KR20220039641A - 웨이퍼의 세정방법 및 불순물이 저감된 웨이퍼 - Google Patents
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Abstract
구현예는 베어 웨이퍼 및 반도체 소자에 대한 것으로, 세정 등의 방법으로 결함과 미량원소의 함량이 적은 베어웨이퍼를 제공한다. 구현예의 베어 웨이퍼는 4H 구조의 탄화규소를 포함하고, 규소 원자층이 나타나는 Si 면인 일면을 포함하고, 상기 일면은 유도 결합 플라즈마 질량 분석 결과를 기준으로, 칼슘 함량이 0.01 ppb 이상 10 ppb 이하, 철 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하, 니켈 함량이 0.01 ppb 이상 0.1 ppb 이하 및 구리 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하이다. 구현예에 따른 웨이퍼는 금속 불순물이 저감되는 등 품질이 우수해, 반도체 소자의 제조 시 불량률을 감소시킬 수 있다.
Description
구현예는 웨이퍼의 세정방법에 따라 불순물이 저감된 웨이퍼 및 이를 포함하는 에 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 탄화규소를 포함하는 기판(웨이퍼)은 제조공정 중 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP라 함) 단계가 진행된다. CMP는 웨이퍼와 연마패드를 마찰시켜 웨이퍼 표면을 연마하며, 이 때 웨이퍼와 연마패드 사이에 슬러리가 공급된다. 슬러리는 통상 실리카 또는 알루미나를 포함하는 콜로이드 연마제와, 산화제 등의 화합물을 포함한다. 슬러리 내 연마제는 CMP 공정 중에 웨이퍼의 연마가 진행되는 동안 서로 응집하는 경향이 있으며, 이와 같은 연마제의 응집 결과로 CMP 공정이 완료된 후 웨이퍼 상에 수 ㎛ 이상의 입자 크기를 갖는 불순물들이 다량 존재할 수 있다. 또한, CMP 공정은 웨이퍼 가공단계에서 유입될 수 있는 금속 불순물들을 효과적으로 제거하기에 부족한 점이 있다. 이러한 불순물 입자들에 의해 후속공정 진행 시 웨이퍼 표면상에 스크래치, 결함 등을 발생시킬 수 있고, 소자 특성에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
따라서, CMP 공정을 진행한 후 웨이퍼 표면 상에 남은 응집된 입자, 금속 입자와 같은 불순물을 더욱 효과적으로 제거하고, 소자 특성을 향상시키기 위한 개선된 세정 공정을 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 등록특허공보 10-1151652(2012.06.08. 공고)의 "웨이퍼 세정장치"
한국 등록특허공보 10-1953741(2019.03.04. 공고)의 "웨이퍼 세정장치 및 이를 이용한 웨이퍼 세정방법" 등이 있다.
구현예의 목적은 웨이퍼의 불순물 농도를 저감시키고, 소자 제작 시 불량률을 감소시킬 수 있는 개선된 세정방법을 제공하는 데 있다.
구현예의 다른 목적은 불순물 농도가 저감된 웨이퍼를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 베어 웨이퍼는 4H 구조의 탄화규소를 포함하고, 규소 원자층이 나타나는 Si 면인 일면을 포함하고, 상기 일면은 유도 결합 플라즈마 질량 분석 결과를 기준으로, 칼슘 함량이 0.01 ppb 이상 10 ppb 이하, 철 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하, 니켈 함량이 0.01 ppb 이상 0.1 ppb 이하 및 구리 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하이다. 상기 일면에서 마이크로파이프 평균 밀도가 3 /cm2 이하이고, 상기 베어 웨이퍼는 상기 탄화규소 잉곳의 (0001)면 또는 단결정 성장이 시작된 면과 0 ° 내지 10 ° 사이에 속하는 오프 각도를 이루도록 절단되어 형성된다.
상기 일면은 T-XRF 분석 결과로 얻어진 상기 일면에서의 칼슘 함량이 0.1 atoms/cm2 이상 8 atoms/cm2 이하, 철 함량이 0.01 atoms/cm2 이상 0.1 atoms/cm2 이하, 니켈 함량이 0.01 atoms/cm2 이상 0.2 atoms/cm2 이하, 및 구리 함량이 0.01 atoms/cm2 이상 0.1 atoms/cm2 이하일 수 있다.
상기 일면은 T-XRF 분석 결과로 얻어진 상기 일면에서의 망간 함량이 0.1 atoms/cm2 이상 18 atoms/cm2 이하이고, 아연 함량이 0.1 atoms/cm2 이상 1.6 atoms/cm2 이하일 수 있다.
상기 일면은, 유도 결합 플라즈마 질량 분석 결과를 기준으로, 알루미늄 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하, 칼륨 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하, 바나듐 함량이 0.001 ppb 이상 0.01 ppb 이하, 크롬 함량이 0.01 ppb 이상 0.1 ppb 이하, 망간 함량이 0.01 ppb 이상 0.1 ppb 이하, 코발트 함량이 0.001 ppb 이상 0.01 ppb 이하, 아연 함량이 0.01 ppb 이상 10 ppb 이하일 수 있다.
구현예에 따른 반도체 소자는 위에서 설명한 베어 웨이퍼; 상기 베어 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층; 상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 베어 웨이퍼와 반대쪽에 배치된 배리어 영역; 상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극; 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극; 및 상기 베어 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극;을 포함한다.
상기 웨이퍼는 n+형의 탄화규소를 포함하고, 상기 에피택셜 층은 웨이퍼 상에 배치된 n-형 에피택셜 층; 및 상기 n-형 에피택셜 층 상에 배치된 p+형 에피택셜 층;을 포함할 수 있다.
구현예에 따른 웨이퍼의 세정방법은 금속 불순물이 특정 수치 이하로 저감된 웨이퍼를 제공할 수 있다.
구현예에 따른 웨이퍼는 금속 불순물이 저감되는 등 품질이 우수해, 반도체 소자의 제조 시 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 1은 구현예에 따른 베어 웨이퍼의 일례를 나타낸 개념도.
도 2는 구현예에 따른 잉곳 제조장치의 일례를 나타낸 개념도.
