TWI725910B - 晶圓、磊晶晶圓以及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明有關晶圓、磊晶晶圓及其製造方法。實施方式有關一種晶圓，包括一面和另一面，一面的Rsk粗糙度為-3nm至3nm，一面的邊緣區域的Ra粗糙度與一面的中心區域的Ra粗糙度之間的差異為-2nm至2nm，一面的邊緣區域是從一面的邊緣向中心方向的距離相對於晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域，一面的中心區域是從一面的中心相對於晶圓的半徑具有9.4%的半徑的區域。實施方式的晶圓的一面的邊緣區域與中心區域之間的粗糙度偏差不大，且可以顯示出低不對稱性。實施方式的磊晶晶圓呈現出更均勻的厚度特性，基於此，在製造半導體器件時可以提高器件的特性和成品率。

Description

晶圓、磊晶晶圓以及其製造方法
實施方式有關一種晶圓、磊晶晶圓及其製造方法。
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，在隨後的晶圓加工時晶圓的中心和邊緣的加工程度出現差異，因此粗糙度特性可能會變化。
並且，當在從碳化矽錠切割而成的晶圓上形成磊晶層時，晶圓表面應具有良好的不對稱性和粗糙度特性，並且機械損傷要最小化。如果晶圓表面上的粗糙度存在差異，或不對稱性高，或存在機械損傷，則磊晶層的品質可能劣化，並且在製造半導體器件時器件的特性或成品率可能會降低。
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設置各種元件的方法。
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得到的技術資訊，不能說一定是本發明的申請之前被一般公眾所揭露的公知技術。
作為相關現有技術，包括在韓國公開專利公報第10-2017-0043679號中揭露的“外延碳化矽晶圓用碳化矽單晶基板的製造方法”。
[ 技術問題 ]
實施方式的目的在於提供一種彎曲和扭曲發生較少的碳化矽錠及其製造方法。
實施方式的另一目的在於提供一種表面上的不對稱性、粗糙度特性優異的晶圓及其製造方法。
實施方式的再一目的在於提供一種厚度的均勻度優異的磊晶晶圓及其製造方法。 [ 解決問題的方案 ]
為了達到上述目的，一實施例的晶圓包括一面和另一面，所述一面的Rsk粗糙度為-3nm至3nm，所述一面的邊緣區域的Ra粗糙度與所述一面的中心區域的Ra粗糙度之間的差異為-2nm至2nm，所述一面的邊緣區域是從所述一面的邊緣向中心方向的距離相對於所述晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域，所述一面的中心區域是從所述一面的中心相對於所述晶圓的半徑具有9.4%的半徑的區域。
在一實施例中，所述晶圓的一面可以為在表面上出現矽原子層的Si表面。
在一實施例中，所述晶圓的一面的中心區域的Ra粗糙度可以為4nm以下。
在一實施例中，所述晶圓的一面的邊緣區域的Ra粗糙度可以為5nm以下。
在一實施例中，所述晶圓的一面的Rsk粗糙度可以為-2nm至2nm。
在一實施例中，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包括：所述晶圓；及磊晶層，形成在所述晶圓的一面上。
所述晶圓包括一面和另一面，所述一面的Rsk粗糙度為-3nm至3nm，所述一面的邊緣區域的Ra粗糙度與所述一面的中心區域的Ra粗糙度之間的差異為-2nm至2nm，所述一面的邊緣區域是從所述一面的邊緣向中心方向的距離相對於所述晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域，所述一面的中心區域是從所述一面的中心相對於所述晶圓的半徑具有9.4%的半徑的區域。
所述晶圓的一面可以為在表面上出現矽原子層的Si表面。
所述晶圓的一面的中心區域的Ra粗糙度可以為4nm以下。
所述晶圓的一面的邊緣區域的Ra粗糙度可以為5nm以下。
所述晶圓的一面的Rsk粗糙度可以為-2nm至2nm。
所述晶圓可以為4英寸以上的4H碳化矽晶圓。
在一實施例中，在所述磊晶晶圓中，由下述式1定義的Tu可以為5%以下。 [式1]
Figure 02_image001
在所述式1中，Tu為磊晶層的厚度不均勻度，Tmax為磊晶層的最大厚度，Tmin為磊晶層的最小厚度，Tavg為磊晶層的平均厚度。
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，冷卻所述反應容器並回收所述碳化矽錠，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；其中，所述反應容器包括：隔熱材料，包圍外表面，加熱裝置，調節所述反應容器或所述內部空間的溫度；所述隔熱材料的密度為0.13g/cc至0.28g/cc，通過將具有不同表面細微性的多個砂輪施加到所述晶圓上來進行所述加工步驟。
