TWI750630B - 碳化矽錠之製備方法、碳化矽晶圓之製備方法以及其系統 - Google Patents

碳化矽錠之製備方法、碳化矽晶圓之製備方法以及其系統 Download PDF

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Abstract

本發明是有關於碳化矽晶錠的製造方法、碳化矽晶圓的製造方法以及其生長系統。碳化矽晶錠的製造方法，其包括：準備步驟，準備包括具有內部空間的坩堝本體的坩堝組件，原料裝入步驟，將原料裝入所述坩堝組件中，而將碳化矽晶種放置在距所述原料間隔規定距離的位置，及生長步驟，通過將所述坩堝組件的內部空間調整為晶體生長環境，以蒸氣的方式傳輸所述原料，使其沉積在所述碳化矽晶種，從而製備從所述碳化矽晶種生長的碳化矽晶錠，所述坩堝本體的密度的範圍為1.70 g/cm3 至1.92 g/cm3 。可以通過控制坩堝的特性來控制在晶錠生長過程中由蒸氣傳輸的氣體的過飽和度。本發明提供了能夠製造具有更好特性的碳化矽晶錠的生長系統、碳化矽晶錠、由其製造的晶圓等。

Description

碳化矽錠之製備方法、碳化矽晶圓之製備方法以及其系統
本發明是有關於一種碳化矽晶錠的製造方法、一種碳化矽晶圓的製造方法以及其生長系統等。
碳化矽（SiC）、矽（Si）、氮化鎵（GaN）、藍寶石（Al2 O3 ）、砷化鎵（GaAs）和氮化鋁（AlN）等單晶（single crystal）具有其多晶（polycrystal）不能期待的特性，因而在工業領域的需求不斷增加。
單晶碳化矽（single crystal SiC）具有大的能帶隙（energy band gap），且其最大擊穿電壓（break field voltage）和導熱率（thermal conductivity）優於矽（Si）。由於這些特性，期待單晶碳化矽用於需要高效率化、高耐壓化和大容量化的半導體器件。
通過液相外延（Liquid Phase Epitaxy；LPE）、化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition；CVD）、物理氣相傳輸（Physical Vapor Transport；PVT）等生長碳化矽。其中，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，物理氣相傳輸也稱為晶種昇華。
作為單晶的製備方法，例如，日本公開專利公報第2001-114599號公開了在能夠引入氬氣的真空容器（加熱爐）中，通過加熱器加熱並保持晶種的溫度比原料粉末的溫度低10℃至100℃，從而在晶種上生長單晶錠。另外，有製造基本上沒有缺陷的大直徑單晶錠的嘗試。 韓國公開專利公報第10-2007-0054719號 韓國授權專利公報第10-1003075號
本發明的目的在於，提供一種優質的碳化矽晶錠、其製造方法、碳化矽晶圓的製造方法、碳化矽晶錠的製造系統等。
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，準備包括具有內部空間的坩堝本體的坩堝組件； 原料裝入步驟，將原料裝入所述坩堝組件中，而將碳化矽晶種放置在距所述原料間隔規定距離的位置；以及 生長步驟，通過將所述坩堝組件的內部空間調整為晶體生長環境，以蒸氣的方式傳輸所述原料，使其沉積在所述碳化矽晶種，從而製備從所述碳化矽晶種生長的碳化矽晶錠，並且所述坩堝本體的密度的範圍為1.70 g/cm3 至1.92 g/cm3 。
所述碳化矽晶錠的中心和邊緣之間的高度之差可以為0到10 mm。
所述坩堝本體可具有2.9 Ω以上的電阻。
