ホーム > 特許ランキング > ＳＥＮＩＣ Ｉｎｃ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022051689
(43)【公開日】2022-04-01
(54)【発明の名称】ウエハの洗浄方法及び不純物が低減されたウエハ
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20220325BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20220325BHJP
C30B 29/62 20060101ALI20220325BHJP
C30B 33/00 20060101ALI20220325BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 648G
H01L21/304 644C
H01L21/304 643A
H01L21/304 643D
H01L21/304 642A
H01L21/304 647Z
H01L21/66 N
H01L21/304 622P
C30B29/62 K
C30B33/00
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021144360
(22)【出願日】2021-09-03
(31)【優先権主張番号】10-2020-0122141
(32)【優先日】2020-09-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】521492724
【氏名又は名称】セニック・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＮＩＣ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１７－１５，４ｓａｎｄａｎ ７－ｒｏ，Ｊｉｋｓａｎ－ｅｕｐ，Ｓｅｏｂｕｋ－ｇｕ，Ｃｈｅｏｎａｎ－ｓｉ，Ｃｈｕｎｇｃｈｅｏｎｇｎａｍ－ｄｏ， ３１０４０， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ特許業務法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】パク、ジョンフィ
(72)【発明者】
【氏名】ユ、イルファン
(72)【発明者】
【氏名】ク、カプレル
(72)【発明者】
【氏名】キム、ジョンギュ
(72)【発明者】
【氏名】チェ、ジョンウ
(72)【発明者】
【氏名】ヤン、ウンス
(72)【発明者】
【氏名】ジャン、ビョンキュ
(72)【発明者】
【氏名】ゴ、サンキ
【テーマコード（参考）】
4G077
4M106
5F057
5F157
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077AB01
4G077BE08
4G077FJ01
4G077HA12
4M106AA01
4M106CB01
4M106DH25
4M106DH34
5F057AA21
5F057BA12
5F057BB09
5F057CA11
5F057CA18
5F057DA03
5F057DA39
5F057EC30
5F057FA37
5F057GB06
5F057GB37
5F157AA70
5F157AA82
5F157AA96
5F157AB02
5F157AB33
5F157AB90
5F157BA02
5F157BA07
5F157BA14
5F157BA31
5F157BB03
5F157BB04
5F157BB09
5F157BB11
5F157BB73
5F157BB74
5F157BB79
5F157BE12
5F157BE23
5F157BE33
5F157BE44
5F157CB03
5F157CB32
5F157CE05
5F157CE07
5F157CE33
5F157CE36
(57)【要約】 （修正有）
【課題】炭化珪素単結晶ウエハの不純物の濃度を低減させ、素子の作製時に不良率を減少させる洗浄方法及び不純物の濃度が低減されたウエハを提供する。
【解決手段】方法は、洗浄対象のウエハ１０を、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ５０で洗浄する過程を含むスクラビングステップと、ブラシ洗浄されたウエハを洗浄液で洗浄し、洗浄されたベアウエハを設ける洗浄ステップと、を含む。洗浄ステップは、１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップを順に含む。スクラビングステップは、２８５秒以上行われる。１次洗浄ステップは、アンモニア及び過酸化水素を含む第１洗浄液でブラシ洗浄されたウエハを洗浄して、１次洗浄されたウエハを設けるステップである。２次洗浄ステップは、塩酸及び過酸化水素を含む第２洗浄液で１次洗浄されたウエハを洗浄するステップである。
【選択図】図３
【解決手段】方法は、洗浄対象のウエハ１０を、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ５０で洗浄する過程を含むスクラビングステップと、ブラシ洗浄されたウエハを洗浄液で洗浄し、洗浄されたベアウエハを設ける洗浄ステップと、を含む。洗浄ステップは、１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップを順に含む。スクラビングステップは、２８５秒以上行われる。１次洗浄ステップは、アンモニア及び過酸化水素を含む第１洗浄液でブラシ洗浄されたウエハを洗浄して、１次洗浄されたウエハを設けるステップである。２次洗浄ステップは、塩酸及び過酸化水素を含む第２洗浄液で１次洗浄されたウエハを洗浄するステップである。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
洗浄対象のウエハを、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理する過程を含むことで、ブラシ洗浄されたウエハを設けるスクラビングステップと、
前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄液で洗浄し、洗浄されたベアウエハを設ける洗浄ステップとを含み、
前記洗浄ステップは、１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップを順に含み、
前記スクラビングステップは２８５秒以上行われ、
前記１次洗浄ステップは、アンモニア及び過酸化水素を含む第１洗浄液で前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄して、１次洗浄されたウエハを設けるステップであり、
前記２次洗浄ステップは、塩酸及び過酸化水素を含む第２洗浄液で前記１次洗浄されたウエハを洗浄するステップである、洗浄されたベアウエハの製造方法。
前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄液で洗浄し、洗浄されたベアウエハを設ける洗浄ステップとを含み、
前記洗浄ステップは、１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップを順に含み、
前記スクラビングステップは２８５秒以上行われ、
前記１次洗浄ステップは、アンモニア及び過酸化水素を含む第１洗浄液で前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄して、１次洗浄されたウエハを設けるステップであり、
前記２次洗浄ステップは、塩酸及び過酸化水素を含む第２洗浄液で前記１次洗浄されたウエハを洗浄するステップである、洗浄されたベアウエハの製造方法。
【請求項2】
前記洗浄対象のウエハは、４Ｈ構造の炭化珪素を含み、
前記洗浄されたベアウエハの一面は、珪素原子層が表面に現れるＳｉ面を含む、請求項１に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
前記洗浄されたベアウエハの一面は、珪素原子層が表面に現れるＳｉ面を含む、請求項１に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
【請求項3】
前記スクラビングステップは、前記洗浄対象のウエハ及び前記ブラシが回転しながら行われ、
前記洗浄対象のウエハの回転速度は１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであり、
前記ブラシの回転速度は１０ｒｐｍ以上である、請求項１に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
前記洗浄対象のウエハの回転速度は１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであり、
前記ブラシの回転速度は１０ｒｐｍ以上である、請求項１に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
【請求項4】
前記スクラビングステップは、
前記洗浄対象のウエハを、水を含む第１スクラビング洗浄液と共に、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理して、第１スクラビング処理されたウエハを設ける第１スクラビングステップと、
前記第１スクラビング処理されたウエハを、アンモニア水を含む第２スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、第２スクラビング処理されたウエハを設ける第２スクラビングステップと、
