KR102434780B1 - 탄화규소 웨이퍼 및 반도체 소자 - Google Patents

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Abstract

구현예는 일면 및 이의 반대면인 타면을 포함하는 탄화규소 웨이퍼로, 상기 일면의 평균 Rmax 조도는 2.0 nm 이하이고, 상기 일면의 평균 Ra 조도는 0.1 nm 이하이고, 가장자리 영역은, 상기 탄화규소 웨이퍼의 가장자리로부터 중심 방향으로 향한 거리가 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 5 % 내지 75 %인 영역이고, 중심 영역은, 상기 탄화규소 웨이퍼의 중심에서 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 25 %의 반경을 갖는 영역이고, 상기 일면의 가장자리 영역의 평균 Rmax 조도와, 상기 일면의 중심 영역의 평균 Rmax 조도와의 차이가 0.01 nm 내지 0.5 nm인 탄화규소 웨이퍼와, 이를 적용한 반도체 소자에 관한 것이다.

Description

탄화규소 웨이퍼 및 반도체 소자{SILICON CARBIDE WAFER AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
구현예는 탄화규소 웨이퍼 및 이를 적용한 반도체 소자에 관한 것이다.
탄화규소는 내열성 및 기계적 강도가 우수하고, 물리적, 화학적으로 안정적이므로, 반도체 재료로 주목받고 있다. 최근에, 고전력 소자 등의 기판으로 탄화규소 단결정 기판의 수요가 높아지고 있다.
이러한 탄화규소 단결정을 제조하는 방법으로, 액상 증착법(Liquid Phase Epitaxy; LPE), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT) 등이 있다. 그 중 물리적 기상 수송법은 도가니 내에 탄화규소 원료를 장입하고, 도가니 상단에는 탄화규소 단결정으로 이루어진 종자정을 배치한 다음 도가니를 유도가열 방식으로 가열하여 원료를 승화시켜, 종자정 상에 탄화규소 단결정을 성장시키는 방법이다.
물리적 기상 수송법은 높은 성장률을 가짐으로써 잉곳 형태의 탄화규소를 제작할 수 있어 가장 널리 이용되고 있다. 다만, 도가니의 유도가열 시 도가니 및 단열재의 특성, 공정 조건 등에 따라 도가니에 흐르는 전류밀도가 변화하고, 도가니 내부 온도 분포 또한 변화하여, 제조되는 탄화규소 잉곳의 휨 및 뒤틀림이 발생할 수 있다. 이러한 휨 및 뒤틀림이 발생하면, 후속 웨이퍼 가공 시 웨이퍼의 중앙과 가장자리의 가공 정도에 차이가 나타나고, 그로 인하여 조도 특성, 광학적 특성 등이 달라질 수 있다.
탄화규소 잉곳으로부터 절단된 웨이퍼에 에피택셜 층을 형성할 시, 제조수율은 탄화규소 웨이퍼의 표면 조도 특성과 더불어, 광학적 특성에 영향을 받을 수 있다. 탄화규소 웨이퍼 상의 표면 상의 조도 차이가 있거나, 광학적 특성에 문제가 있다면 에피택셜 층의 품질이 저하되고, 반도체 소자 제조 시 소자의 특성이나 수율이 저하될 우려가 있다.
따라서, 탄화규소 웨이퍼로부터 제조되는 반도체 소자의 성능 및 제조수율 향상을 위해 탄화규소 잉곳 제조 및 탄화규소 웨이퍼 제조 시 여러 특성들을 만족할 수 있는 방안에 대해 고려할 필요가 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 구현예의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
관련 선행기술로, 한국 공개특허공보 제10-2018-0016585호에 개시된 "에피택셜 탄화규소 단결정 웨이퍼의 제조 방법", 한국 등록특허공보 제10-0675216호에 개시된 "헤이즈 측정 방법 및 그 장치" 등이 있다.
구현예의 목적은 양호한 조도특성과 광학적 특성을 만족하는 탄화규소 웨이퍼를 제공하는 데 있다.
구현예의 다른 목적은 소자 제조 시 향상된 제조수율을 나타내는 탄화규소 웨이퍼를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼는,
일면 및 이의 반대면인 타면을 포함하는 탄화규소 웨이퍼로,
상기 일면의 평균 Rmax 조도는 2.0 nm 이하이고,
상기 일면의 평균 Ra 조도는 0.1 nm 이하이고,
가장자리 영역은, 상기 탄화규소 웨이퍼의 가장자리로부터 중심 방향으로 향한 거리가 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 5 % 내지 75 %인 영역이고,
중심 영역은, 상기 탄화규소 웨이퍼의 중심에서 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 25 %의 반경을 갖는 영역이고,
상기 일면의 가장자리 영역의 평균 Rmax 조도와, 상기 일면의 중심 영역의 평균 Rmax 조도와의 차이가 0.01 nm 내지 0.5 nm일 수 있다.
일 구현예에 있어서, D65 표준광원에 대한 전광선 투과율이 10 % 내지 40 %일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 일면의 평균 Rmax 조도는 1.5 nm 이하일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 일면의 가장자리 영역의 평균 Ra 조도와, 상기 일면의 중심 영역의 평균 Ra 조도와의 차이가 0.08 nm 이하일 수 있다.
일 구현예에 있어서, D65 표준광원에 대한 헤이즈가 0.3 % 내지 0.5 %일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 웨이퍼의 평균 Ra 조도가 0.07 nm 이하일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 일면은 표면에 탄소 원자 대비 규소 원자 층이 더욱 노출되는 Si면일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 웨이퍼는 직경이 4 인치 이상이고, 4H-탄화규소를 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 에피택셜 웨이퍼는,
상기에 따른 탄화규소 웨이퍼; 및
상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 형성된 에피택셜 층;을 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 반도체 소자는,
상기에 따른 탄화규소 웨이퍼;
상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층;
상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 탄화규소 웨이퍼와 반대쪽에 배치된 배리어 영역;
상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극; 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극; 및
상기 탄화규소 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극;을 포함할 수 있다.
구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼는 표면의 거의 모든 영역에서 조도 특성 및 광학적 특성이 우수하고, 고른 품질을 나타낼 수 있다.
