TWI729926B - 碳化矽晶錠的製造方法以及製造碳化矽晶錠的系統 - Google Patents

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Abstract

本發明有關碳化矽晶錠的製造方法以及用於製造碳化矽 晶錠的系統，在碳化矽晶錠的製造過程中，在使反應容器的內部空間減壓以升溫的步驟中，在特定內部空間的上部和下部之間形成溫度差。通過根據本發明的碳化矽晶錠的製造方法，可以使作為碳化矽晶錠的後表面的籽晶面的損失最小化，並且可以製造具有較少缺陷和良好晶體品質的碳化矽晶錠。

Description

碳化矽晶錠的製造方法以及製造碳化矽晶錠的 系統
本發明有關一種碳化矽晶錠的製造方法以及用於製造碳化矽晶錠的系統。
由於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。近來，作為用於高功率器件等的基板，對碳化矽單晶基板的需求正在增加。
作為碳化矽單晶的製備方法，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，在物理氣相傳輸法中，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端，然後通過感應加熱方式加熱坩堝以昇華原料，從而在籽晶上生長碳化矽單晶。
物理氣相傳輸法由於具有高生長率，可以製備晶錠形式的碳化矽，因此最廣泛使用。但是，在坩堝的感應加熱期間，坩堝內部的溫度分佈根據初始生長條件、坩堝的上部和下部之間的溫度差而改變，因此可能出現所製造的碳化矽晶錠的後表面的品質不良。
因此，有必要在生長和預先生長過程中考慮坩堝內部的溫度，以改善晶錠的後表面的品質並確保製造晶錠的可再現性。
上述先前技術是發明人為本發明的推導而擁有的技術資訊或在推導過程中獲取的技術資訊，從而不一定是在申請本發明之前向公眾揭露的已知技術。
作為相關的現有技術，有在韓國公開專利公報第10-2017-0072441號揭露的“半絕緣碳化矽單晶的製造方法和由此製備的半絕緣碳化矽單晶”。
本發明的目的在於，提供一種在碳化矽錠的製造過程中，在使反應容器的內部空間減壓並升高溫度的步驟中，在特定內部空間的上部和下部之間形成溫度差的碳化矽晶錠的製造方法。
本發明的目的在於，提供一種通過所述碳化矽晶錠的製造方法，使作為碳化矽晶錠的後表面的籽晶面的損失最小化並製造高品質晶錠的方法。
為了達到上述目的，根據本發明的碳化矽晶錠的製造方法包括：準備步驟，將原料和碳化矽籽晶彼此面對放置在具有內部空間的反應容器中，
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，並製備從所述籽晶生長的碳化矽晶錠，及冷卻步驟，冷卻所述反應容器並回收所述碳化矽晶錠；所述反應容器包括圍繞外表面的絕熱材料和用於調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元；所述生長步驟包括：第一生長過程，將所述內部空間的溫度從預先生長開始溫度提高到進行溫度，及第二生長過程，保持所述進行溫度，從而製備碳化矽晶錠；所述預先生長開始溫度是內部空間減壓開始的溫度；所述進行溫度是在所述內部空間的減壓完成後，在所述壓力下誘導碳化矽晶錠生長的溫度；溫度差是所述內部空間的上部溫度和所述內部空間的下部溫度之間的差；在所述預先生長開始溫度中所述溫度差為40℃至60℃；所述內部空間的上部是所述碳化矽籽晶所在的區域，所述內部空間的下部可以是原料所在的區域。
在一實施例中，所述加熱單元安裝成可在所述反應容器的垂直方向上移動，並且所述加熱單元可以在所述生長步驟中誘導所述內部空間的上部和所述內部空間的下部之間的溫度差。
在一實施例中，所述碳化矽籽晶可以包含具有4英寸以上的4H碳化矽。
在一實施例中，在所述生長步驟之前，可以包括：減壓步驟，將大氣狀態的所述內部空間減壓；及升溫步驟，將惰性氣體注入減壓的所述內部空間並將溫度提高至所述預先生長開始溫度。
在一實施例中，基於所述內部空間的下部，所述預先生長開始溫度可以為1500°C至1700°C。
