TW202145309A - 磊晶晶圓、晶圓及其製造方法 - Google Patents

磊晶晶圓、晶圓及其製造方法 Download PDF

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Abstract

實施方式有關磊晶晶圓、晶圓及其製造方法。所述製造方法包括：準備步驟、生長步驟、冷卻步驟、切割步驟、加工步驟；所述加工步驟包括：第一加工步驟，使用表面細微性為1000目至3000目的第一砂輪進行加工；及第二加工步驟，使用表面細微性為6000目至10000目的第二砂輪進行加工。通過實施方式的晶圓的製造方法製造的晶圓具有低微管缺陷密度，且可以使顆粒和劃痕發生最小化。通過實施方式的磊晶晶圓的製造方法製造的磊晶晶圓可以具有墜落、三角及胡蘿蔔缺陷等的密度低，並呈現優異的器件特性，且可以期待器件成品率改善。

Description

晶圓製造方法、磊晶晶圓製造方法以及據此製造的晶圓與磊晶晶圓
實施方式有關磊晶晶圓、晶圓及其製造方法。
碳化矽具有優異的耐熱性和機械強度，並且在物理和化學上穩定，因此作為半導體材料受到關注。近年來，對於碳化矽單晶基板作為用於高功率器件等的基板的需求正在增加。
作為這種碳化矽單晶的製造方法，有液相磊晶法（Liquid Phase Epitaxy，LPE）、化學氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition，CVD），物理氣相傳輸法（Physical Vapor Transport，PVT）等。其中，物理氣相傳輸法是將碳化矽原料裝入坩堝中，將由碳化矽單晶形成的晶種放置在坩堝的頂部，然後通過感應加熱方式加熱坩堝，使得原料昇華，以在晶種上生長碳化矽單晶的方法。
物理氣相傳輸法具有高生長率，以能夠製造錠型碳化矽，因此被最廣泛使用。然而，在坩堝的感應加熱時，流經坩堝的電流密度根據坩堝和絕緣材料的特性、製程條件等而變化，並且坩堝內部的溫度分佈也發生變化，從而製造出的碳化矽錠可能會發生彎曲和扭曲。當發生這種彎曲和扭曲時，在隨後製程製造的晶圓的缺陷密度會增加。
一方面，當在由碳化矽錠製成的晶圓上形成磊晶層時，應使晶圓表面上的劃痕等機械損傷最小化。如果晶圓表面上有不必要的顆粒或如劃痕等的機械損傷，則磊晶層的品質劣化，在製造半導體器件時器件的特性或成品率有可能劣化。
因此，為了提高由晶圓製成的半導體器件的性能和成品率，在製造碳化矽單晶和製造晶圓時有必要考慮配置各種元件的方法。
上述的先前技術是發明人為了創造本發明而持有或在創造本發明的過程中獲得的技術資訊，不能說一定是本發明申請之前被一般公眾所揭露的公知技術。
相關現有文獻包括韓國公開專利公報第10-2010-0089103號中揭露的“碳化矽單晶錠、由所述單晶錠得到的基板及磊晶晶圓”。
[技術問題]
實施方式的目的在於提供一種缺陷密度、表面劃痕及顆粒減少的晶圓和其製造方法。
實施方式的另一目的在於提供墜落、三角及胡蘿蔔缺陷等減少的磊晶晶圓和其製造方法。 [解決問題的方案]
為了達到上述目的，一實施例的晶圓的製造方法包括：準備步驟，在具有內部空間的反應容器中將原料和碳化矽晶種放置成彼此相向，生長步驟，通過調節所述內部空間的溫度、壓力及氣氛來昇華所述原料，以製造在所述晶種上生長的碳化矽錠，冷卻步驟，通過使所述反應容器冷卻以回收所述碳化矽錠，切割步驟，將所回收的所述碳化矽錠切割以製造晶圓，及加工步驟，將所製造的所述晶圓的厚度平坦化，對其表面進行拋光；所述反應容器包括包圍外表面的隔熱材料和調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元，所述隔熱材料的密度為0.14g/cc至0.28g/cc，所述加工步驟包括：第一加工步驟，使用表面細微性為1000目至3000目的第一砂輪進行加工；及第二加工步驟，使用表面細微性為6000目至10000目的第二砂輪進行加工。
在所述第一加工步驟中，所述第一砂輪朝向所述晶圓的輸送速度可以為0.2μm/s以上且小於1.5μm/s。
在所述第二加工步驟中，所述第二砂輪朝向所述晶圓的輸送速度可以為0.2μm/s以上且小於1.5μm/s。
由下式1表示的Pi值可以為30以下。 [式1] Pi=Di×Vi×Vii×100 在所述式1中，Di為所述隔熱材料的密度（g/cc）數值，Vi為所述第一砂輪的輸送速度（μm/s）數值，Vii為所述第二砂輪的輸送速度（μm/s）數值。
所述第一砂輪的旋轉速度可以為1000 rpm至2000 rpm。
所述第二砂輪的旋轉速度可以為600 rpm至1800 rpm。
所述加工步驟還可包括化學機械拋光（chemical mechanical polishing）步驟。
經過所述化學機械拋光步驟的晶圓可以包括一面和另一面，在所述一面中總劃痕長度之和可以等於或小於所述晶圓的直徑長度，在所述一面中具有0.3μm以上的細微性的顆粒的平均密度可以為3/cm2 以下，在所述一面中微管平均密度可以為3/cm2 以下。