根據本發明的碳化矽晶圓的製造方法包括： 準備步驟，準備包括具有內部空間的坩堝本體的坩堝組件； 原料裝入步驟，將原料裝入所述坩堝組件中，而將碳化矽晶種放置在距所述原料間隔規定距離的位置； 生長步驟，通過將所述坩堝組件的內部空間調整為晶體生長環境，以蒸氣的方式傳輸所述原料，使其沉積在所述碳化矽晶種，從而製備從所述碳化矽晶種生長的碳化矽晶錠；以及 晶圓形成步驟，由所述碳化矽晶錠形成碳化矽晶圓，並且所述坩堝本體的密度的範圍為1.70 g/cm3 至1.92 g/cm3 。
所述晶圓形成步驟可以包括： 切片步驟，通過切片所述碳化矽晶錠，製備切片的晶體，使得偏角為從0到15度中選擇的任意角度；以及 拋光步驟，通過將所述切片的晶體拋光以形成碳化矽晶圓。
所述碳化矽晶圓可以為4英寸以上。
所述碳化矽晶圓可以相對於基準角具有-1.0到+1.0度的搖擺角。
根據本發明的碳化矽晶錠的生長系統是用於生長碳化矽晶錠的系統，其包括反應容器和加熱單元， 在所述反應容器中，放置包括具有內部空間的坩堝本體的坩堝組件，將原料裝入所述坩堝組件中，而將碳化矽晶種放置在距所述原料間隔規定距離的位置。
所述加熱單元使所述內部空間成為晶體生長環境，以蒸氣的方式傳輸所述原料，使其沉積在所述碳化矽晶種，並且形成晶體生長環境以製備從所述碳化矽晶種生長的碳化矽晶錠，並且所述坩堝本體的密度的範圍為1.70 g/cm3 至1.92 g/cm3 。
所述坩堝本體可以是具有110 mm以上的直徑的石墨坩堝體。
所述坩堝本體可以具有2.9 Ω以上的電阻。
本發明的碳化矽晶錠的製造方法、碳化矽晶圓的製造方法、以及其生長系統等可以通過控制坩堝的特性，來控制在晶錠生長過程中由蒸氣傳輸的氣體的過飽和度。本發明提供了能夠製造具有更好特性的碳化矽晶錠的生長系統、碳化矽晶錠、由其製造的晶圓等。
以下，參照附圖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附圖標記。
在本說明書中，除非另有說明，否則某一構成「包括」另一構成時，這意味著還可以包括其他構成而不排除其他構成。
在本說明書中，當某一構成「連接」到另一構成時，這不僅包括「直接連接」的情形，還包括「通過在其間連接其他構成而連接」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。
在本說明書中，在除小面之外的晶錠表面的中心中一個點和位於距離碳化矽晶錠的邊緣向內約10毫米處3點、6點、9點及12點的四個點，共計五個位置測量所述碳化矽晶錠表面的凹坑，用光學顯微鏡觀察共計五個位置，以測量每個位置的每單位面積（1 cm2 ）的凹坑（pit），然後取平均值來評價。
在本說明書中，偏角為X度意味著在正常允許的誤差範圍內具有與基準面成評估為X度的偏角。例如，它包括（X-0.05度）到（X+0.05度）範圍內的偏角。在4H-SiC的情況下，可將（0001）面用作基準面。
在本說明書中，除非另外說明，否則搖擺角為「1至+1度」是指與基準角相比為-1至+1度。
在本說明書中，搖擺角為「相對於基準角-1至+1度」是指FWHM值在基準角（峰角度-1度）至（峰角度+1度）的範圍內。
以下，更加詳細地說明本發明。
當研究具有大面積和少缺陷的碳化矽晶錠的有效地製造方法中，本發明的發明人確認到，當通過採用物理氣相傳輸法（PVT）來生長碳化矽時，溫度的控制和坩堝本身的特性對所生長的晶錠的品質和生長速率具有很大的影響，而且他們確認到，可以通過調節坩堝本身的特性來製造具有大面積和少缺陷的晶錠，從而完成了實施例。特別地，發明人將坩堝的密度、電阻等判斷為影響晶錠生長環境的因素之一，也確認到根據控制這些的晶錠的物性變化。特別地，在電阻的情況下，即使使用相同類型的坩堝，每個個體的測量值也不同，這對製造的碳化矽晶錠和晶圓的物性和收率具有影響。因此，下面的實施例提出了一種通過更精確地控制坩堝的密度、電阻等來更有效地製造具有優良物性的晶錠的方法。
