JP2022028610A - 亀裂低減に最適な格子面配向を持つＳｉＣ結晶基板およびその製造方法 - Google Patents

亀裂低減に最適な格子面配向を持つＳｉＣ結晶基板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】機械的処理中のクラックまたは亀裂の発生を低減、さらには解消さえするように設定された結晶構造の特定の配向を有する単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板、およびその製造方法を提供すること。【解決手段】長手方向軸Ｃと、前記長手方向軸に平行な、少なくとも部分的に湾曲した側面とを有する単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板は、４Ｈ－ＳｉＣ基板の結晶構造が長手方向軸に対して、半製品の側面の各位置に、TIFF2022028610000200.tif9170形状の、単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数の平行な劈開面と交差する線分が存在するように配向されており、この線分が、前記位置で側面に１点で接する平面によって画定されることを特徴とする。【選択図】図１３Ｂ

Description

本発明は、機械加工中のクラックや亀裂の発生を低減または解消するための特定の結晶構造の配向を有するバルクＳｉＣ単結晶と、そのような配向を持つ単結晶ＳｉＣ基板の製造方法とに関する。
炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板は、パワーエレクトロニクス、高周波およびオプトエレクトロニクスの用途などの、広範囲の用途向けの電子構成要素を製造する際に一般的に使用される。ＳｉＣ基板は一般に、物理的気相堆積（ＰＶＤ）などの標準的な方法で成長させることができるバルクＳｉＣ単結晶と、適切なソース材料とから製造される。この場合、ＳｉＣ基板は、成長した結晶から、ワイヤーソーを用いてウェハを切断した後にウェハ表面を多段階研磨ステップで磨くことによって製造される。後に続くエピタキシ処理で、半導体材料（たとえば、ＳｉＣ、ＧａＮ）の薄い単結晶層がＳｉＣ基板上に堆積される。これらのエピタキシャル層の特性、およびそれから作られる構成要素の特性は、下地のＳｉＣ基板の品質に決定的に依存する。
物理的気相堆積によってＳｉＣ結晶を製造する標準的な方法は、米国特許第８，８６５，３２４号明細書に記載されている。この方法で製造されたバルクＳｉＣ結晶は、次に、たとえばＸ線照射を用いて、さらなる機械的処理に必要な配向を結晶構造が有するようにして配向される。一例として、バルクＳｉＣ結晶の様々な表面処理ステップによって、たとえば研削することによって、所望の基板径が次に単結晶ＳｉＣ半製品に設定され、その側面に１つまたは複数のオリエンテーションフラット（ＯＦ）が研削され、そのように処理された結晶円柱の前面が、たとえばワイヤーソーによるウェハ分割処理のために準備される。図１に示されているように、バルクＳｉＣ結晶のこのような機械的処理から得られるＳｉＣ半製品１００は、将来の基板ウェハの直径に等しい直径を有する配向された円柱であり、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）が側方円柱面１３０に画定されており、また、平行で平坦な前面１２０ａ、１２０ｂを有する。
ＳｉＣ半製品１００は、次に、たとえばワイヤーソーイング処理を用いて、個々の原単結晶ＳｉＣ基板に分割される。品質管理の後、単結晶ＳｉＣ基板は、さらなる機械的処理にかけられる。一例として、以下の処理シーケンスを使用することができる。エッジの機械的処理の後、単一段階または多段階の研削処理または研磨処理が、基板分離処理中に生じた破壊層を除去するために、かつ基板の粗さを徐々に減少させるために実施される。その後、化学機械研磨処理（ＣＭＰ）が基板の片面または両面に、それぞれの表面を仕上げるために施される。
ＳｉＣ単結晶、およびこれから作られた基板は、高い脆性（または、それぞれに低い延性）を示すことが知られている。上述のバルクＳｉＣ結晶ならびにＳｉＣ基板の多段階の機械的処理中に、これらの結晶および基板は大きな機械的力を受ける。特に、４Ｈ－ＳｉＣの例として、形状
Figure 2022028610000002
 および
Figure 2022028610000003
 ような、好ましい結晶劈開面に沿って亀裂またはクラックが容易に形成されて、ＳｉＣ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おそれがある。特に、機械的力が半径方向に（すなわち、外径に垂直に）印加される機械的処理では、劈開面に沿ってクラックが発生する確率が高まると、結晶ならびに基板に亀裂が生じ、その結果、望ましくない歩留まりの低下を招くことになる。
単結晶ＳｉＣ半製品円柱の機械的処理において、研削によって外径を設定することは、たとえば砥石車である研削ツールにより作用する力の大部分が円柱外径に垂直に印加されるので、最も重要な処理ステップになる。
単結晶ＳｉＣ基板の機械的処理では、基板エッジを機械加工するステップならびに研磨するステップの両方が決定的に重要である。たとえば、基板エッジの面取りをするとき、半径方向の力がカップ砥石車によって基板外径に印加される。基板がロータディスクに案内される研磨中には、半径方向の力が同様にこれらのロータディスクから基板の外径に作用する。
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中には、劈開格子面が存在することと合わせて、ＳｉＣ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。
これまでのところ、既存の従来技術では、ＳｉＣ結晶格子の機械的特性の異方性に対処していなく、そのため、実際のところ、機械的処理中にクラックが発生することに起因する、バルク結晶や基板のある程度の無駄が常にあることが一般的に許容されていた。しかし、これらのクラックは、処理チェーン全体の歩留まりに悪影響を及ぼす。
ＳｉＣ半製品円柱の外周部の機械的処理中に、印加される力や研削速度などの機械的処理ステップ自体のパラメータを調整することで、クラックや亀裂の発生を、完全になくすことはできないにしてもある一定の限度内に低減させることは可能である。しかし、こうすることで、処理継続期間およびコストの増加などの、他の処理パラメータへの悪影響がある。ＳｉＣ半製品円柱をワイヤーソーで切断した後に得られた原ＳｉＣ基板の機械的処理中（たとえば、エッジ面取り、機械的研削、機械的または化学機械的研磨などの間中）の破壊またはクラックもまた、処理パラメータを調整することによって低減させることはできるが、完全に回避することはできない。このような調整にはまた、基板の機械的処理の継続期間の大幅な増加などの、他の処理パラメータへの悪影響もある。
欠陥のあるＳｉＣ半製品円柱および基板の量を減らすために、いくつかの解決策が試みられてきた。
たとえば、独国特許出願公開第１０２００９０４８８６８号明細書には、ＳｉＣ結晶の熱後処理の方法が記載されており、この方法により、結晶中の応力を低減させることが可能になり、したがって、ＳｉＣ結晶の割れやすさを低減させることも可能になる。
中国特許第１１００６７０２０号明細書には、製造中にすでに結晶中の固有応力を低減させる処理が記載されており、この処理により、結晶の割れやすさが低減するはずである。
しかしながら、これらの従来技術の方法のどれも、単結晶ＳｉＣ半製品または基板の処理に対してこれらの機械的特性の異方性の故に課される、結晶配向に関しての特別な要件を考慮に入れていない。さらに、ＳｉＣ半製品および／またはＳｉＣ基板の割れやすさに対する結晶配向の影響が、これらの先行技術の方法では考慮に入れられていない。両方の方法で、内部応力の減少を記述しており、したがって、結晶応力の減少による亀裂の一般的な減少を記述している。
しかし、機械的処理中に、印加される機械力に応じて、応力が低いか応力のないＳｉＣ半製品またはＳｉＣ基板にさえ現れる可能性のある、亀裂の発生を低減させるための解決策は開示されていない。
したがって、ＳｉＣ半製品およびＳｉＣ基板の品質および歩留まりを向上させながら、機械的処理全体のコストおよび時間は大幅に増加させることなく、その機械的処理中に亀裂が発生することによって生じる不良のＳｉＣ半製品および／またはＳｉＣ基板の量を効率的に減少させることを可能にする解決策が必要とされている。
米国特許第８，８６５，３２４号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０４８８６８号明細書 中国特許第１１００６７０２０号明細書
本発明は、従来技術の欠点および短所を考慮してなされたものであり、その目的は、４Ｈ－ＳｉＣ基板の外面の製造および／または機械的処理中に印加される力に対して改善された機械的堅牢性を有する単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板と、そのような単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板を製造する方法とを提供することである。
この目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
劈開に対する機械的堅牢性が改善された単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板が提供され、この４Ｈ－ＳｉＣ基板は、基板軸と、前記基板軸に平行な、少なくとも部分的に湾曲した側面とを有し、４Ｈ－ＳｉＣ基板格子の結晶構造が基板軸に対して、基板の側面の各位置に
Figure 2022028610000004
 形状の、単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数の平行な劈開面と交差する線分が存在するように配向されており、前記線分が、前記位置で側面に１点で接する平面によって画定されることを特徴とする。
別の成果によれば、
Figure 2022028610000005
 形状の平行な劈開面の単位長さ当たりの所定の最小数は、１ミリメートル当たり少なくとも１０００面であり、かつ／または前記長手方向軸は、４Ｈ－ＳｉＣ基板の少なくとも部分的に湾曲した側面の湾曲部によって画定された円柱の対称軸である。
別の成果によれば、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の基底面の主軸が、基板軸に対して第１の傾斜角だけ
Figure 2022028610000006
 方向に傾けられ、かつ／または第１の傾斜角が４°であり、公差が±０．５°であり、かつ／または４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の基底面の主軸が、基板軸に対して第２の傾斜角だけ
Figure 2022028610000007
 方向に傾けられ、前記第２の傾斜角が、線分と交差する
Figure 2022028610000008
 形状の、単位長さ当たりの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な
Figure 2022028610000009
 形状の前記平行劈開面間の距離に基づいて推定され、かつ／または第２の傾斜角が、区間０．０１５°～０．１５３°から選択される値である、もしくは、好ましくは０．０２３°である。
別の成果によれば、単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板は、第１および第２の前面をさらに備え、第１および第２の前面がそれぞれ、４Ｈ－ＳｉＣ基板の少なくとも部分的に湾曲した側面に垂直であり、かつ／または第１および第２の前面の一方もしくは両方が基板軸に垂直である。
別の成果では、前記少なくとも部分的に湾曲した側面が、円柱面を画定する湾曲部を有し、前記基板軸が円柱面の対称軸を持ち、前記円柱面が、４Ｈ－ＳｉＣ基板をスライスすることによって得られる基板ウェハの所与の直径に実質的に一致する外径を有する、かつ／または前記円柱面の外径が、１５０．０ｍｍ±０．５ｍｍ、２００．０ｍｍ±０．５ｍｍ、または２５０．０ｍｍ±０．５ｍｍである、かつ／または単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板の厚さが２５０μｍを超える、もしくは、好ましくは３２５μｍを超える、かつ／または単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板が、１×１０１８ｃｍ－３より大きい窒素ドーピングを有する、かつ／または単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品が、４７．５ｍｍ±１．０ｍｍの長さのオリエンテーションフラット、またはノッチを有する。
本発明はまた、劈開に対する機械的堅牢性が改善された単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板を製造する方法を提供し、この単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板は、基板軸と、前記基板軸に平行な、少なくとも部分的に湾曲した側面とを有し、この方法は、４Ｈ－ＳｉＣ基板の側面の各位置に、
