TW202200858A - 晶圓以及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

實施方式有關晶圓及其製造方法。根據一實施例的晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的鬆弛模量的差異可以為450GPa以下。

Description

碳化矽晶錠、晶圓以及其製造方法
實施方式有關一種具有優異物性的晶圓及其製造方法。
碳化矽（SiC）是具有2.2eV至3.3eV的寬頻隙的半導體，由於其優異的物理和化學性質，正在對此作為半導體材料進行研究和開發。
作為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，電流密度根據坩堝特性和製程條件等而變化，坩堝內部的溫度分佈也變化，因此難以確保碳化矽錠的一定物理性質。
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。
作為相關現有文獻，包括韓國公開專利公報第10-2017-0076763號中揭露的“碳化矽單晶的製造方法及碳化矽單晶基板”、韓國公開專利公報第10-2010-0089103號中揭露的“碳化矽單晶錠、由該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減少由於各種應力引起的變形和破損的可能性且確保彈性和蠕變特性的碳化矽錠、晶圓等。
實施方式的另一目的在於提供減少如位元錯密度等的缺陷數值且具有高品質的碳化矽錠、晶圓等。
[解決問題的方案]
為了達到上述目的，一實施例的晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的鬆弛模量（relaxation modulus）的差異可以為450GPa以下。
在一實施例中，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載下測定的上述鬆弛模量可以為1510GPa至1800GPa。
在一實施例中，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的18N的荷載下測定的上述鬆弛模量可以為1800GPa至1960GPa。
在一實施例中，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載下測定的上述鬆弛模量可以為1510GPa至1960GPa。
在一實施例中，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載下測定的根據動態機械分析的剛性可以為51.3kN/m至70.0kN/m。
在一實施例中，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的蠕變柔量（creep compliance）可以為0.508μm2 /N至0.643μm2 /N。
在一實施例中，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載下測定的上述蠕變柔量可以為0.60μm2 /N至0.62μm2 /N。
在一實施例中，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的18N的荷載下測定的上述蠕變柔量可以為0.52μm2 /N至0.55μm2 /N。
在一實施例中，上述晶圓的直徑可以為4英寸以上，且上述晶圓可以由4H碳化矽製成。
為了達到上述目的，另一實施例的晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的蠕變柔量（creep compliance）可以為0.508μm2 /N至0.643μm2 /N。
為了達到上述目的，一實施例的碳化矽錠製造方法可以包括：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，通過調節上述內部空間的溫度、壓力及氣氛來昇華上述原料，以製造在上述晶種上生長的碳化矽錠，及冷卻步驟，通過使上述反應容器冷卻以回收上述碳化矽錠；上述碳化矽錠包括彼此相向的一面和另一面，定義為上部的上述一面是平面或凸面，晶圓設置在上述一面下方的部分，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的條件下測定的根據動態機械分析的鬆弛模量（relaxation modulus）的差異可以為450GPa以下。
在一實施例中，上述反應容器的熱導率可以為120W/mK以下。
在一實施例中，在上述冷卻步驟中的流動可以從上述原料向上述碳化矽晶種方向實現。
為了達到上述目的，一實施例的晶圓的製造方法可以包括：研磨步驟，對如上所述製造的碳化矽錠的邊緣進行研磨；及切割步驟，將研磨的上述碳化矽錠切割以製造晶圓。