根據一實施例的碳化矽晶錠的製造方法包括準備步驟、原料裝入步驟和生長步驟。
所述準備步驟是準備包括具有內部空間的坩堝本體210的坩堝組件200的步驟。所述坩堝組件200可包括坩堝本體210和覆蓋所述坩堝本體的坩堝蓋220。
所述原料裝入步驟是將原料300裝入到所述坩堝組件200中，並在所述原料上將碳化矽晶種110放置在距所述原料隔開規定間隔的位置的步驟。
所述坩堝本體210例如可以使用呈具有頂表面開放的開口的圓柱形，並且能夠在其內部裝入碳化矽原料的結構。
所述坩堝本體210可以具有1.70 g/cm3 至1.92 g/cm3 的密度。所述坩堝本體210的材料可以包括石墨，也可以由石墨製成。
所述坩堝本體210可以具有2.9 Ω的電阻。如果坩堝本體具有這種電阻，則可以進行更有效的晶錠生長工藝。
所述坩堝本體210可以具有2.9 Ω至7.0 Ω的電阻，並且可以具有2.9 Ω至4.1 Ω的電阻。所述坩堝本體210可以具有3.0 Ω至3.9 Ω的電阻。當使用電阻值在上述範圍內的坩堝本體時，可以製造品質更加優異的晶錠。
所述電阻特性是通過單獨測量各個坩堝本體的電阻特性而獲得的值。可以通過感應電流對坩堝本體進行直接加熱測試來確認測量值，可以是根據通過下面描述的單獨提供的測量裝置間接測量的值預測的電阻值（具有決定係數為0.99以上的相關性）。
所述坩堝本體的電阻是影響在感應加熱等加熱方式中升溫程度和在反應時在反應容器內溫度分佈等的重要因素之一。發明人認識到，每個坩堝本體的電阻值都有差異，即使坩堝的類型和重量相同，差異也很大，這種差異會影響所製造晶錠的品質或生長速度。
因此，上述坩堝本體的電阻是指各個坩堝本體的電阻。
所述坩堝本體210在內部具有容納空間，並且所述容納空間的直徑可以是110 mm以上，或 150mm以上。具有這樣的容納空間的坩堝本體對於製造大面積的晶錠更有利，並且通過同時具有上述密度和電阻等特性，可以以優異的收率製造品質更優異的晶錠。
所述坩堝蓋220可具有1.72 g/cm3 至1.92 g/cm3 的密度。所述坩堝蓋220的材料可以包括石墨，還可以由石墨製成。
所述坩堝蓋220可以具有1.5 Ω至5 Ω的電阻。當使用電阻值在上述範圍內的坩堝蓋時，可以製造品質更加優異的晶錠。上述坩堝蓋的電阻是通過單獨測量各個坩堝蓋的電阻而獲得的值。可以通過感應電流對坩堝本體進行直接加熱測試來確認測量值，可以是根據通過下面描述的單獨提供的測量裝置間接測量的值預測的電阻值（具有決定係數為0.99以上的相關性）。
所述坩堝蓋220可以具有覆蓋所述坩堝本體210的開口的全部的形狀。所述坩堝蓋220可以是覆蓋所述坩堝本體210開口的一部分或者包括通孔（未示出）的所述坩堝蓋220。在這種情況下，可以調節稍後描述的晶體生長環境中的蒸氣傳輸速率。
所述碳化矽晶種可以通過直接結合到所述坩堝蓋等方法佈置在所述原料上。在這種情況下，不採用單獨的晶種支架230，而是坩堝蓋220可以與晶種支架形成為一體。
所述晶種支架230可以獨立於所述坩堝蓋。具體地，所述晶種支架230可以佈置在所述坩堝本體和所述坩堝蓋之間，或在坩堝本體的開口附近，以卡止槽的結構佈置在預定位置處，以支撐碳化矽晶種110。
所述坩堝組件200通過結合所述坩堝本體210和所述坩堝蓋220的方式組裝，並且如果需要，可以將晶種支架230放置在坩堝本體、坩堝蓋或它們之間之後進行組裝。
所述原料300包括碳源和矽源。具體地，所述原料300可以包括碳-矽源，還可以包括碳源和/或矽源。作為所述碳源，可以使用高碳樹脂（例如，苯酚樹脂）等，可以使用矽顆粒作為所述矽源，但並不限於此，更具體地，可以使用碳化矽顆粒作為所述原料。
基於總原料，粒徑為75 μm以下的所述原料300可以包括15重量％以下、10重量％以下、5重量％以下。當使用相對較少量的小粒徑的原料時，可以製造如下所述的碳化矽晶錠：能夠減少晶錠缺陷的產生、更有利於控制過飽度、能夠提供晶體特性改善的晶圓。