Figure 2022028610000010
 形状の、単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数の平行な劈開面と交差する線分が存在するように、前記基板軸に対して４Ｈ－ＳｉＣ基板上の４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の所定の配向を設定する処理を実行するステップを含み、前記線分は、前記位置で側面に１点で接する平面によって画定される。
別の成果では、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の所定の配向は、
Figure 2022028610000011
 形状の平行な劈開面の単位長さ当たりの前記所定の最小数が、線分長の１ミリメートル当たりの少なくとも１０００面になるようなものである。
別の成果では、この方法は、線分と交差する
Figure 2022028610000012
 形状の、単位長さ当たりの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な前記所定の配向を推定するステップをさらに含む。
別の成果によれば、４Ｈ－ＳｉＣ基板の４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記所定の配向を設定する処理は、少なくとも１つの原４Ｈ－ＳｉＣ基板を製造するための単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品を提供するステップであって、４Ｈ－ＳｉＣ半製品が、４Ｈ－ＳｉＣ半製品の基板軸および単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品の基準面に関して、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記所定の配向に合わせて設定されている、ステップと、基準面を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品を支持面に取り付けるステップと、取り付けられた４Ｈ－ＳｉＣ半製品を前記支持面に対し横方向または平行な方向に切断して、少なくとも１つの原４Ｈ－ＳｉＣ基板を得るステップとを含む。
別の成果では、４Ｈ－ＳｉＣ基板の４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記所定の配向を設定する処理は、少なくとも１つの原４Ｈ－ＳｉＣ基板を製造するための単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品を提供するステップと、所定の整合軸に対して基底面の［０００１］軸の、方向および量についての所定の傾斜で４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を空間的に配向させるステップと、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を空間的に配向させた後に、４Ｈ－ＳｉＣ半製品を前記所定の整合軸に対して実質的に横方向に切断して、少なくとも１つの原４Ｈ－ＳｉＣ基板を得るステップとを含む。
別の成果によれば、この方法は、角度測定を実施することによって、原４Ｈ－ＳｉＣ基板の４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の、原４Ｈ－ＳｉＣ基板の前面に対する結晶配向を決定するステップと、決定された結晶配向が原４Ｈ－ＳｉＣ基板の基板軸に対して所定の配向から逸脱している場合、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の結晶配向が、所定の整合軸に対して４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の基底面の［０００１］軸の、方向および量についての所定の傾斜で空間的に配向されるように、原４Ｈ－ＳｉＣ基板を空間的に配向するステップと、前記整合軸を基準として、空間的に配向された４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウェハの外面を機械加工して、前記整合軸と実質的に平行な前記少なくとも部分的に湾曲した側面、および整合軸と実質的に直交する少なくとも１つの前面表面の少なくとも一方を形成するステップとをさらに含み、ここで、機械加工後の４Ｈ－ＳｉＣ基板の基板軸は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の空間配向に使用された整合軸と実質的に一致するか平行である。
別の成果では、前記所定の傾斜で４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を空間的に配向させるステップは、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の基底面を初期配向に合わせて配向させるステップと、基底面を初期配向から第１の配向へと、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の
Figure 2022028610000013
 方向に第１の傾斜角だけ傾けるステップと、基底面を第１の配向から第２の配向へと、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の
Figure 2022028610000014
 方向または
Figure 2022028610000015
 方向に第２の傾斜角だけ傾けるステップとを含み、前記初期配向において基底面は、前記所定の整合軸に実質的に垂直である。
別の成果によれば、第１の傾斜角が４°であり、公差が±０．５°であり、かつ／または前記第２の傾斜角が、線分と交差する
Figure 2022028610000016
 形状の、単位長さ当たりの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な
Figure 2022028610000017
 形状の前記平行劈開面間の距離に基づいて推定され、かつ／または第２の傾斜角が、区間０．０１５°～０．１５３°から選択される値であり、もしくは、好ましくは０．０２３°であり、かつ／または第１の傾斜角および／または第２の傾斜角だけ傾けた後の４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の配向が、角度測定によって検証される。
別の成果によれば、空間配向処理は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の基底面を初期配向に合わせて配向させるステップと、基底面を前記初期方向のまわりに所定の回転角度だけ時計方向に回転させるステップと、回転させた基底面を４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の
Figure 2022028610000018
 方向に第３の傾斜角だけ傾けるステップとを含み、前記初期配向において基底面は、整合軸に実質的に垂直である。
別の成果によれば、空間配向処理は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の基底面を初期配向に合わせて配向させるステップと、基底面を前記初期方向のまわりに所定の回転角度だけ反時計方向に回転させるステップと、回転させた基底面を４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の
Figure 2022028610000019
 方向に第３の傾斜角だけ傾けるステップとを含み、前記初期配向において基底面は、整合軸に実質的に垂直である。
別の成果では、所定の回転角が０．３３°であり、または範囲０．２２°～２．１９°内の値であり、ならびに／または第３の傾斜角が４°であり、公差が±０．５°であり、ならびに／または所定の回転角度だけ回転させた、および／もしくは第３の傾斜角だけ傾けた後の４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の配向が、角度測定によって検証される。
添付の図面は、本発明の原理を説明する目的で本明細書に組み込まれ、その一部を形成する。図面は、本発明がどのように作られ使用されるかについての、図示され説明された例のみに本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
さらなる特徴および利点は、添付の図面に図示された本発明についての以下のより詳細な説明から明らかになろう。
[図１]単結晶ＳｉＣ半製品の概略的な透視図である。
[図２]従来の４Ｈ－ＳｉＣ半製品または基板の軸上配向の（上面、前面から見た）
概略図であり、基底面（０００１）は前面と平行であり、結晶方向［０００１］は円柱対称軸Ｃに対して傾斜が０°である。形状
Figure 2022028610000020
 および
Figure 2022028610000021
 の２組の劈開面が描かれており、形状
Figure 2022028610000022
 は、
Figure 2022028610000023
 、
Figure 2022028610000024
 および
Figure 2022028610000025
 の格子面を含み、形状
Figure 2022028610000026
 は、
Figure 2022028610000027
 、
Figure 2022028610000028
 および
Figure 2022028610000029
 の格子面を含む。
[図３Ａ]標準的な４°軸外配向を有する従来の４Ｈ－ＳｉＣ基板の（前面から見た
）概略上面図であり、４Ｈ－ＳｉＣ結晶の基底面（０００１）は、４Ｈ－ＳｉＣ基板の前面に対して
Figure 2022028610000030
 方向に４°の角度δで傾いており、挿入図の短い矢印は、図２の平面上の［０００１］方向のベクトル成分を示す。
[図３Ｂ]
Figure 2022028610000031
 結晶方向を含む側から見たときの、図３Ａに示された４Ｈ－ＳｉＣ基板の概略側面図であり、基底面（０００１）および対応する［０００１］軸が
Figure 2022028610000032
 方向に４°の角度δで（すなわち、図３Ａの主フラットＯＦに平行な方向に）傾斜していることを描いている。
[図４Ａ]
Figure 2022028610000033
 結晶方向を含む側（すなわち、主フラットＯＦの側）から見た、標準的な４°オフ配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品の概略側面図であり、基底面（０００１）および対応する［０００１］結晶方向が４°の傾斜角δだけ初期の
Figure 2022028610000034
 方向に向かって傾斜していることを描いている。
[図４Ｂ]初期の
Figure 2022028610000035
 方向と反対側の側面から見たときの、図４Ａに示された４Ｈ－ＳｉＣ半製品の別の概略的な側面図であり、４Ｈ－ＳｉＣ円柱の中心対称軸Ｃと平行な劈開面
Figure 2022028610000036
 の向きを描いている。
[図５]砥石車によって４Ｈ－ＳｉＣ半製品（または基板）の側面に印加される機械
的力Ｆの成分を描いている上面図である。
[図６]砥石車によって４Ｈ－ＳｉＣ半製品（または基板）に印加される半径方向の
機械的力を描いている側面図である。
[図７]方向
Figure 2022028610000037
 から見たとき（すなわち、主フラットＯＦの側から見たとき）の、標準的な４°オフ配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品の別の概略側面図であり、力線分Ｌが格子面
Figure 2022028610000038
 に交差することを描いている。
[図８]ここでは
Figure 2022028610000039
 方向に見た、図７に示された４Ｈ－ＳｉＣ半製品の別の概略側面図であり、別の力線分Ｌが格子面
Figure 2022028610000040
 に交差することを描いている。
[図９Ａ]例示的な一実施形態による所定の結晶配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品の概
略側面図（
Figure 2022028610000041
 方向から見た図）であり、基底面（０００１）が
Figure 2022028610000042
 方向に第１の傾斜角δ１だけ傾斜し、さらに
Figure 2022028610000043
 方向に第２の傾斜角δ２だけ反時計回りに傾斜している。機械的処理中に、４Ｈ－ＳｉＣ半製品の側面に半径方向の力が作用し得る方向の例示的な力線分Ｌも描かれている。
[図９Ｂ]図９Ａに示された４Ｈ－ＳｉＣ半製品の別の概略側面図であり、（
Figure 2022028610000044
 方向に見た）第２の傾斜角度δ２だけ傾斜することによる基底面（０００１）および劈開面
Figure 2022028610000045