上述晶圓設置在上述一面下方的部分，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的條件下測定的根據動態機械分析的鬆弛模量（relaxation modulus）的差異可以為450GPa以下。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的蠕變柔量（creep compliance）可以為0.508μm2 /N至0.643μm2 /N。
上述反應容器的熱導率可以為120W/mK以下。
上述隔熱材料的氣孔率可以為72%至95%。
上述隔熱材料的壓縮強度可以為0.2MPa以上。
在上述冷卻步驟中的流動可以從上述原料向上述碳化矽晶種方向實現。
[發明的效果]
一實施例的晶圓能夠使由於外部物理因素引起的過度變形或破損最小化，還能夠提供具有優異物理性質的晶圓。另外，能夠提供進一步減小晶圓中殘留的應力的晶圓。
一實施例的碳化矽錠製造方法，通過如控制製程條件等的方法，能夠製造確保彈性和蠕變特性且降低缺陷密度數值的碳化矽錠。
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件。
在本說明書中，如果一結構“包括”另一結構，如果沒有特殊地相反的記載，意味著一結構還包括另一結構，而非理解為一結構排斥另一結構。
在本說明書中，當描述一個結構“連接”到另一結構時，該結構可以“直接連接”到另一結構或者通過第三結構“間接連接”到另一結構。
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組成要素組成的組中選擇的一個或多個組成要素的混合或組合，從而意味著本發明包括從上述馬庫什組中選擇的一個或多個組成要素。
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意味。
在本說明書中，“差異”表示從大數值減去小數值，並表示為正數。
下面，將對實施方式進行更詳細說明。
錠和由其製造的晶圓可能在輸送、加工和處理等的過程中發生變形、缺陷或破損等。另外，在後續器件製造製程中，磊晶層等的品質可能會劣化。
作為解決該問題的方法，本發明的發明人關注彈性和蠕變特性。確認到當製造具有進一步改善的彈性和蠕變特性的碳化矽錠和晶圓時，可以減少被認為是由外部應力等引起的上述變形、缺陷和破損等的發生，從而揭露實施方式。
並且，本發明的發明人確認為了通過應用物理氣相傳輸方法來生長碳化矽，在各種因素中，控制惰性氣體的流量和坩堝的溫度梯度是重要的，通過調節這些條件可以製造具有所需的實施方式的特性的優異品質的碳化矽錠，從而揭露實施方式。
碳化矽錠 100
為了達到上述目的，本說明書中揭露的一實施例的碳化矽錠100包括彼此相向的一面110和另一面120，定義為上部的上述一面是平面或凸面，晶圓設置在上述一面下方的部分，上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的鬆弛模量（relaxation modulus）的差異可以為450GPa以下。
上述碳化矽錠100是通過使反應容器內部的原料昇華並在碳化矽晶種上重結晶來生長的。
參照圖2，在完成生長之後，在上述碳化矽錠的表面中朝向上述原料的面可以是一面110，上述一面可以具有彎曲的凸面或平面。
上述碳化矽錠100可以包括：主體部121；凸部111，從上述主體部延伸並具有凸面110。當將上述碳化矽錠的凸面視為上方時，凸面的下方的部分可以相當於上述主體部。
即，當將上述碳化矽錠的一面110視為上方時，可以將作為碳化矽錠開始生長的表面的底面視為另一面120，且可以將上述另一面視為下方，並且通過將上述一面的下方的部分切割成規定厚度來製造晶圓。此時，在上述切割時，可以與上述另一面或上述碳化矽錠的（0001）表面形成規定的偏離角。
並且，製造上述晶圓的過程如下進行，即，使用研磨設備從外徑朝向內部的方向修整上述碳化矽錠100的外徑，並且以相對於上述碳化矽錠的另一面120或（0001）表面的規定偏離角和一定厚度進行切割，然後可以進行如邊緣研磨、表面研磨和拋光等的加工。
在製造上述晶圓時，相對於另一面120或（0001）表面的偏離角可以是0°至10°。應用上述偏離角的晶圓的搖擺角相對於基準角度可以為-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°。具有上述特徵的晶圓可以具有優異的結晶特性。對於上述搖擺角，通過應用高解析度X射線衍射分析系統（HR-XRD system）將上述晶圓[11-20]方向對準X射線（X-ray）路徑，並將X射線源光學（X-ray source optic）角度和X射線探測器光學（X-ray detector optic）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，偏離角為X°指具有在通常可接受的誤差範圍內被評估為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，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，作為上述搖擺角，將除了晶圓的中心部分和從邊緣向中心方向5 mm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，將應用在相對於作為碳化矽錠100的另一面120的底面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°。