在一實施例中，經過所述加工步驟的晶圓的一面的Rsk粗糙度為-3nm至3nm，一面的邊緣區域的Ra粗糙度與一面的中心區域的Ra粗糙度之間的差異為-2nm至2nm，所述一面的邊緣區域是從所述一面的邊緣向中心方向的距離相對於所述晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域，所述一面的中心區域可以是從所述一面的中心相對於所述晶圓的半徑具有9.4%的半徑的區域。
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，在該生長步驟中，向設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。
所述晶圓可以是通過如上所述的晶圓的製造方法製造的。
所述晶圓的製造方法，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，冷卻所述反應容器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；其中，所述反應容器包括包圍外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裝置；所述隔熱材料的密度為0.13g/cc至0.28g/cc；通過將具有不同表面細微性的多個砂輪施加到所述晶圓上來進行所述加工步驟。 [ 發明的效果 ]
一實施例的晶圓的一面的邊緣區域與中心區域之間的粗糙度偏差不大，並顯示出低不對稱性。
一實施例的磊晶晶圓呈現出更均勻的厚度特性，基於此，在製造半導體器件時能夠提高器件的特性和成品率。
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結構要素組成的組中選擇的一個或多個結構要素的混合或組合，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結構要素。
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，除非另有特別說明，術語“晶圓”是指所謂的裸晶圓。
在本說明書中，Rsk是表示以平均線（mean line）為基準的上方和下方的不對稱性的量度，正數向下傾斜，負數向上傾斜，0表示對稱。
當通過應用物理氣相傳輸方法製造碳化矽晶圓時，在顯示出低不對稱性和優異粗糙度特性的各種因素中，坩堝和隔熱材料的溫度梯度、晶圓拋光條件等是重要的。本發明的發明人已經確認，可以通過控制這些條件來製造具有所需實施方式的特性的晶圓，從而揭露實施方式。 晶圓 10
為了達到上述目的，一實施例的晶圓10包括一面11和另一面12，所述一面的Rsk粗糙度為-3nm至3nm，所述一面的邊緣區域14的Ra粗糙度與所述一面的中心區域13的Ra粗糙度之間的差異為-2nm至2nm，所述一面的邊緣區域是從所述一面的邊緣向中心方向的距離相對於所述晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域，所述一面的中心區域是從所述一面的中心相對於所述晶圓的半徑具有9.4%的半徑的區域。
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。
所述一面11的中心區域13的Ra粗糙度可以為4nm以下，也可以為3.84nm以下，還可以為3nm以下，還可以為2.54nm以下，還可以為2nm以下，還可以為1nm以下，還可以為0.1nm以下，還可以為0.073nm以下，還可以為0.068nm以下。
所述一面11的中心區域13的Ra粗糙度可以為0.01nm以上，還可以為0.063nm以上。
所述一面11的邊緣區域14的Ra粗糙度可以為5nm以下，也可以為4nm以下，還可以為3.64nm以下，還可以為2nm以下，還可以為0.94nm以下，還可以為0.54nm以下，還可以為0.24nm以下，還可以為0.068nm以下。
所述一面11的邊緣區域14的Ra粗糙度可以為0.01nm以上，還可以為0.061nm以上。
所述一面11的邊緣區域14的Ra粗糙度與所述一面的中心區域13的Ra粗糙度之間的差異可以為-2nm至2nm，也可以為-1.35nm至1.35nm，還可以為-1.165nm至1.165nm，還可以為-0.87nm至0.87nm，還可以為-0.007nm至0.007nm。
通過使所述一面11的中心區域13和邊緣區域14的Ra粗糙度差異滿足所述範圍，以最小化所述一面的中心和邊緣之間的不均勻程度，可以提高在後續外延生長製程中形成的磊晶層的品質，在製造器件時可以提高成品率。
所述一面11的整體Ra平均粗糙度可以小於0.3nm，也可以為0.2nm以下。所述一面的整體Ra平均粗糙度可以為0.01nm以上。
當整體Ra粗糙度在所述的範圍內時，可以在後續外延生長製程中具有更優異的品質，並且可以在製造器件時提高成品率。
所述一面11的Rsk粗糙度可以為-3nm至3nm，也可以為-2nm至2nm，還可以為-1.0nm至1.0nm，還可以為-0.63nm至0.63nm，還可以為-0.037nm至0.037nm。