도 3은 구현예에 따른 세정방법의 스크러빙단계에서 브러쉬의 일례를 나타낸 개념도.
도 4 (a), (b), (c)는 실시예 1의 웨이퍼를 적용한 10 A급(a), 20 A급(b), 25 A급(c) 쇼트키 다이오드의 순방향 전압에 따른 분포를 나타낸 그래프.
도 5 (a), (b), (c)는 비교예 1의 웨이퍼를 적용한 10 A급(a), 20 A급(b), 25 A급(c) 쇼트키 다이오드의 순방향 전압에 따른 분포를 나타낸 그래프.
도 6은 구현예에 따른 반도체 소자의 일례를 나타낸 개념도.
도 2는 구현예에 따른 잉곳 제조장치의 일례를 나타낸 개념도.
도 3은 구현예에 따른 세정방법의 스크러빙단계에서 브러쉬의 일례를 나타낸 개념도.
도 4 (a), (b), (c)는 실시예 1의 웨이퍼를 적용한 10 A급(a), 20 A급(b), 25 A급(c) 쇼트키 다이오드의 순방향 전압에 따른 분포를 나타낸 그래프.
도 5 (a), (b), (c)는 비교예 1의 웨이퍼를 적용한 10 A급(a), 20 A급(b), 25 A급(c) 쇼트키 다이오드의 순방향 전압에 따른 분포를 나타낸 그래프.
도 6은 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.
발명자들은 CMP 공정을 진행한 후 웨이퍼 표면 상에 남은 응집된 입자, 금속 입자와 같은 불순물을 더욱 효과적으로 제거하고, 소자 특성을 향상시키기 위한 개선된 세정 공정을 갖는 웨이퍼 세정방법을 발명하였으며, 구현예를 제시한다.
웨이퍼의 세정방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 웨이퍼의 세정방법은,
세정대상 웨이퍼를 회전속도가 200 rpm 이하가 되도록 브러쉬 처리하는 과정을 포함하여 브러쉬 세정된 웨이퍼를 마련하는 스크러빙단계; 및
상기 브러쉬 세정된 웨이퍼를 세정액으로 세정하여 세정된 베어 웨이퍼를 마련하는 세정단계;를 포함하고,
상기 세정단계는 1차세정단계와 2차세정단계를 순차로 포함하고,
상기 1차세정단계는 암모니아 및 과산화수소를 포함하는 제1세정액으로 상기 브러쉬 세정된 웨이퍼를 세정하여 1차세정된 웨이퍼를 마련하는 단계이고,
상기 2차세정단계는 염산 및 과산화수소를 포함하는 제2세정액으로 상기 1차세정된 웨이퍼를 세정하는 단계일 수 있다.
상기 스크러빙단계는 에피택셜 층을 형성하기 이전, 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 처리된 웨이퍼를 대상으로 할 수 있고, 웨이퍼의 일면 상에 브러쉬(50)를 적용하여 세정하여, 화학적 기계적 연마에서 발생되는 입자, 그 이전 웨이퍼를 절단, 평탄화하는 과정에서 발생되는 불순물들을 제거한다.
상기 화학적 기계적 연마는 통상의 방법으로 진행될 수 있고, 회전하는 정반 상에 마련된 연마패드에 슬러리를 가하면서, 웨이퍼를 소정 압력으로 접촉시켜 진행될 수 있다. 상기 정반 및 웨이퍼의 회전속도는 20 rpm 내지 400 rpm일 수 있고, 상기 연마패드는 폴리우레탄계 연마패드일 수 있다. 상기 슬러리는 실리카 및 과망간산칼륨을 포함할 수 있고, 상기 접촉 압력은 2 psi 내지 10 psi일 수 있다. 상기 스크러빙단계의 브러쉬(50) 및 세정대상 웨이퍼는 소정 속도로 회전하며 접촉될 수 있다. 상기 브러쉬의 회전속도는 10 rpm 내지 200 rpm일 수 있고, 30 rpm 내지 90 rpm일 수 있다. 상기 웨이퍼의 회전속도는 1 rpm 내지 50 rpm일 수 있고, 5 rpm 내지 25 rpm일 수 있다. 이러한 브러쉬 및 웨이퍼는 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있고, 상기 회전속도를 가짐으로, 연마 후 잔여 불순물들을 스크래치 발생을 최소화하며 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 스크러빙단계의 브러쉬(50)는 상기 세정대상 웨이퍼의 일면과 평행한 축을 갖는 봉과, 상기 봉을 둘러싸며 표면에 요철을 갖는 브러쉬소재를 포함할 수 있고, 상기 봉과 브러쉬소재가 일체로 회전하며 웨이퍼에 접촉될 수 있다.
상기 스크러빙단계의 브러쉬(50), 브러쉬 소재는 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트, 아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 스크러빙단계의 브러쉬(50)는 복수 개 구비될 수 있고, 세정대상 웨이퍼의 일면 뿐만 아니라 타면 또한 같은 방식으로 스크러빙이 진행될 수 있다.
상기 스크러빙단계는 세정대상 웨이퍼의 중심을 지나는 직경선을 기준으로 상기 브러쉬가 좌, 우로 왕복 이동하면서 웨이퍼 표면의 스크러빙이 진행될 수 있고, 브러쉬의 회전 방향과 이동 방향이 동일한 방향이 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 브러쉬가 직경선 기준 좌측으로 이동될 때는 반시계 방향으로 회전되도록 하고, 우측으로 이동될 때는 시계방향으로 회전되도록 할 수 있다.
상기 스크러빙단계는 285초 내지 680초 동안 진행될 수 있고, 330초 내지 480초 동안 진행될 수 있다. 이러한 시간 범위로 처리하여 과도한 스크래치를 발생시키지 않고 효과적으로 불순물을 처리할 수 있다.
