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公開番号2025106296
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-15
出願番号2025044147,2023504453
出願日2025-03-18,2021-06-09
発明の名称ひび割れを低減するための半導体半製品および半導体基板における結晶構造配向、ならびにそれを設定する方法
出願人サイクリスタルゲーエムベーハー
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 29/06 20060101AFI20250708BHJP(結晶成長)
要約【課題】劈開に対する機械的堅牢性が向上した単結晶半導体半製品または単結晶半導体基板、並びにそれらを製造する方法を提供する。
【解決手段】中心軸と、前記中心軸に平行な、少なくとも部分的に湾曲している側部表面と、を有する、単結晶半導体半製品または単結晶半導体基板において、単結晶半導体の結晶構造が、中心軸と、少なくとも部分的に湾曲している側部表面とに対して所定の配向で配向されており、所定の配向において、第1の劈開面のセットに対して直角の第1の結晶軸が、中心軸を横断する面と第1の傾斜角をなし、第2の劈開面のセットと第1の結晶軸とに直角の第2の結晶軸が、中心軸を横断する面と第2の傾斜角をなし、それにより、第1または第2の劈開面のいずれかと対称等価である平行な劈開面の各セットが、中心軸に対して傾いていることを特徴とする、単結晶半導体半製品または単結晶半導体基板である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
劈開に対する機械的堅牢性が向上した単結晶半導体半製品または単結晶半導体基板であ
って、前記半導体半製品または基板が、中心軸と、前記中心軸に平行な、少なくとも部分
的に湾曲している側部表面と、を有する、単結晶半導体半製品または単結晶半導体基板に
おいて、
前記単結晶半導体の結晶構造が、前記中心軸と、前記少なくとも部分的に湾曲している
側部表面とに対して所定の配向で配向されており、前記所定の配向において、
第１の劈開面のセットに対して直角の第１の結晶軸が、前記中心軸を横断する面と第１
の傾斜角をなし、
第２の劈開面のセットと前記第１の結晶軸とに直角の第２の結晶軸が、前記中心軸を横
断する前記面と第２の傾斜角をなし、それにより、前記第１または第２の劈開面のいずれ
かと対称等価である平行な劈開面の各セットが、前記中心軸に対して傾いている
ことを特徴とする、単結晶半導体半製品または単結晶半導体基板。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記第１の傾斜角および前記第２の傾斜角は、第１および第２の劈開面の各セットが、
前記中心軸に平行な線分に沿って、前記少なくとも部分的に湾曲している側部表面と交差
し、前記線分の単位長さ当たり少なくとも所定の最小数の平行な劈開面があるように、そ
れぞれ選択される、請求項１に記載の単結晶半導体半製品または基板。
【請求項３】
単位長さ当たりの平行な劈開面の前記所定の最小数が、ミリメートル当たり少なくとも
１０００面である、および／または
前記中心軸が、前記少なくとも部分的に湾曲している側部表面の湾曲部によって画定さ
れる円柱表面の対称軸である、請求項２に記載の単結晶半導体半製品または基板。
【請求項４】
単位長さ当たり前記少なくとも所定の最小数の平行な劈開面をもたらすように、前記第
１の傾斜角が、前記第１の結晶軸に垂直な前記第１の劈開面同士の間の距離に基づいて見
積もられる、および／または、前記第２の傾斜角が、前記第２の結晶軸に垂直な前記第２
の劈開面同士の間の距離に基づいて見積もられる、請求項１から３のいずれか一項に記載
の単結晶半導体半製品または基板。
【請求項５】
前記第１の結晶軸および前記第１の傾斜角がさらに、前記単結晶半導体からなる基板上
におけるエピタキシャル成長の必要条件に基づいて選択される、請求項１から４のいずれ
か一項に記載の単結晶半導体半製品または基板。
【請求項６】
第１および第２の主面をさらに備え、
前記第１および第２の主面が、前記少なくとも部分的に湾曲している側部表面に対して
それぞれ直角である、および／または、前記第１および第２の主面の一方もしくは両方が
、前記中心軸に対して直角である、ならびに／または
前記少なくとも部分的に湾曲している側部表面が、円柱表面を画定する湾曲部を有し、
前記中心軸がその対称軸である、請求項１から５のいずれか一項に記載の単結晶半導体半
製品または基板。
【請求項７】
前記半導体半製品または半導体基板が、シリコン、ＩＩＩ－Ｖ型半導体、ＩＩ－ＶＩ型
半導体、およびＩＩ－ＶＩ混合結晶を含む群から選択される半導体材料から作られている
、請求項１から６のいずれか一項に記載の単結晶半導体半製品または基板。
【請求項８】
前記半導体半製品または基板が、ウルツ鉱型構造、ダイヤモンド型構造、および閃亜鉛
鉱型構造の１つを有する半導体材料から作られている、請求項１から７のいずれか一項に
記載の単結晶半導体半製品または基板。
【請求項９】
前記半導体結晶構造が前記ウルツ鉱型構造であり、前記第１の結晶軸が、前記ウルツ鉱
型構造における
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軸または前記
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軸と対称等価な結晶軸のうちのいずれかである、および／または
前記第１の傾斜角が４°であり、±０．５°の許容差を有する、および／または
前記第２の傾斜角が、間隔［０．０１５°；０．１５３°］から選択される値、もしく