在所述一面中總劃痕長度可以為2cm以下。
由下式2表示的Wd值可以為15以下。 [式2] Wd=（MP+1）×（Pd+1）×（10Sr+1） 在所述式2中，MP為所述微管平均密度（/cm2 ）數值，Pd為所述顆粒的平均密度（/cm2 ）數值，Sr為相對於所述晶圓的直徑的總劃痕長度的百分比（%）數值。
所述一面為在表面上出現矽原子層的Si表面，所述晶圓為4英寸以上的4H碳化矽晶圓。
為了達到上述目的，一實施例的晶圓可以包括一面和另一面，在所述一面中總劃痕長度可以等於或小於晶圓的直徑長度，在所述一面中具有0.3μm以上的細微性的顆粒的平均密度可以為3/cm2 以下，在所述一面中微管平均密度可以為3/cm2 以下。
在所述一面中總劃痕長度可以為2cm以下。
由下式2表示的Wd值可以為15以下。 [式2] Wd=（MP+1）×（Pd+1）×（10Sr+1） 在所述式2中，MP為所述微管平均密度（/cm2 ）數值，Pd為所述顆粒的平均密度（/cm2 ）數值，Sr為相對於所述晶圓的直徑的總劃痕長度的百分比（%）數值。
所述一面可以為在表面上出現矽原子層的Si表面，所述晶圓可以為4英寸以上的4H碳化矽晶圓。
為了達到上述目的，一實施例的磊晶晶圓的製造方法可以包括生長步驟，在所述生長步驟中，向佈置有所述晶圓的生長容器中注入用於外延生長的原料氣體，根據化學氣相沉積法在所述晶圓的一面上生長磊晶層。
由於所述晶圓的詳細描述與所述內容相同，因此將省略其描述。另外，由於所述磊晶晶圓的詳細描述與下面將描述的內容相同，因此將省略其描述。
為了達到上述目的，一實施例的磊晶晶圓可以包括：所述晶圓；及磊晶層，形成在所述晶圓的一面上。
在所述磊晶層中，墜落（downfall）缺陷的平均密度可以為0.3/cm2 以下，三角（triangular）缺陷的平均密度可以為1/cm2 以下，胡蘿蔔（carrot）缺陷的平均密度可以為2/cm2 以下，刃型位元錯的平均密度可以為4/cm2 以下。
所述晶圓包括一面和另一面，在所述一面中總劃痕長度可以等於或小於晶圓的直徑長度，在所述一面中具有0.3μm以上的細微性的顆粒的平均密度可以為3/cm2 以下，在所述一面中微管平均密度可以為3/cm2 以下。
在所述一面中總劃痕長度可以為2cm以下。
由下式2表示的Wd值可以為15以下， [式2] Wd=（MP+1）×（Pd+1）×（10Sr+1） 在所述式2中，MP為所述微管平均密度（/cm2 ）數值，Pd為所述顆粒的平均密度（/cm2 ）數值，Sr為相對於所述晶圓的直徑的總劃痕長度的百分比（%）數值。
所述一面為在表面上出現矽原子層的Si表面，所述晶圓為4英寸以上的4H碳化矽晶圓。 [發明的效果]
通過一實施例的晶圓的製造方法製造的晶圓具有低微管缺陷密度，且能夠使顆粒的劃痕發生最小化。
通過一實施例的磊晶晶圓的製造方法製造的磊晶晶圓可以具有墜落、三角及胡蘿蔔缺陷等的密度低，並呈現優異的器件特性，且能夠期待器件成品率改善。
在下文中，參考所附圖式，對本發明的實施方式進行詳細描述，使得本發明可被本領域技術人員容易地實施。但是，應當注意的是，本發明並不限於這些實施方式，而可以多種其它方式實施。縱貫全文，相同的圖式標號表示相同的部分。
在本說明書中，如果一構件“包括”另一構件，如果沒有特殊地相反的記載，意味著一構件還包括另一構件，而非理解為一構件排斥另一構件。
在本說明書中，當描述一個構件“連接”到另一構件時，所述構件可以“直接連接”到另一構件或者通過第三構件“間接連接”到另一構件。
在本說明書中，“B位於A上”是指B以與A直接接觸的方式位於A上，或是指B在A與B之間夾著其他層的狀態下位於A上，而不限於B以與A的表面直接接觸的方式位於A上的意思。
在本說明書中，馬庫什型描述中包含的術語“……的組合”是指從馬庫什型描述的構成要素組成的組中選擇的一個或多個構成要素的混合或組合，從而意味著本發明包括從所述馬庫什組中選擇的一個或多個構成要素。
在本說明書中，“A及/或B”的記載是指“A、B或A及B”。
在本說明書中，除非另有特別說明，如“第一”、“第二”或“A”、“B”等術語用於將相同的術語彼此區分。
在本說明書中，除非另有特別說明，單數表達被解釋為包括在文理上解釋的單數或複數的含義。
在本說明書中，在描述缺陷時採用的單位“/cm2 ”是指每單位面積的缺陷數量的單位，“/晶圓”是指在晶圓的一面上確認的缺陷數量的單位。
在本說明書中，除非另有說明，否則缺陷是指通過晶圓的光學測定裝置（Candela CS20，TLA-Tencor公司）進行測定的結果。
當在由彎曲或扭曲特性差的錠製成的晶圓上形成磊晶層時，在磊晶層中很可能會發生如墜落（downfall）、三角（triangular）、胡蘿蔔（carrot）等缺陷，這會成為在二極體的操作中降低擊穿電壓並增加漏電流的因素。
在本發明的發明人考慮減少所述缺陷發生的方法的過程中，發現了在製造錠時通過調節生長容器隔熱材料的密度來提高錠形狀和品質，在晶圓加工的拋光過程中使晶圓的劃痕和顆粒發生最小化的方法，從而揭露實施方式。
晶圓的製造方法
