TW202117103A - 碳化矽晶圓、碳化矽晶錠、碳化矽晶錠製造方法以及碳化矽晶圓製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種碳化矽晶錠、晶圓以及其製造方法。當從根據一個實施例的碳化矽晶錠切下的晶圓的表面由於施加到其表面的機械能而破裂時，所述機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J。根據一個實施例的碳化矽晶錠的製造方法可以通過設置最佳工程條件，從而製造具有確保的耐衝擊性和降低的缺陷密度值的碳化矽晶錠。

Description

碳化矽晶圓、碳化矽晶錠、碳化矽晶錠製造方法以及碳化矽晶圓製造方法
本發明涉及一種碳化矽晶圓、碳化矽晶錠的製備方法及碳化矽晶圓的製備方法。
碳化矽（SiC）是具有2.2eV至3.3eV的寬的能帶隙的半導體，由於其優異的物理和化學特性，作為半導體材料的研究與開發正在發展。
作為碳化矽單晶的製備方法，有液相磊晶（Liquid Phase Epitaxy，LPE）、化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）、物理氣相傳輸（Physical Vapor Transport，PVT）等。其中，在物理氣相傳輸中，將碳化矽原料放入坩堝內部，將由碳化矽單晶形成的籽晶放置在坩堝上部，然後通過感應加熱將坩堝加熱以昇華原料，從而生長在籽晶上碳化矽單晶。
物理氣相傳輸由於具有高生長率並且可以製備晶錠形狀的碳化矽，因此最廣泛使用。但是，根據坩堝的特性、工序條件等，改變電流密度，並且也改變坩堝的內部溫度分佈，從而難以確保碳化矽晶錠的所定的物性。
作為相關的文獻有在韓國公開專利公報第10-2017-0076763號中公開的“碳化矽單晶的製造方法及碳化矽單晶基板”、在韓國公開專利公報第10-2010-0089103號中公開的“碳化矽單晶錠、由其獲得的基板以及磊晶晶圓”等。
本發明的目的在於，通過在碳化矽晶錠的製造工程中改變工程條件來提供一種具有耐衝擊性的碳化矽晶錠、晶圓等。
本發明的另一目的在於，提供一種具有降低的缺陷值例如位錯密度的高品質的碳化矽晶錠、晶圓等。
為了達到上述目的，根據一實施例的晶圓具有如下特徵：由於施加到表面的衝擊發生裂紋，所述衝擊是由於具有機械能的重錘，所述機械能的最小值是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J。
當在所述晶圓由於施加到表面的機械能發生裂紋時，所述機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J。
施加衝擊的所述表面的面積可以為100 mm2 以下。
在表面施加機械能的面積可以為100 mm2 以下。
機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.233J至0.475J。
晶圓可以包括4H-SiC結構，並且直徑可以是4英寸以上。
衝擊可以通過從距所述晶圓表面預定的高度將重錘下降到所述晶圓的表面來施加。
機械能的最小值是在所述晶圓施加衝擊的所述重錘具有的機械能。
為了達到上述目的，根據一實施例的晶圓的根據杜邦衝擊試驗（Dupont impact tester）使用具有360μm的厚度的樣品和25g的重錘測量的裂紋發生落下高度可以為100mm以上。
晶圓的根據杜邦衝擊試驗（Dupont impact tester），使用具有360μm的厚度的樣品、25g的重錘、具有4mm的直徑的凹模測量的裂紋發生落下高度可以為100mm以上。
所述落下高度可以為150mm以上。
所述晶圓可以包括4H-SiC結構，並且直徑可以是4英寸以上。
為了達到上述目的，根據一實施例的碳化矽晶錠的製造方法包括： 準備步驟，在具有內部空間的反應容器中將原料和碳化矽籽晶彼此面對地佈置； 生長步驟，通過調節所述內部空間的溫度，壓力和氣氛來昇華所述原料，並且製備所生長的碳化矽晶錠在所述籽晶上；及 冷卻步驟，通過冷卻所述反應容器來回收所述碳化矽晶錠， 所述碳化矽晶錠包括彼此面對的一表面和另一表面，並且被定義為上部的一表面是平面或凸面，並且晶圓準備在所述一表面以下的部分。
所述晶圓可以具有如下特徵：由於施加到表面的衝擊發生裂紋，所述衝擊是由於具有機械能的重錘，所述機械能的最小值是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J；或 根據杜邦衝擊試驗（Dupont impact tester）使用具有360μm的厚度的樣品和25g的重錘測量的裂紋發生落下高度可以為100mm以上。
生長步驟可以進行在所述反應容器中在具有70sccm至330sccm的流量的惰性氣體氣氛中。