前記第２スクラビング処理されたウエハを、水を含む第３スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、ブラシ洗浄されたウエハを設ける第３スクラビングステップとを含み、
前記第１スクラビングステップ及び第３スクラビングステップはそれぞれ１００秒以上、第２スクラビングステップは８５秒以上行われる、請求項１に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
前記洗浄対象のウエハを、水を含む第１スクラビング洗浄液と共に、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理して、第１スクラビング処理されたウエハを設ける第１スクラビングステップと、
前記第１スクラビング処理されたウエハを、アンモニア水を含む第２スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、第２スクラビング処理されたウエハを設ける第２スクラビングステップと、
前記第２スクラビング処理されたウエハを、水を含む第３スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、ブラシ洗浄されたウエハを設ける第３スクラビングステップとを含み、
前記第１スクラビングステップ及び第３スクラビングステップはそれぞれ１００秒以上、第２スクラビングステップは８５秒以上行われる、請求項１に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
【請求項5】
前記１次洗浄ステップは、
前記ブラシ洗浄されたウエハに１０ＫＨｚ～３００ＫＨｚの超音波を加えて第１ａ洗浄処理されたウエハを設ける第１ａ洗浄過程と、
前記第１ａ洗浄処理されたウエハに０．１ＭＨｚ～２０ＭＨｚの超音波を加える第１ｂ洗浄過程とを含み、
前記第１ａ洗浄過程及び第１ｂ洗浄過程は、それぞれ２２０秒以上行われる、請求項１に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
前記ブラシ洗浄されたウエハに１０ＫＨｚ～３００ＫＨｚの超音波を加えて第１ａ洗浄処理されたウエハを設ける第１ａ洗浄過程と、
前記第１ａ洗浄処理されたウエハに０．１ＭＨｚ～２０ＭＨｚの超音波を加える第１ｂ洗浄過程とを含み、
前記第１ａ洗浄過程及び第１ｂ洗浄過程は、それぞれ２２０秒以上行われる、請求項１に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
【請求項6】
前記洗浄ステップは、前記１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップの後、それぞれ不活性気体バブルを加える不活性洗浄過程をさらに含む、請求項５に記載の洗浄されたベアウエハの製造方法。
【請求項7】
４Ｈ構造の炭化珪素を含み、
一面は、カルシウム含量１０ｐｐｂ以下、鉄含量１ｐｐｂ以下、ニッケル含量０．１ｐｐｂ以下及び銅含量１ｐｐｂ以下で含まれる、ベアウエハ。
一面は、カルシウム含量１０ｐｐｂ以下、鉄含量１ｐｐｂ以下、ニッケル含量０．１ｐｐｂ以下及び銅含量１ｐｐｂ以下で含まれる、ベアウエハ。
【請求項8】
前記一面は、珪素原子層が現れるＳｉ面を含み、
Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られた前記一面でのカルシウム含量が８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、鉄含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、ニッケル含量が０．２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、及び銅含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下である、請求項７に記載のベアウエハ。
Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られた前記一面でのカルシウム含量が８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、鉄含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、ニッケル含量が０．２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、及び銅含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下である、請求項７に記載のベアウエハ。
【請求項9】
前記一面は、珪素原子層が現れるＳｉ面を含み、
Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られた前記一面でのマンガン含量が１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、亜鉛含量が１．６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下である、請求項８に記載のベアウエハ。
Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られた前記一面でのマンガン含量が１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、亜鉛含量が１．６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下である、請求項８に記載のベアウエハ。
【請求項10】
請求項７に記載のベアウエハと、
前記ベアウエハの一面上に配置されたエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層を挟んで前記ベアウエハと反対側に配置されたバリア領域と、
前記エピタキシャル層と接するソース電極、及び前記バリア領域上に配置されたゲート電極と、
前記ベアウエハの他面上に配置されたドレイン電極とを含む、半導体素子。
前記ベアウエハの一面上に配置されたエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層を挟んで前記ベアウエハと反対側に配置されたバリア領域と、
前記エピタキシャル層と接するソース電極、及び前記バリア領域上に配置されたゲート電極と、
前記ベアウエハの他面上に配置されたドレイン電極とを含む、半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
具現例は、ウエハの洗浄方法及びこれによって不純物が低減されたウエハに関する。
【背景技術】
【0002】
炭化珪素は、耐熱性及び機械的強度に優れ、物理的及び化学的に安定しているので、半導体材料として注目されている。近年、高電力素子などの基板として炭化珪素単結晶基板の需要が高まっている。
【0003】
このような炭化珪素を含む基板（ウエハ）は、製造工程中に化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下、'ＣＭＰ'という）段階が行われる。ＣＭＰは、ウエハと研磨パッドを摩擦させてウエハの表面を研磨し、このとき、ウエハと研磨パッドとの間にスラリーが供給される。スラリーは、通常、シリカ又はアルミナを含むコロイド研磨剤と、酸化剤などの化合物を含む。スラリー内の研磨剤は、ＣＭＰ工程中にウエハの研磨が行われる間に互いに凝集する傾向があり、このような研磨剤の凝集の結果として、ＣＭＰ工程が完了した後、ウエハ上に数μｍ以上の粒子サイズを有する不純物が多量存在することがある。また、ＣＭＰ工程は、ウエハの加工段階で流入し得る金属不純物を効果的に除去するのに不十分な点がある。このような不純物粒子によって、後続工程を行う際にウエハの表面上にスクラッチ、欠陥などを発生させることがあり、素子特性に良くない影響を与えることがある。
【0004】
したがって、ＣＭＰ工程を行った後、ウエハの表面上に残っている凝集した粒子、金属粒子のような不純物をさらに効果的に除去し、素子特性を向上させるための改善された洗浄工程を考慮する必要がある。
【0005】
前述した背景技術は、発明者が具現例の導出のために保有していた、または導出過程で習得した技術情報であって、必ずしも本発明の出願前に一般公衆に公開された公知技術であるとは限らない。
【0006】
関連先行技術として、韓国登録特許公報第１０－１１５１６５２（２０１２．０６．０８．公告）の"ウエハ洗浄装置"、韓国登録特許公報第１０－１９５３７４１（２０１９．０３．０４．公告）の"ウエハ洗浄装置及びそれを用いたウエハ洗浄方法"などがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
具現例の目的は、ウエハの不純物の濃度を低減させ、素子の作製時に不良率を減少させることができる改善された洗浄方法を提供することにある。
【0008】
具現例の他の目的は、不純物の濃度が低減されたウエハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の目的を達成するために、具現例に係るウエハの製造方法は、
洗浄対象のウエハを、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理する過程を含むことで、ブラシ洗浄されたウエハを設けるスクラビングステップと；