所述Rsk粗糙度是表示以表面的平均線（mean line）為基準的上方和下方的不對稱性的量度，晶圓的Rsk粗糙度值可能影響到在後續磊晶層形成過程中的厚度均勻性。
通過使所述一面11的Rsk粗糙度滿足所述範圍，以最小化所述一面的不對稱性，並且可以提高在後續外延生長製程中形成的磊晶層的厚度平坦度，並且可以降低如墜落（downfall）缺陷、三角（triangular）缺陷及胡蘿蔔（carrot）缺陷等使器件特性劣化的缺陷。
當整體Ra粗糙度本身低時，磊晶層的品質可以提高。然而，根據發明人的實驗確認，確認即使是Ra粗糙度本身較低的樣品，也會根據中心和邊緣區域之間的Ra粗糙度差異多少而發生磊晶層的品質差異。另外，發現Rsk粗糙度的平均值也根據情況影響磊晶層的品質。
當所述一面11的整體Ra平均粗糙度小於0.3nm且所述一面11的邊緣區域14的Ra粗糙度與所述一面的中心區域13的Ra粗糙度之間的差異為-1.165nm至1.165nm時，可以進一步提高磊晶層的品質。
當所述一面11的整體Ra平均粗糙度小於0.3nm且所述一面11的Rsk粗糙度為-1.0nm至1.0nm時，可以進一步提高磊晶層的品質。
當所述一面11的邊緣區域14的Ra粗糙度與所述一面的中心區域13的Ra粗糙度之間的差異為-1.35nm至1.35nm且所述一面11的整體Ra平均粗糙度為0.2nm以下時，可以進一步提高磊晶層的品質。
當所述一面11的邊緣區域14的Ra粗糙度與所述一面的中心區域13的Ra粗糙度之間的差異為-1.0nm至1.0nm且所述一面11的整體Ra平均粗糙度為2.5nm以下時，可以進一步提高磊晶層的品質。
當所述一面11的邊緣區域14的Ra粗糙度與所述一面的中心區域13的Ra粗糙度之間的差異為-0.3nm至0.3nm且所述一面11的整體Ra平均粗糙度為1.4nm以下時，可以進一步提高磊晶層的品質。
可以通過下面將描述的實驗例中記載的方法測定所述晶圓10的Ra粗糙度和Rsk粗糙度。
所述晶圓10相對於基準角度的搖擺角可以為-1.5°至1.5°，或可以為-1.0°至1.0°，或可以為-0.5°至0.5°，或可以為-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射線源光學角度和X射線探測器光學角度設定為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°時，這意味著具有在通常可接受的誤差範圍內評估為X°的偏離角，作為實例，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°”時，這意味著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應用的晶圓中，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10的直徑可以為12英寸以下，也可以為10英寸以下，還可以為8英寸以下。
可以通過下面將描述的晶圓的製造方法製造所述晶圓10。 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：所述晶圓10；及磊晶層15，形成在所述晶圓的一面上。
在所述磊晶層中，由下述式1定義的Tu（單位：%）可以為5%以下。 [式1]
Figure 02_image001
在所述式1中，Tu為磊晶層的厚度不均勻度，Tmax為磊晶層的最大厚度，Tmin為磊晶層的最小厚度，Tavg為磊晶層的平均厚度。
作為所述磊晶層的平均厚度的Tavg可以為以所述磊晶層的最大厚度和最小厚度為基準的平均值。
所述Tu表示所述磊晶層15的厚度不均勻度，可以為5%以下，也可以為4.5%以下，還可以為4%以下。所述Tu可以為2%以下，也可以為1.5%以下，還可以為0%以上。
所述Tu值可能受到所述晶圓10的一面11的所述邊緣區域14和所述中心區域13的Ra粗糙度差異和所述晶圓的一面的Rsk粗糙度值的差的影響，在實施方式中，可以通過將所述粗糙度差異和Rsk粗糙度控制為特定範圍內來使所述Tu為規定值以下。
滿足所述Tu值的磊晶晶圓20可以表現出良好的品質和均勻的厚度特性，並且可以表現出改善的器件特性和成品率。
所述磊晶層15的厚度可以為8μm至20μm，但不限於此。
所述磊晶層15可以以在1×10 14/cm 3至1×10 19/cm 3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可以實質上可由碳化矽製成。
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。