在一實施例中，基於所述內部空間的下部，所述生長步驟的進行溫度可以為2100°C至2500°C。
在一實施例中，在所述進行溫度下的溫度差可以比在所述預先生長開始溫度下的溫度差高70℃至120℃。
在一實施例中，在所述第一生長過程的進行溫度下的所述溫度差可以為110℃至160℃。
在一實施例中，在所述第一生長過程中的減壓可以達1托至50托。
在一實施例中，所述第一生長過程的升溫速率可以小於所述升溫步驟和整個所述第一生長過程的平均升溫速率。
在一實施例中，所述第一生長過程的升溫速率可以為1℃/min至5℃/min。
在一實施例中，所述冷卻步驟的回收通過切割與所述碳化矽籽晶接觸的所述碳化矽晶錠的後表面進行，當將所述回收的碳化矽晶錠以5°C/min的速率從室溫升溫至900°C並在900°C下進行氧化熱處理10小時時，與碳化矽籽晶接觸的碳化矽晶錠的後表面的損失面積可以為後表面總面積的5％以下。
為了達到上述目的，根據本發明的用於製造碳化矽晶錠的系統包括：
具有內部空間的反應容器，圍繞所述反應容器的外表面的絕熱材料，及用於調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元，從而製造碳化矽晶錠；碳化矽籽晶位於所述內部空間的上部，原料位於所述內部空間的下部，所述加熱單元安裝成可在所述反應容器的垂直方向上移動，以調節內部空間的上部和內部空間的下部之間的溫度差，當將所述碳化矽晶錠以5°C/min的速率從室溫升溫至900°C並在900°C下進行氧化熱處理10小時時，與碳化矽籽晶接觸的碳化矽晶錠的後表面的損失面積可以為後表面總面積的5％以下。
在一實施例中，預先生長開始溫度是所述內部空間減壓開始的溫度，
進行溫度是在所述內部空間的減壓完成後，在所述壓力下誘導碳化矽晶錠生長的溫度，在所述預先生長開始溫度中，所述加熱單元可以誘導所述內部空間的上部和內部空間的下部之間的溫度差為40℃至60℃。
為了達到上述目的，根據本發明的碳化矽晶錠可以當將溫度以5°C/min的速率從室溫升溫至900°C並在900°C下進行氧化熱處理10小時時，與碳化矽籽晶接觸的碳化矽晶錠的後表面的損失面積為後表面總面積的5％以下。
通過根據一實施例的碳化矽晶錠的製造方法，可以使作為碳化矽晶錠的後表面的籽晶面的損失最小化。
而且，通過根據一實施例的碳化矽晶錠的製造方法，可以製造具有較少缺陷和良好晶體品質的碳化矽晶錠。
以下，參考所附圖式來對實施例進行詳細說明，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。但是，本發明的實施例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圖式標號。
在本說明書中，除非另有說明，否則某一結構“包括”另一結構時，這意味著還可以包括其他結構而不排除其他結構。
在本說明書中，當某一結構“連接”到另一結構時，這不僅包括“直接連接”的情形，還包括“通過在其間連接其他結構而連接”的情形。
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，馬庫什形式的表達所包含的術語“它們的組合”表示選自由馬庫什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及/或B”的記載表示“A或B或者A和B”。
在本說明書中，除非另有說明，否則“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。
當研究使碳化矽晶錠的後表面損失最小化並改善品質的方法中，發明人發明了一種碳化矽晶錠的製造方法，該方法可以在碳化矽晶錠的預先生長步驟中，反應容器的上部和下部施加特定的溫度差，並且使該溫度差逐漸增大，並且提供了實施例。
碳化矽晶錠的製造方法