所述原料300可以是粒徑（D50）為130 μm至400 μm的顆粒形式的原料，並且所述顆粒形式的原料可以彼此頸縮或不頸縮。當採用具有這種粒徑的原料時，可以製造提供晶體特性更加優異的晶圓的碳化矽晶錠。
所述生長步驟是通過將所述坩堝本體210的內部空間調整為晶體生長環境，以蒸氣的方式傳輸所述原料，使其沉積在所述碳化矽晶種，從而準備從所述碳化矽晶種生長的碳化矽晶錠的步驟。
所述生長步驟包括將所述坩堝組件的內部空間調整為晶體生長環境的過程，具體地，可以通過下述的方法來進行：通過用絕熱材料400圍繞坩堝組件200，準備包括所述坩堝組件和圍繞坩堝組件的所述絕熱材料的反應容器（未示出），並且將其放置在石英管等的反應腔室中之後，通過加熱單元來加熱所述坩堝等。
所述反應容器位於所述反應腔室420中，以通過加熱單元500將所述坩堝本體210的內部空間誘導成適於晶體生長環境的溫度。溫度是所述晶體生長環境中的重要因素之一，並且通過調節壓力和氣體移動等條件，形成了更適宜的晶體生長環境。
絕熱材料400位於所述反應腔室420和所述反應容器之間，因此可以更加容易地說明晶體生長環境的形成和控制。
所述絕熱材料400可影響在生長環境中所述坩堝本體內部或所述反應容器內部的溫度梯度。具體地，所述絕熱材料可以包括石墨絕熱材料，更具體地，所述絕熱材料可以包括人造絲基石墨氈或瀝青基石墨氈。
所述絕熱材料400可以具有0.14 g/cc至0.28 g/cc的密度。所述絕熱材料400可以具有72％至90％的氣孔率。當採用這樣的絕熱材料時，可以抑制晶錠的形狀變得凹形或過度凸出，並且可以減少多晶型品質降低或在晶錠中產生裂紋的現象。
所述晶體生長環境可以通過所述反應腔室420外部的加熱單元500的加熱來進行，可以在所述加熱的同時或單獨減壓以除去空氣，在減壓環境和/或惰性環境（例如，Ar環境，N2 環境或其混合環境）下進行。
所述晶體生長環境允許原料以蒸氣的方式傳輸到碳化矽晶種的表面，從而誘導碳化矽晶體的生長以生長晶錠100。
所述晶體生長環境可以在2000℃至2500℃的生長溫度和1至200托的生長壓力條件下進行，當採用這樣的溫度和壓力時，可以更有效地製造碳化矽晶錠。
具體地，所述晶體生長環境可以在坩堝上下表面溫度為2100℃至2500℃的生長溫度和1托至50托的生長壓力條件下進行，更具體地，可以在坩堝上下表面溫度為2150℃至2450℃的生長溫度和1托至40托的生長壓力條件下進行。
更具體地，可以在坩堝上下表面溫度為2150℃至2350℃的生長溫度和1至30托的生長壓力條件下進行。
當採用上述晶體生長環境時，在本發明的製造方法等中更有利於製造高品質的碳化矽晶錠。
根據要生長的晶錠的特性，可以使用不同的所述碳化矽晶種110，例如，可以使用4H-SiC晶圓、6H-SiC晶圓、3C-SiC晶圓、15R-SiC晶圓等，但不限於此。
根據要生長的晶錠的大小，可以使用不同的所述碳化矽晶種110，所述晶錠的直徑可以為4英寸以上，具體地，所述晶錠的直徑可以為4英寸以上、5英寸以上、或6英寸以上。更具體地，所述晶錠的直徑可以為4至12英寸，4至10英寸或4至8英寸。
就所述碳化矽晶種110而言，優選可以使用能夠生長4H-SiC單晶的晶種。例如，可以使用生長碳化矽晶錠的前表面為C表面（0001）的4H-SiC晶種。
所述原料300在晶體生長環境中以蒸氣的方式傳輸並朝著碳化矽晶種的方向移動，並且使碳化矽晶錠生長在所述碳化矽晶種的表面上。
所述碳化矽晶錠100含有4H-SiC，並且可以具有凸面或平坦的表面。
當所述碳化矽晶錠100的表面形成為凹形時，這可能是由於除所期待的4H-SiC晶體以外的6H-SiC等其他多晶型混入，並且這會導致碳化矽晶錠的品質降低。另外，當所述碳化矽晶錠的表面形成為過度凸形時，在晶錠本身中可能發生裂紋，或者當加工成晶圓時晶體可能會破裂。