為了達到上述目的，一實施例的晶圓的製造方法包括：準備步驟，在具有內部空間的反應容器200中將原料300和碳化矽晶種放置成彼此相向，生長步驟，通過調節所述內部空間的溫度、壓力及氣氛來昇華所述原料，以製造在所述晶種上生長的碳化矽錠100，冷卻步驟，通過使所述反應容器冷卻以回收所述碳化矽錠，切割步驟，將所回收的所述碳化矽錠切割以製造晶圓，及加工步驟，將所製造的所述晶圓的厚度平坦化，對其表面進行拋光；所述反應容器包括包圍外表面的隔熱材料和調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元；所述隔熱材料的密度為0.14g/cc至0.28g/cc，所述加工步驟包括：第一製造裝置，使用表面細微性為1000目至3000目的第一砂輪進行加工；及第二製造裝置，使用表面細微性為6000目至10000目的第二砂輪進行加工。
圖4示出碳化矽錠製造裝置的一個實例。參照圖4，對實施方式的晶圓的製造方法進行說明。
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和碳化矽晶種放置成彼此相向的步驟。
作為所述準備步驟的碳化矽晶種，可以根據所需晶圓採用適當尺寸的碳化矽晶種，且可以使所述碳化矽晶種的C表面（（000-1）表面）朝向所述原料300方向。
所述準備步驟中的原料300可以採用具有碳源和矽源的粉末形式，且可以採用對所述粉末進行彼此縮頸處理的原料或通過對表面進行碳化處理的碳化矽粉末等的形式。
作為所述準備步驟的反應容器200，只要是適合於碳化矽錠生長反應的容器即可，具體而言，可以採用石墨坩堝。例如，所述反應容器可以包括：主體210，包括內部空間和開口部；以及蓋子220，與所述開口部相對應以密封所述內部空間。所述坩堝蓋子可以進一步包括與所述坩堝蓋子一體地形成或分開形成的晶種保持器，可以通過所述晶種保持器固定碳化矽晶種，使得碳化矽晶種和原料相向。
所述準備步驟的反應容器200可以被隔熱材料400包圍並固定，在如石英管等的反應室500中使隔熱材料定位成包圍所述反應容器，並且可以通過設置在所述隔熱材料和所述反應室外部的加熱單元600控制所述反應容器200的內部空間溫度。
所述準備步驟的隔熱材料400可以具有72％至95％的氣孔率，也可以為75％至93％，還可以為80％至91％。當採用滿足所述氣孔率的隔熱材料時，可以進一步減少生長的碳化矽錠中發生的裂紋。
所述準備步驟的隔熱材料400可以具有0.2MPa以上的壓縮強度，也可以為0.48MPa以上，還可以為0.8MPa以上。另外，所述隔熱材料可具有3MPa以下的壓縮強度，也可以為2.5MPa以下。當所述隔熱材料具有所述壓縮強度時，可以製造熱/機械穩定性優異且由於發生灰分（ash）的概率降低而具有更高品質的碳化矽錠。
所述準備步驟的所述隔熱材料400可以包括碳基氈，具體而言，可以包括石墨氈，並且可以包括人造絲基石墨氈或瀝青基石墨氈。
所述準備步驟的隔熱材料400的密度可以為0.14 g/cc以上，也可以為0.15 g/cc以上，還可以為0.168 g/cc以上，還可以為0.17以上。所述隔熱材料的密度可以為0.28 g/cc以下，也可以為0.24 g/cc以下，還可以為0.20 g/cc以下，還可以為0.18 g/cc以下。可以通過具有所述密度範圍的隔熱材料抑制所製造的錠發生彎曲和扭曲，且使由錠製成的晶圓呈現良好的缺陷特性。
所述準備步驟的反應室500可以包括：真空排氣裝置700，連接到反應室內部並用於調節反應室內部的真空度；排管810，連接到反應室內部並將氣體引入到反應室內部；及品質流量控制器800，用於控制氣體流入。由此，可以在隨後的生長步驟和冷卻步驟中調節惰性氣體的流量。
所述生長步驟可以通過用所述加熱單元600加熱所述反應容器200和反應容器的內部空間來進行，並且與所述加熱同時或分開地對內部空間進行減壓以調節真空度，且可以通過注入惰性氣體來誘導碳化矽結晶的生長。
可以在2000℃至2600℃的溫度和1托至200托的壓力條件下進行所述生長步驟，並且可以在所述溫度和壓力範圍內更有效地製造碳化矽錠。
具體而言，所述生長步驟在所述反應容器200的上表面和下表面的溫度為2100℃至2500℃且所述反應容器的內部空間的壓力為1托至50托的條件下進行，更具體而言，可以在上表面和下表面的溫度為2150℃至2450℃且所述反應容器的內部空間的壓力為1托至40托的條件下進行，更具體而言，可以在上表面和下表面的溫度為2150℃至2350℃且所述反應容器的內部空間的壓力為1托至30托的條件下進行。
在將所述溫度和壓力條件應用於所述生長步驟時，可以製造更高品質的碳化矽錠。
在所述生長步驟中，溫度可以以1℃/分鐘至10℃/分鐘的升溫速率，也可以以5℃/分鐘至10℃/分鐘的升溫速率升高至所述溫度範圍。
在所述生長步驟中，可以將規定流量的惰性氣體添加到所述反應容器200的外部。所述惰性氣體可以在所述反應容器200的內部空間中流動，並且從所述原料300向所述碳化矽晶種方向流動。因此，可以形成所述反應容器和內部空間的穩定溫度梯度。