상기 스크러빙단계는, 상기 세정대상 웨이퍼를, 물을 포함하는 제1스크러빙 세정액과 함께 회전속도가 200 rpm 이하가 되도록 브러쉬 처리하여, 제1스크러빙 처리된 웨이퍼를 마련하는 제1스크러빙단계;
상기 제1스크러빙 처리된 웨이퍼를, 암모니아수를 포함하는 제2스크러빙 세정액과 함께 200 rpm 이하의 회전속도로 브러쉬 처리하여, 제2스크러빙 처리된 웨이퍼를 마련하는 제2스크러빙단계; 및
상기 제2스크러빙 처리된 웨이퍼를, 물을 포함하는 제3스크러빙 세정액과 함께 200 rpm 이하의 회전속도로 브러쉬 처리하여, 브러쉬 세정된 웨이퍼를 마련하는 제3스크러빙단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1스크러빙단계는 증류수, 순수, 초순수, 탈이온수 중 선택된 하나 이상을 포함하는 제1스크러빙 세정액을 샤워 방식을 통해 세정대상 웨이퍼에 가하면서, 회전하는 브러쉬를 통해 잔여 불순물들을 처리한다.
상기 제1스크러빙단계는 예시적으로 나일론계 브러쉬를 사용할 수 있다.
상기 제1스크러빙단계의 브러쉬의 회전속도는 10 rpm 내지 200 rpm일 수 있고, 30 rpm 내지 90 rpm일 수 있다.
상기 제1스크러빙단계는 또한 세정대상 웨이퍼가 회전하며 진행될 수 있고, 세정대상 웨이퍼의 회전속도는 1 rpm 내지 50 rpm일 수 있고, 5 rpm 내지 25 rpm일 수 있다.
상기 제1스크러빙단계의 제1스크러빙 세정액의 공급 시 유량은 0.5 L/min 내지 5 L/min일 수 있고, 0.5 mL/min 내지 3 L/min일 수 있다.
상기 제1스크러빙단계는 100초 내지 240초 동안 진행될 수 있고, 120초 내지 180초 동안 진행될 수 있다.
상기 제1스크러빙단계의 rpm, 제1스크러빙 세정액의 유량 및 처리 시간 범위를 만족하도록 하여, 연마공정 시 발생되는 불순물들을 선제적으로 처리하고, 후속 과정이 용이하게 진행될 수 있도록 한다.
상기 제2스크러빙단계는 상기 제1스크러빙단계 이후 암모니아:물이 소정 부피비로 혼합된 제2스크러빙 세정액을 제1스크러빙 처리된 웨이퍼에 가하면서, 회전하는 브러쉬를 통해 잔여 불순물들을 처리할 수 있다.
상기 제2스크러빙단계의 제2스크러빙 세정액은 암모니아:물의 부피비가 1:5 내지 1:50의 부피비로 혼합된 것일 수 있고, 1:10 내지 1:30의 부피비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 제2스크러빙단계는 예시적으로 폴리비닐알코올 브러쉬를 사용할 수 있다.
상기 제2스크러빙단계의 브러쉬의 회전속도는 10 rpm 내지 200 rpm일 수 있고, 30 rpm 내지 90 rpm일 수 있다.
상기 제2스크러빙단계는 또한 제1스크러빙 처리된 웨이퍼가 회전하며 진행될 수 있고, 제1스크러빙 처리된 웨이퍼의 회전속도는 1 rpm 내지 50 rpm일 수 있고, 5 rpm 내지 25 rpm일 수 있다.
상기 제2스크러빙단계의 제2스크러빙 세정액의 공급 시 유량은 0.5 L/min 내지 5 L/min일 수 있고, 0.5 mL/min 내지 3 L/min일 수 있다.
상기 제2스크러빙단계는 85초 내지 200초 동안 진행될 수 있고, 90초 내지 120초 동안 진행될 수 있다.
상기 제2스크러빙단계의 rpm, 제2스크러빙 세정액의 유량 및 처리 시간 범위를 만족하도록 하여, 제1스크러빙단계 이후 잔존할 수 있는 불순물들을 효과적으로 처리하고, 후속 과정이 용이하게 진행될 수 있도록 한다.
상기 제3스크러빙단계는 상기 제2스크러빙단계 이후 증류수, 순수, 초순수, 탈이온수 중 선택된 하나 이상을 포함하는 제3스크러빙 세정액을 제2스크러빙 처리된 웨이퍼에 가하면서, 회전하는 브러쉬를 통해 잔여 불순물들을 처리할 수 있다.
상기 제3스크러빙단계는 예시적으로 폴리비닐알코올 브러쉬를 사용할 수 있다.
상기 제3스크러빙단계의 브러쉬의 회전속도는 10 rpm 내지 200 rpm일 수 있고, 30 rpm 내지 90 rpm일 수 있다.
상기 제3스크러빙단계는 또한 제2스크러빙 처리된 웨이퍼가 회전하며 진행될 수 있고, 제2스크러빙 처리된 웨이퍼의 회전속도는 1 rpm 내지 50 rpm일 수 있고, 5 rpm 내지 25 rpm일 수 있다.
상기 제3스크러빙단계의 제3스크러빙 세정액의 공급 시 유량은 0.5 L/min 내지 5 L/min일 수 있고, 0.5 mL/min 내지 3 L/min일 수 있다.
상기 제3스크러빙단계는 100초 내지 240초 동안 진행될 수 있고, 60초 내지 180초 동안 진행될 수 있다.
상기 스크러빙단계가 진행된 웨이퍼는, 후속 세정단계를 통해 금속 함량 수치를 저감시킬 수 있고, 양호한 소자 성능 및 향상된 소자 제조수율을 나타낼 수 있다.
상기 스크러빙단계의 웨이퍼(10)는,
원료물질(300) 및 상기 원료물질과 이격된 종자정을 포함하는 반응용기(200)를 준비하고, 상기 원료물질을 상기 종자정 상으로 승화시켜 잉곳을 제조하는 잉곳제조단계; 및
상기 제조된 잉곳을 소정 오프 각도 및 간격으로 복수 회 절단하여 웨이퍼를 제조하고, 제조된 웨이퍼를 화학적-기계적 연마 처리하는 웨이퍼제조단계;를 포함하는 방법을 통해 제조될 수 있다.
상기 원료물질(300)은 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 잉곳 성장, 승화반응에 적절한 용기라면 제한되지 않고 적용될 수 있고, 구체적으로 흑연 도가니가 적용될 수 있다. 상기 반응용기는 내부공간과 개구부를 포함하는 본체(210) 및 상기 개구부와 대응되어 상기 내부공간을 밀폐하는 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 종자정과 원료물질이 이격되되 마주보도록, 종자정을 고정할 수 있다.