 の傾斜を描いている。
[図１０Ａ]別の例示的な一実施形態による所定の結晶配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製
品の（
Figure 2022028610000046
 方向に見た）概略側面図であり、基底面（０００１）は、
Figure 2022028610000047
 方向に第１傾斜角δ１だけ傾斜し、
Figure 2022028610000048
 方向に第２の傾斜角δ２だけ傾斜している。
[図１０Ｂ]図１０Ａに示された４Ｈ－ＳｉＣ半製品（または基板）の（
Figure 2022028610000049
 方向に見た）別の概略側面図であり、第２の傾斜角δ２だけ傾斜することによる基底面（０００１）および劈開面
Figure 2022028610000050
 の傾斜を描いている。
[図１１]一実施形態による、ウェハ分割処理中に、ＳｉＣ半製品の円柱側面を基準
にして事前設定結晶配向をＳｉＣ半製品から個々のＳｉＣウェハに転写するための、単結晶ＳｉＣ半製品の支持構成を概略的に示す図である。
[図１２]一実施形態による、ウェハ分割処理中に、ＳｉＣ半製品の前端面の一方を
基準にして事前設定結晶配向をＳｉＣ半製品から個々のＳｉＣウェハに転写するための、単結晶ＳｉＣ半製品の支持構成を概略的に示す図である。
[図１３Ａ]図１３Ａは、例示的な実施形態による、機械的堅牢性を向上させるため
の所定の結晶配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ基板の（
Figure 2022028610000051
 方向側から見た）概略側面図であり、図９Ａ～９Ｂに描かれた４Ｈ－ＳｉＣ半製品の所定の結晶配向と類似している。
[図１３Ｂ]図１３Ａに示された４Ｈ－ＳｉＣ基板の別の概略側面図であり、（
Figure 2022028610000052
 方向に見た）第２の傾斜角δ２だけ傾くことによる基底面（０００１）および劈開面
Figure 2022028610000053
 の傾斜を描写している。
本出願では原子スケールが議論されるので、図面に示されている寸法および相対的な角度は、理解することだけを目的とするものであり、原寸に比例して描かれていないことに留意されたい。
次に、本発明の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明をより完全に以下で説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完璧で完全なものになり、当業者に本発明の範囲が十分に伝わるように提示されている。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。
本発明の基礎をなす原理は、単結晶ＳｉＣ基板上に成長させるエピタキシャル層の品質に影響を与えずにＳｉＣ結晶および基板の機械的堅牢性を向上させる、ＳｉＣ結晶および／またはＳｉＣ基板の外部基準面（たとえば、前端面および／または側面）に対する所与の結晶構造の配向を設定することによって、ＳｉＣ結晶および基板においての、それぞれの機械的処理中のクラックまたは亀裂の発生が大幅に低減され、さらには解消さえされ得ることを本発明者らが認識したことがもとになっている。
そのようにして本発明は、ＳｉＣ結晶および基板の格子面の最適配向を実現しており、これにより、より高い機械的堅牢性と、機械的処理における歩留まりの向上とが確実になる。
ＳｉＣ結晶では、亀裂やクラックが、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶の形状
Figure 2022028610000054
 および
Figure 2022028610000055
 の格子面などの、好ましい劈開面に沿って形成されやすく、その結果として、単結晶ＳｉＣの半製品および最終製品の損傷や破壊を招くおそれがある。特に、機械的力が放射状に（すなわち、ＳｉＣ結晶円柱の側面に垂直に）印加される処理では、劈開面に沿ってクラックがより発生しやすいことがＳｉＣ結晶および基板のクラックにつながり、したがって、それぞれの歩留まりの望ましくない低下につながる。
たとえば、図２は、軸上結晶配向を持つ有極性４Ｈ－ＳｉＣ半製品２００（または４Ｈ－ＳｉＣ基板）の、形状
Figure 2022028610000056
 および
Figure 2022028610000057
 の劈開面の配向を描いている。図２に描かれている軸上配向では、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の基底面（０００１）は、円柱前面２２０の一方と平行であり、その結果、［０００１］結晶方向は、４Ｈ－ＳｉＣ円柱２００の長手方向軸Ｃと０°の角度をなす。以下で言及される長手方向軸Ｃは、４Ｈ－ＳｉＣ半製品または４Ｈ－ＳｉＣ基板の湾曲した側面によって画定された円柱面の対称軸として定義される。図２は、図１の前面１２０ａなどのそれぞれの前面２２０から見たときの、有極性４Ｈ－ＳｉＣ半製品または基板のＳｉ側（０００１）を示す。主オリエンテーションフラット（ＯＦ）は、結晶方向
Figure 2022028610000058
 に画定される。副フラットは、任意選択で、結晶方向
Figure 2022028610000059
 に設けることができる。主フラットＯＦの代わりに、ノッチ（すなわち、半導体製造工場での正確な位置決めのための基板ウェハの横方向のくぼみ）を
Figure 2022028610000060
 方向に設けてもよい。加えて、図２には、劈開面の２つの形状が描かれており、形状
Figure 2022028610000061
 の３つの対称的に等価な格子面と、形状
Figure 2022028610000062
 の３つの対称的に等価な格子面とが示されている。形状
Figure 2022028610000063
 は、
Figure 2022028610000064
 面から対称操作によって得られる格子面の組を指定して、ＳｉＣ（点群６ｎｎ）の理想的な結晶構造を記述し、したがって、面
Figure 2022028610000065
 、
Figure 2022028610000066
 および
Figure 2022028610000067
 を含む。結晶面
Figure 2022028610000068
 、
Figure 2022028610000069
 および
Figure 2022028610000070
 は形状
Figure 2022028610000071
 に含まれ、この形状は、
Figure 2022028610000072
 面から対称操作によって得られる格子面の組を指定する。形状
Figure 2022028610000073
 および
Figure 2022028610000074
 のすべての劈開面は、４Ｈ－ＳｉＣ半製品２００のＳｉ側（０００１）の前面および反対側のＣ側
Figure 2022028610000075
 の前面（図示せず）と９０°の角度で交差する。形状
Figure 2022028610000076
 および
Figure 2022028610000077
 の劈開面はまた、４Ｈ－ＳｉＣ半製品２００の側面と直角に交差しており、これは、描かれた劈開面に沿って半径方向の力が印加されると４Ｈ－ＳｉＣ半製品２００に亀裂が生じやすくなることを意味する。
基底面（０００１）の
Figure 2022028610000078
 方向の標準的な４°軸外配向を有する４Ｈ－ＳｉＣ基板３００の一例が、図３Ａおよび図３Ｂに描かれている。この４°軸外配向は、これにより、４Ｈ－ＳｉＣ基板上に成長させたエピタキシ層、およびその後に処理された構成要素の最高の品質を達成することが可能になるために、従来技術で使用される４Ｈ－ＳｉＣ基板の標準的な配向として普及している。図３Ａは、上面、前面から（すなわち、Ｓｉ側（０００１）から）見たときの、４Ｈ－ＳｉＣ基板３００の標準的な４°軸外配向を描いており、基板の前面３２０ａと平行な
Figure 2022028610000079
 結晶方向と、前面３２０ａに沿った
Figure 2022028610000080
 方向（下向きに４°傾斜している）のベクトル成分とを示している。［０００１］軸の傾斜は、図３Ａの挿入図中の短い矢印で表されており、この矢印は、前面３２０ａに沿った［０００１］軸のベクトル成分を描いている。主フラットは一般に、
Figure 2022028610000081
 方向を示すように定義されるが、
Figure 2022028610000082
 方向をマーキングするノッチを代わりに使用することもできる。副フラットを
Figure 2022028610000083
 方向に設けることもできる。図３Ｂは、
Figure 2022028610000084
 方向（主フラットＯＦの側）から見たときの、図３Ａに描かれた４Ｈ－ＳｉＣ基板３００の側面図である。図３Ｂから分かるように、４Ｈ－ＳｉＣ結晶の基底面（０００１）は、結晶方向
Figure 2022028610000085
 の前面３２０ａと平行な面外に傾斜しており、それぞれの結晶軸［０００１］は、４Ｈ－ＳｉＣ基板の中心軸Ｃに対して、４°（±０．５°）の傾斜角δだけ傾いている。
上述したように、基底面（０００１）が
Figure 2022028610000086
 方向に４°傾斜することにより、エピタキシ中に最適なステップフローを実現することが可能になり、したがって、４°軸外基板上に成長させた後続のエピタキシャル層の最適特性が確保される。この基底面（０００１）と主軸［０００１］の傾斜は、いくつかの劈開面の結晶配向にも反映される。たとえば、軸上配向に関して図２に描かれた
Figure 2022028610000087
 形状および
Figure 2022028610000088
 形状の６つの劈開面のうち５つは、４°軸外配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ基板の前面３２０ａ、３２０ｂとはもはや直交せず、その結果、もはや円柱側面３３０とは直角に交差しない。劈開面
Figure 2022028610000089
 のみが、依然として４Ｈ－ＳｉＣ基板３００の前面３２０ａ、３２０ｂと９０°の角度で交差し、長手方向軸Ｃと平行なままである。一方、劈開面
Figure 2022028610000090
 は、前面３２０ａに対して結晶配向の最大の変化を示す。
同様の状況は、図４Ａ～４Ｂに示されているような、標準的な４°軸外配向を有する単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００でも生じる。図４Ａは、
Figure 2022028610000091
 方向から（すなわち、主フラットＯＦの側から）見た４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００の側面図を示し、前面４２０ａ（Ｓｉ側（０００１））および円柱中心軸Ｃに対する結晶方向
Figure 2022028610000092
 、
Figure 2022028610000093
 および［０００１］の配向、ならびに劈開面
Figure 2022028610000094
 の傾きを描いている。図４Ａから分かるように、劈開面
Figure 2022028610000095
 は、もはや前面４２０ａと直角に交差していなく、その結果、中心軸Ｃと平行に並んでいるのではなく、基底面（０００１）とそれぞれの［０００１］結晶軸との４°軸外配向により、中心軸Ｃに対して４°の傾斜を示している。一方、
Figure 2022028610000096
 方向は、中心軸Ｃに対して横向きのままである。
図４Ｂは、ここでは
Figure 2022028610000097
 結晶方向と９０°をなす方向から（すなわち、基底面（０００１）を傾ける前の
Figure 2022028610000098
 方向と反対の側から）見た、図４Ａに図示された４Ｈ－ＳｉＣ半製品の別の側面図を示す。図４Ｂから分かるように、
Figure 2022028610000099
 方向は４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００の中心軸Ｃに対して横方向のままであり、劈開面
Figure 2022028610000100
 は、基底面（０００１）が
Figure 2022028610000101
 方向に４°傾いている状態で配向を変化させていない唯一の格子面である。したがって、劈開面
Figure 2022028610000102
 は、継続して前面４２０ａ（および４２０ｂ）と直角に交差し、円柱の中心軸Ｃと平行なままである。結晶方向
Figure 2022028610000103
 は、前面４２０ａに対して下方に４°傾いているために、中心軸Ｃに対してもはや垂直ではなくなっている（このことは、図４Ｂに、方向
Figure 2022028610000104
 にベクトルの尾を表す記号の垂直変位によって図示されている）。平行基底面（０００１）と４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００の側面４３０との交点は、図４Ｂに水平線で表されている。
Figure 2022028610000105
 面を除いて、それぞれの形状
Figure 2022028610000106
 および