所述生長步驟中的所述惰性氣體可以具體為氬氣、氦氣及它們的混合氣體。
所述冷卻步驟是在規定的冷卻速率和惰性氣體流量條件下冷卻所生長的所述碳化矽錠的步驟。
在所述冷卻步驟中，可以以1℃/分鐘至10℃/分鐘的速率進行冷卻，也可以以1℃/分鐘至5℃/分鐘的速率進行冷卻。
在所述冷卻步驟中，可以同時進行所述反應容器200的內部空間的壓力調節，也可以與所述冷卻步驟分開地進行壓力調節。可以進行所述壓力調節使得所述內部空間中的壓力為最大760托。
在所述冷卻步驟中，如在所述生長步驟中一樣，可以將規定流量的惰性氣體添加到所述反應容器200的外部。所述惰性氣體可以在所述反應容器的內部空間中流動，並可以從所述原料300向所述碳化矽晶種方向流動。
所述切割步驟是切割在所述冷卻步驟之後回收的碳化矽錠以製造晶圓的步驟。
在所述切割步驟中，可以切割成與所述碳化矽錠的（0001）表面或開始生長的表面形成規定的偏離角。所述切割步驟的偏離角可以是0°至10°。
所述切割步驟可以使得所述晶圓的厚度為150μm至900μm，也可以為200μm至600μm，但不限於此。
所述加工步驟是使經過所述切割步驟製造的晶圓的厚度平坦化並拋光表面的步驟。可以通過依次對晶圓的兩個側面進行輪磨（wheel grinding）來實現使所述厚度平坦化的所謂的研磨（lapping）製程，且可以去除在所述切割步驟中受到的損傷。
在現有矽晶圓的加工中，由於使用通過細微性粗大的金屬接合的砂輪，在矽晶圓的研磨過程中可能會出現裂紋，並且晶圓的粗糙度特性可能會很差。
在實施方式的晶圓的製造方法中，通過具有更微細的表面細微性範圍的第一砂輪和具有特定的表面細微性範圍的第二砂輪來進行加工步驟，從而使切割步驟中的損壞最小化，同時，可以獲得良好的粗燥度特性，並且可以使顆粒或劃痕等的產生最小化。
所述加工步驟可以包括：第一加工步驟，首先使用表面細微性為1000目至3000目的第一砂輪進行加工；及第二加工步驟，使用表面細微性為6000目至10000目的第二砂輪進行加工。
可以在將旋轉的砂輪的一面施加到晶圓的一面上的同時進行所述加工步驟。
在所述加工步驟中，砂輪可以具有顆粒嵌入在表面上的形狀，並且顆粒的尺寸由目（mesh）表示。目是表示每英寸有多少個開口（opening）的度量。嵌入在所述砂輪的表面上的顆粒可以為金剛石。
所述加工步驟可以以使所述砂輪和晶圓向相反方向旋轉的方式進行。
在所述加工步驟中，所述砂輪的直徑可以大於所述晶圓的直徑，且可以為250 mm以下。
在所述第一加工步驟中，所述第一砂輪朝向所述晶圓的輸送速度（feed rate）可以為0.2μm/s以上且小於1.5μm/s，也可以為0.3μm/s至1.2μm/s，還可以為0.5μm/s至1μm/s。通過滿足所述輸送速度可以除去在切割加工時受到的損傷，使劃痕發生最小化。
在所述第一加工步驟中，所述第一砂輪的旋轉速度可以為1000 rpm至2000 rpm，也可以為1200 rpm至1600 rpm。通過滿足所述旋轉速度來可以防止過度研磨晶圓，容易去除在切割步驟中受到的損傷。
在所述第一加工步驟之後，可以通過與所述第一砂輪相比具有更高目數和更微細的粒子的砂輪進行第二加工步驟。
在所述第二加工步驟中，所述第二砂輪朝向所述晶圓的輸送速度可以為0.2μm/s以上且小於1.5μm/s，也可以為0.2μm/s至1.2μm/s，還可以為0.3μm/s至1.0μm/s。通過滿足所述輸送速度來可以研磨在所述第一加工步驟中會發生的糙糙的表面，使劃痕發生最小化。
在所述第二加工步驟中，所述第二砂輪的旋轉速度可以為600 rpm至1800 rpm，也可以為800 rpm至1500 rpm。所述第二加工步驟的第二砂輪的旋轉速度可以小於所述第一砂輪的旋轉速度。通過滿足所述旋轉速度範圍來可以除去在第一加工步驟中殘留的粗糙的部分，使劃痕發生最小化，能夠有效地實現可在後續進行的化學機械拋光。
可以在沒有單獨的漿料的狀態下進行所述第一加工步驟和第二加工步驟。
在所述加工步驟在所述第二加工步驟之後還可包括對所述晶圓進行濕蝕刻的步驟。
所述加工步驟可以進一步包括化學機械拋光（chemical mechanical polishing，CMP）步驟。可以在所述第二加工步驟之後進行所述化學機械拋光。
所述化學機械拋光可以通過一邊將磨料顆粒漿液施加到旋轉的平板上一邊以預定壓力接觸固定於旋轉的拋光頭的晶圓來實現。
在所述加工步驟之後，可以進一步執行使用常規RCA化學清潔溶液的清潔步驟。
在所述晶圓的製造方法中，由下式1表示的Pi值可以為30以下，也可以為20以下，還可以為15以下。所述Pi值可以為10以下，也可以為4.25以下，還可以為2.7以下。所述Pi值可以為0.01以上，也可以為0.02以上。 [式1] Pi=Di×Vi×Vii×100 在所述式1中，Di為所述隔熱材料的密度（g/cc）數值，Vi為所述第一砂輪的輸送速度（μm/s）數值，Vii為所述第二砂輪的輸送速度（μm/s）數值。
所述Pi是與缺陷的發生相關的晶圓製造指數，並且通過滿足特定值以下的數值來可以使所製造的晶圓的微管密度和顆粒數量最小化，並且可以控制表面劃痕長度。