可以通過下面將描述的磊晶晶圓的製造方法製造所述磊晶晶圓20。 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，冷卻所述反應容器並回收所述碳化矽錠；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：隔熱材料，包圍外表面；加熱裝置，調節所述反應容器或所述內部空間的溫度；所述隔熱材料的密度為0.13g/cc至0.28g/cc，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反應室外部的加熱裝置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0.13g/cc以上，也可以為0.138g/cc以上，還可以為0.168g/cc以上，還可以為0.17g/cc以上。所述隔熱材料的密度可以為0.28g/cc以下，也可以為0.24g/cc以下，還可以為0.20g/cc以下，還可以為0.18g/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Ra和Rsk粗糙度特性。
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，可以在後續生長步驟和冷卻步驟中調節惰性氣體的流量。
所述生長步驟是通過調節所述內部空間的溫度、壓力及氣體氣氛使所述原料昇華，並製造在所述晶種上生長的碳化矽錠的步驟。
所述生長步驟可以通過用所述加熱裝置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。
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、氦氣及其混合氣體。
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。
在所述冷卻步驟之後回收的碳化矽錠100中，生長的末端（生長表面置於頂部時的最高點）的高度與邊緣的高度之間的差可以為-1mm以上，也可以為0.1mm以上，還可以為1mm以上。所述高度的差可以為12mm以下，也可以為10mm以下，還可以為9mm以下。所述高度差可以通過高度計測定從回收的所述碳化矽錠的正面起的生長末端的凸出部的最大高度和所述碳化矽錠的邊緣的高度中最大高度來計算。
若從所述碳化矽錠的生長的末端的高度減去邊緣的高度而獲得的值是小於-1mm的負數，則可能會發生多態性，導致錠的品質下降，若超過12mm，則導致成品率降低或錠發生開裂的可能性增加。
本發明的發明人將通過從錠的生長的末端的高度減去邊緣的高度而獲得的所述值用作品質評價的標準之一，在該過程中，確認了發生從錠的生長的末端的高度減去邊緣的高度而獲得的值相似但品質不同的晶圓或磊晶晶圓樣品。
另外，已確認從錠的生長的末端的高度（中心）減去邊緣的高度（週邊）而獲得的值越小，或者該值越接近0，對晶圓、磊晶晶圓樣品品質的影響越大。
此外，確認了如果晶圓的一面的邊緣區域的Ra粗糙度和一面的中心區域的Ra粗糙度之間的差異、Rsk粗糙度等在實施方式的範圍內，就可以生產更高品質的晶圓。
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。用於所述輪磨的磨料可以為金剛石磨料，並且該磨料的表面細微性可以為500目（mesh）至10000目。
通過所述加工步驟的對厚度進行平坦化的過程，減少在所述切割步驟中施加於晶圓的損傷和應力，並且使晶圓平坦。
在所述加工步驟的拋光表面過程還可包括濕蝕刻步驟。
可以通過將具有不同表面細微性的多個砂輪施加到所述晶圓表面上來執行所述加工步驟的拋光表面過程，並且還可以通過施加所述砂輪來對晶圓的另一面進行拋光，一面和另一面可以以同樣的方式進行。
所述加工步驟的拋光表面過程具體包括：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。
所述加工步驟的拋光表面過程可以以使所述砂輪和晶圓向相反方向旋轉的方式進行。所述砂輪的直徑可以大於所述晶圓的直徑，且可以為250mm以下。
在所述加工步驟的拋光表面過程中，可以進一步進行化學機械拋光（chemical mechanical polishing，CMP）。
所述化學機械拋光製程可以通過一邊將磨料顆粒的漿液施加到旋轉平板上一邊使固定在旋轉的拋光頭上的晶圓以預定壓力接觸來實現。
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。 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，在該生長步驟中，向設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，並根據化學氣相沉積法在所述晶圓的一面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，首先將晶圓設置在生長容器中，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CH 4、C 2H 4、C 2H 6、C 3H 6及C 3H 8中的至少一種，並且矽基氣體可以是選自SiH 4、SiCl 4、SiHCl 3、SiH 2Cl 2、SiH 3Cl及Si 2H 6中的至少一種。
