TWI914289B - P型碳化矽與低電阻率碳化矽之晶體、晶棒、晶圓與元件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種摻雜SiOC液體起始材料提供p型聚合物衍生陶瓷SiC結晶結構，包括晶棒及晶圓。p型SiC電子元件。具有磷作為一摻雜劑的低電阻率SiC晶體、晶圓及晶棒。用於摻雜SiC晶體的氣相沉積生長的聚合物衍生陶瓷摻雜SiC成形裝藥（shaped charge）源材料。

Description

P型碳化矽與低電阻率碳化矽之晶體、晶棒、晶圓與元件及其製造方法

本申請案根據專利法主張2021年7月9日申請的美國臨時申請案第63/220,132號及2022年4月30日申請的美國臨時申請案第63/337,088號的優先權及權益，該等申請案中之每一者的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。

本發明係關於p型SiC晶體、晶錠、晶棒及晶圓；低電阻率SiC晶體、晶錠、晶棒及晶圓；用於製造p型SiC晶體、晶錠、晶棒及晶圓之方法；用於製造低電阻率SiC晶體、晶錠、晶棒及晶圓之方法；以及由此等晶圓製成的元件及此等晶圓的用途。

純結晶碳化矽(silicon carbide，SiC)係電中性的，即，結晶材料中存在正電荷及負電荷的平衡。通常，為了在半導體二極體及電晶體的製造中有用，在SiC晶體生長製程期間將雜質添加至SiC晶體以在晶體內產生電荷不平衡，這會影響SiC的導電率。向SiC添加正電荷的雜質原子被稱為施體原子。一般而言，施體原子由週期表中在包含Si及C的欄右側那一欄(例如，第15 (VA)欄)識別。用於SiC的典型施體原子為氮(N)及磷(P)。向SiC添加負電荷的雜質原子被稱為受體原子。一般而言，受體原子由週期表中在包含Si及C的欄左側那一欄(例如，13或IIIA)識別。用於SiC的典型受體原子為硼(B)及鋁(Al)。SiC晶體通常將包含施體及受體原子雜質兩者。為了使施體或受體雜質原子影響晶體中的淨電荷且變成電活性的(即，影響晶體的導電率/電阻率)，雜質原子通常必須取代位於其在晶體中的位置中的Si或C原子，且在此情況下，雜質原子被稱為取代型雜質。雜質原子亦可位於Si原子與C原子之間的位置中。在此情況下，雜質原子被稱為填隙型原子且可能不影響晶體中的淨電荷，可對電荷具有較少的影響，且在一些情形中不影響晶體中的淨電荷。因此，術語「電活性原子雜質」、「電活性雜質」及「電活性」用於描述向SiC結晶材料添加的會影響材料(例如，晶體)的淨電荷的原子，包括取代型原子及填隙型原子。因此，所有取代型雜質係電活性雜質，且填隙型雜質可為電活性或非電活性雜質。因此，施體或受體雜質的原子濃度(晶體中雜質原子數與原子總數的比)可等於或大於電活性雜質(例如，取代型雜質原子)的原子濃度。當存在的電活性(例如，取代型)施體原子多於電活性(例如，取代型)受體原子時，SiC晶體為n型，n代表負，即，存在過量的負電荷。相反，當存在的電活性(例如，取代型)受體原子多於施體原子時，SiC晶體為p型，p代表正，即，晶體中存在過量的正電荷。

在本發明之前，還沒有直徑＞100 mm的工業製造的、可購得的p型SiC基板可用，該p型SiC基板可用於製造SiC半導體元件。人們相信，現有的對製造p型SiC晶體的先前嘗試不能提供生產高品質、低缺陷的p型SiC材料(諸如SiC晶體、SiC晶棒及自彼等晶棒切割的p型SiC晶圓)之可製造製程。因此，在本發明之前，具有p型SiC材料的SiC半導體元件的益處基本上不可用且無法購得。

如本文所使用，除非另有規定，否則半導體材料中存在兩種類型的電荷載子：電洞及電子。電洞可被視為電子的「相反面」。與具有負電荷的電子不同的是，電洞具有量值與電子相等、但極性與電子的電荷相反的正電荷。電洞有時可能容易混淆，因為它們不像電子那樣是實體粒子，而是原子中電子的缺失。當電子離開其位置時，電洞可在半導體中自原子移動至原子。因此，以類比的方式，轉向在一組台階上站成一條線的人。若在線的前方的人走上一個台階，則該人留下一個電洞。當每個人走上一個台階時，可用的台階(電洞)沿該等台階向下移動。當原子中的電子自原子的價帶(通常為由電子完全填充的最外電子殼層)移動至導帶(原子中電子可輕易逃逸的區域)中時，形成電洞，該移動在半導體中無處不在。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「p型」、「p型晶圓」、「p型晶體」、「p型晶棒」及類似的此類術語應當被給予其最廣泛的可能含義，且將包括所具有的電活性受體原子雜質(例如，取代型受體原子雜質)多於電活性施體原子雜質(例如，取代型施體雜質原子)的SiC晶體材料。因此，例如，每單位體積電活性受體原子淨數量為1x10¹⁰/cm³至1x10²²/cm³、約1x10¹⁸/cm³至1x10²⁰/cm³、約1x10¹⁸/cm³至1x10²³/cm³、約1x10¹⁸/cm³至1x10²⁴/cm³、大於約1x10⁹/cm³、大於約1x10¹⁵/cm³、大於約1x10¹⁸/cm³及大於約1x10¹⁹/cm³的SiC結晶材料被表徵為p型SiC晶體材料。

另外，除非另有規定，否則為了被視為p型SiC結晶材料，淨載子濃度將具有過量的受體原子雜質，如方程式(1)所給出

(1) Nc = N_D-N_A

其中Nc為淨載子濃度。N_D為電活性施體雜質原子的濃度。N_A為電活性受體雜質原子的濃度。根據慣例，Nc針對p型材料為負，表明缺少電子。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「p型元件」、「p型半導體」及類似的此類術語應當被給予其最廣泛的可能含義，且包括具有p型層或者基於p型晶圓、晶片或基板的任何半導體、微電子元件或電子元件。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「p⁺」、「p⁺型」及類似的此類術語指代具有高摻雜劑數量(例如，重摻雜的，N_D ＞10¹⁸/cm³)且因此具有低電阻率(＜0.03 ohm-cm)的p型結晶SiC材料，例如p型晶棒、晶圓等。因此，p⁺型材料可具有10¹⁸/cm³至約10²⁰/cm³的N_A，10¹⁸/cm³至約10²¹/cm³的N_A，＞10¹⁹/cm³、約1x10¹⁸/cm³至1x10²³/cm³、約1x10¹⁸/cm³至1x10²⁴/cm³的N_D，及約10²⁰/cm³的N_A。通常，p⁺型材料的電阻率可處於或低於0.03 ohm- cm、小於約0.025 ohm-cm、小於約0.020 ohm-cm、小於約0.015 ohm-cm、約0.030 ohm-cm至約0.01 ohm-cm、約0.025 ohm-cm至約0.008 ohm-cm，及約0.020 ohm-cm至約0.005 ohm-cm。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「p^-」、「p^-型」及類似的此類術語指代具有低摻雜劑數量(例如，輕摻雜的，N_D ＜10¹⁸/cm³)且因此具有更高電阻率的p型結晶材料，例如p型晶棒、晶圓等。通常，此等電阻率高於0.03 ohm-cm。因此，p^-型材料可具有10¹⁸/cm³至約10¹⁰/cm³及類似值的N_A。通常，p^-型材料的電阻率可為0.03 ohm-cm至10⁸ ohm-cm及更大。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「n型」、「n型晶圓」、「n型晶體」、「n型晶棒」及類似的此類術語應當被給予其最廣泛的可能含義，且將包括所具有的電活性施體原子(例如，取代型施體原子雜質)多於其他類型的雜質原子的具有負電荷之SiC結晶材料。因此，例如，每單位體積電活性施體原子淨數量為1x10¹⁰/cm³至1x10²²/cm³、約1x10¹⁸/cm³至1x10²⁰/cm³、大於約1x10⁹/cm³、大於約1x10¹⁵/cm³、大於約1x10¹⁸/cm³及大於約1x10¹⁹/cm³的SiC結晶材料被表徵為n型SiC晶體材料。

另外，除非另有規定，否則為了被視為n型SiC結晶材料，淨載子濃度將指示過量的施體原子雜質，如方程式所給出。根據慣例，Nc針對n型材料為正，表明過量的電子。

術語「n⁺」、「n⁺型」及類似的此類術語指代具有高摻雜劑量(例如，重摻雜的，N_A ＞10¹⁸/cm³)且因此具有低電阻率(＜0.03 ohm-cm)的n型材料，例如n型晶棒、晶圓等。通常，此等電阻率可處於或低於0.03 ohm-cm。

術語「n^-」、「n^-型」及類似的此類術語指代具有低摻雜劑量(例如，輕摻雜的，N_A ＜10¹⁸/cm³)且因此具有更高電阻率的n型材料，例如n型晶棒、晶圓等。通常，此等電阻率可高於0.03 ohm-cm，且一般處於或高於0.03 ohm-cm。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「實體孔」、「實體空隙」及「實體凹穴」指代物理性質而非電性質，且以常見的普通方式使用，諸如意謂固體或表面中的中空處、結構或表面中的材料缺失及表面或固體內的空白空間。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「氣相沉積」(「Vapor Deposition，VD」)、「氣相沉積技術」、「氣相沉積製程」及類似的此類術語應當被給予其最廣泛的可能含義，且將包括例如以下製程：其中將固體或液體起始材料轉化成氣體或蒸氣狀態，然後沉積氣體或蒸氣以形成(例如，生長)固體材料。如本文所使用，氣相沉積技術將包括藉由磊晶術生長，其中層係自蒸氣或氣相提供。其他類型的氣相沉積技術包括：化學氣相沉積(「Chemical Vapor Deposition，CVD」)；物理氣相沉積(「Physical Vapor Deposition，PVD」)、電漿增強CVD、物理氣相傳輸(「Physical Vapor Transport，PVT」)及其他技術。氣相沉積元件的實例將包括熱壁化學氣相沉積反應器、多晶圓化學氣相沉積反應器、化學氣相沉積煙囪反應器。物理氣相傳輸(Physical Vapor Transport，PVT)意謂且需要使用至少一種固體起始材料，該材料經昇華以提供用於生長晶體的蒸氣(例如，通量)。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「氣化溫度」應當被給予其最廣泛的可能含義，且包括材料自液體轉變成氣體狀態、自固體轉變成氣體狀態或兩種轉變的溫度(例如，固體至液體至氣體轉變發生在很小的溫度範圍內，例如，小於約20℃、小於約10℃及小於約5℃的範圍)。除非另有特別說明，否則氣化溫度將為對應於發生此種轉變的任何特定壓力(例如，一個大氣壓、0.5個大氣壓)的溫度。當在特定應用、方法中論述材料的氣化溫度，或者在特定元件(諸如PVT元件)中使用時，除非另有明確說明，否則氣化溫度將在該應用、方法或元件中所使用或通常所使用的壓力下。

碳化矽通常不具有液相，且在典型的PVT製程條件下不處於液相，而是在高於約1,700℃的溫度下在真空下昇華。(應注意，在很高的壓力下，SiC可存在於液相中。)通常，在工業及商業應用中，建立條件以便在約2,500℃及以上的溫度下發生昇華。當碳化矽昇華時，其通常形成由各種矽及碳物質組成的蒸氣通量，其蒸氣通量的組分隨源材料以及溫度及壓力而變。然而，除其他事項外，本發明提供了除了使用源材料(例如，成形裝藥)以及PVT製程期間的溫度及壓力之外還經由選擇液體起始材料(例如，聚矽碳前驅物)來控制此等組分的比率的能力。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「晶體」、「晶錠」、及「晶棒」及類似的此類術語應當被給予其最廣泛的可能含義，且指代具有約50 mm至約250 mm的直徑、大於100 mm的直徑、大於250 mm的直徑及通常約150 mm的直徑；且具有約25 mm至約250 mm的高度(即，晶種端至尾端的距離)、約75 mm至約150 mm的高度、75 mm及更大的高度、約100 mm及更大的高度、約150 mm及更大的高度及通常約100 mm至約150 mm的高度的結晶結構。術語「晶體」通常指代最初生長且隨後自生長裝置移除的結構。術語「晶錠」通常指代其末端中之一者或兩者已經處理(例如，平坦化)的晶體。術語「晶棒」通常指代已經進一步處理(例如，在晶棒上形成平面)且準備好進行切片製程(即，由晶棒製造晶圓)的晶錠。通常，晶體係在氣相沉積裝置中使用氣相沉積製程(特定而言，PVT裝置及製程)生長的。

除非另外明確提供或自上下文顯而易見，否則術語晶體、晶錠及晶棒在本說明書中使用時通常係可互換的；且特定而言，本說明書中對一者的性質、結晶結構、巨大及微小的缺陷及組合物的描述通常適用於其他者。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「晶圓」、「SiC晶圓」、「p型SiC晶圓」、「n型SiC晶圓」及類似的此類術語指代的結晶材料係自相同結晶材料的更大結構切割的結構(例如，p型SiC晶圓係自p型SiC晶棒切割的)。通常，晶圓700係圓盤狀結構，且可為圓形的或者圓形或半圓形的形狀705，且可具有一平面或者超過一個平面。晶圓具有頂部或頂部表面、底部或底部表面及厚度。晶圓的外邊緣可為錐形的、傾斜的、倒角的、正方形的、圓的等。

通常，藉由大體上橫向於更大晶體(例如，晶棒)的c軸線(生長軸線)切割晶圓來形成SiC晶圓。通常，晶圓可在生長軸線上(即，軸上)或從此軸線偏離幾度(即，偏軸)，通常，針對偏軸晶圓，從生長軸線偏離約0.1度至約5度。晶圓可具有約80 μm至約600 μm的厚度，及約50 mm至約250 mm的直徑，其中約150 mm的直徑為較佳的。當在軸上或略微偏軸切割時，SiC晶圓通常具有碳面或表面及矽面或表面。亦可沿著生長軸線及在相對於生長軸線的任何其他定向中切割晶圓。

一般而言，在開發出商用SiC MOSFET之前，電力工業(＞500V)主要基於矽(Si) IGBT的使用。此等係雙極元件且具有低傳導損耗，從而允許它們處理高的電流(安培)及功率(瓦特或W)。然而，它們在切斷階段(傳導與阻斷之間的轉變)期間經受高功率損耗，從而限制可操作它們的頻率。操作頻率很重要，因為頻率越高，轉換器/反相器的被動元件越小(例如，電感器)，這有助於減小元件的體積及重量。減小此等元件(MOSFET及IGBT)的體積、重量及兩者係此項技術中長期存在的問題，且對於終端使用者係重要的衡量標準。MOFET係單極元件，因此它們提供更低的開關損耗(特別是在切斷階段期間)。然而，它們經受更高的導通電阻(傳導損耗)，導通電阻隨著電壓增大，因此，在更高的電壓(對於Si為＞500V)下，IGBT係有利的。因此，對此項技術提出的長期存在且未解決的問題是最佳化(即，最小化)半導體元件中的傳導損耗及轉變損耗。

另外，矽基元件至SiC基元件的轉變已面臨實質性且長期存在的問題。特定而言，p型矽型元件至SiC型元件(例如，對於此等初始的先前嘗試為n型)的轉變需要大量的費用、時間及難度來重新設計p型矽型元件，例如，電路系統、遮罩、組態等，以便可使用n型SiC。先前技術不能提供高品質p型SiC晶圓已留下此長期存在的問題及需要未解決。

功率電子元件及電路的歷史開始於由矽製成的半元件。

功率電路的許多設計採用設計以及p通道及n通道場效電晶體，最常見的電晶體為MOSFET或金氧半場效電晶體。如本文所使用，除非另有規定，否則p通道MOSFET係一種類型的MOSFET，其中MOSFET的通道由作為電流載子的大部分電洞組成。當MOSFET被啟動且接通時，大部分流動的電流為移動穿過通道的電洞。另一種類型的MOSFET為n通道MOSFET，其中大部分電流載子為電子。n通道或p通道MOSFET可以兩種不同的方式製成：增強型MOSFET或空乏型MOSFET。

空乏型MOSFET通常在閘極端子與源極端子之間不存在電壓差時接通(最大電流自源極流動至汲極)。然而，若電壓施加至其閘極引線，則汲極-源極通道變得電阻更大，直至閘極電壓如此高，電晶體完全切斷為止。增強型MOSFET則相反。它通常在閘極-源極電壓為0V (VGS=0)時切斷。然而，若電壓施加至其閘極引線，則汲極-源極通道變得電阻更小。

功率元件的典型應用係功率電路(即，反相器、轉換器及電源供應器)的設計及製造。使用n通道MOSFET或p通道MOSFET或兩者來設計此等電路。需要兩種類型的實例為H電橋功率驅動電路，其中功能為在任一方向上驅動電流通過負載(即，諸如在電氣自動導引車輛中或全電氣車輛中的馬達中向前或向後驅動DC馬達)。

為了增大現代功率管理電路中的能量效率，當今的設計現在採用基於4H-SiC結晶基板的碳化矽MOSFET。碳化矽MOSFET提供了設計出與使用矽MOSFET的電路相比在更高電壓及高頻率下操作之電路的可能性。藉由SiC MOSFET，通常上文所論述的功率電路可在600 V至高於10 kV的電壓範圍及5 A至高於200 A的安培數範圍內操作。

當今由SiC製成的MOSFET僅可由n型SiC基板製成，因為當前沒有可用的p型SiC基板商業供應。因此，大多數SiC MOSFET被製造為n通道元件。因為至今為止僅可購得使用n型基板的SiC MOSFET，所以SiC MOSFET不能在功率電路應用的全範圍內部署。

對商業上可行的n通道IGBT(MOSFET電晶體的變體)有長期存在的需要，因為此元件相比其p通道相對物可提供更低的導通電阻及/或更高的阻斷電壓。此外，具有正電壓極性及與習知功率MOSFET的相似性的n通道元件從系統的角度來看可能更有吸引力。至今為止，已使用形成為n型SiC基板上的磊晶層之p型SiC材料，然後藉由研磨移除基板，來製造此類元件。此等元件已經證明是不令人滿意的，這是由於若干原因，包括由於需要基板移除的難度。除其他事項外，本發明提供了提供容易製造且商業上可接受的此類SiC IGBT元件的能力。

