JP2001509095A - 大きな寸法を有した半導体材料ウェハの作製方法ならびに絶縁体上に半導体を配したタイプの基板の作製に際しての得られた基板の利用 - Google Patents

大きな寸法を有した半導体材料ウェハの作製方法ならびに絶縁体上に半導体を配したタイプの基板の作製に際しての得られた基板の利用

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、半導体材料からなるインゴット(1)をカットすることにより、半導体材料からなる少なくとも1つのウェハを得るための方法に関するものである。大面積のウェハ(10)を得るために、カットは、インゴットの長さ方向面に沿って行われる。得られたウェハは、例えば、絶縁体上にシリコンが配されたタイプの基板のような、絶縁体上に半導体が配されたタイプの基板を作製するために使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 大きな寸法を有した半導体材料ウェハの作製方法ならびに 絶縁体上に半導体を配したタイプの基板の作製に際しての 得られた基板の利用 本発明は、半導体材料からなる大面積ウェハの作製方法に関するものである。 本発明は、また、絶縁体上に半導体を配したタイプの基板、とりわけ、絶縁体上 にシリコンを配したタイプの基板、の作製に際しての、得られた基板の利用に関 するものである。 絶縁性支持体上に半導体材料製層またはフィルムを備えてなるタイプの基板の 作製に関しては、いくつかの公知プロセスがある。特に、これらプロセスは、絶 縁体上にシリコンを配したタイプの基板の作製に使用することができる。 ヘテロエピタキシー法は、結晶成長を行うために使用することができる。例え ば、シリコンとは異なる性状の単結晶基板上に、薄膜状のシリコン結晶を成長さ せるために使用することができる。この場合、単結晶基板としては、シリコンの 格子定数に類似した格子定数を有したものが使用され、例えば、サファイア基板 (Al23)やフッ化カルシウム基板(CaF2)が使用される。 SIMOXプロセスは、基板から隔離された単結晶シリコン薄膜をなすシリコ ンの体積内に酸化シリコン層を形成するために、シリコン基板を使用することな く、高酸素照射量によるイオン打込を使用する。 他のプロセスは、機械−化学的除去あるいは化学的除去によるウェハの薄化と いう原理を使用している。このカテゴリーにおいて最も有効なプロセスは、また 、エッチング停止バリアの原理を使用している。このエッチング停止バリアは、 要望された厚さに到達した時点で、ウェハの薄化を停止させる。したがって、一 様な厚さを保証する。一例として、この手法においては、要求されたフィルム厚 さを超えてnタイプ基板のpタイプドーピングを行い、nタイプシリコンに対し て活性でありかつpタイプシリコンに対して不活性であるような化学バスによっ て、基板の化学エッチングを行う。 半導体薄膜の主要な応用は、絶縁体上にシリコンが配されたタイプの基板、X 線リソグラフィーに関するマスク形成のためのシリコンまたはシリコンカーバイ ド製自己支持(自立性)膜、センサ、太陽電池、および、複数の活性層を備えた 集積回路の作製、である。 薄膜を形成するための様々な方法は、製造技術に関連した欠点を有している。 ヘテロエピタキシー法は、基板の性質によって制限される。基板の格子定数が 半導体の格子定数と厳密に一致していないことのために、薄膜内には、多数の結 晶欠陥が発生してしまうこととなる。さらに、これら基板は、高価であるととも に脆性が大きく、限られた寸法でしか利用することができない。 SIMOX法は、非常に大きな照射量のイオン打込を必要とする。このために は、非常に重くかつ複雑な打込装置が必要である。この装置の処理効率は、低く 、進み具合の確認が困難である。 厚さを減少させる方法は、エッチング停止バリアの原理を使用している場合に は、均一性や品質の点から競合的である。うまくないことに、停止バリアの形成 が、このプロセスを複雑なものとしており、多くの場合、フィルムの応用を制限 している。nタイプ基板内においてpタイプドーピングによってエッチング停止 バリアが形成されている場合には、このフィルムを使用して作製された電子デバ イスは、フイルムのpタイプ性状に応じた設計としなければならない。 最近のプロセスは、これら従来技術の欠点を克服するために開発された。この プロセスは、仏国特許出願公開明細書第2 681 472号に開示されている。 