구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼는 에피택셜 층 및 소자 제조 시 소자 특성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 일례를 나타낸 개념도.
도 2는 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 나타낸 개념도.
도 3은 탄화규소 잉곳 제조장치 반응용기의 내부공간의 일레를 나타낸 개념도.
도 4는 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼 제조과정에서 시간 대비 온도, 압력, 아르곤 가스 압력의 추이를 나타낸 그래프.
도 5는 실험예에서 실시예 1, 2(Example 1, 2) 및 비교예 1, 2(C.Example 1, 2)의 조도 측정 시 표면을 원자력간 현미경을 통해 촬영한 사진.
도 6은 실험예에서 실시예 1, 2(Example 1, 2) 및 비교예 1, 2(C.Example 1, 2)의 에피택셜 층 형성 시 수율을 나타낸 개념도.
도 7은 구현예에 따른 반도체 소자의 일례를 나타낸 개념도.
이하, 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하나 이상의 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 직접 맞닿게 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
본 명세서에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
탄화규소 웨이퍼(10)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼(10)는,
일면(11) 및 이의 반대면인 타면(12)을 포함하는 탄화규소 웨이퍼로,
상기 일면의 평균 Rmax 조도는 2.0 nm 이하이고,
상기 일면의 평균 Ra 조도는 0.1 nm 이하이고,
가장자리 영역은, 상기 탄화규소 웨이퍼의 가장자리로부터 중심 방향으로 향한 거리가 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 5 % 내지 75 %인 영역이고,
중심 영역은, 상기 탄화규소 웨이퍼의 중심에서 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 25 %의 반경을 갖는 영역이고,
상기 일면의 가장자리 영역의 평균 Rmax 조도와, 상기 일면의 중심 영역의 평균 Rmax 조도와의 차이가 0.01 nm 내지 0.5 nm일 수 있다.
Rmax 조도(Maximum peak to valley height)는 측정물의 표면 조도곡선의 일정 길이 내에서, 조도곡선의 중심선(기준선)에 평행하고 그 조도곡선의 가장 낮은 최저점(valley)과 가장 높은 최고점(peak)을 각각 지나는 두 평행선간의 상하 거리를 나타낸다.
구현예에서는 탄화규소 웨이퍼 기반으로 에피택셜 웨이퍼 및 소자 등을 제조할 시 이 Rmax 조도, Ra 조도가 소자 제조수율과 연관성이 있다는 것을 파악하고, 소정 Rmax 조도, Ra 조도 조건을 만족하는 탄화규소 웨이퍼를 제공하고자 하였다.
한편, 전광선 투과율(total transmittance, Tt)은 빛이 어느 물질의 내부를 통과할 때, 평행투과율(Tp)과 확산투과율(Td)의 합을 나타낸다. 그리고 헤이즈(haze)란, 빛이 어느 물질의 내부를 통과할 때, 물질 종류 및 상태에 따라서 반사나 흡수 이외에 빛이 확산되어 불투명한 외관을 나타내는 현상을 말한다. 헤이즈는 확산 투과율과 전광선 투과율을 측정하여 식 1과 같이 그 비율로 계산할 수 있다.
[식 1]
H = Td/(Tt×100)
(상기 식 1에서, H는 헤이즈이고, Td는 확산 투과율이고, Tt는 전광선 투과율이다.)
구현예에서는 탄화규소 웨이퍼 기반으로 에피택셜 웨이퍼 및 소자 등을 제조할 시 광학적 특성인 이 전광선 투과율, 헤이즈 값이 소자 제조수율과 연관성이 있다는 것을 파악하고, 소정 전광선 투과율, 헤이즈 값을 만족하는 탄화규소 웨이퍼를 제공하고자 하였다. 구체적인 측정과정은 하기 실험예에 기재하였다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 D65 표준광원에 대한 헤이즈가 0.3 % 내지 0.5 %일 수 있고, 0.3 % 내지 0.4 %일 수 있으며, 0.34 % 내지 0.37 %일 수 있다. 상기 헤이즈 범위의 상한을 초과하는 경우, 에피택셜 웨이퍼 및 소자를 제조할 시 불량률이 높아질 우려가 있다. 상기의 헤이즈 범위를 만족함으로, 피트 형상의 결함을 방지하도록 하고, 에피택셜 웨이퍼 및 소자를 제조할 시 제조수율을 향상시킬 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 D65 표준광원에 대한 전광선 투과율이 10 % 내지 40 %일 수 있고, 15 % 내지 35 %일 수 있으며, 20 % 내지 30 %일 수 있다. 이러한 전광선 투과율 범위를 가질 경우, 양호한 탄화규소 웨이퍼 품질을 나타낼 수 있다.
상기 D65 표준광원은 색 온도가 6504K에 근사한 주광에 해당한다.
도 1을 참조하면, 상기 일면(11)은 타 원자 대비 주로 규소 원자가 표면에 더 많이 나타나는 소위 Si면이고, 상기 일면의 반대면인 타면(12)은 타 원자 대비 주로 탄소 원자가 표면에 나타나는 소위 C면이다. 탄화규소 웨이퍼를 제조하기 위해 탄화규소 잉곳으로부터 절단가공 시, 탄화규소 잉곳에서 탄소 원자의 층과 규소 원자의 층의 경계면 또는 이와 평행한 방향으로 절단되기 쉽고, 이에 따라 탄소 원자가 주로 노출되는 면과 규소 원자가 주로 노출되는 면이 절단면 상에 나타날 수 있다.
상기 일면(11)의 중심은 상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 형상이 원형 또는 타원형일 경우, 원 또는 타원의 중심에 해당할 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 웨이퍼의 일부에 플랫 존(flat zone), 노치(notch) 등이 형성되어 있을 수 있다.
상기 일면(11)의 평균 Rmax 조도는 2.0 nm 이하일 수 있고, 1.5 nm 이하일 수 있으며, 1.1 nm 이하일 수 있다. 상기 일면의 평균 Rmax 조도는 0.1 nm 이상일 수 있다. 이러한 Rmax 조도 범위를 만족하는 탄화규소 웨이퍼는 표면에서 최저점과 최고점과의 높이차가 양호하고, 후속 에피택셜 성장 공정 및 소자 제조 시 높은 수율을 기대할 수 있다.