通過從上述碳化矽錠100切斷來製造的晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的鬆弛模量（relaxation modulus）的差異可以為450GPa以下，也可以為400GPa以下，還可以為350GPa以下。由於上述晶圓的上述鬆弛模量不同，因此可以使在隨著時間增加的荷載條件下發生的變形和扭曲最小化。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載下測定的上述鬆弛模量可以為1510GPa至1800GPa。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的18N的荷載下測定的上述鬆弛模量可以為1800GPa至1960GPa。
上述晶圓在25℃的溫度下選自以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N的範圍中的任一種荷載下測定的上述鬆弛模量可以為1510GPa至1960GPa，也可以為1540GPa至1930GPa。上述晶圓在25℃的溫度下選自以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N的範圍中的任一種荷載下測定的上述鬆弛模量可以為1570GPa至1920GPa。
上述鬆弛模量是彈性模量的定義的擴展，且可以被解釋為根據時間變化的彈性模量，可以如下表示為指數函數之和（G（t））。 [式1]
Figure 02_image001
在上述式1中，Gi是鬆弛強度，τi是鬆弛時間，t是時間。
由於上述晶圓具有上述鬆弛模量的特性，因此可以使在隨著時間增加的荷載條件下發生的變形和扭曲最小化，並且可以進一步減少形成缺陷。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的蠕變柔量（creep compliance）可以為0.508μm2 /N至0.643μm2 /N，也可以為0.522μm2 /N至0.627μm2 /N。上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的蠕變柔量（creep compliance）可以為0.52μm2 /N至0.63μm2 /N。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載下測定的上述蠕變柔量可以為0.60μm2 /N至0.62μm2 /N。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的18N的荷載下測定的上述蠕變柔量可以為0.52μm2 /N至0.55μm2 /N。
上述蠕變柔量表示根據單位應力的隨時間變化的變形大小。
由於上述晶圓具有上述蠕變柔量的特性，因此可以通過將可由應力引起的變形控制在適當的水平來使由於外力引起的晶圓破壞可能性最小化，並且可以進一步減少形成缺陷。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的剛性的差異可以為12kN/m以下，也可以為11kN/m以下。上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的剛性的差異可以為10.5kN/m以下。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載條件下測定的根據動態機械分析的剛性可以為51.3kN/m至57.5kN/m。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的18N的荷載條件下測定的根據動態機械分析的剛性可以為62kN/m至68kN/m。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的剛性可以為51.3kN/m至70.0kN/m，也可以為54kN/m至67kN/m。
由於上述晶圓具有上述剛性的特性，因此可以適當地調節可由外力引起的變形程度來提供兼顧耐久性和加工性的晶圓。
上述晶圓具有在上述範圍內的鬆弛模量、蠕變柔量及剛性，從而可以在晶圓的輸送、加工和處理過程等中使變形和缺陷發生最小化，且可以在作為用於製造器件的後續製程的碳化矽磊晶層形成過程中顯示更良好的品質。
上述晶圓的微管（Micropipe，MP）密度可以為1.5/cm2 以下，也可以為1/cm2 以下。
上述晶圓的貫通刃狀位錯（Threading Edge Dislocation，TED）密度可以為10,000/cm2 以下，也可以為8,000/cm2 以下。
