特表 2024-524583 ＳｉＣｐ型及び低抵抗の結晶、ブール、ウェハー、及びデバイス、並びにそれらを製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-05

(54)【発明の名称】ＳｉＣｐ型及び低抵抗の結晶、ブール、ウェハー、及びデバイス、並びにそれらを製造する方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240628BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20240628BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20240628BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20240628BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240628BHJP

   C30B 23/06 20060101ALN20240628BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

H01L29/78 652T

H01L29/78 653A

H01L29/78 655B

H01L29/78 301B

H01L29/78 301D

C30B23/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024500466

(86)(22)【出願日】2022-07-09

(85)【翻訳文提出日】2024-03-06

(86)【国際出願番号】 US2022036606

(87)【国際公開番号】W WO2023283474

(87)【国際公開日】2023-01-12

(31)【優先権主張番号】63/220,132

(32)【優先日】2021-07-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/337,088

(32)【優先日】2022-04-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519350764

【氏名又は名称】パリデュス インク

【氏名又は名称原語表記】ＰＡＬＬＩＤＵＳ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100175983

【弁理士】

【氏名又は名称】海老 裕介

(72)【発明者】

【氏名】ハンセン， ダレン

(72)【発明者】

【氏名】デュークス， ダグラス

(72)【発明者】

【氏名】ロボダ， マーク

(72)【発明者】

【氏名】ランド， マーク

(72)【発明者】

【氏名】ロホ， ホアン， カルロス

(72)【発明者】

【氏名】トーレス， ヴィクター

【テーマコード（参考）】

4G077

5F140

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077AB01

4G077AB02

4G077AB06

4G077AB09

4G077AB10

4G077BE08

4G077DA02

4G077DA18

4G077HA12

5F140BA02

5F140BH13

5F140BH14

5F140BH30

(57)【要約】

ドープされたＳｉＯＣの液体出発材料は、ブールおよびウェハーを含む、ｐ型ポリマー由来セラミックＳｉＣ結晶材料を提供する。ｐ型ＳｉＣ電子デバイス。ドーパントとしてリンを有する、低抵抗ＳｉＣ結晶、ウェハー、およびブール。ドープされたＳｉＣ結晶の蒸着成長のためのポリマー由来セラミックドープされたＳｉＣ成形装入物原材料。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の直径、約３００μｍから約６００μｍの厚さ、アクセプター原子、及び約０．０１５から約０．０２８Ω・ｃｍの抵抗率を有する、ｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項2】

４Ｈと６Ｈからなる群から選択されたポリタイプをさらに有する、請求項１に記載のｐ型ウェハー。

【請求項3】

前記アクセプター原子が、アルミニウム、ホウ素、又はアルミニウムとホウ素の組み合わせを有する、請求項１又は２に記載のｐ型ウェハー。

【請求項4】

前記ウェハーが少なくとも１０^１８／ｃｍ^３のＮＡを有する、請求項１又は３に記載のｐ型ウェハー。

【請求項5】

前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から約１０^２０／ｃｍ^３のＮＡを有する、請求項１又は４に記載のｐ型ウェハー。

【請求項6】

前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２１／ｃｍ^３のＮＡを有する、請求項１又は４に記載のｐ型ウェハー。

【請求項7】

＜０００１＞＋／－０．５度の配向を有する、請求項１又は６に記載のｐ型ウェハー。

【請求項8】

４０μｍ未満のボウをさらに有する、請求項１又は７に記載のｐ型ウェハー。

【請求項9】

６０μｍ未満のワープをさらに有する、請求項１又は８に記載のｐ型ウェハー。

【請求項10】

１５μｍ未満のＴＴＶを有する、請求項１又は９に記載のｐ型ウェハー。

【請求項11】

４μｍ未満のＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）を有する、請求項１又は１０に記載のｐ型ウェハー。

【請求項12】

０．２ｃｍ^－２未満のＭＰＤ（マイクロパイプ）を有する、請求項１又は１１に記載のｐ型ウェハー。

【請求項13】

５００ｃｍ^－２未満のＴＳＤ（貫通らせん転位密度）を有する、請求項１又は１２に記載のｐ型ウェハー。

【請求項14】

５００ｃｍ^－２未満のＢＰＤ（基底面転移）を有する、請求項１又は１３に記載のｐ型ウェハー。

【請求項15】

約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の直径、約３２５μｍから約５００μｍの厚さ、アクセプター原子、及び２．０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、ｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項16】

前記抵抗率が２．０Ω・ｃｍから約０．１Ω・ｃｍである、請求項１５に記載のｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項17】

前記抵抗率が０．１３Ω・ｃｍ以下である、請求項１５に記載のｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項18】

前記抵抗率が０．０１３Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍである、請求項１５に記載のｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項19】

前記抵抗率が約０．０１０Ω・ｃｍ以下である、請求項１５に記載のｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項20】

前記抵抗率が約０．０１Ω・ｃｍから約０．００１Ω・ｃｍである、請求項１５に記載のｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項21】

前記抵抗率が約０．００９Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍである、請求項１５に記載のｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項22】

前記アクセプター原子が、アルミニウム、ホウ素、又はアルミニウムとホウ素の組み合わせを含む、請求項１５乃至２１の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項23】

前記ウェハーが少なくとも１０^１８／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する、請求項１５乃至２２の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項24】

前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から約１０^２０／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する、請求項１５乃至２３のいずれか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項25】

前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から約１０^２１／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する、請求項１５乃至２４の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項26】

＜０００１＞＋／－０．５度の配向を有する、請求項１５乃至２５の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項27】

４０μｍ未満のボウを有する、請求項１５乃至２６の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項28】

６０μｍ未満のワープを有する、請求項１５乃至２７の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項29】

１５μｍ未満のＴＴＶを有する、請求項１５乃至２８の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項30】

４μｍ未満のＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）を有する、請求項１５乃至２９の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項31】

０．２ｃｍ^－２未満のＭＰＤ（マイクロパイプ）を有する、請求項１５乃至３０の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項32】

５００ｃｍ^－２未満のＴＳＤ（貫通らせん転位密度）を有する、請求項１５乃至３１の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項33】

５００ｃｍ^－２未満のＢＰＤ（基底面転移）を有する、請求項１５乃至３２の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項34】

約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の直径、約３００μｍから約６００μｍの厚さ、ドナー原子、及び０．０３Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハー。

【請求項35】

前記抵抗率が０．０１Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍである、請求項３４に記載のｎ型ＳｉＣウェハー。

【請求項36】

前記抵抗率が約０．０１０Ω・ｃｍ以下である、請求項３４に記載のｎ型ＳｉＣウェハー。

【請求項37】

前記抵抗率が約０．０９Ω・ｃｍから約０．００２Ω・ｃｍである、請求項３４に記載のｎ型ＳｉＣウェハー。

【請求項38】

前記抵抗率が約０．００９Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍである、請求項３４に記載のｎ型ＳｉＣウェハー。

【請求項39】

前記ドナー原子が、リン、窒素、又はリンと窒素の組み合わせを含む、請求項３４乃至３８の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項40】

前記置換ドナー原子が実質的にリンからなる、請求項３４乃至３９の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項41】

前記ウェハーが少なくとも１０^１８／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する、請求項３４乃至４０の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項42】

前記ウェハーが少なくとも約１０^１９／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する、請求項３４乃至４１の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項43】

前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２１／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する、請求項３４乃至４２の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項44】

＜０００１＞＋／－０．５度の配向を有する、請求項３４乃至４３の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項45】

４０μｍ未満のボウを有する、請求項３４乃至４４の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項46】

６０μｍ未満のワープを有する、請求項３４乃至４５の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項47】

１５μｍ未満のＴＴＶを有する、請求項４５乃至４６の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項48】

４μｍ未満のＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）を有する、請求項３４乃至４７の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項49】

０．２ｃｍ^－２未満のＭＰＤ（マイクロパイプ）を有する、請求項３４乃至４８の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項50】

５００ｃｍ^－２未満のＴＳＤ（貫通らせん転位密度）を有する、請求項３４乃至４９の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項51】

５００ｃｍ^－２未満のＢＰＤ（基底面転移）を有する、請求項３４乃至５０の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項52】

前記アクセプター原子が実質的にアルミニウムからなる、請求項１乃至３３の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項53】

前記アクセプター原子がアルミニウムからなる、請求項１乃至３３の何れか一項に記載のｐ型ウェハー。

【請求項54】

約３００μｍから約６００μｍの厚さ、アクセプター原子、４０μｍ未満のボウ、６０μｍ未満のワープ、及び２．０Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍの抵抗率を有する、ｐ型ＳｉＣウェハー。

【請求項55】

４Ｈと６Ｈからなる群から選択されたポリタイプをさらに有する、請求項５４に記載のｐ型ウェハー。

【請求項56】

前記置換アクセプター原子が、アルミニウム、ホウ素、又はアルミニウムとホウ素の組み合わせを含む、請求項５４又は５５に記載のｐ型ウェハー。

【請求項57】

前記置換アクセプター原子が、実質的にアルミニウム、ホウ素、又はアルミニウムとホウ素との組み合わせを含む、請求項５４又は５６に記載のｐ型ウェハー。

【請求項58】

前記ウェハーが少なくとも１０^１８／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する、請求項５４又は５７に記載のｐ型ウェハー。

【請求項59】

前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２２／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する、請求項５４又は５８に記載のｐ型ウェハー。

【請求項60】

＜０００１＞＋／－０．５度の配向を有する、請求項５４又は５９に記載のｐ型ウェハー。

【請求項61】

１５μｍ未満のＴＴＶを有する、請求項５４又は６０に記載のｐ型ウェハー。

【請求項62】

約３００μｍから約６００μｍの厚さ、リンを含むドナー原子、４０μｍ未満のボウ、６０μｍ未満のワープ、及び０．０３Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハー。

【請求項63】

４Ｈと６Ｈからなる群から選択されたポリタイプをさらに有する、請求項６２に記載のｎ型ウェハー。

【請求項64】

前記置換ドナー原子が実質的にリンからなる、請求項６２又は６３に記載のｎ型ウェハー。

【請求項65】

前記置換ドナー原子がリンからなる、請求項６２又は６４に記載のｎ型ウェハー。

【請求項66】

前記ウェハーが少なくとも１０^１８／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する、請求項６２乃至６５の何れか一項に記載のｎ型ウェハー。