상기 일면(11)의 상기 가장자리 영역의 평균 Rmax 조도와, 상기 일면의 상기 중심 영역의 평균 Rmax 조도와의 차이가 0.01 nm 내지 0.5 nm일 수 있고, 0.1 nm 내지 0.3 nm일 수 있다. 이렇게 상기 가장자리 영역과 중심 영역 간 Rmax 조도 차이 범위를 가질 경우 탄화규소 웨이퍼의 주요 영역에서 낮은 비대칭도를 나타낼 수 있고, 후속 공정에서 형성되는 에피택셜 층의 두께 평탄도를 높일 수 있으며, 양호한 소자 제조수율을 나타낼 수 있다.
상기 일면(11)의 Rmax 조도 측정 시 최저점(valley)은 기준선(중심선) 대비 -1.0 nm 이상일 수 있고, -0.8 nm 이상일 수 있다. 상기 일면의 Rmax 조도 측정 시 최고점(peak)은 기준선 대비 1 nm 이하일 수 있고, 0.57 nm 이하일 수 있다. 상기 기준선(중심선)은 후술하는 실험예에 기재된 바와 같이 조도 측정 장비를 통해 정의될 수 있다.
상기 일면(11)의 평균 Ra 조도는 0.1 nm 이하일 수 있고, 0.08 nm 이하일 수 있고, 0.07 nm 이하일 수 있으며, 0.05 nm 이하일 수 있다. 상기 일면의 평균 Ra 조도는 0.01 nm 이상일 수 있다.
상기 일면(11)의 가장자리 영역의 평균 Ra 조도는 0.1 nm 이하일 수 있고, 0.08 nm 이하일 수 있고, 0.07 nm 이하일 수 있다. 상기 일면의 가장자리 영역의 평균 Ra 조도는 0.01 nm 이상일 수 있다.
상기 일면(11)의 중심 영역의 평균 Ra 조도는 1 nm 이하일 수 있고, 0.07 nm 이하일 수 있다.
이러한 Ra 조도 범위를 만족하는 탄화규소 웨이퍼는 후속 에피택셜 성장 공정에서 양호한 품질을 가질 수 있고, 소자 제조 시 수율 향상을 기대할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 Ra 조도 및 Rmax 조도 측정은 후술하는 실험예에 기재된 방법이 적용될 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 고분해능 엑스선 회절 분석에 따른 로킹 커브의 반치전폭이 0.01 °내지 0.5 °일 수 있고, 0.02 ° 내지 0.4 °일 수 있으며, 0.1 ° 내지 0.4 °일 수 있다. 이러한 특징을 갖는 탄화규소 웨이퍼는 우수한 결정질 특성을 가질 수 있고, 후속 공정을 통해 제조되는 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 로킹 커브는 고분해능 엑스선 회절 분석 시스템(HR-XRD system)을 적용하여 상기 탄화규소 웨이퍼의 [11-20] 방향을 엑스선 경로에 맞추고, 엑스선 소스와 엑스선 검출기 각도를 2θ(35 ° 내지 36 °)로 설정한 후 탄화규소 웨이퍼의 오프 각에 맞추어 오메가(ω, 또는 쎄타 θ, 엑스선 검출기) 각도를 조절하여 로킹 커브를 측정하고, 로킹 커브의 반치전폭 값을 통해 결정성을 평가한다. 구체적으로, 탄화규소 잉곳의 (0001)면에 대해 0 ° 내지 10 °의 범위에서 선택된 각도인 오프각을 적용한 탄화규소 웨이퍼들 중, 오프각이 0 ° 일 경우, 오메가 각도는 17.8111 °이고, 오프각이 4 ° 일 경우, 오메가 각도는 13.811 °, 그리고 오프각이 8 °일 경우, 오메가 각도는 9.8111 ° 이다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 두께는 150 ㎛ 내지 900 ㎛일 수 있고, 반도체 소자에 적용될 수 있는 적절한 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 다형 혼입이 최소화된 실질적으로 단결정인 4H-탄화규소 구조를 포함할 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 직경은 4 인치 이상일 수 있고, 5 인치 이상일 수 있으며, 6 인치 이상일 수 있다. 상기 웨이퍼의 직경은 12 인치 이하일 수 있고, 10 인치 이하일 수 있으며, 8 인치 이하일 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 후술하는 탄화규소 웨이퍼 제조방법을 통해 제조될 수 있다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 표면에 에피택셜 층을 형성하기 이전의 것일 수 있다. 예시적으로, 상기 탄화규소 웨이퍼는 탄화규소 잉곳으로부터 절단된 후, 평탄화 가공 및 화학적 기계적 연마과정을 거치기 전의 것일 수 있다.
탄화규소 웨이퍼의 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 탄화규소 웨이퍼의 제조방법은,
내부공간을 갖는 반응용기(200)에 원료(300)와 탄화규소 종자정(110)을 이격 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력 및 분위기를 조절하여 상기 원료를 승화시키고, 상기 탄화규소 종자정으로부터 성장된 탄화규소 잉곳(100)을 마련하는 성장단계; 및
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계; 및
상기 회수된 탄화규소 잉곳을 절단하여 탄화규소 웨이퍼를 마련하는 절단단계;를 포함하고,
상기 반응용기의 외면을 둘러싸는 단열재(400)와, 상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열부(600)를 포함하고,
상기 성장단계는, 상기 내부공간을 상온에서 제1온도까지 승온시키는 승온과정; 제1온도에서 제2온도까지 승온시키는 제1성장과정; 및 상기 제2온도를 유지하는 제2성장과정;을 포함하여 탄화규소 잉곳을 마련하고,
상기 제1온도는 상기 내부공간의 감압이 시작되는 온도이고,
상기 제2온도는 상기 내부공간의 감압이 완료되어 상기 감압된 압력 하에서 탄화규소 잉곳의 성장을 유도하는 온도이고,
온도차는 상기 내부공간의 상부온도 및 하부온도의 차이이고,
상기 제2온도에서 상기 온도차는 160 ℃ 내지 240 ℃이다.