此時，基於翹曲程度來確定所述碳化矽晶錠100是否是過凸形狀的晶錠，根據本說明書的碳化矽晶錠具有10 mm以下的翹曲。
所述翹曲評估如下。將生長完成的碳化矽晶錠樣品放置在平板上，用高度儀（Height Gauge）測量基於晶錠背面的晶錠的中心和邊緣的高度，並用中心高度減去邊緣高度來評估翹曲。翹曲的數值為正值時表示凸面，0值表示平面，而負值表示凹面。
具體地，所述碳化矽晶錠100可具有凸形或平坦形的表面，並且翹曲可在0 mm至10 mm範圍內。具有上述翹曲度的碳化矽晶錠更容易加工晶圓並且可以減少裂紋的發生。而且，由於可以基本上控制多晶型混入，因此製造基本上單晶的碳化矽晶錠更為有利。
所述碳化矽晶錠100可以是缺陷及多晶型混入最少的基本上單晶的4H-SiC晶錠。
所述碳化矽晶錠100基本上由4H-SiC製成，並且可以具有凸面或平坦的表面。
所述碳化矽晶錠100可以減少可能在碳化矽晶錠中發生的缺陷，從而可以提供更高品質的碳化矽晶圓。
根據本說明書的方法製造的所述碳化矽晶錠減少了表面的凹坑（pit），具體地，直徑為4英寸以上的晶錠的表面中包含的凹坑（pit）為10k/cm2 以下。
在本說明書中，在除小面之外的碳化矽晶錠的中心中一個點和位於距離碳化矽晶錠的邊緣向內約10毫米處的3點、6點、9點及12點的四個點，共計五個位置測量所述碳化矽晶錠表面的凹坑，用光學顯微鏡觀察共計五個位置，測量每個位置的每單位面積（1cm2 ）的凹坑，然後取平均值來評價。
所述碳化矽晶錠可以用通常的方式加工成碳化矽晶圓。
例如，將外徑研磨設備應用於所述碳化矽晶錠，以修整晶錠的外邊緣（外部研磨），以一定的厚度切割（Slicing）後，可以進行諸如邊緣磨削、表面研磨和拋光的加工。
具體地，對於所述碳化矽晶錠的0001面的偏角是0度的晶圓可具有基於基準角的-1.0度至+1.0度、-0.5度至+0.5度、-0.1度至+0.1度、-0.05度至+0.05度的搖擺角。具有這些特性的晶錠具有優異的晶質特性。
所述搖擺角應用於高解析度x射線衍射系統HR-XRD，以將晶圓[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度至36度）之後，搖擺曲線測量通過根據晶圓的偏角調整ω（或θ、光學X射線探測器）角度，通過將峰角度，即基準角，和兩個半峰全寬FWHM（full width at half maximum）值之間的差值設置為搖擺角來評估結晶度（以下在搖擺角相同）。
在本說明書中，X度的偏角是指其具有在通常允許的誤差範圍內評估為X度的偏角，例如，包括在X-0.05度至X+0.05度範圍的偏角。
在本說明書中，基於基準角的搖擺角為-1至+1度是指基於峰角度，即基準角，半峰全寬值在峰頂角1度至峰頂角+1度的範圍內。
而且，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，作為上述搖擺角。
具體地，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、及偏角為0度至8度的晶圓的ω角在9.8111度至17.8111度的範圍內。
具體地，就所述碳化矽晶錠而言，從所述晶錠獲得的偏角是4度的晶圓可具有基於基準角的-1.5度至+1.5度、-1.0度至+1.0度、-0.5度至+0.5度、-0.1度至+0.1度的搖擺角、-0.05度至+0.05度的搖擺角。具有這些特性的晶錠具有優異的晶質特性。
具體地，就所述碳化矽晶錠而言，從所述晶錠獲得的偏角是8度的晶圓可具有基於基準角的-1.0度至+1.0度、-0.5度至+0.5度、-0.1度至+0.1度、-0.05度至+005度的搖擺角。具有這些特性的晶錠具有優異的晶質特性。