對SiC LDMOSFET (橫向金氧半場效電晶體)有長期存在的需要。此等元件係在用於高功率應用(諸如蜂巢式)的矽中開發出的且UHF廣播傳輸已大大增加。此係因為Si LDMOSFET相比雙極元件提供更高的增益及更好的線性。然而，在本發明之前，此設計不能在SiC中實現，因為僅有n型SiC基板且歷史上任何p型磊晶形成的SiC基板與矽相比都具有太高的電阻率，從而導致LDMOSFET元件效能不合意。

通常，功率MOSFET在由n通道而非p通道製成時往往展示出更好的效能。然而，為達成甚至更為增強的效能，此類元件通常需要磊晶生長於低電阻率p型基板上。然而，目前可購得的p型4H-SiC基板具有相對高的電阻率(~2.5 ohm-cm)，比n型基板的電阻率高出約兩個數量級。n通道SiC元件的優點已長期受到追捧，但還未實現，這是由於在先前p型基板中發現的高電阻率。因此，本發明的p型晶圓提供了解決此種長期存在的需要的低電阻率且實現了相對於由n型SiC基板製成的元件具有改良的效能之n通道SiC元件。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「比重」(亦稱為「視密度」)應當被給予其最廣泛的可能含義，且通常意謂結構的每單位體積重量，例如，材料的體積形狀。此性質將包括粒子的內部孔隙度作為其體積的一部分。除其他技術外，可利用潤濕粒子表面的低黏度流體對其進行量測。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語「實際密度」(亦可稱為「真實密度」)應當被給予其最廣泛的可能含義，且通常意謂當材料中不存在空隙時該材料的每單位體積重量。此量測及性質基本上自材料消除了任何內部孔隙度(即，低於標準量測技術的可偵測水準)，例如，不包括材料中的任何空隙。

如本文所使用，除非另有說明，否則「室溫」為25℃。且「標準環境溫度及壓力」為25℃及1個大氣壓。除非另有明確說明，否則與溫度相關的、與壓力相關的或與兩者相關的所有測試、測試結果、物理性質及值係在標準環境溫度及壓力下提供的，這將包括黏度。

通常，如本文所使用，除非另有說明，否則術語「約」及符號「~」意圖包含±10%的變量或範圍及與獲得所述值相關聯的實驗或儀器誤差中之較大者。

如本文所使用，除非另有規定，否則術語%、重量%及質量%可互換地使用且指代第一組分作為總體(例如，配方、混合物、預製件、材料、結構或產品)的重量之百分比的重量。除非另外明確提供，否則使用X/Y或XY指示配方中X的重量%及Y的重量%。除非另外明確提供，否則使用X/Y/Z或XYZ指示配方中X的重量%、Y的重量%及Z的重量%。

如本文所使用，除非另有規定，否則「體積%」及「%體積」及類似的此類術語指代第一組分作為總體(例如，配方、混合物、預製件、材料、結構或產品)的體積之百分比的體積。

如本文所使用，除非另有明確說明，否則術語「源材料」在晶棒生長、氣相沉積裝置、磊晶術及晶體生長與沉積製程的上下文中使用時應當被給予其最廣泛的可能定義，且指代置放於生長室中或以其他方式置放於用於晶體生長、磊晶術或SiC氣相沉積的裝置中且形成通量的粉末狀SiC材料、SiC體積形狀(例如，成形裝藥)或其他形式的固體SiC。

如本文所使用，諸如「純度」、「純度等級」、「雜質」及「污染物」的術語應當聯繫起來看，且通常與不合意的且不是有意添加至用於製造SiC晶體的SiC材料或聚合物衍生製程的材料有關。此等術語不包括摻雜劑(例如，雜質原子、原子雜質、取代型雜質、填隙型雜質、電活性雜質及類似的此類術語)，或者有意添加至或併入至SiC晶體中以提供或實現SiC晶體之電荷、半導體性質或其他性質的其他元素或材料。此等術語不包括有意併入至起始材料、聚矽碳前驅物、固化材料、第一陶瓷材料、源材料及此等材料中之一或多者中或與之組合以向SiC晶體(特定而言，SiC晶圓)提供特徵的任何預定材料。在判定純度及純度等級時，摻雜劑的量將被視為(即，計數為)SiOC或SiC材料的一部分。因此，在如此定義時，且如本文所使用，摻雜劑或摻雜材料不是「雜質」。以此方式，例如，具有僅摻雜劑及Si、O及C或者摻雜劑及僅Si及C之(例如，由原子雜質)摻雜的SiOC材料或(例如，由原子雜質)摻雜的SiC材料將為100%純的。

如本文所使用，除非另有明確說明，否則術語「現有材料」、「先前材料」、「當前材料」、「當前可用材料」、「現有氣相沉積裝置」、「當前氣相沉積裝置」及類似的此類術語指代在本發明之前存在的源材料及裝置。此術語的使用不應被視為且不是對先前技術的承認。它僅僅為了描述當前技術水平作為可藉以評估、對比及量測本發明之實施例的顯著及開創性改良的基準線或參考點。

此「技術領域」章節意欲介紹本發明的各個態樣，其可與本發明的實施例相關聯。因此，此章節中的先前論述提供了用於更好地理解本發明的框架，且不應被視為對先前技術的承認。

對於高溫、高容量及高效能半導體元件、功率元件及電子元件有未滿足的、長期存在的且不斷增長的需要。碳化矽(Silicon Carbide，SiC)晶圓提供的基板滿足對於此等應用而言較佳的且需要的效能特徵，例如，高溫、功率及能帶間隙等。然而，在本發明之前，p型SiC晶體、p-SiC晶錠、p型SiC晶棒及由此種晶棒製成的p型SiC晶圓不是商業上可獲得的且基本上無法獲得。特定而言，此類p型材料不是可藉由PVT製程獲得的。因此，基於p型SiC晶圓的半導體元件的優點、益處及潛力還未實現，且特定而言，未以商業上及經濟上可接受的方式利用。

對SiC進行摻雜的先前嘗試(包括將電活性受體原子併入至SiC晶體)的額外長期存在的問題為，晶體或晶圓中缺少側對側及頂部至底部的均勻性。本發明藉由在本發明之摻雜SiC晶體及晶圓的實施例中提供方法、源材料來化解並解決此種長期存在的問題，該等方法、源材料提供的晶體具有電活性原子雜質的側對側及頂部至底部的非常均勻的分佈。

除其他事項外，本發明藉由提供用於獲得p型SiC材料及利用彼等p型SiC材料的半導體元件之配方、方法及裝置來解決此等長期存在的需要。

除其他事項外，本發明藉由提供本文中所教示、揭示並主張的組合物、材料、製品、元件及製程來解決此等問題及長期存在的需要。

除其他事項外，本發明藉由提供高品質、低缺陷的p型SiC材料來解決此等問題及長期存在的需要，該等p型SiC材料包括p型SiC晶體、p型SiC晶錠、p型SiC晶棒及由彼等晶棒獲得的p型SiC晶圓。除其他事項外，本發明藉由提供對於半導體元件的經濟製造、商業製造或兩者適合或可行的p型SiC材料來解決此等問題及長期存在的需要，該等p型SiC材料包括p型SiC晶體、p型SiC晶錠、p型晶棒及p型晶圓。除其他事項外，本發明藉由提供具有p型SiC材料的SiC半導體元件的益處，特定而言，以經濟上及商業上可行的方式提供此等元件以便其使用及益處可廣泛可用，來解決此等問題及長期存在的需要。

對於低電阻率SiC材料，且特定而言低電阻率SiC晶圓及可在此等晶圓上或由此等晶圓構建的元件有長期存在的且未解決的需要，該等低電阻率SiC材料包括低電阻率SiC晶體、SiC晶錠、SiC晶棒及由彼等晶棒獲得的SiC晶圓。此等低電阻率晶圓可為p型或n型晶圓。除其他事項外，本發明藉由提供對於半導體元件的經濟製造、商業製造或兩者適合或可行的低電阻率SiC材料來解決此等問題及長期存在的需要，該等低電阻率SiC材料包低電阻率SiC晶體、SiC晶錠、晶棒及晶圓。

因此，提供了一種製造具有預定電氣性質的SiC晶體的方法，該方法包括以下步驟：將SiC源材料置放於氣相沉積裝置中；SiC源材料包括矽、碳及摻雜劑；其中摻雜劑經選擇以向SiC晶體提供預定電氣性質；其中摻雜劑在源材料中相對於矽及碳的位置係固定的；將惰性氣體添加至氣相沉積裝置中，且控制氣相沉積裝置中的壓力；加熱SiC源材料，從而形成通量，其中通量包括矽、碳及摻雜劑；及將通量沉積於SiC晶體的生長面上，從而使SiC晶體生長；其中SiC晶體具有預定電氣性質。

此外，提供了一種製造p型SiC晶體的方法，該方法包括以下步驟：將成形裝藥SiC源材料置放於氣相沉積裝置中；成形裝藥SiC源材料基本上由矽、碳及一定量的受體原子組成，該等受體原子在成形裝藥SiC源材料中保持在位置中；其中受體原子在成形裝藥源材料中相對於矽及碳的位置係固定的；加熱成形裝藥SiC源材料，從而經由成形裝藥源材料的昇華形成通量；其中通量包括矽、碳及該量的受體原子的一部分；及將通量沉積於p型SiC晶體的生長面上，從而使p型SiC晶體生長；其中通量中的受體原子中之至少一些在p型SiC晶體中形成取代型原子雜質。

另外，提供了一種用於製造低電阻率n型SiC晶體的方法，該方法包括以下步驟：將成形裝藥SiC源材料置放於氣相沉積裝置中；成形裝藥SiC源材料基本上由矽、碳及一定量的施體原子組成，該等施體原子在成形裝藥SiC源材料中保持在位置中；其中施體原子在成形裝藥源材料中相對於矽及碳的位置係固定的；加熱成形裝藥SiC源材料，從而經由成形裝藥源材料的昇華形成通量；其中通量包括矽、碳及該量的施體原子的一部分；及將通量沉積於n型SiC晶體的生長面上，從而使n型SiC晶體生長；其中通量中的施體原子中之至少一些在n型SiC晶體中形成取代型原子雜質。

此外，提供了一種p型SiC晶圓，其具有約4」 (100 mm)至約6」 (150 mm)的直徑；300 μm至約600 μm的厚度；受體原子；及約0.015 ohm-cm至約0.028 ohm-cm的電阻率。

另外，提供了一種低電阻率n型SiC晶棒，其具有至少約4」 (100 mm)的直徑；至少約1」 (25 mm)的高度；且包含施體原子，其中施體原子基本上由磷組成。

另外，提供了一種低電阻率n型SiC晶圓，其具有約4」 (100 mm)至約6」 (150 mm)的直徑；300 μm至約600 μm的厚度；施體原子；及約0.03 ohm-cm或更小的電阻率。

再另外，提供了一種用於製造p型SiC晶體的液體摻雜聚矽碳前驅物材料，該液體摻雜聚矽碳前驅物材料具有：摻雜劑，其中摻雜劑具有選自週期表的第13族的一或多個元素，藉此，所選元素提供數個受體原子；矽、碳及氧；其中摻雜劑為液體摻雜聚矽碳前驅物材料的總重量的小於10重量%；且其中液體摻雜聚矽碳前驅物材料定義負的潛在淨載子濃度(pNc)；其中pNc = 施體原子的數目 - 受體原子的數目。

另外，提供了一種用於製造低電阻率n型SiC晶體的液體摻雜聚矽碳前驅物材料，該液體摻雜聚矽碳前驅物材料具有：摻雜劑，其中摻雜劑具有選自週期表的第15族的一或多個元素，藉此，所選元素提供數個施體原子；矽、碳及氧；其中摻雜劑為液體摻雜聚矽碳前驅物材料的總重量的小於10重量%；且其中液體摻雜聚矽碳前驅物材料定義正的潛在淨載子濃度(pNc)；其中pNc = 施體原子的數目 - 受體原子的數目。

再另外，提供了具有以下特徵中之一或多者的此等方法、材料、晶棒及晶圓：其中源材料基本上由矽、碳及摻雜劑組成；其中源材料由矽、碳及摻雜劑組成；其中摻雜劑包括選自週期表的第15族中的元素中之一或多者；其中摻雜劑包括磷；其中摻雜劑基本上由磷組成；其中摻雜劑由磷組成；其中摻雜劑包括選自週期表的第13族中的元素中之一或多者；其中摻雜劑包括硼；其中摻雜劑基本上由硼組成；其中摻雜劑由硼組成；其中摻雜劑包括鋁；其中摻雜劑基本上由鋁組成；其中摻雜劑由鋁組成；其中預定電氣性質包括淨電荷，且淨電荷為正，藉此，晶體為p型晶體；其中預定電氣性質包括淨電荷，且淨電荷為負，藉此，晶體為n型晶體；其中預定電氣性質包括電阻率；其中預定電氣性質包括0.013 ohm-cm及更小的電阻率；其中預定電氣性質包括0.03 ohm-cm及更小的電阻率；其中預定電氣性質包括約0.010 ohm-cm及更小的電阻率；其中預定電氣性質包括約0.01 ohm-cm至約0.001 ohm-cm的電阻率；其中預定電氣性質包括約0.009 ohm-cm至約0.004 ohm-cm的電阻率；其中在通量由源材料形成之後不將其他材料添加至通量；其中不將其他材料添加至氣相沉積裝置；其中SiC源材料係摻雜劑的唯一來源；及其中不存在合金，且因此該方法係不含合金的。

此外，提供了具有以下特徵中之一或多者的此等方法、材料、晶棒及晶圓：其中氣相沉積裝置為物理氣相傳輸裝置；其中通量為定向通量；其中SiC源材料為成形裝藥；其中晶體具有至少約100 mm的直徑及至少約25 mm的高度；其中晶體具有約100 mm至約150 mm的直徑及約25 mm至約125 mm的高度;其中將惰性氣體添加至氣相沉積裝置，且不將其他氣體添加至氣相沉積裝置；其中p型晶體具有至少約100 mm的直徑及至少約25 mm的高度；其中p型晶體具有約100 mm至約150 mm的直徑及約25 mm至約125 mm的高度;其中p型晶體具有小於2.0 ohm-cm的電阻率；其中p型晶體具有約2.0 ohm-cm至約0.1 ohm-cm的電阻率；其中p型晶體具有0.13 ohm-cm及更小的電阻率；其中p型晶體具有0.013 ohm-cm至約0.004 ohm-cm的電阻率；其中p型晶體具有約0.010 ohm-cm及更小的電阻率；其中p型晶體具有約0.01 ohm-cm至約0.001 ohm-cm的電阻率；及其中p型晶體具有約0.009 ohm-cm至約0.004 ohm-cm的電阻率。

另外，提供了具有以下特徵中之一或多者的此等方法、材料、晶棒及晶圓：其中在p型晶體的生長期間，摻雜劑在源材料中保持固定，直至摻雜劑昇華以形成通量為止；其中施體原子包括週期表的第15族中的元素中之一或多者；其中施體原子包括磷；其中施體原子基本上由磷組成；其中施體原子由磷組成；其中源材料為受體原子的唯一來源；其中氣相沉積裝置為物理氣相傳輸裝置；其中將惰性氣體添加至氣相沉積裝置，且不將其他氣體添加至氣相沉積裝置；其中n型晶體具有至少約100 mm的直徑及至少約25 mm的高度；其中在n型晶體的生長期間，受體原子在源材料中保持固定，直至昇華以形成通量為止。

另外，提供了具有以下特徵中之一或多者的此等方法、材料、晶棒及晶圓：包括在SiC種晶的C面上的p型晶體生長；包括在SiC種晶的S面上的p型晶體生長；包括在SiC種晶的C面上的p型晶體生長，其中SiC種晶具有4H或6H多型體；包括在SiC種晶的S面上的p型晶體生長，其中SiC種晶具有4H或6H多型體。

一般而言，本發明係關於碳化矽(Silicon Carbide，SiC)晶體、晶錠、晶棒及晶圓，用於製造彼等物品的製程，及由彼等晶圓製成的或基於彼等晶圓的元件。

一般而言，本發明之實施例係關於使用諸如物理氣相傳輸(physical vapor transport，PVT)之昇華生長製程製成的此等晶體、晶錠、晶棒及晶圓，及用於在基於聚合物衍生陶瓷的製程中利用包含聚矽碳前驅物材料的起始材料執行昇華生長製程的裝置(例如，PVT裝置)。

一般而言，本發明之實施例係關於p型SiC晶體(其包括晶錠、晶棒及晶圓)，用於製造彼等p型物品的製程，及由彼等p型晶圓製成的或基於彼等p型晶圓的元件。一特定而言，本發明之實施例係關於立方p型SiC晶體、晶錠、晶棒及晶圓，用於製造彼等p型物品的製程，及由彼等p型晶圓製成的或基於彼等p型晶圓的元件。特定而言，本發明之實施例係關於六方p型SiC晶體(包括晶錠、晶棒及晶圓)，用於製造彼等p型物品的製程，及由彼等p型晶圓製成的或基於彼等p型晶圓的元件。

一般而言，本發明之實施例係關於低電阻率SiC晶體(包括晶錠、晶棒及晶圓)，用於製造彼等物品的製程，及由彼等晶圓製成的或基於彼等晶圓的元件。特定而言，在實施例中，本發明係關於具有0.010 ohm-cm及更小的電阻率且較佳地具有0.005 ohm-cm及更小的電阻率的n型及p型SiC晶圓。此等低電阻率晶圓可為p型或n型晶圓。在實施例中，此等低電阻率晶圓具有立方或六方結晶結構，其中每一者亦為p型或n型晶圓。

一般而言，本發明之實施例係基於或包括聚合物衍生陶瓷(「PDC」)材料，使用、基於PDC材料或大體上由PDC構成的產品及應用。PDC材料、配方、前驅物、起始材料以及用於製造此類材料的裝置及方法之實例例如在美國專利第9,657,409號、第9,815,943號、第10,091,370號、第10,322,936號及第11,014,819號，以及美國專利公開案第2018/0290893號，以及美國專利第9,499,677號、第9,481,781號、第8,742,008號、第8,119,057號、第7,714,092號、第7,087,656號、第5,153,295號及第4,657,991號中發現，其中每一者的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。

較佳的PDC為「聚矽碳」材料，「聚矽碳」材料係包含矽(Si)、氧(O)及碳(C)的PDC材料。聚矽碳材料及製造彼等材料的方法在美國專利第9,815,943號、第9,657,409號、第10,322,936號、第10,753,010號、第11,014,819號及第11,091,370號以及美國專利公開案第2018/0290893號中揭示並教示，其中每一者的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。