상기 준비단계는 내부공간을 갖는 반응용기(200)에 원료(300)와 탄화규소 종자정(110)이 서로 마주보도록 이격 배치한다.
상기 탄화규소 웨이퍼의 제조방법에서, 탄화규소 잉곳의 제조는 도 2에 도시된 장치 등을 통해 진행될 수 있다.
상기 준비단계의 탄화규소 종자정은 목적으로 하는 웨이퍼에 따라 적절한 크기의 것이 적용될 수 있고, 상기 탄화규소 종자정의 C면((000-1)면)이 상기 원료(300) 방향으로 향하도록 할 수 있다.
상기 탄화규소 종자정(110)은 4 인치 이상의 4H 탄화규소를 포함할 수 있고, 6 인치 이상의 4H 탄화규소를 포함할 수 있으며, 8 인치 이상의 4H 탄화규소를 포함할 수 있다. 상기 탄화규소 종자정은 12 인치 이하일 수 있다.
상기 원료(300)는 탄소원과 규소원을 갖는 분말 형태가 적용될 수 있고, 상기 분말이 서로 네킹 처리된 원료 또는 표면을 탄화 처리한 탄화규소 분말 등이 적용될 수 있다.
상기 반응용기(200)는 탄화규소 잉곳 성장반응에 적절한 용기라면 적용될 수 있고, 구체적으로 흑연 도가니가 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응용기는 내부공간과 개구부를 포함하는 본체(210) 및 상기 개구부와 대응되어 상기 내부공간을 형성하는 덮개(220)를 포함할 수 있다. 상기 도가니 덮개는 상기 도가니 덮개와 일체로 또는 별도로 종자정 홀더를 더 포함할 수 있고, 상기 종자정 홀더를 통해 탄화규소 종자정과 원료가 마주보도록, 탄화규소 종자정을 고정할 수 있다.
상기 반응용기(200)는 단열재(400)에 둘러싸여 고정될 수 있고, 석영관과 같은 반응챔버(500) 내에 상기 반응용기를 둘러싼 단열재가 위치할 수 있다. 상기 단열재 및 반응챔버 외부에 가열부(600)가 구비되어 상기 반응용기의 내부공간의 온도를 제어할 수 있다.
상기 단열재(400)는 비저항이 8×10-3 Ωm 이하일 수 있고, 5×10-3 Ωm 이하일 수 있으며, 3.1×10-3 Ωm일 수 있다. 상기 단열재는 비저항이 1×10-4 Ωm 이상일 수 있고, 2.5×10-4 Ωm 이상일 수 있으며, 1.0×10-4 Ωm 이상일 수 있다. 이러한 비저항을 갖는 단열재를 적용하는 경우 성장되는 탄화규소 잉곳의 결함 발생을 보다 감소시킬 수 있다.
상기 단열재(400)는 기공도가 72 % 내지 95 %일 수 있고, 75 % 내지 93 %일 수 있으며, 80 % 내지 91 %일 수 있다. 상기 기공도를 만족하는 단열재를 적용하는 경우 성장되는 탄화규소 잉곳의 결함 발생을 보다 감소시킬 수 있다.
상기 단열재(400)는 탄소계 펠트를 포함할 수 있고, 구체적으로 흑연 펠트를 포함할 수 있으며, 레이온계 흑연 펠트 또는 피치계 흑연 펠트를 포함할 수 있다.
상기 단열재(400)의 밀도는 0.14 g/cc 내지 0.28 g/cc일 수 있고, 0.15 g/cc 내지 0.17 g/cc일 수 있다. 이러한 밀도를 갖는 단열재를 적용하는 경우 고품질의 탄화규소 잉곳을 성장시킬 수 있다.
상기 반응챔버(500)는 반응챔버 내부와 연결되며 반응챔버 내부의 진공도를 조절하는 진공배기장치(700), 반응챔버 내부와 연결되며 반응챔버 내부에 기체를 유입시키는 배관(810) 및 기체 유입을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러(800)를 포함할 수 있다. 이들을 통해, 후속 성장단계 및 냉각단계에서 불활성기체의 유량을 조절할 수 있도록 한다.
상기 성장단계는 상기 가열부(600)에 의해 상기 반응용기(200) 및 상기 반응용기의 내부공간을 가열하여 진행될 수 있고, 상기 가열과 동시에 또는 별도로 내부공간을 감압하여 진공도를 조절하고, 불활성 기체를 주입하며 탄화규소 잉곳의 성장을 유도할 수 있다.
상기 가열부(600)는 상기 반응용기(200)의 상하 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있고, 이에 따라 반응용기와 가열부 간 상대적인 위치가 변경될 수 있으며, 상기 내부공간의 상부(230)와 상기 내부공간의 하부(240)에 온도차를 가할 수 있다. 구체적으로 상기 내부공간의 상부의 탄화규소 종자정(110) 및 하부의 원료(300)에 온도차를 가할 수 있다.
상기 가열부(600)는 상기 반응용기(200) 또는 반응용기를 둘러싼 단열재(400)의 외주면을 따라 나선형의 코일로 형성될 수 있다.
상기 성장단계는 도 4를 참조하면, 상기 내부공간을 상온에서 제1온도까지 승온시키는 승온과정(Sb); 제1온도에서 제2온도까지 승온시키는 제1성장과정(S1); 및 상기 제2온도를 유지하는 제2성장과정(S2);을 포함하여 탄화규소 잉곳을 마련할 수 있다.
상기 성장단계 이전, 대기 상태의 내부공간을 감압하는 감압과정(Sa)을 포함할 수 있다.
상기 제1온도까지의 승온은 3 ℃/min 내지 13 ℃/min의 속도로 진행될 수 있고, 5 ℃/min 내지 11 ℃/min의 속도로 진행될 수 있다. 상기 사전성장 시작온도까지의 승온은 7 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 진행될 수 있다.