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，將原料300和碳化矽籽晶彼此面對放置在具有內部空間的反應容器200中，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，並製備從所述籽晶生長的碳化矽晶錠100，及冷卻步驟，冷卻所述反應容器並回收所述碳化矽晶錠；所述反應容器包括圍繞外表面的絕熱材料和用於調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元，所述生長步驟包括：第一生長過程，將所述內部空間的溫度從預先生長開始溫度提高到進行溫度，及第二生長過程，保持所述進行溫度，從而製備碳化矽晶錠；所述預先生長開始溫度是內部空間減壓開始的溫度；所述進行溫度是在所述內部空間的減壓完成後，在所述壓力下誘導碳化矽晶錠生長的溫度；溫度差是所述內部空間的上部溫度和所述內部空間的下部溫度之間的差；在所述預先生長開始溫度中所述溫度差為40℃至60℃；所述內部空間的上部230是所述碳化矽籽晶所在的區域，所述內部空間的下部240是原料所在的區域。
圖3和圖4示出了碳化矽晶錠的製造設備的示例。參考此，將描述根據本發明的碳化矽晶錠的製造方法。
在所述準備步驟中，將原料300和碳化矽籽晶彼此面對放置在具有內部空間的反應容器200中。
所述準備步驟的碳化矽籽晶可以根據目標晶圓而具有適當的尺寸，並且所述碳化矽籽晶的C面（（000-1）面）可以朝向所述原料300。
所述準備步驟的碳化矽籽晶可以包含具有4英寸以上的4H碳化矽。
所述準備步驟的原料300可以以具有碳源和矽源的粉末形狀使用，並且可以將所述粉末彼此縮頸的原料或通過將其表面碳化而獲得的碳化矽粉末等使用。
所述準備步驟的反應容器200可以是適合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，所述反應容器可包括具有內部空間和開口的本體210以及對應於所述開口以形成內部空間的蓋220。所述坩堝蓋可以還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固定碳化矽籽晶，使得碳化矽籽晶和原料彼此面對。
所述準備步驟中所述反應容器200可以通過被絕熱材料400包圍而固定，圍繞所述反應容器的絕熱材料可以位於諸如石英管的反應腔室500中，所述反應容器200的內部空間的溫度可以由所述絕熱材料及設置在反應腔室外部的加熱單元600來控制。
所述準備步驟的絕熱材料400的孔隙率可以為72％至95％、75％至93％、或80％至91％。當採用滿足所述孔隙率的絕熱材料時，可以進一步減少所生長的碳化矽晶錠的裂紋的產生。
所述準備步驟的絕熱材料400可以具有0.2MPa以上、0.48MPa以上、或0.8MPa以上的抗壓強度。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，其熱/機械穩定性優異，並且灰燼（ash）的發生概率降低，從而可以製備品質更優異的碳化矽晶錠。
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：真空排氣裝置700，連接到反應腔室的內部，用於調節反應腔室內部的真空度；管道810，連接到反應腔室的內部，用於將氣體引入反應腔室內部；及品質流量控制器800，用於控制氣體。通過這些，可以在後續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，可以在進行所述加熱的同時或另外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。
所述加熱單元600可以安裝成可在所述反應容器200的垂直方向上移動，因此，可以改變反應容器和加熱單元之間的相對位置，並且可以誘導所述內部空間的上部和所述內部空間的下部之間的溫度差。具體地，可以對所述內部空間的上部240的籽晶和所述內部空間的下部230的原料300施加溫度差。
所述加熱單元600可以沿著所述反應容器200或圍繞反應容器的絕熱材料400的外周面形成為螺旋線圈。
參考圖1，所述生長步驟可以包括：第一生長過程S1，即預先生長步驟，將所述內部空間的溫度從預先生長開始溫度提高到進行溫度；第二生長過程S2，即正式的生長步驟，保持所述進行溫度。
在所述生長步驟之前，可以包括：減壓步驟Sa，將大氣狀態的所述內部空間減壓；及升溫步驟Sb，將惰性氣體注入減壓的所述內部空間並將溫度提高至預先生長開始溫度。