一般而言，本發明之實施例涉及液體至固體至陶瓷至晶體的製程，該等製程使用PDC液體前驅物材料，該材料然後被固化成固體材料(例如，塑膠狀材料、固化材料)。將此種固化的固體PDC材料轉換(例如，熱解)成第一PDC陶瓷材料，然後將此種第一陶瓷材料轉換(例如，熱解)成PDC SiC源材料。通常，此等步驟或轉變係作為單獨的加熱操作執行，然而，它們可在單個加熱操作中執行。可將PDC SiC源材料進一步形成為形狀電荷源材料。然後可使用PDC SiC源材料來生長(例如，藉由氣相沉積且較佳為PVT)PDC SiC晶體。通常，前驅物材料為液體，然而，它們可為固體、溶解固體及熔融物。

一般而言，可將一或多種摻雜劑(例如，意欲給予SiC結晶材料(例如，晶體、晶錠、晶棒及晶圓)一或多種預定性質的添加材料，諸如原子雜質)添加至PDC材料。此等摻雜劑經選擇以向由PDC前驅物生長或製成的SiC晶體提供預定的性質、特徵或兩者(例如，電氣或半導體相關性質或特徵)，SiC晶體隨後包括晶體、晶錠、晶棒及晶圓。在較佳實施例中，預定的電氣或半導體性質或特徵包括例如：電阻率；導電率；施體原子(即，電子缺失)及電子的晶體位置(取代型或填隙型)及分佈；電活性原子雜質的濃度、晶體位置及分佈；取代型原子雜質及填隙型原子雜質的濃度、晶體位置、比率及分佈；Nc值；N_A值；及N_D值、載子濃度Ne、Nh；及電子能帶結構內向價帶或導帶能量或費米能量的變化。此等特徵將包括p型晶體，以及低電阻率n型或p型晶體，以及具有立方或六方結晶結構的此類物品。

摻雜劑可被添加至液體PDC前驅物材料、固體固化的PDC材料、第一PDC陶瓷，以及此等的組合及變化。摻雜劑亦可被添加至黏結劑或為黏結劑的一部分，黏結劑用於形成成形裝藥，例如SiC的體積形狀，以在用於生長SiC晶體的氣相沉積製程(例如，PVT)中用作源材料。用於SiC晶體的氣相沉積(例如，PVT)生長的成形裝藥SiC源材料的製備及使用在美國專利公開案第2018/0290893號中揭示並教示，該案的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。

一般而言，在本發明之實施例中，摻雜劑較佳為PDC材料、SiC源材料及兩者的整體部分。因此，摻雜劑可能：(i)被化學鍵結至PDC材料(例如，液體PDC材料中的聚合物鏈的一部分、固體固化的PDC材料中的固化聚合物的一部分或兩者)；(ii)它可(化學地、機械地或兩者)保持在PDC材料的基質(例如，奈米複合物)內，諸如美國專利第10,633,400號中揭示並教示，該案的全部揭示內容以引用的方式併入本文中；(iii)它可(化學地、機械地或兩者)保持在SiC源材料內；及(iv)此等的組合及變化。

具有作為SiC源材料的整體部分的摻雜劑相比將摻雜劑引入至晶體生長氣相沉積製程中的先前方式提供了若干益處。例如，具有作為SiC源材料的整體部分的摻雜劑允許摻雜劑與Si及C一起自源材料昇華以在氣相沉積製程及裝置(例如，PVT)中形成通量。以此方式，摻雜劑並非在通量形成之後單獨地添加至通量。相反，摻雜劑與通量一起形成，且形成為通量的一部分。在通量形成中且作為通量形成的整體部分具有摻雜劑相比在通量已形成之後將摻雜劑添加至通量(諸如摻雜劑的氣流或單獨昇華)提供了對整個製程的更大控制。因此，一般而言，本發明之較佳實施例避免對具有與SiC源材料分開的摻雜劑源的需要。這將包括避免使用進入氣相沉積裝置的基於摻雜劑的氣流、在氣相沉積裝置中使用單獨的固體摻雜劑源及此等的組合。但是應理解，在其他實施例中，可使用例如具有第二種類型的摻雜劑之單獨的基於摻雜劑的氣流。

一般而言，摻雜劑(例如，原子雜質)在SiC源材料(例如，成形裝藥源材料)內及貫穿SiC源材料的位置、分佈及兩者係固定的。另外，且較佳地，摻雜劑在該預定的位置及分佈上保持固定，且較佳地貫穿用於生長SiC晶體的大部分及整個氣相沉積製程係固定的。以此方式，摻雜劑可穿過SiC源材料均勻地分佈。它可在SiC源材料內按濃度、位置及分佈變化，以考慮到通量形成及SiC晶體生長中的變化。以此後一種方式，摻雜劑的預定置放並不均勻，但是導致摻雜劑在SiC晶體中均勻分佈。以此方式，且在摻雜成形裝藥源材料的實施例中，提供了Si、C及原子雜質(例如，施體原子、受體原子或兩者)的基質。摻雜成形裝藥為Si、C及原子雜質的此種多孔基質，其中基質保持原子雜質，固定原子雜質或兩者。

當使用成形裝藥SiC源材料的實施例時，摻雜劑(例如，原子雜質)的預定的位置及分佈在固體源材料中保持固定，直至摻雜劑與固體源一起昇華為止。因此，針對氣相沉積(例如，PVT)製程及裝置中的晶體生長循環的至少60%、70%、80%、90%及100%，摻雜劑可在固體源材料中保持固定，以致於此種固體源材料尚未昇華。換言之，在此等實施例中，固體摻雜劑在晶體生長循環期間不會變換其相對於固體SiC在成形裝藥中的位置。

另外，使摻雜劑(例如，原子雜質)在SiC源材料(例如，SiC成形裝藥源材料)中的預定的位置及分佈上固定提供了在SiC晶體中獲得取代型雜質與填隙型雜質之高比率(即，原子雜質之更大或更高效率的使用)的能力。原子雜質的此種更高效率的使用減少了填隙型雜質可在SiC晶體中造成的不良影響(例如，應力)。因為當摻雜劑原子在表面上顯露時，SiC及摻雜元素共同昇華，所以在貫穿生長的均勻濃度下，併入至生長晶棒上得到更好的保證。

應理解，使摻雜劑(例如，原子雜質)在晶體生長循環期間保持「固定」係相對於該源材料的未昇華部分(即，保持尚未昇華的部分)。當源材料在氣相沉積製程期間昇華時，摻雜劑亦昇華。以此方式，摻雜劑在通量中且作為通量的一部分與通量的Si基組分及C基組分一起形成。另外，以此方式，且較佳地，摻雜劑並非在通量形成之後單獨地添加至通量。相反，摻雜劑為通量的整體部分且甚至為通量形成的整體部分。

一般而言，本發明之實施例係關於用於提供製造預定類型的SiC晶圓的摻雜源材料之配方及方法。在此等實施例中，起始材料(例如，前驅物)通常為液體，液體隨後被固化成固體材料。固體起始材料通常包含摻雜劑(例如，原子雜質)。固體起始材料隨後被熱解成包含摻雜劑的陶瓷。此陶瓷隨後被進一步轉換成SiC，其包含摻雜劑且形成用於生長預定類型的SiC晶體(例如，p型、低電阻率p型及低電阻率n型)的源材料之基礎。此等預定晶體類型中之每一者隨後被製造成SiC晶圓，例如，p型、低電阻率p型及低電阻率n型。

一般而言，本發明之較佳實施例係關於使用包含Si、O及C的液體來形成液體前驅物材料的配方，該液體前驅物材料具有添加至它的一種或超過一種摻雜劑(例如，原子雜質)，因此該液體前驅物材料包含摻雜劑。該摻雜劑或該等摻雜劑係選自意欲向最終由此液體前驅物材料製成的SiC晶體及晶圓提供特定的電氣性質、半導體性質或兩種性質的元素及化合物。

摻雜劑可為或者可基於：可在SiC晶體及晶圓中形成電活性原子雜質的任何元素，向SiC晶體及晶圓提供預定的電氣性質、半導體性質或物理性質中之一或多者的任何元素。舉例而言，摻雜劑可為或者可基於：選自週期表的第13 (IIIA)族的元素(硼(B)、鋁(Al)等)，選自第2 (IIA)族的元素(鈹(Be)等)，及選自第15 (VA)族的元素(氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Ab)等)。摻雜劑亦可選自第16 (VIA)族中的元素(氧(O)、硫(S)等)。摻雜劑可選自過渡金屬，諸如Ti、Cr、Mn、Ni、Fe、Co等。在實施例中，過渡金屬元素可向結晶材料且因此向摻雜SiC晶圓添加性質，該等性質在諸如自旋電子、光子能帶間隙及電化學元件之元件中提供一類新的效能。

製造p型SiC晶體、晶錠、晶棒及晶圓的較佳摻雜劑形式為鋁及硼。用於製造n型低電阻率晶圓的較佳摻雜劑為磷、氮，且在一些情況下為硫及磷、硫及氮的組合。

儘管本說明書專注於SiC氣相沉積技術，且特定而言SiC PVT技術，但是應理解，本發明不受此限制且可應用於其他SiC結晶生長製程、接合製程以及其他應用。前驅物及源材料- 一般而言

本發明之實施例較佳地使用、基於或構成PDC，PDC係「聚矽碳」材料，即包含矽(Si)、氧(O)及碳(C)的材料，以及已固化的此類材料的實施例、已熱解的此類材料的實施例及已轉換成SiC以用作源材料的此類材料的實施例。除非另有特別說明，否則碳氧化矽材料、SiOC組合物及類似的此類術語指代聚矽碳材料，且將包括液體材料、固體未固化材料、固化材料、陶瓷材料，以及此等的組合及變化。聚矽碳材料及製造彼等材料的方法在美國專利第9,815,943號、第9,657,409號、第10,322,936號、第10,753,010號、第11,014,819號及第11,091,370號以及美國專利公開案第2018/0290893號中揭示並教示，其中每一者的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。

聚矽碳材料可具有高的及異常高的純度。因此，它們可為99.99%純的、99.999%純的及99.9999%純的。聚矽碳材料亦可包含其他元素。特定而言，在較佳實施例中，聚矽碳材料包含摻雜劑(例如，原子雜質)。(在進行此等百分比純度計算時不將摻雜劑計數為雜質，而是為了進行純度百分比計算將摻雜劑計數為SiC材料的一部分)。聚矽碳材料由一或多種聚矽碳前驅物或前驅物配方製成。聚矽碳前驅物配方包含一或多種官能基化矽聚合物或單體、非矽基交聯劑，以及可能的其他成分，諸如例如抑制劑、催化劑、摻雜劑及其他添加劑。摻雜劑可包括例如金屬、類金屬、金屬錯合物、合金及非金屬以及此等的組合及變化中之一者或一者以上。

因此，例如p型摻雜劑可包括或可基於選自第13族的元素(硼等)中之一者或一者以上。用於製造p型SiC晶體、晶錠、晶棒及晶圓的特別較佳的摻雜劑為鋁。

為了製造低電阻率p型晶體及晶圓，起始聚矽碳材料中包含的摻雜劑的數量應足以在製程中推進以在SiC源材料中提供足夠的摻雜劑，從而在p型結晶材料中提供足夠的電活性原子雜質以具有低電阻率。如本文所使用，除非另有規定，否則「低電阻率」SiC p型晶體、晶錠、晶棒及晶圓具有0.03 ohm-cm及更小、約0.010 ohm-cm及更小、約0.007 ohm-cm及更小、約0.005 ohm-cm及更小、約0.003 ohm-cm及更小、約0.01 ohm-cm至約0.001 ohm-cm、約0.009 ohm-cm至約0.004 ohm-cm及約0.006 ohm-cm至約0.002 ohm-cm的電阻率。

用於低電阻率n型SiC結晶材料的較佳摻雜劑為磷、氮及硫(作為雙施體)及此等的組合。

為了製造低電阻率n型晶體及晶圓，起始聚矽碳材料中包含的摻雜劑的數量應足以在製程中推進以在SiC源材料中提供足夠的摻雜劑，從而在n型結晶材料中提供足夠的電活性原子雜質以具有低電阻率。如本文所使用，除非另有規定，否則「低電阻率」SiC n型晶體、晶錠、晶棒及晶圓具有0.03 ohm-cm及更小、約0.010 ohm-cm及更小、約0.007 ohm-cm及更小、約0.005 ohm-cm及更小、約0.003 ohm-cm及更小、約0.01 ohm-cm至約0.001 ohm-cm、約0.009 ohm-cm至約0.004 ohm-cm及約0.006 ohm-cm至約0.002 ohm-cm的電阻率。

一般而言，聚矽碳前驅物配方最初為液體。液體前驅物被固化成固體或半固體SiOC (即，「固化材料」)。固體或半固體SiOC隨後被熱解成陶瓷SiOC，陶瓷SiOC隨後被轉換(進一步熱解)成SiC。此等製程及轉變可發生在單個步驟中，單獨的或個別的步驟中，以及此等的組合及變化。

可向其添加摻雜劑(例如，施體原子、受體原子或兩種原子的來源)的可用作起始材料的前驅物配方及製造彼等前驅物配方的方法在美國專利第11,091,370號中揭示並教示，該案的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。此等配方可提供富碳的SiC源材料及缺碳的SiC源材料。根據施體或受體原子的類型及其他條件，源材料中的預定化學計量(例如，富碳的、缺碳的)可為有益的，例如，預定化學計量可引起在SiC晶體中併入更多的摻雜劑作為填隙型雜質。

前驅物配方可由各種前驅物製成。

前驅物可為矽氧烷主幹添加劑，諸如甲基氫(methyl hydrogen，MH)，以下展示其化學式。

MH可具有約400 mw至約10,000 mw、約600 mw至約3,000 mw的分子量(「mw」，其可被量測為重量平均分子量，以amu為單位，或量測為g/mol)，且可具有較佳約20 cps至約60 cps的黏度。甲基矽氧烷單元「X」的百分比可為1%至100%。二甲基矽氧烷單元「Y」的百分比可為0%至99%。此前驅物可用於向固化的預製件及陶瓷材料提供交聯結構的主幹，以及其他特徵及特性。除其他事項外，此前驅物亦可藉由與不飽和碳化合物反應而被修改以產生新的或額外的前驅物。通常，甲基氫流體(methyl hydrogen fluid，MHF)具有最少量的「Y」，且更佳地，出於所有實踐的目的，「Y」為零。

前驅物可為乙烯基取代的聚二甲基矽氧烷，以下展示其化學式。

此前驅物可具有約400 mw至約10,000 mw的分子量(molecular weight，mw)，且可具有較佳約50 cps至約2,000 cps的黏度。甲基乙烯基矽氧烷單元「X」的百分比可為1%至100%。二甲基矽氧烷單元「Y」的百分比可為0%至99%。較佳地，X為約100%。此前驅物可用於減小交聯密度且改良韌性，以及固化的預製件及陶瓷材料的其他特徵及特性。

前驅物可為乙烯基取代的且乙烯基終端化的聚二甲基矽氧烷，以下展示其化學式。

此前驅物可具有約500 mw至約15,000 mw的分子量(molecular weight，mw)，且可較佳地具有約500 mw至1,000 mw的分子量，且可具有較佳約10 cps至約200 cps的黏度。甲基乙烯基矽氧烷單元「X」的百分比可為1%至100%。二甲基矽氧烷單元「Y」的百分比可為0%至99%。此前驅物可用於提供分枝且減小固化溫度，以及固化的預製件及陶瓷材料的其他特徵及特性。

前驅物可為四乙烯基環四矽氧烷(「TV」)，以下展示其化學式。

前驅物可為矽氧烷主幹添加劑，諸如甲基終端化的苯乙基聚矽氧烷，(亦可稱為苯乙烯乙烯基苯二甲基聚矽氧烷)，以下展示其化學式。

此前驅物可具有可為約800 mw至至少約10,000 mw至至少約20,000 mw的分子量(molecular weight，mw)，且可具有較佳約50 cps至約350 cps的黏度。苯乙烯乙烯基矽氧烷單元「X」的百分比可為1%至60%。二甲基矽氧烷單元「Y」的百分比可為40%至99%。此前驅物可用於提供改良的韌性，減少反應固化放熱，可改變或更改折射率，調整聚合物的折射率以與各種類型的玻璃的折射率匹配，用於提供例如透明的玻璃纖維，以及固化的預製件及陶瓷材料的其他特徵及特性。

前驅物可為二乙烯苯。

前驅物亦可為美國專利第11,091,370號中揭示並教示的前驅物及液體起始材料中之任一者。

可向其添加摻雜劑(例如，施體原子、受體原子或兩種原子的來源)以提供摻雜SiC源材料的前驅物配方包括例如以下前驅物配方。

藉由將41 wt%的線性甲基氫聚矽氧烷(methyl-hydrogen polysiloxane，MHF)及59 wt%的四乙烯基環四矽氧烷(tetravinylcycloterasiloxane，TV)混合在一起製成的前驅物配方。

藉由在室溫下將90%的甲基終端化的苯乙基聚矽氧烷(具有27%的X)與10%的TV混合在一起製成的前驅物配方。此前驅物配方具有1.05莫耳的氫化物、0.38莫耳的乙烯基、0.26莫耳的苯基及1.17莫耳的甲基。基於100 g的配方，前驅物配方具有以下莫耳量的Si、C及O。

	莫耳數	Si、C及O的莫耳比(「莫耳」欄中的總莫耳數的%)
Si	1.17	20%
C	3.47	60%
O	1.17	20%

如所計算，由此配方衍生的SiOC在已移除所有CO之後將具有計算出的2.31莫耳的C，且具有98%的過量C。

藉由在室溫下將70%的甲基終端化的苯乙基聚矽氧烷(具有14%的X)與30%的TV混合在一起製成的前驅物配方。此前驅物配方具有0.93莫耳的氫化物、0.48莫耳的乙烯基、0.13莫耳的苯基及1.28莫耳的甲基。基於100 g的配方，前驅物配方具有以下莫耳量的Si、C及O。

	莫耳數	Si、C及O的莫耳比(「莫耳」欄中的總莫耳數的%)
Si	1.28	23%
C	3.05	54%
O	1.28	23%

如所計算，由此配方衍生的SiOC在已移除所有CO之後將具有計算出的1.77莫耳的C，且具有38%的過量C。

藉由在室溫下將50%的甲基終端化的苯乙基聚矽氧烷(具有20%的X)與50%的TV混合在一起製成的前驅物配方。此前驅物配方具有0.67莫耳的氫化物、0.68莫耳的乙烯基、0.10莫耳的苯基及1.25莫耳的甲基。基於100 g的配方，前驅物配方具有以下莫耳量的Si、C及O。