【請求項67】

前記ウェハーが１０^１９／ｃｍ^３から約１０^２３／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する、請求項６２又は６６に記載のｐ型ウェハー。

【請求項68】

＜０００１＞＋／－０．５度の配向を有する、請求項６２、６３、又は６７に記載のｎ型ウェハー。

【請求項69】

１５μｍ未満のＴＴＶを有する、請求項６０又は６６に記載のｎ型ウェハー。

【請求項70】

少なくとも約４インチ（１００ｍｍ）の直径、及び少なくとも約１インチ（２５ｍｍ）の高さを有する、ｐ型ＳｉＣブール。

【請求項71】

前記直径が約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）であり、前記高さが約１インチ（２５ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）である、請求項７０に記載のｐ型ブール。

【請求項72】

アルミニウムアクセプター原子を含む、請求項７０又は７１に記載のｐ型ＳｉＣブール。

【請求項73】

ホウ素アクセプター原子を含む、請求項７０又は７１に記載のｐ型ＳｉＣブール。

【請求項74】

２．０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する材料を含む、請求項７０又は７１に記載のｐ型ＳｉＣブール。

【請求項75】

２．０Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍの抵抗率を有する材料を含む、請求項７０又は７１に記載のｐ型ＳｉＣブール。

【請求項76】

少なくとも約４インチ（１００ｍｍ）の直径、少なくとも約１インチ（２５ｍｍ）の高さ、及びドナー原子を有し、前記ドナー原子が実質的にリンからなる、低抵抗ｎ型ＳｉＣブール。

【請求項77】

前記直径が約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）であり、前記高さが約１インチ（２５ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）である、請求項７６に記載のｎ型ブール。

【請求項78】

０．００９以下の抵抗率を有する材料を含む、請求項７６又は７７に記載のｎ型ＳｉＣブール。

【請求項79】

０．０３Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍの抵抗率を有する材料を含む、請求項７６又は７７に記載のｎ型ＳｉＣブール。

【請求項80】

請求項１乃至６９の何れか一項に記載のウェハーの一部を含むか又は該ウェハーの一部の上に構築された、半導体デバイス。

【請求項81】

ＮチャネルＥ－ＭＯＳＦＥＴ、ＰチャネルＥ－ＭＯＳＦＥＴ、及びＮチャネルＤ－ＭＯＳＦＥＴからなる群から選択された、請求項８０に記載の半導体デバイス。

【請求項82】

ＰチャネルＤ－ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＬＤＭＯＳ、ＶＭＯＳ ＭＯＳＦＥＴ、ＵＭＯＳ ＭＯＳＦＥＴ、及びＣＭＯＳ複合デバイスからなる群から選択された、請求項８０に記載の半導体デバイス。

【請求項83】

請求項１乃至３３の何れか一項に記載のウェハーの一部を含むか、又は該ウェハーの一部の上に構築されたフラッシュメモリデバイス。

【請求項84】

請求項３４乃至６９の何れか一項に記載のウェハーの一部を含むか、又は該ウェハーの一部から構築されたフラッシュメモリデバイス。

【請求項85】

シリコンｐ型半導体デバイスを置き換えるようにされたｐ型ＳｉＣ半導体デバイスを製造する方法であって、
ａ）ｐ型シリコン半導体デバイスのための回路を画定する回路設計を評価する工程と、
ｂ）ｐ型ＳｉＣ半導体デバイスに対して動作可能なＳｉＣ回路を画定するＳｉＣ回路設計を行なう工程と、を含み、
ｃ）前記ＳｉＣ回路設計が実質的に前記回路設計からなる、方法。

【請求項86】

前記ＳｉＣ回路をｐ型ＳｉＣ材料の上に又は該ｐ型ＳｉＣ材料を用いて作製する工程をさらに含み、前記ｐ型ＳｉＣ材料は請求項１乃至３１の何れか一項に記載のウェハーの少なくとも一部を含む、請求項８５に記載の方法。

【請求項87】

前記ＳｉＣ回路設計が前記回路設計と少なくとも９０％同じである、請求項８５に記載の方法。

【請求項88】

前記ＳｉＣ回路設計が前記回路設計と少なくとも９５％同じである、請求項８５に記載の方法。

【請求項89】

ｐ型ＳｉＣ材料の上に又は該ｐ型ＳｉＣを用いて前記ＳｉＣ回路を作製する工程をさらに含み、前記ｐ型ＳｉＣ材料は請求項１乃至３３の何れか一項に記載のウェハーの少なくとも一部を含む、請求項８７又は８８に記載の方法。

【請求項90】

前記ウェハーが均一にドープされたウェハーである、請求項１乃至６９の何れか一項に記載のウェハー。

【請求項91】

前記ブールが均一にドープされたブールである、請求項７０乃至７９の何れか一項に記載のブール。

【請求項92】

前記ウェハーが均一にドープされたウェハーである、請求項８０乃至８９の何れか一項に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２１年７月９日に出願された米国仮出願番号第６３／２２０，１３２号および２０２２年４月３０日に出願された米国仮出願番号第６３／３３７，０８８号の優先権ならびに３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（１）に基づく利益を主張するものであり、それぞれの開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、ｐ型ＳｉＣの結晶、インゴット、ブール、およびウェハーと、低抵抗率ＳｉＣの結晶、インゴット、ブール、およびウェハーと、ｐ型ＳｉＣの結晶、インゴット、ブール、およびウェハーの製造方法と、低抵抗率のＳｉＣ結晶、インゴット、ブール、およびウェハーの製造方法と、これらのウェハーから製造されるデバイスおよびこれらのウェハーの用途に関する。

【背景技術】

【0003】

純粋な炭化シリコン（ＳｉＣ）結晶は電気的に中性であり、結晶材料では正と負の電荷の均衡が保たれている。通常、半導体ダイオードやトランジスタの製造に役立つように、ＳｉＣ結晶の成長過程で不純物をＳｉＣ結晶に添加して、結晶内に電荷の不均衡を生じさせ、ＳｉＣの導電性に影響を与える。ＳｉＣに正の電荷を加える不純物原子はドナー原子と呼ばれる。一般に、ドナー原子は周期表のＳｉとＣを含む列の右側の列（例えば１５列目のＶＡ）で特定される。ＳｉＣの典型的なドナー原子は窒素（Ｎ）とリン（Ｐ）である。ＳｉＣに負の電荷を加える不純物原子はアクセプター原子と呼ばれる。一般に、アクセプター原子は、周期表のＳｉとＣを含む列の左側の列（例えば、１３またはIIIＡ）によって識別される。ＳｉＣの典型的なアクセプター原子は、ホウ素（Ｂ）とアルミニウム（Ａｌ）である。ＳｉＣ結晶は通常、ドナー原子とアクセプター原子の両方の不純物を含む。ドナーまたはアクセプター不純物原子が結晶中の正味電荷に影響を与え、電気的に活性になる（すなわち、結晶の導電率／抵抗率に影響を与える）ためには、不純物原子は通常、ＳｉまたはＣ原子のいずれかと結晶中でのそれらの位置で置換されなければならず、この場合、その不純物原子は置換不純物と呼ばれる。不純物原子は、Ｓｉ原子とＣ原子の間に位置することもある。この場合、不純物原子は格子間不純物と呼ばれ、結晶中の正味電荷に影響を与えないこともあれば、電荷への影響が小さいこともあり、状況によっては結晶中の正味電荷に影響を与えない。従って、「電気的に活性な原子不純物」、「電気的に活性な不純物」、「電気的に活性な」という用語は、材料、例えば結晶の正味電荷に影響を与える置換原子および格子間原子を含む、ＳｉＣ結晶材料に添加された原子を表現するために使用される。従って、置換不純物はすべて電気的に活性な不純物でるが、格子間不純物は電気的に活性な不純物でも電気的に不活性な不純物でもあり得る。その結果、ドナー不純物またはアクセプター不純物の原子濃度（結晶中の全原子数に対する不純物原子の数）は、電気的に活性な不純物、例えば置換不純物原子の原子濃度と等しいか、またはそれより大きくすることができる。電気的に活性な、例えば置換ドナー原子が、電気的に活性な、例えば置換アクセプター原子よりも多い場合、ＳｉＣ結晶はｎ型であり、ｎは負を意味し、すなわち負の電荷が過剰に存在する。逆に、電気的に活性な、例えば置換アクセプター原子がドナー原子よりも多い場合、ＳｉＣ結晶はｐ型であり、ｐは正を意味し、すなわちＳｉＣ結晶中に正の電荷が過剰に存在する。

【0004】

本発明以前には、ＳｉＣ半導体デバイスの製造に使用するための直径１００ｍｍ超のｐ型ＳｉＣ基板を工業的に製造し、市販することはできていなかった。ｐ型ＳｉＣ結晶を製造する従来の試みは、高品質、低欠陥のｐ型ＳｉＣ材料、例えば、ＳｉＣ結晶、ＳｉＣブール、およびこれらのブールから切り出されたｐ型ＳｉＣウェハーを生産するための製造可能なプロセスを提供できなかったと考えられる。したがって、本発明以前は、ｐ型ＳｉＣ材料を有するＳｉＣ半導体デバイスの利点はほとんど利用できず、商業的にも利用できなかった。

【0005】

本明細書では、特に断りのない限り、半導体材料中の電荷キャリアには正孔と電子の２種類がある。正孔は、電子の「反対」と見なすことができる。負の電荷を持つ電子とは異なり、正孔は電子の電荷と極性は逆だが大きさは等しい正の電荷を持つ。正孔は、電子のような物理的な粒子ではなく、原子の中に電子が存在しない状態であるため、時に混乱を招くことがある。正孔は、半導体の中で電子がその位置を離れると、原子から原子へと移動することができる。このように、例えるなら、人々が階段の上に一列に並んでいるとしよう。列の先頭の人が１段上がると、その人は穴を空ける。全員が１段上がると、空いた段（穴）は段を下がる。穴は、原子の電子が価電子帯（通常、電子で完全に満たされた一番外側の電子殻）から伝導帯（電子が逃げやすい原子内の領域）に移動するときに形成され、半導体内の至るところで生じる。