前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄液で洗浄し、洗浄されたベアウエハを設ける洗浄ステップと；を含み、
前記洗浄ステップは、１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップを順に含み、
前記スクラビングステップは２８５秒以上行われ、
前記１次洗浄ステップは、アンモニア及び過酸化水素を含む第１洗浄液で前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄して、１次洗浄されたウエハを設けるステップであり、
前記２次洗浄ステップは、塩酸及び過酸化水素を含む第２洗浄液で前記１次洗浄されたウエハを洗浄するステップであってもよい。
洗浄対象のウエハを、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理する過程を含むことで、ブラシ洗浄されたウエハを設けるスクラビングステップと；
前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄液で洗浄し、洗浄されたベアウエハを設ける洗浄ステップと；を含み、
前記洗浄ステップは、１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップを順に含み、
前記スクラビングステップは２８５秒以上行われ、
前記１次洗浄ステップは、アンモニア及び過酸化水素を含む第１洗浄液で前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄して、１次洗浄されたウエハを設けるステップであり、
前記２次洗浄ステップは、塩酸及び過酸化水素を含む第２洗浄液で前記１次洗浄されたウエハを洗浄するステップであってもよい。
【0010】
一具現例において、前記洗浄対象のウエハは、４Ｈ構造の炭化珪素を含み、
前記洗浄されたベアウエハの一面は、珪素原子層が表面に現れるＳｉ面を含むことができる。
前記洗浄されたベアウエハの一面は、珪素原子層が表面に現れるＳｉ面を含むことができる。
【0011】
一具現例において、前記スクラビングステップは、前記洗浄対象のウエハ及び前記ブラシが回転しながら行われ、
前記洗浄対象のウエハの回転速度は１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであり、
前記ブラシの回転速度は１０ｒｐｍ以上であってもよい。
前記洗浄対象のウエハの回転速度は１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであり、
前記ブラシの回転速度は１０ｒｐｍ以上であってもよい。
【0012】
一具現例において、前記スクラビングステップは、
前記洗浄対象のウエハを、水を含む第１スクラビング洗浄液と共に、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理して、第１スクラビング処理されたウエハを設ける第１スクラビングステップと；
前記第１スクラビング処理されたウエハを、アンモニア水を含む第２スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、第２スクラビング処理されたウエハを設ける第２スクラビングステップと；
前記第２スクラビング処理されたウエハを、水を含む第３スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、ブラシ洗浄されたウエハを設ける第３スクラビングステップと；を含み、
前記第１スクラビングステップ及び第３スクラビングステップはそれぞれ１００秒以上、第２スクラビングステップは８５秒以上行われてもよい。
前記洗浄対象のウエハを、水を含む第１スクラビング洗浄液と共に、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理して、第１スクラビング処理されたウエハを設ける第１スクラビングステップと；
前記第１スクラビング処理されたウエハを、アンモニア水を含む第２スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、第２スクラビング処理されたウエハを設ける第２スクラビングステップと；
前記第２スクラビング処理されたウエハを、水を含む第３スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、ブラシ洗浄されたウエハを設ける第３スクラビングステップと；を含み、
前記第１スクラビングステップ及び第３スクラビングステップはそれぞれ１００秒以上、第２スクラビングステップは８５秒以上行われてもよい。
【0013】
一具現例において、前記１次洗浄ステップは、
前記ブラシ洗浄されたウエハに１０ＫＨｚ～３００ＫＨｚの超音波を加えて第１ａ洗浄処理されたウエハを設ける第１ａ洗浄過程と；
前記第１ａ洗浄処理されたウエハに０．１ＭＨｚ～２０ＭＨｚの超音波を加える第１ｂ洗浄過程と；を含み、
前記第１ａ洗浄過程及び第１ｂ洗浄過程は、それぞれ２２０秒以上行われてもよい。
前記ブラシ洗浄されたウエハに１０ＫＨｚ～３００ＫＨｚの超音波を加えて第１ａ洗浄処理されたウエハを設ける第１ａ洗浄過程と；
前記第１ａ洗浄処理されたウエハに０．１ＭＨｚ～２０ＭＨｚの超音波を加える第１ｂ洗浄過程と；を含み、
前記第１ａ洗浄過程及び第１ｂ洗浄過程は、それぞれ２２０秒以上行われてもよい。
【0014】
一具現例において、前記洗浄ステップは、前記１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップの後、それぞれ不活性気体バブルを加える不活性洗浄過程をさらに含むことができる。
【0015】
上記の目的を達成するために、具現例に係るベアウエハは、
４Ｈ構造の炭化珪素を含み、
一面は、カルシウム含量１０ｐｐｂ以下、鉄含量１ｐｐｂ以下、ニッケル含量０．１ｐｐｂ以下及び銅含量１ｐｐｂ以下で含まれてもよい。
４Ｈ構造の炭化珪素を含み、
一面は、カルシウム含量１０ｐｐｂ以下、鉄含量１ｐｐｂ以下、ニッケル含量０．１ｐｐｂ以下及び銅含量１ｐｐｂ以下で含まれてもよい。
【0016】
具現例において、前記一面は、珪素原子層が現れるＳｉ面を含み、
Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られた前記一面でのカルシウム含量が８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、鉄含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、ニッケル含量が０．２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、及び銅含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であってもよい。
Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られた前記一面でのカルシウム含量が８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、鉄含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、ニッケル含量が０．２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、及び銅含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であってもよい。
【0017】
具現例において、前記一面は、珪素原子層が現れるＳｉ面を含み、
Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られた前記一面でのマンガン含量が１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、亜鉛含量が１．６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であってもよい。
Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られた前記一面でのマンガン含量が１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、亜鉛含量が１．６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であってもよい。
【0018】
上記の目的を達成するために、具現例に係る半導体素子は、
前記によるベアウエハと；
前記ベアウエハの一面上に配置されたエピタキシャル層と；
前記エピタキシャル層を挟んで前記ベアウエハと反対側に配置されたバリア領域と；
前記エピタキシャル層と接するソース電極；及び前記バリア領域上に配置されたゲート電極と；
前記ベアウエハの他面上に配置されたドレイン電極と；を含むことができる。
前記によるベアウエハと；
前記ベアウエハの一面上に配置されたエピタキシャル層と；
前記エピタキシャル層を挟んで前記ベアウエハと反対側に配置されたバリア領域と；
前記エピタキシャル層と接するソース電極；及び前記バリア領域上に配置されたゲート電極と；
前記ベアウエハの他面上に配置されたドレイン電極と；を含むことができる。
【発明の効果】
【0019】