上述晶圓的基底面位錯（Basal Plane Dislocation，BPD）密度可以為5,000/cm2 以下，也可以為3,000/cm2 以下。
當上述晶圓滿足上述缺陷密度範圍時，可以提供缺陷較少的高品質晶圓，並且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。
上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定，具體細節在下面的實驗例中描述。
上述晶圓的厚度可以為300μm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。
上述碳化矽錠100可以具有缺陷或多型體夾雜最小化的實質上是單晶的4H-SiC結構。
上述碳化矽錠100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。具體而言，上述碳化矽錠的直徑可以為4英寸至12英寸，也可以為4英寸至10英寸，還可以為4英寸至8英寸。當製造上述碳化矽錠時，可以根據這些特性來應用適當的碳化矽晶種。
上述碳化矽錠100可以是在碳化矽晶種的C表面（（000-1）表面）上生長的。
在製造上述碳化矽錠100時，可以通過在生長步驟和冷卻步驟中調節惰性氣體的流量並使用滿足特定導熱率的坩堝製造，下面將描述具體內容。
晶圓
為了達到上述目的，本說明書中揭露的一實施例的晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載條件下測定的根據動態機械分析的鬆弛模量（relaxation modulus）的差異可以為450GPa以下。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載條件下測定的根據動態機械分析的鬆弛模量（relaxation modulus）的差異可以為450GPa以下，也可以為400GPa以下，還可以為350GPa以下。由於上述晶圓的上述鬆弛模量不同，因此可以使在隨著時間增加的荷載條件下發生的變形和扭曲最小化。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載條件下測定的上述鬆弛模量可以為1510GPa至1800GPa。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的18N的荷載條件下測定的上述鬆弛模量可以為1800GPa至1960GPa。
上述晶圓在25℃的溫度下選自以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N的範圍中的任一種條件下測定的上述鬆弛模量可以為1510GPa至1960GPa，或可以為1540GPa至1930GPa。上述晶圓在25℃的溫度下選自以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N的範圍中的任一種荷載下測定的上述鬆弛模量可以為1570GPa至1920GPa。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的蠕變柔量（creep compliance）可以為0.508μm2 /N至0.643μm2 /N，也可以為0.522μm2 /N至0.627μm2 /N。上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的蠕變柔量（creep compliance）可以為0.527μm2 /N至0.620μm2 /N。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載下測定的上述蠕變柔量可以為0.60μm2 /N至0.62μm2 /N。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的18N的荷載下測定的上述蠕變柔量可以為0.52μm2 /N至0.55μm2 /N。
上述蠕變柔量表示根據單位應力的隨時間變化的變形大小。
由於上述晶圓具有上述蠕變柔量的特性，因此可以通過將可由應力引起的變形控制在適當的水平來使由於外力引起的晶圓破壞可能性最小化，並且可以進一步減少形成缺陷。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的剛性的差異可以為12kN/m以下，也可以為11kN/m以下。上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的剛性的差異可以為10.5kN/m以下。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載下測定的根據動態機械分析的剛性可以為51.3kN/m至57.5kN/m。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的18N的荷載下測定的根據動態機械分析的剛性可以為62kN/m至68kN/m。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載條件下測定的根據動態機械分析的剛性可以為51.3kN/m至70.0kN/m，也可以為54kN/m至67kN/m。