	莫耳數	Si、C及O的莫耳比(「莫耳」欄中的總莫耳數的%)
Si	1.25	22%
C	3.18	56%
O	1.25	22%

如所計算，由此配方衍生的SiOC在已移除所有CO之後將具有計算出的1.93莫耳的C，且具有55%的過量C。

藉由在室溫下將65%的甲基終端化的苯乙基聚矽氧烷(具有40%的X)與35%的TV混合在一起製成的前驅物配方。此前驅物配方具有0.65莫耳的氫化物、0.66莫耳的乙烯基、0.25莫耳的苯基及1.06莫耳的甲基。基於100 g的配方，前驅物配方具有以下莫耳量的Si、C及O。

	莫耳數	Si、C及O的莫耳比(「莫耳」欄中的總莫耳數的%)
Si	1.06	18%
C	3.87	54%
O	1.06	28%

如所計算，由此配方衍生的SiOC在已移除所有CO之後將具有計算出的2.81莫耳的C，且具有166%的過量C。

藉由在室溫下將65%的MHF與35%的二環戊二烯(dicyclopentadiene，DCPD)混合在一起製成的前驅物配方。此前驅物配方具有1.08莫耳的氫化物、0.53莫耳的乙烯基、0.0莫耳的苯基及1.08莫耳的甲基。基於100 g的配方，前驅物配方具有以下莫耳量的Si、C及O。

	莫耳數	Si、C及O的莫耳比(「莫耳」欄中的總莫耳數的%)
Si	1.08	18%
C	3.73	64%
O	1.08	18%

如所計算，由此配方衍生的SiOC在已移除所有CO之後將具有計算出的2.65莫耳的C，且具有144%的過量C。

藉由在室溫下將82%的MHF與18%的二環戊二烯(dicyclopentadiene，DCPD)混合在一起製成的前驅物配方。此前驅物配方具有1.37莫耳的氫化物、0.27莫耳的乙烯基、0.0莫耳的苯基及1.37莫耳的甲基。基於100 g的配方，前驅物配方具有以下莫耳量的Si、C及O。

	莫耳數	Si、C及O的莫耳比(「莫耳」欄中的總莫耳數的%)
Si	1.37	25%
C	2.73	50%
O	1.37	25%

如所計算，由此配方衍生的SiOC在已移除所有CO之後將具有計算出的1.37莫耳的C，且具有0%的過量C。

藉由在室溫下將46%的MHF、34%的TV與20%的VT混合在一起製成的前驅物配方。此前驅物配方具有0.77莫耳的氫化物、0.40莫耳的乙烯基、0.0莫耳的苯基及1.43莫耳的甲基。基於100 g的配方，前驅物配方具有以下莫耳量的Si、C及O。

	莫耳數	Si、C及O的莫耳比(「莫耳」欄中的總莫耳數的%)
Si	1.43	30%
C	1.95	40%
O	1.43	30%

如所計算，由此配方衍生的SiOC在已移除所有CO之後將具有計算出的0.53莫耳的C，且具有63%的C缺失或63%的C不足。

藉由在室溫下將70%的MHF、20%的TV與10%的VT混合在一起製成的前驅物配方。此前驅物配方具有1.17莫耳的氫化物、0.23莫耳的乙烯基、0.0莫耳的苯基及1.53莫耳的甲基。基於100 g的配方，前驅物配方具有以下莫耳量的Si、C及O。

	莫耳數	Si、C及O的莫耳比(「莫耳」欄中的總莫耳數的%)
Si	1.53	31%
C	1.87	38%
O	1.53	31%

如所計算，由此配方衍生的SiOC在已移除所有CO之後將具有計算出的0.33莫耳的C，且具有78%的C缺失或78%的C不足。

具有50%的甲基終端化的苯乙基聚矽氧烷(具有20%的X)及50%的TV、95%的MHF的前驅物配方。

具有54%的甲基終端化的苯乙基聚矽氧烷(具有25%的X)及46%的TV的前驅物配方。

具有57%的甲基終端化的苯乙基聚矽氧烷(具有30%的X)及43%的TV的前驅物配方。

前驅物配方亦可為美國專利第11,091,370號中揭示並教示的前驅物配方中之任一者。

一或多種摻雜劑(例如，用於在晶體生長製程期間提供施體原子或受體原子的基於或包括原子雜質的組合物或材料)可被添加至液體前驅物中之一或多者，且因此添加至液體前驅物配方，至此情況下摻雜劑將變成固化的SiOC材料及因此SiOC陶瓷及SiC的一部分。摻雜劑可在液態下發生化學反應，即，化學鍵結至液體前驅物的組分。摻雜劑可為液體聚矽碳前驅物的混合物(例如，溶液或懸混液)的一部分。在此情形中，摻雜劑可在固化步驟期間化學鍵結至聚矽碳材料，且因此化學鍵結至固化的SiOC材料(熱解步驟)，且因此化學鍵結至陶瓷SiOC材料(或轉換成SiC的步驟)，且因此(化學地或機械地)保持在摻雜SiC源材料中，以及此等的組合及變化。p型摻雜SiC源材料(其提供或生長p型晶體)或低電阻率摻雜SiC源材料(其提供或生長n型或p型的低電阻率晶體)將是此種情況。

摻雜劑可為混合物(例如，與固化材料、SiOC陶瓷或兩者混合的固體)的一部分，在此情況下，摻雜劑可在後續步驟中之一或多者期間化學鍵結至SiOC材料以提供p型摻雜SiC源材料或低電阻率SiC源材料。

一般而言，在本發明之實施例中，摻雜劑較佳為SiOC材料、SiC源材料及兩者的整體部分。因此，摻雜劑可能：(i)被化學鍵結至SiOC材料(例如，液體SiOC材料中之一或多者的聚合物鏈或組合物的一部分、固化的SiOC材料中的固化聚合物的一部分或兩者)；(ii)它可(化學地、機械地或兩者)保持在SiOC材料的基質(例如，奈米複合物)內，諸如美國專利第10,633,400號中揭示並教示，該案的全部揭示內容以引用的方式併入本文中；(iii)它可(化學地、機械地或兩者)保持在SiC源材料內；及(iv)此等的組合及變化。

在用於提供p型SiC材料的起始材料、中間材料及製程的實施例中，摻雜劑被共價鍵結至SiOC組合物中的Si、C、O原子中之一或多者。因此，例如，將固化的SiOC材料轉換成SiC導致摻雜劑被共價鍵結至Si、C或兩者，且貫穿SiC源材料(即，粉末)、SiC成形裝藥(若使用)均勻地分佈，以便氣相沉積製程(例如，PVT)生長p型SiC晶體。

通常，可採用兩種類型的反應將摻雜劑分子共價併入至聚合物網中：氫矽化反應及縮合反應。一般而言，氫矽化反應將採用摻雜劑分子中的至少一個烯基的官能基。較佳實施例例如將具有兩個此類官能基，最佳為3至4個。縮合反應將採用烷氧基、醇基或羥基(-OR)，其中R通常為小的烷烴或氫。

在一些實施例中，在熱解後，石墨烯結構、石墨結構、非晶碳結構以及此等的組合及變化存在於Si-O-C陶瓷中。由SiOxCy結構(其產生SiO₄、SiO₃C、SiO₂C₂、SiOC₃及SiC₄)組成的矽物質的分佈以不同的比率形成，該等比率源自於前驅物的選擇及其處理歷史。在此等實施例中，摻雜劑可與非晶碳結構一起束縛在相鄰的碳原子與矽原子之間。一般而言，對於SiOC，在陶瓷狀態下，碳基本上不與氧原子配位，因此氧基本上與矽配位，且摻雜劑將根據其起始結構基本上與矽或碳配位。

在較佳實施例中，用於氣相沉積製程(例如，PVT)生長p型晶體的起始材料具有選自週期表的第13族的元素(硼等)中之一或多者的摻雜劑。摻雜劑被共價鍵結至源材料的Si、C或兩者，且貫穿源材料均勻地分佈。在更佳的實施例中，起始材料經組態為成形裝藥，其中摻雜劑貫穿成形裝藥、不同濃度的層等以預定方式(例如，均勻地)分佈。然後使用此種源材料執行氣相沉積製程，例如，如本說明書的子章節「晶體生長-一般而言」中所描述。

在較佳實施例中，用於氣相沉積製程(例如，PVT)生長低電阻率n型晶體的起始材料具有選自週期表的第15族的元素(氮等)中之一或多者的摻雜劑。摻雜劑被共價鍵結至源材料的Si、C或兩者，且貫穿源材料均勻地分佈。在更佳的實施例中，起始材料經組態為成形裝藥，其中摻雜劑貫穿成形裝藥、不同濃度的層等以預定方式(例如，均勻地)分佈。然後使用此種源材料執行氣相沉積製程，例如，如本說明書的子章節「晶體生長-一般而言」中所描述。

在目前的p型材料及製程的實施例中，摻雜劑、受體雜質原子係SiC源材料的一部分，例如，化學鍵結至、共價鍵結至或困在SiC基質中。此外，在此實施例中，摻雜劑及其受體雜質原子不是以合金的形式存在於起始材料中。例如，摻雜劑可為鋁，且鋁存在於源材料中而不是作為合金存在。因此，且以此方式，在氣相沉積(例如，通量形成)期間及其後，摻雜劑及受體雜質原子不是合金或者並未以其他方式形成為合金。人們相信，避免使用合金、此合金化步驟或合金形成相比先前技術提供了顯著的優點，且提供了改良的晶體生長、形成及性質。(如本文所使用，合金為由兩種或更多種金屬組成或者由非緊密結合(通常藉由在熔化時融合在一起且溶解在彼此中)的金屬及非金屬組成的物質。合金可具有以99:1、90:10、80:20至50:50的比率存在的不同金屬)。術語不含合金或沒有形成合金將指代不具有或不形成具有比率90:10、80:20至50:50的任何合金。在實施例中，亦可避免具有99:1至91:9的比率的合金，且因此該等合金不存在於起始材料中，且在氣相沉積裝置中未發現或未形成。

在實施例中，摻雜劑可為作為前驅物組分的高純度鋁/矽合金或摻鋁矽粉末。摻雜矽粉末可為反應碳以形成摻Al SiC粉末。此粉末可製成為成形裝藥源材料。

轉至第3圖，提供了用於製造摻雜SiC源材料(p型摻雜源材料、低電阻率p型摻雜源材料或低電阻率n型源材料)的系統及方法之實施例的示意性透視流程圖，該摻雜SiC源材料包括摻雜SiC源材料的成形裝藥(例如，體積形狀)。SiC源材料由摻雜SiOC前驅物及中間材料衍生。摻雜SiC源材料及成形裝藥較佳地具有高純度(例如，3個九、4個九、5個九及更大，且較佳地為6個九或更大)。系統的包含前驅物及其他材料的線路、閥及內部表面由將不會污染SiOC、衍生SiC及SiC的體積形狀(例如，向其提供污染物的來源)的材料製成或由該等材料覆蓋。

在僅使用p型摻雜劑(即，提供受體原子的來源的摻雜劑)的實施例中，應最小化、減輕並消除將被視為或者為施體原子的來源的任何材料(諸如氮)的存在。(應注意，在其他實施例中，氮可以小於p型摻雜劑的量存在，且仍然獲得p型源材料，即，經組態以生長具有負Nc的晶體。)

類似地，在僅使用n型摻雜劑(即，提供施體原子的來源的摻雜劑)的實施例中，應最小化、減輕並消除將被視為或者為受體原子的來源的任何材料(諸如硼及鋁)的存在。(應注意，在其他實施例中，硼或鋁可以小於n型摻雜劑的量存在，且仍然獲得n型源材料，即，經組態以生長具有正Nc的晶體。)

儲存罐150a、150b保存液體聚矽碳前驅物，且摻雜劑可裝在單獨的儲存罐、鬥或倉150c中。若使用多種摻雜劑，則亦可存在多個罐、鬥或倉。可將摻雜劑添加至儲存罐或混合器152。在此實施例中，可使前驅物中之一者或兩者或都不通過蒸餾裝置151a及蒸餾裝置151b，以自液體前驅物移除任何污染物。應小心不要損壞摻雜劑或以其他方式影響其性質。

然後將液體前驅物及摻雜劑傳送至混合容器152，在其中將它們混合以形成摻雜前驅物批次(例如，p型、低電阻率p型或低電阻率n型)並進行催化。然後將前驅物批次澆注至容器153中(較佳地在無塵室環境157a中)以便置放於爐154中。爐154可具有掃氣入口161及廢氣排放線路162。通常，掃氣為惰性氣體，諸如氬氣。爐使液體聚矽碳材料固化且使摻雜劑與聚矽碳材料反應以將摻雜劑鍵結至固化的聚矽碳材料中或鍵結為固化的聚矽碳材料的一部分。

然後將固化材料，即，固體摻雜SiOC (例如，p型、低電阻率p型或低電阻率n型)，較佳地在無塵室條件下傳送至一個且較佳地若干熱解爐155a、155b、155c，在其中將它自摻雜SiOC轉變成摻雜SiC源材料(例如，p型、低電阻率p型或低電阻率n型)。(應注意，在此實施例中，SiOC陶瓷將為在例如155a的爐中轉變成SiC時形成的相)該等爐分別具有掃氣入口線路158a、158b、158c，且分別具有兩個廢氣排放線路159a及160a、159b及160b以及159c及160c。通常，掃氣為惰性氣體，諸如氬氣。可在具有入口線路164的廢氣處理總成163中處理、清潔廢氣且恢復起始材料，該入口線路自系統中的各個單元收集廢氣。

然後將為粉末的所得摻雜SiC源材料(例如，p型、低電阻率p型或低電阻率n型)傳送至較佳地處於無塵室條件下的體積形狀形成區域190。在區域190中，將摻雜SiC材料提供至具有混合元件173 (例如，葉片、槳葉、攪拌器等)的混合容器172。將來自黏結劑罐170的黏結劑經由線路171添加至容器172。在混合容器172中，將SiC與黏結劑混合以形成漿料或摻合物。漿料的稠度應如此以促進後續形成操作。然後將SiC-黏結劑漿料傳送至形成裝置175，在其中將漿料形成為體積形狀，例如，丸粒、圓盤、方塊等，且較佳地形成為摻雜成形裝藥源材料(例如，p型、低電阻率p型或低電阻率n型)，且將它饋送至烘箱177，在其中使黏結劑固化以給予體積形狀所要的強度且較佳地進行熱解。

然後亦可將體積形狀傳輸至包裝元件180，在其中對它們進行包裝。較佳地，此等操作係在無塵室條件下執行，且更佳地，操作係在單獨的無塵室或無塵室區域190a、190b、190c中執行。亦可將成形裝藥直接提供至氣相沉積裝置(例如，PVT)，用於生長摻雜SiC晶體(例如，p型、低電阻率p型或低電阻率n型)。

較佳地，在製造p型摻雜SiC、低電阻率p型摻雜或低電阻率n型摻雜SiC源材料時，在較佳實施例中，可在清潔的空氣中在約1個大氣壓下混合聚矽碳前驅物及摻雜劑。

較佳地，在製造SiC及用於製造SiC的材料時，經摻雜的且較佳地經催化前驅物材料的固化發生的溫度在以下範圍內：約20℃至約150℃、約75℃至約125℃及約80℃至90℃以及此等溫度的變化及組合，以及在此等溫度的範圍內的所有值。固化係在一時間段內進行，其較佳地導致硬固化材料。固化可在空氣或惰性氣氛中發生，且較佳地，固化在環境壓力下在氬氣氛中發生。較佳地，為了得到高純度材料，爐、容器、處理設備及固化裝置的其他組件係清潔的，基本上不含且不向固化材料貢獻將被視為雜質或污染物的任何元素或材料。應注意，在較佳實施例中，根據正在生長的晶體的類型，施體原子的來源或受體原子的來源可被視為污染物。

較佳地，在製造摻雜SiC源材料(例如，p型、低電阻率p型或低電阻率n型)時，熱解發生的溫度在以下範圍內：約800℃至約1300℃、約900℃至約1200℃及約950℃至1150℃，以及在此等溫度的範圍內的所有值。熱解係在一時間段內進行，其較佳地導致固化的摻雜SiOC材料完全熱解成p型摻雜SiC源材料。較佳地，熱解在例如氬氣的惰性氣體中發生，且更佳地在大氣壓下或大約在大氣壓下在流動的氬氣中發生。氣體可在約1,200 cc/min至約200 cc/min、約800 cc/min至約400 cc/min及約500 cc/min，以及在此等流量的範圍內的所有值下流動。較佳地，處理爐的初始抽真空完成至至少低於1x10^-3托的降低的壓力，且利用例如氬氣的惰性氣體再增壓至大於或等於100托。更佳地，在利用惰性氣體再增壓之前，抽真空完成至低於1x10^-5托。在前進之前，抽真空製程可在零至＞4次的任何地方完成。較佳地，為了得到高純度材料，爐、容器、處理設備及固化裝置的其他組件係清潔的，基本上不含、不含且不向熱解材料貢獻將被視為污染物的任何元素或材料。

熱解可在保持請求的溫度及環境控制的任何加熱裝置中進行。因此，例如，熱解可利用高壓爐、箱式爐、管式爐、晶體生長爐、石墨箱式爐、電弧熔化爐、感應電爐、窯、MoSi₂加熱元件爐、碳爐、真空爐、燃氣爐、電爐、直接加熱、間接加熱、流體化床、RF爐、窯、隧道窯、箱式窯、梭子窯、煉焦型裝置、雷射、微波、其他電磁輻射，以及可獲得熱解的請求溫度的此等及其他加熱裝置及系統的組合及變化進行。

較佳地，在製造摻雜SiC源材料時，在後續或繼續的熱解或轉換步驟中將陶瓷摻雜SiOC轉換成SiC。自摻雜SiOC轉換的步驟可為摻雜SiOC固化材料的熱解的一部分，例如，為熱解的繼續，或者它可為在時間、位置及兩者上完全單獨的步驟。根據所要的摻雜SiC的類型，轉換步驟(自SiOC至SiC)可在約1,200℃至約2,550℃及約1,300℃至1,700℃，以及在此等溫度的範圍內的所有值下執行。