具現例によるウエハの洗浄方法は、金属不純物が特定数値以下に低減されたウエハを提供することができる。
【0020】
具現例によるウエハは、金属不純物が低減されるなど、品質に優れるので、半導体素子の製造時に不良率を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】具現例に係るベアウエハの一例を示した概念図である。
【図2】具現例に係るインゴット製造装置の一例を示した概念図である。
【図3】具現例に係る洗浄方法のスクラビングステップにおけるブラシの一例を示した概念図である。
【図4】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施例１のウエハを適用した１０Ａ級（ａ）、２０Ａ級（ｂ）、２５Ａ級（ｃ）のショットキーダイオードの順方向電圧による分布を示したグラフである。
【図5】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、比較例１のウエハを適用した１０Ａ級（ａ）、２０Ａ級（ｂ）、２５Ａ級（ｃ）のショットキーダイオードの順方向電圧による分布を示したグラフである。
【図6】具現例に係る半導体素子の一例を示した概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、一つ以上の具現例について添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、具現例は、様々な異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。明細書全体にわたって類似の部分に対しては同一の図面符号を付した。
【0023】
本明細書において、ある構成が他の構成を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、それ以外の他の構成を除くものではなく、他の構成をさらに含むこともできることを意味する。
【0024】
本明細書において、ある構成が他の構成と「連結」されているとするとき、これは、「直接的に連結」されている場合のみならず、「それらの間に他の構成を介在して連結」されている場合も含む。
【0025】
本明細書において、Ａ上にＢが位置するという意味は、Ａ上に直接当接してＢが位置するか、またはそれらの間に別の層が位置しながらＡ上にＢが位置することを意味し、Ａの表面に当接してＢが位置することに限定されて解釈されない。
【0026】
本明細書において、マーカッシュ形式の表現に含まれた「これらの組み合わせ」という用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群から選択される１つ以上の混合又は組み合わせを意味するものであって、前記構成要素からなる群から選択される１つ以上を含むことを意味する。
【0027】
本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」の記載は、「Ａ、Ｂ、又は、Ａ及びＢ」を意味する。
【0028】
本明細書において、「第１」、「第２」又は「Ａ」、「Ｂ」のような用語は、特に説明がない限り、同一の用語を互いに区別するために使用される。
【0029】
本明細書において、単数の表現は、特に説明がなければ、文脈上解釈される単数又は複数を含む意味で解釈される。
【0030】
発明者らは、ＣＭＰ工程を行った後、ウエハの表面上に残っている凝集した粒子、金属粒子のような不純物をさらに効果的に除去し、素子特性を向上させるための改善された洗浄工程を有するウエハの洗浄方法を発明し、具現例を提示する。
【0031】
ウエハの洗浄方法
上記の目的を達成するために、具現例に係るウエハの洗浄方法は、
洗浄対象のウエハを、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理する過程を含むことで、ブラシ洗浄されたウエハを設けるスクラビングステップと、
前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄液で洗浄し、洗浄されたベアウエハを設ける洗浄ステップとを含み、
前記洗浄ステップは、１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップを順に含み、
前記１次洗浄ステップは、アンモニア及び過酸化水素を含む第１洗浄液で前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄して、１次洗浄されたウエハを設けるステップであり、
前記２次洗浄ステップは、塩酸及び過酸化水素を含む第２洗浄液で前記１次洗浄されたウエハを洗浄するステップであってもよい。
上記の目的を達成するために、具現例に係るウエハの洗浄方法は、
洗浄対象のウエハを、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理する過程を含むことで、ブラシ洗浄されたウエハを設けるスクラビングステップと、
前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄液で洗浄し、洗浄されたベアウエハを設ける洗浄ステップとを含み、
前記洗浄ステップは、１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップを順に含み、
前記１次洗浄ステップは、アンモニア及び過酸化水素を含む第１洗浄液で前記ブラシ洗浄されたウエハを洗浄して、１次洗浄されたウエハを設けるステップであり、
前記２次洗浄ステップは、塩酸及び過酸化水素を含む第２洗浄液で前記１次洗浄されたウエハを洗浄するステップであってもよい。
【0032】
前記スクラビングステップは、エピタキシャル層を形成する前の、化学的機械的研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理されたウエハを対象とすることができ、ウエハの一面上にブラシ５０を適用して洗浄することで、化学的機械的研磨で発生する粒子、かつ、その前のウエハを切断、平坦化する過程で発生する不純物を除去する。
【0033】
前記化学的機械的研磨は、通常の方法で行うことができ、回転する定盤上に設けられた研磨パッドにスラリーを加えながら、ウエハを所定の圧力で接触させて行われてもよい。前記定盤及びウエハの回転速度は２０ｒｐｍ～４００ｒｐｍであってもよく、前記研磨パッドはポリウレタン系研磨パッドであってもよい。前記スラリーは、シリカ及び過マンガン酸カリウムを含むことができ、前記接触圧力は２ｐｓｉ～１０ｐｓｉであってもよい。前記スクラビングステップのブラシ５０及び洗浄対象のウエハは、所定の速度で回転しながら接触することができる。前記ブラシの回転速度は、１０ｒｐｍ～２００ｒｐｍであってもよく、または３０ｒｐｍ～９０ｒｐｍであってもよい。前記ウエハの回転速度は、１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであってもよく、または５ｒｐｍ～２５ｒｐｍであってもよい。このようなブラシ及びウエハは、時計方向または反時計方向に回転することができ、前記回転速度を有することによって、研磨後に残った不純物を、スクラッチの発生を最小化しながら効果的に除去することができる。
【0034】
前記スクラビングステップのブラシ５０は、前記洗浄対象のウエハの一面と平行な軸を有する棒と、前記棒を取り囲み、表面に凹凸を有するブラシ素材とを含むことができ、前記棒とブラシ素材が一体に回転しながらウエハに接触することができる。
【0035】
前記スクラビングステップのブラシ５０のブラシ素材は、ポリエステル、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、アクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン及びナイロンからなる群から選択された１つ以上を含むことができる。
【0036】
前記スクラビングステップのブラシ５０は、複数個備えられてもよく、洗浄対象のウエハの一面だけでなく、他面も同じ方式でスクラビングが行われてもよい。
【0037】
前記スクラビングステップは、洗浄対象のウエハの中心を通る直径線を基準として、前記ブラシが左右に往復移動しながらウエハの表面のスクラビングが行われ得、ブラシの回転方向と移動方向が同じ方向になるようにすることができる。例えば、ブラシが直径線を基準として左側に移動するときは反時計方向に回転するようにし、右側に移動するときは時計方向に回転するようにすることができる。
【0038】
前記スクラビングステップは、２８５秒～６８０秒間行われてもよく、または３３０秒～４８０秒間行われてもよい。このような時間範囲で処理することで、過度のスクラッチを発生させず、効果的に不純物を処理することができる。
【0039】
前記スクラビングステップは、前記洗浄対象のウエハを、水を含む第１スクラビング洗浄液と共に、回転速度が２００ｒｐｍ以下になるようにブラシ処理して、第１スクラビング処理されたウエハを設ける第１スクラビングステップと、
前記第１スクラビング処理されたウエハを、アンモニア水を含む第２スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、第２スクラビング処理されたウエハを設ける第２スクラビングステップと、
前記第２スクラビング処理されたウエハを、水を含む第３スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、ブラシ洗浄されたウエハを設ける第３スクラビングステップとを含むことができる。