冷卻步驟可以進行在所述反應容器中在具有1sccm至300sccm的流量的惰性氣體氣氛中。
反應容器的導熱係數可以為120 W / mK以下。
在生長步驟或冷卻步驟中，流可以具有從所述原料到所述碳化矽籽晶方向的流。
為了達到上述目的，根據一實施例的晶圓的製造方法包括： 研磨步驟，將所述碳化矽晶錠的邊緣研磨；以及 切割步驟，將所述研磨的碳化矽晶錠切割以製備晶圓。
所述晶圓具有上述特徵。
根據一實施例的晶圓可以提供降低由於衝擊引起的損壞的頻率和具有優異物性的晶圓。而且，可以提供減小殘留在晶圓中的應力的晶圓。
根據一實施例的碳化矽晶錠的製造方法可以設置最佳工程條件，從而可以製造具有耐衝擊性和降低的缺陷密度值的碳化矽晶錠。
以下，參照附圖來對本發明進行詳細說明，以使本發明所屬技術領域的普通技術人員輕鬆實施本發明。本發明可通過多種不同的實施方式實現，並不限定於在本說明書中所說明的實施例。在說明書全文中，對於相似的部分標注了相同的附圖標記。
在本說明書中，除非另有說明，一種構成“包括”另一種構成，這意味著可以還包括其他構成而不排除其他構成。
在本說明書中，當一個構成“連接”到另一個構成時，這不僅包括‘直接連接’，還包括與‘在其間連接其他構成’。
在本說明書中，B位於A上意味著B直接與A相接觸或在B和A之間設置有其他層的情況下B位於A上，而不能限定地解釋為B與A的表面相接觸。
在本說明書中，馬庫西形式的表達所包含的術語“它們的組合”表示選自由馬庫西形式的表達中所記載的多個結構要素組成的組中的一個以上的混合或組合，表示包括選自由所述多個結構要素組成的組中的一個以上。
在本說明書中，“A和/或B”的記載表示“A、B或者A與B”。
在本說明書中，“第一”、“第二”或“A”、“B”等術語用於區分相同的術語。
在本說明書中，除非在語句中明確表示不同的含義，否則單數的表達包括複數的表達。
以下，更加詳細地說明本發明。
晶錠或晶圓的耐衝擊性可以根據製造條件而變化。耐衝擊性降低的晶錠或晶圓在轉移、加工等過程中可能會損壞或發生缺陷。而且，由於耐衝擊性的差異，在隨後的器件製造過程中可能發生磊晶層的品質降低。
發明人研究了具有較少缺陷和改善的耐衝擊性的碳化矽晶錠的製造方法。他們認識到，在通過應用物理氣相傳輸法來生長碳化矽晶錠時，在各種因素中，重要的是控制惰性氣體的流量和坩堝的溫度梯度。並且他們證實了，通過控制這些條件，可以生產更好品質的碳化矽晶錠，從而完成了本發明。碳化矽晶錠
為了達到上述目的，根據本說明書中公開的一實施例的碳化矽晶錠100包括彼此面對的一表面110和另一表面120，並且被定義為上部的一表面是平面或凸面，並且晶圓準備在所述一表面以下的部分。
晶圓可以由於施加到表面的衝擊而破裂。
所述衝擊是由於具有機械能的重錘，當所述晶圓破裂時，所述重錘具有的機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J。
所述碳化矽晶錠100是通過使反應容器中的原料昇華以在碳化矽籽晶上重結晶來生長的。
參照圖2，生長完成後，在所述碳化矽晶錠的表面中，面對原料的一個表面是一表面110，所述一表面可以具有彎曲的凸面或平坦面。
所述碳化矽晶錠100可包含本體部分121和從所述本體部分延伸並具有凸面110的凸部分111。當將所述碳化矽晶錠的凸面稱為上部時，凸面以下的部分可以對應於主體部分。
所述碳化矽晶錠的一表面110被稱為上側，而底表面（其是開始生長碳化矽晶錠的表面）被稱為另一表面120，並且另一表面可以稱為下側。可以將所述晶錠的一表面以下部分切割成所定厚度以製備晶圓。所述切割可以使得所述另一表面或所述碳化矽晶錠的(0001)面和晶圓形成所定的偏角。
所述晶圓的製備過程如下。
通過使用磨削設備將所述碳化矽晶錠100的外徑的從外徑向內部的方向修改。切割成相對於所述碳化矽晶錠的另一表面120或(0001)面的所定的偏角和一定的厚度。然後，可以進行邊緣研磨、表面拋光、拋光等。
當製備所述晶圓時，相對於另一表面120或(0001)面的偏角可以是0°至10°。
具有上述偏角的晶圓相對於基準角可以具有-1.5°至1.5°的鎖定角。具有上述偏角的晶圓相對於基準角可以具有-1.0°至1.0°的鎖定角或-0.5°至0.5°的鎖定角。具有上述偏角的晶圓相對於基準角可以具有-0.3°至0.3°的鎖定角。具有這些特性的晶錠具有優異的結晶質特性。
應用於高分辨率X射線衍射系統HR-XRD，以將所述晶圓[11-20]方向對準X射線路徑，將X射線源光和光學X射線探測器角度設置為2θ（35至36度）之後，通過根據晶圓的偏角調整ω（或θ，光學X射線探測器）角度測量搖擺曲線（Rocking curve）。將峰值角（即基準角）與兩個半峰全寬（FWHM）值之間的差設定為鎖定角，以評價結晶度。