通常，在約1,600℃至約1,900℃的溫度下，隨時間流逝，β型的形成係較佳的。在高於1900℃的溫度下，隨時間流逝，α型的形成係較佳的。較佳地，轉換在例如氬氣的惰性氣體中發生，且更佳地在大氣壓下或大約在大氣壓下在流動的氬氣中發生。氣體可在約600 cc/min至約10 cc/min、約300 cc/min至約50 cc/min及約80 cc/min至約40 cc/min，以及在此等流量的範圍內的所有值下流動。較佳地，為了得到高純度材料，爐、容器、處理設備及固化裝置的其他組件係清潔的，基本上不含且不向SiC貢獻將被視為雜質或污染物的任何元素或材料。

摻雜SiOC衍生的摻雜SiC的後續產率通常為約10%至50%，通常為30%至40%，但是可獲得更高及更低的範圍，以及在此等百分比的範圍內的所有值。

應進一步理解，在抑制將要存在於摻雜SiOC前驅物材料中(例如，在混合器152中或在固化的固體SiOC中)的摻雜劑的量時，應考慮貫穿整個製程(包括在晶體生長期間)的摻雜劑損耗。因此，足夠的摻雜劑應存在於SiC源材料中，達到預定的摻雜劑水準，例如，由該源材料生長的晶體及因此由該晶體製成的晶圓中預定量的電活性原子，以提供晶體及晶圓的預定及預期的電氣性質及半導體性質。

用於形成體積摻雜成形源材料(例如，摻雜成形裝藥源材料)的黏結劑可為用於在體積形狀的處理、固化及後續使用期間保持SiC處於預定形狀的任何黏結劑。黏結劑的實施例可較佳地不含氧。黏結劑的實施例可較佳地由僅具有碳及氫的材料構成。黏結劑的實施例可由具有氧的材料製成。黏結劑的實施例可為用於燒結SiC的任何燒結助劑。黏結劑的實施例可為熔融矽石。黏結劑的實施例可為聚矽碳前驅物材料，包括本說明書中陳述的所有液體前驅物。此等及其他材料的組合及變化亦可用作黏結劑。黏結劑亦可包含摻雜劑，此摻雜劑可為與用於製造成形裝藥的SiC粉末的摻雜劑相同或不同。

黏結劑可在用於使聚矽碳前驅物固化的條件下或在將黏結劑轉化成足夠硬(例如，堅韌)的材料以保持體積形狀的形狀所需要的條件下固化並熱解至所需的程度。因此，固化、硬化、形成或建構視情況而定應基於黏結劑的特性來進行。

不具有氧的黏結劑的實施例之實例將包括聚乙烯、矽金屬、烴蠟、聚苯乙烯及聚丙烯，以及此等的組合及變化。

僅包含碳及氫的黏結劑的實施例之實例將包括聚乙烯、烴蠟、碳或石墨粉末、碳黑、HDPE、LDPE、UHDPE及PP，以及此等的組合及變化。

包含氧的黏結劑的實施例之實例將包括硼酸、氧化硼、二氧化矽、多元醇、聚乳酸、纖維素材料、糖及糖類、聚酯、環氧樹脂、矽氧烷、矽酸鹽、矽烷、矽倍半氧烷、諸如醋酸乙烯酯(ethylvinylacetate，EVA)的醋酸酯、諸如PMMA的聚丙烯酸酯及聚合物衍生陶瓷前驅物，以及此等的組合及變化。

作為燒結助劑的黏結劑的實施例之實例將包括矽、氧化硼、硼酸、碳化硼、矽及碳粉末、矽石、矽酸鹽及聚合物衍生陶瓷前驅物，以及此等的組合和變化。

黏結劑應被選擇以便不會干擾或以其他方式抑制摻雜劑、摻雜SiC晶體的生長及摻雜SiC晶體及晶圓的性質。

黏結劑的實施例將包括催化的及未催化的前驅物配方，如美國專利第9,815,943號、第9,657,409號、第10,322,936號、第10,753,010號、第11,014,819號及第11,091,370號以及美國專利公開案第2018/0290893號中揭示並教示，其中每一者的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。使此等黏結劑固化的方法在此等專利及公開申請案找那個揭示並教示，其中每一者的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。

Ashbys催化劑及其他可能基本上不受摻鋁前驅物配方的影響。含磷前驅物配方可導致一些催化劑抑制。可藉由非催化手段(例如，儘管沒有催化劑也驅動反應)，例如藉由在固化製程期間補償更多熱能，來克服來自摻雜劑的催化劑抑制。

在較佳實施例中，摻雜體積成形(例如，成形裝藥)源材料(例如，p型、低電阻率p型或低電阻率n型)係使用前文列出的專利及公開申請案中所揭示並教示的聚矽碳前驅物配方中之一或多者製成。黏結劑被熱解成SiC以提供硬的且耐久的摻雜成形裝藥源材料。在此成形裝藥源材料中的摻雜劑係固定的。

在實施例中，黏結劑係用於製造SiC源材料的相同聚矽碳前驅物，具有或沒有摻雜劑。因此，存在於黏結劑中的摻雜劑的量可為0%至約50%。黏結劑中的摻雜劑可用於調整或微調存在於特定摻雜SiC成形裝藥源材料中的摻雜劑的量。

應理解，儘管較佳，但是摻雜SiC晶體及晶棒可在不使用成形裝藥的情況下例如直接由摻雜SiC聚合物衍生粉末裝藥或起始材料生長。另外，不太理想的SiC粉末形式(例如，不是由聚合物衍生陶瓷製成的)可用於形成摻雜SiC成形裝藥源材料。

由摻雜液體材料(例如，具有製造摻雜SiC源材料粉末(例如，不是由聚合物衍生陶瓷製成的)所需要的基本上所有構建塊(例如，Si及C及摻雜劑)的前驅物批次)開始的能力在以下方面提供的顯著優點：控制污染，及在摻雜源材料中形成Si、C及摻雜劑的預定比率以控制並影響PVT製程及裝置中的通量形成及晶體生長。部分地基於目前的聚合物衍生p型摻雜SiC在氣相沉積裝置中及生長p型晶體中的效能，亦理論化的是：聚合物衍生SiC不同於非聚合物衍生SiC，及金屬合金、金屬玻璃或兩者在晶體生長製程中的先前使用。因此，晶體生長及純度、晶圓產率及元件產率中的協同益處進一步源自於聚合物衍生陶瓷源材料的個別益處中之一或多者，該等益處包括：體密度、粒度、摻雜SiC的相(β對α)、化學計量、氧含量(極低至無，亦沒有氧化物層)、高(例如，99.999%純的)純度及超高(99.9999%)純度。摻雜劑材料- 一般而言

一般而言，摻雜劑可為可在用於形成SiC源材料的PDC製程(例如，聚矽碳基PDC)中使用且不會干擾PDC製程，在SiC源材料中提供預定的原子雜質(例如，施體原子、受體原子及此等的組合)的任何材料或材料組合，該材料隨後在氣相沉積製程中用於產生具有此等原子雜質的通量且由該通量生長晶體，其中晶體亦具有此等原子雜質作為電活性原子雜質。

對於p型晶體、晶錠、晶棒及晶圓以及p型低電阻率晶體、晶錠、晶棒及晶圓，鋁及硼為較佳的原子雜質，且因此較佳的摻雜劑為可提供此等原子雜質的彼等材料。

例如在源材料中提供鋁的摻雜劑材料(其隨後可向SiC結晶結構中提供鋁原子電活性雜質)通常為：反應性鋁材料、非反應性鋁材料及純鋁材料。

通常，反應性鋁材料被添加至液體前驅物材料(例如，前驅物配方)，然後在固化步驟期間與彼等前驅物材料發生化學反應。反應性鋁材料包括例如： (i) 烷氧化鋁：Al(OR)₃，其中R為烷基或苯基。與聚矽碳前驅物材料的反應通常為：2 Al(OR)₃ + 6 SiH  2Al-(O-Si~)₃ + 6 RH；(應注意，「~Si」及「Si~」在此等反應中使用時表示附接至諸如聚合物主幹或配體主幹之更大結構的反應性Si官能基，該更大結構在反應中未展示。) (ii) 氫氧化鋁(R為氫)。與聚矽碳前驅物材料的反應通常為：2 Al(OH)₃ + 6 SiH 2Al- (O-Si~)₃ + 3 H₂； (iii) 鋁礬土、三水鋁石、水鋁石、一水硬鋁石。與聚矽碳前驅物材料的反應通常為：經由此等礦物質的氫氧化物官能性，類似於(ii)；及 (iv) 三甲基鋁。與聚矽碳前驅物材料的反應通常為：2 (Al(Me)₃) + 3 H₂O  Al₂O₃ + 6 CH₄。

通常，非反應性鋁材料被添加至液體前驅物材料(例如，「前驅物配方」)，但可被添加至固化材料、陶瓷SiOC、SiC源材料，以及此等的組合及變化。非反應性材料在熱解期間由SiOC及SiC陶瓷材料保持或併入至該等材料中。非反應性材料包括例如鋁矽酸鹽材料。此類材料的實例包括：莫來石、藍晶石、矽線石、紅柱石、藍線石及其他島狀矽酸鹽粉末；高嶺石、埃洛石及葉臘石；架狀矽酸鹽(長石)；及沸石。

通常，純鋁材料被添加至液體前驅物材料(例如，前驅物配方)，但可被添加至固化材料、陶瓷SiOC、SiC源材料，以及此等的組合及變化。純鋁材料在熱解期間由SiOC及SiC陶瓷材料保持或併入至該等材料中。純鋁材料包括例如氧化鋁粉末Al₂O₃及剛玉(包括藍寶石、紅寶石等)。

所有前述的鋁摻雜劑材料在SiC源材料中例如以陶瓷氧化物的形式而不是作為合金提供鋁。

例如在源材料中提供硼的摻雜劑材料(其隨後可向SiC結晶結構中提供硼原子電活性雜質)通常為：反應性硼材料、非反應性硼材料。

通常，反應性硼材料被添加至液體前驅物材料(例如，前驅物配方(1))，然後在固化步驟期間與彼等前驅物材料發生化學反應。反應性硼材料包括例如： (i) 硼酸B(OH)₃。與聚矽碳前驅物材料的反應通常為：2 B(OH)₃ + 6 SiH  2B-(O-Si~)₃ + 3 H₂； (ii) 硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)。與Si O C前驅物材料的反應通常為：縮合反應。 (iii) 硼酸R-B(OH)₂，其中R為烯基，諸如乙烯基。與聚矽碳前驅物材料的反應通常為：縮合反應；及 (iv) 二乙烯基硼酸Vi-B(OH)-Vi。與聚矽碳前驅物材料的反應通常為：B-Vi+ ~SiH  B-C-C-Si~。

通常，非反應性硼材料被添加至液體前驅物材料(例如，前驅物配方)，但可被添加至固化材料、陶瓷SiOC、SiC源材料，以及此等的組合及變化。非反應性材料在熱解期間由SiOC及SiC陶瓷材料保持或併入至該等材料中。非反應性材料包括例如：硼矽酸鹽玻璃；B₂O₃；碳化硼。

對於n型晶體、晶錠、晶棒及晶圓以及n型低電阻率晶體、晶錠、晶棒及晶圓，氮及磷為較佳的原子雜質，其中磷為特別較佳的原子雜質，且因此較佳的摻雜劑為可提供此等原子雜質的彼等材料。

含氮或提供氮的材料可被添加至液體前驅物材料(例如，前驅物配方)。此等摻雜劑將包括胺類；醯胺類；偶氮及重氮；胺甲酸酯；胺甲酸乙酯；碳醯亞胺；C及N的雜環；尿素；異氰酸酯；作為潛在的候選官能基併入。尼龍或其他含N的碳基聚合物亦可被添加至配方以在熱解期間發生反應。然而，應注意，添加太大量的氮會向晶體引入不合意的應力、疊差及相關缺陷。

通常，反應性磷材料被添加至液體前驅物材料(例如，前驅物配方)，然後在固化步驟期間與彼等前驅物材料發生化學反應。反應性磷材料包括例如：

(i) P的反應性氧化物，諸如(R)₃-膦氧化物(R= 烷基、苯基、苯乙烯基)，包括以下展示的三苯膦氧化物 及以下展示的五氧化二磷。 聚矽碳前驅物材料與此等摻雜劑的反應通常為： R₃-P=O* + ~Si-H → ~Si-O-P-R₃

(ii) 反應性有機膦，諸如(R1)_n- (R2)_3-n有機膦(其中R1=烯基、苯乙烯基，且R2= 烷基、苯基)。例如，以下展示的二苯基乙烯基膦 以下展示的二乙烯基苯基膦 以下展示的二苯基苯乙烯基膦 以下展示的三烯丙基膦，它係其中n=3的材料的實例 聚矽碳前驅物材料與此等摻雜劑的反應通常為： R₃-P-C=C + ~Si-H → ~Si-C-C-P-R₃

(iii) 膦，包括PH₃、PCl₃、PF₃及PBr₃。聚矽碳前驅物材料與此等摻雜劑的反應通常為： PX₃ + 3 ~SiH → P-(Si~)₃ + 3 HX，其中X為鹵素或氫

(iv) 酸，包括磷酸(H₃PO₄)；聚磷酸(CAS# 8017-16-1)；聚磷酸銨(CAS# 68333-79-9)；P(OR)₃，其中R為任何烷基或苯基或氫；O=P(OR)3，其中R為任何烷基或苯基或氫；以下展示的亞磷酸三異丙酯

以下展示的磷酸三異丙酯

聚矽碳前驅物材料與此等摻雜劑的反應通常為：

2(OH)₃P=O + 6~Si-H → 2 (~Si-O)₃-P=O +3 H₂

通常，非反應性磷材料被添加至液體前驅物材料(例如，前驅物配方)，但可被添加至固化材料、陶瓷SiOC、SiC源材料，以及此等的組合及變化。非反應性材料在熱解期間由SiOC及SiC陶瓷材料保持或併入至該等材料中。非反應性材料包括例如：磷酸鹽化合物，諸如以下展示的

其中M+為鈉、鉀、鈣、鋰、銨等。

以下展示的五氧化二磷

諸如來自Apatitie族的磷酸鹽礦物質(Ca₅(PO₄)₃R，其中R為F、Cl或OH)，

亦可使用包含N及P兩者的無機摻雜劑。此等被添加至液體前驅物材料(例如，前驅物配方(1))，但可被添加至固化材料、陶瓷SiOC、SiC源材料，以及此等的組合及變化。無機材料在熱解期間由SiOC及SiC陶瓷材料保持或併入至該等材料中。此等材料提供共摻雜能力，從而自單一摻雜劑來源提供N及P兩者。共摻雜劑包括例如鳥糞石((NH₄)MgPO₄ • 8H₂O)、材料的磷氮化物基團、五氮化三磷(P₃N₅)，

其他共摻雜劑(N及P的來源)為環磷腈化合物、聚磷腈化合物及六氯環三磷腈化合物。此等共摻雜劑被添加至液體前驅物(例如，前驅物配方)，然後在固化步驟、熱解步驟或這兩個步驟期間與彼等前驅物材料發生化學反應。

另外，如先前所述，前述摻雜劑中之任一者可被添加至用於形成摻雜SiC成形裝藥源材料的黏結劑。

摻雜劑可以約1%、約2%、約2.5%、約5%、約2%至約10%、約1%至約10%、小於15%、小於10%、小於8%及約2%至約8%的重量百分比被添加至前驅物配方。摻雜劑可以約1%、約1%至約10%、約2%、約2.5%、約5%、約2%至約10%、小於15%、小於10%及小於8%及約2%至約8%的重量百分比被添加至黏結劑。

在固化步驟及每一熱解期間將存在一些材料損耗，例如，產率損耗。此等產率損耗將包括摻雜劑材料的損耗。因此，應添加足夠量的摻雜劑以考慮到此等產率損耗，以提供在通量形成及晶體生長中使用的SiC來源中所需的摻雜劑原子的量。摻雜晶體生長- 一般而言

碳化矽通常不具有液相，而是在真空下、在高於約1,700℃至1,800℃的溫度下昇華。通常，在工業及商業應用中，建立條件以便在約2,500℃及以上的溫度下發生昇華。當碳化矽昇華時，它通常形成由若干不同的矽及碳物質組成的蒸氣。通常，應理解，源材料(例如，成形裝藥)的組合物及形式、溫度及壓力決定了碳化矽蒸氣中的氣相組分的比率。

除其他事項外，本發明提供用於預先判定、預先選擇並控制摻雜劑(例如，意欲向SiC晶圓提供特定的預定性質的添加劑、元素、化合物)在SiOC源材料中的存在，該等摻雜劑隨後存在於SiC源材料(例如，在氣相沉積晶體生長製程中使用的粉末)中。

當碳化矽昇華時，它通常形成由若干矽及碳物質(例如，Si、C、SiC、Si₂C及SiC₂)組成的蒸氣。

一般而言，為了生長目前的p型晶體、低電阻率p型晶體及低電阻率n型晶體，本發明使用此項技術中已很好地理解且已知的PVT方法及裝置(例如，美國專利第4.866,005號，該案的全部揭示內容以引用的方式併入本文中)。在昇華晶體生長期間，通常使由矽及碳或SiC粉末組成的元素源昇華以產生Si及C原子的蒸氣通量，該蒸氣通量隨後在種晶上凝結且最終形成更大的晶體。為了控制SiC晶體的電氣性質(例如，電阻率/導電率)，將雜質原子添加至蒸氣流中，其中雜質原子將與矽及碳原子一起併入至晶體中。雜質至晶體中的併入受晶種溫度、壓力、晶種面(矽或碳)及蒸氣流中的碳-矽原子比的影響。蒸氣流中的碳-矽比與源材料、來源處的溫度及壓力的設計有關。

矽及鋁具有類似的原子大小，且因此鋁雜質原子將主要位於晶體中的矽位置處(作為電活性原子雜質)，或位於填隙型位置處。為了提高鋁原子位於矽位點處的可能性，需要帶有過量碳的蒸氣流。

在使用先前非PDC源材料的SiC的典型昇華生長中，蒸氣流通常具有比碳多的矽。因此，鋁原子必須與矽原子競爭來佔據矽位點。基於無機來源(諸如矽金屬、石墨或SiC磨料來源)的SiC昇華生長的此種特性導致難以在晶體中併入足夠的鋁，因此自晶體切割的晶圓的導電率對於半導體元件製造係有用的。

除其他事項外，本發明之實施例藉由有能力具有帶有過量碳的源材料，以及使摻雜劑併入至源材料中且由源材料保持了克服此問題。因此，此等摻雜PDC源材料可出乎意料地提供較佳的通量條件以便在SiC晶體中高效地併入p型摻雜劑。這繼而增強p型晶體的電氣性質，且使得自此晶體切割的晶圓能夠係有用的、具有更高的品質及優異的電氣性質、且特定而言對於半導體元件製造係商業上有用的。