升溫至所述預先生長開始溫度可以以3℃/min至13℃/min、或5℃/min至11℃/min的速率進行。升溫至所述預先生長開始溫度可以以7°C/min至10°C/min的速率進行。
所述減壓步驟Sa中，所述內部空間的壓力可以為10托以下、或5托以下。
所述升溫步驟Sb可以通過注入惰性氣體例如氬氣或氮氣來進行，以使所述內部空間的壓力為500托至800托，並且所述內部空間的下部的溫度可以以1°C/min至10℃/min的速率升高到1500℃至1700℃。
參考圖4，內部空間的上部230是靠近碳化矽籽晶110或晶錠的表面的內部空間的一區域，內部空間的下部240是靠近原料300的表面的內部空間的區域。具體地，所述內部空間的上部230是在碳化矽籽晶或晶錠的表面下方約5mm以上，更具體地，是在約5mm的位置處測量的溫度，並且所述內部空間的下部240是在原料300的表面上方約10mm以上，更具體地，是在約10mm的位置處測量的溫度。當從坩堝的縱向方向看所述內部空間的上部或所述內部空間的下部在相同位置時，並且如果每個測量位置測量的溫度不同時，則以中央部的溫度為基準。
所述第一生長過程S1的預先生長開始溫度是所述原料300的部分昇華開始的溫度，並且可以是如圖1的虛線區域所示的在生長步驟之前經過所述升溫步驟的溫度，並且可以是在所述升溫步驟中注入惰性氣體之後內部空間的減壓開始的溫度。具體地，基於所述內部空間的下部240，可以是1500℃至1700℃、或1600℃至1640℃。
基於所述內部空間的上部230，所述第一生長過程S1的預先生長開始溫度可以是1450℃至1650℃、或1550℃至1587℃。
在所述第一生長過程的預先生長開始溫度中，所述內部空間的上部與內部空間的下部之間的溫度差可以為40℃至60℃、或50℃至55℃。
所述第一生長過程S1的進行溫度是所述原料300的昇華進行的溫度，並且可以是如在圖1中的虛線區域所示的所述第一生長過程中升溫完成的溫度，並且可以是所述內部空間的減壓完成之後在所述減壓的壓力下誘導碳化矽晶錠的生長的溫度。並且，可以在所述進行溫度下在所述減壓的壓力的10％以內改變壓力的同時誘導碳化矽晶錠的生長。
基於內部空間的下部240，所述第一生長過程S1的進行溫度可以是2100℃至2500℃、或2200℃至2400℃。
基於所述內部空間的上部230，所述第一生長過程S1的進行溫度可以是1900℃至2300℃、或2100℃至2250℃。
在所述第一生長過程S1的所述進行溫度中，內部空間的上部與內部空間的下部之間的溫度差可以為110℃至160℃、或135℃至150℃。
在所述第一生長過程S1中，隨著所述內部空間的溫度升高，所述內部空間的上部和下部之間的溫度差可一起增加。
所述進行溫度下的溫度差可以比所述預先生長開始溫度下的溫度差高70℃至120℃，或可以高70℃至95℃。
在所述第一生長過程S1中，通過具有在所述內部空間的上部和內部空間的下部溫度範圍、溫度差和溫度差的差（變化量），可以使形成初始碳化矽晶錠時所目標的晶體以外的多晶型的發生最小化，並且可以穩定地生長晶錠。如果所述第一生長過程的預先生長開始溫度及進行溫度的溫度差低於上述範圍，則所目標晶體以外的晶體混入而形成多晶的可能性增加，並且生長速度可能降低。另外，如果溫度差超過上述範圍，則結晶質可能劣化。
所述第一生長過程S1，可以在從所述預先生長開始溫度升溫至進行溫度時同時進行減壓，減壓可達1托至50托。
所述第一生長過程S1的升溫速率可以低於所述升溫步驟的升溫速率，並且可以低於所述升溫步驟和整個所述第一生長過程的平均升溫速率。
所述第一生長過程S1的升溫速率可以為1℃/min至5℃/min、或3℃/min至5℃/min。在所述升溫速率範圍內，可以防止所目標的晶體以外的多晶的發生，並且可以誘導穩定地生長。
在所述第一生長過程S1中，可以使所述加熱單元的最大加熱面積成為所述反應容器的下部，即原料的表面240，並且當所述加熱單元具有螺旋線圈形狀時，可以通過改變捲取數量和厚度等來施加所目標的所述內部空間的上部和下部之間的溫度差。
在所述第二生長過程S2中，在所述第一生長過程中將溫度升高到進行溫度之後，保持進行溫度以昇華原料以正式形成晶錠。