このプロセスにおいては、平面状表面を有した所望半導体材料製ウェハに関して 、 −第1ステップとして、希ガスまたは水素ガスであるように選択されたイオンに よって、打ち込まれたイオンが拡散によって半導体から散逸し得る温度よりも低 い温度とされたウェハの平面状表面に衝撃による打込を行い、ウェハの厚さ内に 、イオンの侵入深さとほぼ同じ深さでもって、基板の大部分からなる下部領域と 薄膜をなす上部領域とに基板を分割するようなマイクロキャビティ層を形成し、 −可能であれば第2ステップとして、ウェハの平面状表面を、少なくとも1つの 堅固な材料層からなる支持体(スティフナー)に対して素密に当接させ、この素 密な当接に際しては、可能であれば、例えば、接着剤を使用し、あるいは、予備 的表面処理の効果によって行い、および、可能であれば、支持体とウェハとの間 の原子間結合を増強させ得るような加熱および/または静電処理を行い、 −第3ステップとして、ウェハと支持体とからなるアセンブリを、イオン打込が 行われた温度を超えるような温度でありかつウェハ内における結晶再配列効果に よってまたマイクロキャビティにかかる圧力によって薄膜と基板の大部分との間 の分離が起こるのに十分な温度でもって(このような温度は、シリコンの場合に は、例えば、500℃とすることができる)、加熱処理を行う。 このプロセスは、非常に有望である。例えば、単結晶シリコンウェハから出発 して、SOI(Silicon On Insulator)基板を得るために使用することができる 。マイクロエレクトロニクスへの応用に際しては、半導体材料は、エレクトロニ クス的品質のものでなければならない。シリコンの場合には、この品質のウェハ は、2つの成長方法を使用して、工業的に得られている。1つは、溶融シリコン バスから出発するチョクラルスキー引上法(CZ)であり、他は、多結晶インゴ ットから出発するゾーン溶融法(FZ)である。これらの中では、第1方法の方 が、よく使用される。これら成長方法は、通常的には内周歯を有した環状ソーを 使用して円柱形状の軸に対して垂直に複数のスライスへとカットされるような、 円柱状インゴットをもたらす。 したがって、仏国特許出願公開明細書第2 681 472号に開示された上記 方法を使用する可能性のある当業者は、半導体材料源として、半導体インゴット のスライスからカットされたウェハを使用するであろう。大きなSOI基板を得 たいと思えば、スライス内において適切にウェハをカットするであろう。現在の 技術では、300mm直径のインゴットを製造することができる。したがって、 このような寸法が、SOI基板に対しての寸法的限界を与える。 しかしながら、SOI基板の寸法として最も大きなインゴットよりも大きな寸 法のものが要求される場合が、発生している。例えば、これは、とりわけLCD /TFTタイプのデイスプレイスクリーンを製造するための、「ガラス上に配さ れたシリコン」という応用に関する場合である。上記スクリーンは、例えば16 /9型式といった、矩形である。したがって、この型式の300mm高さのスク リーンは、約533mm幅となる。そのため、300mm直径のウェハでは、こ のタイプのスクリーンを使用することはできない。 薄膜シリコン製自立性フィルムや光セルといった、他の応用は、また、同等寸 法の基板を必要としている。 したがって、このタイプの大面積デバイスは、半導体インゴットのスライスか ら構成される従来の円形ウェハからは、製造することができない。 この欠点を克服するために、本発明は、円柱状インゴットを、円柱形状の軸に 対して垂直なスライスというよりも、円柱形状の軸に対して平行な長さ方向スラ イスへと、カットすることを提案する。この場合、インゴットは、要求されたウ ェハの幅以上とされた直径を有するように、かつ、要求されたウェハの長さ以上 とされた長さを有するように、選択されている。 半導体材料インゴットのこのようなカット方法は、半導体ウェハの使用者によ りまた製造者により採用されているすべての標準的な慣行に反している。使用者 は、利用可能なサイズに応じて、製造者からウェハを購入する。製造者は、特に 従来方法でカットするように構成された設備であることにより、従来方法以外の 方法で、半導体材料インゴットをカットすることは想定していない。 したがって、本発明の目的は、シリコンインゴットをカットすることにより少 なくとも1つのシリコンウェハを得るための方法であって、カットを、インゴッ トの長さ方向面に沿って行うことを特徴とする方法である。