상기 감압과정(Sa)은 상기 내부공간의 압력이 10 torr 이하, 5 torr 이하가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 승온과정(Sb)은 상기 내부공간의 압력이 500 torr 내지 800 torr가 되도록 아르곤, 질소 등의 불활성 가스를 주입하여 이루어질 수 있고, 1 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 상기 내부공간의 하부가 1500 ℃ 내지 1700 ℃의 온도가 되도록 승온이 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 성장단계에서 내부공간의 상부(230)는 탄화규소 종자정(110)의 표면에 해당하는 위치일 수 있고, 내부공간의 하부(240)는 원료(300)의 표면에 해당하는 위치일 수 있다.
상기 제1온도는 상기 원료(300)의 승화가 일부 시작되는 온도로, 도 4의 점선 영역에 표시한 바와 같이 성장단계 이전 상기 승온과정(Sb)을 거친 온도일 수 있고, 상기 승온과정의 불활성 가스 주입 이후 내부공간의 감압이 시작되는 온도일 수 있다. 구체적으로 상기 내부공간의 하부(240)를 기준으로 1500 ℃ 내지 1700 ℃일 수 있으며, 1600 ℃ 내지 1640 ℃일 수 있다.
상기 제1온도는 상기 내부공간의 상부(230)를 기준으로 1450 ℃ 내지 1650 ℃일 수 있고, 1550 ℃ 내지 1587 ℃일 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 제1온도에서 상기 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부(240)의 온도차가 40 ℃ 내지 60 ℃일 수 있고, 50 ℃ 내지 55 ℃일 수 있다.
상기 제2온도는 본격적으로 상기 원료(300)의 승화가 진행되는 온도로, 도 4의 점선 영역에 표시한 바와 같이 상기 제1성장과정의 승온이 이루어진 온도일 수 있고, 상기 내부공간의 감압이 완료되어 상기 감압된 압력 하에서 탄화규소 잉곳의 성장을 유도하는 온도일 수 있다. 또한, 상기 제2온도에서 상기 감압된 압력 대비 ±10 % 이내로 압력을 변경하면서 탄화규소 잉곳의 성장을 유도할 수 있다.
상기 제2온도는 내부공간의 하부(240)를 기준으로 2100 ℃ 내지 2500 ℃일 수 있으며, 2200 ℃ 내지 2400 ℃일 수 있다.
상기 제2온도는 상기 내부공간의 상부(230)를 기준으로 1900 ℃ 내지 2300 ℃일 수 있고, 2100 ℃ 내지 2250 ℃일 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 제2온도에서 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부(240)의 온도차가 160 ℃ 내지 240 ℃일 수 있고, 180 내지 220일 수 있다. 상기 온도차는 196 ℃ 내지 207 ℃일 수 있고, 202 ℃ 내지 207 ℃일 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 내부공간의 온도 상승에 따라, 상기 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부(240)의 온도차가 함께 증가할 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부(240) 온도범위와 온도차 및 온도차 변화량을 가짐으로, 초기 탄화규소 잉곳 형성 시 목적으로 하는 결정 이외의 다형 발생을 최소화하고, 안정적인 잉곳 성장이 가능하도록 할 수 있다. 상기 제1성장과정의 제1온도, 제2온도에서 상기 범위의 온도차 미만이면, 목적으로 하는 결정 이외의 결정이 혼입되어 다결정을 형성할 가능성이 높아지고, 성장 속도가 저하될 우려가 있으며, 상기 범위의 온도차 초과이면, 결정 품질이 저하될 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 제1온도에서 제2온도로 승온과 더불어 감압이 이루어질 수 있고, 1 torr 내지 50 torr까지 진행될 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)의 승온속도는 상기 승온과정(Sb)의 승온속도보다 작을 수 있고, 상기 승온과정과 상기 제1성장과정 전체의 평균승온속도보다 작을 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)의 승온속도는 1 ℃/min 내지 5 ℃/min일 수 있고, 3 ℃/min 내지 5 ℃/min일 수 있다. 상기 승온속도 범위에서 목적으로 하는 결정 이외의 다형 발생을 방지하고 안정적으로 성장이 되도록 유도할 수 있다.
상기 제1성장과정(S1)은 상기 가열부(600)의 최대 가열영역이 상기 내부공간의 하부(240), 원료(300)의 표면(240)이 되도록 진행될 수 있고, 상기 가열부가 나선형의 코일 형상일 경우, 권취 수 및 두께 등을 변경하여 목적으로 하는 상기 내부공간의 상부(230)와 내부공간의 하부의 온도차를 가하도록 할 수 있다.
상기 제2성장과정(S2)는 상기 제1성장과정(S1)에서 제2온도로 승온 후, 제2온도를 유지하여 본격적으로 원료(300)를 승화시켜 탄화규소 잉곳을 형성하도록 한다.
상기 제2성장과정(S2)은 5 시간 내지 180 시간 동안 진행될 수 있고, 30 시간 내지 160 시간 동안 진행될 수 있으며, 50 시간 내지 150 시간 동안 진행될 수 있다.
상기 성장단계는 상기 반응용기(200)의 상하방향을 축으로 회전하며 진행될 수 있고, 온도구배를 더욱 동일하게 유지하도록 할 수 있다.
상기 성장단계는 상기 반응용기(200) 외부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 상기 불활성기체는 상기 반응용기의 내부공간에서 그 흐름이 이루어질 수 있고, 상기 원료(300)에서 상기 탄화규소 종자정(110) 방향으로 그 흐름이 이루어질 수 있다. 이에 따라 상기 반응용기 및 내부공간의 안정적인 온도구배가 형성될 수 있도록 한다.
상기 제2성장단계(S2)의 상기 불활성기체는 구체적으로 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합기체일 수 있다.
상기 제2성장단계(S2) 이후, 상기 반응용기(200)를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계(S3);를 포함할 수 있다.
상기 냉각단계(S3)는 상기 성장단계를 통해 성장된 탄화규소 잉곳을 소정 냉각속도 및 불활성기체 유량 조건에서 냉각한다.
상기 냉각단계(S3)는 1 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있고, 3 ℃/min 내지 9 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있다. 상기 냉각단계는 5 ℃/min 내지 8 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있다.