由於上述晶圓具有上述剛性的特性，因此可以適當地調節可由外力引起的變形程度來提供兼顧耐久性和加工性的晶圓。
上述晶圓具有在上述範圍內的鬆弛模量、蠕變柔量及剛性，從而可以在晶圓的輸送、加工和處理過程等中使變形和缺陷發生最小化，且可以在作為用於製造器件的後續製程的碳化矽磊晶層形成過程中顯示更良好的品質。
上述晶圓可以通過上述的方法切割上述碳化矽錠100來製造。
上述晶圓的搖擺角與所述相同。
上述晶圓的微管（Micropipe，MP）密度可以為1.5/cm2 以下，也可以為1/cm2 以下。
上述晶圓的貫通刃狀位錯（Threading Edge Dislocation，TED）密度可以為10,000/cm2 以下，也可以為8,000/cm2 以下。
上述晶圓的基底面位錯（Basal Plane Dislocation，BPD）密度可以為5,000/cm2 以下，也可以為3,000/cm2 以下。
上述晶圓的厚度可以為300μm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。
上述晶圓可以為碳化矽晶圓。
上述晶圓可以為實質上是單晶的4H-SiC晶圓。
上述晶圓的直徑可以為4英寸以上，也可以為5英寸以上，還可以為6英寸以上。上述晶圓的直徑可以為12英寸以下，也可以為10以下。
當上述晶圓滿足上述缺陷密度範圍時，可以提供位錯缺陷較少的高品質晶圓，並且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。
上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定，具體細節在下面的實驗例中描述。
碳化矽錠製造方法
為了達到上述目的，本說明書揭露的一實施例的碳化矽錠製造方法包括：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，通過控制上述內部空間的溫度、壓力及氣氛來昇華上述原料，以製造在上述晶種上生長的碳化矽錠100；及冷卻步驟，通過使上述反應容器冷卻以回收上述碳化矽錠。
上述碳化矽錠包括彼此相向的一面110和另一面120，定義為上部的上述一面是平面或凸面，晶圓設置在上述一面下方的部分。
上述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N和18N的條件下測定的根據動態機械分析的鬆弛模量（relaxation modulus）的差異可以為450GPa以下。
在一實施例的碳化矽錠製造方法中，上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。
上述準備步驟的碳化矽晶種的特徵如上所述。
上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，且可以採用對上述粉末彼此進行頸縮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。
作為上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，上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，與上述開口部相對應以密封上述內部空間。上述坩堝蓋子可以進一步包括與上述坩堝蓋子一體地形成或分開形成的晶種保持器，可以通過上述晶種保持器固定碳化矽晶種，使得碳化矽晶種和原料面對。
上述準備步驟的反應容器200的熱導率可以為80W/mK以上，或可以為85W/mK以上，或可以為90W/mK以上。上述反應容器的熱導率可以為120W/mK以下，或可以為110W/mK以下。在上述反應容器的熱導率小於80W/mK或上述反應容器的熱導率大於120W/mK時，反應容器中的溫度梯度變得很大或很小，從而所製造的碳化矽錠的缺陷密度數值變高，還有可能導致彈性和蠕變特性劣化。通過滿足上述導熱率範圍的反應容器，可以製造具有優異的結晶以及改善的彈性和蠕變特性的碳化矽錠。
上述準備步驟的反應容器可以被隔熱材料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上述反應容器，並且可以通過設置在上述隔熱材料和上述反應室外部的加熱裝置600控制上述反應容器200的內部空間溫度。
上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％。當採用滿足上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。