상기 반응용기(200)는 단열재(400)에 둘러싸여 고정될 수 있고, 상기 반응용기를 둘러싼 단열재가 석영관과 같은 반응챔버(500) 내에서 위치하도록 할 수 있으며, 상기 단열재 및 반응챔버 외부에 구비된 가열수단(600)에 의해 상기 반응용기의 내부공간 온도를 제어할 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)는 그 밀도가 0.14 g/cc 이상일 수 있고, 0.15 g/cc 이상일 수 있고, 0.168 g/cc 이상일 수 있으며, 0.17 g/cc 이상일 수 있다. 상기 단열재는 그 밀도가 0.28 g/cc이하일 수 있고, 0.24 g/cc이하일 수 있고, 0.20 g/cc 이하일 수 있으며, 0.18 g/cc 이하일 수 있다. 상기 밀도 범위를 갖는 단열재를 통해, 제조되는 잉곳의 휨 및 뒤틀림 발생을 억제할 수 있고, 잉곳으로부터 제조되는 웨이퍼가 후속 처리단계를 통해 양호한 특성을 나타낼 수 있도록 한다.
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, 불활성기체의 유량을 조절할 수 있도록 한다.
상기 잉곳성장단계는 상기 가열수단에 의해 상기 반응용기(200) 및 반응용기의 내부공간을 가열하여 진행될 수 있고, 상기 가열과 동시에 또는 별도로 내부공간을 감압하여 진공도를 조절하고, 불활성 기체를 주입하며 결정의 성장을 유도할 수 있다.
상기 잉곳성장단계는 2000 ℃ 내지 2600 ℃의 온도와 1 torr 내지 200 torr의 압력 조건에서 진행될 수 있고, 상기 온도 및 압력 범위에서 보다 효율적으로 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 잉곳성장단계는 상기 반응용기(200) 외부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 상기 불활성기체는 상기 반응용기(200)의 내부공간에서 그 흐름이 이루어질 수 있고, 상기 원료물질(300)에서 상기 종자정 방향으로 그 흐름이 이루어질 수 있다. 이에 따라 상기 반응용기 및 내부공간의 안정적인 온도구배가 형성될 수 있도록 한다. 상기 불활성기체는 구체적으로 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합기체일 수 있다.
상기 웨이퍼제조단계의 절단은 상기 잉곳의 (0001)면 또는 성장이 시작된 면과 소정 오프 각도를 이루도록 절단될 수 있다. 상기 오프 각도는 0 ° 내지 10 ° 일 수 있다. 상기 절단은 웨이퍼의 두께가 150 μm 내지 900 μm이 되도록 진행될 수 있다.
상기 웨이퍼제조단계의 절단을 거쳐 마련된 웨이퍼의 두께를 평탄화하고 표면을 연마하는 가공단계를 포함할 수 있다. 두께 평탄화는 휠 연삭(wheel grinding)이 웨이퍼 양 측면에 순차적으로 적용되어 이루어질 수 있고, 상기 절단단계에서 가해진 손상을 제거할 수 있다.
상기 두께 평탄화 이후 손상층 제거를 위한 에칭이 더 진행될 수 있다.
상기 세정단계는 상기 스크러빙단계를 거친, 브러쉬 세정된 웨이퍼에 먼저 암모니아, 과산화수소 및 용매를 포함하는 제1세정액으로 제1세정하는 단계를 포함한다.
상기 제1세정액은 암모니아 단위 부피당(암모니아 1 부피당) 과산화수소를 0.8 내지 4의 부피 비율로 포함할 수 있다. 상기 제1세정액은 상기 암모니아 단위 부피당 용매를 3 내지 60의 부피 비율로 포함할 수 있다. 상기 제1세정액은 암모니아 단위 부피당 산화수소를 0.8 내지 2의 부피 비율로, 그리고 용매를 4 내지 40의 부피 비율로 포함할 수 있다.
상기 용매는 물, 탈이온수, 증류수, 순수, 초순수 등을 사용할 수 있다.
상기 1차세정단계는 상기 브러쉬 세정된 웨이퍼가 0.1 rpm 내지 10 rpm의 회전속도를 가지며 진행될 수 있다.
상기 1차세정단계는 60 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서 440초 내지 1200초 동안 진행될 수 있다.
상기 1차세정단계는 예시적으로, 상기 브러쉬 세정된 웨이퍼에 10 KHz 내지 300 KHz의 초음파를 가하여 제1a세정 처리된 웨이퍼를 마련하는 제1a세정과정; 및
상기 제1a세정 처리된 웨이퍼에 0.1 MHz 내지 20 MHz의 초음파를 가하는 제1b세정과정;을 포함할 수 있다.
상기 제1a세정과정은 제1세정액, 온도, 웨이퍼 회전속도 조건을 가질 수 있다.
상기 제1a세정과정의 초음파 처리 시 주파수는 10 KHz 내지 300 KHz일 수 있고, 60 KHz 내지 180 KHz일 수 있다.
상기 제1a세정과정은 220초 내지 600초 동안 진행될 수 있고, 300초 내지 500초 동안 진행될 수 있다.
상기 제1a세정과정은 이러한 주파수 및 처리시간 조건을 통해, 미세한 불순물들을 더욱 효과적으로 처리할 수 있다.
상기 제1b세정과정은 위에서 설명한 바와 같은 제1세정과정의 제1세정액, 온도, 웨이퍼 회전속도 조건을 가질 수 있다.
상기 제1b세정과정의 초음파 처리 시 주파수는 0.1 MHz 내지 20 MHz일 수 있고, 0.5 MHz 내지 3 MHz일 수 있다.
상기 제1b세정과정은 220초 내지 600초 동안 진행될 수 있고, 300초 내지 500초 동안 진행될 수 있다.
상기 제1b세정과정은 이러한 주파수 및 처리시간 조건을 통해, 미세한 불순물들을 더욱 효과적으로 처리할 수 있다.
상기 1차세정단계를 통해 웨이퍼 상에 잔존하는 유기오염물과 금속 불순물들(Au, Ag, Cu, Ni, Cd, Zn, Co, Cr 등)을 제거할 수 있다.