상기 냉각단계(S3)는 상기 반응용기(200)의 내부공간의 압력 조절이 동시에 이루어질 수 있고, 상기 냉각단계와 별도로 압력 조절이 이루어질 수 있다. 상기 압력 조절은 상기 내부공간의 압력이 최대 800 torr가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 냉각단계(S3)는 상기 성장단계와 마찬가지로 상기 반응용기(200) 내부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 상기 불활성기체는 예시적으로 아르곤, 질소일 수 있다. 상기 불활성기체는 상기 반응용기의 내부공간에서 그 흐름이 이루어질 수 있고, 상기 원료(300)에서 상기 탄화규소 종자정(110) 방향으로 그 흐름이 이루어질 수 있다.
상기 냉각단계(S3)는 상기 반응용기(200)의 내부공간의 압력이 대기압 이상이 되도록 가압하고, 상기 내부공간의 온도가 상부(230)를 기준으로 1500 ℃ 내지 1700 ℃가 되도록 냉각시키는 1차냉각과정; 상기 1차냉각단계 이후 상기 내부공간의 온도를 상온으로 냉각시키는 2차냉각과정;을 포함할 수 있다.
상기 냉각단계(S3)의 회수는 상기 탄화규소 종자정(110)과 접한 탄화규소 잉곳(100)의 후면을 절단하여 진행될 수 있다. 이렇게 절단된 탄화규소 잉곳은 종자정과 접하는 후면의 손실을 최소화하고, 개선된 결정 품질을 나타낼 수 있다.
상기 절단단계는 상기 냉각단계 이후 회수된 탄화규소 잉곳을 절단하여 탄화규소 웨이퍼를 마련하는 단계이다.
상기 절단단계는 상기 탄화규소 잉곳의 (0001)면 또는 성장이 시작된 면과 소정 오프 각을 이루도록 절단될 수 있다. 상기 절단단계의 오프 각은 0 °내지 10 °일 수 있다.
상기 절단단계는 상기 웨이퍼의 두께가 100 ㎛ 내지 900 ㎛이 되도록 할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 절단단계 이후, 마련된 탄화규소 웨이퍼의 두께를 평탄화하고 표면을 연마하는 가공단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가공단계에서 연삭 휠은 표면에 입자가 매립된 형태일 수 있고, 상기 연삭 휠의 표면에 매립된 입자는 다이아몬드일 수 있다.
상기 가공단계는 상기 연삭 휠과 웨이퍼가 서로 반대 방향으로 회전하며 진행될 수 있다.
상기 가공단계는 상기 연삭 휠의 직경이 상기 웨이퍼의 직경보다 클 수 있고, 250 mm 이하일 수 있다.
상기 가공단계 이후 상기 탄화규소 웨이퍼를 습식 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가공단계는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마는 회전하는 정반 상에 연마입자 슬러리를 가하면서, 회전하는 연마헤드에 고정된 웨이퍼를 소정 압력으로 접촉시켜 이루어질 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마에서, 상기 정반의 회전속도는 70 rpm 내지 180 rpm일 수 있고, 80 rpm 내지 160 rpm일 수 있으며, 100 rpm 내지 150 rpm일 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마에서, 상기 연마헤드의 회전속도는 60 rpm 내지 150 rpm일 수 있고, 70 rpm 내지 140 rpm일 수 있으며, 90 rpm 내지 135 rpm일 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마에서, 상기 연마헤드가 정반 상의 웨이퍼에 접촉하는 압력은 2 psi 내지 10 psi일 수 있고, 3 psi 내지 8 psi일 수 있으며, 4 psi 내지 6 psi일 수 있다.
이러한 정반, 연마헤드의 회전속도 및 압력을 만족하도록 하여, 탄화규소 웨이퍼의 양호한 Rmax 조도 및 헤이즈 특성을 얻도록 한다.
상기 가공단계 이후 통상의 RCA 화학 세정 용액을 통한 세정단계가 더 이루어질 수 있다.
상기 제조방법을 통해 제조된 탄화규소 웨이퍼는 결함 밀도가 낮고, 불순물 입자 수가 적고, 표면 조도 특성, 광학적 특성이 양호한 이점을 지니며, 이를 소자 제조에 적용할 시 전기적, 광학적 특성이 우수한 소자를 제조할 수 있다.
에피택셜 웨이퍼의 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 에피택셜 웨이퍼의 제조방법은,
상기 방법에 따라 제조된 탄화규소 웨이퍼(10)가 배치된 성장용기 내에 에피택셜 성장을 위한 원료 가스를 주입하고, 화학 기상 증착법에 따라 상기 웨이퍼의 일면(11) 상에 에피택셜 층을 성장시키는 성장단계를 포함한다.
상기 성장단계는 상기 원료 가스 주입 전, 상기 탄화규소 웨이퍼 표면을 가스 에칭 처리하는 에칭단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 에칭은 상기 웨이퍼를 1400 ℃ 내지 1600 ℃의 온도로 유지하고, 소정 유량의 수소 가스를 가하여 이루어질 수 있다.
상기 성장단계는 먼저 성장용기에 웨이퍼를 배치하고, 성장용기 내를 진공 배기하고, 원료가스인 탄소계 가스 및 규소계 가스를 주입할 수 있다. 또한, 질소 등의 도핑 가스를 더 주입할 수 있다. 상기 가스 주입 시 탄소계 및 규소계 가스의 탄소/규소 원자 농도 비는 0.5 내지 2일 수 있다.
상기 성장단계의 탄소계 가스는 CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8 중 선택된 하나 이상일 수 있고, 규소계 가스는 SiH4, SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, Si2H6 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 성장단계는 상기 가스를 주입하고, 1400 ℃ 내지 1700 ℃의 온도를 유지하여 상기 탄화규소 웨이퍼(10)의 일면(11) 상에 에피택셜 층의 성장이 이루어질 수 있다.
상기 성장단계를 통해 성장된 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜 층의 두께는 5 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다.
상기 성장단계 이후, 원료가스 주입을 멈추고, 상온 냉각시킨 다음, 배기하고, 불활성기체를 대기압까지 가압한 다음, 에피택셜 웨이퍼를 회수할 수 있다.
