为在表面上出现硅原子层的Si表面。
在一实施例中，上述晶片的一面的中心区域的Ra粗糙度可以为4nm以下。
在一实施例中，上述晶片的一面的边缘区域的Ra粗糙度可以为5nm以下。
在一实施例中，上述晶片的一面的Rsk粗糙度可以为-2nm至2nm。
在一实施例中，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，一实施例的外延片包括：上述晶片；及外延层，形成在上述晶片的一面上。
上述晶片包括一面和另一面，上述一面的Rsk粗糙度为-3nm至3nm，上述一面的边缘区域的Ra粗糙度与上述一面的中心区域的Ra粗糙度之间的差异为-2nm至2nm，上述一面的边缘区域是从上述一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域，上述一面的中心区域是从上述一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径的区域。
上述晶片的一面可以为在表面上出现硅原子层的Si表面。
上述晶片的一面的中心区域的Ra粗糙度可以为4nm以下。
上述晶片的一面的边缘区域的Ra粗糙度可以为5nm以下。
上述晶片的一面的Rsk粗糙度可以为-2nm至2nm。
上述晶片可以为4英寸以上的4H碳化硅晶片。
在一实施例中，在上述外延片中，由下述式1定义的Tu可以为5％以下。
[式1]
Figure BDA0002724386070000031
在上述式1中，Tu为外延层的厚度不均匀度，Tmax为外延层的最大厚度，Tmin为外延层的最小厚度，Tavg为外延层的平均厚度。
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，冷却上述反应容器并回收上述碳化硅锭，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；其中，上述反应容器包括：隔热材料，包围外表面，加热装置，调节上述反应容器或上述内部空间的温度；上述隔热材料的密度为0.13g/cc至0.28g/cc，通过将具有不同表面粒度的多个砂轮施加到上述晶片上来进行上述加工步骤。
在一实施例中，经过上述加工步骤的晶片的一面的Rsk粗糙度为-3nm至3nm，一面的边缘区域的Ra粗糙度与一面的中心区域的Ra粗糙度之间的差异为-2nm至2nm，上述一面的边缘区域是从上述一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域，上述一面的中心区域可以是从上述一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径的区域。
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，向设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。
上述晶片可以是通过如上所述的晶片的制造方法制造的。
上述晶片的制造方法，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，冷却上述反应容器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；其中，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装置；上述隔热材料的密度为0.13g/cc至0.28g/cc；通过将具有不同表面粒度的多个砂轮施加到上述晶片上来进行上述加工步骤。
发明的效果
一实施例的晶片的一面的边缘区域与中心区域之间的粗糙度偏差不大，并显示出低不对称性。
一实施例的外延片呈现出更均匀的厚度特性，基于此，在制造半导体器件时能够提高器件的特性和成品率。
附图说明
图1为示出一实施例的晶片的一例的立体图。
图2为在一实施例的晶片的一面中示出中心区域和边缘区域的一例的示意图。
图3为示出一实施例的外延片的一例的截面的示意图。
图4为示出一实施例的碳化硅锭生长装置的一例的示意图。
附图标记说明
10：晶片
11：一面
12：另一面
13：中心区域
14：边缘区域
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结构要素组成的组中选择的一个或多个结构要素的混合或组合，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结构要素。
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，除非另有特别说明，术语“晶片”是指所谓的裸晶片。
在本说明书中，Rsk是表示以平均线(mean line)为基准的上方和下方的不对称性的量度，正数向下倾斜，负数向上倾斜，0表示对称。
当通过应用物理气相传输方法制造碳化硅晶片时，在显示出低不对称性和优异粗糙度特性的各种因素中，坩埚和隔热材料的温度梯度、晶片抛光条件等是重要的。本发明的发明人已经确认，可以通过控制这些条件来制造具有所需实施方式的特性的晶片，从而公开实施方式。
晶片10