在本說明書中，偏角為X度的意味著具有在正常誤差範圍內與基準面成X度評估的偏角。例如，它包括（X-0.05度）到（X+0.05度）範圍內的偏角。而且，鎖定角為“相對於基準角-1至+1度”是指FWHM值在基準角（峰值角-1度）至（峰值角+1度）的範圍內。
晶圓的表面除了在晶圓的中心和從邊緣到中心5毫米以內的部分以外，基本上均等地分為三部分，將各部分的3次以上的測定結果取平均值，作為上述鎖定角。具體地，在對於碳化矽晶錠100的底表面120具有0度至10度的偏角的晶圓中，當偏角為0度時，ω角為17.8111度、當偏角為4度時，ω角為13.811度、當偏角為8度時，ω角為9.8111度。
在通過切割所述碳化矽晶錠100製備的晶圓，由於施加到表面的衝擊發生裂紋。當所述衝擊是由於具有機械能的重錘時，所述機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.194J以上。並且所述機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.233J以上。並且所述機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.475以下、或0.467以下。
即使在受到由於具有機械能的重錘的衝擊等也不會破裂的晶圓可以在轉移、加工等過程中最小化損壞和缺陷。而且，在作為用於器件製造的後續工程的碳化矽磊晶層的形成過程中，可以表現出更好的品質。
即使在對晶圓施加衝擊時也不會發生裂紋，這意味著，施加衝擊後的晶圓沒有被分成兩個以上、沒有產生寬度為0.001 mm以上的裂縫、或沒有被破裂成碎片。
衝擊是由具有勢能和動能的外部衝擊源（例如，重錘）與所述晶圓的表面的碰撞引起的，並且被評價為衝擊量。耐衝擊性是即使受到衝擊也不會在晶圓上發生裂紋的特性。可以基於所述衝擊源具有的機械能評價耐衝擊性。耐衝擊性可以通過當所述衝擊源到達晶圓的表面時的衝擊源具有的動能來評價。
直接在所述表面上施加衝擊的面積可以為100mm2 以下。直接在所述表面上施加衝擊的面積可以為50mm2 以下或25mm2 以下。直接在所述表面上施加衝擊的面積可以為10mm2 以上。
根據ASTM D 2794，當通過在溫度約25°C、厚度約360μm的樣品、高度約100mm至200mm，將重量25g的重錘落下在凹模來進行杜邦衝擊試驗時，在所述晶圓可以沒有發生裂紋。所述凹模的（impactor）直徑可以約為4mm以內或直徑可以約為4mm。
根據ASTM D 2794，當通過在溫度約25°C、厚度約360μm的樣品、高度約100mm至200mm，將重量30g的重錘落下在凹模來進行杜邦衝擊試驗時，在所述晶圓可以沒有發生裂紋。所述凹模的（impactor）直徑可以約為4mm以內或直徑可以約為4mm。
當通過在晶圓的表面施加衝擊而在晶圓中發生裂紋時，所述衝擊可以通過衝擊源的機械能來量化。
將不發生裂紋的衝擊的最大值評價為衝擊源具有的機械能的最大值，以說明耐衝擊性。而且，將發生裂紋的衝擊的最小值評價為衝擊源具有的機械能的最小值，以說明耐衝擊性。這兩個值表現出基本上相似的值。
由於發生裂紋的衝擊的最小值的評價比沒有裂紋的衝擊的最大值的評價容易，因此該實施例基於發生裂紋的衝擊的最小值來描述晶圓的耐衝擊性。
耐衝擊性可以通過在晶圓上落下所述重錘的測試來測量。具體的內容在以下實驗例中描述。
所述晶圓的微管（Micropipe，MP）密度可以為1.5 / cm2 以下或1 / cm2 以下。
所述晶圓的穿線位錯（Threading Edge Dislocation，TED）密度可以為10,000 / cm2 以下或8,000 / cm2 以下。
所述晶圓的基面位錯(Basal Plane Dislocation，BPD)密度可以為5,000 / cm2 以下或3,000 / cm2 以下。
當所述晶圓滿足上述缺陷密度範圍時，可以提供缺陷少和高品質晶圓。當將其應用於器件時，可以製造具有優異的電學或光學特性的器件。
所述晶圓的缺陷密度可以通過添加蝕刻溶液並拍攝其表面來測量。具體的內容在以下實驗例中描述。
所述晶圓的厚度可以是300μm至600μm，並且如果其是可以應用於半導體器件的適當的厚度，則不限於此。
所述碳化矽晶錠100可以是基本上單晶的4H-SiC結構，其中缺陷或多晶型混合最小化。
所述碳化矽晶錠100可以具有4英寸以上、5英寸以上、或6英寸以上的直徑。
具體地，所述碳化矽晶錠的直徑可以為4英寸至12英寸、4英寸至10英寸、或4英寸至8英寸。當所述碳化矽晶錠的製造時，可以根據這些特性施用適當的碳化矽籽晶。
所述碳化矽晶錠100可以在碳化矽籽晶的C平面(000-1面)上生長的。
所述碳化矽晶錠100可以通過在生長步驟和冷卻步驟中滿足惰性氣體的流量調節和特定熱導率的坩堝來製造。稍後將描述具體的內容。
晶圓