상기 성장단계는 필요에 따라 1회 또는 2회 이상 진행될 수 있다. 상기 성장단계가 2회 이상 진행되는 경우, 에피택셜 층 상에 제2에피택셜 층(미도시)가 더 형성될 수 있다. 상기 제2에피택셜 층을 형성하기 위해 반복하여 진행되는 성장단계는, 상기 에피택셜 층 형성을 위한 성장단계에서 적용한 것과 동일한 과정으로 진행될 수 있고, 온도나 원료가스의 조성, 도핑가스 종류 등이 상기 에픽택셜 층 형성을 위한 성장단계와 달리 적용될 수도 있다.
반도체 소자(1)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 반도체 소자는
상기에 따른 탄화규소 웨이퍼(10);
상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층(20);
상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 탄화규소 웨이퍼와 마주보게 배치된 배리어 영역(30);
상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극(41); 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극(42); 및
상기 탄화규소 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극(43);을 포함한다.
상기 반도체 소자(1)의 일례를 도 7에 나타내었다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10)는 n+형의 탄화규소를 포함할 수 있다.
여기서, 위 첨자의 +, - 부호는 캐리어 농도를 상대적으로 나타내는 것으로, 예를 들어, n+는 강하게 도핑되어 높은 도펀트 농도를 가진 n형 반도체를 의미하고, p-는 매우 약하게 도핑되어 상대적으로 낮은 도펀트 농도를 가진 p형 반도체를 의미한다.
상기 탄화규소 웨이퍼(10) 상의 에피택셜 층(20)은 상기 탄화규소 웨이퍼와 격자 상수차이가 작거나 거의 없는 탄화규소 단결정 층으로 이루어질 수 있다.
상기 에피택셜 층(20)은 화학기상증착(CVD) 공정 등으로 형성될 수 있다.
상기 에피택셜 층(20)은 상기 n+형의 탄화규소 웨이퍼(10) 상에 배치된 n-형 에피택셜 층(21); 및 상기 n-형 에피택셜 층 상에 배치된 p+형 에피택셜 층(22);을 포함할 수 있다.
상기 p+형 에피택셜 층은 상부에 선택적인 이온 주입을 가하여, n+형 영역(23)이 형성될 수 있다.
상기 반도체 소자(1)의 중앙에는 n-형 에피택셜 층(21)까지 파인 트렌치 구조의 배리어 영역과, 상기 트렌치 구조의 배리어 영역 상에 게이트 전극(42)이 배치될 수 있다.
상기 반도체 소자(1)는 상기 탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조방법에 따라 제조된 탄화규소 웨이퍼(10)를 적용하여, 불량률을 저감시킬 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 - 탄화규소 웨이퍼의 제조
도 2에 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 도시한 바와 같이, 반응용기(200) 내부공간 하부에 원료물질(300)인 탄화규소 분말을 장입하고, 그 상부에 탄화규소 종자정(110)을 배치하였다. 이 때, 탄화규소 종자정은 6 인치의 4H-탄화규소 결정으로 구성된 것을 적용하였고, C면((000-1)면)이 내부공간 하부의 탄화규소 원료를 향하도록 통상의 방법으로 고정하였다.
반응용기(200)를 밀폐하고, 그 외부를 하기 표 1의 밀도를 갖는 단열재(400)로 둘러싼 뒤, 외부에 가열수단(600)인 가열 코일이 구비된 석영관(500) 내에 반응용기를 배치하였다. 상기 반응용기 내부공간을 감압하여 진공 분위기로 조절하고, 아르곤 가스를 주입하여 상기 내부공간이 760 torr에 도달하도록 한 다음, 다시 내부공간을 감압시켰다. 동시에, 내부공간의 온도를 5 ℃/min의 승온 속도로 2300 ℃까지 승온시켰고, 상기 석영관과 연통된 배관(810), 진공배기장치(700)를 통해 석영관 내부의 아르곤 가스 유량을 조절하였다. 2300 ℃의 온도와 20 torr의 압력 조건 하에서 100 시간 동안 탄화규소 원료와 대향하는 탄화규소 종자정 면에 탄화규소 잉곳을 성장시켰다.
성장 이후, 상기 내부공간의 온도를 5 ℃/min 내지 8 ℃/min의 속도로 25 ℃까지 냉각시켰고, 동시에 내부공간의 압력이 760 torr가 되도록 아르곤 또는 질소 가스를 주입하여 탄화규소 잉곳을 냉각시켰다.
상기 냉각된 탄화규소 잉곳의 외주면을 연삭하여 균일한 외경을 갖는 형태로 가공하고, 탄화규소 잉곳의 (0001)면과 4 °의 오프 각을 갖도록 절단하였으며, 360 ㎛의 두께를 갖는 탄화규소 웨이퍼를 제조하였다. 그 다음 다이아몬드 휠을 통해 탄화규소 웨이퍼를 연삭하여 두께를 평탄화하고, 이후 실리카 슬러리를 통해 화학적 기계적 연마(CMP, chemical mechanical polishing) 처리하였다.
CMP 연마 장비의 연마헤드에 고정하였고, 폴리우레탄계 연마패드를 부착한 정반 상에 상기 탄화규소 웨이퍼의 일면이 연마패드로 향하도록 하였다. 그 다음, 실리카 슬러리를 투입하면서 정반 및 연마헤드를 아래 표 1의 조건으로 회전시키며, 웨이퍼 일면을 연마하였고, 연마된 탄화규소 웨이퍼를 세정 후 건조하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
연마헤드 회전 속도[rpm] 90 135 180 225
정반 회전 속도[rpm] 100 150 200 250
연마헤드 압력[psi] 6 4 6 4
비교예 - 탄화규소 웨이퍼의 제조
상기 실시예에서, CMP 처리 시 조건을 상기 표 1로 변경하여 탄화규소 웨이퍼를 마련하였다.