在實施例中，源自於PDC成形裝藥源材料的使用的出乎意料的地方在於，它們影響並控制通量的Si/C比的能力提供了產生更有可能增強當在晶體的C面上生長時p型摻雜劑原子雜質至晶體中的併入之Si/C比的能力。雖然在晶種處的通量中的Si/C比可隨時間減小，但是它不可能下降至值1以下，而p型摻雜劑併入的增強仍然發生。因此，目前的成形裝藥源材料的實施例提供了在PVT製程中使用C或Si面晶種生長p型SiC晶體的能力。特定而言，p型晶體可生長於C或Si面4H或6H晶種上。

晶棒之較佳實施例為單晶體且僅具有單個多型體。應理解，本說明書亦設想了具有多個多型體、具有多個晶體及兩者的晶棒之實施例。

在實施例中，液體PDC起始材料，較佳地聚矽碳前驅物，且更佳地液體聚矽碳前驅物，具有添加至它們的或包含(例如，化學鍵結的、化學錯合物、在溶液中、在聚合物的主幹中、在混合物中，等等)預定摻雜劑，以向SiC晶體提供預定性質。

雖然較佳地使摻雜劑存在於液體起始材料中，但是亦可將摻雜劑添加至固化的SiOC材料、陶瓷SiOC材料及成形裝藥(例如，與之組合或混合)。在諸如氮的一些情形中，亦可在SiC晶體生長製程期間作為氣體添加摻雜劑。

摻雜劑可為單種材料，例如元素，或者摻雜劑可為通常選自週期表中的同一欄的兩種、三種或更多種元素。人們相信，使用來自週期表中的同一欄(且因此具有類似的電子價結構、但略有不同的大小)的不同材料的組合減小了SiC晶體中的應力。這繼而提供了更好的、高品質、更有用的晶棒及晶圓。

用於製造p型SiC晶體、晶棒及晶圓的較佳摻雜劑為選自第13族的元素(硼等)。用於製造p型SiC晶體、晶棒及晶圓的較佳摻雜劑為鋁。

用於製造n型SiC晶體、晶棒及晶圓的較佳摻雜劑為選自第15族的元素(氮等)。用於製造n型SiC晶體、晶棒及晶圓的較佳摻雜劑為氮、磷及此等的組合。

使用磷及氮與磷的組合作為摻雜劑(較佳地在液體聚矽碳起始材料中)提供了具有低電阻率SiC晶圓的能力。

在摻雜晶體(例如，p型、低電阻率p型、低電阻率n型)之較不佳的實施例中，摻雜劑在晶體的長度上並不均勻。在此實施例中，摻雜劑(作為電活性原子雜質)的濃度自晶種底部(晶體生長開始的一側)至尾部頂側(生長結束的一側)變化，其中此變化且可跨晶體的直徑徑向變化在約300%至5%的範圍內。

在較佳實施例中，摻雜成形裝藥源材料的實施例的使用將針對尾部至晶種(即，晶體的長度或高度)及徑向(跨晶體的直徑)兩者的此等變化減小為約100%至5%、小於200%、小於150%、小於100%、小於50%及小於25%及小於105。變化的此種減小可進一步以一致的方式獲得，其中在PVT裝置中生長的大部分且基本上所有(即，大於90%)的晶體具有相同的更低變化。

在實施例中，摻雜SiC晶體(例如，p型、低電阻率p型、低電阻率n型)具有摻雜劑貫穿晶體結構的基本上均勻的分佈，此係藉由使用預定的摻雜成形裝藥源材料獲得，該摻雜成形裝藥源材料具有以提供摻雜劑至晶體中的併入的均勻性的方式分佈在成形裝藥中的摻雜劑。因此，晶體、晶錠、晶棒或晶圓之實施例中的摻雜劑濃度或電活性原子雜質濃度跨長度(例如，尾部側至晶種側(「頂部至底部」))及徑向(如沿著直徑移動時側對側量測的(「側對側」))的變化小於約10%、小於約5%及小於約2%及小於1%。因此，此等結晶材料的整體表現出預期的電氣性質且達到相同的程度(例如，p型電氣行為、p型低電阻率電氣行為、n型低電阻率電氣行為)且達到相同的程度。這允許晶體(例如，晶棒)轉換成SiC晶圓，其中預期的電氣行為貫穿整個晶圓，且特定而言貫穿晶圓的厚度存在。具有貫穿材料基本上均勻地分佈(即，如上文所描述，頂部至底部、側對側的小於10%的變化)的摻雜劑或電活性雜質的此等材料在本文中將被稱為「均勻的」或「均勻地」摻雜的SiC晶圓、晶錠、晶體或晶棒。

因此，在實施例中，p型SiC晶圓不具有任何n型材料層。另外，在較佳實施例中，此p型SiC晶圓(以及p型晶體及p型晶棒)具有貫穿整個晶圓(以及p型晶體及p型晶棒)，且特定而言貫穿晶圓的厚度分佈的電活性施體原子。另外，在較佳實施例中，此p型SiC晶圓(以及p型晶體及p型晶棒)具有貫穿整個晶圓(以及p型晶體及p型晶棒)，且特定而言貫穿晶圓的厚度分佈的電活性原子雜質。具有貫穿材料基本上均勻地分佈(即，如上文所大體描述，頂部至底部、側對側的小於10%的變化)的摻雜劑或電活性雜質的此等材料在本文中將被稱為「均勻的p型SiC」晶圓、晶錠、晶體或晶棒。此等均勻的p型SiC晶體、晶錠、晶棒及晶圓亦包括p+及p-型。

低電阻率SiC晶圓可為n型及p型。較佳地，對於n型低電阻率SiC晶圓，摻雜劑為磷或磷與氮的混合物。較佳地，低電阻率晶體、晶錠、晶棒及晶圓中的摻雜劑貫穿晶體基質分佈，具有小於100%、小於50%、小於25%的變化，且更佳地為均勻的低電阻率SiC材料。

本發明提供了用於生長晶棒的方法及製程的實施例，例如，用於形成p型SiC或低電阻率p型或n型SiC的單晶體晶棒的SiC氣相沉積，該SiC氣相沉積在晶棒的面處提供非常平坦，例如，具有有限量的曲率或弧度。晶棒的非常平坦的輪廓主要係藉由使用置放於氣相沉積裝置中的SiC圓片的預先選擇的形狀來達成。預先選擇的形狀(例如，成形裝藥)經組態以使得在氣相沉積製程期間，通量的區域及該區域內的流量在整個晶棒生長製程內保持恆定。以此方式，在晶棒生長時沉積於晶棒的面上的SiC的速率及量在晶棒生長製程期間保持一致且均勻。因此，例如在生長6吋直徑的晶棒時，通量流的區域將為28.27吋²，且跨該區域流動的SiC的流率及量在晶棒(例如，3吋長度的晶棒、4吋長度的晶棒等)的生長期間跨該整個區域將係均勻的。即使當可用於昇華的SiC的量及位置在圓片內、在製程期間變化時，圓片的形狀以保持通量流跨緊鄰晶棒的面之區域為均勻的方式引導通量(例如，「定向通量」)。用於生長SiC晶體的成形裝藥及裝藥用途在美國專利公開案第2018/0290893號中揭示並教示，該案的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。

在實施例中，通量貫穿生長製程並未保持恆定。因此，在此實施例中，管理(例如，以預定方式控制)通量跨生長面的速率、分佈以提供晶棒的區或生長面的預定生長。因此，例如，在後期生長階段中，可以預定方式引導通量以補償已在晶棒生長中發生的不均勻性。在此實例中，在早期生長階段中通量更大的區域在後期生長階段中具有更小的通量；類似地，在早期生長階段中通量更小的區域在後期生長階段中具有更大的通量。以此方式，最終的晶棒生長面使晶棒面的曲率最小化，或者使晶棒面的曲率半徑最大化。

在實施例中，使用受控通量、且更佳地方向通量可提供4至8吋直徑的p型SiC或低電阻率SiC晶棒，該晶棒具有由在定向在晶種端上方時具有正曲率半徑的尾端界定的特徵形狀。對於具有4至8吋直徑的SiC晶體，該半徑的範圍通常為10至200吋。

在實施例中，尾部的曲率半徑(即，曲率的倒數)可為至少約6吋、至少約8吋、至少約20吋、至少約60吋，及接近無限(即，平面)，以及在此等值的範圍內的所有值。在6吋晶棒的實施例中，曲率半徑(即，曲率的倒數)將為至少約10吋、至少約15吋、至少約25吋、至少約60吋，及接近無限(即，平面)，以及在此等值的範圍內的所有值。在實施例中，晶棒面的曲率半徑為晶棒長度的至少2倍、晶棒長度的至少5倍、晶棒長度的至少10倍及晶棒長度的至少25倍、高達且包括晶棒面為平面的情況，以及在此範圍內的所有值。

在實施例中，除了PDC源材料的組合物及構成之外，可利用壓力以及溫度來操縱通量。對於給定的生長溫度，可藉由增大室壓力來減緩生長。最快的速率通常在「全」真空下(例如，真空泵開啟且保持室壓力儘可能低)。因此，舉例而言，為了在400 μm/hr下生長晶棒，生長可在溫度T1下、全真空的P1下，或者可在溫度T2＞T1下，具有幾毫巴至幾十毫巴的氬氣分壓(P2＞P1)。以此方式，可「調整」通量及生長速率。

在實施例中，由於隨時間流逝更一致的通量組合物，聚合物衍生摻雜SiC在p型SiC或低電阻率SiC晶棒中給予更好的多型體穩定性。此實施例，即受控的多型體穩定性，對於晶棒製造商係有價值且重要的，因為多型體變換中期生長意謂晶棒的僅一部分為原始多型體，這通常對影響由此構建的晶片的元件效能的電子性質有不利的影響。

轉至第4圖，展示了用於生長p型、或者低電阻率p型或n型SiC晶體及結晶結構的裝置之示意性橫截面表示。氣相沉積裝置及製程，且特定而言用於使用PDC SiC源材料的PVT裝置及製程在美國專利第10,753,010號及公開專利申請案第2018/0290893號中揭示並教示，其中每一者的全部揭示內容以引用的方式併入本文中。氣相沉積元件1800係具有側壁1808、底部或底部壁1809及頂部或頂部壁1810的容器。壁1808、1809、1810可具有埠1806/1807/1805，該等埠可為可控制或允許進入及離開元件1800的氣流的開口、噴嘴、閥。元件1800具有與之相關聯的加熱元件1804。加熱元件可經組態及操作以在元件1800內部提供單個溫度區或多個溫度區。在元件1800內部存在成形裝藥1801，該成形裝藥由已經共同形成為摻雜SiC體積形狀的摻雜SiC粒子製成(注意，在實施例中，摻雜劑可併入至用於製造SiC體積形狀的黏結劑中或者為黏結劑的一部分)。

成形裝藥1801可具有預定的孔隙度及密度。SiC粒子可具有預定的孔隙度及密度。SiC粒子較佳地由黏結劑保持在一起。成形裝藥1801可為富碳的、碳不足的或化學計量的。成形裝藥1801可具有為富碳的、碳不足的或化學計量的區或層。較佳地，SiC粒子為SiOC聚合物衍生SiC。非聚合物衍生SiC亦可用作成形裝藥的一部分或全部。成形裝藥1801具有由箭頭1821展示的高度，及橫截面或直徑1820。成形裝藥1801具有上表面或頂部表面1823及底部表面1824。在此實施例中，成形裝藥1801被展示為平頂及平底圓柱體；應理解，可在元件1800中使用本說明書所設想的體積形狀中之任一者。

在元件1800的頂部1810處存在種晶1802，該種晶所具有的摻雜的類型及量可與意欲在生長於種晶1800上的晶體中發現的相同。種晶1800具有表面1802a。種晶1802具有橫截面或直徑1822及高度1823。在一些實施例中，可將種晶安裝於可移動平台1803上以調整表面1802a與表面1823之間的距離。

成形裝藥1801的直徑1820可大於、小於種晶1802的直徑或與之相同。

在操作中，加熱元件1804將成形裝藥1801的溫度升高至SiC及摻雜劑昇華的點。此昇華導致形成具有各種矽及碳物質及摻雜劑的氣體。此氣體，即通量，存在於在表面1802a與表面1823之間的區域1850中。根據孔隙度或其他因素，通量亦可存在於成形裝藥1801中。通量在元件1800中穿過區域1850上升，其中它將p型SiC或者n型或p型低電阻率SiC沉積於表面1802a上。表面1802a必須保持在足夠冷的溫度以致使氣態矽碳物質及摻雜劑原子雜質沉積於其表面上，從而形成摻雜SiC晶體。以此方式，藉由以多型體匹配定向將生長的SiC與摻雜劑不斷添加至其表面上，將晶種1802生長為p型、或者n型或p型低電阻率SiC晶體。因此，除非由元件1803 (展示於完全收起的位置)調整，否則在晶棒生長期間，表面1803將朝向底部1809生長且因此減小表面1802a與底部1809之間的距離。成形裝藥的形狀可用於在氣相沉積製程期間在成形裝藥內產生預定的溫度差。此預定的溫度差可化解、減少並消除鈍化作用的不利影響，鈍化作用係物質在製程期間構建在成形裝藥中的狀況，該狀況減少或阻止蒸氣形成。

在僅使用p型摻雜劑的實施例中，應最小化、減輕並消除將被視為或者為施體原子的來源的任何材料(諸如氮)的存在。(應注意，在其他實施例中，氮可以小於p型摻雜劑的量存在，且仍然獲得p型源材料，即，經組態以生長具有負Nc的晶體)

已理論化的是，昇華及沉積製程發生在源材料本身的體積形狀(例如，成形裝藥)的表面上及內部，且遵循源材料中的熱梯度，該熱梯度係自然產生的，或者該熱梯度可由體積形狀的形狀決定。在實施例中，黏結材料可較佳地在昇華溫度期間保持存在且保持體積形狀的形狀及完整性，且因此在SiC的昇華溫度處或以下不會昇華。此熱梯度通常係自外部朝向內部及向上。已理論化的是，材料持續昇華且再沉積於相鄰的粒子上，且以此方式經歷Si-C物質以及摻雜劑的回流或者固態「分餾」或「分昇華」。

進一步理論化的是，在實施例中，體積形狀及其預定梯度可允許一些更重的雜質困在生長室的底部後面、在體積形狀的結構內，而更輕的元素與Si-C蒸氣一起昇華且被帶至晶種。這在理論上提供了在製程或生長循環中的預定時間使摻雜劑或其他添加劑釋放的能力。

在實施例中，成形裝藥針對給定的溫度提供更一致的通量形成速率。成形裝藥的形狀可經定製以提供貫穿形狀更均勻的溫度，從而允許一次昇華該形狀的更高體積分率，在給定溫度下在晶種/蒸氣界面處驅動速率比標準粉末堆或圓柱形粉末形狀高的通量。因此，需要更低溫度生長製程的多型體生長將不會因此限於更慢的生長速率。

昇華速率以克/小時為單位來量測。通量係按克/cm²-hr (即，穿過面積的材料的速率)給出。因此，關鍵面積為對應於晶棒生長表面(例如，SiC被沉積的晶棒面)的瞬時表面積的通量面積。通常，通量面積及晶棒面的面積大致相同，且此等面積通常略小於氣相沉積裝置的生長室的橫截面積。

出於計算及此分析的目的，為了計算方便起見，假定生長室的橫截面積與通量的面積及晶棒面的面積相同。因此，晶棒的生長速率(μm/hr)可等效於蒸氣通量以及μm/hr -＞ g/hr (全緻密SiC的密度為3.21g/cc)，穿過晶棒表面的面積(cm²)。可經由X射線成像或X射線電腦斷層造影(computed tomography，CT)進行現場量測。另外，可藉由在生長之前/之後對晶棒稱重來判定平均生長速率。

典型的商業生長速率在200 μm/hr至500 μm/hr的範圍內。目前的製程及體積形狀的實施例遠超此等現有商業速率，而同時提供具有相等且優異的品質的晶棒。例如，本發明之實施例在高溫及低壓力下可具有約550 μm/hr至約1,1000 μm/hr、約800 μm/hr至約1,000 μm/hr、約900 μm/hr至約1,100 μm/hr、約700 μm/hr、約800 μm/hr、約900 μm/hr、約1,000 μm/hr、1,100 μm/hr的生長速率。設想了更高的速率且亦可使用更慢的速率，以及在此等範圍內的所有速率。

通常，生長速率由1)溫度及2)供應氣體壓力(Ar、N₂等)驅動。針對任何給定的溫度，更大的氣體壓力會稀釋晶種及晶棒面處的矽碳物質的蒸氣壓力，且減緩生長速率。因此，壓力可用於「撥入」生長速率。

因此，在給定恆定溫度的情況下，體積形狀(例如，成形裝藥)的實施例可保持一致的通量產生速率，例如，在p型SiC或低電阻率SiC晶體生長的整個操作內恆定，包括具有約4吋至約10吋直徑、約6吋至約8吋直徑、約4吋直徑、約6吋直徑、約8吋直徑以及更大及更小，以及在此等值的範圍內的所有直徑的此類晶體。在給定恆定溫度的情況下，在給出針對整個p型SiC或低電阻率SiC晶體生長製程恆定的溫度的情況下，體積形狀的實施例可保持通量產生速率及因此晶棒生長速率在晶體生長期間處於恆定的速率、恆定的速率、處於具有小於約0.001%的變化的速率、處於具有小於約0.01%的變化的速率、處於具有小於約1%的變化的速率、處於具有小於約5%的變化的速率、處於具有約0.001%的變化至約15%的變化的速率、處於具有約0.01%的變化至約5%的變化的速率、以及此等的組合及變化，以及在此等值的範圍內的所有值。在實施例中，在恆定的溫度下，通量形成速率在晶棒生長期間保持在：其最大速率的約99.999%至約60%；其最大速率的約99%至約95%；其最大速率的約99.99%至約80%；其最大速率的約99%至約70%；其最大速率的約95%至約70%；其最大速率的約99%至約95%；以及此等的組合及變化，以及在此等百分比的範圍內的所有值。

實施例提供用於粉末的不同化學計量、黏結劑含量、摻雜劑含量及兩者貫穿形狀(例如，具有不同類型的粉末起始材料、不同黏結劑以及此等的組合及變化的層、區、區域)的分佈。不同化學計量、黏結劑含量及兩者的此種預定分佈提供若干優點，包括：昇華組合物的客製化，因為源材料係自外部消耗進來，這使得組合物中的變換自生長循環的開始至結束能夠更少。由於蒸氣的一致的組合物，不同化學計量、黏結劑含量及兩者的此種預定分佈亦可增強多型體穩定性。