所述碳化矽晶錠可以為4英寸以上。具體地，所述晶錠可以具有4英寸以上、5英寸以上、或6英寸以上的直徑。更具體地，所述晶錠可以具有4英寸至12英寸、4英寸至10英寸、4英寸至8英寸的直徑。根據本說明書所公開的實施例，可以製造如上所述具有較大直徑、高結晶品質和低缺陷的碳化矽晶錠。
在根據另一實施例的碳化矽晶圓製備方法中，將包括準備步驟、原料裝入步驟、和生長步驟來製備的碳化矽晶錠通過切片步驟、拋光步驟來製造為碳化矽晶圓。所述每種結構和每個步驟的詳細描述，例如準備步驟、原料裝入步驟、生長步驟、原料、坩堝本體、坩堝蓋、坩堝組件和碳化矽晶種，與上述描述相同，因此省略詳細描述。
所述切片步驟是通過將碳化矽晶錠切片以具有一定的偏角來製備切片晶體的步驟。所述偏角基於4H-SiC中的（0001）平面。所述偏角可以是從0到15度中選擇的角度、從0到12度中選擇的角度、或從0到8度中選擇的角度。
所述切片可以通過通常應用於製造晶圓的切片方法來進行。例如，可以使用金剛石絲或採用金剛石漿的絲進行切割，也可以使用部分採用金剛石的刀片或輪進行切割，但不限於此。
所述切片的晶體的厚度可以根據要製造的晶圓的厚度進行調整，並且可以根據在後述的拋光步驟中拋光後的厚度來切片到適當的厚度。
所述拋光步驟是拋光切片的晶體以使其厚度為300 μm至800 μm以形成碳化矽晶圓的步驟。
在所述拋光步驟中，可以使用通常使用於晶圓製造的拋光方法，例如，在諸如搭接（Lapping）和/或研磨（Grinding）等過程之後，可以進行拋光（polishing）等。
如上所述製造的碳化矽晶圓具有4英寸以上的大直徑，包含4H-SiC，並且可以基於4H-SiC的（0001）平面具有0度的偏角，並且其搖擺角相對於基準角可以是-1.0到+1.0度。所述碳化矽晶圓是大直徑，並且具有基本的單晶特性、較少的缺陷和優異的晶體特性的優點。
根據另一實施例的碳化矽晶錠具有4英寸以上的大直徑，包含4H-SiC，並且具有10k/cm2 以上的表面凹坑（pit）。
所述具有0度的碳化矽晶錠的偏角的晶圓可以包括相對於基準角-1.0到+1.0度的搖擺角。所述偏角基於4H-SiC的（0001）平面。具有上述特點的碳化矽晶錠的面積大，結晶品質好。
根據另一實施例的碳化矽晶錠的製造系統是用於生長包括反應容器和反應腔室420的碳化矽晶錠的系統。
在所述反應容器中，放置包括具有內部空間的坩堝本體210的坩堝組件200，將原料裝入所述坩堝組件中，而將碳化矽晶種放置在距所述原料間隔規定距離的位置。
所述坩堝組件200可包括坩堝本體210和覆蓋坩堝本體的坩堝蓋220。
如上所述，可以通過用絕熱材料包裹所述坩堝組件並將坩堝組件放置在反應器中。
所述反應容器位於所述反應腔室420內部，通過加熱單元將所述坩堝本體或其內部空間誘導到適合於晶體生長環境的溫度。通過調節溫度來調整諸如所述內部空間中的壓力、氣體的移動等的條件，以形成更適宜的晶體生長環境。
在所述坩堝本體210的內部空間中，以蒸氣的方式傳輸所述原料300，使其沉積，並且形成晶體生長環境，以在所述碳化矽晶種110的生長面生長碳化矽晶體。
在所述系統中，所述坩堝本體、所述坩堝蓋等的描述與上述描述相同，因此省略其描述。
在所述系統中，所述碳化矽晶錠、所述碳化矽晶圓等的描述與上述描述相同，因此省略其描述。
以下，通過具體實施例進一步具體說明本發明。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下面的實施例。碳化矽晶錠的生長
使用具有圖2所示的結構的坩堝組件以製備碳化矽晶錠。具體地，將作為原料的碳化矽顆粒裝入反應容器的內部空間，碳化矽晶種放置在其上部。此時，通過常規方式固定以碳化矽晶種（4H-SiC單晶體，6英寸）的C面（000-1）朝向坩堝底部。以下實施例和比較例也相同。