상기 세정단계는 상기 1차세정된 웨이퍼를 불산(HF) 용액으로 세정하는 불산 세정단계를 더 포함할 수 있다. 상기 불산 세정단계는 상기 2차세정단계 이전에 진행될 수 있다. 상기 불산의 농도는 0.5 wt% 내지 2 wt%일 수 있다.
상기 불산 세정단계는 10 ℃ 내지 30 ℃의 온도에서 1 분 내지 3 분 동안 진행될 수 있다.
상기 세정단계는 상기 1차세정단계 이후 염산, 과산화수소 및 용매를 포함하는 제2세정액으로 세정하는 2차세정단계를 포함할 수 있다.
상기 제2세정액은 염산 단위 부피당(염산 1 부피당) 과산화수소를 0.8 내지 8의 부피 비율로 포함할 수 있다. 상기 제2세정액은 상기 염산 단위 부피당 용매를 3 내지 100의 부피 비율로 포함할 수 있다. 상기 제2세정액은 염산 단위 부피당 과산화수소를 0.8 내지 6의 부피 비율로, 그리고 용매를 4 내지 80의 부피 비율로 포함할 수 있다. 상기 용매는 물, 탈이온수, 증류수, 순수, 초순수 등을 사용할 수 있다.
상기 2차세정단계는 15 ℃ 내지 35 ℃의 온도에서 220초 내지 600초 동안 진행할 수 있다.
상기 2차세정단계는 상기 웨이퍼가 0.1 rpm 내지 10 rpm의 회전속도를 가지며 진행될 수 있다. 상기 2차세정단계를 통해 상기 제1세정에서 미처 제거하지 못한 불순물들과, 알칼리 이온, 수산화물 등을 제거할 수 있다.
상기 세정단계는 상기 1차세정단계 및 2차세정단계 이후 각각 불활성기체 버블을 가하는 불활성세정과정을 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 상기 불활성세정과정은 각각 상기 제1a세정과정 이후, 상기 제1b세정과정 이후 및 상기 2차세정단계 이후에 더 포함될 수 있다.
상기 불활성세정과정은 상기 1차세정단계 또는/및 2차세정단계 이후 웨이퍼를 탈이온수로 샤워 및 배수 처리하고, 고온의 탈이온수와 질소 버블을 가한 다음, 다시 탈이온수로 오버플로(Overflow) 처리할 수 있다. 그 다음, 다시 탈이온수로 샤워 및 배수 처리하고, 탈이온수와 질소 버블을 통해 샤워 처리한 다음, 다시 탈이온수로 오버플로 처리할 수 있다.
상기 불활성세정과정은 2 분 내지 30 분 동안 진행될 수 있고, 3 분 내지 10 분 동안 진행될 수 있다.
상기 불활성세정과정을 통해 이전 단계의 세정액 등의 불순물을 완전히 제거하고 에피택셜 층이 양호하게 형성될 수 있도록 한다.
상기 세정단계는 상기 2차세정단계 처리된 웨이퍼 표면을 오존수를 이용하여 세정하는 오존세정단계를 더 포함할 수 있다. 상기 오존세정단계를 통해 오존의 강한 산화력에 의해 금속 불순물을 용이하게 제거할 수 있고, 웨이퍼에 재부착되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 오존세정단계의 오존수의 농도는 중량을 기준으로 1 ppm 내지 30 ppm일 수 있다.
상기 웨이퍼의 세정방법은 4H 구조의 탄화규소를 포함하는 웨이퍼의 Si 면을 대상으로 진행될 수 있고, 이 때 더욱 효과적으로 금속 불순물들을 제거할 수 있다.
상기 스크러빙단계와 세정단계를 거친 웨이퍼는, 아래에 기재한 바와 같은 불순물 농도를 가질 수 있고, 이를 적용하여 소자 제조수율을 향상시킬 수 있으며, 양호한 소자 특성을 나타낼 수 있다.
베어 웨이퍼(10)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 베어 웨이퍼(10)는,
4H 구조의 탄화규소를 포함하고,
총 중량을 기준으로 일면의 칼슘 함량이 10 ppb 이하, 철 함량이 1 ppb 이하, 니켈 함량이 0.1 ppb 이하 및 구리 함량이 1 ppb 이하로 포함될 수 있다. 또한, 총 중량을 기준으로 칼슘 함량이 0.01 ppb 이상, 철 함량이 0.01 ppb 이상, 니켈 함량이 0.01 ppb 이상 및 구리 함량이 0.01 ppb 이상으로 포함될 수 있다.
상기 금속들의 함량은 상기 베어 웨이퍼(10)의 규소 원자층이 나타나는 일면인 Si 면에서 ICP-MS(유도 결합 플라즈마 질량 분석)로 측정한 결과 값이다.
상기 베어 웨이퍼(10)는 총 중량을 기준으로 알루미늄 함량이 1 ppb 이하, 칼륨 함량이 1 ppb 이하, 바나듐 함량이 0.01 ppb 이하, 크롬 함량이 0.1 ppb 이하, 망간 함량이 0.1 ppb 이하, 코발트 함량이 0.01 ppb 이하, 아연 함량이 10 ppb 이하일 수 있다. 또한, 알루미늄 함량이 0.01 ppb 이상, 칼륨 함량이 0.01 ppb 이상, 바나듐 함량이 0.001 ppb 이상, 크롬 함량이 0.01 ppb 이상, 망간 함량이 0.01 ppb 이상, 코발트 함량이 0.001 ppb 이상, 아연 함량이 0.01 ppb 이상일 수 있고, 상기 ICP-MS 로 얻어진 결과이다.
상기 ICP-MS는 아래의 실험예에서 행한 것과 같이 진행될 수 있다.
상기 베어 웨이퍼(10)는 규소 원자층이 나타나는 일면인 Si 면에서 T-XRF 분석 결과로 얻어진 칼슘 함량이 8 atoms/cm2 이하, 철 함량이 0.1 atoms/cm2 이하, 니켈 함량이 0.2 atoms/cm2 이하, 구리 함량이 0.1 atoms/cm2 이하일 수 있다. 또한, 칼슘 함량이 0.1 atoms/cm2 이상, 철 함량이 0.01 atoms/cm2 이상, 니켈 함량이 0.01 atoms/cm2 이상, 구리 함량이 0.01 atoms/cm2 이상일 수 있다.