所述第二生長過程可以進行5至180小時、30至160小時、或50至150小時。
所述生長步驟可以在以所述反應容器200的垂直方向為軸旋轉的同時進行，並且可以使溫度梯度保持更相同。
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，並且該流動可以從所述原料300到所述碳化矽籽晶方向進行。因此，可以形成所述反應容器和內部空間的穩定的溫度梯度。
具體地，所述生長步驟中的所述惰性氣體可以為氬氣、氦氣及其混合氣體。
所述冷卻步驟S3是在規定冷卻速率和惰性氣體流量條件下冷卻通過所述生長步驟生長的碳化矽晶錠的步驟。
在所述冷卻步驟S3中，冷卻可以以1℃/min至10℃/min的速率進行，或可以以3℃/min至9℃/min的速率進行冷卻。所述冷卻步驟可以以5℃/min至8℃/min的速率進行。
所述冷卻步驟S3可以與所述反應容器200的內部空間的壓力調節同時進行，或壓力調節可以與所述冷卻步驟分別進行。所述壓力調節可以以使所述內部空間中的壓力最大為800托的方式進行。
在所述冷卻步驟S3中，與所述生長步驟相同，可以將規定流量的惰性氣體添加到所述反應容器200的內部。所述惰性氣體可以是例如氬氣或氮氣。所述惰性氣體可以在所述反應容器的內部空間中流動，並且該流動可以從所述原料300到所述碳化矽籽晶方向進行。
所述冷卻步驟S3可以包括：第一冷卻步驟，加壓以使所述反應容器200的內部空間的壓力大於大氣壓，並且冷卻以使所述內部空間的溫度基於上部230為1500℃至1700℃；第二冷卻步驟，在所述第一步冷卻步驟之後，將所述內部空間的溫度冷卻到室溫。
所述冷卻步驟S3的回收可以通過切割與所述碳化矽籽晶110接觸的碳化矽晶錠的後表面進行。當將所述切割的碳化矽晶錠以5°C/min的速率從室溫升溫至900°C並在900°C下進行氧化熱處理10小時時，與碳化矽籽晶接觸的碳化矽晶錠的後表面的損失面積可以為後表面總面積的5％以下。所述熱處理可以在不施加諸如氧氣或氮氣的特定氣體的大氣氣氛中的加熱爐中進行。
即，通過上述製造方法製造的碳化矽晶錠可以使與籽晶接觸的後表面的損失最小化，並且可以具有改善的晶體品質。
用於製造碳化矽晶錠的系統
為了達到上述目的，根據本發明的用於製造碳化矽晶錠的系統包括：具有內部空間的反應容器200，圍繞所述反應容器的外表面的絕熱材料400，及用於調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元600；從而製造碳化矽晶錠，碳化矽籽晶110位於所述內部空間的上部230，原料300位於所述內部空間的下部240，所述加熱單元安裝成可在所述反應容器的垂直方向上移動，以調節內部空間的上部和內部空間的下部之間的溫度差，當將所述碳化矽晶錠以5°C/min的速率從室溫升溫至900°C並在900°C下進行氧化熱處理10小時時，與碳化矽籽晶接觸的碳化矽晶錠的後表面的損失面積可以為後表面總面積的5％以下。所述熱處理可以在不施加諸如氧氣或氮氣的特定氣體的大氣氣氛中的加熱爐中進行。
參考圖3和圖4，所述反應容器200可包括具有內部空間和開口的本體210以及對應於所述開口以形成內部空間的蓋220，其他事項與上述描述相同。
所述絕熱材料400的材料及物性等與上述描述相同。
所述碳化矽晶錠製造設備可以包括反應腔室500，其內部放置有被所述絕熱材料400包圍的反應容器200。在這種情況下，所述加熱單元600可以設置在所述反應腔室的外部以調節所述反應容器的內部空間的溫度。
所述反應腔室500可以包括：真空排氣裝置700，連接到反應腔室的內部，用於調節反應腔室內部的真空度；管道810，連接到反應腔室的內部，用於將氣體引入反應腔室內部；及品質流量控制器800，用於控制氣體。通過這些，可以在生長步驟和冷卻步驟中調節惰性氣體的流量。
在所述預先生長開始溫度中，所述加熱單元600可以誘導所述內部空間的上部和內部空間的下部之間的溫度差為40℃至60℃、或50℃至55℃。這時，所述預先生長開始溫度是在所述內部空間中注入有惰性氣體的狀態下減壓開始的溫度，並且所述進行溫度是在所述內部空間的減壓完成後，在所述減壓的壓力下誘導碳化矽晶錠生長的溫度。
