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公開番号2025040381
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-24
出願番号2024077047
出願日2024-05-10
発明の名称シリコン基板構造
出願人台亞半導體股フン有限公司,Taiwan-Asia Semiconductor Corporation
代理人個人
主分類C30B 29/06 20060101AFI20250314BHJP(結晶成長)
要約【課題】安定してエピタキシャル結晶を成長させることができるシリコン基板構造を提供する。
【解決手段】基板1は、第1表面と第2表面12を有する。第1表面は、シリコン(111)格子面の一方の側に形成される。第2表面12は、シリコン(111)格子面の反対側に形成される。第1溝2は、基板1の第2表面12に第1方向D1に沿って設けられる。第2溝3は、基板1の第2表面12に第2方向D2に沿って設けられる。第3溝4は、基板1の第2表面12に第3方向D3に沿って設けられる。第1方向D1は、シリコン(111)格子面からシリコン(1-1-1)格子面への方向として定義される。第2方向D2は、シリコン(-11-1)格子面からシリコン(1-11)格子面への方向として定義される。第3方向D3は、シリコン[1-10]の結晶軸方向として定義される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
シリコン基板構造であって、
シリコン（１１１）格子面の一方の側に形成される第１表面と、シリコン（１１１）格子面の反対側に形成される第２表面と、を有する基板と、
前記基板の前記第２表面に第１方向に沿って設けられる第１溝と、
前記基板の前記第２表面に第２方向に沿って設けられる第２溝と、
前記基板の前記第２表面に第３方向に沿って設けられる第３溝と、を備え、
前記第１方向は、シリコン（１１１）格子面からシリコン（１－１－１）格子面への方向として定義され、前記第２方向は、シリコン（－１１－１）格子面からシリコン（１－１１）格子面への方向として定義され、前記第３方向は、シリコン［１－１０］の結晶軸方向として定義される、シリコン基板構造。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記第１方向はシリコン（１１１）格子面の第４方向と第１角度をなしており、前記第２方向はシリコン（１１１）格子面の前記第４方向と第２角度をなしており、前記第４方向は前記第３方向に垂直であり、前記第１角度は前記第２角度と実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板構造。
【請求項３】
前記第１角度と前記第２角度は３５．２６±３度であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン基板構造。
【請求項４】
前記第１溝は、前記第１方向に平行に並べて配置された複数第１トレンチを有し、前記第２溝は、前記第２方向に平行に並べて配置された複数第２トレンチを有し、前記第３溝は、前記第３方向に平行に並べて配置された複数第３トレンチを有することを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板構造。
【請求項５】
前記第１トレンチ、前記第２トレンチ、または前記第３トレンチのいずれかは、連続的または断続的に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のシリコン基板構造。
【請求項６】
前記第１トレンチは第１幅を有し、前記第２トレンチは第２幅を有し、前記第３トレンチは第３幅を有し、前記第１幅、前記第２幅、及び前記第３幅は等しいことを特徴とする請求項４に記載のシリコン基板構造。
【請求項７】
前記第１幅、前記第２幅、及び前記第３幅は、それぞれ１０ミクロンから５ミリメートルであることを特徴とする請求項６に記載のシリコン基板構造。
【請求項８】
前記基板と前記第１トレンチは第１高さを規定し、前記基板と前記第２トレンチは第２高さを規定し、前記基板と前記第３トレンチは第３高さを規定し、前記第１高さ、前記第２高さ、及び前記第３高さは等しいことを特徴とする請求項４に記載のシリコン基板構造。
【請求項９】
前記第１高さ、前記第２高さ、及び前記第３高さは、それぞれ５００ミクロンから２０００ミクロンであることを特徴とする請求項８に記載のシリコン基板構造。
【請求項１０】
前記基板は、互いに接続され、前記基板を非円形基板として規定する外周部と割線部を有することを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板構造。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板構造に関し、特に、エピタキシャル成長時の応力を解消するために特定の格子方向に沿って形成された複数の溝を有するシリコン基板構造に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