【0006】

本明細書で使用される場合、別段の指定がない限り、「ｐ型」、「ｐ型ウェハー」、「ｐ型結晶」、「ｐ型ブール」及び類似のそのような用語は、可能な限り最も広い意味を与えられるものとし、電気的に活性なドナー原子不純物、例えば置換ドナー不純物原子よりも、電気的に活性なアクセプター原子不純物、例えば置換アクセプター原子不純物をより多く有するＳｉＣ結晶材料を含むものとする。したがって、例えば、単位体積当たりの電気的に活性なアクセプター原子の正味量が、１×１０^１０／ｃｍ^３～１×１０^２２／ｃｍ^３、約１×１０^１８／ｃｍ^３～１×１０^２０／ｃｍ^３、約１×１０^１８／ｃｍ^３～１×１０^２３／ｃｍ^３、約１×１０^１８／ｃｍ^３～１×１０^２３／ｃｍ^３、約１×１０^１８／ｃｍ^３～約１×１０^２４／ｃｍ^３、約１×１０^９／ｃｍ^３より大きい、約１×１０^１５／ｃｍ^３より大きい、約１×１０^１８／ｃｍ^３より大きい、約１×１０^１９／ｃｍ^３より大きいＳｉＣ結晶材料は、ｐ型ＳｉＣ結晶材料として特徴付けられる。

【0007】

さらに、別段の指定がない限り、ｐ型ＳｉＣ結晶材料とみなされるためには、正味キャリア濃度（Net Carrier concentration）は、式（１）で与えられるように、過剰なアクセプター原子不純物を有することになる。

【0008】

（１） Ｎｃ＝Ｎ_Ｄ－Ｎ_Ａ

【0009】

ここで、Ｎｃはキャリアの正味濃度である。Ｎ_Ｄは、電気的に活性なドナー不純物原子の濃度である。Ｎ_Ａは、電気的に活性なアクセプター不純物原子の濃度である。慣例により、ｐ型材料ではＮｃは負であり、電子の不足を意味する。

【0010】

本明細書で使用される場合、別段の指定がない限り、「ｐ型デバイス」、「ｐ型半導体」及び類似のそのような用語は、可能な限り最も広い意味を与えられ、ｐ型層を有する、又はｐ型ウェハー、チップ若しくは基板をベースとするあらゆる半導体、マイクロエレクトロニクスデバイス、又は電子デバイスを含む。

【0011】

本明細書で使用する場合、特に指定しない限り、「ｐ^＋」、「ｐ^＋型」、および同様のこのような用語は、ｐ型結晶ＳｉＣ材料、例えば、ｐ型のブール、ウェハーなどであって、ドーパントの量が多く、例えば、高濃度にドープされ（Ｎ_Ｄ＞１０^１８／ｃｍ^３）、したがって、低い抵抗率（＜０．０３Ω・ｃｍ）を有するものを指す。したがって、ｐ^＋型材料は、１０^１８／ｃｍ^３～約１０^２０／ｃｍ^３のＮ_Ａ、１０^１８／ｃｍ^３～約１０^２１／ｃｍ^３のＮ_Ａ、１０^１９／ｃｍ^３未満のＮ_Ａ、約１×１０^１８／ｃｍ^３～１×１０^２３／ｃｍ^３、約１×１０^１８／ｃｍ^３～１×１０^２４／ｃｍ^３、および約１０^２０／ｃｍ^３のＮ_Ａを有することができる。典型的には、ｐ^＋型材料の抵抗率は、０．０３Ω・ｃｍ以下、約０．０２５Ω・ｃｍ未満、約０．０２０Ω・ｃｍ未満、約０．０１５Ω・ｃｍ未満、約０．０３０Ω・ｃｍ～約０．０１Ω・ｃｍ、約０．０２５Ω・ｃｍ～約０．００８Ω・ｃｍ、約０．０２０Ω・ｃｍ～約０．００５Ω・ｃｍであり得る。

【0012】

本明細書で使用される場合、特に指定がない限り、「ｐ^－」、「ｐ型」、および同様のこのような用語は、ｐ型結晶材料、例えば、ｐ型のブール、ウェハーなどであって、ドーパントの量が少なく、例えば、軽くドープされ（Ｎ_Ｄ＜１０^１８／ｃｍ^３）、したがって高い抵抗率を有するものを指す。一般的に、これらの抵抗率は０．０３Ω・ｃｍ以上である。したがって、ｐ型材料は、１０^１８／ｃｍ^３から約１０^１０／ｃｍ^３及びより小さい値のＮ_Ａを有することができる。典型的には、ｐ型材料の抵抗率は０．０３Ω・ｃｍから１０^８Ω・ｃｍ、及びそれ以上である。

【0013】

本明細書で使用される場合、特に指定しない限り、「ｎ型」、「ｎ型ウェハー」、「ｎ型結晶」、「ｎ型ブール」及び類似のそのような用語は、可能な限り最も広い意味を与えられ、負の電荷を有するＳｉＣ結晶材料、電気的に活性なドナー原子、例えば、他のタイプの不純物原子よりも置換ドナー原子の不純物が多いＳｉＣ結晶材料が含まれる。したがって、例えば、単位体積当たりの電気的に活性なドナー原子の正味量が１×１０^１０／ｃｍ^３～１×１０^２２／ｃｍ^３、約１×１０^１８／ｃｍ^３～１×１０^２０／ｃｍ^３、約１×１０^９／ｃｍ^３より大きい、約１×１０^１５／ｃｍ^３より大きい、約１×１０^１８／ｃｍ^３より大きい、約１×１０^１９／ｃｍ^３より大きいＳｉＣ結晶材料は、ｎ型ＳｉＣ結晶材料として特徴付けられる。

【0014】

さらに、別段の記載がない限り、ｎ型ＳｉＣ結晶材料とみなされるためには、正味キャリア濃度は、式で与えられるようにドナー原子不純物の過剰を示す。慣例により、ｎ型材料ではＮｃは正であり、電子の過剰を意味する。

【0015】

用語「ｎ^＋」、「ｎ^＋型」、および同様のこのような用語は、ドーパントの量が多く、例えば、高濃度にドープされ（Ｎ_Ａ＞１０^１８／ｃｍ^３）、したがって低い抵抗率（＜０．０３Ω・ｃｍ）を有するｎ型材料、例えば、ｎ型のブール、ウェハーなどを指す。典型的には、これらの抵抗率は０．０３Ω・ｃｍ以下であり得る。

【0016】

用語「ｎ^－」、「ｎ^－型」、および同様のこのような用語は、ドーパントの量が少なく、例えば、軽くドープされ（Ｎ_Ａ＜１０^１８／ｃｍ^３）、したがって高い抵抗率を有するｎ型材料、例えば、ｎ型のブール、ウェハーなどを指す。典型的には、これらの抵抗率は０．０３Ω・ｃｍ以上、一般的には０．０３Ω・ｃｍ以上である。

【0017】

本明細書では、特に断らない限り、「物理的穴」、「物理的空隙」、及び「物理的空洞」という用語は、電気的特性ではなく物理的特性を意味し、固体の本体又は表面における空隙、構造体、又は表面における材料の不在、表面又は固体内における空いた空間を意味するなど、一般的な通常の態様で使用される。

【0018】

本明細書で使用される場合、別段の指定がない限り、「蒸着」（「ＶＤ」）、「蒸着技術」、「蒸着プロセス」及び類似のこのような用語は、最も広い意味を与えられ、例えば、固体又は液体の出発材料が気体又は蒸気の状態に変換され、次いで、その気体又は蒸気が固体材料を形成、例えば、成長させるために蒸着されるプロセスを含む。本明細書で使用される蒸着技術には、層が気相または気体相から提供されるエピタキシーによる成長が含まれる。蒸着技術にはさらに以下のような種類がある：化学気相蒸着（「ＣＶＤ」）、物理気相蒸着（「ＰＶＤ」）、プラズマＣＶＤ、物理気相成長（「ＰＶＴ」）など。蒸着装置の例としては、ホットウォール化学気相蒸着反応装置、マルチウェハー化学気相蒸着反応装置、化学気相蒸着チムニー反応装置などがある。物理気相成長（ＰＶＴ）とは、結晶の成長に必要な蒸気（例えばフラックス）を供給するために昇華される少なくとも１つの固体出発材料の使用を意味し、それを必要とする。

【0019】

本明細書において、特に断らない限り、「気化温度」という用語は、可能な限り最も広い意味を与えられ、材料が液体から気体状態に遷移する温度、固体から気体状態に遷移する温度、又はその両方を含む（例えば、固体から液体さらに気体への遷移は、非常に小さい温度範囲、例えば、約２０℃未満、約１０℃未満、及び約５℃未満の範囲で起こる）。特に断らない限り、気化温度は、そのような転移が起こる特定の圧力、例えば１気圧、０．５気圧、に対応する温度となるであろう。特定の用途、方法、またはＰＶＴ装置のような特定の装置で使用される材料の気化温度について論じる場合、明示的に別段の記載がない限り、気化温度は、その用途、方法、または装置で使用される、または通常使用される圧力におけるものである。

【0020】

炭化シリコンは一般的に液相を有さず、典型的なＰＶＴプロセス条件下では液相にならず、代わりに真空下で、約１７００℃以上の温度で昇華する。（非常に高い圧力では、ＳｉＣは液相で存在しうることに留意されたい。）通常、工業的および商業的用途では、昇華が約２，５００℃以上の温度で起こるように条件が設定される。炭化シリコンが昇華する際、一般的にシリコンと炭素の様々な種からなる蒸気フラックスが形成され、蒸気フラックスの成分は、原材料に加え、温度及び圧力の関数である。しかし、本発明は、液体出発原材料（例えば、ポリシロカーブ前駆体）の選択に加えて、原材料（例えば、ある形状に成形されて蒸着装置内に装入される材料：成形装入物（shaped charge））の使用、およびＰＶＴプロセス中の温度と圧力によって、これらの成分の比率を制御する能力を提供する。