このカットであると 、大きな寸法のウェハを作製することができる。 インゴットの長さ方向面とは、必ずしも、インゴットの最大寸法に沿う軸に対 して平行な面を意味しているわけではない。この面は、インゴットの最大寸法に 沿う軸に対して傾斜することができる。例えば、単結晶半導体材料の特定の結晶 面とすることができる。本発明の原理は、インゴットの最大寸法方向の軸に対し て垂直にカットすることにより得られるウェハよりも、大きな表面積を有したウ ェハを得ることができる点にある。 カットは、有利には、シリコンインゴットの実際の結晶面に対して平行なまた はほぼ平行な面に沿って行うことがてきる。本発明の他の革新的な見地は、カッ トを、インゴットに沿って長さ方向においてのみ行い得ることだけでなく、結晶 面方向に配向した基板を得るためにも使用することができることである。 しかしながら、一般的には、本発明は、任意の半導体材料(単結晶、多結晶、 アモルファス)からなるインゴットに対して適用することができる。 本発明によるプロセスは、特に、インゴットが、CZ引上法またはFZ引上法 によって得られたシリコンインゴットである場合に関連している。この場合、イ ンゴットは、<1,0,0>タイプの面がインゴットの軸に対して垂直となるよ うな引上によって、得られている。 インゴットは、有利には、2つの異なる方法によってカットすることができる 。インゴットは、互いに平行な複数のウェハへとカットすることができる。また 、インゴットは、互いに平行なある1つのウェハグループとこれらに垂直な他の ウェハグループとからなる2つのウェハグループへとカットすることもできる。 このようにして得られたウェハは、絶縁体上に半導体が配されたタイプの基板 を作製するために、特に、大きな寸法を有した基板を作製するために、使用する ことができる。その場合、仏国特許出願公開明細書第2 681 472号に開示 されたプロセスを使用して、また、少なくとも1つの絶縁部分を含有した支持体 を使用して、このような基板を得ることが、特に興味深い。 添付図面を参照した、非制限的な例示としての以下の説明を読むことにより、 本発明がよりよく理解され、また、他の利点や特徴点が明瞭となるであろう。 図1は、結晶面とともに単結晶シリコンインゴットを示す図である。 図2は、本発明による半導体材料インゴットの第1カット方法を示す図である 。 図3は、本発明による半導体材料インゴットの第2カット方法を示す図である 。 以降の説明においては、記載される半導体材料インゴットは、単結晶シリコン インゴットであり、必要とされるウェハは、矩形形状のウェハである。この材料 は、現在のところマイクロエレクトロニクスにおいて最も頻繁に使用されている 材料であることにより、選択された。しかしながら、本発明は、このタイプの材 料に限定されるものではない。 図1は、CZまたはFZ引上法によって得られた単結晶シリコン製のインゴッ ト1を示している。インゴット1は、おおよそ、軸2に対して回転対称な円柱形 状とされている。この円柱状インゴットにおいては、軸2に対して垂直な2つの ベース3,4を規定することができる。引上は、図1において参照符号5によっ て示されているような<1,0,0>結晶面に沿って配向したインゴットが得ら れるように、選択された。この場合、異なるタイプの2つの<1,0,0>面が 存在する。すなわち、インゴット軸2に対して平行な、それぞれ参照符号6,7 で示されているような、<0,0,1>面と<0,1,0>面とが存在する。 本発明の目的が大きな寸法を有した少なくとも1つのウェハを得ることである ことにより、インゴット径は、ウェハの矩形表面の幅以上のものであり、また、 インゴットの長さがウェハの矩形表面の長さ以上であるようにして引上が行われ ている。 図2は、図1に示したようなインゴット1の第1カット様式を示している。こ の場合、カットは、ウェハどうしが互いに平行であるようにして、かつ、ウェハ が図1において参照符号6,7で示した<1,0,0>面のいずれかに平行であ るようにして、行われる。ウェハ10のように得られた複数のウェハは、すべて 同じ長さを有しているものの、幅は異なっている。好ましくは、カットは、ワイ ヤソーを使用して行われる。 図3は、図1に示すようなインゴット1の第2カット様式を示している。この 場合のカットは、主軸2回りに、インゴットを90°ずつ周期的に回転させるこ とにより行うことができる。