为了达到上述目的，一实施例的晶片10包括一面11和另一面12，上述一面的Rsk粗糙度为-3nm至3nm，上述一面的边缘区域14的Ra粗糙度与上述一面的中心区域13的Ra粗糙度之间的差异为-2nm至2nm，上述一面的边缘区域是从上述一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域，上述一面的中心区域是从上述一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径的区域。
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。
上述一面11的中心区域13的Ra粗糙度可以为4nm以下，也可以为3.84nm以下，还可以为3nm以下，还可以为2.54nm以下，还可以为2nm以下，还可以为1nm以下，还可以为0.1nm以下，还可以为0.073nm以下，还可以为0.068nm以下。
上述一面11的中心区域13的Ra粗糙度可以为0.01nm以上，还可以为0.063nm以上。
上述一面11的边缘区域14的Ra粗糙度可以为5nm以下，也可以为4nm以下，还可以为3.64nm以下，还可以为2nm以下，还可以为0.94nm以下，还可以为0.54nm以下，还可以为0.24nm以下，还可以为0.068nm以下。
上述一面11的边缘区域14的Ra粗糙度可以为0.01nm以上，还可以为0.061nm以上。
上述一面11的边缘区域14的Ra粗糙度与上述一面的中心区域13的Ra粗糙度之间的差异可以为-2nm至2nm，也可以为-1.35nm至1.35nm，还可以为-1.165nm至1.165nm，还可以为-0.87nm至0.87nm，还可以为-0.007nm至0.007nm。
通过使上述一面11的中心区域13和边缘区域14的Ra粗糙度差异满足上述范围，以最小化上述一面的中心和边缘之间的不均匀程度，可以提高在后续外延生长工艺中形成的外延层的质量，在制造器件时可以提高成品率。
上述一面11的整体Ra平均粗糙度可以小于0.3nm，也可以为0.2nm以下。上述一面的整体Ra平均粗糙度可以为0.01nm以上。
当整体Ra粗糙度在上述的范围内时，可以在后续外延生长工艺中具有更优异的质量，并且可以在制造器件时提高成品率。
上述一面11的Rsk粗糙度可以为-3nm至3nm，也可以为-2nm至2nm，还可以为-1.0nm至1.0nm，还可以为-0.63nm至0.63nm，还可以为-0.037nm至0.037nm。
上述Rsk粗糙度是表示以表面的平均线(mean line)为基准的上方和下方的不对称性的量度，晶片的Rsk粗糙度值可能影响到在后续外延层形成过程中的厚度均匀性。
通过使上述一面11的Rsk粗糙度满足上述范围，以最小化上述一面的不对称性，并且可以提高在后续外延生长工艺中形成的外延层的厚度平坦度，并且可以降低如坠落(downfall)缺陷、三角(triangular)缺陷及胡萝卜(carrot)缺陷等使器件特性劣化的缺陷。
当整体Ra粗糙度本身低时，外延层的质量可以提高。然而，根据发明人的实验确认，确认即使是Ra粗糙度本身较低的样品，也会根据中心和边缘区域之间的Ra粗糙度差异多少而发生外延层的质量差异。另外，发现Rsk粗糙度的平均值也根据情况影响外延层的质量。
当上述一面11的整体Ra平均粗糙度小于0.3nm且上述一面11的边缘区域14的Ra粗糙度与上述一面的中心区域13的Ra粗糙度之间的差异为-1.165nm至1.165nm时，可以进一步提高外延层的质量。
当上述一面11的整体Ra平均粗糙度小于0.3nm且上述一面11的Rsk粗糙度为-1.0nm至1.0nm时，可以进一步提高外延层的质量。
当上述一面11的边缘区域14的Ra粗糙度与上述一面的中心区域13的Ra粗糙度之间的差异为-1.35nm至1.35nm且上述一面11的整体Ra平均粗糙度为0.2nm以下时，可以进一步提高外延层的质量。
当上述一面11的边缘区域14的Ra粗糙度与上述一面的中心区域13的Ra粗糙度之间的差异为-1.0nm至1.0nm且上述一面11的整体Ra平均粗糙度为2.5nm以下时，可以进一步提高外延层的质量。
当上述一面11的边缘区域14的Ra粗糙度与上述一面的中心区域13的Ra粗糙度之间的差异为-0.3nm至0.3nm且上述一面11的整体Ra平均粗糙度为1.4nm以下时，可以进一步提高外延层的质量。
可以通过下面将描述的实验例中记载的方法测定上述晶片10的Ra粗糙度和Rsk粗糙度。
上述晶片10相对于基准角度的摇摆角可以为-1.5°至1.5°，或可以为-1.0°至1.0°，或可以为-0.5°至0.5°，或可以为-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射线源光学角度和X射线探测器光学角度设定为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 halfmaximum，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°时，这意味着具有在通常可接受的误差范围内评估为X°的偏离角，作为实例，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°”时，这意味着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应用的晶片中，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10的直径可以为12英寸以下，也可以为10英寸以下，还可以为8英寸以下。