本發明之實施例包括在製造應用於電子元件及半導體應用中的p型SiC或低電阻率SiC晶圓中使用摻雜SiC。在用於產生p型SiC或低電阻率SiC晶體及p型SiC或低電阻率SiC晶圓以供後續使用的氣相沉積裝置及製程兩者中，都需要摻雜(且較佳地高純度) SiC。

目前的聚矽碳p型SiC或低電阻率SiC、及p型SiC或低電阻率SiC晶棒、p型SiC或低電阻率SiC晶圓及由聚矽碳衍生SiC製成的其他結構之實施例表現出多態性，且一維多態性通常被稱為多型性。因此，聚矽碳衍生p型SiC或低電阻率SiC可存在於許多(理論上無限的)不同多型體中。如本文所使用，除非另外明確提供，否則術語多型性、多型體及類似的此類術語應當被給予其最廣泛的可能含義，且將包括各種不同的框架、結構或配置，用來組態碳化矽四面體(SiC₄)。通常，此等多型體分為兩個類別：α (α)及β (β)。

α類別的聚矽碳衍生p型SiC或低電阻率SiC之實施例通常包含六方(H)、菱面體(R)、三方(T)結構且可包含此等的組合。β類別通常包含立方(C)或閃鋅礦結構。因此，例如，聚矽碳衍生p型SiC或低電阻率SiC的多型體將包括：3C-SiC (β- SiC或β 3C-SiC)，其具有堆疊序列ABCABC...；2H-SiC，其具有堆疊序列ABAB...；4H-SiC，其具有堆疊序列ABCBABCB...；及6H-SiC (α碳化矽的常見形式，α 6H-SiC)，其具有堆疊序列ABCACBABCACB...。α碳化矽的其他形式將包括8H、10H、16H、18H、19H、15R、21R、24H、33R、39R、27R、48H及51R。

聚矽碳衍生p型SiC或低電阻率SiC的實施例可為多晶或單(single/mono)晶的。通常，在多晶材料中存在晶粒邊界，作為材料的兩個晶粒或微晶之間的界面。此等晶粒邊界可在具有不同定向的相同多型體之間，或者在具有相同或不同定向的不同多型體之間，以及此等的組合及變化。單晶結構由單個多型體構成且基本上不具有晶粒邊界。在較佳實施例中，p型SiC或低電阻率SiC為單晶的。

目前的方法的實施例產生晶棒，較佳地為單晶體p型SiC或低電阻率SiC晶棒。此等晶棒可具有約½吋至約5吋、約½吋至約3吋、約1吋至約2吋、大於約½吋、大於約1吋及大於約2吋的長度。設想了更大及更小的大小以及在此等大小的範圍內的所有值。晶棒可具有約½吋至約9吋、約2吋至約8吋、約1吋至約6吋、大於約1吋、大於約2吋、大於約4吋、約4吋、約6吋及約8吋、約12吋及約18吋的橫截面，例如直徑。設想了其他大小以及在此等大小的範圍內的所有值。P 型及低電阻率型晶圓- 一般而言

一般而言，用於由p型SiC或低電阻率SiC晶棒製造電子組件的製程涉及將p型SiC或低電阻率SiC SiC單晶晶棒切割成薄的晶圓。產生的SiC晶圓為製造SiC基半導體元件的起點。SEMI (www.semi.org)已開發並公開高達150 mm的各種直徑的SiC晶圓規範之標準。此等標準係熟習此項技術者熟知的且理解的。由於使p型SiC晶體及晶圓商業化且僅使n型摻氮SiC晶體及晶圓商業化的SiC工業的先前限制，用於製造適合於在製造半導體元件中使用的SiC晶圓之最有名的方法係基於SiC n型晶圓且可用於製造p型、n型低電阻率及p型低電阻率晶圓。

本發明的摻雜晶圓的實施例具有晶棒(該等晶圓係自晶棒切割)的直徑，且通常具有約100 μm至約500 μm的厚度。較佳地，p型電氣性質或低電阻率性質貫穿晶棒的整個長度或晶圓的整個厚度分佈。更佳地，p型電氣性質或低電阻率性質貫穿晶棒的整個長度或晶圓的整個厚度均勻地分佈。然後在一側或兩側上對p型SiC或低電阻率SiC晶圓進行拋光。經拋光的晶圓然後用作製造微電子半導體元件的基板。因此，p型SiC或低電阻率SiC晶圓用作構建在晶圓上的微電子元件的基板。此等微電子元件的製造包括微製造處理步驟，舉幾個例子，諸如磊晶生長、摻雜或離子植入、蝕刻、沉積各種材料及微影圖案化。一旦由p型SiC或低電阻率SiC晶圓製成，就在稱為切塊的製程中將晶圓及因此個別微電路分離成個別半導體元件。此等元件然後用於製造各種更大的半導體及電子元件(例如，併入至其中)。

除其他事項外，目前的方法及所得p型SiC或低電阻率SiC晶圓的實施例包括：約2吋直徑的晶圓及更小、約3吋直徑的晶圓、約4吋直徑的晶圓、約5吋直徑的晶圓、約6吋直徑的晶圓、約7吋直徑的晶圓、約12吋直徑的晶圓及可能更大、具有約2吋至約8吋的直徑的晶圓、具有約4吋至約6吋的直徑、正方形、圓形及其他形狀、約1平方吋、約4平方吋、約8平方吋、約10平方吋、約12平方吋、約30平方吋、約50平方吋以及更大及更小的每側表面積、約100 μm的厚度、約200 μm的厚度、約300 μm的厚度、約500 μm的厚度、約700 μm的厚度、約50 μm至約800 μm的厚度、約100 μm至約700 μm的厚度、約100 μm至約400 μm的厚度、約100 μm至約300 μm的厚度、約100 μm至約200 μm的厚度以及更大及更小的厚度，以及此等的組合及變化以及在此等尺寸的範圍內的所有值的晶圓。

目前的方法及所得經切割及拋光的p型SiC或低電阻率SiC晶圓的實施例亦可包括：用於開始晶棒的生長(即，作為「晶種」)，由此生長的晶棒的其餘部分與結構匹配。除其他事項外，p型SiC或低電阻率SiC晶圓及p型SiC或低電阻率SiC晶種可為：約2吋直徑的晶圓及更小、約3吋直徑的晶圓、約4吋直徑的晶圓、約5吋直徑的晶圓、約6吋直徑的晶圓、約7吋直徑的晶圓、約12吋直徑的晶圓及可能更大、具有約2吋至約8吋的直徑的晶圓、具有約4吋至約6吋的直徑、正方形、圓形及其他形狀、約4平方吋、約8平方吋、約12平方吋、約30平方吋、約50平方吋以及更大及更小的每側表面積、約100 μm的厚度、約200 μm的厚度、約300 μm的厚度、約500 μm的厚度、約1500 μm的厚度、約2500 μm的厚度、約50 μm至約2000 μm的厚度、約500 μm至約1800 μm的厚度、約800 μm至約1500 μm的厚度、約500 μm至約1200 μm的厚度、約200 μm至約2000 μm的厚度、約50 μm至約2500 μm的厚度，以及此等的組合及變化以及在此等尺寸的範圍內的所有值的晶圓。

目前的p型SiC或低電阻率SiC晶棒、p型SiC或低電阻率SiC晶圓及由彼此晶圓製成的微電子元件的實施例除其他事項外可在二極體、寬頻放大器、軍用通信、雷達、電信、資料鏈路及戰術資料鏈路、衛星通信及點對點無線電功率電子元件、LED、雷射、照明及感測器中得到應用及利用。另外，此等實施例可在諸如高電子遷移率電晶體(High- electron-mobility transisitor，HEMT)的電晶體中得到應用及使用，包括基於HEMT的單片式微波積體電路(monolithic microwave integrated circuit，MMIC)及IGBT。此等電晶體可採用分佈式(行波)放大器設計方法，且藉由SiC的更大能帶間隙，使得能夠在小佔據面積中達成極寬的頻寬。因此，本發明之實施例將包括此等元件及由以下製成的或以其他方式基於以下的製品：目前的方法、氣相沉積技術，及聚合物衍生SiC、SiC晶棒、SiC晶圓，及由此等晶圓製成的微電子元件。

聚矽碳衍生p型SiC或低電阻率SiC SiC，特定而言高純度SiC的實施例具有許多獨特的性質，除其他事項外，該等性質使它們有利地且合意地用於電子元件、雷達及功率傳輸工業及應用中。它們可用作非常穩定且適合於若干高需求應用的p型或低電阻率半導體材料，該等高需求應用包括高功率、高頻、高溫及腐蝕性環境及使用。聚合物衍生p型SiC或低電阻率SiC係楊氏模數為424 GPa的非常硬的材料。

在實施例中，若需要將摻雜劑添加至材料，則它們可藉由前驅物添加且因此以受控的方式及量存在以便生長至晶棒或其他結構中。前驅物配方的實施例可具有摻雜劑或者將摻雜劑攜帶並黏結至陶瓷(然後至經轉換的SiC)中的錯合物，因此在氣相沉積製程後，摻雜劑係可用的且處於可使用的形式。

另外，摻雜劑或其他添加劑用於向由聚合物衍生SiC製成的晶圓、層及結構提供客製化或預定的性質。在此等實施例中，此種性質增強添加劑將不被視為雜質，因為它們意欲處於、有必要處於最終產品中。性質增強添加劑可併入至液體前驅物材料中。根據性質增強添加劑的本質，它可為前驅物主幹的一部分，它可被錯合或為錯合物的一部分，以將其併入至液體前驅物中，或者它可以將使其能夠倖存的其他形式存在(例如，處於使其功能按預期留在最終材料中的形式)。舉幾個例子，性質增強添加劑亦可作為塗層添加至SiC或SiOC粉末材料，可在處理期間作為蒸氣或氣體添加，或者可處於粉末形式且與聚合物衍生SiC或SiOC粒子混合。在實施例中，性質增強添加劑包含用於體積形狀的黏結劑或為該黏結劑的一部分。在實施例中，性質增強添加劑可為體積形狀上的塗層。另外，性質增強添加劑存在的形式及方式應較佳地為使得它對處理條件、處理時間及最終產品的品質具有最少的不利影響、且更佳地沒有不利影響。P 型元件- 一般而言

此等p型SiC晶圓提供了製造先前用矽p型晶圓設計的電路、半導體元件及晶片、且在對重寫或重做電路或晶片設計的需要最小之情況下如此做的能力。因此，在實施例中，提供了使用p型矽基板設計的電路或元件的直接構建，且改為使用由SiC p型晶圓製成的元件，而不需要修改或者組態或調適基於矽元件的電路。

以此方式，本發明之實施例化解了功率電路設計者在利用使用SiC元件的全範圍益處中面臨的間隙，此係藉由提供用於生產具有與當前要求一致的低缺陷、電阻率性質及基板直徑之4H-SiC或6H-SiC p型基板(例如，晶圓)的可製造方法來製造元件，諸如肖特基障壁二極體(Schottky barrier diode，SBD)、接面障壁肖特基二極體(junction barrier Schottky diode，JBS)及MOSFET，以及電晶體，諸如閘極關斷電晶體(gate-turn off transistor，GTO)及積體閘極雙極電晶體(integrated gate bipolar transistor，IGBT)，以及此等電晶體及元件的變體及其他類型。本發明之實施例使得能夠製造具有匹配且較佳地超過當今在商業上由n型SiC晶體生產的基板的直徑及電阻率之p型基板。本文中揭示並教示的p型晶圓給元件製造商提供能力來且因此使得元件製造商能夠將SiC的效用擴展至當今由n型SiC至p型SiC製成的所有電壓範圍及安培範圍元件。基於本文中揭示並教示的p型晶圓，功率電路的設計者現在將能夠將SiC元件的益處擴展至用於所有電壓範圍、電壓極性及安培電路設計以及其他的所有功率管理應用。

本發明之實施例可具有或利用在本說明書的前驅物及源材料-一般而言、摻雜劑材料-一般而言、摻雜晶體生長-一般而言、P型及低電阻率型晶圓-一般而言及P型元件-一般而言教示中陳述的實施例、特徵、功能、參數、組件、製程或系統中之一或多者，以及在實例及圖中的實施例、特徵、功能、參數、組件、製程或系統中之一或多者。

實例

提供以下實例以說明本發明之系統、製程、組合物、應用及材料的各種實施例。此等實例係出於說明目的，可為預言的，且不應被視為且不會以其他方式限制本發明之範疇。除非另外明確提供，否則實例中使用的百分比為總體(例如，配方、混合物、產品或結構)的重量百分比。除非另外明確提供，否則使用X/Y或XY指示配方中X的重量%及Y的重量%。除非另外明確提供，否則使用X/Y/Z或XYZ指示配方中X的重量%、Y的重量%及Z的重量%。

實例1

在實施例中，將2.5 wt%的5 μm莫來石粉末(MU-101，微米金屬)的分散添加至具有30 ppb的Pt作為Ashbys催化劑的41% MHF 59% TV配方的前驅物配方。使摻雜前驅物配方固化，然後熱解成SiC。然後藉由使用摻雜前驅物配方作為成形裝藥黏結劑、模製成形狀且然後使該形狀固化成生坯而將SiC粉末製成成形裝藥。將生坯熱解並轉換成摻雜SiC成形裝藥源材料。在實例1A至1D中陳述另外的細節。

實例1A

如表1中所陳述的液體摻Al前驅物配方，用於製造用於生長p型SiC晶體的p型SiC源材料。 表(1)

液體批次	前驅物配方*重量(g)	莫來石重量(g)	固化前的總重量(g)	固化後的重量(g)	固化產率
1	2043.6	51.090	2094.7	2042.6	97.5%
2	2042.4	51.080	2093.5	2045.8	97.7%
3	2051.9	51.395	2103.3	2032.1	96.6%
4	2046.3	51.109	2097.4	2044.9	97.5%
5	2036.2	50.987	2087.2	2031.9	97.4%

莫來石重量與前驅物配方重量的比率的目標為2.5% *41 wt%的線性甲基氫聚矽氧烷(methyl-hydrogen polysiloxane，MHF)及59 wt%的四乙烯基環四矽氧烷(tetravinylcycloterasiloxane，TV)。

實例1B

將來自實例1A的固化的摻Al前驅物配方熱解以提供如表2中所陳述的摻Al SiC材料。 表2.

固化批次	運行前的材料重量(g)	運行後的材料重量(g)	產率
1	2844.0	1016.3	35.7%
2	2406.0	831.5	34.6%
3	3113.2	1042.5	33.5%

實例1C

將來自實例1B的陶瓷摻Al SiC材料形成為體積形狀且固化，如表3所示。在形成體積形狀時將莫來石與黏結劑一起添加。 表3

黏結劑的重量* (g)	添加至黏結劑的莫來石的重量(g)	黏結劑及 莫來石，組合重量(g)	使用的摻Al SiC粉末的重量(g)	固化前的形狀重量(g)	固化後的形狀重量(g)	固化 產率
421.2	10.8	432	2880	3312	3264.9	98.58 %

* 41 wt%的線性甲基氫聚矽氧烷(methyl-hydrogen polysiloxane，MHF)及59 wt%的四乙烯基環四矽氧烷(tetravinylcycloterasiloxane，TV)

實例1D

將實例1C的固化體積形狀熱解，如表4中所陳述，以提供在p型SiC晶體的PVT生長中使用的摻Al SiC成形裝藥源材料。 表4

熱解前的重量(g)	熱解後的重量(g)	產率
3264.9	2925.4	89.60%

實例2

遵循實例1A至1D的相同的一般配方及前驅物，只不過代替鋁摻雜劑，將三烯丙基膦添加至液體前驅物配方(三烯丙基膦佔前驅物配方的1重量%至15重量%)，且三烯丙基膦亦可與黏結劑一起添加(三烯丙基膦佔摻P SiC粉末及黏結劑的1重量%至15重量%)，以形成固化的摻P SiC體積形狀，然後將其熱解以形成摻P SiC成形裝藥源材料。摻P SiC成形裝藥源材料在低電阻率n型SiC晶體的PVT生長中使用。

實例3

轉至第1圖，展示了具有約150 mm的直徑的p型SiC晶體的相片。該晶體係使用PVT製程及裝置且使用實例1D中之類型的摻Al SiC成形裝藥源材料生長的。p型晶體具有70 ppm的Al。p型晶體具有5.5 x 10¹⁸個Al原子/cc。晶體具有約23 mm的長度。製備晶體的薄切片並對其進行拋光，且在傳輸中觀察時為藍色/紫色。未觀察到多型體自4H切換至另一多型體的證據。

實例4

轉至第2A圖，展示了摻雜SiC晶圓700的平面圖示意圖。第2B圖係晶圓700之沿著線B-B的橫截面視圖。晶圓700可為p型SiC晶圓，晶圓700可為低電阻率p型SiC晶圓，或者晶圓700可為低電阻率n型SiC晶圓。晶圓700為圓盤狀結晶結構，其形狀705為半圓形的、具有平面706。應理解，晶圓可為圓形的，或者可具有超過一個平面。晶圓700具有邊緣730。晶圓700具有頂部或頂部表面710、底部或底部表面711及由箭頭712展示的厚度。晶圓700的頂部表面及底部表面兩者以及整個厚度712係摻雜SiC晶體。應理解，一個表面通常為SiC晶體的C面且另一表面為SiC晶體的Si面。可對一個表面或兩個表面進行拋光及表面光製以便用於元件製造。晶圓700的外邊緣730可為錐形的、傾斜的、倒角的、正方形的、圓的等。

晶圓700係自摻雜SiC晶棒切割的，該摻雜SiC晶棒的長度顯著大於(例如，10倍、20倍、50倍、70倍及更大)晶圓700的厚度712。

因此，晶圓700不是生長或沉積於不同類型的材料之基板層上的薄的摻雜型SiC層，然後自其移除基板層。此種薄的(例如，小於1 mm、小於0.5 mm)基板生長摻雜SiC層(基板已移除)具有與自摻雜SiC晶棒切割的摻雜SiC晶圓大為不同的電氣性質及物理性質。此類基板生長薄摻雜層具有材料內不可接受的應力，表現出翹曲及曲率，且一般而言不適合於任何種類的半導體元件製造。

實例5

6” (150 mm)的p型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.015 ohm-cm至0.028 ohm-cm。