前記第１スクラビング処理されたウエハを、アンモニア水を含む第２スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、第２スクラビング処理されたウエハを設ける第２スクラビングステップと、
前記第２スクラビング処理されたウエハを、水を含む第３スクラビング洗浄液と共に、２００ｒｐｍ以下の回転速度でブラシ処理して、ブラシ洗浄されたウエハを設ける第３スクラビングステップとを含むことができる。
【0040】
前記第１スクラビングステップは、蒸留水、純水、超純水、及び脱イオン水から選択された１つ以上を含む第１スクラビング洗浄液を、シャワー方式を通じて洗浄対象のウエハに加えながら、回転するブラシを介して残りの不純物を処理する。
【0041】
前記第１スクラビングステップは、例示的にナイロン系ブラシを用いることができる。
【0042】
前記第１スクラビングステップのブラシの回転速度は、１０ｒｐｍ～２００ｒｐｍであってもよく、または３０ｒｐｍ～９０ｒｐｍであってもよい。
【0043】
前記第１スクラビングステップはまた、洗浄対象のウエハが回転しながら行われ得、洗浄対象のウエハの回転速度は、１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであってもよく、または５ｒｐｍ～２５ｒｐｍであってもよい。
【0044】
前記第１スクラビングステップの第１スクラビング洗浄液の供給時の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ～５Ｌ／ｍｉｎであってもよく、または０．５ｍＬ／ｍｉｎ～３Ｌ／ｍｉｎであってもよい。
【0045】
前記第１スクラビングステップは、１００秒～２４０秒間行われてもよく、または１２０秒～１８０秒間行われてもよい。
【0046】
前記第１スクラビングステップのｒｐｍ、第１スクラビング洗浄液の流量及び処理時間の範囲を満たすようにして、研磨工程時に発生する不純物を先制的に処理し、後続過程が容易に行われ得るようにする。
【0047】
前記第２スクラビングステップは、前記第１スクラビングステップの後、アンモニア：水が所定の体積比で混合された第２スクラビング洗浄液を、第１スクラビング処理されたウエハに加えながら、回転するブラシを介して残りの不純物を処理することができる。
【0048】
前記第２スクラビングステップの第２スクラビング洗浄液は、アンモニア：水の体積比が１：５～１：５０の体積比で混合されたものであってもよく、または１：１０～１：３０の体積比で混合されたものであってもよい。
【0049】
前記第２スクラビングステップは、例示的にポリビニルアルコールブラシを用いることができる。
【0050】
前記第２スクラビングステップのブラシの回転速度は、１０ｒｐｍ～２００ｒｐｍであってもよく、または３０ｒｐｍ～９０ｒｐｍであってもよい。
【0051】
前記第２スクラビングステップはまた、第１スクラビング処理されたウエハが回転しながら行われ得、第１スクラビング処理されたウエハの回転速度は、１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであってもよく、または５ｒｐｍ～２５ｒｐｍであってもよい。
【0052】
前記第２スクラビングステップの第２スクラビング洗浄液の供給時の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ～５Ｌ／ｍｉｎであってもよく、または０．５ｍＬ／ｍｉｎ～３Ｌ／ｍｉｎであってもよい。
【0053】
前記第２スクラビングステップは、８５秒～２００秒間行われてもよく、または９０秒～１２０秒間行われてもよい。
【0054】
前記第２スクラビングステップのｒｐｍ、第２スクラビング洗浄液の流量及び処理時間の範囲を満たすようにして、第１スクラビングステップの後に残存し得る不純物を効果的に処理し、後続過程が容易に行われ得るようにする。
【0055】
前記第３スクラビングステップは、前記第２スクラビングステップの後、蒸留水、純水、超純水、及び脱イオン水から選択された１つ以上を含む第３スクラビング洗浄液を、第２スクラビング処理されたウエハに加えながら、回転するブラシを介して残りの不純物を処理することができる。
【0056】
前記第３スクラビングステップは、例示的にポリビニルアルコールブラシを用いることができる。
【0057】
前記第３スクラビングステップのブラシの回転速度は、１０ｒｐｍ～２００ｒｐｍであってもよく、または３０ｒｐｍ～９０ｒｐｍであってもよい。
【0058】
前記第３スクラビングステップはまた、第２スクラビング処理されたウエハが回転しながら行われ得、第２スクラビング処理されたウエハの回転速度は、１ｒｐｍ～５０ｒｐｍであってもよく、または５ｒｐｍ～２５ｒｐｍであってもよい。
【0059】
前記第３スクラビングステップの第３スクラビング洗浄液の供給時の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ～５Ｌ／ｍｉｎであってもよく、または０．５ｍＬ／ｍｉｎ～３Ｌ／ｍｉｎであってもよい。
【0060】
前記第３スクラビングステップは、１００秒～２４０秒間行われてもよく、または６０秒～１８０秒間行われてもよい。
【0061】
前記スクラビングステップが行われたウエハは、後続の洗浄ステップを通じて金属の含量数値を低減させることができ、良好な素子性能及び向上した素子の製造収率を示すことができる。
【0062】
前記スクラビングステップのウエハ１０は、
原料物質３００及び前記原料物質と離隔した種結晶を含む反応容器２００を準備し、前記原料物質を前記種結晶上に昇華させてインゴットを製造するインゴット製造ステップと、
前記製造されたインゴットを所定のオフ角度及び間隔で複数回切断してウエハを製造し、製造されたウエハを化学的－機械的研磨処理するウエハ製造ステップとを含む方法を通じて製造されてもよい。
原料物質３００及び前記原料物質と離隔した種結晶を含む反応容器２００を準備し、前記原料物質を前記種結晶上に昇華させてインゴットを製造するインゴット製造ステップと、
前記製造されたインゴットを所定のオフ角度及び間隔で複数回切断してウエハを製造し、製造されたウエハを化学的－機械的研磨処理するウエハ製造ステップとを含む方法を通じて製造されてもよい。
【0063】
前記原料物質３００は、炭素源と珪素源を有する粉末形態が適用され得、前記粉末が互いにネッキング処理された原料、または表面を炭化処理した炭化珪素粉末などが適用されてもよい。
【0064】
前記反応容器２００は、インゴットの成長、昇華反応に適した容器であれば、制限なしに適用可能であり、具体的に黒鉛坩堝を適用できる。前記反応容器は、内部空間及び開口部を含む本体２１０と、前記開口部と対応して前記内部空間を密閉する蓋２２０とを含むことができる。前記坩堝蓋は、前記坩堝蓋と一体又は別途に種結晶ホルダをさらに含むことができ、前記種結晶ホルダを介して、種結晶と原料物質とが離隔しかつ対向するように、種結晶を固定することができる。
【0065】
前記反応容器２００は、断熱材４００によって取り囲まれて固定され得、前記反応容器を取り囲んだ断熱材が石英管のような反応チャンバ５００内に位置するようにすることができ、前記断熱材及び反応チャンバの外部に備えられた加熱手段６００により、前記反応容器の内部空間の温度を制御することができる。
【0066】
前記断熱材４００は、炭素系フェルトを含むことができ、具体的に黒鉛フェルトを含むことができ、レーヨン系黒鉛フェルトまたはピッチ系黒鉛フェルトを含むことができる。
【0067】
前記断熱材４００は、その密度が０．１４ｇ／ｃｃ以上であってもよく、０．１５ｇ／ｃｃ以上であってもよく、０．１６８ｇ／ｃｃ以上であってもよく、または０．１７ｇ／ｃｃ以上であってもよい。前記断熱材は、その密度が０．２８ｇ／ｃｃ以下であってもよく、０．２４ｇ／ｃｃ以下であってもよく、０．２０ｇ／ｃｃ以下であってもよく、または０．１８ｇ／ｃｃ以下であってもよい。前記密度の範囲を有する断熱材を介して、製造されるインゴットの反り及び歪みの発生を抑制することができ、インゴットから製造されるウエハが後続の処理ステップを通じて良好な特性を示すことができるようにする。
【0068】
前記反応チャンバ５００は、反応チャンバの内部と連結され、反応チャンバの内部の真空度を調節する真空排気装置７００と、反応チャンバの内部と連結され、反応チャンバの内部に気体を流入させる配管８１０と、気体の流入を制御するマスフローコントローラ８００とを含むことができる。これらを通じて、不活性気体の流量を調節できるようにする。
【0069】
前記インゴット成長ステップは、前記加熱手段によって前記反応容器２００及び反応容器の内部空間を加熱して行うことができ、前記加熱と同時又は別途に内部空間を減圧して真空度を調節し、不活性気体を注入しながら結晶の成長を誘導することができる。
【0070】
前記インゴット成長ステップは、２０００℃～２６００℃の温度及び１ｔｏｒｒ～２００ｔｏｒｒの圧力条件で行われ得、前記温度及び圧力の範囲で、より効率的にインゴットを製造することができる。
【0071】
前記インゴット成長ステップは、前記反応容器２００の外部に所定流量の不活性気体を加えることができる。前記不活性気体は、前記反応容器２００の内部空間でその流れが形成され得、前記原料物質３００から前記種結晶の方向にその流れが形成され得る。これによって、前記反応容器及び内部空間の安定した温度勾配を形成できるようにする。前記不活性気体は、具体的にアルゴン、ヘリウム、またはこれらの混合気体であってもよい。
【0072】