【0021】

本明細書で使用される場合、別段の指定がない限り、「結晶」、「インゴット」、「ブール」、および類似のこのような用語は、可能な限り最も広い意味を与えられるべきであり、約５０ｍｍ～約２５０ｍｍの直径、１００ｍｍより大きい直径、２５０ｍｍより大きい直径、および典型的には約１５０ｍｍの直径、並びに約２５ｍｍ～約２５０ｍｍの高さ（すなわち、シード端からテール端までの距離）、約７５ｍｍ～約１５０ｍｍの高さ、７５ｍｍ以上の高さ、約１００ｍｍ以上の高さ、約１５０ｍｍの高さ、典型的には約１００ｍｍ～約１５０ｍｍの高さを有する結晶構造を意味する。「結晶」という用語は、一般に、最初に成長し、その後成長装置から取り出された構造を指す。「インゴット」という用語は、一般に、その端部の一方または両方が加工された、例えば平坦化された結晶を指す。「ブール」という用語は、一般に、さらに加工されたインゴットを指し、例えば、ブール上に平坦部が形成され、ウェハー加工（すなわち、ブールからのウェハーの製造）の準備が整ったものを指す。通常、結晶は、蒸着装置を用いた蒸着プロセスで、特にＰＶＴ装置とプロセスを用いて成長させる。

【0022】

本明細書において、結晶、インゴット、ブールという用語は、明示的に別段の定めがある場合又は文脈から明らかな場合を除き、本明細書で使用されているように概して相互に互換性があり、そのうちの一つの特性、結晶構造、マクロ欠陥、マイクロ欠陥、及び組成の本明細書の詳細な説明は、他に適用可能である。

【0023】

本明細書で使用される場合、特に指定がない限り、「ウェハー」、「ＳｉＣウェハー」、「ｐ型ＳｉＣウェハー」、「ｎ型ＳｉＣウェハー」、および同様のこのような用語は、結晶材料を指し、これは、同じ結晶材料のより大きな構造から切り出された構造である（例えば、ｐ型ＳｉＣウェハーは、ｐ型ＳｉＣブールから切り出される）。典型的には、ウェハー７００は円板のような構造であり、円形、及び／又は半円形の形状７０５とすることができ、１つの平坦部、又は複数の平坦部を有することができる。ウェハーは、上部又は上面、底部又は底面、及び厚さを有する。ウェハーの外縁は、テーパー、傾斜、面取り、正方形、円形等とすることができる。

【0024】

通常、ＳｉＣウェハーは、大きな結晶（例えばブール）のｃ軸（成長軸）に対して概ね横断方向にウェハーを切断することによって形成される。典型的には、ウェハーは、成長軸上（すなわち、軸上）、またはこの軸から数度（すなわち、軸外）、典型的には、軸外ウェハーの場合、成長軸から約０．１度から約５度ずれたものとすることができる。ウェハーは、約８０μｍから約６００μｍの厚さと約５０ｍｍから約２５０ｍｍの直径を有することができるが、約１５０ｍｍの直径を有することが好ましい。ＳｉＣウェハーは、軸上または軸からわずかにずれた位置で切断された場合、通常、炭素面または炭素表面とシリコン面またはシリコン表面を有する。ウェハーは、成長軸に沿って切断することもでき、成長軸に対して他の如何なる向きで切断することもできる。

【0025】

一般に、商用ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴが開発される以前は、電力産業（５００Ｖ以上）では主にシリコン（Ｓｉ）ＩＧＢＴが使用されていた。これらはバイポーラ・デバイスであり、伝導損失が低いため、大電流（アンペア）や大電力（ワットまたはＷ）を扱うことができる。しかし、ターンオフ段階（導通と遮断の間の移行）における電力損失が大きいため、動作周波数が制限される。動作周波数が重要なのは、周波数が高ければ高いほど、コンバーター／インバーターの受動素子（例えばインダクタ）が小さくなり、デバイスの体積と重量の削減に役立つからである。これらのデバイス（ＭＯＳＦＥＴとＩＧＢＴ）の体積、重量、および両方を削減することは、当技術分野の長年の課題であり、エンドユーザーにとって重要な指標となる。ＭＯＦＥＴはユニポーラ・デバイスであるため、スイッチング損失が低くなる（特にターンオフ時）。しかし、オン抵抗（導通損失）が高く、電圧とともに増加するため、高電圧（Ｓｉの場合は５００Ｖ以上）ではＩＧＢＴが好まれる。このように、当技術分野では、半導体デバイスの伝導損失と遷移損失の両方を最適化する（すなわち、最小化する）という、長期にわたる未解決のパラダイムが提示されてきた。

【0026】

さらに、シリコンをベースとするデバイスからＳｉＣをベースとするデバイスへの移行は、実質的かつ長期にわたる問題に直面してきた。特に、ｐ型シリコン型デバイスからＳｉＣ型デバイス（例えば、これらの初期の先行の試みではｎ型）への移行には、ｎ型ＳｉＣを使用できるようにｐ型シリコン型デバイス（例えば、回路、マスク、構成など）を再設計するための多大な費用、時間、が必要であり、困難である。先行技術では高品質のｐ型ＳｉＣウェハーを提供できなかったため、この長年の問題とニーズは未解決のままであった。

【0027】

パワーエレクトロニクス・デバイスと回路の歴史は、シリコンで作られた半導体デバイスから始まる。

【0028】

パワーエレクトロニクス・デバイスの多くの設計では、ｐチャネル型電界効果トランジスタ及び／又はｎチャネル型電界効果トランジスタと同様に、設計が採用されており、最も一般的なトランジスタはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）である。本明細書では、特に断りのない限り、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴのチャネルが電流キャリアとして大部分の正孔で構成されるタイプのＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴが活性化してオン状態になると、流れる電流の大部分はチャネルを移動する正孔となる。ＭＯＳＦＥＴのもう１つのタイプは、電流キャリアの大半が電子であるｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴまたはｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴは、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴとデプレッション型ＭＯＳＦＥＴの２通りの作り方がある。

【0029】

デプレッション型ＭＯＳＦＥＴは、ゲート端子とソース端子の間に電圧差がない場合、通常はオン（ソースからドレインへ最大電流が流れる）である。しかし、ゲートリードに電圧が印加されると、ドレイン・ソースチャネルはより抵抗が高くなり、ゲート電圧が非常に高くなるまで、トランジスタは完全にシャットオフする。エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴはその逆である。ゲート・ソース間電圧が０Ｖ（ＶＧＳ＝０）の場合、通常はオフである。しかし、ゲートリードに電圧が印加されると、ドレイン・ソースチャネルの抵抗が小さくなる。

【0030】

パワーデバイスの代表的な用途は、インバーター、コンバーター、電源などの電源回路の設計と製造である。これらの回路は、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴまたはｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ、あるいはその両方を使用して設計される。両方のタイプが必要とされる例としては、Ｈブリッジ・パワー駆動回路があり、その機能は、負荷を通して電流をどちらかの方向に駆動することである（すなわち、電動無人搬送車や全電気自動車のモーターなどのＤＣモーターを正転または逆転させて駆動すること）。

【0031】

現代のパワーマネージメント回路のエネルギー効率を高めるために、設計者は現在、４Ｈ－ＳｉＣ結晶基板をベースとした炭化シリコンＭＯＳＦＥＴを採用している。炭化シリコンＭＯＳＦＥＴは、シリコンＭＯＳＦＥＴを使用した回路に比べて、より高い電圧と高い周波数で動作する回路を設計する機会をもたらす。ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを使用すれば、一般的に、上述の電力回路は、６００Ｖから１０ｋＶ以上の電圧、および５Ａから２００Ａ以上のアンペア数で動作することができる。

【0032】

現在、ＳｉＣ製のＭＯＳＦＥＴは、ｐ型ＳｉＣ基板が市販されていないため、ｎ型ＳｉＣ基板でしか製造できない。そのため、ほとんどのＳｉＣ製ＭＯＳＦＥＴはｎチャネル・デバイスとして製造されている。これまでｎ型基板を用いたＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴしか市販されていなかったため、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴはパワー回路には幅広く展開することができなかった。

【0033】

ＭＯＳＦＥＴトランジスタの一種であるｎチャネルＩＧＢＴは、ｐチャネルＩＧＢＴよりも低いオン抵抗及び／又は高いブロッキング電圧を実現できるため、商業的に実現可能とすることが長い間必要とされてきた。さらに、正電圧の極性を持ち、従来のパワーＭＯＳＦＥＴと類似しているｎチャネル・デバイスは、システムの観点からより魅力的である可能性がある。今日まで、このようなデバイスは、ｎ型ＳｉＣ基板上にエピタキシャル層として形成されたｐ型ＳｉＣ材料を用いて作製され、その後、研磨によって基板が取り除かれていた。このようなデバイスは、基板を取り除くことが困難であるなどの理由で、満足のいくものではなかった。本発明は、とりわけ、作製が簡単で商業的に受け入れられるこのようなＳｉＣ ＩＧＢＴデバイスを提供する能力を提供する。

【0034】

ＳｉＣのＬＤＭＯＳＦＥＴ（横型拡散金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）に対する長年のニーズがある。これらのデバイスは、セルラーやＵＨＦ放送伝送などの大電力アプリケーション用にシリコンで開発されたもので、その数は飛躍的に増加している。これは、Ｓｉ ＬＤＭＯＳＦＥＴがバイポーラ・デバイスよりも高い利得と優れた直線性を提供するからである。しかし、本発明以前は、ｎ型ＳｉＣ基板しか存在せず、歴史的にどのようなｐ型エピタキシャル成形ＳｉＣ基板もシリコンに比べて抵抗率が高すぎ、望ましくないＬＤＭＯＳＦＥＴデバイス性能につながるため、この設計をＳｉＣで実現することはできなかった。

【0035】

一般に、パワーＭＯＳＦＥＴはｐチャネルよりもｎチャネルで作製した方が優れた性能を示す傾向にある。しかし、さらに優れた性能を達成するためには、このようなデバイスは通常、抵抗率の低いｐ型基板上にエピタキシャル成長させる必要がある。しかし、現在市販されているｐ型４Ｈ－ＳｉＣ基板の抵抗率は比較的高く（～２．５Ω・ｃｍ）、これはｎ型基板の抵抗率よりも約２桁高い。ｎチャネルＳｉＣデバイスのこの利点は、長い間求められてきたが、先行するｐ型基板に見られる高い抵抗率のために実現されていなかった。そこで、本発明のｐ型ウェハーは、この長年のニーズを解決する低い抵抗率を実現して、ｎ型ＳｉＣ基板で作製されたデバイスに比べて性能が向上したｎチャネルＳｉＣデバイスを可能にする。