所採用坩堝的密度和電阻如下表1所示。在使用每個坩堝的晶錠生長之前，測量並給出密度和電阻，並使用LCR測量儀和線圈測量電阻。
在坩堝本體中，通過將直徑為0.1mm的Litz線圈（其上佈置有750股導線）在坩堝本體的側面上纏繞27次（turn）來製造圓柱形導線部。把它連接到LCR表上。導線部的外徑為224mm，內徑為211mm，高度為185mm。通過在LCR表上施加交流電來測量電磁特性，測得Ls為131uH，Rs為1.03Ω。將在每個坩堝本體上測得的電磁特性值轉換為直流電阻，並在下表1中顯示。
作為原料，採用碳化矽顆粒（整個碳化矽顆粒為100%）。
所述坩堝組件裝有相同的絕熱材料，並放置在裝有作為加熱單元的加熱線圈的反應腔室中。
將所坩堝組件的內部空間減壓以調節至真空環境，並注入氬氣以使坩堝組件的內部空間達到大氣壓，然後坩堝組件的內部空間再減壓。同時，坩堝組件的內部空間的溫度升至2300℃。並且在2300℃的溫度和20托的壓力下，使碳化矽晶錠生長100小時。
與所生長的每個晶錠的特性一起，通過在所述晶錠通常的方式製造晶圓，並且通過測量搖擺角等來評估物性，具體的評估方法將在後面描述。碳化矽晶錠的物性評價 （ 1 ）晶錠的中心 - 邊緣之差（翹曲）評估：
所述翹曲評估如下。將生長完成的碳化矽晶錠樣品放置在平板上，用高度儀（Height Gauge）測量基於晶錠背面的晶錠的中心和邊緣的高度，並用中心高度減去邊緣高度來評估翹曲。翹曲的數值為正值時表示凸面，0值表示平面，而負值表示凹面。（ 2 ）搖擺角評價：
採用高解析度x射線衍射系統HR-XRD（HR-XRD system，Rigaku公司 SmartLab High Resolution X-ray Diffraction System），根據晶錠的0001面，準備應用偏角為0度的晶圓，以將晶圓[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度至36度）之後，測量通過根據晶圓的偏角調整ω（或θ，光學X射線探測器）角度。具體地，基於0度的偏角，ω角為17.8111度，基於4度的偏角，ω角為13.811度，基於8度的偏角，ω角為9.8111度。X射線功率為9kW，X射線靶為Cu，測角儀解析度為0.0001度。基於最大強度下的角度測量FWHM並分別評價為搖擺角，其結果示於表1。
將表面分為3部分，除了距晶圓中心和邊緣5mm以內的部分，通過進行平均每個部分至少三個測量值來得到以下結果。 [表1]
坩堝密度[g/cm3 ] 本體電阻[Ω] 晶錠T[mm]中心-邊緣 之差 搖擺角： 0度 搖擺角： 4度 搖擺角： 8度
實施例1 1.7 3.45 2.9 17.811° ±0.05° - -
實施例2 1.72 3.37 4.3 - 13.811° ±0.12° -
實施例3 1.84 3.2 3.4 17.811° ±0.08° - -
實施例4 1.85 3.08 3.9 - 13.811° ±0.09° -
實施例5 1.86 3.09 5.3 - - 9.811° ±0.15°
比較例1 1.9 4.21 -1.1 17.811° ±2.5° - -
比較例2 1.70 2.89 10.5 17.811° ±2.1° - -
參考表1，可以確認與使用密度為1.72 g/cm3 至1.93 g/cm3 的石墨坩堝的例相比，使用密度為1.72 g/cm3 至1.92 g/cm3 的石墨坩堝的實施例在中心邊緣之差和搖擺角方面表現出更好的物性。
特別地，密度為1.70 g/cm3 的比較例2的中心邊緣之差為10.5 mm，密度為1.9 g/cm3 的比較例1的中心邊緣之差為-1.1 mm。因此，研究表明，可能發生晶型混合，或由於應力的作用在晶圓加工過程中可能發生裂紋。