晶圓 10
為了達到上述目的，一實施例的晶圓10可以包括一面11和另一面12，在所述一面中總劃痕長度之和可以等於或小於晶圓直徑長度，在所述一面中具有0.3μm以上的細微性的顆粒的平均密度可以為3/cm2 以下，在所述一面中微管（micropipe）平均密度可以為3/cm2 以下。
所述晶圓10的顆粒具有0.3μm至10μm的細微性，並且可以是當在晶圓上形成磊晶層時發生各種缺陷的起點。所述顆粒可包括存在於坩堝內部空間中或在錠生長過程中無意產生的金屬顆粒等。
所述晶圓10的微管是指直徑大約為1μm至3μm左右的中空穿透部分，並且可以是在器件製造時引起通電不良的原因。
可以使用晶圓的光學測定裝置（Candela CS20，TLA-Tencor公司）對所述晶圓10的微管、劃痕及顆粒進行分類和檢測。
在所述晶圓10的一面中微管密度可以為3/cm2 以下，也可以為2.46/cm2 以下，還可以為2.25/cm2 以下，還可以為1.16/cm2 以下。
在所述晶圓10的一面總劃痕長度之和可以表示各個多個劃痕的長度之和。
在所述晶圓10的一面相對於晶圓的直徑的總劃痕長度的百分比可以為0.1%以下，也可以為0.078%以下，還可以為0.031%以下。
在所述晶圓10的一面總劃痕長度可以為2 cm以下，也可以為1.5 cm以下，還可以為1.17 cm以下，還可以為0.47 cm以下。
在所述晶圓10的一面顆粒的平均密度可以為3/cm2 以下，也可以為1.5/cm2 以下，還可以為0.8/cm2 以下，還可以為0.74/cm2 以下，還可以為0.6/cm2 以下。
在所述晶圓10中，由下式2表示的Wd值可以為20以下，也可以為15以下。所述Wd值可以為12以下，也可以為10以下。所述Wd值可以為5.2以下，或可以為4.9以下。所述Wd值可以為0.1以上。 [式2] Wd=（MP+1）×（Pd+1）×（10Sr+1） 在所述式2中，MP為所述微管平均密度（/cm2 ）數值，Pd為所述顆粒的平均密度（/cm2 ）數值，Sr為相對於所述晶圓10的直徑的總劃痕長度的百分比（%）數值。
所述Wd值表示綜合地反映所述晶圓10一面的微管、顆粒、劃痕等的要素的晶圓缺陷指數。
通過使所述晶圓10具有所述劃痕長度、顆粒平均密度、微管平均密度及Wd值來可以在所述晶圓的一面形成磊晶層時使磊晶層的缺陷發生最小化，且可以提高器件特性和成品率。
參照圖1，所述晶圓的一面11是矽原子主要出現在表面上的所謂的Si表面，而作為所述一面的相反面的另一面12是碳原子主要出現在表面上的所謂的C表面。在晶圓的切割加工時，碳化矽單晶容易在碳原子層和矽原子層之間的介面或與此平行的方向被切割，從而在切割面上出現主要露出碳原子的表面和主要露出矽原子的表面。
當所述晶圓10的截面的形狀是圓形或橢圓形時，所述一面11的中心可以相當於圓或橢圓的中心。另外，當所述晶圓截面的形狀是圓形或橢圓形時，所述半徑可以以最小半徑為基準。
所述晶圓10可以為在從錠切割時相對於錠或晶種的C表面（（000-1）表面）採用0°至10°的偏離角的晶圓。
所述晶圓10相對於基準角度的搖擺角可以為-1.5°至1.5°，也可以為-1.0°至1.0°，還可以為-0.5°至0.5°，還可以為-0.3°至0.3°。具有所述特徵的晶圓可以具有優異的結晶特性。對於所述搖擺角，通過應用高解析度X射線衍射分析系統（HR-XRD system）將所述晶圓[11-20]方向對準X射線路徑，並將X射線源光學（X-ray source system）角度和X射線探測器光學（X-ray detector system）角度設定為2θ（35°至36°），然後與晶圓的偏離角對應地調節Ω（ω或θ，X射線探測器光學）角來測定搖擺曲線（Rocking curve），將作為基準角度的峰角度和兩個半峰全寬（full width at half maximum，FWHM）值之間的差異值分別設定為搖擺角，以平價結晶度。
在本說明書中，當偏離角為X°指，具有在通常可接受的誤差範圍內評估為X°的偏離角，作為示例，包括（X°-0.05°）至（X°+0.05°）範圍的偏離角。並且，當搖擺角“相對於基準角度為-1°至1°”指半峰全寬值以作為基準角度的峰角度為基準在（峰角度-1°）至（峰角度+1°）的範圍內。另外，作為所述搖擺角，將除了晶圓的中心部分和從邊緣向中心方向5mm以內的部分之外的表面實質上均等地分為三個部分，將在各部分測定3次以上的結果的平均值作為搖擺角。具體而言，將應用相對於碳化矽錠的（0001）表面0°至10°的範圍內選擇的角度即偏離角的晶圓中，當偏離角為0°時，Ω角為17.8111°，當偏離角為4°時，Ω角為13.811°，當偏離角為8°時，Ω角為9.8111°。
所述晶圓10的厚度可以為150μm至900μm，也可以為200μm至600μm，但不限於此，只要是可應用於半導體器件的適當的厚度即可。
所述晶圓10可以由缺陷或多型體夾雜最小化的實質上是單晶的4H結構的碳化矽製成。