상기 베어 웨이퍼(10)는 상기 T-XRF 분석 결과로 얻어진 망간 함량이 18 atoms/cm2 이하이고, 아연 함량이 1.6 atoms/cm2 이하일 수 있다. 또한, 망간 함량이 0.1 atoms/cm2 이상일 수 있고, 아연 함량이 0.1 atoms/cm2 이상일 수 있다.
상기 T-XRF는 아래의 실험예에서 행한 것과 같이 진행될 수 있다.
상기 불순물 수치를 만족하는 베어 웨이퍼는, 소자 제조 시 수율을 향상시킬 수 있고, 양호한 소자 특성을 나타낼 수 있다.
상기 베어 웨이퍼(10)는 일면(11) 및 이의 반대면인 타면(12)을 포함할 수 있다.
상기 베어 웨이퍼(10)는 일면(11)에서 마이크로파이프 평균 밀도가 3 /cm2 이하일 수 있고, 1 /cm2 이하일 수 있으며, 0.1 /cm2 이상일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 베어 웨이퍼(10)의 일면(11)은 주로 규소 원자가 표면에 나타나는 소위 Si 면이고, 상기 일면의 반대면인 타면(12)은 주로 탄소 원자가 표면에 나타나는 소위 C 면이다. 웨이퍼 절단 가공 시, 탄화규소 단결정에서 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 나타나게 된다.
상기 일면(11)의 중심은 상기 베어 웨이퍼(10) 단면의 형상이 원형 또는 타원형일 경우, 원 또는 타원의 중심에 해당할 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼 단면의 형상이 원형 또는 타원형일 경우, 상기 반경은 가장 작은 반경을 기준으로 할 수 있다.
상기 베어 웨이퍼(10)의 가장자리 일측은 수직, 수평을 판단하는 기준인 플랫존(미도시) 또는 노치(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 베어 웨이퍼(10)는 잉곳으로부터 절단될 시 잉곳 또는 종자정의 C면((000-1)면)으로부터 오프 각이 0 °내지 10°으로 적용된 것일 수 있다.
상기 베어 웨이퍼(10)는 그 로킹 각도가 기준각도 대비 -1.5 °내지 1.5 °일 수 있고, -1.0 °내지 1.0 °일 수 있으며, -0.5 °내지 0.5 °일 수 있고, -0.3 ° 내지 0.3 °일 수 있다. 이러한 특징을 갖는 웨이퍼는 우수한 결정질 특성을 가질 수 있다. 상기 로킹 각도는 고분해능 엑스선 회절 분석 시스템(HR-XRD system)을 적용하여 상기 웨이퍼 [11-20] 방향을 X-ray 경로에 맞추고, X-ray source optic과 X-ray detector optic 각도를 2θ(35 ° 내지 36 °)로 설정한 후 웨이퍼의 오프 각에 맞추어 오메가(ω, 또는 쎄타 θ , X-ray detector optic) 각도를 조절하여 로킹 커브(Rocking curve)를 측정하고, 기준각도인 피크각도와 두 개의 반치전폭(FWHM; full width at half maximum) 값의 차이 값을 각각 로킹 각도로 설정하여 결정성을 평가한다.
본 명세서에서, 오프 각이 X °라 함은 통상 허용하는 오차범위 내에서 X °로 평가되는 오프 각을 갖는다는 것을 의미하며, 예시적으로 (X ° - 0.05 °) 내지 (X ° + 0.05 °) 범위의 오프각을 포함한다. 또한, 로킹 각도가 "기준각도 대비 -1 ° 내지 1 °"라 함은 반치전폭 값이 기준각도인 피크각도를 기준으로 (피크각도 - 1 °) 내지 (피크각도 + 1 °)의 범위 내에 있다는 것을 의미한다. 더욱이, 상기 로킹 각도는 웨이퍼의 중앙 부분과 가장자리에서 중앙 방향으로 5 mm 이내의 부분을 제외한 표면을 실질적으로 균등하게 3등분하여, 각 부분에서 3 번 이상 측정한 결과를 평균하여 위의 로킹 각도로 취급한다. 구체적으로, 탄화규소 잉곳의 (0001)면에 대해 0 ° 내지 10 °의 범위에서 선택된 각도인 오프각을 적용한 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 베어 웨이퍼(10)의 두께는 150 μm 내지 900 μm일 수 있고, 200 μm 내지 600 μm일 수 있으며, 반도체 소자에 적용될 수 있는 적절한 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 베어 웨이퍼(10)는 결함이나 다형 혼입이 최소화된 실질적으로 단결정인 4H 구조의 탄화규소로 이루어질 수 있다.
상기 베어 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.
반도체 소자(1)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 반도체 소자(1)는,
상기에 따른 웨이퍼(10);
상기 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층(20);
상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 탄화규소 웨이퍼와 반대쪽에 배치된 배리어 영역(30);
상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극(41); 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극(42); 및
상기 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극(43);을 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자(1)의 일례를 도 6에 나타내었다.
상기 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 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 탄화규소를 포함하는 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.
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.
<제조예 - 웨이퍼 제조>
도 2에 잉곳 제조장치의 일례를 도시한 바와 같이, 반응용기(200)의 내부공간 하부에 원료물질(300)인 탄화규소 분말을 장입하고, 그 상부에 탄화규소 종자정을 배치하였다. 이 때, 탄화규소 종자정은 직경 6 인치의 4H-SiC 결정으로 이루어진 것을 적용하였고, C면((000-1)면)이 내부공간 하부의 탄화규소 원료를 향하도록 통상의 방법으로 고정하였다.
반응용기(200)를 밀폐하고, 그 외부를 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 ℃/min의 속도로 25 ℃까지 냉각시켰고, 동시에 내부공간의 압력이 760 torr가 되도록 하였다. 상기 석영관과 연통된 배관(810), 진공배기장치(700)를 통해 석영관 내부의 아르곤 가스 유량을 조절하였다.