前記ウエハ製造ステップの切断は、前記インゴットの（０００１）面又は成長が始まった面と所定のオフ角度をなすように切断することができる。前記オフ角度は０°～１０°であってもよい。前記切断は、ウエハの厚さが１５０μｍ～９００μｍになるように行われてもよい。
【0073】
前記ウエハ製造ステップの切断を経て設けられたウエハの厚さを平坦化し、表面を研磨する加工ステップを含むことができる。厚さの平坦化は、ホイール研削（ｗｈｅｅｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）がウエハの両面に順次適用されて行われ得、前記切断ステップで加えられた損傷を除去することができる。
【0074】
前記厚さの平坦化の後、損傷層の除去のためのエッチングがさらに行われてもよい。
【0075】
前記洗浄ステップは、前記スクラビングステップを経た、ブラシ洗浄されたウエハに、まず、アンモニア、過酸化水素及び溶媒を含む第１洗浄液で１次洗浄するステップを含む。
【0076】
前記第１洗浄液は、アンモニアの単位体積当たり（アンモニア１体積当たり）、過酸化水素を０．８～４の体積比率で含むことができる。前記第１洗浄液は、前記アンモニアの単位体積当たり、溶媒を３～６０の体積比率で含むことができる。前記第１洗浄液は、アンモニアの単位体積当たり、酸化水素を０．８～２の体積比率で、そして、溶媒を４～４０の体積比率で含むことができる。
【0077】
前記溶媒は、水、脱イオン水、蒸留水、純水、超純水などを用いることができる。
【0078】
前記１次洗浄ステップは、前記ブラシ洗浄されたウエハが０．１ｒｐｍ～１０ｒｐｍの回転速度を持って行われてもよい。
【0079】
前記１次洗浄ステップは、６０℃～９０℃の温度で４４０秒～１２００秒間行われてもよい。
【0080】
前記１次洗浄ステップは、例示的に、前記ブラシ洗浄されたウエハに１０ＫＨｚ～３００ＫＨｚの超音波を加えて第１ａ洗浄処理されたウエハを設ける第１ａ洗浄過程と、
前記第１ａ洗浄処理されたウエハに０．１ＭＨｚ～２０ＭＨｚの超音波を加える第１ｂ洗浄過程とを含むことができる。
前記第１ａ洗浄処理されたウエハに０．１ＭＨｚ～２０ＭＨｚの超音波を加える第１ｂ洗浄過程とを含むことができる。
【0081】
前記第１ａ洗浄過程は、第１洗浄液、温度、ウエハの回転速度の条件を有することができる。
【0082】
前記第１ａ洗浄過程の超音波処理時の周波数は、１０ＫＨｚ～３００ＫＨｚであってもよく、または６０ＫＨｚ～１８０ＫＨｚであってもよい。
【0083】
前記第１ａ洗浄過程は、２２０秒～６００秒間行われてもよく、または３００秒～５００秒間行われてもよい。
【0084】
前記第１ａ洗浄過程は、このような周波数及び処理時間の条件を通じて、微細な不純物をさらに効果的に処理することができる。
【0085】
前記第１ｂ洗浄過程は、上述したように、１次洗浄ステップの第１洗浄液、温度、ウエハの回転速度の条件を有することができる。
【0086】
前記第１ｂ洗浄過程の超音波処理時の周波数は、０．１ＭＨｚ～２０ＭＨｚであってもよく、または０．５ＭＨｚ～３ＭＨｚであってもよい。
【0087】
前記第１ｂ洗浄過程は、２２０秒～６００秒間行われてもよく、または３００秒～５００秒間行われてもよい。
【0088】
前記第１ｂ洗浄過程は、このような周波数及び処理時間の条件を通じて、微細な不純物をさらに効果的に処理することができる。
【0089】
前記１次洗浄ステップを通じて、ウエハ上に残存する有機汚染物と金属不純物（Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｃｒなど）を除去することができる。
【0090】
前記洗浄ステップは、前記１次洗浄されたウエハをフッ酸（ＨＦ）溶液で洗浄するフッ酸洗浄ステップをさらに含むことができる。前記フッ酸洗浄ステップは、前記２次洗浄ステップの前に行うことができる。前記フッ酸の濃度は０．５ｗｔ％～２ｗｔ％であってもよい。
【0091】
前記フッ酸洗浄ステップは、１０℃～３０℃の温度で１分～３分間行われてもよい。
【0092】
前記洗浄ステップは、前記１次洗浄ステップの後、塩酸、過酸化水素及び溶媒を含む第２洗浄液で洗浄する２次洗浄ステップを含むことができる。
【0093】
前記第２洗浄液は、塩酸の単位体積当たり（塩酸１体積当たり）、過酸化水素を０．８～８の体積比率で含むことができる。前記第２洗浄液は、前記塩酸の単位体積当たり、溶媒を３～１００の体積比率で含むことができる。前記第２洗浄液は、塩酸の単位体積当たり、過酸化水素を０．８～６の体積比率で、そして、溶媒を４～８０の体積比率で含むことができる。前記溶媒は、水、脱イオン水、蒸留水、純水、超純水などを用いることができる。
【0094】
前記２次洗浄ステップは、１５℃～３５℃の温度で２２０秒～６００秒間行われてもよい。
【0095】
前記２次洗浄ステップは、前記ウエハが０．１ｒｐｍ～１０ｒｐｍの回転速度を持って行われてもよい。前記２次洗浄ステップを通じて、前記１次洗浄ステップでまだ除去できなかった不純物などと、アルカリイオン、水酸化物などを除去することができる。
【0096】
前記洗浄ステップは、前記１次洗浄ステップ及び２次洗浄ステップの後、それぞれ不活性気体バブルを加える不活性洗浄過程をさらに含むことができる。例示的に、前記不活性洗浄過程は、それぞれ、前記第１ａ洗浄過程の後、前記第１ｂ洗浄過程の後及び前記２次洗浄ステップの後にさらに含まれてもよい。
【0097】
前記不活性洗浄過程は、前記１次洗浄ステップ又は／及び２次洗浄ステップの後、ウエハを脱イオン水でシャワー及び排水処理し、高温の脱イオン水と窒素バブルを加えた後、再び脱イオン水でオーバーフロー（Ｏｖｅｒｆｌｏｗ）処理することができる。その次に、再び脱イオン水でシャワー及び排水処理し、脱イオン水と窒素バブルを介してシャワー処理した後、再び脱イオン水でオーバーフロー処理することができる。
【0098】
前記不活性洗浄過程は、２分～３０分間行われてもよく、または３分～１０分間行われてもよい。
【0099】
前記不活性洗浄過程を通じて、以前ステップの洗浄液などの不純物を完全に除去し、エピタキシャル層が良好に形成され得るようにする。
【0100】
前記洗浄ステップは、前記２次洗浄ステップで処理されたウエハの表面をオゾン水を用いて洗浄するオゾン洗浄ステップをさらに含むことができる。前記オゾン洗浄ステップを通じて、オゾンの強い酸化力によって金属不純物を容易に除去することができ、ウエハに再付着する現象を防止することができる。
【0101】
前記オゾン洗浄ステップのオゾン水の濃度は、重量を基準として１ｐｐｍ～３０ｐｐｍであってもよい。
【0102】
前記ウエハの洗浄方法は、４Ｈ構造の炭化珪素を含むウエハのＳｉ面を対象として行うことができ、このとき、さらに効果的に金属不純物を除去することができる。
【0103】
前記スクラビングステップ及び洗浄ステップを経たウエハは、後述したような不純物濃度を有することができ、これを適用して素子の製造収率を向上させることができ、良好な素子特性を示すことができる。
【0104】
ベアウエハ１０
上記の目的を達成するために、具現例に係るベアウエハ１０は、
４Ｈ構造の炭化珪素を含み、
総重量を基準として、一面のカルシウム含量が１０ｐｐｂ以下、鉄含量が１ｐｐｂ以下、ニッケル含量が０．１ｐｐｂ以下及び銅含量が１ｐｐｂ以下で含まれてもよい。また、総重量を基準として、カルシウム含量が０．０１ｐｐｂ以上、鉄含量が０．０１ｐｐｂ以上、ニッケル含量が０．０１ｐｐｂ以上及び銅含量が０．０１ｐｐｂ以上で含まれてもよい。
上記の目的を達成するために、具現例に係るベアウエハ１０は、
４Ｈ構造の炭化珪素を含み、
総重量を基準として、一面のカルシウム含量が１０ｐｐｂ以下、鉄含量が１ｐｐｂ以下、ニッケル含量が０．１ｐｐｂ以下及び銅含量が１ｐｐｂ以下で含まれてもよい。また、総重量を基準として、カルシウム含量が０．０１ｐｐｂ以上、鉄含量が０．０１ｐｐｂ以上、ニッケル含量が０．０１ｐｐｂ以上及び銅含量が０．０１ｐｐｂ以上で含まれてもよい。
【0105】
前記金属の含量は、前記ベアウエハ１０の珪素原子層が現れる一面であるＳｉ面においてＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）で測定した結果値である。
【0106】
前記ベアウエハ１０は、総重量を基準として、アルミニウム含量が１ｐｐｂ以下、カリウム含量が１ｐｐｂ以下、バナジウム含量が０．０１ｐｐｂ以下、クロム含量が０．１ｐｐｂ以下、マンガン含量が０．１ｐｐｂ以下、コバルト含量が０．０１ｐｐｂ以下、亜鉛含量が１０ｐｐｂ以下であってもよい。また、アルミニウム含量が０．０１ｐｐｂ以上、カリウム含量が０．０１ｐｐｂ以上、バナジウム含量が０．００１ｐｐｂ以上、クロム含量が０．０１ｐｐｂ以上、マンガン含量が０．０１ｐｐｂ以上、コバルト含量が０．００１ｐｐｂ以上、亜鉛含量が０．０１ｐｐｂ以上であってもよく、前記ＩＣＰ－ＭＳで得られた結果である。
【0107】
前記ＩＣＰ－ＭＳは、下記の実験例で行ったように行われ得る。
【0108】
前記ベアウエハ１０は、珪素原子層が現れる一面であるＳｉ面においてＴ－ＸＲＦ分析結果により得られたカルシウム含量が８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、鉄含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、ニッケル含量が０．２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、銅含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であってもよい。また、カルシウム含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、鉄含量が０．０１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、ニッケル含量が０．０１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、銅含量が０．０１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上であってもよい。