實例6

6” (150 mm)的低電阻率p型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例7

6” (150 mm)的p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.015 ohm-cm至0.028 ohm-cm。

實例8

6” (150 mm)的低電阻率p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例9

6” (150 mm)的低電阻率n型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例10

6” (150 mm)的低電阻率n型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例11

轉至第5圖，展示了使用p型SiC晶圓的N通道E-MOSFET元件500。元件500具有閘極512、金屬電極505、金屬氧化物層504。元件500具有源極509、汲極508及主體510。電路511形成於元件509與主體510之間。源極509經由金屬電極連接至n型SiC 502。汲極508經由金屬電極連接至n型SiC 503。元件500具有p型基板501，該基板由自p型晶棒切割的p型晶圓製成。金屬氧化物層507與p型基板501相鄰。主體510經由電極507連接至p型基板501。

實例12

轉至第6圖，展示了使用p型SiC晶圓的P通道E-MOSFET元件600。元件600具有閘極612、金屬電極605、金屬氧化物層604。元件600具有源極609、汲極608及主體610。電路611形成於源極609與主體610之間。源極609經由金屬電極連接至p型SiC 602。汲極608經由金屬電極連接至p型SiC 603。p型SiC 602、603由自p型晶棒切割的p型晶圓製成。元件600具有n型基板601。金屬氧化物層607與n型基板601相鄰。主體610經由電極607連接至n型基板601。

實例13

轉至第7圖，展示了使用p型SiC晶圓的N通道D-MOSFET元件750。元件750具有閘極762、金屬電極755、金屬氧化物層754。元件750具有源極759、汲極758及主體760。電路761形成於源極759與主體760之間。源極759經由金屬電極連接至n型SiC 752。汲極758經由金屬電極連接至n型SiC 753。元件750具有N通道751，該N通道具有如箭頭764所示的通道長度。元件750具有p型基板763，該基板由自p型晶棒切割的p型晶圓製成。金屬氧化物層756與p型基板763及N通道751的一部分相鄰。主體760經由電極757連接至p型基板763。

實例14

轉至第8圖，展示了使用p型SiC晶圓的P通道D-MOSFET元件800。元件800具有閘極812、金屬電極805、金屬氧化物層804。元件800具有源極809、汲極808及主體810。電路811形成於源極809與主體810之間。源極809經由金屬電極連接至p型SiC 802。汲極808經由金屬電極連接至p型SiC 803。p型SiC 802及803由自p型晶棒切割的p型晶圓製成。元件800具有P通道801，該P通道由自p型晶棒切割的p型晶圓製成。箭頭814指示通道長度。元件800具有n型基板813。金屬氧化物層806與n型基板813及P通道801的一部分相鄰。基極810經由電極807連接至n型基板813。

實例15

轉至第9圖，展示了SiC IGBT元件900的橫截面示意圖。元件900係基於自p+型晶棒切割的p+型晶圓，其形成層901，以及元件900的多層結構中的其他p型材料。元件的其他層亦可基於PDC n型SiC晶圓。

實例16

轉至第10圖，展示了SiC橫向擴散MOSFET (Laterally Diffused MOSFET，LDMOS)元件1000的橫截面示意圖。元件1000係基於自p+型晶棒切割的p+型晶圓，其形成層1001，以及元件1000的多層結構中的其他其他p型材料。元件的其他層亦可基於PDC n型SiC晶圓。

實例17

轉至第11圖，展示了SiC VMOS MOSFET元件1100的橫截面示意圖。元件1100係基於自p型晶棒切割的p型晶圓，其形成元件1100的多層結構中的p型材料。元件的其他層亦可基於PDC n型SiC晶圓。

實例18

轉至第12圖，展示了SiC UMOS MOSFET元件1200的橫截面示意圖。元件1200係基於自p型晶棒切割的p型晶圓，其形成元件1200的多層結構中的p型材料。元件的其他層亦可基於PDC n型SiC晶圓。

實例19

轉至第13圖，展示了SiC IGBT元件1300的橫截面示意圖。元件1000係基於自p型晶棒切割的p型晶圓，其形成p基板層，以及元件1300的多層結構中的其他其他p型材料。元件的其他層亦可基於PDC n型SiC晶圓。

實例20

轉至第14圖，展示了SiC CMOS化合物元件1400的橫截面示意圖。元件1400係基於自p型晶棒切割的p型晶圓，其形成元件1400的多層及組成結構中的p基板材料。此處，PMOS元件及NMOS元件構建於共同的p型基板上，該p型基板係基於自p型晶棒切割的p型晶圓。淺溝槽隔離(Shallow trench isolation，ST)提供此等元件之間的電氣隔離。多個位準的金屬線經路徑選擇以互連該等元件且因此在晶片上形成電路。電容器、電阻器及電感器亦可整合至化合物元件1400中。

實例21

轉至第15圖，展示了SiC快閃記憶體元件1500的橫截面示意圖。在本發明之前，人們相信，快閃記憶體元件不能由SiC構建而成。SiC快閃記憶體元件1500具有線源1501、位元線1502、字線控制閘極1503、浮動閘極1504、n型SiC組件1505、第二n型SiC組件1506及p型層1507，該p型層係基於自p型晶棒切割的p型晶圓。

實例22

轉至第16圖，展示了SiC CMOS化合物元件1600的實施例。此種元件用作類比及混合信號元件。該元件具有p型基板層，該p型基板層係基於自p型晶棒切割的p型晶圓。

實例23

低電阻率SiC晶圓在用於生產元件時提供顯著的優點，此係藉由消除對成本高的處理步驟(例如，對SiC基板進行研磨或薄化)的需要，而同時需要對電路系統的設計變化最少，且較佳地不需要任何設計變化。

實例24

低電阻率SiC晶圓，亦具有介於1 milliohm-cm與5 milliohm-cm之間的電阻率。

實例25

氮比矽小很多。因此，已理論化的是，在晶體中，更小的雜質原子很可能佔據碳位點，更大的雜質原子佔據矽位點。在SiC晶體生長期間，氮可在晶體中佔據Si或C位點中之任一者或兩者。

通常，摻雜SiC晶圓可具有100至1,000百萬分點的氮摻雜劑。已理論化的是，在生長期間供應的每100個氮原子中只有一個被吸至晶體中，即，變成電活性原子雜質。因此，來源必須大大高於所要的摻雜劑水準。(摻雜劑被「吸」至晶格中被稱為位點競爭)。然而，對可放入晶體中的氮的量有限制，太多則會使晶體扭曲，從而產生應力。在過去，用於降低電阻率的更高濃度的氮摻雜已導致對磊晶及元件效能有不利的影響之大量疊差及其他晶體品質缺陷。磷的大小更接近矽原子。因此，已理論化的是，在SiC結晶晶格內，磷將取代矽(而不是氮取代碳)且將引入少得多的應力(及更少的缺陷，因為缺陷形成係由晶體中的應力造成)。因此，已理論化的是，基於所需的摻雜劑，在用於製造摻磷n型SiC晶圓的源材料中，磷摻雜劑的較佳量將為所需氮摻雜劑的＜10%。在較佳實施例中，製程使來自源材料的磷的＞1%作為電活性原子雜質進入SiC晶體。

實例26

在用於生長SiC晶體的昇華製程中，通常存在的Si蒸氣多於C蒸氣，從而使其適合於併入氮，但是同時高Si蒸氣濃度不會使其本身適合於併入鋁或硼以便製造p型材料。然而，已理論化的是，氮或磷(每100個原子中1個)作為摻雜劑被併入，針對硼或鋁，每1,000個原子中只有1個被併入。

因此，為了有效的併入，已理論化的是，摻雜來源應具有相等或比矽更高的蒸氣壓力。鋁係p型晶圓的良好摻雜劑，因為它具有比矽更高的蒸氣壓力。鋁及矽在週期表上彼此靠近(實際上為相同大小的原子)。

實例27

作為磊晶層生長於基板(通常為n型SiC)上、可用於製造n通道IGBT之先前的4H碳化矽p型材料通常缺少品質及導電率來在IGBT中很好地工作，且特定而言，缺少品質及導電率來用作商業上可接受的IGBT。除其他事項外，本發明藉由提供自p型SiC晶棒切割的p型SiC晶圓來化解並解決此問題，該等晶圓提供製造商業上可接受的且可操作的SiC IGBT元件的能力。

實例28

對SiC LDMOSFET (橫向金氧半場效電晶體)有長期存在的需要。此等元件係在用於高功率應用(諸如蜂巢式及UHF廣播傳輸)的矽中開發出的，且對此種元件的需要不斷增加。此係因為矽LDMOSFET相比雙極元件提供更高的增益及更好的線性。然而，在本發明之前，此種設計或類型的元件不能由SiC製成或基於SiC，因為僅有n型SiC基板且歷史上任何p型磊晶形成的SiC基板與矽相比都具有太高的電阻率，從而導致LDMOSFET元件效能不合意。除其他事項外，本發明藉由提供自p型SiC晶棒切割的p型SiC晶圓來化解並解決此問題，該等晶圓提供製造商業上可接受的且可操作的SiC LDMOSFET元件的能力。

實例29

具有一或多種摻雜劑的聚矽碳前驅物配方，其具有預定量的受體雜質原子及預定量的施體雜質原子。以此方式，SiC源材料具有預定量的受體及施體雜質原子，且因此具有受體雜質原子與施體雜質原子的預定比率。此預定比率繼而向由該源材料生長的摻雜SiC提供預定的Nc值。

實例30

在聚矽碳前驅物的實施例中，針對Al-OH、P-OH或B-OH官能基的大部分併入利用了Si-OH官能性矽氧烷及矽烷，而不會產生氫。例如，如以下反應所示：

~Si-OH + ~B-OH → ~Si-O-B~ + H2O

實例31

具有大於10 kV、大於100 kV的電壓容量的SiC IGBT。

實例32

具有約2 kV的電壓容量的中壓SiC IGBT。

實例33

4” (100 mm)的p型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.015 ohm-cm至0.028 ohm-cm。

實例34

4” (100 mm)的低電阻率p型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例35

6” (150 mm)的p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.015 ohm-cm至0.028 ohm-cm。

實例36

6” (150 mm)的低電阻率p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例37

4” (100 mm)的p型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。晶圓N_A為10¹⁸/cm³至約10¹⁹/cm³。

實例38

6” (150 mm)的p型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。晶圓N_A為10¹⁸/cm³至約10¹⁹/cm³。

實例39

6” (150 mm)的p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。晶圓N_A為10¹⁸/cm³至約10¹⁹/cm³。

實例40

4” (100 mm)的p型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。晶圓N_A為10¹⁸/cm³至約10¹⁹/cm³。

實例41

4” (100 mm)的p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為Al。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。晶圓N_A為10¹⁸/cm³至約10¹⁹/cm³。

實例42

4” (100 mm)的低電阻率n型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例43

4” (100 mm)的低電阻率p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例44

6” (150 mm)的低電阻率n型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例45

6” (150 mm)的低電阻率p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例46

4” (100 mm)的低電阻率n型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例47

4” (100 mm)的低電阻率p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為p。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例48

6” (150 mm)的低電阻率n型SiC晶圓。多型體為4H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。

實例49

6” (150 mm)的低電阻率p型SiC晶圓。多型體為6H。摻雜劑為P。定向為＜0001＞+/-0.5度。厚度為325 μm至500 μm。彎曲＜40 μm。翹曲＜60 μm。TTV ＜15 μm。SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm) ＜4 μm。MPD (微管) ＜0.2 cm^-2。TSD (螺紋螺釘密度) ＜500 cm^-2。BPD (基面錯位) ＜500 cm^-2。電阻率為0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm。標題及實施例

應理解，在本說明書中使用標題係為了清楚起見，且以任何方式都沒有限制性。因此，在標題下描述的製程及揭示內容應在本說明書全文(包括各種實例)的上下文中閱讀。在本說明書中使用標題不應限制給予本發明的保護範疇。

應注意，不要求提供或化解作為新穎且開創性的製程、材料、效能或其他有益特徵及性質的基礎的理論，該等製程、材料、效能或其他有益特徵及性質係本發明之實施例的標的物或與該等實施例相關聯。然而，本說明書中提供各種理論以進一步推進此項技術領域。此等理論在本說明書中提出，且除非另有明確說明，否則絕不限制、局限或窄化將給予所主張的發明的保護範疇。可能不需要或實踐此等理論就能利用本發明。應進一步理解，本發明可引起新的且迄今未知的理論以解釋本發明的方法、製品、材料、元件及系統的實施例之功能特徵；且此類後開發的理論不應限制給予本發明的保護範疇。

本說明書中陳述的配方、組合物、製品、塑膠、陶瓷、材料、零件、晶圓、晶棒、體積結構、用途、應用、設備、方法、活動及操作的各種實施例可用於各種其他領域且用於各種其他活動、用途及實施例。另外，此等實施例例如可與現有的系統、製品、組合物、材料、操作或活動一起使用；可與可在未來開發的系統、製品、組合物、材料、操作或活動一起使用；且與可部分地基於本說明書的教示進行修改的此類系統、製品、組合物、材料、操作或活動一起使用。另外，本說明書中陳述的各種實施例及實例可整體地或部分地且以不同的及各種組合與彼此一起使用。因此，例如，本說明書的各種實施例中提供的組態可與彼此一起使用。例如，根據本說明書的教示，具有A、A’及B的實施例的組件及具有A’’、C及D的實施例的組件可以各種組合(例如，A、C、D及A，A’’、C及D等)與彼此一起使用。因此，給予本發明的保護範疇不應限於在特定實施例、實例中或者在特定圖中的實施例中陳述的特定實施例、組態或配置。

本發明可體現為除本文中特別揭示的形式以外的其他形式而不脫離本發明的精神或基本特性。所描述的實施例應在所有方面僅被視為說明性的而非限制性的。

150a,150b:儲存罐 150c:單獨的儲存罐、鬥或倉 151a,151b:蒸餾裝置 152:混合器 153:容器 154:爐 155a,155b,155c:熱解爐 157a:無塵室環境 158a,158b,158c:掃氣入口線路 159a,159b,159c,160a,160b,160c:廢氣排放線路 161:掃氣入口 162:廢氣排放線路 163:廢氣處理總成 164:入口線路 170:黏結劑罐 171:線路 172:混合容器 173:混合元件 175:形成裝置 177:烘箱 180:包裝元件 190:體積形狀形成區域 190a,190b,190c:無塵室或無塵室區域 500:N通道E-MOSFET元件 501:p型基板 502:n型SiC 503:n型SiC 504:金屬氧化物層 505:金屬電極 507:電極 508:汲極 509:源極 510:主體 511:電路 512:閘極 600:P通道E-MOSFET元件 601:n型基板 602:p型SiC 603:p型SiC 604:金屬氧化物層 605:金屬電極 607:電極 608:汲極 609:源極 610:主體 611:電路 612:閘極 700:晶圓 705:形狀 706:平面 710:頂部或頂部表面 711:底部或底部表面 712:晶圓的厚度 730:外邊緣 750:N通道D-MOSFET元件 751:N通道 752:n型SiC 753:n型SiC 754:金屬氧化物層 755:金屬電極 756:金屬氧化物層 757:電極 758:汲極 759:源極 760:主體 761:電路 762:p型基板 763:p型基板 764:通道長度 800:P通道D-MOSFET元件 801:P通道 802:p型SiC 803:p型SiC 804:金屬氧化物層 805:金屬電極 806:金屬氧化物層 807:電極 808:汲極 809:源極 810:主體 811:電路 812:閘極 813:n型基板 814:通道長度 900:SiC IGBT元件 901:層 1000:SiC橫向擴散MOSFET元件 1001:層 1100:SiC VMOS MOSFET元件 1200:SiC UMOS MOSFET元件 1300:SiC IGBT元件 1400:SiC CMOS化合物元件 1500:SiC快閃記憶體元件 1501:線源 1502:位元線 1503:字線控制閘極 1504:浮動閘極 1505:n型SiC組件 1506:第二n型SiC組件 1507:p型層 1600:SiC CMOS化合物元件 1800:氣相沉積元件 1801:成形裝藥 1802:種晶 1802a:表面 1803:可移動平台 1804:加熱元件 1805,1806,1807:埠 1808:側壁 1809:底部或底部壁 1810:頂部或頂部壁 1820:成形裝藥的直徑 1821:成形裝藥的高度 1822:種晶的橫截面或直徑 1823:上表面或頂部表面 1824:底部表面 1850:區域

第1圖係根據本發明之150 mm p型SiC晶體的實施例的相片。

第2A圖係根據本發明之摻雜SiC晶圓的實施例的平面示意圖。

第2B圖係第2A圖的晶圓之沿著線B-B獲得的橫截面示意圖。

第3圖係根據本發明之系統及方法的實施例的製程流程圖。

第4圖係根據本發明之氣相沉積裝置及製程的實施例的示意性橫截面示意圖。

第5圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的N通道E-MOSFET元件的實施例的示意性橫截面示意圖。

第6圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的P通道E-MOSFET元件的實施例的示意性橫截面視圖。

第7圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的N通道D-MOSFET元件的實施例的示意性橫截面示意圖。

第8圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的P通道D-MOSFET元件的實施例的示意性橫截面示意圖。

第9圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的IGBT元件的實施例的示意性橫截面示意圖。

第10圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的橫向擴散MOSFET (Laterally Diffused MOSFET，LDMOS)元件的實施例的示意性橫截面示意圖。

第11圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的VMOS MOSFET元件的實施例的示意性橫截面示意圖。

第12圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的UMOS MOSFET元件的實施例的示意性橫截面示意圖。

第13圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的IGTB元件的實施例的示意性橫截面示意圖。

第14圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的CMOS化合物元件的實施例的示意性橫截面視圖。

第15圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的快閃記憶體元件的實施例的示意性橫截面視圖。

第16圖係根據本發明之利用p型SiC晶圓的f CMOS化合物元件的示意性橫截面視圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

700:晶圓 705:形狀 706:平面 710:頂部或頂部表面 730:外邊緣

Claims (1)

1. 一種低電阻率SiC晶圓，包含：至少6”(150 mm)的一直徑；4H的一多型體；一摻雜劑；＜0001＞+/-0.5度的一定向；325 μm至500 μm的一厚度；＜40 μm的一彎曲；＜60 μm的一翹曲；＜15 μm的一TTV；＜4 μm的一SBIR (LTV) (平均為10mm x 10mm)；＜0.2 cm^-2的一MPD (微管)；＜500 cm^-2的一TSD (螺紋螺釘密度)；＜500 cm^-2的一BPD (基面錯位)；0.010 ohm-cm至0.003 ohm-cm的一電阻率。