在所述生長步驟中，通過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，進行室溫冷卻後排氣，將惰性氣體加壓至大氣壓後，能夠回收磊晶晶圓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。
所述磊晶晶圓20的特徵與所述描述相同。
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。 碳化矽錠的製造
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，碳化矽晶種適用6英寸的4H-SiC晶體，並且以常規方式固定碳化矽晶種使得C表面（（000-1）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裝置600的加熱線圈的石英管500內設置反應容器。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。 晶圓製造
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，並製造具有360μm厚度的晶圓。
通過平坦化製程將所製造的所述晶圓的厚度平坦化，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，在添加錳基漿料的同時，以200rpm旋轉平板且以197rpm旋轉拋光頭，在5psi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。 晶圓樣品的粗糙度測定
從在所述晶圓製造過程中製造的晶圓的Si表面即一面的邊緣向中心方向的距離相對於所述晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域（10 mm至24 mm的區域）中切割了10×10 mm 2的晶圓樣品，並且在從所述晶圓一面的中心相對於所述晶圓的半徑具有9.4%的半徑（7.05 mm）的區域中切割了10×10 mm 2的晶圓樣品。使用AFM儀器XE-150（Park Systems公司）測定所述晶圓樣品的任意五個區域（5×5 μm 2）的Ra、所述晶圓整體的Ra和Rsk粗糙度，其結果示於表1。 [表1]
   隔熱材料密度 (g/cc) 中心區域 Ra平均粗糙度(nm) 邊緣區域 Ra平均粗糙度(nm) 中心和邊緣區域之間的Ra粗糙度差(nm) 整體Ra平均 粗糙度 (nm) Rsk平均 粗糙度 (nm)
實施例1 0.177 0.07 0.932 0.862 0.242 -0.043
實施例2 0.177 0.072 0.536 0.464 0.165 0.01
實施例3 0.177 0.072 0.434 0.362 0.144 0.037
實施例4 0.17 0.067 0.068 0.001 0.067 1.037
實施例5 0.17 0.068 0.061 -0.007 0.067 -0.103
實施例6 0.17 0.066 0.064 -0.002 0.066 0.024
實施例7 0.168 2.538 3.114 0.576 2.653 -0.041
實施例8 0.168 2.295 3.637 1.342 2.563 -0.035
實施例9 0.138 3.831 5 1.169 4.065 0.14
參照表1，隔熱材料的密度在0.13至0.28g/cc範圍內的實施例的中心區域與邊緣區域之間的Ra粗糙度差的絕對值為2 nm以下，Rsk粗糙度的絕對值為3nm以下，一部分的整體Ra平均粗糙度小於0.3 nm，由此可知晶圓的不對稱性良好，且呈現優異的Ra粗糙度差和良好的整體Ra粗糙度。 磊晶晶圓製造
將在所述晶圓製造中製造的晶圓設置在生長容器內。將作為用於外延生長的原料氣體的SiH 4和C 3H 8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12 μm，摻雜劑濃度為8×10 15/cm 3。
在所述生長後，停止注入原料氣體，冷卻至室溫後排氣，將惰性氣體加壓至大氣壓，然後回收外延晶圓。 磊晶晶圓的磊晶層厚度不均勻度測定
測定回收的所述外延晶圓的最大厚度和最小厚度，並計算根據以下等式1的不均勻度，其結果示於表2。 [式1]
Figure 02_image001
在所述式1中，Tu為磊晶層的厚度不均勻度，Tmax為磊晶層的最大厚度，Tmin為磊晶層的最小厚度，Tavg為磊晶層的平均厚度。 [表2]
   隔熱材料密度 (g/cc) Tu(%)
實施例1 0.177 0.57
實施例2 0.177 1.26
實施例3 0.177 0.98
實施例4 0.17 2.03
實施例5 0.17 1.67
實施例6 0.17 1.54
實施例7 0.168 1.82
實施例8 0.168 1.65
實施例9 0.138 4.42
參照表1和表2，一面的中心區域與邊緣區域之間的Ra粗糙度差的絕對值為2 nm以下，且Rsk粗糙度的絕對值為3 nm以下的實施例的晶圓，在一面上形成磊晶層的結果，厚度不均勻度為5%以下，從而確認到製造出了優異品質的磊晶晶圓。