上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，上述隔熱材料可具有3MPa以下的壓縮強度，也可以為2.5MPa以下。當上述隔熱材料具有上述壓縮強度時，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。
上述準備步驟的上述隔熱材料400可以包括碳基氈，具體而言，可以包括石墨氈，也可以包括人造絲基石墨氈或瀝青基石墨氈。
上述準備步驟的反應室500可以包括連接到反應室內部並用於調節反應室內部的真空度的真空排氣裝置700、連接到反應室內部並將氣體引入到反應室內部的排管810及用於控制氣體流入的品質流量控制器800。由此，可以在後續生長步驟和冷卻步驟中調節惰性氣體的流量。
在一實施例的碳化矽錠製造方法中，上述生長步驟是通過調節內部空間的溫度、壓力及氣體氣氛使上述原料昇華，並製造在上述晶種上生長的碳化矽錠的步驟。
上述生長步驟可以通過用上述加熱裝置600加熱上述反應容器200和反應容器的內部空間來進行，並且與上述加熱同時或另外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上述生長步驟，並且可以在上述溫度和壓力範圍內更有效地製造碳化矽錠。
具體而言，上述生長步驟在上述反應容器200的上表面和下表面的溫度為2100℃至2500℃且上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℃且上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℃且上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。
在將上述溫度和壓力條件應用於上述生長步驟時，可以製造更高品質的碳化矽錠。
在上述生長步驟中，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上述溫度範圍。
在上述生長步驟中，可以將規定流量的惰性氣體添加到上述反應容器200的外部。上述惰性氣體可以在上述反應容器200的內部空間中流動，並且可以從上述原料300向上述碳化矽晶種方向流動。從而，可以形成上述反應容器和內部空間的穩定溫度梯度。
上述生長步驟的上述惰性氣體的流量可以為70sccm以上，也可以為90sccm以上，還可以為100sccm以上。上述惰性氣體的流量可以為330sccm以下，也可以為300sccm以下，還可以為280sccm以下。若在上述生長步驟中惰性氣體的流量為70sccm以下，則用於製造錠的原料供應不順利，有可能導致產生多晶型物並增加缺陷，若在上述生長步驟中惰性氣體的流量大於330sccm，則所製造的碳化矽錠和晶圓的缺陷密度會增加，且晶圓的彈性和蠕變特性會降低。在上述惰性氣體的流量範圍內，可以有效地形成上述坩堝的溫度梯度，並且可以改善所製造的錠的品質、彈性和蠕變特性。
具體而言，在上述生長步驟中的上述惰性氣體可以為氬氣、氦氣及它們的混合氣體。
在一實施例的碳化矽錠製造方法中，上述冷卻步驟是在規定的冷卻速率和惰性氣體流速條件下冷卻所生長的上述碳化矽錠100的步驟。
在上述冷卻步驟中，可以以1℃/分鐘至10℃/分鐘的速度進行冷卻，也可以以1℃/分鐘至5℃/分鐘的速度進行冷卻。
在上述冷卻步驟中，可以同時進行對上述反應容器200的內部空間壓力的調節，也可以與上述冷卻步驟分開進行壓力調節。可以進行上述壓力調節使得上述內部空間的壓力最大為760托。
在上述冷卻步驟中，如在上述生長步驟中一樣，可以將規定流量的惰性氣體添加到上述反應容器200的外部。上述惰性氣體可以在上述反應容器的內部空間中流動，並從上述原料300向上述碳化矽晶種方向流動。
上述冷卻步驟中的惰性氣體流量可以為1sccm以上，也可以為50sccm以上，還可以為100sccm以上。上述惰性氣體的流量可以為300sccm以下，也可以為280sccm以下，還可以為250sccm以下。若上述冷卻步驟中的惰性氣體的流量為1ccm以下，則在冷卻時形成較大的溫度梯度，因此所製造的錠有可能發生破裂，若上述冷卻步驟中的惰性氣體的流量大於300sccm，由於急劇的冷卻，因此所製造的錠有可能發生破裂。在上述惰性氣體的流量範圍內，可以使在冷卻時的錠品質的劣化最小化，並且可以確保良好的彈性和蠕變特性。
碳化矽錠的生長可以根據上述反應容器200的尺寸和類型以及原料的狀態而不同，在生長步驟或冷卻步驟中，碳化矽錠的品質也可以取決於上述反應容器內部空間的溫度梯度、壓力及氣體流量等。在實施例中，試圖通過採用最佳惰性氣體流量和坩堝的熱導率來製造具有優良品質的碳化矽錠。
通過上述碳化矽錠製造方法製造的碳化矽錠和從上述碳化矽錠製造的晶圓的特徵如上所述。
晶圓的製造方法
為了達到上述目的，本說明書揭露的一實施例的晶圓的製造方法可以包括：研磨步驟，對通過上述碳化矽錠製造方法製造的碳化矽錠100的邊緣進行研磨；及切割步驟，將研磨的上述碳化矽錠切割以製造晶圓。
在上述研磨步驟中對碳化矽錠的外徑進行研磨時，可以從上述碳化矽錠的最大外徑向內部方向研磨截面面積的5%以上。
可以執行上述研磨步驟，使得上述碳化矽錠從上述碳化矽錠的一面110的邊緣向另一面120方向、中心軸方向具有均勻的橫截面。