為了達到上述目的，根據本說明書中公開的一實施例的碳化矽晶圓具有如下特徵：由於施加到表面的衝擊發生裂紋，所述衝擊是由於具有機械能的重錘，所述機械能的最小值是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J。
根據一實施例的晶圓的根據杜邦衝擊試驗（Dupont impact tester）使用具有360μm的厚度的樣品和25g的重錘測量的裂紋發生落下高度可以為100mm以上。
所述晶圓可以通過使用所述切割碳化矽晶錠100的方法來製備。
所述晶圓的鎖定角與所述相同。
在所述晶圓上，由於施加到表面的衝擊發生裂紋。當所述衝擊是由於具有機械能的重錘時，所述機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.194J以上。並且所述機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.233J以上。並且所述機械能的最小值可以是每單位面積（1cm2 ）0.475以下、或0.467以下。
即使在受到由於具有機械能的重錘的衝擊等也不會破裂的晶圓可以在轉移、加工等過程中最小化損壞和缺陷。而且，在作為用於器件製造的後續工程的碳化矽磊晶層的形成過程中，可以表現出更好的品質。
即使在對晶圓施加衝擊時也不會發生裂紋，這意味著，施加衝擊後的晶圓沒有被分成兩個以上、沒有產生寬度為0.001 mm以上的裂縫、或沒有被破裂成碎片。
衝擊是由具有勢能和動能的外部衝擊源（例如，重錘）與所述晶圓的表面的碰撞引起的，並且被評價為衝擊量。耐衝擊性是即使受到衝擊也不會在晶圓上發生裂紋的特性。可以基於所述衝擊源具有的機械能評價耐衝擊性。耐衝擊性可以通過當所述衝擊源到達晶圓的表面時的衝擊源具有的動能來評價。
直接在所述表面上施加衝擊的面積可以為100mm2 以下。直接在所述表面上施加衝擊的面積可以為50mm2 以下或25mm2 以下。直接在所述表面上施加衝擊的面積可以為10mm2 以上。
根據ASTM D 2794，當通過在溫度約25°C、厚度約360μm的樣品、高度約100mm至200mm，將重量25g的重錘落下在凹模來進行杜邦衝擊試驗時，在所述晶圓可以沒有發生裂紋。所述凹模的（impactor）直徑可以約為4mm以內或直徑可以約為4mm。
根據ASTM D 2794，當通過在溫度約25°C、厚度約360μm的樣品、高度約100mm至200mm，將重量30g的重錘落下在凹模來進行杜邦衝擊試驗時，在所述晶圓可以沒有發生裂紋。所述凹模的（impactor）直徑可以約為4mm以內或直徑可以約為4mm。
當通過在晶圓的表面施加衝擊而在晶圓中發生裂紋時，所述衝擊可以通過衝擊源的機械能來量化。
將不發生裂紋的衝擊的最大值評價為衝擊源具有的機械能的最大值，以說明耐衝擊性。而且，將發生裂紋的衝擊的最小值評價為衝擊源具有的機械能的最小值，以說明耐衝擊性。這兩個值表現出基本上相似的值。
由於發生裂紋的衝擊的最小值的評價比沒有裂紋的衝擊的最大值的評價容易，因此該實施例基於發生裂紋的衝擊的最小值來描述晶圓的耐衝擊性。
耐衝擊性可以通過在晶圓上落下所述重錘的測試來測量。具體的內容在以下實驗例中描述。
所述晶圓的微管（Micropipe，MP）密度可以為1.5 / cm2 以下或1 / cm2 以下。
所述晶圓的穿線位錯（Threading Edge Dislocation，TED）密度可以為10,000 / cm2 以下或8,000 / cm2 以下。
所述晶圓的基面位錯(Basal Plane Dislocation，BPD)密度可以為5,000 / cm2 以下或3,000 / cm2 以下。
所述晶圓的厚度可以是300μm至600μm，並且如果其是可以應用於半導體器件的適當的厚度，則不限於此。
所述晶圓可以是碳化矽晶圓。
所述晶圓可以是基本上單晶的4H-SiC晶圓。
所述晶圓可以具有4英寸以上、5英寸以上、或6英寸以上的直徑。所述晶圓可以具有12英寸以下或10英寸以下的直徑。
當所述晶圓滿足上述缺陷密度範圍時，可以提供缺陷少和高品質晶圓。當將其應用於器件時，可以製造具有優異的電學或光學特性的器件。
所述晶圓的缺陷密度可以通過添加蝕刻溶液並拍攝其表面來測量。具體的內容在以下實驗例中描述。
碳化矽晶錠的製造方法
為了達到上述目的，根據本說明書中公開的一實施例的碳化矽晶錠的製造方法包括： 準備步驟，在具有內部空間的反應容器200中將原料300和碳化矽籽晶彼此面對地佈置； 生長步驟，通過調節所述內部空間的溫度，壓力和氣氛來昇華所述原料，並且製備所生長的碳化矽晶錠100在所述籽晶上；及 冷卻步驟，通過冷卻所述反應容器來回收所述碳化矽晶錠。
所述碳化矽晶錠包括彼此面對的一表面110和另一表面120，並且被定義為上部的一表面是平面或凸面，並且晶圓準備在所述一表面以下的部分。