所述晶圓10的直徑可以為4英寸以上，也可以為5英寸以上，還可以為6英寸以上。所述晶圓的直徑可以為12英寸以下，也可以為10英寸以下，也可以為8英寸以下。
所述晶圓10可以通過下面將描述的方法在其一面上形成磊晶層。
磊晶晶圓的製造方法
為了達到上述目的，一實施例的磊晶晶圓的製造方法包括生長步驟，在所述生長步驟中，向放置有根據所述方法製造的晶圓10的生長容器中注入用於外延生長的原料氣體，根據化學氣相沉積法（chemical vapor deposition）在所述晶圓的一面11上生長磊晶層。
所述生長步驟在注入所述源氣體之前可以進一步包括對所述晶圓10的表面進行氣體蝕刻的蝕刻步驟。可以通過將所述晶圓保持在1400℃至1600℃的溫度並添加規定流量的氫氣來執行所述氣體蝕刻。
在所述生長步驟中，首先將晶圓佈置在生長容器中，將生長容器的內部抽空，並且可以注入作為原料氣體的碳基氣體和矽基氣體。另外，可以進一步注入如氮氣等的摻雜氣體。當注入所述氣體時，碳基和矽基氣體的碳/矽原子濃度比可以為0.5至2。
所述生長步驟中的碳基氣體可以是選自CH4 、C2 H4 、C2 H6 、C3 H6 及C3 H8 中的一種以上，並且矽基氣體可以是選自SiH4 、SiCl4 、SiHCl3 、SiH2 Cl2 、SiH3 Cl及Si2 H6 中的一種以上。
在所述生長步驟中，注入所述氣體並將溫度保持在1400℃至1700℃之間，從而可以在所述晶圓10的一面11上生長磊晶層。
通過所述生長步驟生長的磊晶晶圓20的磊晶層15的厚度可以是5μm至20μm。
在所述生長步驟之後，停止注入原料氣體，進行室溫冷卻並排氣，將惰性氣體加壓至大氣壓，然後可以回收磊晶晶圓20。
所述生長步驟可以根據需要進行一次或兩次以上。當執行兩次以上的所述生長步驟時，可以在磊晶層15上進一步形成第二磊晶層（未示出）。為了形成所述第二磊晶層而重複進行的生長步驟可以通過與用於形成所述磊晶層15的生長步驟中的過程相同的過程進行，且溫度或原料氣體的組成以及摻雜氣體的類型等可以與用於形成所述磊晶層15的生長步驟不同。
通過所述製造方法製造的磊晶晶圓可以具有較低墜落、胡蘿蔔及三角缺陷等缺陷密度，且可以呈現優異的器件特性。
磊晶晶圓 20
為了達到上述目的，一實施例的磊晶晶圓20包括：晶圓10；及磊晶層15，形成在所述晶圓的一面上。
所述磊晶層15的墜落（downfall）缺陷平均密度可以為0.3/cm2 以下，也可以為0.17/cm2 以下。
墜落（downfall）缺陷在以晶圓的顆粒等為起點形成磊晶層時可以具有以厚度方向為軸的圓柱形狀，並且可能由於被跟蹤物等的掉落等而發生。如圖5C所示，墜落可能顯示為凹槽。
所述磊晶層15的三角（triangular）缺陷平均密度可以為1/cm2 以下，也可以為0.76/cm2 以下。
三角（triangular）缺陷可以在具有預定偏離角的晶圓上進行外延生長時以晶圓上的劃痕、顆粒等為起點發生，並且如圖5B所示，可以具有三角形狀。
所述磊晶層15的胡蘿蔔（carrot）缺陷平均密度可以為2/cm2 以下，也可以為1.71/cm2 以下。
胡蘿蔔（carrot）缺陷可以在晶圓的貫通螺旋位錯（threading screw dislocation）為起點形成磊晶層時向臺階方向生長，並且如圖5A所示，可以具有胡蘿蔔形狀。
所述磊晶層15的刃型位錯（edge dislocation）缺陷平均密度可以為4/cm2 以下，也可以為2.85/cm2 以下。
通過使所述磊晶晶圓20具有所述缺陷密度範圍來可以提供更改善的器件性能，還可以提高製造成品率。
可以通過晶圓的光學測定裝置（Candela CS20，TLA-Tencor公司）分類在實施方式的磊晶晶圓20出現的所述墜落、胡蘿蔔、三角缺陷，通過所述測定裝置可以測定每個單位面積的各個缺陷密度。
參照圖2，所述磊晶層15可以形成在所述晶圓10的一面11上。此時，所述磊晶層的厚度可以為8μm至20μm，但不限於此。
所述磊晶層15可以以在1×1014 /cm3 至1×1019 /cm3 範圍內的濃度包括n型或p型摻雜劑原子。
所述磊晶層15可以包括碳化矽。
所述磊晶層15可以實質上由碳化矽製成。
所述磊晶晶圓20可以在所述磊晶層15上進一步形成第二磊晶層（未示出）。
所述第二磊晶層在厚度、摻雜劑原子含量、組成（構成材料）等方面可以具有所述磊晶層15的特徵。
所述第二磊晶層可以為與所述磊晶層15相同的層。
所述磊晶晶圓20可以應用於肖特基勢壘二極體、PIN二極體、金屬半導體場效應電晶體等，除此之外，還可以應用於各種半導體器件。
可以通過所述的磊晶晶圓的製造方法製造所述磊晶晶圓20。
以下通過具體實施例對本發明進行具體說明。以下實施例僅僅是有助於理解本發明的示意性實施例，本發明的保護範圍不限於此。
碳化矽錠和晶圓的製造
如在圖4中示出碳化矽錠製造裝置的一個實例，將作為原料的碳化矽粉末裝入反應容器200的內部空間的下部，並在其上部放置碳化矽晶種。此時，碳化矽晶種適用由6英寸的4H-SiC晶體製成，並且以常規方式固定碳化矽晶種使得C表面朝向內部空間下部的碳化矽原料。