【0109】
前記ベアウエハ１０は、前記Ｔ－ＸＲＦ分析結果により得られたマンガン含量が１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、亜鉛含量が１．６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であってもよい。また、マンガン含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上であってもよく、亜鉛含量が０．１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上であってもよい。
【0110】
前記Ｔ－ＸＲＦは、下記の実験例で行ったように行われ得る。
【0111】
前記不純物の数値を満たすベアウエハは、素子の製造時の収率を向上させることができ、良好な素子特性を示すことができる。
【0112】
前記ベアウエハ１０は、一面１１及びその反対面である他面１２を含むことができる。
【0113】
前記ベアウエハ１０は、一面１１において、マイクロパイプの平均密度が３／ｃｍ２以下又は１／ｃｍ２以下であってもよく、０．１／ｃｍ２以上であってもよい。
【0114】
図１を参照すると、前記ベアウエハ１０の一面１１は、主に珪素原子が表面に現れる、いわゆるＳｉ面であり、前記一面の反対面である他面１２は、主に炭素原子が表面に現れる、いわゆるＣ面である。ウエハの切断加工時に、炭化珪素単結晶において炭素原子の層と珪素原子の層との境界面、またはこれと平行な方向に切断されやすく、これによって、炭素原子が主に露出する面と珪素原子が主に露出する面が切断面上に現れるようになる。
【0115】
前記一面１１の中心は、前記ベアウエハ１０の断面の形状が円形又は楕円形である場合、円又は楕円の中心に該当し得る。また、前記ウエハの断面の形状が円形又は楕円形である場合、前記半径は、最も小さい半径を基準とすることができる。
【0116】
前記ベアウエハ１０の縁部の一側は、垂直、水平を判断する基準であるフラットゾーン（図示せず）又はノッチ（図示せず）を含むことができる。
【0117】
前記ベアウエハ１０は、インゴットから切断される際に、インゴット又は種結晶のＣ面（（０００－１）面）からオフ角が０°～１０°として適用されたものであってもよい。
【0118】
前記ベアウエハ１０は、そのロッキング角度が基準角度に対し－１．５°～１．５°であってもよく、－１．０°～１．０°であってもよく、－０．５°～０．５°であってもよく、または－０．３°～０．３°であってもよい。このような特徴を有するウエハは、優れた結晶質特性を有することができる。前記ロッキング角度は、高分解能Ｘ線回折分析システム（ＨＲ－ＸＲＤ ｓｙｓｔｅｍ）を適用して、前記ウエハの［１１－２０］方向をＸ線経路に合わせ、Ｘ－ｒａｙ ｓｏｕｒｃｅ ｏｐｔｉｃとＸ－ｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃ角度を２θ（３５°～３６°）に設定した後、ウエハのオフ角に合わせてオメガ（ω）（又はシータ（θ）、Ｘ－ｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃ）角度を調節してロッキングカーブ（Ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）を測定し、基準角度であるピーク角度と２つの半値全幅（ＦＷＨＭ；ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ）値の差値をそれぞれロッキング角度として設定して結晶性を評価する。
【0119】
本明細書において、オフ角がＸ°ということは、通常許容する誤差範囲内でＸ°と評価されるオフ角を有するということを意味し、例示的に、（Ｘ°－０．０５°）～（Ｘ°＋０．０５°）の範囲のオフ角を含む。また、ロッキング角度が「基準角度に対し－１°～１°」ということは、半値全幅値が、基準角度であるピーク角度を基準として（ピーク角度－１°）～（ピーク角度＋１°）の範囲内にあるということを意味する。さらに、前記ロッキング角度は、ウエハの中央部分と縁部から中央方向に５ｍｍ以内の部分を除いた表面を実質的に均等に３等分し、各部分で３回以上測定した結果を平均して、前記のロッキング角度として取り扱う。具体的には、炭化珪素インゴットの（０００１）面に対して０°～１０°の範囲から選択された角度であるオフ角を適用したウエハのうち、オフ角が０°である場合、オメガ角度は１７．８１１１°であり、オフ角が４°である場合、オメガ角度は１３．８１１°、そして、オフ角が８°である場合、オメガ角度は９．８１１１°である。
【0120】
前記ベアウエハ１０の厚さは、１５０μｍ～９００μｍであってもよく、または２００μｍ～６００μｍであってもよく、半導体素子に適用できる適切な厚さであれば、これに制限するものではない。
【0121】
前記ベアウエハ１０は、欠陥や多形の混入が最小化された、実質的に単結晶である４Ｈ構造の炭化珪素からなることができる。
【0122】
前記ベアウエハ１０の直径は、４インチ以上であってもよく、５インチ以上であってもよく、または６インチ以上であってもよい。前記ウエハの直径は、１２インチ以下であってもよく、１０インチ以下であってもよく、または８インチ以下であってもよい。
【0123】
半導体素子１
上記の目的を達成するために、具現例に係る半導体素子１は、
前記によるウエハ１０と、
前記ウエハの一面上に配置されたエピタキシャル層２０と、
前記エピタキシャル層を挟んで前記ウエハと反対側に配置されたバリア領域３０と、
前記エピタキシャル層と接するソース電極４１、及び前記バリア領域上に配置されたゲート電極４２と、
前記ウエハの他面上に配置されたドレイン電極４３とを含むことができる。
上記の目的を達成するために、具現例に係る半導体素子１は、
前記によるウエハ１０と、
前記ウエハの一面上に配置されたエピタキシャル層２０と、
前記エピタキシャル層を挟んで前記ウエハと反対側に配置されたバリア領域３０と、
前記エピタキシャル層と接するソース電極４１、及び前記バリア領域上に配置されたゲート電極４２と、
前記ウエハの他面上に配置されたドレイン電極４３とを含むことができる。
【0124】
前記半導体素子１の一例を図６に示した。
【0125】
前記ウエハ１０は、ｎ＋型の炭化珪素を含むことができる。
【0126】
ここで、上付き文字の＋、－符号は、キャリアの濃度を相対的に示すもので、例えば、ｎ＋は、強くドープされて高いドーパント濃度を有するｎ型半導体を意味し、ｐ－は、非常に弱くドープされて相対的に低いドーパント濃度を有するｐ型半導体を意味する。
【0127】
前記ウエハ１０上のエピタキシャル層２０は、前記炭化珪素ウエハと格子定数の差が小さい又はほとんどない炭化珪素単結晶層からなることができる。
【0128】
前記エピタキシャル層２０は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程などで形成されてもよい。
【0129】
前記エピタキシャル層２０は、前記ｎ＋型の炭化珪素を含むウエハ１０上に配置されたｎ－型エピタキシャル層２１、及び前記ｎ－型エピタキシャル層上に配置されたｐ＋型エピタキシャル層２２を含むことができる。
【0130】
前記ｐ＋型エピタキシャル層は、上部に選択的なイオン注入を加え、ｎ＋型領域２３が形成され得る。
【0131】
前記半導体素子１の中央には、ｎ－型エピタキシャル層２１まで凹んだトレンチ構造のバリア領域と、前記トレンチ構造のバリア領域上にゲート電極４２が配置され得る。
【0132】
以下、具体的な実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲がこれに限定されるものではない。
【0133】
＜製造例－ウエハの製造＞
図２にインゴット製造装置の一例を示したように、反応容器２００の内部空間の下部に原料物質３００である炭化珪素粉末を装入し、その上部に炭化珪素種結晶を配置した。このとき、炭化珪素種結晶は、直径６インチの４Ｈ－ＳｉＣ結晶からなるものを適用し、Ｃ面（（０００－１）面）が内部空間の下部の炭化珪素原料に向かうように通常の方法により固定した。
図２にインゴット製造装置の一例を示したように、反応容器２００の内部空間の下部に原料物質３００である炭化珪素粉末を装入し、その上部に炭化珪素種結晶を配置した。このとき、炭化珪素種結晶は、直径６インチの４Ｈ－ＳｉＣ結晶からなるものを適用し、Ｃ面（（０００－１）面）が内部空間の下部の炭化珪素原料に向かうように通常の方法により固定した。
【0134】
反応容器２００を密閉し、その外部を断熱材４００で取り囲んだ後、外部に加熱手段６００である加熱コイルが備えられた石英管５００内に反応容器を配置した。前記反応容器の内部空間を減圧して真空雰囲気に調節し、アルゴンガスを注入して前記内部空間が７６０ｔｏｒｒに到達するようにした後、再び内部空間を減圧させた。同時に、内部空間の温度を５℃／ｍｉｎの昇温速度で２３００℃まで昇温させ、前記石英管と連通する配管８１０及び真空排気装置７００を介して、石英管の内部のアルゴンガスの流量を調節した。２３００℃の温度及び２０ｔｏｒｒの圧力条件下で１００時間、炭化珪素原料と対向する炭化珪素種結晶面に炭化珪素インゴットを成長させた。