所述晶圓可以具有如下特徵：由於施加到表面的衝擊發生裂紋，所述衝擊是由於具有機械能的重錘，所述機械能的最小值是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J。
所述晶圓的根據杜邦衝擊試驗（Dupont impact tester）使用具有360μm的厚度的樣品和25g的重錘測量的裂紋發生落下高度可以為100mm以上。
在根據一實施例的碳化矽晶錠的製造方法中，所述準備步驟是在具有內部空間的反應容器200中將原料300和碳化矽籽晶彼此面對地佈置的步驟。
所述準備步驟中的碳化矽籽晶的特徵與所述相同。
所述準備步驟中的原料300可以是具有碳源和矽源的粉末形狀，並且可以使用所縮頸的原料或碳化表面的碳化矽粉。
所述準備步驟中的反應容器200可以是適用於碳化矽晶錠生長反應的容器。具體地，可以使用石墨坩堝。例如，所述反應容器可包具有內部空間和開口的本體210以及與所述開口對應以密封所述內部空間的蓋220。所述坩堝蓋還可包括與所述坩堝蓋整體或分開的籽晶支架，並且可以通過所述籽晶支架來固定碳化矽籽晶使得原料面對碳化矽籽晶。
所述準備步驟中反應容器200的熱導率可以為80W / mK以上。所述反應容器200的熱導率可以為85W / mK以上或90W / mK以上。所述反應容器200的熱導率可以為120W / mK以下。如果所述反應容器的熱導率小於80 W / mK或反應容器的熱導率大於120 W / mK，反應容器中的溫度梯度變得很大或很小，因此，所製造的碳化矽晶錠的缺陷密度值可能變高及耐衝擊性可能降低。通過使用滿足所述熱導率範圍的反應容器，可以製造具有優異的結晶性和改善的耐衝擊性的碳化矽晶錠。
所述準備步驟中反應容器可以通過被絕熱材料400包圍而固定，並且在反應腔室500中，例如石英管，可以放置圍繞反應容器的絕熱材料，並且可以通過所述絕熱材料和設置在反應腔室外部的加熱單元600來控制所述反應容器200的內部空間的溫度。
所述準備步驟中絕熱材料400可具有72％至95％的孔隙率。所述絕熱材料400的孔隙率可以為75%至93％或80%至91％。所述絕熱材料400的孔隙率可以為80%至85％。當施用滿足所述孔隙率的絕熱材料時，可以還減少所生長的碳化矽晶錠的裂紋的產生。
所述準備步驟中絕熱材料400可具有0.2Mpa以上的抗壓強度。所述絕熱材料400的抗壓強度可以為0.48Mpa以上或0.8MPa以上。並且所述絕熱材料的抗壓強度可以為3Mpa以下或2.5MPa以下。當所述絕熱材料具有這樣的抗壓強度時，其在熱/機械穩定性優異，並且灰燼的發生率降低，從而可以製造品質更好的碳化矽晶錠。
所述準備步驟的所述絕熱材料400可以包括碳基氈，具體地，可以包括石墨氈、人造絲基石墨氈或瀝青基石墨氈。
所述準備步驟中反應腔室500可以包括連接到反應腔室的內部和用於控制反應腔室內部的真空度的真空排氣裝置700、連接到反應腔室的內部和用於將氣體引入反應腔室內部的管道810及用於控制氣體的質量流量控制器800。通過這些，可以在隨後的生長步驟和冷卻步驟中控制惰性氣體的流量。
在根據有實施列的碳化矽晶錠的製造方法中，所述生長步驟是通過調節所述內部空間的溫度、壓力及氣體氣氛來昇華所述原料，並且製備在所述籽晶上所生長的碳化矽晶錠的步驟。
所述生長步驟可以通過使用所述加熱單元600加熱所述反應容器200和反應容器的內部空間來進行。並且，可以與加熱同時或分開，對內部空間減壓以調節真空度，並注入惰性氣體以誘導碳化矽晶體的生長。
所述生長步驟可以在2000℃至2600℃的溫度和1托至200托的壓力條件下進行,並且可以在上述溫度和壓力範圍內更有效地製造碳化矽晶錠。
具體地，所述生長步驟可以在反應容器200的上和下表面的溫度為2100℃至2500℃並且反應容器內部空間的壓力為1托至50托的條件下進行。更具體地，可以在上和下表面的溫度為2150℃至2450℃並且反應容器內部空間的壓力為1托至40托的條件下進行。更具體地，可以在上和下表面的溫度為2150℃至2350℃並且反應容器內部空間的壓力為1托至30托的條件下進行。當將上述溫度和壓力條件應用於生長步驟時，可以生產更高品質的碳化矽晶錠。
在所述生長步驟中，可以以1℃/ min至10℃/ min的升溫速率或以5℃/ min至10℃/ min的升溫速率將溫度升高至上述溫度範圍。
在所述生長步驟中，可以將具有所定流量的惰性氣體添加到反應容器200的外部。所述惰性氣體可以在反應容器200的內部空間中流動，並且其流動可以從所述原料300到所述碳化矽晶種的方向進行。因此，可以形成反應容器和內部空間的穩定的溫度梯度。