실험예 - 탄화규소 웨이퍼의 조도특성 및 광학적 특성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 탄화규소 웨이퍼의 평균 Ra 조도, 평균 Rmax 조도 특성을 AFM 기기(Park System 사의 XE-150)를 통해 측정하였고, 전광선 투과율 및 헤이즈를 NIPPON DENSHOKU 사의 Haze Meter NDH5000W 장치의 D65 표준광원을 통해 측정하였으며, 그 결과를 도 5 및 표 2에 나타내었다. 측정 시 기준선은 측정구간의 조도곡선의 중심선을 나타낸다. 상기 탄화규소 웨이퍼의 일면의 가장자리 영역은, 상기 일면의 가장자리로부터 중심 방향으로 향한 거리가 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 5 % 내지 75 %인 영역이고, 상기 일면의 중심 영역은, 상기 일면의 중심에서 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 25 %의 반경을 갖는 영역을 나타낸다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
평균 Ra 조도(중심영역, 가장자리영역) 0.04 nm 0.07 nm 중심 0.08 nm
가장자리 0.1 nm		 중심 0.2 nm
가장자리 0.1 nm
평균 Rmax 조도 1.1 nm 0.9 nm 3.5 nm 4.9 nm
중심 및 가장자리 영역 간 Rmax 조도차 0.2 nm 이하 0.3 nm 이하 1.1 nm 초과 1.5 nm 초과
기준선 대비 최저점 깊이 -0.803 nm -0.367 nm -1.965 nm -2.782 nm
기준선 대비 최고점 높이 0.247 nm 0.567 nm 1.512 nm 2.124 nm
전광선 투과율 29.5 % 20.8 % 25.4 % 36.9 %
헤이즈 0.37 % 0.34 % 0.52 % 0.71 %
표 2를 참조하면, 실시예의 경우 평균 Ra 조도가 0.1 nm 이하이고, 평균 Rmax 조도가 2.0 nm 이하이고, 중심영역 및 가장자리 영역 간 Rmax 조도차가 0.5 nm 이하이고, 헤이즈가 0.3 % 내지 0.5 % 범위에 있는 것을 확인하였다. 비교예는 평균 Rmax 조도가 3.5 nm 이상이고, 중심영역 및 가장자리 영역 간 조도차가 0.5 nm 초과였으며, 헤이즈 값도 0.52 % 초과로, 양호하지 못한 조도 및 광학적 특성을 나타내었다.
실험예 - 에피택셜 웨이퍼 제조 시 수율 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 탄화규소 웨이퍼 상에 하기와 같은 통상의 방법으로 에피택셜 층을 형성시켰다.
탄화규소 웨이퍼를 챔버 내에 배치하고, 에피택셜 성장을 위한 탄소계 및 규소계 가스를 주입하고, 화학 기상 증착법에 따라 상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 탄화규소 에피택셜 층을 성장시켰다.
상기 탄화규소 웨이퍼의 에피택셜 층을 KLA Tencor 사의 Candela 8520 장비로 평가하였을 때, 에피택셜 층에서 주요 결함인 스태킹 폴트, 트라이앵글, 캐럿의 결함이 있는 영역을 불량으로 판단하고, 제조수율을 가시화한 것을 도 6에 나타내었다. 실시예 1 및 2의 경우, 각각 98.9 % 및 94.7 %의 수율을 나타내었고, 비교예 1 및 2의 경우, 각각 88.9 % 및 75.8 %의 수율을 나타내어, Rmax 조도 및 헤이즈 특성이 우수한 탄화규소 웨이퍼를 기반으로 에피택셜 층 제조 시 90 % 이상의 높은 제조수율을 가지는 것을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 탄화규소 웨이퍼 11: 일면
12: 타면
100: 탄화규소 잉곳 110: 종자정
200: 반응용기 210: 본체
220: 덮개 230: 내부공간의 상부
240: 내부공간의 하부 300: 원료
400: 단열재 500: 반응챔버, 석영관
600: 가열수단 700: 진공배기장치
800: 매스 플로우 컨트롤러 810: 배관

Claims (10)

  1. 일면 및 이의 반대면인 타면을 포함하는 탄화규소 웨이퍼로,
    상기 일면의 평균 Rmax 조도는 2.0 nm 이하이고,
    상기 일면의 평균 Ra 조도는 0.1 nm 이하이고,
    가장자리 영역은, 상기 탄화규소 웨이퍼의 가장자리로부터 중심 방향으로 향한 거리가 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 5 % 내지 75 %인 영역이고,
    중심 영역은, 상기 탄화규소 웨이퍼의 중심에서 상기 탄화규소 웨이퍼의 반경 대비 25 %의 반경을 갖는 영역이고,
    상기 일면의 가장자리 영역의 평균 Rmax 조도와, 상기 일면의 중심 영역의 평균 Rmax 조도와의 차이가 0.01 nm 내지 0.5 nm인, 탄화규소 웨이퍼.
  2. 제1항에 있어서,
    D65 표준광원에 대한 전광선 투과율이 10 % 내지 40 %인, 탄화규소 웨이퍼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 일면의 평균 Rmax 조도는 1.5 nm 이하인, 탄화규소 웨이퍼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 일면의 가장자리 영역의 평균 Ra 조도와, 상기 일면의 중심 영역의 평균 Ra 조도와의 차이가 0.08 nm 이하인, 탄화규소 웨이퍼.
  5. 제1항에 있어서,
    D65 표준광원에 대한 헤이즈가 0.3 % 내지 0.5 %인, 탄화규소 웨이퍼.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄화규소 웨이퍼의 평균 Ra 조도가 0.07 nm 이하인, 탄화규소 웨이퍼.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 일면은 표면에 탄소 원자 대비 규소 원자 층이 더욱 노출되는 Si면인, 탄화규소 웨이퍼.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄화규소 웨이퍼는 직경이 4 인치 이상이고, 4H-탄화규소를 포함하는, 탄화규소 웨이퍼.
  9. 제1항에 따른 탄화규소 웨이퍼; 및
    상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 형성된 에피택셜 층;을 포함하는, 에피택셜 웨이퍼.
  10. 제1항에 따른 탄화규소 웨이퍼;
    상기 탄화규소 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층;
    상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 탄화규소 웨이퍼와 반대쪽에 배치된 배리어 영역;
    상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극; 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극; 및
    상기 탄화규소 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극;을 포함하는, 반도체 소자.
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