將反應容器200密封，用具有下述表1的密度的隔熱材料400包圍其外部，然後在外部設有作為加熱單元600的加熱線圈的石英管500中設置反應容器。將所述反應容器的內部空間減壓並調節成真空氣氛，注入氬氣，使得所述內部空間壓力達到760托，然後再次對內部空間進行減壓。同時，將內部空間的溫度以5℃/分鐘的升溫速度升高到2300℃，並且通過與所述石英管連通的排管810和真空排氣裝置700調節石英管內部的氬氣流量。在2300℃的溫度和20托的壓力條件下，在面向碳化矽原料的碳化矽晶種的表面上生長碳化矽錠100小時。
在生長後，將所述內部空間的溫度以5℃/分鐘的速度冷卻至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排管810和真空排氣裝置700調節石英管內部的氬氣流量。
將所冷卻的所述碳化矽錠切割成與碳化矽錠的（0001）表面具有4°的偏離角，以製造具有360μm厚度和150 mm直徑的晶圓。
通過平坦化製程將所製造的所述晶圓的厚度平坦化，對表面通過研磨裝置（HRG 200x，Accretech公司）使用形成有2000目金剛石顆粒的第一砂輪以1400 rpm的旋轉速度進行第一加工，之後使用形成有8000目金剛石顆粒的第二砂輪以1250 rpm的旋轉速度進行第二加工。對晶圓表面施加的所述砂輪的輸送速度如表1所示。
之後，進行化學機械拋光（CMP）。將所述晶圓樣品固定到CMP拋光設備的拋光頭上，在附著有聚氨酯基拋光墊的平板上，使所述晶圓的一面朝向拋光墊。然後，在添加二氧化矽漿料的同時，以200 rpm旋轉平板且以120 rpm旋轉拋光頭，在5.4 psi的壓力下對晶圓的一面進行拋光，清洗並乾燥經過拋光的晶圓。
[表1]
分類 隔熱材料 密度(g/cc)(Di) 第一砂輪輸送速度 (μm/s)(Vi) 第二砂輪輸送速度 (μm/s)(Vii) Pi* CMP
實施例1 0.18 0.5 0.3 2.70 PU基墊 SiO2 漿料 5.4 psi 平板200 rpm 拋光頭120 rpm
實施例2 0.14 1 1 14.0
實施例3 0.17 0.5 0.5 4.25
實施例4 0.17 0.5 0.3 2.55
比較例1 0.30 1.5 1.5 67.5
比較例2 0.18 1.5 1.5 40.5
*Pi=Di×Vi×Vii×100
晶圓的缺陷、顆粒及劃痕測定
通過晶圓光學測定裝置（Candela CS20，TLA-Tencor公司）測定所製造的晶圓的微管缺陷密度、顆粒的密度、劃痕長度，其結果示於表2。
磊晶晶圓製造
將在所述晶圓製造中準備的晶圓設置在生長容器中。將作為用於外延生長的原料氣體的SiH4 和C3 H8 注入到所述生長容器中，注入氮氣作為摻雜氣體，並根據化學氣相沉積法在所述晶圓的一面上生長磊晶層。在生長之後，磊晶層的厚度為12μm，摻雜劑濃度為8×1015 /cm3 。
在所述生長後，停止注入原料氣體，冷卻至室溫並排氣，將惰性氣體加壓至大氣壓，然後回收外延晶圓。
磊晶晶圓的墜落、三角、胡蘿蔔缺陷密度及刃型位元錯密度測定
通過晶圓光學測定裝置（Candela CS20，TLA-Tencor公司）測定在所述外延晶圓製造中製造的磊晶晶圓的各種缺陷密度，其結果示於表2。
[表2]。
   晶圓 磊晶晶圓
分類 MP (/cm2 ) 顆粒 (/cm2 )(Pd) 劃痕 (cm/wafer) Wd 墜落 (/wafer) 三角 (/wafer) 胡蘿蔔 (/wafer) 刃型位錯 (/cm2 )
實施例1 2.25 0.60 0 5.2 30 133 301 2.85
實施例2 2.46 0.55 1.17 9.5 17 122 30 2.82
實施例3 1.16 0.74 0.47 4.9 21 46 142 1.28
實施例4 0.01 0.80 0 1.8 6 33 15 0.33
比較例1 5.92 0.88 4.52 52.2 72 226 462 3.96
比較例2 4.98 0.79 1.82 23.7 59 154 398 3.04
MP：Micropipe（微管），Wd=（MP+1）×（Pd+1）×（10Sr+1），Sr=（劃痕（cm/wafer）/晶圓直徑（cm））×100
參照表2，在錠生長時，隔熱材料密度為0.14g/cc-0.28g/cc，在晶圓加工時第一砂輪的輸送速度為0.2μm/s以上且小於1.5μm/s，第二砂輪的輸送速度為0.2μm/s以上且小於1.5μm/s的實施例的劃痕、顆粒及微管缺陷產生量低，由此可確認磊晶晶圓的缺陷數值也良好。
與此相反，可知在第一砂輪和第二砂輪的輸送速度為1.5μm/s的比較例2和隔熱材料密度為0.30g/cc的比較例1的情況下，晶圓的微管、劃痕產生量相對高，磊晶晶圓的缺陷數值也增加。
進而，Pi值小於30的實施例的晶圓缺陷指數即Wd值小於15，Pi值為30以上的比較例的所述Wd值為23以上，即顯示不良好的晶圓缺陷數值。