Figure 2022028610000107
 の他の残りのすべての劈開面は、その配向を前面４２０ａに対して、基底面（０００１）が４°傾斜した後に変化させ、それぞれの傾斜角は、劈開面
Figure 2022028610000108
 によって示される４°の最大変化と劈開面
Figure 2022028610000109
 のゼロ変化との間に入る。
しかし、軸上配向または４°軸外配向で、４Ｈ－ＳｉＣ半製品または４Ｈ－ＳｉＣ基板は、機械的処理中に、特に、劈開面が対称軸Ｃと並んでいるそれぞれの円柱面と交差する領域で半径方向の機械的力が印加される場合に、上述の劈開面
Figure 2022028610000110
 の場合のように、亀裂が非常に発生しやすい。
図５に図示されているように、単結晶ＳｉＣ半製品（または基板）の機械的処理中に、第１の近似において、研削などの機械的処理中に使用されるツールが、機械的力Ｆを線分Ｌ（力線分）に沿って単結晶体の表面に加え、この力が半径方向に単結晶体の方へ伝播すると仮定することができる。劈開性の点で決定的な要因は、単結晶ＳｉＣ半製品に内向きに作用する力の強さ、すなわち全力Ｆの半径方向成分Ｆｒａｄである。加工中に発生し得る接線方向の力成分（Ｆｔａｎｇ）は、劈開に対する影響を評価する目的では無視することができる。線分Ｌの長さはおおよそ、図６に図示のように、砥石車の厚さｈなどのそれぞれの加工ツールとの接触領域の長さになる。実際に、機械加工中には、機械的力は長さｈの単一の線分Ｌに沿って印加されるのではなく、同じｈのうちの非常に狭い領域に印加される。この狭い領域は、一連の平行な線分によって形成されているとみなすことができる。以下に説明する本発明の原理による、線分に沿った劈開の低減を達成するための条件は、このようにして、これらの個々の線分のそれぞれに適用可能になる。
接触領域で劈開面に内向きに印加される半径方向の機械的力の影響を評価するために、接触領域と共に、機械的力が実際に印加される線分Ｌの実際の長さとの両方を考慮に入れる。線分Ｌおよび／または狭い領域の長さｈは、本質的に加工ツールの厚さｈによって決まる。
図４Ａ～４Ｂを参照して上述した標準的な４°軸外配向を持つ、または図２に図示されるような軸上配向を持つＳｉＣ半製品の機械的処理中、半径方向の力が、たとえば砥石車によって、結晶円柱面の外周に沿ったいくつかの位置で横方向に印加される。結晶に亀裂が発生するか否かについての印加される力の影響は、この力が印加される円柱外周に沿った位置／領域に大きく依存する。図７および図８に図示のように、半径方向の力の印加領域に関連する異なる劈開面の配向に関して、以下の極端な状況が特徴づけられ得る。
図７は、方向
Figure 2022028610000111
 から見たとき（すなわち、主フラットＯＦから見たとき）の、標準的な４°軸外配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００の別の概略側面図であり、機械的力が印加される方向の力線分Ｌ（ここで、ｈは砥石車の厚さを表す）が交差する劈開面
Figure 2022028610000112
 を表している。図７に描かれているように、本発明者らは、劈開面
Figure 2022028610000113
 が、標準的な４°軸外配向の円柱軸Ｃに平行ではなく、したがって、４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００の前面４２０ａを横切っていないので、第１の近似において、たとえば砥石車によって線分Ｌに沿って方向
Figure 2022028610000114
 に印加される半径方向の力は、１つの
Figure 2022028610000115
 面だけでなく、長さｈのこの力線分Ｌで、４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００の側面と交差する複数の平行な劈開面
Figure 2022028610000116
 にも同時に印加されることを認識した。４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の原子間距離に基づいて、線分Ｌに沿って作動する半径方向の力は、図示の４°軸外配向の場合、１ｍｍ当たり最大２．６×１０５面となる、形状
Figure 2022028610000117
 の同数の平行劈開面にわたって、たとえば劈開面
Figure 2022028610000118
 にわたって分布していると推定される。これは、個々の劈開面
Figure 2022028610000119
 に印加される力が強く低減されることを意味し、したがって、個々の平行な劈開面内で亀裂が伝播するリスクを著しく低減させることができる。
図８は、ここでは
Figure 2022028610000120
 方向に対向する側から見た、図７に示された４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００の別の概略的な側面図であり、Ｃ軸と平行で
Figure 2022028610000121
 方向に配置された線分Ｌに沿って半径方向の力が加えられたときに生じる、別の極端な状況を示している。図８に描かれているように、本発明者らは、劈開面
Figure 2022028610000122
 が、４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００の前面４２０ａに対して直角に配向され、下部前面４２０ｂから上部前面４２０ａまで、中心軸Ｃと平行な線に沿って円柱側面４３０と交差していることを認識した。この場合、第１の近似において、半径方向の力は、砥石車によって線分Ｌに沿って方向
Figure 2022028610000123
 に印加されるが、平行な劈開面
Figure 2022028610000124
 のうちのただ１つまたは非常に少数にしか分散されない。その結果、この場合には、劈開面
Figure 2022028610000125
 について図７に図示された状況とは対照的に、印加された力が多数の劈開面
Figure 2022028610000126
 にわたって分布しないので、機械加工中に印加される最大の力は、実際にはただ１つの、または減少した数の劈開面
Figure 2022028610000127
 に対して印加される。この結果、クラックが生じる確率が非常に高くなるために、機械加工中に単結晶ＳｉＣ半製品４００が破損することになりやすい。
形状
Figure 2022028610000128
 および
Figure 2022028610000129
 の他の残りのすべての劈開面は、基底面（０００１）が方向
Figure 2022028610000130
 に４°傾いていることにより、Ｃ軸と平行ではなく、劈開に対する堅牢性に関して、劈開面
Figure 2022028610000131
 および
Figure 2022028610000132
 について上述した２つの極端な場合の間にある挙動を示す。
以上から、劈開面
Figure 2022028610000133
 は、機械的処理中に、亀裂やクラックに対して圧倒的に影響を受けやすい劈開面のままであるということになり、そのため、これらの劈開面に沿ってクラックが生じることが多いにあり得る。こうして、本発明者らは、４Ｈ－ＳｉＣ基板上に成長させる材料のエピタキシの品質を向上させるという異なる目的のために従来技術で使用されている、４Ｈ－ＳｉＣ半製品の標準的な４°軸外配向が、特定の結晶方向に沿った劈開の減少に関して、有益で驚くべき効果をもたらし得ることを認識したが、この有望な効果は、４Ｈ－ＳｉＣ半製品または４Ｈ－ＳｉＣ半基板の円柱面の外周に沿ったすべての位置で、特に劈開面
Figure 2022028610000134
 が外側円柱面と交差する位置で得られるわけではない。
本発明は、上述の４°軸外配向などの軸外配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ基板および半製品の場合に、結晶劈開面、すなわち劈開面
Figure 2022028610000135
 に沿って形成される亀裂／クラックに関連する問題を解決する方法および単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板および半製品を提供する。
以下では、説明を簡単にするために、本発明の原理を、
Figure 2022028610000136
 方向に４°軸外配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品の場合に関して説明する。しかし、本発明は、４Ｈ－ＳｉＣ以外の修飾の単結晶ＳｉＣ半製品（または基板）に適用すること、および／または、他の軸外配向を有し、バルク結晶および／または基板の前面に対して横方向に配向した好ましい劈開面を示す他の単結晶半導体材料に適用することもできる。
本発明の基礎をなす原理は、方向［０００１］の軸外配向がそれぞれの４Ｈ－ＳｉＣ基板のエピタキシ品質にもたらす利点を維持しながら、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の特定の結晶配向を４Ｈ－ＳｉＣ半製品（または４Ｈ－ＳｉＣ基板）上に設定することによって、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造が、面
Figure 2022028610000137
 などの好ましい劈開面に沿ってクラックが生じることの影響を受けやすいことを低減、または防止さえすることを可能にすることにある。
４°オフ配向（４°±０．５°）を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品上のクラックの形成を低減または回避するために、本発明では、４Ｈ－ＳｉＣ半製品の側面および／または前面の一方または両方などのそれぞれの外面に対して、４Ｈ－ＳｉＣ半製品（または４Ｈ－ＳｉＣ基板）上の結晶構造の特定の配向を設定する。クラックの発生は、機械的処理中に印加される半径方向の力が、力線分Ｌの単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数の平行劈開面
Figure 2022028610000138
 にわたって、また４Ｈ－ＳｉＣ半製品の外周のまわりの位置には無関係に、分布するように配向されるという条件を満たす劈開面
Figure 2022028610000139
 の配向では、低減すること、さらには回避することさえできる。
劈開面
Figure 2022028610000140
 の、力線分Ｌの単位長さ当たりの最小数は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶格子の原子間距離に基づいて推定することができる。本発明者らは、力線分Ｌの１ｍｍ当たり１，０００面相当の平行な劈開面
Figure 2022028610000141
 の最小数で、クラック／亀裂の発生の低減が達成できることを発見した。好ましい数の交差面
Figure 2022028610000142
 は、力線分長の１ｍｍ当たり１，５００面相当の平行な劈開面に対応する。４°オフＳｉＣ半製品または基板のエピタキシ特性に影響を及ぼすことなく、力線分の１ｍｍ当たり１０，０００面相当の平行な劈開面の最大数までの任意の数の交差劈開面について、劈開に対する所望の堅牢性の向上を達成できることがさらに予測された。
力線分の単位長さ当たりの多数の平行な劈開面
Figure 2022028610000143
 に印加される機械的力を分散させることにより、クラックが生じる確率を低減させることが可能になる。しかしながら、力線分Ｌと交差する劈開面
Figure 2022028610000144
 の数は、円柱前面に対する劈開面の傾きと密接に関係しているので、最終基板上のエピタキシャル成長の品質に、したがって、力線分と交差する面の数に悪影響を及ぼさないようにするなどのために、４Ｈ－ＳｉＣ半製品およびそれから作られる基板の劈開に対する堅牢性の向上という所望の効果をなお達成しながら、劈開面
Figure 2022028610000145
 の傾きの度合いを可能な限り少なく保つことが好ましい。
本発明により機械的堅牢性を向上させる、下地の４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の、より具体的には劈開面
Figure 2022028610000146
 の、所定の配向を有する４Ｈ－ＳｉＣ半製品の例示的な実施形態が、図９Ａ～９Ｂおよび図１０Ａ～１０Ｂに図示されている。図９Ａ～９Ｂおよび図１０Ａ～１０Ｂで使用されている相対的な寸法および角度は、理解しやすくすることだけを目的とするものであり、原寸に比例していない。例示的な所定の配向は、４Ｈ－ＳｉＣ基板にも適用可能である。
図９Ａ～図９Ｂは、例示的な一実施形態による４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００を概略的に示しており、ここで、４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００の長手方向軸Ｃに対する（またはその前端５２０ａ、５２０ｂおよび／または側面５３０の一方または両方に対する）４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の空間配向は、第１の傾斜角δ１（たとえば、図９Ａに描かれたδ１＝４°±０．５°）による方向