可以通过下面将描述的晶片的制造方法制造上述晶片10。
外延片20
为了达到上述目的，一实施例的外延片20包括：上述晶片10；及外延层15，形成在上述晶片的一面上。
在上述外延层中，由下述式1定义的Tu(单位：％)可以为5％以下。
[式1]
Figure BDA0002724386070000101
在上述式1中，Tu为外延层的厚度不均匀度，Tmax为外延层的最大厚度，Tmin为外延层的最小厚度，Tavg为外延层的平均厚度。
作为上述外延层的平均厚度的Tavg可以为以上述外延层的最大厚度和最小厚度为基准的平均值。
上述Tu表示上述外延层15的厚度不均匀度，可以为5％以下，也可以为4.5％以下，还可以为4％以下。上述Tu可以为2％以下，也可以为1.5％以下，还可以为0％以上。
上述Tu值可能受到上述晶片10的一面11的上述边缘区域14和上述中心区域13的Ra粗糙度差异和上述晶片的一面的Rsk粗糙度值的差的影响，在实施方式中，可以通过将上述粗糙度差异和Rsk粗糙度控制为特定范围内来使上述Tu为规定值以下。
满足上述Tu值的外延片20可以表现出良好的质量和均匀的厚度特性，并且可以表现出改善的器件特性和成品率。
上述外延层15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可以实质上可由碳化硅制成。
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。
可以通过下面将描述的外延片的制造方法制造上述外延片20。
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，冷却上述反应容器并回收上述碳化硅锭，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：隔热材料，包围外表面，加热装置，调节上述反应容器或上述内部空间的温度；上述隔热材料的密度为0.13g/cc至0.28g/cc，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0.13g/cc以上，也可以为0.138g/cc以上，还可以为0.168g/cc以上，还可以为0.17g/cc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Ra和Rsk粗糙度特性。
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，可以在后续生长步骤和冷却步骤中调节惰性气体的流量。
上述生长步骤是通过调节上述内部空间的温度、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。
上述生长步骤可以在2000℃至2600℃的温度和1托至200托的压力条件下进行，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、氦气及其混合气体。
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。
在上述冷却步骤之后回收的碳化硅锭100中，生长的末端(生长表面置于顶部时的最高点)的高度与边缘的高度之间的差可以为-1mm以上，也可以为0.1mm以上，还可以为1mm以上。上述高度的差可以为12mm以下，也可以为10mm以下，还可以为9mm以下。上述高度差可以通过高度计测定从回收的上述碳化硅锭的正面起的生长末端的凸出部的最大高度和上述碳化硅锭的边缘的高度中最大高度来计算。
若从上述碳化硅锭的生长的末端的高度减去边缘的高度而获得的值是小于-1mm的负数，则可能会发生多态性，导致锭的质量下降，若超过12mm，则导致成品率降低或锭发生开裂的可能性增加。
本发明的发明人将通过从锭的生长的末端的高度减去边缘的高度而获得的上述值用作质量评价的标准之一，在该过程中，确认了发生从锭的生长的末端的高度减去边缘的高度而获得的值相似但质量不同的晶片或外延片样品。
另外，已确认从锭的生长的末端的高度(中心)减去边缘的高度(外围)而获得的值越小，或者该值越接近0，对晶片、外延片样品质量的影响越大。
此外，确认了如果晶片的一面的边缘区域的Ra粗糙度和一面的中心区域的Ra粗糙度之间的差异、Rsk粗糙度等在实施方式的范围内，就可以生产更高质量的晶片。
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。用于上述轮磨的磨料可以为金刚石磨料，并且该磨料的表面粒度可以为500目(mesh)至10000目。
通过上述加工步骤的对厚度进行平坦化的过程，减少在上述切割步骤中施加于晶片的损伤和应力，并且使晶片平坦。