坩堝本體的電阻是影響加熱過程中熱量產生程度的一個因素。與比較例2相比，具有2.9 Ω以上的本體總電阻值的實施例1至5顯示出優異的物性。然而，在使用具有4.21 Ω的較高電阻的坩堝體的比較例1，顯示出所製造的晶錠和晶圓的稍差物性，如凹形的晶錠。但是，結果表明，坩堝的密度與坩堝本體的電阻並不成正比。
在實施例1至4的晶錠的翹曲（中心邊緣之差）也很好，由其製造的晶圓的搖擺角特性也好。因此，確認了可以控制坩堝的特性以改善晶錠和由其製造的晶圓的物性。
以上，對本發明的優選實施例進行了詳細說明，但本發明的權利範圍不限於此，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權利範圍之內。
100:碳化矽晶錠 110:碳化矽晶種、晶種 200:坩堝組件 210:坩堝本體 220:坩堝蓋 230:晶種支架 300:原料、原料物質 400:絕熱材料 420:反應腔室、石英管 500:加熱單元
圖1是說明根據一實施例的反應腔室等的狀態的截面的概念圖。 圖2和圖3分別是說明根據一實施例的坩堝組件的狀態的截面的概念圖。
100:碳化矽晶錠
110:碳化矽晶種、晶種
200:坩堝組件
300:原料、原料物質
400:絕熱材料
420:反應腔室、石英管
500:加熱單元

Claims (7)

  1. 一種碳化矽晶錠的製造方法，包括：準備步驟，準備包括具有內部空間的坩堝本體的坩堝組件；原料裝入步驟，將原料裝入所述坩堝組件中，而將碳化矽晶種放置在距所述原料間隔規定距離的位置；以及生長步驟，通過將所述坩堝組件的內部空間調整為晶體生長環境，以蒸氣的方式傳輸所述原料，使其沉積在所述碳化矽晶種，從而製備從所述碳化矽晶種生長的碳化矽晶錠，所述坩堝本體的密度的範圍為1.70g/cm3至1.92g/cm3，其中所述坩堝本體具有2.9Ω至4.1Ω的電阻。
  2. 如請求項1所述的碳化矽晶錠的製造方法，其中所述碳化矽晶錠的中心和邊緣之間的高度之差為0mm到10mm。
  3. 一種碳化矽晶圓的製造方法，包括：準備步驟，準備包括具有內部空間的坩堝本體的坩堝組件；原料裝入步驟，將原料裝入所述坩堝組件中，且將碳化矽晶種放置在距所述原料間隔規定距離的位置；生長步驟，通過將所述坩堝組件的內部空間調整為晶體生長環境，以蒸氣的方式傳輸所述原料，使其沉積在所述碳化矽晶種，從而製備從所述碳化矽晶種生長的碳化矽晶錠；以及晶圓形成步驟，由所述碳化矽晶錠形成碳化矽晶圓，所述坩堝本體的密度的範圍為1.70g/cm3至1.92g/cm3，其中所述坩堝本體具有2.9Ω至4.1Ω的電阻。
  4. 如請求項3所述的碳化矽晶圓的製造方法，其中所述晶圓形成步驟包括：切片步驟，通過切片所述碳化矽晶錠製備切片的晶體，使得偏角為從0到15度中選擇的任意角度；以及拋光步驟，通過將所述切片的晶體拋光以形成所述碳化矽晶圓，所述碳化矽晶圓為4英寸以上。
  5. 如請求項3所述的碳化矽晶圓的製造方法，其中所述碳化矽晶圓相對於基準角具有-1.0到+1.0度的搖擺角。
  6. 一種碳化矽晶錠的生長系統，是用於生長碳化矽晶錠的系統，其包括反應容器和加熱單元，在所述反應容器中，放置包括具有內部空間的坩堝本體的坩堝組件，將原料裝入所述坩堝組件中，而將碳化矽晶種放置在距所述原料間隔規定距離的位置，所述加熱單元使所述內部空間成為晶體生長環境，以蒸氣的方式傳輸所述原料，使其沉積在所述碳化矽晶種，從而形成晶體生長環境以製備從所述碳化矽晶種生長的碳化矽晶錠，所述坩堝本體的密度的範圍為1.70g/cm3至1.92g/cm3，其中所述坩堝本體具有2.9Ω至4.1Ω的電阻。
  7. 如請求項6所述的碳化矽晶錠的生長系統，其中所述坩堝本體是具有110mm以上的直徑的石墨坩堝體。
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