在上述切割步驟中，上述碳化矽錠可以被切割成與上述碳化矽錠的另一面120或（0001）表面具有規定的偏離角。
上述切割步驟的偏離角如上所述。
可以執行上述切割步驟，使得上述晶圓的厚度為300μm至600μm，但不限於此。
上述晶圓的製造方法在上述切步割驟之後還可包括使所製造的晶圓的厚度平坦化的平坦化步驟。
上述晶圓的製造方法在上述切步割驟之後還可包括對所製造的晶圓的邊緣進行研磨的研磨步驟。
上述晶圓的製造方法在上述切步割驟之後還可包括對所製造的晶圓的表面進行蝕刻和拋光的表面處理步驟。
可以通過常規方法按適當的順序進行上述平坦化步驟、研磨步驟及表面處理步驟，也可以按平坦化步驟-研磨步驟-表面處理步驟的順序進行。
通過上述方法製造的晶圓的特徵如上所述。
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 100 的生長
如在圖1中示出碳化矽錠製造裝置的一例，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，將上述條件同樣地應用於實施例和比較例。
將反應容器200密封，用隔熱材料400包圍其外部，然後在外部設有作為加熱裝置600的加熱線圈的石英管500中設置反應容器。對上述反應容器的內部空間進行減壓並調節成真空氣氛，注入氬氣，使得上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℃，並且通過與上述石英管連通的排管810和真空排氣裝置700將石英管內部的氬氣流量調節成表1中的流量。在2300℃的溫度和20托的壓力條件下，在與碳化矽原料相向的碳化矽晶種的表面上生長碳化矽錠100小時。
在生長後，將上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。通過與上述石英管連通的排管810和真空排氣裝置700將石英管內部的氬氣流量調節成表1中的流量。
晶圓製造
將冷卻的上述碳化矽錠的外周面研磨成具有最大外徑的95％的外徑，以加工成具有均勻外徑的圓柱形狀，且將其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厚度的晶圓樣品。
晶圓的缺陷密度測定
將製造的上述晶圓樣品切成50mm×50mm的尺寸，將其在500℃下浸入熔融氫氧化鉀（KOH）中5分鐘以進行蝕刻，並且通過光學顯微鏡等拍攝其表面上的缺陷（圖4）。將蛤形凹坑分類為基底面位錯（Basal Plane Dislocation，BPD），將小六角形凹坑分類為貫通刃狀位錯（Threading Edge Dislocation，TED），將大黑色六角形凹坑分類為微管（MP）。
將切割後的晶圓樣品中的500×500μm區域隨機指定12次，確定上述每個區域中的缺陷數量，計算每單位面積的平均缺陷數量，計算缺陷密度，其結果示於表1中。
晶圓的鬆弛模量、蠕變柔量及剛性測定
將所製造的上述晶圓樣品切成60mm×10mm的尺寸，並通過DMA Q800（TA instruments公司）在25℃的溫度和0.1N/分鐘的加荷速率下施加的1N至18N荷載範圍內進行動態機械分析（dynamic mechanical analysis，DMA），其結果示於表2，表2的實施例1的圖表示於圖3至圖5。
[表1]
分類 生長步驟 氬氣流量 （sccm） 冷卻步驟 氬氣流量 （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2 200 200 95 1 7880 2920
實施例3 250 200 95 1 7980 2920
實施例4 150 150 120 1 7880 2880
比較例1 500 500 95 104 64880 32240
MP：微管（Micropipe） TED：貫通刃狀位錯（Threading Edge Dislocation） BPD：基底面位錯（Basal Plane Dislocation）
[表2]
分類 鬆弛模量（GPa） 蠕變柔量 （μm2 /N） 剛性（kN/m）
1 N 18 N 1 N 18 N 1 N 18 N
實施例1 1580 1900 0.627 0.526 55.50 66.77
實施例2 1570 1920 0.625 0.522 55.41 65.25
實施例3 1550 1890 0.624 0.524 54.56 64.56
實施例4 1580 1910 0.625 0.523 54.55 64.79
比較例1 1500 1810 0.611 0.507 53.22 63.42
參照表1和表2，生長步驟和冷卻步驟的氣體流量在150sccm至250sccm範圍內的實施例表現出低缺陷密度和優異的鬆弛模量、蠕變柔量及剛性。此外，在上述實施例中，在1N和18N的荷載下分別測定的鬆弛模量之差異為350GPa，因此判斷可以使在根據晶圓的加工、輸送及處理條件或時間增加的荷載條件下發生的變形和扭曲最小化。