在所述生長步驟中，所述惰性氣體的流量可以為70sccm以上，或可以為90sccm以上。所述惰性氣體的流量可以為100sccm以上。所述惰性氣體的流量可以為330sccm以下，或可以為300sccm以下。所述惰性氣體的流量可以為280sccm以下。如果所述生長步驟的惰性氣體流量為70sccm以下，用於生產晶錠的原料的供應不暢通，從而晶體多晶型和缺陷可能會增加。如果所述生長步驟的惰性氣體流量為330sccm以上，可以增加所製造的碳化矽晶錠和晶圓的缺陷密度，並且可以減小晶圓的耐衝擊性。在所述惰性氣體的流量範圍內，可以有效地形成坩堝的溫度梯度，並且可以提高所製造的晶錠的品質和耐衝擊性。所述生長步驟中的惰性氣體可以為氬氣、氦氣及其混合物。
在根據一實施例的碳化矽晶錠的製造方法中，所述冷卻步驟是在所定的冷卻速率和惰性氣體流量條件下冷卻所生長的碳化矽晶錠100的步驟。
在所述冷卻步驟中，可以以1℃/ min至10℃/ min、或1℃/ min至5℃/ min的速率進行冷卻。
在所述冷卻步驟中，所述反應容器200的內部空間的壓力調節可以與所述冷卻步驟同時進行，或壓力調節可以與所述冷卻步驟分開地進行。所述壓力調節可以以使內部空間中的壓力最大為760托。
在所述冷卻步驟中，如上述生長步驟，可以將具有所定流量的惰性氣體添加到反應容器200的外部。所述惰性氣體可以在反應容器的內部空間中流動，並且其流動可以從所述原料300到所述碳化矽晶種的方向進行。
在所述冷卻步驟中，所述惰性氣體流量可以為1sccm以上，或可以為50sccm以上。所述惰性氣體的流量可以為100sccm以上。所述惰性氣體的流量可以為300sccm以下，或可以為280sccm以下。所述惰性氣體的流量可以為250sccm以下。如果所述冷卻步驟中的惰性氣體的流量為1sccm以下，當冷卻時，由於形成大的溫度梯度，從而在製造的晶錠中可能出現裂紋。如果所述冷卻步驟中的惰性氣體的流量超過300sccm,則在快速冷卻產生的晶錠中可能會出現裂紋。在所述惰性氣體的流量範圍內，當冷卻時，可以使晶錠品質的低下最小化並確保良好的耐衝擊性。
碳化矽晶錠的生長可以根據所述反應容器200的尺寸和類型以及原料的狀態而不同，並且碳化矽晶錠的品質也可以根據在生長步驟或冷卻步驟中的所述反應容器的內部空間的溫度梯度、壓力、氣體流量等而改變。在一實施例中，將最佳惰性氣體流量和坩堝的熱導率應用於碳化矽晶錠的製造過程為了製造具有優良品質的碳化矽晶錠。
通過所述碳化矽晶錠製造方法製造的碳化矽晶錠的特性與所描述的相同。
晶圓的製造方法
為了達到上述目的，根據本說明書中公開的一實施例的晶圓的製造方法可以包括：研磨步驟，將所述碳化矽晶錠100的邊緣研磨；以及切割步驟，將所述研磨的碳化矽晶錠切割以製備晶圓。
在所述研磨步驟中，對碳化矽晶錠的外徑的研磨可以進行從碳化矽晶錠的最大外徑到內部方向以研磨其橫截面積的5％以上。
所述研磨步驟可以進行從所述碳化矽晶錠的一表面110的邊緣到另一表面120的方向、中心軸方向，以具有均勻的橫截面。
在所述切割步驟，可以切割以具有與碳化矽晶錠的另一表面120或(0001)面的所定的偏角。
所述切割步驟的偏角與所述相同。
所述切割步驟可以進行使得所述晶圓的厚度為300μm至600μm，但不限於此。
所述碳化矽晶圓的製造方法可以還包括平坦化所述切割步驟之後製備的晶圓的厚度的平坦化步驟。
所述晶圓的製造方法可以還包括研磨所述切割步驟之後製備的晶圓的邊緣的研磨步驟。
所述晶圓的製造方法可以還包括將所述切割步驟之後製備的晶圓的表面蝕刻和拋光的表面處理步驟。
所述平坦化步驟、研磨步驟和表面處理步驟可以按照常規方法以適當的順序進行，並且可以以平坦化步驟-研磨步驟-表面處理步驟的順序進行。
通過所述方法製造的晶圓的特性與上述相同。
以下，更加具體地說明本發明。以下說明僅僅是有助於理解本發明的例示，本發明的範圍不限於此。1. 碳化矽晶錠的生長
如圖1所示，碳化矽晶錠製造設備的示例，將碳化矽粉末裝入反應容器200內部空間的下部，碳化矽籽晶放置在其上部。此時，應用由6英寸4H-SiC晶體組成的碳化矽籽晶，並且通過常規方式將C面000-1固定以使面對內部空間的下部中的碳化矽原料，以下實施例和比較例也相同。
在將反應容器200密封並且其外部用絕熱材料400圍繞之後，將反應容器佈置在具有作為加熱單元600的加熱線圈在外部的石英管500中。
減少所述反應容器內部空間的壓力以控制真空氣氛，並注入氬氣以使內部空間達到760托，然後再次對內部空間減壓。同時，內部空間的溫度以5℃/ min的升溫速率升高至2300℃的溫度。通過與所述石英管連通的管810和真空排氣裝置700，將石英管內部的氬氣流量調整為在表1中表示的流量。在2300℃的溫度和20托的壓力下，使碳化矽晶錠在面對碳化矽原料的碳化矽籽晶上生長100小時。
生長之後，將內部空間的溫度以5℃/ min的速率冷卻至25℃，同時將內部空間的壓力設定為760托。通過與所述石英管連通的管810和真空排氣裝置700，將石英管內部的氬氣流量調整為在表1中表示的流量。2. 晶圓的製造