通過圖3可以視覺上確認比較例1的晶圓和磊晶晶圓的缺陷數值（分別為圖3A的左側和右側）和實施例4的晶圓和磊晶晶圓的缺陷數值（分別為圖3B的左側和右側）。
儘管在上面已經詳細描述本發明的優選實施例，但本發明的保護範圍不限於此，本領域技術人員利用申請專利範圍中定義的本發明的基礎理念進行的各種改進和變型也包括在本發明的保護範圍中。
10:晶圓 11:一面 12:另一面 15:磊晶層 20:磊晶晶圓 100:碳化矽錠 200:反應容器 210:主體 220:蓋子 300:原料 400:隔熱材料 500:反應室/石英管 600:加熱單元 700:真空排氣裝置 800:品質流量控制器 810:排管
圖1為一實施例的晶圓的立體圖。 圖2為用於說明一實施例的磊晶晶圓的截面的示意圖。 圖3A、圖3B為示出在比較例1（a）和實施例4（b）中形成磊晶層之前（左側）和之後（右側）的缺陷的測定結果的照片。 圖4為一實施例的碳化矽錠製造裝置的示意圖。 圖5A、圖5B、圖5C為分別示出磊晶晶圓的胡蘿蔔缺陷、三角缺陷及墜落缺陷的照片。

Claims (15)

  1. 一種晶圓的製造方法，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晶種放置成彼此相向； 生長步驟，通過調節所述內部空間的溫度、壓力及氣氛來昇華所述原料，以製造在所述晶種上生長的碳化矽錠； 冷卻步驟，通過使所述反應容器冷卻以回收所述碳化矽錠； 切割步驟，將所回收的所述碳化矽錠切割以製造晶圓；及 加工步驟，將所製造的所述晶圓的厚度平坦化，對其表面進行拋光， 所述反應容器包括包圍外表面的隔熱材料和調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元； 所述隔熱材料的密度為0.14g/cc至0.28g/cc； 所述加工步驟包括： 第一加工步驟，使用表面細微性為1000目至3000目的第一砂輪進行加工；及 第二加工步驟，使用表面細微性為6000目至10000目的第二砂輪進行加工。
  2. 如請求項1所述的晶圓的製造方法，其中在所述第一加工步驟中，所述第一砂輪朝向所述晶圓的輸送速度為0.2μm/s以上且小於1.5μm/s。
  3. 如請求項1所述的晶圓的製造方法，其中在所述第二加工步驟中，所述第二砂輪朝向所述晶圓的輸送速度為0.2μm/s以上且小於1.5μm/s。
  4. 如請求項1所述的晶圓的製造方法，其中由下式1表示的Pi值為30以下： [式1] Pi=Di×Vi×Vii×100 在式1中，Di為所述隔熱材料的密度（g/cc）數值，Vi為所述第一砂輪的輸送速度（μm/s）數值，Vii為所述第二砂輪的輸送速度（μm/s）數值。
  5. 如請求項1所述的晶圓的製造方法，其中所述第一砂輪的旋轉速度為1000 rpm至2000 rpm。
  6. 如請求項1所述的晶圓的製造方法，其中所述第二砂輪的旋轉速度為600 rpm至1800 rpm。
  7. 如請求項1所述的晶圓的製造方法，其中所述加工步驟更包括化學機械拋光步驟。
  8. 如請求項7所述的晶圓的製造方法，其中經過所述化學機械拋光步驟的所述晶圓包括一面和另一面， 在所述一面中總劃痕長度之和等於或小於所述晶圓的直徑長度， 在所述一面中具有0.3μm以上的細微性的顆粒的平均密度為3/cm2 以下， 在所述一面中微管平均密度為3/cm2 以下。
  9. 一種晶圓，包括一面和另一面， 在所述一面中總劃痕長度等於或小於晶圓的直徑長度， 在所述一面中具有0.3μm以上的細微性的顆粒的平均密度為3/cm2 以下， 在所述一面中微管平均密度為3/cm2 以下。
  10. 如請求項9所述的晶圓，其中在所述一面中所述總劃痕長度為2cm以下。
  11. 如請求項9所述的晶圓，其中由下式2表示的Wd值為15以下： [式2] Wd=（MP+1）×（Pd+1）×（10Sr+1） 在式2中，MP為所述微管平均密度（/cm2 ）數值，Pd為所述顆粒的平均密度（/cm2 ）數值，Sr為相對於所述晶圓的直徑的所述總劃痕長度的百分比（%）數值。
  12. 如請求項9所述的晶圓，其中所述一面為在表面上出現矽原子層的Si表面， 所述晶圓為4英寸以上的4H碳化矽晶圓。
  13. 一種磊晶晶圓，包括： 如請求項9所述的晶圓；及 磊晶層，形成在所述晶圓的所述一面上。
  14. 如請求項13所述的磊晶晶圓，其中在所述磊晶層中， 墜落缺陷的平均密度為0.3/cm2 以下， 三角缺陷的平均密度為1/cm2 以下， 胡蘿蔔缺陷的平均密度為2/cm2 以下， 刃型位元錯的平均密度為4/cm2 以下。
  15. 如請求項13所述的磊晶晶圓，其中在所述晶圓中，由下式2表示的Wd值為15以下： [式2] Wd=（MP+1）×（Pd+1）×（10Sr+1） 在式2中，MP為所述微管平均密度（/cm2 ）數值，Pd為所述顆粒的平均密度（/cm2 ）數值，Sr為相對於所述晶圓的直徑的所述總劃痕長度的百分比（%）數值。
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