【0036】

本明細書で使用する場合、別段の定めがない限り、「見かけ密度」とも呼ばれる「比重」という用語は、可能な限り広い意味を与えるべきであり、一般に、構造体、例えば材料の体積形状物（volumetric shape）の単位体積あたりの質量を意味する。この特性には、体積の一部としての粒子の内部空隙率も含まれる。この特性は、とりわけ、粒子表面を濡らす低粘度の流体を用いて測定することができる。

【0037】

本明細書では、別段の定めがない限り、「実密度」（「真密度」とも呼ぶことがある）という用語は、可能な限り広義に用いるべきであり、一般的には、材料中に空隙が存在しない場合の材料の単位体積当たりの質量を意味する。この測定値および特性は、実質的に（すなわち、標準的な測定技術によって検出可能なレベル以下に）材料の内部空隙を排除するものであり、例えば、材料中の空隙を含まないものである。

【0038】

本明細書では、特に断りのない限り、「室温」は２５℃である。また、「標準環境温度および圧力」は２５℃および１気圧である。明示的に別段の記載がない限り、すべての試験、試験結果、物理的特性、および温度依存性、圧力依存性、またはその両方は、標準環境温度および圧力で与えられ、これには粘度が含まれる。

【0039】

一般に、本明細書で使用される用語「約」及び記号「～」は、特に断らない限り、±１０％の変動又は範囲、及び記載された値を得ることに関連する実験誤差又は機器誤差、のうち大きい方を包含することを意味する。

【0040】

本明細書において、特に断りのない限り、％、重量％、及び質量％という用語は互換的に使用され、例えば、組成物、混合物、プリフォーム、材料、構造体、又は製品の全体の重量に対する第１の成分の重量の百分率を指す。Ｘ／Ｙ又はＸＹは、別段の記載がない限り、組成物中のＸの重量％及びＹの重量％を示す。Ｘ／Ｙ／Ｚ又はＸＹＺは、別段の記載がない限り、組成物中のＸの重量％、Ｙの重量％、及びＺの重量％を示す。

【0041】

本明細書で使用する場合、特に断らない限り、「体積％」及び「％体積」及び類似のそのような用語は、例えば、組成物、混合物、プリフォーム、材料、構造体、又は製品の全体の体積に対する割合としての第１の成分の体積を指す。

【0042】

本明細書で使用される場合、明示的に別段の記載がない限り、ブール成長、蒸着装置、エピタキシー、結晶成長及び蒸着プロセスの文脈で使用される「原材料」という用語は、可能な限り最も広い定義を与えられるべきであり、成長チャンバ内に配置されるか、又は結晶成長、エピタキシー、又はＳｉＣ蒸着の装置内に配置され、フラックスを形成する粉末ＳｉＣ材料、ＳｉＣ体積形状物（例えば、成形装入物）、又は他の形態の固体ＳｉＣ材料を指す。

【0043】

本明細書で使用される「純度」、「純度レベル」、「不純物」、「汚染物質」などの用語は、文脈に照らして見なされるべきであり、一般に、ＳｉＣ結晶を製造するプロセスに由来してＳｉＣ材料又はポリマーに意図的には添加されなかった、望ましくない材料に関する。これらの用語には、ドーパント（例えば、不純物原子、原子不純物、置換不純物、格子間不純物、電気活性不純物、および同様の用語）、または電荷、半導体特性、またはＳｉＣ結晶の他の特性および特徴を提供またはそれらに影響を与えるために、ＳｉＣ結晶に意図的に添加された、またはＳｉＣ結晶に組み込まれた他の元素または材料は含まれない。これらの用語には、出発材料、ポリシロカーブ前駆体、硬化材料、第１のセラミック材料、原材料、およびこれらの１つまたは複数に意図的に組み込まれた、またはこれらと組み合わされた、ＳｉＣ結晶、特にＳｉＣウェハーに特徴を与えるための所定の材料は含まれない。ドーパントの量は、純度および純度レベルの決定を行う際に、ＳｉＯＣまたはＳｉＣ材料の一部として考慮される（すなわち、カウントされる）。したがって、このように定義され、本明細書で使用されるように、ドーパントまたはドーピング材料は、「不純物」ではない。このようにして、例えば、ドーパントとＳｉ、ＯおよびＣのみ、またはドーパントとＳｉおよびＣのみを有する、ドープされた（例えば、原子不純物を有する）ＳｉＯＣ材料またはドープされた（例えば、原子不純物を有する）ＳｉＣ材料は、純度１００％となる。

【0044】

本明細書で使用される場合、明示的に別段の記載がない限り、「既存の材料」、「従来の材料」、「現在の材料」、「現在入手可能な材料」、「既存の蒸着装置」、「現在の蒸着装置」、および同様のこのような用語は、本発明以前に存在する、または存在した原材料および装置を指す。この用語の使用は、先行技術を認めるものとして受け取られるものではなく、また認めるものでもない。単に、本発明の実施形態の重要かつ画期的な改良を評価、対比及び測定することができる基準線又は参照点として、現在の技術状況を説明するためのものである。

【0045】

この「背景技術」のセクションは、本発明の実施形態に関連し得る当該技術の様々な側面を紹介することを意図している。従って、本セクションにおける前述の議論は、本発明をより良く理解するための枠組みを提供するものであり、従来技術の容認と見なされるものではない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0046】

高温、高容量、高性能の半導体デバイス、パワーデバイス、エレクトロニクスに対するニーズは、長年にわたって満たされておらず、ますます高まっている。炭化シリコン（ＳｉＣ）ウェハーは、これらの用途に好まれ、必要とされる性能特徴、例えば、高い温度、電力、バンドギャップ等を満たす基板を提供する。しかしながら、本発明以前には、ｐ型ＳｉＣ結晶、ｐ型ＳｉＣインゴット、ｐ型ＳｉＣブール、およびそのようなブールから作製されたｐ型ＳｉＣウェハーは、商業的に入手可能ではなく、ほとんど入手不可能であった。特に、このようなｐ型材料はＰＶＴプロセスでは得られなかった。したがって、ｐ型ＳｉＣウェハーに基づく半導体デバイスの利点、利益、可能性は実現されておらず、特に、商業的および経済的に受け入れられる方法では利用されていない。

【0047】

電気的に活性なアクセプター原子をＳｉＣ結晶に取り込むことを含む、ＳｉＣをドープする以前の試みにおけるさらなる長年の問題は、結晶又はウェハーの左右及び上下の両方における均一性の欠如であった。本発明は、本発明のドープされたＳｉＣ結晶およびウェハーの実施形態において、電気的に活性な原子不純物の左右および上下の両方において高度に均一な分布を有する結晶を提供する方法、原材料を提供することによって、この長年の問題に対処し、それを解決する。

【0048】

本発明は、とりわけ、ｐ型ＳｉＣ材料およびそれらのｐ型ＳｉＣ材料を利用した半導体デバイスを得るための配合、方法ならびに装置を提供することにより、これらの長年のニーズを解決するものである。

【0049】

本発明は、とりわけ、本明細書で教示および開示され、特許請求の範囲に記載された組成物、材料、製造品、装置、およびプロセスを提供することにより、これらの問題および長年のニーズを解決する。

【0050】

本発明は、特に、ｐ型ＳｉＣ結晶、ｐ型ＳｉＣインゴット、ｐ型ＳｉＣブール、およびそれらのブールから得られるｐ型ＳｉＣウェハーを含む、高品質、低欠陥のｐ型ＳｉＣ材料を提供することによって、これらの問題および長年のニーズを解決する。本発明は、特に、半導体デバイスの経済的な製造、商業的な製造又はその両方に適した又は実行可能な、ｐ型ＳｉＣ結晶、ｐ型ＳｉＣインゴット、ｐ型ブール、及びｐ型ウェハーを含む、ｐ型ＳｉＣ材料を提供することによって、これらの問題及び長年のニーズを解決する。本発明は、特に、ｐ型ＳｉＣ材料を有するＳｉＣ半導体デバイスの利点を提供することにより、これらの問題および長年のニーズを解決するものであり、特に、これらのデバイスを経済的かつ商業的に実行可能な方法で提供することにより、その使用および利点を広く利用できるようにするものである。

【0051】

また、低抵抗率ＳｉＣ結晶、ＳｉＣインゴット、ＳｉＣブール、及びこれらのブールから得られるＳｉＣウェハー、特に低抵抗率ＳｉＣウェハーを含む低抵抗率ＳｉＣ材料、ならびにこれらのウェハー上に構築され得るデバイス又はこれらのウェハーから構築され得るデバイス、に対する長年にわたる未解決の要求があった。これらの低抵抗ウェハーには、ｐ型ウェハーまたはｎ型ウェハーがある。本発明は、とりわけ、半導体デバイスの経済的な製造、商業的な製造、又はその両方に適した又は実行可能な、低抵抗率ＳｉＣ結晶、ＳｉＣインゴット、ブール、及びウェハー等の、低抵抗率ＳｉＣ材料を提供することにより、これらの問題及び長年のニーズを解決するものである。

【課題を解決するための手段】

【0052】

従って、約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の直径、約３００μｍから約６００μｍの厚さ、アクセプター原子、及び約０．０１５から約０．０２８Ω・ｃｍの抵抗率を有する、ｐ型ＳｉＣウェハーを提供する。

【0053】

また，約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の直径、約３２５μｍから約５００μｍの厚さ、アクセプター原子、及び２．０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、ｐ型ＳｉＣウェハーを提供する。

【0054】

また、約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の直径、約３００μｍから約６００μｍの厚さ、ドナー原子、及び０．０３Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハーを提供する。

【0055】

また、約３００μｍから約６００μｍの厚さ、リンを含むドナー原子、４０μｍ未満のボウ、６０μｍ未満のワープ、及び０．０３Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハーを提供する。

【0056】

またさらに、少なくとも約４インチ（１００ｍｍ）の直径、及び少なくとも約１インチ（２５ｍｍ）の高さを有する、ｐ型ＳｉＣブールを提供する。

【0057】

また、約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の直径、及び約１インチ（２５ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の高さを有する、ｐ型ＳｉＣブールを提供する。

【0058】

また、少なくとも約４インチ（１００ｍｍ）の直径、少なくとも約１インチ（２５ｍｍ）の高さ、及びドナー原子を有し、前記ドナー原子が実質的にリンからなる、低抵抗ｎ型ＳｉＣブールを提供する。