所述加熱單元600可以加熱使得在所述進行溫度下所述溫度差為110至160℃、或135至150℃。
所述加熱單元600可以沿著所述反應容器200或圍繞反應容器的絕熱材料400的外周面形成為螺旋線圈。
在所述第一生長過程之前或之後，所述用於製造碳化矽晶錠的系統可以包括上述減壓步驟、升溫步驟、第二生長過程、及冷卻步驟等。所述冷卻步驟的回收可以通過切割與所述碳化矽籽晶110接觸的碳化矽晶錠的後表面進行。
當將所述切割的碳化矽晶錠以5°C/min的速率從室溫升溫至900°C並在900°C下進行氧化熱處理10小時時，與碳化矽籽晶接觸的碳化矽晶錠的後表面的損失面積可以為後表面總面積的5％以下。所述熱處理可以在不施加諸如氧氣或氮氣的特定氣體的大氣氣氛中的加熱爐中進行。
碳化矽晶錠
為了達到上述目的，一實施例的碳化矽晶錠，將溫度以5°C/min的速率從室溫升溫至900°C並在900°C下進行氧化熱處理10小時時，與碳化矽籽晶接觸的碳化矽晶錠的後表面的損失面積為後表面總面積的5％以下或3.2%以下。所述損失面積可以超過所述後表面總面積的0％，或可以為0.001％以上。所述熱處理可以在不施加諸如氧氣或氮氣的特定氣體的大氣氣氛中的加熱爐中進行。
所述碳化矽晶錠可以包括4H碳化矽結構。
所述碳化矽晶錠的直徑可以為4英寸以上、或12英以下。
由於在所述碳化矽晶錠的製造方法的生長步驟中施加的溫度差，所述碳化矽晶錠可具有改善的後表面品質和更小的缺陷密度。
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可以包括：切割步驟，切割通過所述碳化矽晶錠的製造方法製造的碳化矽晶錠以製備晶圓；以及加工步驟，變平所製備的晶圓的厚度並拋光表面。
在所述切割步驟中，可以切割使得與所述碳化矽晶錠的（0001）面或所開始生長的表面形成規定的偏角。所述切割步驟的偏角可以是0°至10°。
所述切割步驟中，可以切割使得晶圓的厚度為150μm至900μm、或200μm至600μm，但是不限於此。
所述加工步驟中，厚度平坦化過程可以通過依次對晶圓的兩測面進行砂輪磨削來完成，並且可以去除在所述切割步驟中造成的損壞。
所述加工步驟中，砂輪可以是表面上嵌入顆粒的形式，並且被嵌入所述砂輪的表面中的顆粒可以是金剛石。
所述加工步驟中，所述砂輪和晶圓可以沿彼此相反方向旋轉。
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，並且可以為250mm以下。
在所述加工步驟之後，可以還包括濕蝕刻所述晶圓的步驟。
所述加工步驟可以還包括化學機械拋光(chemical mechanical polishing)步驟。
所述化學機械拋光可以通過將磨料顆粒泥漿施加到旋轉的平板上並以規定壓力接觸固定在旋轉的拋光頭上的晶圓來進行。
在所述加工步驟之後，還可以執行使用常規RCA化學洗淨溶液的洗淨步驟。
通過所述製造方法製造的晶圓具有的優點在於缺陷密度低、雜質顆粒少並且表面特性良好，當將其應用於元件時，可以製造具有優異的電學或光學特性的元件。
以下，通過具體實施例進一步具體說明。以下實施例僅僅是有助於理解本發明的例示，本發明的範圍不限於此。
＜ 實施例 - 碳化矽晶錠的製造 ＞
如圖3所示，碳化矽晶錠製造設備的一例，將作為原料的碳化矽粉末裝入反應容器200內部空間的下部，並將碳化矽籽晶放置在其上部。此時，採用由直徑6英寸的4H碳化矽晶體組成的碳化矽籽晶，並且通過常規方式將C面（（000-1）面）固定成使其朝向內部空間下部的碳化矽原料。
組裝反應容器200，用絕熱材料400圍繞其外部之後，將反應容器佈置在外部具有作為加熱單元600的加熱線圈的石英管500內。
如圖1所示，將所述反應容器200的內部空間減壓以調節至真空氣氛，並注入氬氣以使所述內部空間達到760托，基於下部，將所述內部空間的溫度以7℃/min至10℃/min的速率升溫至表1中的實施例的預先生長開始溫度。在減壓至預先生長過程的同時，將溫度以3℃/min至5℃/min的速率升溫，並且將內部空間的上部和下部的溫度和壓力設定為表1中的實施例的條件。達到表1中的實施例的進行溫度、溫度差和壓力後，在保持相同條件的同時，使碳化矽晶錠生長80小時至140小時。