在上述加工步骤的抛光表面过程还可包括湿蚀刻步骤。
可以通过将具有不同表面粒度的多个砂轮施加到上述晶片表面上来执行上述加工步骤的抛光表面过程，并且还可以通过施加上述砂轮来对晶片的另一面进行抛光，一面和另一面可以以同样的方式进行。
上述加工步骤的抛光表面过程具体包括：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。
上述加工步骤的抛光表面过程可以以使上述砂轮和晶片向相反方向旋转的方式进行。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。
在上述加工步骤的抛光表面过程中，可以进一步进行化学机械抛光(chemicalmechanical polishing，CMP)。
上述化学机械抛光工艺可以通过一边将磨料颗粒的浆液施加到旋转平板上一边使固定在旋转的抛光头上的晶片以预定压力接触来实现。
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。
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，向设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，并根据化学气相沉积法在上述晶片的一面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，首先将晶片设置在生长容器中，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中的至少一种，并且硅基气体可以是选自SiH4、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl及Si2H6中的至少一种。
在上述生长步骤中，通过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，进行室温冷却后排气，将惰性气体加压至大气压后，能够回收外延片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。
上述外延片20的特征与上述描述相同。
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。
碳化硅锭的制造
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，碳化硅晶种适用6英寸的4H-SiC晶体，并且以常规方式固定碳化硅晶种使得C表面((000-1)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装置600的加热线圈的石英管500内设置反应容器。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调节石英管内部的氩气流量。
晶片制造
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，并制造具有360μm厚度的晶片。
通过平坦化工艺将所制造的上述晶片的厚度平坦化，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，在添加锰基浆料的同时，以200rpm旋转平板且以197rpm旋转抛光头，在5psi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。
晶片样品的粗糙度测定
从在上述晶片制造过程中制造的晶片的Si表面即一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域(10mm至24mm的区域)中切割了10×10mm2的晶片样品，并且在从上述晶片一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径(7.05mm)的区域中切割了10×10mm2的晶片样品。使用AFM仪器XE-150(Park Systems公司)测定上述晶片样品的任意五个区域(5×5μm2)的Ra、上述晶片整体的Ra和Rsk粗糙度，其结果示于表1。
[表1]
Figure BDA0002724386070000181
参照表1，隔热材料的密度在0.13至0.28g/cc范围内的实施例的中心区域与边缘区域之间的Ra粗糙度差的绝对值为2nm以下，Rsk粗糙度的绝对值为3nm以下，一部分的整体Ra平均粗糙度小于0.3nm，由此可知晶片的不对称性良好，且呈现优异的Ra粗糙度差和良好的整体Ra粗糙度。
外延片制造
将在上述晶片制造中制造的晶片设置在生长容器内。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，冷却至室温后排气，将惰性气体加压至大气压，然后回收外延晶片。
外延片的外延层厚度不均匀度测定
测定回收的上述外延晶片的最大厚度和最小厚度，并计算根据以下等式1的不均匀度，其结果示于表2。
[式1]
Figure BDA0002724386070000191