よって、例えば、2つのウェハ11,11’がカッ トされた後には、インゴットを90°だけ回転させて、2つのウェハ12,12 ’をカットすることができる。その後、インゴットを90°だけさらに回転させ て、2つのウェハ13,13’をカットすることができる。以降、同様である。 カットは、また、好ましくは、ワイヤソーを使用して行うことができる。 得られたウェハは、その後、マイクロエレクトロニクスにおいて使用される加 熱処理を受けることができ、また、とりわけ、マイクロエレクトロニクス的表面 品質をもたらすよう従来的な研磨処理を受けることができる。 この場合、このようにして得られたウェハをシリコン源とすることにより、仏 国特許出願公開明細書第2 681 472号に開示されたような、絶縁性基板上 にシリコンが配されたタイプの基板を得るためのプロセスを、使用することがで きる。 そのようにして製造された単結晶シリコンウェハの各々は、多数のSOI基板 (例えば、ガラス上にシリコンが配されたタイプの基板)を形成するために使用 することができる。得られたウェハの厚さは、1mmまたは数mmの程度であり 、絶縁性支持体上に転送されるシリコンの厚さは、マイクロメートルの程度であ る。仏国特許出願公開明細書第2 681 472号によるシリコン転送プロセス (可能であれば、スティフナーなし)が適用された後においては、ウェハを単に 再研磨することにより、ウェハを再使用することができる。シリコン転送プロセ スに適用した後においては、ウェハ表面を、さらに、再研磨することができ、初 期厚さを再度得るために、表面上に他の、シリコン上にシリコンを形成するとい うタイプのエピタキシーを行うことができる。 このエピタキシー技術は、また、ウェハのカット後において初期厚さの一部ま たは全部を回復させるような、半導体インゴットの再構築のために使用すること ができる。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年9月9日(1998.9.9) 【補正内容】 請求の範囲 1.シリコンインゴット(1)をカットすることにより少なくとも1つのシリコ ンウェハを得るための方法であって、 前記カットを、前記インゴットのうちの、前記シリコンインゴット内における 結晶面に対して平行なまたはほぼ平行な長さ方向面に沿って、行うことを特徴と する方法。 2.前記カットを、前記インゴットの最大寸法に対して平行な軸(2)に対して 平行な面に沿って行うことを特徴とする請求項1記載の方法。 3.CZ引上法またはFZ引上法によって得られたシリコンインゴットをカット することを特徴とする請求項1記載の方法。 4.<1,0,0>タイプの面が前記インゴットの前記軸に対して垂直となるよ うな引上によって得られたインゴット(1)に対して、前記カットを行うことを 特徴とする請求項3記載の方法。 5.前記インゴットがカットされた後において、前記カットされたウェハの厚さ 分の全部または一部を再構築するために、エピタキシーを行うことを特徴とする 請求項1記載の方法。 6.前記カットに際しては、前記インゴット(1)を、互いに平行な複数のウェ ハ(10)へとカットすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方 法。 7.前記カットに際しては、互いに平行なある1つのグループをなすウェハ(1 1,11’,13,13’)とこれらに垂直な他のグループをなすウェハ(12 ,12’)とからなる2つのウェハグループへとカットすることを特徴とする請 求項1〜4のいずれかに記載の方法。 8.あるグループに属する2つのウェハをカットし、その後、他のグループに属 する2つのウェハをカットすることを特徴とする請求項7記載の方法。 9.半導体材料からなるインゴット(1)をカットすることにより、半導体材料 からなるウェハを得るための方法であって、 前記インゴットが、互いに平行なある1つのグループをなすウェハ(11,1 1’,13,13’)とこれらに垂直な他のグループをなすウェハとからなる2 つのウェハグループへとカットされるようにして、前記カットを、前記インゴッ トの長さ方向面に沿って行うことを特徴とする方法。 10.あるグループに属する2つのウェハをカットし、その後、他のグループに 属する2つのウェハをカットすることを特徴とする請求項9記載の方法。 11.絶縁体上に半導体が配されたタイプの基板の作製に際しての、請求項1〜 10のいずれかに記載の方法によるウェハの使用。 