【0059】

さらに、約４インチ（１００ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の直径、約１インチ（２５ｍｍ）から約６インチ（１５０ｍｍ）の高さ、及びドナー原子を有し、前記ドナー原子が実質的にリンからなる、低抵抗ｎ型ブールを提供する。

【0060】

さらに、約３００μｍから約６００μｍの厚さ、アクセプター原子、４０μｍ未満のボウ、６０μｍ未満のワープ、及び２．０Ω・ｃｍから０．００４Ω・ｃｍの抵抗率を有する、ｐ型ＳｉＣウェハーを提供する。

【0061】

したがって、所定の電気特性を有するＳｉＣ結晶を製造する方法であって、ＳｉＣ原材料を蒸着装置内に配置する工程であって、前記ＳｉＣ原材料がシリコン、炭素、及びドーパントを含み、前記ドーパントが前記ＳｉＣ結晶に前記所定の電気特性を与えるように選択され、前記原材料内での前記シリコン及び前記炭素に対する前記ドーパントの位置が固定されている、工程と、前記蒸着装置に不活性ガスを加えて、前記蒸着装置内の圧力を制御する工程と、前記ＳｉＣ原材料を加熱して、シリコン、炭素、及び前記ドーパントを含むフラックスを形成する工程と、前記フラックスをＳｉＣ結晶の成長面に蒸着して前記ＳｉＣ結晶を成長させる工程と、を含み、前記ＳｉＣ結晶が前記所定の電気特性を有するようにする、方法を提供する。

【0062】

また、ｐ型ＳｉＣ結晶を製造する方法であって、成形装入物ＳｉＣ原材料を蒸着装置内に配置する工程であって、前記成形装入物ＳｉＣ原材料が、実質的にシリコン、炭素、及び前記成形装入物ＳｉＣ原材料内の或る位置に保持された或る量のアクセプター原子からなり、前記成形装入物原材料材内での前記シリコン及び前記炭素に対する前記アクセプター原子の位置が固定されている、工程と、前記成形装入物ＳｉＣ原材料を加熱して、前記成形装入物源材料の昇華により、シリコン、炭素、及び前記或る量のアクセプター原子の一部を含むフラックスを形成する工程と、前記フラックスをｐ型ＳｉＣ結晶の成長面に蒸着して、前記ｐ型ＳｉＣ結晶を成長させる工程と、を含み、前記フラックス内の前記アクセプター原子の少なくとも一部が前記ｐ型ＳｉＣ結晶内に置換型原子不純物を形成するようにした、方法を提供する。

【0063】

さらに、低抵抗ｎ型ＳｉＣ結晶を製造する方法であって、成形装入物ＳｉＣ原材料を蒸着装置内に配置する工程であって、前記成形装入物ＳｉＣ原材料が、実質的にシリコン、炭素、及び前記成形装入物ＳｉＣ原材料内の或る位置に保持された或る量のドナー原子からなり、前記成形装入物原材料材内での前記シリコン及び前記炭素に対する前記アクセプター原子の位置が固定されている、工程と、前記成形装入物ＳｉＣ原材料を加熱して、前記成形装入物源材料の昇華により、シリコン、炭素、及び前記或る量のアクセプター原子の一部を含むフラックスを形成する工程と、前記フラックスをｎ型ＳｉＣ結晶の成長面に蒸着して、前記ｎ型ＳｉＣ結晶を成長させる工程と、を含み、前記フラックス内の前記ドナー原子の少なくとも一部が前記ｎ型ＳｉＣ結晶内に置換型原子不純物を形成するようにした、方法を提供する。

【0064】

またさらに、ｐ型ＳｉＣ結晶の製造に使用するための液状のドープされたポリシロカーブ前駆体材料であって、周期表の第１３族元素のうちの１つ又は複数の元素を含み、選択された元素が多数のアクセプター原子を提供する、ドーパントと、シリコン、炭素、及び酸素と、を含み、ドーパントが、液状のドープされたポリシロカーブ前駆体材料の総重量の１０％未満の重量であり、液状のドープされたポリシロカーブ前駆体材料が負のポテンシャル正味キャリア濃度（ｐＮｃ）を画定し、ここでｐＮｃ＝ドナー原子の数－アクセプター原子の数である、液状のドープされたポリシロカーブ前駆体材料を提供する。

【0065】

また、低抵抗ｎ型ＳｉＣ結晶の製造に使用するための液状のドープされたポリシロカーブ前駆体材料であって、周期表の第１５族元素のうちの１つ又は複数の元素を含み、選択された元素が多数のドナー原子を提供する、ドーパントと、シリコン、炭素、及び酸素と、を含み、ドーパントが、液状のドープされたポリシロカーブ前駆体材料の総重量の１０％未満の重量であり、液状のドープされたポリシロカーブ前駆体材料が正のポテンシャル正味キャリア濃度（ｐＮｃ）を画定し、ここでｐＮｃ＝ドナー原子の数－アクセプター原子の数である、液状のドープされたポリシロカーブ前駆体材料を提供する。

【0066】

以下の特徴の１つ又は複数を有するこれらの方法、組成物、材料、結晶、ブール、及びウェハーを更に提供する。４Ｈと６Ｈからなる群から選択されたポリタイプをさらに有する；前記ウェハーが均一にドープされたウェハーである；前記ブールが均一にドープされたブールである；前記アクセプター原子が、アルミニウム、ホウ素、又はアルミニウムとホウ素の組み合わせを有する；前記ウェハーが少なくとも１０^１８／ｃｍ^３のＮＡを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から約１０^２０／ｃｍ^３のＮＡを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２１／ｃｍ^３のＮＡを有する；＜０００１＞＋／－０．５度の配向を有する；４０μｍ未満のボウをさらに有する；６０μｍ未満のワープをさらに有する；１５μｍ未満のＴＴＶを有する；４μｍ未満のＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍの平均）を有する；０．２ｃｍ^－２未満のＭＰＤ（マイクロパイプ）を有する；５００ｃｍ^－２未満のＴＳＤ（貫通らせん転位密度）を有する；５００ｃｍ^－２未満のＢＰＤ（基底面転移）を有する。

【0067】

また，以下の特徴の１つ又は複数を有するこれらの方法、組成物、材料、結晶、ブール、及びウェハーを提供する。前記抵抗率が２．０Ω・ｃｍから約０．１Ω・ｃｍである；前記抵抗率が０．１３Ω・ｃｍ以下である；前記抵抗率が０．０１３Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍである；前記抵抗率が約０．０１０Ω・ｃｍ以下である；前記抵抗率が約０．０１Ω・ｃｍから約０．００１Ω・ｃｍである；前記抵抗率が約０．００９Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍである；前記アクセプター原子が、アルミニウム、ホウ素、又はアルミニウムとホウ素の組み合わせを含む；前記置換アクセプター原子が、アルミニウム、ホウ素、又はアルミニウムとホウ素の組み合わせからなる；前記ウェハーが少なくとも１０^１８／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２０／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２１／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２２／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２３／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２４／ｃｍ^３のＮ_Ａを有する。

【0068】

また，以下の特徴の１つ又は複数を有するこれらの方法、組成物、材料、結晶、ブール、及びウェハーを提供する。前記抵抗率が０．０１Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍである；前記抵抗率が約０．０１０Ω・ｃｍ以下である；前記抵抗率が約０．００９Ω・ｃｍから約０．００２Ω・ｃｍである；前記抵抗率が約０．００９Ω・ｃｍから約０．００４Ω・ｃｍである；前記ドナー原子が、リン、窒素、又はリンと窒素の組み合わせを含む；前記置換ドナー原子が実質的にリンからなる。

【0069】

さらに、以下の特徴の１つ又は複数を有するこれらの方法、組成物、材料、結晶、ブール、及びウェハーを提供する。前記ウェハーが少なくとも１０^１８／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する；前記ウェハーが少なくとも約１０^１９／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２１／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２２／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２３／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する；前記ウェハーが１０^１８／ｃｍ^３から１０^２４／ｃｍ^３のＮ_Ｄを有する。

【0070】

さらに、以下の特徴の１つ又は複数を有するこれらの方法、結晶、ブール、及びウェハーを提供する。４Ｈと６Ｈからなる群から選択されたポリタイプをさらに有する；ｗｈｅｒｅｉｎ前記ポリタイプが、前記結晶、ブール、およびウェハーのエリア全体を通して同じままである；前記結晶、ブール、およびウェハーにポリタイプのシフトがない。

【0071】

また，以下の特徴の１つ又は複数を有するこれらの方法、組成物、材料、結晶、ブール、及びウェハーを提供する。ＳｉＣ種結晶のＣ面でのｐ型結晶成長を含む；ＳｉＣ種結晶のＳ面でのｐ型結晶成長を含む；ＳｉＣ種結晶のＣ面でのｐ型結晶成長を含み、前記ＳｉＣ種結晶が４Ｈ又は６Ｈポリタイプを有する；ＳｉＣ種結晶のＳ面でのｐ型結晶成長を含み、前記ＳｉＣ種結晶が４Ｈ又は６Ｈポリタイプを有する。

【0072】

また、これらのウェハーまたはそれらの一部を含むか又はそれらの上に構築された、半導体デバイスを提供する。

【0073】

さらに、これらのウェハーまたはそれらの一部を含むか又はそれらの上に構築され、ＮチャネルＥ－ＭＯＳＦＥＴ、ＰチャネルＥ－ＭＯＳＦＥＴ、及びＮチャネルＤ－ＭＯＳＦＥＴからなる群から選択された、半導体デバイスを提供する。

【0074】

また，これらのウェハーまたはそれらの一部を含むか又はそれらの上に構築され、ＰチャネルＤ－ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＬＤＭＯＳ、ＶＭＯ ＳＭＯＳＦＥＴ、ＵＭＯ ＳＭＯＳＦＥＴ、及びＣＭＯＳ複合デバイスからなる群から選択された、半導体デバイスを提供する。

【0075】

さらに、これらのウェハーまたはそれらの一部を含むか又はそれらの上に構築された、負ａラッシュメモリデバイスを提供する。

【0076】

また、シリコンｐ型半導体デバイスを置き換えるようにされたｐ型ＳｉＣ半導体デバイスを製造する方法であって、ｐ型シリコン半導体デバイスのための、回路を画定する、回路設計を評価する工程と、ＳｉＣ回路設計を行なう工程と、を含み、前記ＳｉＣ設計がｐ型ＳｉＣ半導体デバイスに対して動作可能なＳｉＣ回路を画定しており、前記ＳｉＣ回路設計が実質的に前記回路設計からなる、方法を提供する。