Figure 2022028610000147
 の基底面（０００１）の軸外配向に加えて、図９Ｂに示されているように、
Figure 2022028610000148
 方向の非ゼロの第２の傾斜角δ２による基底面（０００１）の傾斜をさらに含む。その結果として、図９Ａに示すように、劈開面
Figure 2022028610000149
 が４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００の中心軸Ｃに対して傾斜角δ１だけ傾いているだけでなく、図９Ｂに示すように、劈開面
Figure 2022028610000150
 も中心軸Ｃに対して傾斜角δ２だけ傾いている。したがって、第１の近似として、加工ツールが、湾曲した側面５３０上の、接触領域で側面５３０に１点で接する平面上の線分として定義される長さｈの線分Ｌに沿って半径方向の力を加えると仮定すると、４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００の外周に沿った線分Ｌの位置（すなわち、半径方向の力が加わる領域）に関係なく、力線分Ｌと交差する形状
Figure 2022028610000151
 の、単位長さ当たりの複数の平行な劈開面が常に存在する。
したがって、上記の図４Ｂを参照して説明したような、研削処理中に印加される半径方向の力が、特定の位置にあるただ１つの、または少数の劈開面
Figure 2022028610000152
 のみに作用するという状況が、上述の所定の配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００では生じない。
さらに、
Figure 2022028610000153
 形状の交差する平行な劈開面の、線分の単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数をもたらす、かつ、単位面当たりで印加される半径方向の力が特定の劈開面に特徴的な所与の劈開閾値よりも低くなる、第２の傾斜角δ２の値を推定することによって、４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００の、または同じ所定の配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ基板の機械的処理中の亀裂の発生が、制御された方法で大幅に低減され、さらには回避さえされ得る。
図１０Ａ～１０Ｂは、別の例示的な一実施形態による、機械的堅牢性を向上させるための別の所定の配向を有する４Ｈ－ＳｉＣ半製品６００を概略的に図示する。この構成では、４Ｈ－ＳｉＣ半製品は、長手方向軸Ｃに対して（または４Ｈ－ＳｉＣ半製品６００の前端面６２０ａ、６２０ｂおよび／または側面６３０の一方または両方に対して）所定の空間配向を有し、それにより、［０００１］方向の軸外配向、および、第１の傾斜角δ１（たとえば、図１０Ａに描かれたδ１＝４°±０．５°）による方向
Figure 2022028610000154
 の、それぞれの基底面（０００１）に加えて、図１０Ｂに示された、
Figure 2022028610000155
 方向の非ゼロの第２の傾斜角δ２による基底面（０００１）の傾斜をさらに含む。この空間配向では、劈開面
Figure 2022028610000156
 は、このように４Ｈ－ＳｉＣ半製品６００の中心軸Ｃに対して角度δ２だけ傾斜する。したがって、図９Ａ～９Ｂの実施形態と同様に、中心軸Ｃと平行な側面６３０上のどの力線分Ｌも、力線分Ｌが画定される側面６３０上の位置とは無関係に、またその結果として、研削処理中に半径方向の力が加えられる位置とは無関係に、形状
Figure 2022028610000157
 の、力線分Ｌの単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数の平行な劈開面と交差することになる。また、この場合、第２の傾斜角δ２の値は、劈開面当たりの半径方向の力が所与の劈開閾値よりも低くなる、
Figure 2022028610000158
 形状の交差する平行な劈開面の、線分の単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数を達成するように推定されてもよい。
第２の傾斜角δ２は、
Figure 2022028610000159
 面などの
Figure 2022028610000160
 形状の２つの同等の平行な劈開面の間の既知の距離に基づいて推定することができ、かつ／または機械的処理のパラメータ（たとえば、接触領域における研削ツールの高さｈ、通常印加される力および研削速度など）、および／または特定のタイプの劈開面の既知の劈開閾値を考慮に入れて推定することができる。あるいは、第２の傾斜角δ２は、実験によって決定および調整することもできる。
両方の例示的な実施形態が、クラックの発生を低減、さらには解消さえするために、力線分Ｌの単位長さ当たりの複数の同等の平行な劈開面
Figure 2022028610000161
 にわたって外部の機械的力を、そのような外部の機械的力が印加されるＳｉＣ半製品の全周囲の位置に関係なく分散させるという本発明の原理を共有する。
劈開に対する機械的堅牢性の同様の改善は、図９Ａ～９Ｂおよび図１０Ａ～１０Ｂを参照して上述した４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の同じ空間配向を有する４Ｈ－ＳｉＣ基板またはウェハにおいても達成される。
４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の所定の配向は、以下に説明する方法で４Ｈ－ＳｉＣ半製品に設定することができる。
結晶成長後および／または第１の粗い機械的処理後に得られる原４Ｈ－ＳｉＣ結晶（前処理された４Ｈ－ＳｉＣ結晶）では、格子面および基準面（たとえば、処理された前端面または円柱面の一方）が、最終的な４Ｈ－ＳｉＣ半製品におけるような、必要とされる正確な配向と互いにまだ整合されていない。
このため、機械的処理の始めに、原４Ｈ－ＳｉＣ結晶（または前処理された４Ｈ－ＳｉＣ結晶）は、その前端面の一方（Ｓｉ側（０００１）またはＣ側
Figure 2022028610000162
 ）がゴニオメータおよび／または支持体上に取り付けられ、機械的処理のための結晶配向の正確な設定を可能にするために、接着剤またはセメントで固定される。この配向には、市販のＸ線デバイスを使用することができ、このデバイスを用いて格子面の配向を正確に決定し、整合させることができる。したがって、４°軸外配向を設定するために、第１のステップでは、原結晶配向は、基底面（０００１）（または
Figure 2022028610000163
 面）が、後続の機械的処理で（たとえば、研削処理によって）画定される将来の円柱面に直交する方向に沿って正確に配向される（すなわち、［０００１］軸がＣ軸に沿って整合される）ように、Ｘ線デバイスのゴニオメータを用いて調整される。
続くステップでは、そのように配向された原ＳｉＣ結晶（または前処理されたＳｉＣ単結晶）は、将来のＳｉＣ基板の良好な品質のエピタキシに必要とされる、基底面の所望の４°軸外配向を得るために、ゴニオメータを使用して方向
Figure 2022028610000164
 に４°（±０．５°）だけ傾けられる。この位置決めの後に、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、格子面が配向される。この場合、基底面の［０００１］軸と将来の円柱軸Ｃとの間の角度は４°（±０．５°）である。
その後、円柱の外径は、たとえば研削処理によって将来の基板の直径に設定される。直径設定の処理は、上で説明したように、クラックの発生に関して最も重要なステップの１つである。この設定処理中に、円柱面に対する格子面の、以前にゴニオメータで調整された配向が正確に転写されることが確保される。さらに、主または副オリエンテーションフラットおよび／またはノッチは、この処理ステップ中に研削することができる。円柱面に対する格子面の所望の配向は、続いて、いずれか別の処理の前に、Ｘ線デバイスを使用して検査／制御される。
外径および／またはオリエンテーションフラットの処理、および円柱面に対する格子面の所望の配向の制御の後、ＳｉＣ単結晶の前端面を画定するための処理が実行され、それによって、図１に図示の形状に類似した外形を持つ最終ＳｉＣ半製品が得られる。
図９Ａ～９Ｂまたは図１０Ａ～１０Ｂに描かれた所定の配向などの、機械的堅牢性を向上させる格子面
Figure 2022028610000165
 の所定の空間配向を設定するために、原ＳｉＣ結晶（または前処理されたＳｉＣ結晶）が、以下の配向処理シーケンスのいずれかを使用することなどよって、原ＳｉＣ結晶（または前処理されたＳｉＣ結晶）を空間的に配向させることを含む、望ましい所定の配向を設定する処理にかけられる。配向処理シーケンスの各ステップは、好ましくは、処理シーケンスの各ステップで正確な配向を確保するために、ゴニオメータおよび市販のＸ線デバイスを使用して実行される。
図９Ａ～９Ｂに図示のような４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００のＳｉＣ結晶構造の所定の配向を設定するための第１の配向処理シーケンスによれば、原４Ｈ－ＳｉＣ結晶または前処理された４Ｈ－ＳｉＣ結晶は、基底面が最初に初期配向に整合するように空間的に配向され、この配向で基底面は、整合中心軸Ｃの方向（この方向は、最終的な４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００の将来の円柱側面の方向に一致する）と実質的に直角をなす。続くステップで、基底面は、
Figure 2022028610000166
 方向に第１の傾斜角δ１だけ初期配向から第１の配向へと、
Figure 2022028610000167
 方向に４Ｈ－ＳｉＣ結晶を同じδ１だけ傾斜させることによって傾けられる。そのように配向されたＳｉＣ結晶は次に、
Figure 2022028610000168
 方向に第２の傾斜角δ２だけ傾けられ、その結果、基底面（０００１）が第１の配向から第２配向へと、
Figure 2022028610000169
 方向に第２の傾斜角δ２だけ傾くことになる。
図１０Ａ～１０Ｂに図示のような４Ｈ－ＳｉＣ半製品６００においてＳｉＣ結晶構造の所定の配向を設定するための代替の第２の配向処理シーケンスによれば、基底面はまた、中心軸Ｃの方向（この方向は、将来の円柱側面６３０の方向に一致する）と直角をなす初期配向へと最初に配向される。基底面は次に、
Figure 2022028610000170
 方向に第１の傾斜角δ１だけ初期配向から第１の配向へと傾けられる。このように配向された原ＳｉＣ結晶または前処理されたＳｉＣ結晶は次に、
Figure 2022028610000171
 方向に第２の傾斜角δ２だけ傾けられ、それにより、基底面（０００１）が第１の配向から第２の配向へと、
Figure 2022028610000172
 方向に追加の傾斜角δ２だけ傾斜することになる。
上述の第１および第２の配向処理シーケンスでは、第１の傾斜角の値は、好ましくは４°±０．５°であり、この±０．５°の誤差は、第１の傾斜角の値の許容可能な公差に関連しており、この公差により、それぞれの半導体基板のエピタキシ特性の所望の改善を得ることがなお可能になる。第２の傾斜角δ２の値は、好ましくは０．０２３°である。しかし、機械的堅牢性に対する所望の配向の効果が得られる０．０１５°～０．１５３°の範囲内の任意の値が、第２の傾斜角δ２に用いられてもよい。特に、用いられるべき第２の傾斜角δ２の値は、４Ｈ－ＳｉＣ格子の同等の平行な、かつその劈開作用が最小になるように意図されている劈開面間の距離に基づいて、また、交差する劈開面の、上述の力線分の単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数を参照して、推定することができる。
機械的堅牢性を向上させる別の所定の配向を設定するための第３の配向処理シーケンスによれば、基底面は最初に、中心軸Ｃの方向、すなわち将来の円柱側面の方向に対して直角をなす初期配向に整合される。基底面は次に、この初期方向のまわりに所定の回転角度だけ時計方向に回転される。所定の回転角度は、０．３３°または範囲０．２２°～２．１９°内の値である。続くステップで、基底面は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の
Figure 2022028610000173
 方向に第３の傾斜角δ３だけさらに傾けられる。第３の傾斜角は、好ましくは４°であり、公差が±０．５°である。
あるいは、第４の配向処理シーケンスを用いることができ、この場合、基底面は最初にまた、中心軸Ｃの方向、すなわち将来の円柱側面の方向に対して直角をなす初期配向に整合される。基底面は次に、この初期方向のまわりに所定の回転角度だけ反時計方向に回転される。所定の回転角度は、好ましくは０．３３°であるが、機械的堅牢性に対する所望の配向の効果を得るには範囲０．２２°～２．１９°内の任意の値でもよい。続くステップで、基底面は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の