在上述式1中，Tu为外延层的厚度不均匀度，Tmax为外延层的最大厚度，Tmin为外延层的最小厚度，Tavg为外延层的平均厚度。
[表2]
Figure BDA0002724386070000192
参照表1和表2，一面的中心区域与边缘区域之间的Ra粗糙度差的绝对值为2nm以下，且Rsk粗糙度的绝对值为3nm以下的实施例的晶片，在一面上形成外延层的结果，厚度不均匀度为5％以下，从而确认到制造出了优异质量的外延片。
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 (13)

1.一种外延片，其特征在于，
包括：
晶片，及
外延层，形成在上述晶片的一面上；
上述晶片包括一面和另一面，
上述一面的Rsk粗糙度为-3nm至3nm，
上述一面的边缘区域的Ra粗糙度与上述一面的中心区域的Ra粗糙度之间的差异为-2nm至2nm，
上述一面的边缘区域是从上述一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域，
上述一面的中心区域是从上述一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径的区域。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，
由下述式1定义的Tu为5％以下：
[式1]
Figure FDA0002724386060000011
在上述式1中，Tu为外延层的厚度不均匀度，Tmax为外延层的最大厚度，Tmin为外延层的最小厚度，Tavg为外延层的平均厚度。
3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，
上述一面为在表面上出现硅原子层的Si表面。
4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，
上述一面的中心区域的Ra粗糙度为4nm以下。
5.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，
上述一面的边缘区域的Ra粗糙度为5nm以下。
6.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，
上述一面的Rsk粗糙度为-2nm至2nm。
7.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，
上述晶片为4英寸以上的4H碳化硅晶片。
8.一种晶片，其特征在于，
包括一面和另一面，
上述一面的Rsk粗糙度为-3nm至3nm，
上述一面的边缘区域的Ra粗糙度与上述一面的中心区域的Ra粗糙度之间的差异为-2nm至2nm，
上述一面的边缘区域是从上述一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域，
上述一面的中心区域是从上述一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径的区域。
9.根据权利要求8所述的晶片，其特征在于，
上述一面为在表面上出现硅原子层的Si表面。
10.根据权利要求8所述的晶片，其特征在于，
上述一面的中心区域的Ra粗糙度为4nm以下，
上述一面的边缘区域的Ra粗糙度为5nm以下。
11.根据权利要求8所述的晶片，其特征在于，
上述一面的Rsk粗糙度为-2nm至2nm。
12.一种外延片的制造方法，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，冷却上述反应容器并回收上述碳化硅锭，
切割步骤，将所回收的上述碳化硅锭切割以制造晶片，
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，及
生长步骤，向设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；
上述反应容器包括：
隔热材料，包围外表面，
加热装置，调节上述反应容器或上述内部空间的温度；
上述隔热材料的密度为0.13g/cc至0.28g/cc，
通过将具有不同表面粒度的多个砂轮施加到上述晶片上来进行上述加工步骤，
经过上述加工步骤的晶片的一面的Rsk粗糙度为-3nm至3nm，
一面的边缘区域的Ra粗糙度与一面的中心区域的Ra粗糙度之间的差异为-2nm至2nm，
上述一面的边缘区域是从上述一面的边缘向中心方向的距离相对于上述晶片的半径为13.3％至32.1％的区域，
上述一面的中心区域是从上述一面的中心相对于上述晶片的半径具有9.4％的半径的区域。
13.根据权利要求12所述的外延片的制造方法，其特征在于，
在上述外延片中，由下述式1定义的Tu为5％以下：
[式1]
Figure FDA0002724386060000031
在上述式1中，Tu为外延层的厚度不均匀度，Tmax为外延层的最大厚度，Tmin为外延层的最小厚度，Tavg为外延层的平均厚度。
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