【0077】

またさらに、シリコンｐ型半導体デバイスを置き換えるようにされたｐ型ＳｉＣ半導体デバイスを製造する前記方法であって、以下の特徴のうちの１つ又は複数をさらに含む方法を提供する。前記ＳｉＣ回路をｐ型ＳｉＣ材料の上に又は該ｐ型ＳｉＣ材料を用いて作製する工程をさらに含み，、前記ｐ型ＳｉＣ材料はこれらウェハーの少なくとも一部を含む；前記ＳｉＣ回路設計が前記回路設計と少なくとも９０％同じである；前記ＳｉＣ回路設計が前記回路設計と少なくとも９５％同じである。

【図面の簡単な説明】

【0078】

【図1】本発明に係る１５０ｍｍのｐ型ＳｉＣ結晶の一実施形態を示す写真である。

【0079】

【図2A】本発明に係るドープされたＳｉＣウェハーの一実施形態の平面概略図である。

【0080】

【図2B】図２Ａの線Ｂ－Ｂに沿ったウェハーの断面概略図である。

【0081】

【図3】本発明によるシステムおよび方法の一実施形態のプロセスフロー図である。

【0082】

【図4】本発明による蒸着装置およびプロセスの実施形態の概略断面図である。

【0083】

【図5】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＮチャネルＥ－ＭＯＳＦＥＴデバイスの一実施形態を示す概略断面図である。

【0084】

【図6】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＰチャネルＥ－ＭＯＳＦＥＴデバイスの一実施形態を示す概略断面模式図である。

【0085】

【図7】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＮチャネルＤ－ＭＯＳＦＥＴデバイスの実施形態の概略を示す概略断面図である。

【0086】

【図8】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＰチャネルＤ－ＭＯＳＦＥＴデバイスの一実施形態を示す概略断面模式図である。

【0087】

【図9】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＩＧＢＴデバイスの一実施形態を示す概略断面模式図である。

【0088】

【図10】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用した横型拡散ＭＯＳＦＥＴ（ＬＤＭＯＳ）デバイスの一実施形態を示す概略断面図である。

【0089】

【図11】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＶＭＯＳ ＭＯＳＦＥＴデバイスの一実施形態を示す概略断面模式図である。

【0090】

【図12】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＵＭＯＳ ＭＯＳＦＥＴデバイスの一実施形態を示す概略断面図である。

【0091】

【図13】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＩＧＴＢデバイスの一実施形態を示す概略断面図である。

【0092】

【図14】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したＣＭＯＳ化合物デバイスの一実施形態を示す概略断面図である。

【0093】

【図15】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したフラッシュメモリデバイスの一実施形態を示す概略断面図である。

【0094】

【図16】本発明に係るｐ型ＳｉＣウェハーを利用したｆＣＭＯＳ化合物デバイスの一実施形態を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0095】

概して、本発明は、炭化シリコン（ＳｉＣ）結晶、インゴット、ブール、およびウェハー、それらを製造するプロセス、ならびにそれらのウェハーから製造されるか、またはそれらのウェハーに基づいて製造されるデバイスに関する。

【0096】

一般に、本発明の実施形態は、ポリマー由来のセラミックベースのプロセスにおいて、ポリシロカーブ前駆体材料からなる出発材料を用いて、物理気相成長（ＰＶＴ）などの昇華成長プロセス、および昇華成長プロセスを実行するための装置（例えば、ＰＶＴ装置）を用いて製造されるこれらの結晶、インゴット、ブール、およびウェハーに関する。

【0097】

一般に、本発明の実施形態は、インゴット、ブール、およびウェハーを含むｐ型ＳｉＣ結晶、それらのｐ型品を製造するプロセス、ならびにそれらのｐ型ウェハーから製造されるか、またはそれらのｐ型ウェハーに基づいて製造されるデバイスに関する。特に、本発明の実施形態は、立方晶ｐ型ＳｉＣの結晶、インゴット、ブールおよびウェハー、それらのｐ型品を製造するプロセス、ならびにそれらのｐ型ウェハーから製造されるか、またはそれらのｐ型ウェハーに基づいて製造されるデバイスに関する。特に、本発明の実施形態は、インゴット、ブール、およびウェハーを含む六方晶ｐ型ＳｉＣ結晶、それらのｐ型アイテムを製造するプロセス、ならびにそれらのｐ型ウェハーから製造される、またはそれらのｐ型ウェハーに基づいて製造されるデバイスに関する。

【0098】

一般に、実施形態において、本発明は、インゴット、ブール、およびウェハーを含む低抵抗率ＳｉＣ結晶、それらを製造するプロセス、ならびにそれらのウェハーから製造されるか、またはそれらのウェハーに基づいて製造されるデバイスに関する。特に、実施形態において、本発明は、０．０１０Ω・ｃｍ以下の抵抗率、好ましくは０．００５Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有するｎ型およびｐ型ＳｉＣウェハーに関する。これらの低抵抗ウェハーは、ｐ型ウェハーでもｎ型ウェハーでもよい。実施形態では、これらの低抵抗ウェハーは立方晶または六方晶の結晶構造を有し、それぞれｐ型またはｎ型ウェハーでもある。

【0099】

一般に、本発明の実施形態は、ポリマー由来セラミック（「ＰＤＣ」）材料、ＰＤＣ材料を使用する、ＰＤＣ材料を基礎とする、またはＰＤＣ材料を構成する製品および用途に基づくか、またはＰＤＣ材料を含む。ＰＤＣ材料、組成物、前駆体、出発材料、ならびに、そのような材料を製造するための装置および方法の例は、例えば、米国特許第９，６５７，４０９号、同第９，８１５，９４３号、同第１０，０９１，３７０号、同第１０，３２２，９３６号、および同第１１，０１４，８１９号、ならびに、米国特許公開第２０１８／０２９０８９３、および米国特許第９，４９９，６７７号、同第９，４８１，７８１号、同第８，７４２，００８号、同第８，１１９，０５７号、同第７，７１４，０９２号、同第７，０８７，６５６号、同第５，１５３，２９５号、および同第４，６５７，９９１号に開示されており、これらの各開示の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0100】

好ましいＰＤＣは、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、および炭素（Ｃ）を含むＰＤＣ材料である「ポリシロカーブ」材料である。ポリシロカーブ材料およびそれらの製造方法は、米国特許第９，８１５，９４３号、同第９，６５７，４０９号、同第１０，３２２，９３６号、同第１０，７５３，０１０号、同第１１，０１４，８１９号、および同第１１，０９１，３７０号、ならびに米国特許公開第２０１８／０２９０８９３号に開示および教示されており、これらの各開示の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0101】

一般に、本発明の実施形態は、固体材料（例えば、プラスチックのような材料、硬化材料）に硬化されるＰＤＣ液体前駆体材料を使用した、液体から固体そしてセラミックから結晶へのプロセスを含む。この硬化したＰＤＣ材料は第１のＰＤＣセラミック材料に変換（例えば、熱分解）され、次にこの第１のセラミック材料はＰＤＣＳｉＣ原材料に変換（例えば、熱分解）される。通常、これらのステップまたは移行は分離した加熱動作として実行されるが、単一の加熱動作で実行することもできる。ＰＤＣＳｉＣ原材料は、さらに成形装入物原材料に成形することができる。次に、ＰＤＣＳｉＣ原材料を使用して、（例えば、蒸着、好ましくはＰＶＴによって）ＰＤＣＳｉＣ結晶を成長させる。典型的には、前駆体材料は液体であるが、固体、溶解固体、および溶融物であってもよい。

【0102】

一般に、１つ又は複数のドーパント（例えば、ＳｉＣ結晶材料、例えば、結晶、インゴット、ブール、及びウェハーに所定の１つ又は複数の特性を付与することを意図した添加材料、例えば、原子不純物など）をＰＤＣ材料に添加することができる。これらのドーパントは、ＰＤＣ前駆体から成長または製造されるＳｉＣ結晶（インゴット、ブール、およびウェハーを含む）に所定の特性、特徴、またはその両方（例えば、電気的なまたは半導体関連の特性または特徴）を提供するように選択される。好ましい実施形態において、所定の電気的なまたは半導体の特性または特徴には、例えば、抵抗率、導電率、結晶位置（置換または格子間）、ドナー原子の分布（すなわち、電子の不在）、および電子、電気的に活性な原子不純物の濃度、結晶位置および分布、置換原子不純物および格子間原子不純物の濃度、結晶位置、比率および分布、Ｎｃ値、Ｎ_Ａ値、およびＮ_Ｄ値、キャリア濃度、Ｎｅ、Ｎｈ、ならびに価電子帯エネルギーまたは伝導帯エネルギーまたはフェルミエネルギーに対する電子帯構造内の変化、が含まれる。これらの特徴には、ｐ型結晶、低抵抗のｎ型またはｐ型結晶、立方晶または六方晶の結晶構造を持つものなどが含まれる。

【0103】

ドーパントは、液体ＰＤＣ前駆体材料、硬化した固体ＰＤＣ材料、第１のＰＤＣセラミック、およびこれらの組み合わせやバリエーションに添加することができる。ドーパントはまた、ＳｉＣ結晶を成長させる蒸着プロセス（例えばＰＶＴ）において原材料として使用するために、成形装入物、例えば体積形状物のＳｉＣを形成するために使用されるバインダーに添加することも、その一部とすることもできる。ＳｉＣ結晶の蒸着（例えば、ＰＶＴ）成長のための成形装入物ＳｉＣ原材料の調製および使用は、米国特許公開第２０１８／０２９０８９３号に開示されており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0104】

概して、本発明の実施形態において、ドーパントは、好ましくは、ＰＤＣ材料、ＳｉＣ原材料、およびその両方の不可分な部分である。したがって、ドーパントは、（ｉ）ＰＤＣ材料（例えば、液体ＰＤＣ材料におけるポリマー鎖の一部、固体硬化ＰＤＣ材料における硬化ポリマーの一部、またはその両方）に化学的に結合することができ、（ｉｉ）参照によりその開示全体が本願に組み込まれる米国特許第１０，６３３，４００号に開示され教示されているように、ＰＤＣ材料のマトリックス（例えば、ナノ複合材料）内に（化学的、機械的、またはその両方）保持することができ、（ｉｉｉ）ＳｉＣ原材料中に（化学的、機械的、またはその両方で）保持することができ、そして（ｉｖ）それらの組み合わせ及びバリエーションとすることができる。