Figure 2022028610000174
 方向に第３の傾斜角δ３だけ、好ましくは４°±０．５°だけさらに傾けられる。
上述のいずれかの配向処理シーケンスによって原ＳｉＣ結晶（または前処理されたＳｉＣ結晶）の結晶方向が整合された後、最終４Ｈ－ＳｉＣ半製品の１つまたは複数の外部基準面が、整合軸Ｃを基準として機械加工されてもよい。たとえば、少なくとも部分的に湾曲した側面が、配向された原ＳｉＣ結晶または前処理済みＳｉＣ結晶上で、整合軸Ｃと平行な方向に機械加工されてもよい。加えて、または別法として、最終４Ｈ－ＳｉＣ半製品の１つまたは２つの前面が、Ｃ軸に直交する方向に機械加工されてもよい。
こうして、４Ｈ－ＳｉＣ構造の基底面（０００１）および他の格子面の所定の配向は、４Ｈ－ＳｉＣ半製品の少なくとも１つの基準面、すなわち湾曲した側面および／またはその前面の一方または両方に対して正確に設定することができる。
湾曲した側面の直径は、４Ｈ－ＳｉＣ半製品からスライスされるべき基板ウェハの意図された直径に実質的に一致するように設定することができる。特に、本発明の技法は、外径が１５０．０ｍｍ±０．５ｍｍ、２００．０ｍｍ±０．５ｍｍ、または２５０．０ｍｍ±０．５ｍｍである４Ｈ－ＳｉＣ半製品、およびそれから得られる４Ｈ－ＳｉＣ基板の機械的堅牢性を向上させるために適用することができる。外径の±０．５ｍｍという誤差は、標準的な研削処理に伴う公差に相当する。しかし、４Ｈ－ＳｉＣ半製品の側面を設定するために、および／または外径を調整するために用いられる技法に応じて、直径の公差は０．５ｍｍより大きいことも小さいこともある。
さらに、本発明の技法は、２０ｍｍよりも大きい、または好ましくは１５ｍｍよりも大きい長手方向軸Ｃの方向の高さを有する４Ｈ－ＳｉＣ半製品の機械的堅牢性を改善するために適用することができる。しかしながら、本発明はまた、所望の数の４Ｈ－ＳｉＣ基板スライスが得られるように事前に選択されている、任意の高さの４Ｈ－ＳｉＣ半製品または原４Ｈ－ＳｉＣ結晶にも適用可能である。
機械的堅牢性を向上させるための４Ｈ－ＳｉＣ格子の所定の配向を持つＳｉＣ半製品セットは、その後、ダイヤモンドベースのスラリーを用いたマルチワイヤーソーイング、ワイヤーベースのスパーク腐食、または他の代替的な分割処理のような一般的に知られているウェハ分割処理を用いて、基板ウェハに分割することができる。４Ｈ－ＳｉＣ格子のこの所定の配向は、分離処理中にＳｉＣ半製品の基準面のいずれかを参照することによって、基板ウェハに転写することができる。
ウェハ分割処理中にＳｉＣ半製品を支持し、下地の４Ｈ－ＳｉＣ格子の所定の配向をＳｉＣ基板に転写するための例示的な代替実施形態が、図１１および図１２に図示されている。
図１１は、上述した単結晶ＳｉＣ半製品５００、６００のいずれかなどの、単結晶ＳｉＣ半製品７００の結晶配向のＳｉＣ基板７４０への転写が円柱側面７３０を介して行われる構成を図示している。処理されるべき単結晶ＳｉＣ半製品７００の支持が、円柱側面７３０を支持することによって実施される分割処理の場合、円柱側面７３０は、ＳｉＣ格子面の配向に対する正確な整合を必要とする。この分割方法では、格子面の配向は、このように、円柱側面７３０に対するそれぞれの配向を介して転写される。
図１２は、単結晶ＳｉＣ半製品７００が前面の一方７２０ｂに支持されている構成を図示している。処理されるべき単結晶ＳｉＣ半製品の支持が、前面を支持することによって実施される分離処理の場合、前面は、格子面の配向に対して正確な整合を必要とする。これらの分割方法では、ＳｉＣの格子面の配向は、格子面に対して円柱前端面の一方７２０ｂが整合することによって転写される。この場合、支持体用の前端面７２０ｂに対する格子面の配向は、ゴニオメータを用いて設定されたＸ線撮影法を用いて好ましくは測定され、たとえば研削処理を用いて、機械的処理中に正確に転写される。４Ｈ－ＳｉＣ格子面の所定の配向を基板ウェハ７４０に正確に転写するには、以下の基本条件のうちの１つが単結晶ＳｉＣ半製品７００によって満たされなければならない。
－ 両方の前端面７２０ａおよび／または７２０ｂの少なくとも一方（基準面）が、円柱の側面７３０に対して直角に配向されている、すなわち、格子配向が基準面の一方を介して正確に転写される。
－ 両方の前端面７２０ａ、７２０ｂ（基準面）が、円柱側面７３０に対して直角に配向されている、すなわち、格子配向が両方の基準面を介して正確に転写され得る。
－ 前端面７２０ａまたは７２０ｂの一方（基準面）が、円柱側面７３０に対して正確に直角に配向されており、第２の前端面７２０ｂまたは７２０ａは、方向
Figure 2022028610000175
 の測定結果が第１の前端面に対して第２の前面の４０μｍから３４０μｍの間の全厚変動（ＴＴＶ）を示すように配向されている。すなわち、格子配向は、両方の基準面を介して正確に転写することができ、一方の前端面は正確に配向され、他方の前端面は意図された配向の範囲内にある。
しかし、上記の理想的な転写条件のいずれかを満たす４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００から個々の４Ｈ－ＳｉＣ基板またはウェハ７４０を製造する場合であっても、これら４Ｈ－ＳｉＣ基板またはウェハ７４０は、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００の端面７２０ａおよび７２０ｂの一方または両方と正確に平行に、かつ／または湾曲した横方向の表面７３０に垂直に切断されないことがある。たとえば、ダイヤモンドベースのワイヤーソーを使用する場合に、ソーワイヤーが切断処理中に逸脱し、その結果、個々の基板７４０がくさびの形状を取ること、および／または著しい厚さの不規則性を示すことになり得る。同様の幾何学的歪みは、他の従来の分割処理を用いて得られた基板でも観察することができる。
従来の分割方法を用いてＳｉＣ半製品７００から得られた原基板７４０の上面および底面は、正確には平面ではなく、かつ／または互いに平行ではないので、原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の一方または両方の前面に対する４Ｈ－ＳｉＣ結晶格子の配向は、スライス処理中に４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００から正確に転写されない。
スライスされた４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０のそのような幾何学的歪みは一般に、研磨処理および／または研削処理を用いて上面および底面を平坦化することによって修正される。しかし、この場合でも、基板基準面（すなわち、側面、上面および／または底面）に対する４Ｈ－ＳｉＣ結晶格子の配向は、もはや４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００に事前設定された４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の所定の配向とは一致しない。
たとえば、ＳｉＣ基板の前面を研削するための従来の処理では、スライス後に得られた原基板７４０が、その一方の前面をチャックなどの支持体の取り付け面の方に向けて取り付けられ、反対側の上面が、さらなるどんな基板整合もせずに研削される。その結果、研削された４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の上面は、支持体の表面と平行な平面となり、それにより、チャックに取り付けられた基板底面に対する４Ｈ－ＳｉＣ格子の配向が、研削後の基板上面に再現される。このように、チャックに取り付けられた前面が、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００の対称Ｃ軸に直交する平面からのずれの程度に応じて、４Ｈ－ＳｉＣ基板の４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の配向が、また、その結果として、研削された上面に対する４Ｈ－ＳｉＣ劈開面の配向が、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００で設定された所定の配向からの著しい逸脱を示すことがある。次に、４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０が回転されて、以前にチャックに取り付けられた面が研削された場合には、第２の前面が、今ではチャックに取り付けられている第１の研削された面と平行に設定され、その結果、第２の前面に対する基底面の配向および４Ｈ－ＳｉＣ劈開面もまた、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００で設定された所定の配向と一致しなくなる。本発明による、機械的堅牢性を高めるためのＳｉＣ結晶構造の所定の配向は場合により、研削後の４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の一方または両方の前面に対してもはや存在しないので、（たとえば、カップ砥石車を用いた研削による）４Ｈ－ＳｉＣ基板のエッジの最終処理中にクラックおよび／または亀裂がさらに発生するおそれがある。
同様の問題が、従来の研磨処理による４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の研磨中に発生することがあり、この場合には基板が、半径方向の力を基板に作用させて基板の両側から材料を除去するロータディスクを用いて加工される。４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０が面平行の前面を有していない場合、かつ／または、前面に対する劈開格子面の配向が、機械的堅牢性を向上させる所定の配向と一致していない場合は、クラック／亀裂が、基板の研磨中に４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０に発生することもある。
このように、本発明により劈開に対する機械的堅牢性を向上させる、劈開面の所定の配向を有する４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００から４Ｈ－ＳｉＣ基板が得られる場合であっても、基板前面がスライス処理後に理想的な面平行の配向から逸脱することに起因して、クラックまたは亀裂が、４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の機械的処理中に発生する可能性がある。
本発明の所定の格子配向からの、ＳｉＣ基板７４０のＳｉＣ格子配向のそのような製造関連の逸脱を補償するために、完成した４Ｈ－ＳｉＣ基板８００の一方または両方の前面に実質的に直交する軸に対する４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の所定の配向は、以下に説明するように、事前整合による平坦化処理を適用することによって、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００からスライスされた原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０において設定（または再配向）することができる。
図１３Ａおよび１３Ｂは、図９Ａ～９Ｂの４Ｈ－ＳｉＣ半製品５００に関して上述した所定の配向と本質的に一致する、劈開に対して基板の機械的堅牢性を向上させるための所定のＳｉＣ結晶配向が設定されている完成した４Ｈ－ＳｉＣ基板８００を示す。
最終４Ｈ－ＳｉＣ基板８００の側面の各位置に、単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数の
Figure 2022028610000176
 形状の平行な劈開面と交差する線分（図示せず）が存在するような、４Ｈ－ＳｉＣ基板８００の４Ｈ－ＳｉＣ結晶格子の正確な配向は、所定の配向を以下のように設定する処理を用いて実現することができる。
原料基板４Ｈ－ＳｉＣ７４０が、図９Ａ～９Ｂおよび図１０Ａ～１０Ｂを参照して上述した４Ｈ－ＳｉＣ結晶半製品５００および６００などの所望の所定の配向に合わせてすでに設定されている、単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００から製造される場合、ＳｉＣ結晶格子の所定の配向は、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００の少なくとも１つの基準面、たとえば側方円柱面７３０、ならびに／または前面７２０ａおよび７２０ｂの一方または両方に対して、すでに設定されている。次に、このＳｉＣ結晶格子の相対的な配向は、図１１および１２に図示されているように、これらの基準面の１つを使用することによって、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００のスライス中に原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０に転写される。たとえば、図１１に示された構成では、結晶配向を転写するための基準面は、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００の側方面７３０である。図１２に示された構成では、４Ｈ－ＳｉＣ半製品７００の前面７２０ａおよび７２０ｂの一方が基準面として使用される。