エピタキシャル技術は、半導体製造やオプトエレクトロニクスにおいて重要な役割を果たしている。エピタキシャル技術では主に炭化ケイ素と窒化ガリウムの２種類の材料が使用される。窒化ガリウム層のエピタキシャル成長によって形成されるシリコン基板構造は、半導体デバイスに欠かせないベース材料である。製造コストの観点から、現在の窒化ガリウム基板の主流は、シリコン基板上に窒化ガリウムのエピタキシャル結晶を成長させるシリコンベースの窒化ガリウム技術である。この技術は、半導体業界におけるヘテロエピタキシャル技術である。エピタキシャル結晶が成長するにつれて、高温膨張により窒化ガリウム層がどんどん厚くなり、シリコン基板も温度上昇に伴って膨張する。シリコン基板の下の変形量も窒化ガリウムのエピタキシャル層の厚さとともに大きくなり、基板の引張ひずみは徐々に大きくなる。窒化ガリウム膜の厚さがある閾値を超えると、下の圧縮応力が他の方向に伝達され、下の方の格子ほど圧縮現象が顕著になる。なお、エピタキシャル成長時に温度が上昇するにつれて、窒化ガリウム層の熱膨張がより顕著になり、その結果、引張応力が増加し、シリコン基板の中央の反りが大きくなり、エピタキシャルの均一性に悪影響を与えることになる。
【０００３】
ところで、２つの異なる材料間の格子不整合と熱膨張係数の違いにより、異なる材料の間にはひずみが蓄積しやすい。エピタキシャル成長中、温度上昇により変形が生じ、温度が下がると応力が不均一に解放され、エピタキシャル膜の品質に悪影響を及ぼしたり、クラックが発生したりする。異なる材料を使用したエピタキシャル技術の改善方法には、エピタキシャル基板の表面にパターンを設ける方法、エピタキシャル基板の表面に溝を設け、応力補償材料を充填する方法、応力を吸収するクッション層構造を用いる方法などがある。上記の技術はすべて、高温での基板の反りを改善し、加熱プロセスを均一にし、冷却後に応力を均一に解放するために、より優れたエピタキシャル材料が必要となる。
【０００４】
上記事情に鑑みて、本発明は、エピタキシャル成長の均一性の悪さやクラックの発生しやすさという従来技術の問題点を解決するためのシリコン基板構造を提案する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、安定してエピタキシャル結晶を成長させることができるシリコン基板構造を提供することにある。本発明は、基板構造の下面に、３つの特定の格子方向に基づいて溝が形成されたものである。温度が上昇すると、下部のシリコン格子が圧縮される余地ができ、基板上のエピタキシャル層が安定的に成長できるようになる。溝の空間は、基板の反りによる変形を補償し、変形によって蓄積された応力を緩和することが可能である。一方、温度が下がると、高温状態で圧縮されていたシリコン格子が徐々に集中し、冷却された窒化ガリウム層もシリコン基板にひずみをもたらすが、基板に設けられた溝により、変形量を減らし、ひずみを均一に解放することができる。したがって、本発明に係るシリコン基板構造を使用すると、エピタキシャル工程において、クラックの発生を低減し、均一性を向上させることができ、エピタキシャル膜の製造歩留まりを向上させることが可能である。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、基板と、第１溝と、第２溝と、第３溝とを備えるシリコン基板構造を開示する。前記基板は、第１表面と第２表面を有する。前記第１表面は、シリコン（１１１）格子面の一方の側に形成される。前記第２表面は、シリコン（１１１）格子面の反対側に形成される。第１溝は、前記基板の前記第２表面に第１方向に沿って設けられる。第２溝は、前記基板の前記第２表面に第２方向に沿って設けられる。第３溝は、前記基板の前記第２表面に第３方向に沿って設けられる。前記第１方向は、シリコン（１１１）格子面からシリコン（１－１－１）格子面への方向として定義される。前記第２方向は、シリコン（－１１－１）格子面からシリコン（１－１１）格子面への方向として定義される。前記第３方向は、シリコン［１－１０］の結晶軸方向として定義される。
【０００７】
本発明の実施形態において、前記第１方向はシリコン（１１１）格子面の第４方向と第１角度をなしており、前記第２方向はシリコン（１１１）格子面の前記第４方向と第２角度をなしており、前記第４方向は前記第３方向に垂直であり、前記第１角度は前記第２角度と実質的に等しい。
【０００８】
本発明の実施形態において、前記第１角度と前記第２角度は３５．２６±３度である。
【０００９】
本発明の実施形態において、前記第１溝は、前記第１方向に平行に並べて配置された複数第１トレンチを有し、前記第２溝は、前記第２方向に平行に並べて配置された複数第２トレンチを有し、前記第３溝は、前記第３方向に平行に並べて配置された複数第３トレンチを有する。
【００１０】
本発明の実施形態において、前記第１トレンチ、前記第２トレンチ、または前記第３トレンチのいずれかは、連続的または断続的に配置されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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