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所附權利要求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 13:中心區域 14:邊緣區域 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為示出一實施例的晶圓的一例的立體圖。 圖2為在一實施例的晶圓的一面中示出中心區域和邊緣區域的一例的示意圖。 圖3為示出一實施例的磊晶晶圓的一例的截面的示意圖。 圖4為示出一實施例的碳化矽錠生長裝置的一例的示意圖。
10:晶圓
11:一面
12:另一面

Claims (13)

  1. 一種磊晶晶圓，包括：晶圓；及磊晶層，形成在所述晶圓的一面上，所述晶圓包括所述一面和另一面，所述一面的Rsk粗糙度為-3nm至3nm，所述一面的邊緣區域的Ra粗糙度與所述一面的中心區域的Ra粗糙度之間的差異為-2nm至2nm，所述一面的所述邊緣區域是從所述一面的邊緣向中心方向的距離相對於所述晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域，所述一面的所述中心區域是從所述一面的中心相對於所述晶圓的所述半徑具有9.4%的半徑的區域。
  2. 如請求項1所述的磊晶晶圓，其中由下述式1定義的Tu為5%以下：
    Figure 109129021-A0305-02-0031-1
     在式1中，Tu為所述磊晶層的厚度不均勻度，Tmax為所述磊晶層的最大厚度，Tmin為所述磊晶層的最小厚度，Tavg為所述磊晶層的平均厚度。
  3. 如請求項1所述的磊晶晶圓，其中所述一面為在表面上出現矽原子層的Si表面。
  4. 如請求項1所述的磊晶晶圓，其中所述一面的所述中心區域的所述Ra粗糙度為4nm以下。
  5. 如請求項1所述的磊晶晶圓，其中所述一面的所述邊緣區域的所述Ra粗糙度為5nm以下。
  6. 如請求項1所述的磊晶晶圓，其中所述一面的所述Rsk粗糙度為-2nm至2nm。
  7. 如請求項1所述的磊晶晶圓，其中所述晶圓為4英寸以上的4H碳化矽晶圓。
  8. 一種晶圓，包括一面和另一面，所述一面的Rsk粗糙度為-3nm至3nm，所述一面的邊緣區域的Ra粗糙度與所述一面的中心區域的Ra粗糙度之間的差異為-2nm至2nm，所述一面的所述邊緣區域是從所述一面的邊緣向中心方向的距離相對於所述晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域，所述一面的所述中心區域是從所述一面的中心相對於所述晶圓的所述半徑具有9.4%的半徑的區域。
  9. 如請求項8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。
  10. 如請求項8所述的晶圓，其中所述一面的所述中心區域的所述Ra粗糙度為4nm以下，所述一面的所述邊緣區域的所述Ra粗糙度為5nm以下。
  11. 如請求項8所述的晶圓，其中所述一面的所述Rsk粗糙度為-2nm至2nm。
  12. 一種磊晶晶圓的製造方法，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，以製造在所述碳化矽晶種上生長的碳化矽錠；冷卻步驟，冷卻所述反應容器並回收所述碳化矽錠；切割步驟，將所回收的所述碳化矽錠切割以製造所述晶圓；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；及向設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、並根據化學氣相沉積法在所述晶圓的一面上生長磊晶層的生長步驟，所述反應容器包括：隔熱材料，包圍外表面；及加熱裝置，調節所述反應容器或所述內部空間的溫度，所述隔熱材料的密度為0.13g/cc至0.28g/cc，通過將具有不同表面細微性的多個砂輪施加到所述晶圓上來進行所述加工步驟，經過所述加工步驟的所述晶圓的所述一面的Rsk粗糙度為-3nm至3nm， 所述一面的邊緣區域的Ra粗糙度與所述一面的中心區域的Ra粗糙度之間的差異為-2nm至2nm，所述一面的所述邊緣區域是從所述一面的邊緣向中心方向的距離相對於所述晶圓的半徑為13.3%至32.1%的區域，所述一面的所述中心區域是從所述一面的中心相對於所述晶圓的所述半徑具有9.4%的半徑的區域。
  13. 如請求項12所述的磊晶晶圓的製造方法，其中在所述磊晶晶圓中，由下述式1定義的Tu為5%以下：
    Figure 109129021-A0305-02-0034-2
     在式1中，Tu為所述磊晶層的厚度不均勻度，Tmax為所述磊晶層的最大厚度，Tmin為所述磊晶層的最小厚度，Tavg為所述磊晶層的平均厚度。
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