スライス後、原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の結晶配向が次に、ゴニオメータおよびＸ線測定を用いて決定されて、本発明の原理による所望の配向が正確に転写されたかどうかを判定することができる。所望の配向からの逸脱が明らかになった場合には、４Ｈ－ＳｉＣ基板８００のＳｉＣ結晶構造の所定の配向を設定する処理には次に、事前整合による平坦化処理を原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０に適用して、４Ｈ－ＳｉＣ基板の前面および／または側面に対してＳｉＣ結晶格子の配向を補正することが含まれ得る。
事前整合による平坦化処理中に、原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶格子の１つまたは複数の結晶軸が平坦化の前に特定の配向で整合するように、平坦化ツール（または基準整合軸Ｃ）に対して空間的に配向される。次に、４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の前面は、平坦化ステップ中に基板７４０の空間配向を維持しながら、たとえば上述のような研削によって平坦化することができる。前面に加えて、またはその代替として、４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の側面が、基準整合軸Ｃと平行に形成され、かつ／または空間的に配向された４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の所望の基板直径に設定されてもよい。
事前整合による平坦化処理は、好ましくは、４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０をゴニオメータに取り付けることによって、および、たとえばＸ線放射を用いてそれぞれの４Ｈ－ＳｉＣ結晶格子の結晶配向を測定することによって実施される。原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０は次に、基準整合方向Ｃに対して、たとえば［０００１］結晶軸および／またはそれぞれの基底面（０００１）の、ＳｉＣ結晶の結晶軸および／または格子面を整合させるように３次元空間内で空間的に配向される。この基準整合方向は、好ましくは、最終４Ｈ－ＳｉＣ基板８００の軸Ｃと、すなわち、層堆積および電子構成要素の製造に使用するための基板８００を調製する研削、研磨および／または他の仕上げ処理後の４Ｈ－ＳｉＣ基板８００の、少なくとも部分的に湾曲した側面８３０を含む円柱面の対称軸Ｃと、一致するか平行になるように選択される。
原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の事前整合による平坦化処理では、上述した原（または前処理された）４Ｈ－ＳｉＣ結晶半製品のＳｉＣ結晶格子の所定の配向を設定するために、第１～第４の配向処理シーケンスのいずれかを使用することができる。たとえば、上述の第１の配向処理シーケンスを使用する場合、原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０は、基底面（０００１）が最初に初期配向と整合するように空間的に配向され、この初期配向では、基底面が基準整合方向と実質的に直角をなす（すなわち、［０００１］軸は、基準整合方向と実質的に平行である）。４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０は次に、基底面を初期配向から
Figure 2022028610000177
 方向に第１の傾斜角度δ１だけ第１の配向へと傾けるように傾斜され、それにより、劈開面
Figure 2022028610000178
 を除くすべての劈開面がその配向を変える。４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０は次に、基底面（０００１）を
Figure 2022028610000179
 方向に第２の傾斜角δ２だけ第２の配向へと傾けるように傾斜され、それによって、劈開面
Figure 2022028610000180
 の配向が変わる。これにより、基準整合軸に直交する平面に対して（たとえば、垂直中心軸Ｃの場合には水平面に対して）、初期配向において
Figure 2022028610000181
 軸の方向に傾斜角δ１だけ、および、この同じ初期配向において
Figure 2022028610000182
 軸の方向に傾斜角δ２だけ傾斜している平面にある、第２の配向の４Ｈ－ＳｉＣ基底面（０００１）が得られる。配向処理シーケンスの各ステップには、好ましくは、ゴニオメータおよびＸ線放射測定を用いて結晶軸配向を決定し、必要に応じて配向調整を実施して結晶格子の正確な整合を確保することが伴う。
ひとたび原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０が空間的に配向され、ＳｉＣ結晶格子が基準整合軸に対して正確に整合されると、基板８００の一方または両方の前面８２０ａおよび８２０ｂが、たとえば研削によって、４Ｈ－ＳｉＣ結晶を第２の配向に維持しながら、基準整合軸を横切る平面に沿って平坦化される。これにより、対称軸Ｃに実質的に直交する、かつ、この対称軸Ｃに対して４Ｈ－ＳｉＣ結晶配向が所望の所定のものに正確に設定されている、平坦な前面８２０ａおよび／または８２０ｂが得られる。加えて、または代替として、空間的に配向された原４Ｈ－ＳｉＣ基板７４０の側面の形状および／または直径は、図１３Ａ～１３Ｂに描かれた、対称軸Ｃに平行に伸びる完成した４Ｈ－ＳｉＣ基板８００の側方湾曲面８３０を設定するように、基準整合軸に平行に研削されてもよい。
その結果、事前整合による平坦化処理の後に得られる４Ｈ－ＳｉＣ基板８００は、劈開に対する機械的堅牢性を向上させる所定の配向と一致する、基板側面８３０および／または一方もしくは両方の前面８２０、８２０ｂに対する４Ｈ－ＳｉＣ格子の正確な配向を示す。
一代替実施形態では、機械的堅牢性を向上させる所定の結晶配向を４Ｈ－ＳｉＣ基板８００に設定する処理は、本発明の所定の配向以外の標準的な結晶配向を持つ単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品、たとえば図２に図示された軸上配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品１００から開始することができる。この場合、４Ｈ－ＳｉＣ基板８００に所定の結晶配向を設定する処理には、たとえばゴニオメータおよびＸ線放射測定を使用して、４Ｈ－ＳｉＣ半製品１００を基準整合軸に対して、４Ｈ－ＳｉＣ結晶格子がこの基準整合軸に対して基底面の［０００１］軸の、方向および量について所定の傾斜によって所望の所定の配向で配向されるように、空間的に配向することが含まれる。この４Ｈ－ＳｉＣ半製品１００の空間配向は、上述した４Ｈ－ＳｉＣ結晶半製品５００または６００のＳｉＣ結晶格子の所定の配向を設定するための、上述した第１～第４の配向処理シーケンスのいずれかを用いて実施することができる。しかし、この実施形態では、原４Ｈ－ＳｉＣ基板は、空間的に配向された４Ｈ－ＳｉＣ半製品１００から直にウェハをスライスすることによって得られる。図４Ａ～４Ｂを参照して上述した従来の４°の軸外配向を持つ４Ｈ－ＳｉＣ半製品４００から開始する場合には、上記の第１および第２配向シーケンス処理で説明した、
Figure 2022028610000183
 方向に４°の第１の傾斜角度だけ４Ｈ－ＳｉＣ半製品を傾けるステップは省略されてもよい。
４Ｈ－ＳｉＣウェハは次に、４Ｈ－ＳｉＣ結晶半製品１００または４００の空間配向の後に、最終４Ｈ－ＳｉＣ基板８００の中心軸Ｃと実質的に一致するか平行になるように選択されている基準整合軸に対し実質的に横方向に切断される。以前の実施形態と同様に、スライス後に得られた原４Ｈ－ＳｉＣ基板の結晶配向もまた、ゴニオメータおよびＸ線測定を用いて決定されて、本発明の原理によるＳｉＣ結晶格子の所望の配向が正確に転写されたかどうかを判定することができる。
所望の配向からの逸脱が明らかになった場合では、４Ｈ－ＳｉＣ基板８００のＳｉＣ結晶構造の所定の配向を設定する処理には、上述の事前整合による平坦化処理を適用して、４Ｈ－ＳｉＣ基板の前面および／または側面に対してＳｉＣ結晶格子の配向を補正することが含まれ得る。所望の配向からの逸脱が検出されない場合、および／または４Ｈ－ＳｉＣ基板８００の劈開に対する堅牢性に重大な影響がないと予想される所定の許容範囲内にある場合には、事前整合による平坦化処理は省略される。
結論として、本発明は、機械的処理中に所与の領域に印加される半径方向の機械的力が、その機械的力が印加されている４Ｈ－ＳｉＣ半製品または４Ｈ－ＳｉＣ基板の外周の位置とは無関係に、少なくとも所定の最小数の好ましい劈開面にわたって常に分散されるように、ＳｉＣ半製品または４Ｈ－ＳｉＣ基板の側面および／または一方もしくは両方の前面に対する好ましい劈開面の最適な配向を設定することによって、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶および／または４Ｈ－ＳｉＣ基板の機械的処理中の亀裂の発生を低減させることを可能にする。
その結果、４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造のこの最適な配向によって、バルクＳｉＣ結晶およびＳｉＣ基板の機械的処理中のより高い機械的堅牢性を達成することができ、したがって、将来の基板のエピタキシ品質を低下させることなく、また、それぞれの機械的処理のコストおよび／または時間の大幅な増加を伴うことなく、単結晶半製品および最終製品のより高い収率を達成することができる。
上記の例示的な実施形態の特定のフィーチャを「下向きの」、「上」、「底」、および「水平の」などの用語を用いて説明したが、これらの用語は、それぞれのフィーチャならびに４Ｈ－ＳｉＣ単結晶および／または４Ｈ－ＳｉＣ基板内のフィーチャの相対的な配向についての説明を容易にするためにだけ使用されており、特許請求された本発明またはその構成要素のいずれかを特定の空間配向に限定するものと解釈されるべきではない。さらに、本発明を４Ｈ－ＳｉＣ結晶に関して上で説明したが、本発明の原理はまた、他の修飾をしたＳｉＣ単結晶、および／または、ＡｌＮおよびＧａＮなどの他の半導体単結晶に有利に適用することもできる。
Ｃ 幾何学的な長手方向軸
Ｌ 線分
ｈ 砥石車の高さ、線分の長さＬ
１００ ＳｉＣ半製品
１１０ オリエンテーションフラット（ＯＦ）
１２０ａ、１２０ｂ 円柱の上部前面および下部前面
１３０ 側方円柱面
２００ 軸上配向を持つＳｉＣ半製品（従来技術）
２２０ 前面
２３０ 円柱側面
２４０ 砥石車
３００ ４°オフ配向を持つＳｉＣ基板（従来技術）
３２０ａ、３２０ｂ 円柱の上部前面および下部前面
３３０ 円柱側面
４００ ４°オフ配向を持つＳｉＣ半製品（従来技術）
４２０ａ、４２０ｂ 円柱の上部前面および下部前面
４３０ 円柱側面
５００ ＳｉＣ半製品
５２０ａ、５２０ｂ 円柱の上部前面および下部前面
５３０ 円柱側面
６００ ＳｉＣ半製品
６２０ａ、６２０ｂ 円柱の上部前面および下部前面
６３０ 円柱側面
７００ 単結晶ＳｉＣ半製品
７１０ 支持体
７２０ａ、７２０ｂ、および７３０ 前端面および側面
７４０ 基板ウェハ
８００ 完成した４Ｈ－ＳｉＣ基板
８２０ａ、８２０ｂ 基板の上部前面および下部前面
８３０ 基板の円柱形側面

Claims (16)

  1. 劈開に対する機械的堅牢性が改善された単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板であって、基板軸に平行な、少なくとも部分的に湾曲した側面を有し、
    前記４Ｈ－ＳｉＣ基板格子の結晶構造が前記基板軸に対して、前記基板の側面の各位置に、
    Figure 2022028610000184
     形状の、単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数の平行な劈開面と交差する線分が存在するように配向されており、
    前記線分が、前記位置で前記側面に１点で接する平面によって画定される
    ことを特徴とする、単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板。
  2. 前記
    Figure 2022028610000185
     形状の平行な劈開面の単位長さ当たりの前記所定の最小数が、１ミリメートル当たり少なくとも１０００面であり、かつ／または
    前記長手方向軸が、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の前記少なくとも部分的に湾曲した側面の湾曲部によって画定された円柱の対称軸である、請求項１に記載の単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板。