所述冷卻後的碳化矽晶錠的外周面與最大外徑相比被研磨5％，以被加工成具有均勻外徑的圓柱形狀，並且將其切割以具有與碳化矽晶錠的(0001)面4°的偏角，並製備具有360 μm的厚度的晶圓樣品。3. 晶圓的缺陷密度測量
將所準備的晶圓樣品切成50 mm×50 mm的尺寸，將其在500°C的溫度下浸入熔融氫氧化鉀（KOH）中5分鐘以進行蝕刻，然後通過光學顯微鏡拍攝其表面的缺陷等（圖4）。分類為如下：蛤形凹坑為基面位錯（BPD），小六角形凹坑為穿線位錯（TED），黑色巨六角形凹坑為微管（MP）。
將所切割的晶圓樣品中500×500μm的區域隨機指定12次，確定每個區域中的缺陷數量，計算每單位面積的平均缺陷數並獲得缺陷密度，結果示於表1。4. 晶圓的耐衝擊性測量
將所製備的晶圓樣品切成50mm×50mm的尺寸（圖3的（a））。根據ASTM D 2794，通過Du Pont Impact Tester在25℃的氣氛中進行實驗。如圖3的（b）所示，在晶圓樣品的一個表面的中心製備了一個直徑為4mm的凹模，其施加衝擊的部分為平但，而在另一個表面上製備了接收台。通過在表2和表3所示的條件下將重錘放下並對凹模和晶圓樣品施加衝擊來進行實驗。通過下面的等式1計算所述重錘的機械能和施加到晶圓的機械能。
實驗之後，通過光學顯微鏡目測晶圓表面的狀態。
在以下情況下，認為發生裂紋：被分為兩個以上、產生寬0.001mm以上的裂縫、或如圖3的（c）和（d）所示破碎為碎片。 [等式1]
Figure 02_image002
在所述等式1中，Em是機械能，m是重錘的重量（kg），g是重力加速度（9.8 m / s2 ），h是從凹模的高度（m），v是重錘的速度（m / s）。 [表1]
  生長步驟 Ar 流量 (sccm) 冷卻步驟 Ar 流量 (sccm) 坩堝 熱導率 (W/mK) MP (數量 /cm2 ) TED (數量 /cm2 ) BPD (數量 /cm2 )
實施例 1 200 200 95 1 7920 3000
實施例 2 250 200 95 1 7980 2920
實施例 3 150 150 120 1 7880 2880
比較例 1 200 200 125 1 10480 3680
比較例 2 50 50 100 1.5 12880 8840
比較例 3 350 200 90 1 11800 9840
MP：微管，TED：穿線位錯，BPD：基面位錯 [表2]
  重錘25g，凹模直徑4 mm，凹模面積12.6 mm2
重錘高度 機械能 每cm2 的機械能 50 mm 0.0123 J 0.098 J/cm2 100 mm 0.0245 J 0.194 J/cm2 150 mm 0.0368 J 0.291 J/cm2 200 mm 0.0490 J 0.389 J/cm2 250 mm 0.0612 J 0.486 J/cm2
實施例 1 O O X - -
實施例 2 O O O O X
實施例 3 O O O O X
比較例 1 O X - - -
比較例 2 O X - - -
比較例 3 X - - - -
X：發生裂紋，O：沒發生裂紋，-：沒實驗 [表3]
  重錘 30g，凹模直徑4 mm，凹模面積12.6 mm2
重錘高度 機械能 每cm2 的機械能 50 mm 0.0147 J 0.117 J/cm2 100 mm 0.0294 J 0.233 J/cm2 150 mm 0.0441 J 0.350 J/cm2 200 mm 0.0588 J 0.467 J/cm2 250 mm 0.0735 J 0.583 J/cm2
實施例 1 O O X - -
實施例 2 O O O 0 X
實施例 3 O O O O X
比較例 1 O X - - -
比較例 2 O X - - -
比較例 3 X - - - -
X：發生裂紋，O：沒發生裂紋，-：沒實驗
參照表1至表3，在碳化矽晶錠的生長中，具有150-250sccm的生長步驟的氣體流量和150-200sccm的冷卻步驟的氣體流量的實施例顯現了1 / cm2 以下的微管位錯密度、7920 / cm2 以下的穿線位錯密度及3000 / cm2 的基面位錯密度。並且證實了所述實施例的在表面上發生破裂的機械能的最小值為每單位面積（cm2 ）0.233J至0.475J的範圍內。坩堝熱導率達到125W / mK的比較例1的穿線位錯密度超過每cm2 一萬，從而品質降低。並且確認了在表面上發生破裂的機械能的最小值小於每單位面積（cm2 ）0.194J。具有50sccm的生長步驟的氣體流量的比較例2的穿線位錯密度達到12880 / cm2 ， 並且基面位錯密度達到8840 / cm2 ，從而品質更降低。並且，與比較例1一樣，在表面上發生破裂的機械能的最小值小於每單位面積（cm2 ）0.194J。