生長之後，將所述內部空間的溫度以5℃/min至8℃/min的速率冷卻至25℃，同時注入氬氣或氮氣以使內部空間的壓力變為760托。
＜ 比較例 - 碳化矽晶錠的製造 ＞
在上述實施例中，將第一生長過程的開始溫度、進行溫度和溫度差改變為表1中的比較例的條件而進行。
＜ 實驗例 - 碳化矽晶錠的後表面的評價 ＞
將製造的所述碳化矽晶錠從籽晶切割並與分離。為了評價後表面，即，與籽晶接觸的面的損失，將所製造的晶錠在大氣氣氛中的加熱爐中以5°C/min的速率從室溫升溫至900°C，並在下900°C進行氧化熱處理10小時，然後以肉眼掌握後表面的損失面積。當損失面積超過總面積的5％時，則判斷為後表面被損失。
[表1]
  第一生長過程開始溫度 第一生長過程進行溫度 溫度差差異 (變化量) 籽晶面損失 (面積%)
下部 溫度 上部 溫度 溫度差 下部 溫度 上部 溫度 溫度差
實施例1 1620 1565 55 2330 2180 150 95 2.7%
實施例2 1640 1587 53 2330 2178 152 99 3.1%
實施例3 1600 1550 50 2330 2195 135 85 4.9%
比較例1 1620 1590 30 2330 2230 100 70 有，10.4%
比較例2 1580 1480 100 2330 2145 185 85 有，13.2%
比較例3 1600 1520 70 2330 2162 168 98 有，7.9%
溫度單位：°C，壓力單位：托
參考表1，可以確認，開始溫度下的溫度差為40°C至60°C且在進行溫度下的溫度差為110°C至160°C的實施例的晶錠，相比於比較例，後表面的籽晶面的損失面積為總面積的5％以下。
另外，在圖2C中，可以確認到幾乎沒有作為實施例1的後表面的籽晶面的損失，並且在圖2A和圖2B中，可以確認在比較例2和3發生了籽晶面的顯著損失。
以上，對本發明的優選實施例進行了詳細說明，但本發明的保護範圍不限於此，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保護範圍之內。
100:碳化矽晶錠 110:碳化矽籽晶/籽晶 200:反應容器 210:本體 220:蓋 230:內部空間的上部/上部 240:內部空間的下部 300:原料 400:絕熱材料 500:反應腔室/石英管 600:加熱單元 700:真空排氣裝置 800:品質流量控制器 810:管道 S1:第一生長過程 S2:第二生長過程 S3:冷卻步驟 Sa:減壓步驟 Sb:升溫步驟
圖1是示出根據本發明的碳化矽晶錠的製造方法中溫度、壓力和氬氣壓力隨時間變化趨勢的圖表。 圖2A和圖2B是示出發生損失的碳化矽晶錠的後表面的照片，圖2C是示出幾乎沒有損失的碳化矽晶錠的後表面的照片。 圖3是示出根據本發明的碳化矽晶錠的製造設備的示例的概念圖。 圖4是示出根據本發明的碳化矽晶錠的製造設備的一部分的概念圖。

Claims (15)

  1. 一種碳化矽晶錠的製造方法，包括：準備步驟，將原料和碳化矽籽晶彼此面對放置在具有內部空間的反應容器中；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，並製備從所述碳化矽籽晶生長的碳化矽晶錠；及冷卻步驟，冷卻所述反應容器並回收所述碳化矽晶錠，所述反應容器包括圍繞外表面的絕熱材料和用於調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元，所述生長步驟包括：第一生長過程，將所述內部空間的溫度從預先生長開始溫度提高到進行溫度；及第二生長過程，保持所述進行溫度，從而製備所述碳化矽晶錠，所述預先生長開始溫度是所述內部空間減壓開始的溫度，所述進行溫度是在所述內部空間的減壓完成後，在所述減壓的壓力下誘導所述碳化矽晶錠生長的溫度，溫度差是所述內部空間的上部的溫度和所述內部空間的下部的溫度之間的差，在所述預先生長開始溫度中溫度差為40℃至60℃，所述內部空間的所述上部是所述碳化矽籽晶所在的區域，所述內部空間的所述下部是所述原料所在的區域。