與此相反，在生長步驟和冷卻步驟的氣體流量為500sccm的比較例的情況下，可以確認由於過度流量導致所製造的碳化矽錠的缺陷大大增加。
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。
100:碳化矽錠 110:一面/凸面 111:凸部 120:另一面/底面 121:主體部 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:加熱裝置 700:真空排氣裝置 800:品質流量控制器 810:排管
圖1為示出一實施例的碳化矽錠製造裝置的一例的示意圖。 圖2為示出根據一實施例製造的錠的形狀的截面的示意圖。 圖3為示出在實施例1中根據0.1N/分鐘的加荷速率的荷載1N至18N（橫軸）下鬆弛模量（MPa，縱軸）的變化的圖表。 圖4為示出在實施例1中根據0.1N/分鐘的加荷速率的荷載1N至18N（橫軸）下蠕變柔量（μm2 /N，縱軸）的變化的圖表。 圖5為示出在實施例1中根據0.1N/分鐘的加荷速率的荷載1N至18N（橫軸）下剛性（N/m，縱軸）的變化的圖表。
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:加熱裝置
700:真空排氣裝置
800:品質流量控制器
810:排管

Claims (15)

  1. 一種晶圓，其在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載和18N的荷載下分別測定的根據動態機械分析的鬆弛模量的差異為450GPa以下。
  2. 如請求項1所述的晶圓，其中在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載下測定的根據所述動態機械分析的蠕變柔量為0.508μm2 /N至0.643μm2 /N。
  3. 如請求項1所述的晶圓，其中在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的所述1N的荷載下測定的鬆弛模量為1510GPa至1800GPa。
  4. 如請求項1所述的晶圓，其中在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的所述18N的荷載下測定的鬆弛模量為1800GPa至1960GPa。
  5. 如請求項1所述的晶圓，其中在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載下測定的鬆弛模量為1510GPa至1960GPa。
  6. 如請求項1所述的晶圓，其中在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載下測定的根據所述動態機械分析的剛性為51.3kN/m至70.0kN/m。
  7. 如請求項1所述的晶圓，其中在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的所述1N的荷載下測定的蠕變柔量為0.60μm2 /N至0.62μm2 /N。
  8. 如請求項1所述的晶圓，其中在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的所述18N的荷載下測定的蠕變柔量為0.52μm2 /N至0.55μm2 /N。
  9. 如請求項1所述的晶圓，其中所述晶圓的直徑為4英寸以上，且所述晶圓由4H碳化矽製成。
  10. 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，通過控制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， 研磨步驟，對所述碳化矽錠的邊緣進行研磨；及 切割步驟，將研磨的所述碳化矽錠切割以製造晶圓， 所述碳化矽錠包括彼此相向的一面和另一面， 定義為上部的所述一面是平面或凸面， 所述晶圓設置在所述一面下方的部分， 所述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N的荷載和18N的荷載下測定的根據動態機械分析的鬆弛模量的差異為450GPa以下。
  11. 如請求項10所述的晶圓的製造方法，其中所述反應容器的熱導率為120W/mK以下。
  12. 如請求項10所述的晶圓的製造方法，其中所述隔熱材料的氣孔率為72%至95%。
  13. 如請求項10所述的晶圓的製造方法，其中所述隔熱材料的壓縮強度為0.2MPa以上。
  14. 如請求項10所述的晶圓的製造方法，其中所述晶圓在25℃的溫度下以0.1N/分鐘的加荷速率施加的1N至18N中的任一種荷載下測定的根據所述動態機械分析的蠕變柔量為0.508μm2 /N至0.643μm2 /N。
  15. 如請求項10所述的晶圓的製造方法，其中在所述冷卻步驟中的流動從所述原料向所述碳化矽晶種方向實現。
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