  3. 前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の基底面の主軸が、前記基板軸に対して第１の傾斜角だけ
    Figure 2022028610000186
     方向に傾けられ、かつ／または
    前記第１の傾斜角が４°であり、公差が±０．５°であり、かつ／または
    前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記基底面の主軸が、前記基板軸に対して第２の傾斜角だけ
    Figure 2022028610000187
     方向に傾けられ、
    前記第２の傾斜角が、前記線分と交差する前記
    Figure 2022028610000188
     形状の、単位長さ当たりの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な前記
    Figure 2022028610000189
     形状の前記平行劈開面間の距離に基づいて推定され、かつ／または
    前記第２の傾斜角が、区間０．０１５°～０．１５３°から選択される値である、もしくは、好ましくは０．０２３°である、請求項１または２に記載の単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板。
  4. 第１および第２の前面をさらに備え、
    前記第１および第２の前面がそれぞれ、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の前記少なくとも部分的に湾曲した側面に垂直であり、かつ／または
    前記第１および第２の前面の一方もしくは両方が前記基板軸に垂直である、請求項１～３のいずれか１項に記載の単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板。
  5. 前記少なくとも部分的に湾曲した側面が、円柱面を画定する湾曲部を有し、前記基板軸が円柱面の対称軸を持ち、
    前記円柱面が、前記４Ｈ－ＳｉＣ基板をスライスすることによって得られる基板ウェハの所与の直径に実質的に一致する外径を有する、かつ／または
    前記円柱面の外径が、１５０．０ｍｍ±０．５ｍｍ、２００．０ｍｍ±０．５ｍｍ、または２５０．０ｍｍ±０．５ｍｍである、かつ／または
    前記単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板の厚さが２５０μｍを超える、もしくは、好ましくは３５０μｍを超える、かつ／または
    前記単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板が、１×１０１８ｃｍ－３より大きい窒素ドーピングを有する、かつ／または
    前記単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板が、４７．５ｍｍ±１．０ｍｍの長さのオリエンテーションフラット、またはノッチを有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板。
  6. 劈開に対する機械的堅牢性が改善された単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板を製造する方法であって、前記単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板が、基板軸と、前記基板軸に平行な、少なくとも部分的に湾曲した側面とを有し、前記方法が、
    前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の側面の各位置に、
    Figure 2022028610000190
     形状の、単位長さ当たりの少なくとも所定の最小数の平行な劈開面と交差する線分が存在するように、前記基板軸に対して前記４Ｈ－ＳｉＣ基板上の前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の所定の配向を設定する処理を実行するステップを含み、
    前記線分が、前記位置で前記側面に１点で接する平面によって画定される、方法。
  7. 前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記所定の配向は、前記
    Figure 2022028610000191
     形状の平行な劈開面の単位長さ当たりの前記所定の最小数が、前記線分長の１ミリメートル当たりの少なくとも１０００面になるようなものである、請求項６に記載の方法。
  8. 前記線分と交差する前記
    Figure 2022028610000192
     形状の、単位長さ当たりの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な前記所定の配向を推定するステップをさらに含む、請求項６または７に記載の方法。
  9. 前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記所定の配向を設定する前記処理は、
    少なくとも１つの原４Ｈ－ＳｉＣ基板を製造するための単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品を提供するステップであって、
    前記４Ｈ－ＳｉＣ半製品が、前記４Ｈ－ＳｉＣ半製品の基板軸および前記単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品の基準面に関して、前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記所定の配向に合わせて設定されている、ステップと、
    前記基準面を持つ前記４Ｈ－ＳｉＣ半製品を支持面に取り付けるステップと、
    前記取り付けられた４Ｈ－ＳｉＣ半製品を前記支持面に対し横方向または平行な方向に切断して、前記少なくとも１つの原４Ｈ－ＳｉＣ基板を得るステップとを含む、請求項６～８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記所定の配向を設定する前記処理は、
    少なくとも１つの原４Ｈ－ＳｉＣ基板を製造するための単結晶４Ｈ－ＳｉＣ半製品を提供するステップと、
    所定の整合軸に対して前記基底面の前記［０００１］軸の、方向および量についての所定の傾斜で前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を空間的に配向させるステップと、
    前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を空間的に配向させた後に、前記４Ｈ－ＳｉＣ半製品を前記所定の整合軸に対して実質的に横方向に切断して、前記少なくとも１つの原４Ｈ－ＳｉＣ基板を得るステップとを含む、請求項６～８のいずれか１項に記載の方法。
  11. 角度測定を実施することによって、原４Ｈ－ＳｉＣ基板の前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の、前記原４Ｈ－ＳｉＣ基板の前面に対する結晶配向を決定するステップと、
    前記決定された結晶配向が前記原４Ｈ－ＳｉＣ基板の前記基板軸に対して前記所定の配向から逸脱している場合、前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記結晶配向が、所定の整合軸に対して前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記基底面の前記［０００１］軸の、方向および量についての所定の傾斜で空間的に配向されるように、前記原４Ｈ－ＳｉＣ基板を空間的に配向するステップと、
    前記整合軸を基準として、前記空間的に配向された４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウェハの外面を機械加工して、
    前記整合軸と実質的に平行な前記少なくとも部分的に湾曲した側面、および
    前記整合軸と実質的に直交する少なくとも１つの前面表面
    の少なくとも一方を形成するステップとをさらに含み、
    ここで、機械加工後の前記４Ｈ－ＳｉＣ基板の前記基板軸が、前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の空間配向に使用された前記整合軸と実質的に一致するか平行である、請求項６～１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記所定の傾斜で前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造を空間的に配向させるステップが、
    前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記基底面を初期配向に合わせて配向させるステップと、
    前記基底面を前記初期配向から第１の配向へと、前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記
    Figure 2022028610000193
     方向に第１の傾斜角だけ傾けるステップと、
    前記基底面を前記第１の配向から第２の配向へと、前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記
    Figure 2022028610000194
     方向または前記
    Figure 2022028610000195
     方向に第２の傾斜角だけ傾けるステップとを含み、
    前記初期配向において前記基底面が、前記所定の整合軸に実質的に垂直である、請求項９～１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 前記第１の傾斜角が４°であり、公差が±０．５°であり、かつ／または
    前記第２の傾斜角が、前記線分と交差する前記
    Figure 2022028610000196
     形状の、単位長さ当たりの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な前記
    Figure 2022028610000197
     形状の前記平行劈開面間の距離に基づいて推定され、かつ／または
    前記第２の傾斜角が、区間０．０１５°～０．１５３°から選択される値であり、もしくは、好ましくは０．０２３°であり、かつ／または
    前記第１の傾斜角および／または第２の傾斜角だけ傾けた後の前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の配向が、角度測定によって検証される、請求項１１に記載の方法。
  14. 空間配向処理が、
    前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記基底面を初期配向に合わせて配向させるステップと、
    前記基底面を前記初期方向のまわりに所定の回転角度だけ時計方向に回転させるステップと、
    前記回転させた基底面を前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記
    Figure 2022028610000198
     方向に第３の傾斜角だけ傾けるステップとを含み、
    前記初期配向において前記基底面が、前記整合軸に実質的に垂直である、請求項９～１１のいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記空間配向処理が、
    前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記基底面を初期配向に合わせて配向させるステップと、
    前記基底面を前記初期方向のまわりに所定の回転角度だけ反時計方向に回転させるステップと、
    前記回転させた基底面を前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の前記
    Figure 2022028610000199
     方向に第３の傾斜角だけ傾けるステップとを含み、
    前記初期配向において前記基底面が、前記整合軸に実質的に垂直である、請求項９～１１のいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記所定の回転角が０．３３°である、または範囲０．２２°～２．１９°内の値である、ならびに／または
    前記第３の傾斜角が４°であり、公差が±０．５°である、ならびに／または
    前記所定の回転角度だけ回転させた、および／もしくは前記第３の傾斜角だけ傾けた後の前記４Ｈ－ＳｉＣ結晶構造の配向が、角度測定によって検証される、請求項１３または１４に記載の方法。
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