12.−前記ウェハ内において薄膜を規定するマイクロキャビティ層を得るため に、半導体材料からなる前記ウェハに対して、イオン打込を行い、 −その後、前記ウェハの前記薄膜側の面を、少なくとも1つの絶縁体部分を備え た支持体に対して緊密に当接させ、 −最後に、前記薄膜を前記ウェハの残部から分離させるよう、前記ウェハと前記 支持体とからなるアセンブリを加熱処理する、 ことを特徴とする請求項11記載の使用。 13.前記ウェハの前記残部に対して、前記薄膜の厚さ分の全部または一部を再 構築するための、エピタキシーを施すことを特徴とする請求項12記載の使用。 【手続補正書】 【提出日】平成11年3月4日(1999.3.4) 【補正内容】 特許請求の範囲 1.シリコンインゴット(1)をカットすることにより少なくとも1つのシリコ ンウェハを得るための方法であって、 前記カットを、前記インゴットのうちの、前記シリコンインゴット内における 結晶面に対して平行なまたはほぼ平行な長さ方向面に沿って、行うことを特徴と する方法。 2.前記カットを、前記インゴットの最大寸法に対して平行な軸(2)に対して 平行な面に沿って行うことを特徴とする請求項1記載の方法。 3.CZ引上法またはFZ引上法によって得られたシリコンインゴットをカット することを特徴とする請求項1記載の方法。 4.<1,0,0>タイプの面が前記インゴットの前記軸に対して垂直となるよ うな引上によって得られたインゴット(1)に対して、前記カットを行うことを 特徴とする請求項3記載の方法。 5.前記インゴットがカットされた後において、前記カットされたウェハの厚さ 分の全部または一部を再構築するために、エピタキシーを行うことを特徴とする 請求項1記載の方法。 6.前記カットに際しては、前記インゴット(1)を、互いに平行な複数のウェ ハ(10)へとカットすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方 法。 7.前記カットに際しては、互いに平行なある1つのグループをなすウェハ(1 1,11’,13,13’)とこれらに垂直な他のグループをなすウェハ(12 ,12’)とからなる2つのウェハグループへとカットすることを特徴とする請 求項1〜4のいずれかに記載の方法。 8.あるグループに属する2つのウェハをカットし、その後、他のグループに属 する2つのウェハをカットすることを特徴とする請求項7記載の方法。 9.半導体材料からなるインゴット(1)をカットすることにより、半導体材料 からなるウェハを得るための方法であって、 前記インゴットが、互いに平行なある1つのグループをなすウェハ(11,1 1’,13,13’)とこれらに垂直な他のグループをなすウェハとからなる2 つのウェハグループへとカットされるようにして、前記カットを、前記インゴッ トの長さ方向面に沿って行うことを特徴とする方法。 10.あるグループに属する2つのウェハをカットし、その後、他のグループに 属する2つのウェハをカットすることを特徴とする請求項9記載の方法。11.半導体材料からなるインゴット(1)をカットすることにより、半導体材 料からなる少なくとも1つのウェハを得るための方法であって、 前記カットを、前記インゴットのうちの、前記シリコンインゴット内における 結晶面に対して平行なまたはほぼ平行な長さ方向面に沿って、行い、 前記インゴットがカットされた後において、前記カットされたウェハの厚さ分 の全部または一部を再構築するために、エピタキシーを行うことを特徴とする方 法。 12.前記カットを、前記インゴットの最大寸法に対して平行な軸(2)に対し て平行な面に沿って行うことを特徴とする請求項11記載の方法。 13.CZ引上法またはFZ引上法によって得られた半導体材料インゴットをカ ットすることを特徴とする請求項11記載の方法。 14.<1,0,0>タイプの面が前記インゴットの前記軸に対して垂直となる ような引上によって得られたインゴット(1)に対して、前記カットを行うこと を特徴とする請求項13記載の方法。 15.前記カットに際しては、前記インゴット(1)を、互いに平行な複数のウ ェハ(10)へとカットすることを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記 載の方法。 16.前記カットに際しては、互いに平行なある1つのグループをなすウェハ( 11,11’,13,13’)とこれらに垂直な他のグループをなすウェハ(1 2,12’)とからなる2つのウェハグループへとカットすることを特徴とする 請求項11〜14のいずれかに記載の方法。 