상기 냉각된 탄화규소 잉곳의 (0001)면과 4 °의 오프 각을 갖도록 절단하였으며, 360 μm의 두께, 150 mm의 직경을 갖는 웨이퍼를 마련하였다.
이후 화학적 기계적 연마(CMP)를 진행하였다. 상기 웨이퍼 샘플을 CMP 연마 장비의 연마헤드에 고정하였고, 폴리우레탄계 연마패드를 부착한 정반 상에 상기 웨이퍼의 일면인 Si면이 연마패드로 향하도록 하였다. 그 다음, 실리카와 과망간산칼륨 슬러리를 200 mL/min의 유량으로 투입하면서 정반을 200 rpm 및 연마헤드를 197 rpm으로 회전시키며, 6 psi의 압력으로 웨이퍼 일면을 1.5 ㎛ 연마하였고, 위와 같은 방법으로 웨이퍼의 타면인 C면도 0.5 ㎛ 연마하고, 세정 후 건조하였다.
<실시예 1 - 웨이퍼 세정>
상기 제조예에서 제조된 웨이퍼에 도 3에 도시한 바와 같이 배치된 나일론 브러쉬를 구비하고, 웨이퍼의 회전속도를 10 rpm, 브러쉬의 회전속도를 60 rpm으로 하되, 탈이온수를 2 L/min으로 가하며 120초 동안 제1스크러빙단계를 진행하였다.
상기 제1스크러빙단계가 진행된 웨이퍼에 도 3에 도시한 바와 같이 배치된 폴리비닐알코올 브러쉬를 구비하고, 웨이퍼의 회전속도를 10 rpm, 브러쉬의 회전속도를 60 rpm으로 하되, 암모니아:탈이온수가 1:20의 부피비로 혼합된 암모니아수를 2 L/min으로 가하며 90초 동안 제2스크러빙단계를 진행하였다.
상기 제2스크러빙단계가 진행된 웨이퍼에 도 3에 도시한 바와 같이 배치된 폴리비닐알코올 브러쉬를 구비하고, 웨이퍼의 회전속도를 10 rpm, 브러쉬의 회전속도를 60 rpm으로 하되, 탈이온수를 2 L/min으로 가하며 120초 동안 제3스크러빙단계를 진행하였다.
상기 스크러빙단계 이후 암모니아:과산화수소:탈이온수가 1:2:20 부피비로 혼합된 제1세정액을 120 KHz의 초음파 조건으로 웨이퍼에 가하되, 70 ℃의 온도, 웨이퍼 회전속도 1 rpm 조건으로 300 초 동안 제1a세정과정을 진행하였다.
상기 제1a세정과정 이후 웨이퍼를 탈이온수로 샤워 및 배수 처리하고, 고온의 탈이온수와 질소 버블을 가한 다음, 다시 탈이온수로 오버플로(Overflow) 처리하였다. 그 다음, 다시 탈이온수로 샤워 및 배수 처리하고, 탈이온수와 질소 버블을 통해 샤워 처리한 다음, 다시 탈이온수로 오버플로 처리하여 제1불활성세정과정을 진행하였다.
상기 제1불활성세정과정 이후 상기 제1세정액을 1 MHz의 초음파 조건으로 웨이퍼에 가하되, 70 ℃의 온도, 웨이퍼 회전속도 1 rpm 조건으로 300 초 동안 제1b세정과정을 진행하였다.
상기 제1b세정과정 이후 제2불활성세정과정을 상기 제1불활성세정과정과 같은 방법으로 진행하였다.
상기 제2불활성세정과정 이후 염산:과산화수소:탈이온수가 1:3:60 부피비로 혼합된 제2세정액을 웨이퍼에 가하되, 70 ℃의 온도, 웨이퍼 회전속도 1 rpm 조건으로 300초 동안 2차세정단계를 진행하였다.
상기 2차세정단계 이후 제3불활성세정과정을 상기 제1불활성세정과정과 같은 방법으로 진행하였다.
<비교예 1 - 웨이퍼 세정>
상기 실시예 1에서, 제1스크러빙단계, 제2스크러빙단계 및 제3스크러빙단계 처리시간을 각각 60초, 제1a세정과정 및 제1b세정과정 처리시간을 각각 150초, 2차세정단계 처리시간을 150초로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
<비교예 2 - 웨이퍼 세정>
상기 실시예 1에서, 제1스크러빙단계, 제2스크러빙단계 및 제3스크러빙단계 처리시간을 각각 90초, 75초, 90초, 제1a세정과정 및 제1b세정과정 처리시간을 각각 200초, 2차세정단계 처리시간을 200초로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
<실험예 - 금속불순물 농도 측정>
상기 실시예 및 비교예의 웨이퍼의 ICP-MS(유도 결합 플라즈마 질량 분석, Agilent 사 7900) 결과 및 T-XRF(X선 형광 분석, rigaku 사) 결과를 표 1 및 2에 나타내었다.
| ICP-MS | 검출한계 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| Al | 1 | <1 | <1 | - |
| K | 1 | <1 | 11 | - |
| Ca | 10 | <10 | 40 | - |
| V | 0.01 | <0.01 | <0.01 | - |
| Cr | 0.1 | <0.1 | <0.1 | - |
| Mn | 0.1 | <0.1 | 59.9 | - |
| Fe | 1 | <1 | <1 | - |
| Co | 0.01 | <0.01 | <0.01 | - |
| Ni | 0.1 | <0.1 | 0.4 | - |
| Cu | 1 | <1 | <1 | - |
| Zn | 10 | <10 | 40 | - |
단위: ppb
| T-XRF | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| Al | - | ||
| K | - | ||
| Ca | - | 15.3 | 10.3 |
| V | - | ||
| Cr | - | ||
| Mn | - | 19.6 | |
| Fe | - | 0.2 | 0.3 |
| Co | - | ||
| Ni | - | 1.7 | 0.4 |
| Cu | - | 미검출 | 0.3 |
| Zn | - | 1.9 |
-: 검출한계 이하, 단위: Atom/cm2웨이퍼 세정에서 적절한 처리조건 및 처리시간을 가한 실시예는, ICP-MS 결과에서 검출한계 이하의 불순물 농도를 나타내었고, 처리시간이 부족한 비교예의 경우, 칼슘, 망간, 니켈, 아연 등 금속 불순물 농도가 양호하지 못한 것을 확인하였다.