具有350sccm的生長步驟的氣體流量的比較例3的穿線位錯密度為11880 / cm2 ，並且基面位錯密度為9840 / cm2 ，並且在表面上發生破裂的機械能的最小值小於每單位面積（cm2 ）0.098J，從而顯示出降低的品質和耐衝擊性。
即，確認了，在碳化矽晶錠的生長中，滿足70至330sccm的生長步驟的惰性氣體流量、1至300sccm的冷卻步驟的惰性氣體流量及120W / mK以下的坩堝的熱導率的實施例的晶圓顯示出良好的晶體品質和耐衝擊性。
以上，對本發明的優選實施例進行了詳細說明，但本發明的申請專利範圍不限於此，本發明所屬技術領域的普通技術人員利用由申請專利範圍定義的本發明的基本概念來實施的多種變形及改良形式也屬於本發明的申請專利範圍之內。
100:碳化矽晶錠 110:表面 111:凸部分 120:表面 121:本體部分 200:反應容器 210:本體 220:蓋 300:原料 400:絕熱材料 500:石英管 600:加熱單元 700:真空排氣裝置 800:質量流量控制器 810:管
圖1是示出根據一實施例的碳化矽晶錠的製造設備的概念圖。 圖2是示出根據一實施例所製造的晶錠的形狀的概念圖。 圖3是在實驗例中根據重錘的下降而在耐衝擊性實驗中使用的晶圓樣品(a)、在測量器中的晶圓樣品佈置（b）、在測量後被破裂的晶圓樣品（c）、（d）的照片。 圖4是在實驗例中氫氧化鉀蝕刻後，通過光學顯微鏡拍攝晶圓樣品的表面的照片。
100:碳化矽晶錠
200:反應容器
210:本體
220:蓋
300:原料
400:絕熱材料
500:石英管
600:加熱單元
700:真空排氣裝置
800:質量流量控制器
810:管

Claims (14)

  1. 一種晶圓，其特徵在於： 由於施加到表面的衝擊發生裂紋， 所述衝擊是由於具有機械能的重錘， 所述機械能的最小值是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J。
  2. 如請求項1所述的晶圓，其特徵在於： 被施加所述衝擊的所述表面的面積為100 mm2 以下。
  3. 如請求項1所述的晶圓，其特徵在於： 所述機械能的最小值是每單位面積（1cm2 ）0.233J至0.475J。
  4. 如請求項1所述的晶圓，其特徵在於： 所述晶圓是具有4英寸以上的直徑的碳化矽晶圓。
  5. 如請求項1所述的晶圓，其特徵在於： 所述衝擊通過從距所述晶圓的所述表面預定的高度將重錘下降到所述晶圓的所述表面來施加， 所述機械能的最小值是在施加所述晶圓衝擊的所述重錘具有的機械能。
  6. 一種晶圓，其特徵在於： 根據杜邦衝擊試驗（Dupont impact tester），使用具有360μm的厚度的樣品和25g的重錘測量的裂紋發生落下高度為100mm以上。
  7. 如請求項6所述的晶圓，其特徵在於： 所述落下高度為150mm以上。
  8. 如請求項6所述的晶圓，其特徵在於： 所述晶圓是具有4英寸以上的直徑的碳化矽晶圓。
  9. 一種碳化矽晶錠的製造方法，其特徵在於： 包括如下步驟： 準備步驟，在具有內部空間的反應容器中將原料和碳化矽籽晶彼此面對地佈置； 生長步驟，通過調節所述內部空間的溫度，壓力和氣氛來昇華所述原料，並且製備所生長的碳化矽晶錠在所述籽晶上；及 冷卻步驟，通過冷卻所述反應容器來回收所述碳化矽晶錠， 所述碳化矽晶錠，其特徵在於： 包括彼此面對的一表面和另一表面， 被定義為上部的一表面是平面或凸面， 晶圓被準備在所述一表面以下的部分， 所述晶圓，其特徵在於：由於施加到表面的衝擊發生裂紋，所述衝擊是由於具有機械能的重錘，所述機械能的最小值是每單位面積（1cm2 ）0.194J至0.475J，或 其特徵在於：根據杜邦衝擊試驗（Dupont impact tester），使用具有360μm的厚度的樣品和25g的重錘測量的裂紋發生落下高度為100mm以上。
  10. 如請求項9所述的碳化矽晶錠的製造方法，其特徵在於： 所述生長步驟進行在所述反應容器中在具有70sccm至330sccm的流量的惰性氣體氣氛中。
  11. 如請求項9所述的碳化矽晶錠的製造方法，其特徵在於： 所述冷卻步驟進行在所述反應容器中在具有1sccm至300sccm的流量的惰性氣體氣氛中。
  12. 如請求項9所述的碳化矽晶錠的製造方法，其特徵在於： 所述反應容器的導熱係數為120 W / mK以下。
  13. 如請求項10或11所述的碳化矽晶錠的製造方法，其特徵在於： 在所述生長步驟或所述冷卻步驟中，流具有從所述原料到所述碳化矽籽晶方向的流。
  14. 一種晶圓的製造方法，其特徵在於：包括： 研磨步驟，將根據如請求項9所述的碳化矽晶錠的製造方法製造的碳化矽晶錠的邊緣研磨；以及 切割步驟，將經研磨的所述碳化矽晶錠切割以製備晶圓。
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