【0135】
成長後、前記内部空間の温度を５℃／ｍｉｎの速度で２５℃まで冷却させ、同時に、内部空間の圧力が７６０ｔｏｒｒになるようにした。前記石英管と連通する配管８１０及び真空排気装置７００を介して、石英管の内部のアルゴンガスの流量を調節した。
【0136】
前記冷却された炭化珪素インゴットの（０００１）面と４°のオフ角を有するように切断し、３６０μｍの厚さ、及び１５０ｍｍの直径を有するウエハを設けた。
【0137】
以降、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行った。前記ウエハサンプルをＣＭＰ研磨装備の研磨ヘッドに固定し、ポリウレタン系研磨パッドを付着した定盤上に、前記ウエハの一面であるＳｉ面が研磨パッドに向かうようにした。その次に、シリカと過マンガン酸カリウムスラリーを２００ｍＬ／ｍｉｎの流量で投入しつつ定盤を２００ｒｐｍ及び研磨ヘッドを１９７ｒｐｍで回転させながら、６ｐｓｉの圧力でウエハの一面を１．５μｍ研磨し、前記のような方法でウエハの他面であるＣ面も０．５μｍ研磨し、洗浄した後に乾燥させた。
【0138】
＜実施例１－ウエハの洗浄＞
前記製造例で製造されたウエハに、図３に示したように配置されたナイロンブラシを備え、ウエハの回転速度を１０ｒｐｍ、ブラシの回転速度を６０ｒｐｍとするものの、脱イオン水を２Ｌ／ｍｉｎで加えながら、第１スクラビングステップを１２０秒間行った。
前記製造例で製造されたウエハに、図３に示したように配置されたナイロンブラシを備え、ウエハの回転速度を１０ｒｐｍ、ブラシの回転速度を６０ｒｐｍとするものの、脱イオン水を２Ｌ／ｍｉｎで加えながら、第１スクラビングステップを１２０秒間行った。
【0139】
前記第１スクラビングステップが行われたウエハに、図３に示したように配置されたポリビニルアルコールブラシを備え、ウエハの回転速度を１０ｒｐｍ、ブラシの回転速度を６０ｒｐｍとするものの、アンモニア：脱イオン水が１：２０の体積比で混合されたアンモニア水を２Ｌ／ｍｉｎで加えながら、第２スクラビングステップを９０秒間行った。
【0140】
前記第２スクラビングステップが行われたウエハに、図３に示したように配置されたポリビニルアルコールブラシを備え、ウエハの回転速度を１０ｒｐｍ、ブラシの回転速度を６０ｒｐｍとするものの、脱イオン水を２Ｌ／ｍｉｎで加えながら、第３スクラビングステップを１２０秒間行った。
【0141】
前記スクラビングステップの後、アンモニア：過酸化水素：脱イオン水が１：２：２０の体積比で混合された第１洗浄液を、１２０ＫＨｚの超音波条件でウエハに加え、かつ７０℃の温度、ウエハの回転速度１ｒｐｍの条件で、３００秒間、第１ａ洗浄過程を行った。
【0142】
前記第１ａ洗浄過程の後、ウエハを脱イオン水でシャワー及び排水処理し、高温の脱イオン水と窒素バブルを加えた後、再び脱イオン水でオーバーフロー（Ｏｖｅｒｆｌｏｗ）処理した。その次に、再び脱イオン水でシャワー及び排水処理し、脱イオン水と窒素バブルを介してシャワー処理した後、再び脱イオン水でオーバーフロー処理して、第１不活性洗浄過程を行った。
【0143】
前記第１不活性洗浄過程の後、前記第１洗浄液を１ＭＨｚの超音波条件でウエハに加え、かつ７０℃の温度、ウエハの回転速度１ｒｐｍの条件で、３００秒間、第１ｂ洗浄過程を行った。
【0144】
前記第１ｂ洗浄過程の後、第２不活性洗浄過程を前記第１不活性洗浄過程と同様の方法で行った。
【0145】
前記第２不活性洗浄過程の後、塩酸：過酸化水素：脱イオン水が１：３：６０の体積比で混合された第２洗浄液をウエハに加え、かつ、７０℃の温度、ウエハの回転速度１ｒｐｍの条件で、３００秒間、２次洗浄ステップを行った。
【0146】
前記２次洗浄ステップの後、第３不活性洗浄過程を前記第１不活性洗浄過程と同様の方法で行った。
【0147】
＜比較例１－ウエハの洗浄＞
前記実施例１において、第１スクラビングステップ、第２スクラビングステップ及び第３スクラビングステップの処理時間をそれぞれ６０秒、第１ａ洗浄過程及び第１ｂ洗浄過程の処理時間をそれぞれ１５０秒、２次洗浄ステップの処理時間を１５０秒に変更した以外は、前記実施例１と同様に行った。
前記実施例１において、第１スクラビングステップ、第２スクラビングステップ及び第３スクラビングステップの処理時間をそれぞれ６０秒、第１ａ洗浄過程及び第１ｂ洗浄過程の処理時間をそれぞれ１５０秒、２次洗浄ステップの処理時間を１５０秒に変更した以外は、前記実施例１と同様に行った。
【0148】
＜比較例２－ウエハの洗浄＞
前記実施例１において、第１スクラビングステップ、第２スクラビングステップ及び第３スクラビングステップの処理時間をそれぞれ９０秒、７５秒、９０秒、第１ａ洗浄過程及び第１ｂ洗浄過程の処理時間をそれぞれ２００秒、２次洗浄ステップの処理時間を２００秒に変更した以外は、前記実施例１と同様に行った。
前記実施例１において、第１スクラビングステップ、第２スクラビングステップ及び第３スクラビングステップの処理時間をそれぞれ９０秒、７５秒、９０秒、第１ａ洗浄過程及び第１ｂ洗浄過程の処理時間をそれぞれ２００秒、２次洗浄ステップの処理時間を２００秒に変更した以外は、前記実施例１と同様に行った。
【0149】
＜実験例－金属不純物の濃度の測定＞
前記実施例及び比較例のウエハのＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析、Ａｇｉｌｅｎｔ社の７９００）結果及びＴ－ＸＲＦ（Ｘ線蛍光分析、ｒｉｇａｋｕ社）結果を表１及び表２に示した。
前記実施例及び比較例のウエハのＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析、Ａｇｉｌｅｎｔ社の７９００）結果及びＴ－ＸＲＦ（Ｘ線蛍光分析、ｒｉｇａｋｕ社）結果を表１及び表２に示した。
【0150】
【表1】
【0151】
【表2】
【0152】
ウエハの洗浄において適切な処理条件及び処理時間を加えた実施例は、ＩＣＰ－ＭＳ結果で検出限界以下の不純物濃度を示し、処理時間が不十分な比較例の場合、カルシウム、マンガン、ニッケル、亜鉛などの金属不純物の濃度が良好でないことを確認した。
【0153】
＜実験例－ショットキーバリアダイオードの不良率の確認＞
前記実施例及び比較例で製造されたウエハを介して、カソード層／ＳｉＣ基板（ウエハ）／ＳｉＣ Ｎ型ドリフト層／アノード層、そして、ドリフト層上にアノード層と接するパッシベーション層を含む複数のショットキーバリアダイオードを設けた。このとき、前記ショットキーバリアダイオードの断面積が、下記の順方向電流条件に応じて、１０Ａの場合に３．１６×２．１０ｍｍ２、２０Ａの場合に３．１６×４．１０ｍｍ２、２５Ａの場合に４．７６×３．２８ｍｍ２になるようにした。
前記実施例及び比較例で製造されたウエハを介して、カソード層／ＳｉＣ基板（ウエハ）／ＳｉＣ Ｎ型ドリフト層／アノード層、そして、ドリフト層上にアノード層と接するパッシベーション層を含む複数のショットキーバリアダイオードを設けた。このとき、前記ショットキーバリアダイオードの断面積が、下記の順方向電流条件に応じて、１０Ａの場合に３．１６×２．１０ｍｍ２、２０Ａの場合に３．１６×４．１０ｍｍ２、２５Ａの場合に４．７６×３．２８ｍｍ２になるようにした。
【0154】
このショットキーバリアダイオードの順方向電流条件（１０Ａ、２０Ａ、２５Ａ）で順方向電圧の要求事項（１．８Ｖ以下）を満たさない素子を不良と判断し、このような分布を測定してウエハの不良率を把握し、表３、図４及び図５などに示した。
【0155】
【表3】
【0156】
図４は、実施例１のベアウエハを適用した１０Ａ級（ａ）、２０Ａ級（ｂ）、２５Ａ級（ｃ）のショットキーダイオードの順方向電圧による分布を示したグラフであり、図５は、比較例１のウエハを適用した１０Ａ級（ａ）、２０Ａ級（ｂ）、２５Ａ級（ｃ）のショットキーダイオードの順方向電圧による分布を示したグラフである。
【0157】
図４及び図５において、横軸は、製造されたショットキーバリアダイオードの順方向電圧（Ｖ）を示し、縦軸は標本の数を示す。赤い点線は、順方向電圧の規格上限を示し、実施例の場合、比較例と比較して不良率が著しく少ないことが分かる。
【0158】
すなわち、ウエハの洗浄において適切な処理時間を加えた実施例は、要求事項を満たさない不良率が、比較例と比較して良好であることを確認することができ、これは、実施例の洗浄過程で残存する金属不純物を基準数値以下に除去したことによる効果と判断される。
【0159】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
【符号の説明】
【0160】
１０ ウエハ
１１ 一面
１２ 他面
５０ ブラシ
１００ 炭化珪素インゴット
２００ 反応容器
２１０ 本体
２２０ 蓋
３００ 原料
４００ 断熱材
５００ 反応チャンバ、石英管
６００ 加熱手段
７００ 真空排気装置
８００ マスフローコントローラ
８１０ 配管
１１ 一面
１２ 他面
５０ ブラシ
１００ 炭化珪素インゴット
２００ 反応容器
２１０ 本体
２２０ 蓋
３００ 原料
４００ 断熱材
５００ 反応チャンバ、石英管
６００ 加熱手段
７００ 真空排気装置
８００ マスフローコントローラ
８１０ 配管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【外国語明細書】