<실험예 - 쇼트키 배리어 다이오드 불량률 확인>
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 웨이퍼를 통해, 캐소드층/SiC 기판(웨이퍼)/SiC N형 드리프트 층/애노드층 그리고 드리프트 층 상에 애노드층과 접하는 패시베이션 층을 포함하는 복수의 쇼트키 배리어 다이오드를 마련하였다. 이 때, 상기 쇼트키 배리어 다이오드들의 단면적이 아래의 순방향 전류 조건에 따라 10 A의 경우 3.16Х2.10 mm2, 20 A의 경우 3.16Х4.10 mm2, 25 A의 경우 4.76Х3.28 mm2이 되도록 하였다.
이 쇼트키 배리어 다이오드들의 순방향 전류 조건(10 A, 20 A, 25 A)에서 순방향 전압 요구사항(1.8 V 이하)을 만족하지 못하는 소자들을 불량으로 판단하고, 이러한 분포를 측정하여 웨이퍼 불량률을 파악하였고, 표 3, 도 4 및 도 5 등에 나타내었다.
| 불량률(%) | 실시예 1 | 비교예 1 |
| 10 A급 | 7 % | 28 % |
| 20 A급 | 25 % | 45 % |
| 25 A급 | 30 % | 56 % |
도 4는 실시예 1의 베어 웨이퍼를 적용한 10 A급(a), 20 A급(b), 25 A급(c) 쇼트키 다이오드의 순방향 전압에 따른 분포를 나타낸 그래프이고, 도 5는 비교예 1의 웨이퍼를 적용한 10 A급(a), 20 A급(b), 25 A급(c) 쇼트키 다이오드의 순방향 전압에 따른 분포를 나타낸 그래프이다.도 4 및 도 5에서, 가로축은 제조된 쇼트키 배리어 다이오드의 순방향 전압(V)을 나타내고, 세로축은 표본 수를 나타낸다. 점선은 순방향 전압 규격 상한을 나타내고, 실시예의 경우 비교예 대비 불량률이 현저히 적은 것을 알 수 있다.즉, 웨이퍼 세정에서 적절한 처리시간을 가한 실시예는, 요구사항을 만족하지 못하는 불량률이 비교예 대비 양호한 것을 확인할 수 있고, 이는 실시예의 세정과정에서 잔존하는 금속 불순물들을 기준수치 이하로 제거한 것에 따른 효과로 판단된다.
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: 웨이퍼
11: 일면
12: 타면 50: 브러쉬
100: 탄화규소 잉곳
200: 반응용기 210: 본체
220: 덮개 300: 원료
400: 단열재 500: 반응챔버, 석영관
600: 가열수단 700: 진공배기장치
800: 매스 플로우 컨트롤러 810: 배관
12: 타면 50: 브러쉬
100: 탄화규소 잉곳
200: 반응용기 210: 본체
220: 덮개 300: 원료
400: 단열재 500: 반응챔버, 석영관
600: 가열수단 700: 진공배기장치
800: 매스 플로우 컨트롤러 810: 배관
Claims (6)
- 탄화규소 단결정 잉곳을 절단하여 제조되는 베어 웨이퍼에 있어서,
4H 구조의 탄화규소를 포함하고,
규소 원자층이 나타나는 Si 면인 일면을 포함하고,
상기 일면은
유도 결합 플라즈마 질량 분석 결과를 기준으로,
칼슘 함량이 0.01 ppb 이상 10 ppb 이하,
철 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하,
니켈 함량이 0.01 ppb 이상 0.1 ppb 이하,
구리 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하이고,
상기 일면에서 마이크로파이프 평균 밀도가 3 /cm2 이하이고,
상기 베어 웨이퍼는 상기 탄화규소 잉곳의 (0001)면 또는 단결정 성장이 시작된 면과 0 ° 내지 10 ° 사이에 속하는 오프 각도를 이루도록 절단되어 형성되는 베어 웨이퍼. - 제1항에 있어서,
T-XRF 분석 결과로 얻어진 상기 일면에서의 칼슘 함량이 0.1 atoms/cm2 이상 8 atoms/cm2 이하, 철 함량이 0.01 atoms/cm2 이상 0.1 atoms/cm2 이하, 니켈 함량이 0.01 atoms/cm2 이상 0.2 atoms/cm2 이하, 및 구리 함량이 0.01 atoms/cm2 이상 0.1 atoms/cm2 이하인, 베어 웨이퍼. - 제1항에 있어서,
T-XRF 분석 결과로 얻어진 상기 일면에서의 망간 함량이 0.1 atoms/cm2 이상 18 atoms/cm2 이하이고, 아연 함량이 0.1 atoms/cm2 이상 1.6 atoms/cm2 이하인, 베어 웨이퍼. - 제1항에 있어서,
상기 일면은, 유도 결합 플라즈마 질량 분석 결과를 기준으로,
알루미늄 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하,
칼륨 함량이 0.01 ppb 이상 1 ppb 이하,
바나듐 함량이 0.001 ppb 이상 0.01 ppb 이하,
크롬 함량이 0.01 ppb 이상 0.1 ppb 이하,
망간 함량이 0.01 ppb 이상 0.1 ppb 이하,
코발트 함량이 0.001 ppb 이상 0.01 ppb 이하 및
아연 함량이 0.01 ppb 이상 10 ppb 이하인,
베어 웨이퍼. - 제1항에 따른 베어 웨이퍼;
상기 베어 웨이퍼의 일면 상에 배치된 에피택셜 층;
상기 에피택셜 층을 사이에 두고 상기 베어 웨이퍼와 반대쪽에 배치된 배리어 영역;
상기 에피택셜 층과 접하는 소스 전극; 상기 배리어 영역 상에 배치된 게이트 전극; 및
상기 베어 웨이퍼의 타면 상에 배치된 드레인 전극;을 포함하는, 반도체 소자. - 제1항에 있어서,
상기 베어웨이퍼는 상기 4H 구조의 탄화규소 단결정인, 베어 웨이퍼.
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| KR20160044676A (ko) * | 2014-10-15 | 2016-04-26 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 탄화규소 기판의 제조방법 |
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