  2. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中在所述生長步驟之前，包括：減壓步驟，將大氣狀態的所述內部空間減壓；及升溫步驟，將惰性氣體注入減壓的所述內部空間並將溫度升溫至所述預先生長開始溫度。
  3. 如請求項2所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中所述第一生長過程的升溫速率低於所述升溫步驟和整個所述第一生長過程的平均升溫速率。
  4. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中所述加熱單元安裝成能夠在所述反應容器的垂直方向上移動，在所述生長步驟中，所述加熱單元誘導所述內部空間的所述上部和所述內部空間的所述下部之間的溫度差。
  5. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中基於所述內部空間的所述下部，所述預先生長開始溫度為1500℃至1700℃。
  6. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中基於所述內部空間的所述下部，所述生長步驟的所述進行溫度為2100℃至2500℃。
  7. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中在所述進行溫度下的溫度差比所述預先生長開始溫度下的溫度差高70℃至120℃。
  8. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中在所述第一生長過程的所述進行溫度下的溫度差為110℃至160℃。
  9. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中在所述第一生長過程中的所述減壓達1托至50托。
  10. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中所述碳化矽籽晶包含具有4英寸以上的4H碳化矽。
  11. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中所述第一生長過程的升溫速率為1℃/min至5℃/min。
  12. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中所述冷卻步驟的回收通過切割與所述碳化矽籽晶接觸的所述碳化矽晶錠的後表面進行，當將回收的所述碳化矽晶錠以5℃/min的速率從室溫升溫至900℃並在900℃下進行氧化熱處理10小時時，所述後表面的損失面積為所述後表面總面積的5%以下。
  13. 一種用於製造碳化矽晶錠的系統，包括：具有內部空間的反應容器；圍繞所述反應容器的外表面的絕熱材料；及用於調節所述反應容器或所述內部空間的溫度的加熱單元，從而製造碳化矽晶錠，碳化矽籽晶位於所述內部空間的上部，原料位於所述內部空間的下部， 所述加熱單元安裝成能夠在所述反應容器的垂直方向上移動，以調節所述內部空間的所述上部和所述內部空間的所述下部之間的溫度差，當將所述碳化矽晶錠以5℃/min的速率從室溫升溫至900℃並在900℃下進行氧化熱處理10小時時，與所述碳化矽籽晶接觸的所述碳化矽晶錠的後表面的損失面積為所述後表面總面積的5%以下。
  14. 如請求項13所述的用於製造碳化矽晶錠的系統，其中預先生長開始溫度是所述內部空間減壓開始的溫度，進行溫度是在所述內部空間的減壓完成後，在所述減壓的壓力下誘導所述碳化矽晶錠生長的溫度，在所述預先生長開始溫度中，所述加熱單元誘導使所述內部空間的所述上部和所述內部空間的所述下部之間的溫度差為40℃至60℃。
  15. 一種碳化矽晶錠，當將溫度以5℃/min的速率從室溫升溫至900℃並在900℃下進行氧化熱處理10小時時，與碳化矽籽晶接觸的碳化矽晶錠的後表面的損失面積為所述後表面總面積的5%以下。
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