は好ましくは０．０２３°である、請求項８に記載の単結晶半導体半製品または基板。
【請求項１０】
前記半導体結晶構造が前記ダイヤモンド型構造であり、前記第１の結晶軸が、前記ダイ
ヤモンド型構造における［１１１］軸もしくは前記［１１１］軸と対称等価な結晶軸のう
ちのいずれかである、または
前記半導体結晶構造が前記閃亜鉛鉱型構造であり、前記第１の結晶軸が、前記閃亜鉛鉱
型構造における［１１０］軸もしくは前記［１１０］軸と対称等価な結晶軸のうちのいず
れかである、請求項８に記載の単結晶半導体半製品または基板。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的処理中の亀裂やひび割れの発生を低減するかまたは無くすために結晶
構造の特定の配向を有する半導体単結晶と、そのような配向をもつ半導体単結晶を製造す
る方法とに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体基板は、パワーエレクトロニクス、無線周波、光電用途などの幅広い用途向けの
電子部品および光電子部品の製造で一般に使用される。半導体基板は、一般に、適切な原
料物質から、物理蒸着法（ＰＶＴ）、溶液成長、または融解相成長などの結晶成長プロセ
スによって成長させたバルク半導体単結晶から製造される。半導体基板は、次いで、ワイ
ヤソーを使用してウエハを切断した後にウエハ表面を複数段階の研磨ステップで精密化す
ることにより、バルク半導体単結晶から得られる。次いで、それに続くエピタキシープロ
セスで、半導体材料（例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ）の薄い単結晶層が、半導体基板上に堆積
される。それらのエピタキシャル層およびそれから作られる部品の性質は、基礎となる半
導体基板の品質に決定的に依存する。
【０００３】
基板の望まれる直径および１つまたは複数のオリエンテーションフラット（ＯＦ）が、
一般に、結晶側部表面の研削などの機械的プロセスを通じて、成長したままの半導体結晶
に設定され、そのように処理された結晶円柱の各主面が、ウエハ分離プロセス（例えば、
ワイヤソー加工による）のために準備される。図１に示されるように、そのような機械的
処理から得られる半導体半製品１００は、将来の基板ウエハの直径と、側部円柱表面１３
０に画定された１つまたは２つのオリエンテーションフラット１１０（またはノッチ）と
、平行で平坦な主面１２０ａ、１２０ｂとを有する、向きのある円柱である。
【０００４】
半導体半製品１００は次いで、例えばワイヤソープロセスを使用して、個々の未加工単
結晶半導体基板に分割される。品質管理後、単結晶半導体基板は、さらなる機械的処理を
受ける。一例として、以下のプロセス手順が使用され得る。縁端部の機械的処理の後、単
段階または複数段階の研削または研磨プロセスを行って、基板分離プロセス中に生じた破
壊層を取り除くと共に、基板の粗さを徐々に低減させる。次いで、それぞれの表面の最終
仕上げのために、化学機械的研磨プロセス（ＣＭＰ）が、基板の片面または両面に適用さ
れる。完成した表面に対する基礎となる結晶構造の配向は、後に基板上に成長させるエピ
タキシャル層の性質の決定要因の一つである。
【０００５】
上記のような多段階の機械的処理の間、バルク単結晶および基板は、著しい機械力を受
ける。しかし、半導体結晶は、高い脆性と低い延性を示すことが知られている。詳細には
、ひび割れや亀裂は、例えば、ウルツ鉱型結晶構造を有する半導体（例えばＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ、ＩｎＮ）における形態
【０００６】
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および
【０００７】
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の結晶面、または閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体（例えばＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ等）に
おける形態｛１１０｝の結晶面の場合のように、それぞれの結晶構造の優先劈開面に沿っ
て半導体結晶上に形成されやすく、そのことが、半導体半製品円柱および／または基板の
損傷または破壊につながる。特に、機械力が径方向に（すなわち、外側直径に対して直角
に）加えられる機械的プロセスでは、劈開面に沿って亀裂が入る増大した確率が、結晶な
らびに基板のひび割れにつながり、結果として、望ましくない歩留まりの低下につながる
。
【０００８】
半導体半製品の機械的処理中、研削工具、例えば研削砥石、によって及ぼされる力の多
くの量は円柱外側直径（すなわち、円柱側部表面）に直角に加えられるので、研削による
外側直径の設定は最も重要なプロセスステップである。
【０００９】
単結晶半導体基板の機械的処理では、基板の縁端部を機械加工するステップと、研磨す
るステップの両方が非常に重要である。例えば、基板縁端部を面取りする時には、カップ
型研削砥石を用いて、径方向の力が基板の外側直径に加えられる。基板がロータディスク
内を案内される研磨中には、それらのロータディスクにより、同様に径方向の力が基板の
外側直径に及ぼされる。
【００１０】
その結果、それぞれのバルク結晶および基板の機械的処理時には、劈開格子面の存在と
併せて、半導体材料の高い脆性に特別な注意が払われなければならない。
（【００１１】以降は省略されています）

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