17.あるグループに属する2つのウェハをカットし、その後、他のグループに 属する2つのウェハをカットすることを特徴とする請求項16記載の方法。 18 .絶縁体上に半導体が配されたタイプの基板の作製に際しての、請求項1〜17 のいずれかに記載の方法によって得られたウェハの使用。19 .−前記ウェハ内において薄膜を規定するマイクロキャビティ層を得るため に、半導体材料からなる前記ウェハに対して、イオン打込を行い、 −その後、前記ウェハの前記薄膜側の面を、少なくとも1つの絶縁体部分を備え た支持体に対して緊密に当接させ、 −最後に、前記薄膜を前記ウェハの残部から分離させるよう、前記ウェハと前記 支持体とからなるアセンブリを加熱処理する、 ことを特徴とする請求項18記載の使用。20 .前記ウェハの前記残部に対して、前記薄膜の厚さ分の全部または一部を再 構築するための、エピタキシーを施すことを特徴とする請求項19記載の使用。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.シリコンインゴット(1)をカットすることにより少なくとも1つのシリコ ンウェハを得るための方法であって、 前記カットを、前記インゴットの長さ方向面に沿って行うことを特徴とする方 法。 2.前記カットを、前記シリコンインゴットの結晶面に対して平行なまたはほぼ 平行な面に沿って行うことを特徴とする請求項1記載の方法。 3.前記長さ方向面(6,7)が、前記インゴットの最大寸法に対して平行な軸 (2)に対して平行であることを特徴とする請求項1または2記載の方法。 4.前記インゴット(1)が、CZ引上法またはFZ引上法によって得られたシ リコンインゴットであることを特徴とする請求項1記載の方法。 5.<1,0,0>タイプの面が前記インゴットの前記軸に対して垂直となるよ うな引上によって、前記インゴット(1)が得られたことを特徴とする請求項4 記載の方法。 6.前記インゴットがカットされた後において、前記カットされたウェハの厚さ 分の全部または一部を再構築するために、エピタキシーを行うことを特徴とする 請求項1記載の方法。 7.前記カットに際しては、前記インゴット(1)を、互いに平行な複数のウェ ハ(10)へとカットすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方 法。 8.前記カットに際しては、互いに平行なある1つのグループをなすウェハ(1 1,11’,13,13’)とこれらに垂直な他のグループをなすウェハ(12 ,12’)とからなる2つのウェハグループへとカットすることを特徴とする請 求項1〜5のいずれかに記載の方法。 9.あるグループに属する2つのウェハをカットし、その後、他のグループに属 する2つのウェハをカットすることを特徴とする請求項8記載の方法。 10.半導体材料からなるインゴット(1)をカットすることにより、半導体材 料からなるウェハを得るための方法であって、 前記インゴットが、互いに平行なある1つのグループをなすウェハ(11,1 1’,13,13’)とこれらに垂直な他のグループをなすウェハとからなる2 つのウェハグループへとカットされるようにして、前記カットを、前記インゴッ トの長さ方向面に沿って行うことを特徴とする方法。 11.あるグループに属する2つのウェハをカットし、その後、他のグループに 属する2つのウェハをカットすることを特徴とする請求項10記載の方法。 12.絶縁体上に半導体が配されたタイプの基板の作製に際しての、請求項1〜 11のいずれかに記載の方法によって得られたウェハの使用。 13.−前記ウェハ内において薄膜を規定するマイクロキャビティ層を得るため に、前記半導体材料ウェハに対してイオン打込を行い、 −その後、前記ウェハの前記薄膜側の面を、少なくとも1つの絶縁体部分を備え た支持体に対して緊密に当接させ、 −最後に、前記薄膜を前記ウェハの残部から分離させるよう、前記ウェハと前記 支持体とからなるアセンブリを加熱処理する、 というプロセスによって、前記基板を得ることを特徴とする請求項12記載の使 用。 14.前記ウェハの前記残部に対して、前記薄膜の厚さ分の全部または一部を再 構築するための、エピタキシーを施すことを特徴とする請求項13記載の使用。
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