【0105】

ＳｉＣ原材料の不可分な一部としてドーパントを有することで、結晶成長蒸着プロセスにドーパントを導入する従来の方法に比べて、いくつかの利点が得られる。例えば、ＳｉＣ原材料の不可分な一部としてドーパントを有することで、ドーパントを原材料のＳｉおよびＣとともに昇華させて、蒸着プロセスおよび装置（例えばＰＶＴ）でフラックスを形成することができる。この方法では、フラックスが形成された後に、ドーパントはフラックスに別個に添加されない。代わりに、ドーパントは、フラックスと共に、フラックスの一部として形成される。ドーパントをフラックス形成内で不可分な一部として有することで、ガス流やドーパントの別の昇華など、フラックスが形成された後にドーパントをフラックスに添加するよりも、プロセス全体をより良く制御することができる。したがって、概して、本発明の好ましい実施形態は、ＳｉＣ原材料とは別のドーパントソースを有する必要性を回避する。これには、蒸着装置へのドーパントベースのガス流の使用を避けること、蒸着装置における別の固体ドーパントソースの使用を避けること、およびこれらの組み合わせが含まれる。他の実施形態では、例えば第２のタイプのドーパントによる別のドーパントベースのガス流を使用できることが理解される。

【0106】

概して、ＳｉＣ原材料（例えば、成形装入物原材料）内およびその全体におけるドーパント（例えば、原子不純物）の位置、分布、およびその両方は、固定される。さらに好ましくは、ドーパントは、その所定の位置および分布に固定されたままであり、好ましくは、ＳｉＣ結晶を成長させるための蒸着プロセスの大部分および全体を通して固定されたままである。このようにして、ドーパントは、ＳｉＣ原材料の全体に均一に分布させることができる。また、ＳｉＣ結晶のフラックス形成および成長の変化を考慮して、ＳｉＣ原材料内の濃度、位置、および分布を変化させることができる。この後者の態様では、ドーパントの所定の配置は均一ではないが、ＳｉＣ結晶内のドーパントの分布は結果として均一になる。このようにして、ドープされた成形装入物原材料の実施形態では、Ｓｉ、Ｃ、および原子不純物（例えば、ドナー原子、アクセプター原子、またはその両方）のマトリックスが提供される。ドープされた成形装入物は、このＳｉ、Ｃ、および原子不純物の多孔質マトリックスであり、マトリックスは原子不純物を保持、原子不純物を固定、またはその両方をする。

【0107】

成形装入物ＳｉＣ原材料の実施形態を使用する場合、ドーパント（例えば、原子不純物）の所定の位置および分布は、ドーパントが固体原材料と共に昇華するまで、固体原材料中に固定されたままである。したがって、ドーパントは、蒸着（例えば、ＰＶＴ）プロセスおよび装置における結晶の成長サイクルの少なくとも６０％、７０％、８０％、９０％、および１００％の間、この固体原材料がまだ昇華していない範囲で、固体原材料中に固定されたままとすることができる。言い換えれば、これらの実施形態では、固体ドーパントは、結晶の成長サイクル中に、固体ＳｉＣに対して成形装入物中の位置を変えない。

【0108】

さらに、ドーパント（例えば、原子不純物）をＳｉＣ原材料（例えば、ＳｉＣ成形装入物原材料）中の所定の位置に所定の分布で固定することにより、ＳｉＣ結晶中の格子間不純物に対する置換不純物の高い比率を得る能力（すなわち、原子不純物のより大きな又はより効率的な使用）が得られる。原子不純物をより効率的に利用することで、ＳｉＣ結晶において格子間不純物が生じさせる悪影響（例えば、応力）を低減することができる。ドーパント原子が表面に現れるとＳｉＣとドーピング元素が共に昇華するため、成長中のブールへの成長全体を通して均一な濃度での取り込みが、より確実になる。

【0109】

結晶の成長サイクル中にドーパント（例えば、原子不純物）が「固定」されたままであることは、その原材料の昇華していない部分（すなわち、まだ昇華していない残りの部分）についてであることが理解される。原材料が蒸着プロセス中に昇華すると、ドーパントも昇華する。このようにして、ドーパントは、フラックスのＳｉおよびＣをベースとする成分とともに、フラックス中に、フラックスの一部として形成される。さらに、この方法では、好ましくは、ドーパントは、フラックスが形成された後にフラックスに独立して添加されない。その代わりに、ドーパントはフラックスの不可分の一部であり、フラックス形成の不可分の一部でさえある。

【0110】

概して、本発明の実施形態は、ドープされた原材料を提供して所定のタイプのＳｉＣウェハーを製造するための組成物および方法に関する。これらの実施形態において、出発材料（例えば、前駆体）は、典型的には液体であり、次いで固体材料に硬化される。固体出発材料は、通常、ドーパント（例えば、原子不純物）を含む。固体の出発材料は次に熱分解され、ドーパントを含むセラミックになる。このセラミックはさらにドーパントを含むＳｉＣに変換され、例えばｐ型、低抵抗ｐ型、低抵抗ｎ型などの所定のタイプのＳｉＣ結晶の成長に使用される原材料の基礎を形成する。これらの所定の結晶型はそれぞれ、例えばｐ型、低抵抗ｐ型、低抵抗ｎ型のＳｉＣウェハーへと加工される。

【0111】

概して、本発明の実施形態は、ドープされた原材料を提供して所定のタイプのＳｉＣウェハーを製造するための組成物および方法に関する。これらの実施形態において、出発材料（例えば、前駆体）は、典型的には液体であり、次いで固体材料に硬化される。固体出発材料は、通常、ドーパント（例えば、原子不純物）を含む。固体の出発材料は次に熱分解されて、ドーパントを含むセラミックになる。このセラミックはさらにドーパントを含むＳｉＣに変換され、例えばｐ型、低抵抗ｐ型、低抵抗ｎ型などの所定のタイプのＳｉＣ結晶の成長に使用される原材料の基礎を形成する。これらの所定の結晶型はそれぞれ、例えばｐ型、低抵抗ｐ型、低抵抗ｎ型のＳｉＣウェハーへと加工される。

【0112】

ドーパントは、ＳｉＣ結晶及びウェハー中に電気的に活性な原子不純物を形成することができる任意の元素、ＳｉＣ結晶、及びウェハーに所定の電気的、半導体的、又は物理的特性のうちの１つ又は複数の特性を提供する任意の元素であるか、又はそれらをベースとしたものとすることができる。例として、ドーパントは、周期表の１３族、IIIＡ（ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等）から選択される元素、２族IIＡ（ベリリウム（Ｂｅ）等）から選択される元素、および１５族ＶＡ（窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ａｂ）等）から選択される元素であるか、またはそれらをベースとしたものとすることができる。ドーパントはまた、第１６族VIＡ（例えば、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）等）の元素から選択されてもよい。ドーパントは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの遷移金属から選択されてもよい。実施形態では、遷移金属元素は、スピントロニクス、フォトニックバンドギャップ、および電気化学デバイスなどのデバイスにおいて新しいクラスの性能を提供する特性を、結晶材料に、したがってドープされたＳｉＣウェハーに付加することができる。

【0113】

ｐ型のＳｉＣ結晶、インゴット、ブール、ウェハーに好ましいドーパントは、アルミニウムとホウ素である。ｎ型低抵抗ウェハーを製造するための好ましいドーパントは、リン、窒素、場合によっては硫黄、およびリンと硫黄と窒素の組み合わせである。

【0114】

本明細書は、ＳｉＣ蒸着技術、特にＳｉＣ ＰＶＴ技術に焦点を当てているが、本発明はそれらに限定されるものではなく、他のＳｉＣ結晶成長プロセス、接合プロセス、および他の用途にも適用可能であることを理解されたい。

前駆体と原材料－概要

【0115】

本発明の実施形態は、好ましくは、「ポリシロカーブ」材料、すなわち、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、および炭素（Ｃ）を含む材料、ならびに硬化されたそのような材料の実施形態、熱分解されたそのような材料の実施形態、及び原材料として使用するためにＳｉＣに変換されたそのような材料の実施形態であるＰＤＣを使用するか、それを基礎とするか、またはそれを構成する。シリコンオキシカーバイド、ＳｉＯＣ組成物、および同様の用語は、特に断りのない限り、ポリシロカーブ材料を指し、液体材料、固体の未硬化材料、硬化材料、セラミック材料、およびこれらの組み合わせやバリエーションを含む。ポリシロカーブ材料およびそれら材料の製造方法は、米国特許第９，８１５，９４３号、同第９，６５７，４０９号、同第１０，３２２，９３６号、同第１０，７５３，０１０号、同第１１，０１４，８１９号、および同第１１，０９１，３７０号、ならびに米国特許公開第２０１８／０２９０８９３号に開示および教示されており、これらの各開示の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0116】

ポリシロカーブ材料は、高純度および特別に高純度であってもよい。従って、純度９９．９９％、純度９９．９９９％、純度９９．９９９９％であってもよい。ポリシロカーブ材料はまた、他の元素を含んでいてもよい。特に、好ましい実施形態では、ポリシロカーブ材料はドーパント（例えば、原子不純物）を含む。（ドーパントは、純度パーセンテージを計算する際に不純物としてカウントされず、純度パーセンテージを計算する目的ではＳｉＣ材料の一部としてカウントされる）。ポリシロカーブ材料は、１つ又は複数のポリシロカーブ前駆体又は前駆体組成物から製造される。ポリシロカーブ前駆体組成物（polysilocarb precursor formulation）は、１つ又は複数の官能化シリコンポリマー、又はモノマー、非シリコン系架橋剤、及び潜在的に他の成分、例えば、抑制剤、触媒、ドーパント、及び他の添加剤を含む。ドーパントとしては、例えば、金属、金属化合物、金属錯体、合金、非金属の１つ又は複数のもの、及びこれらの組み合わせやバリエーションが挙げられる。

【0117】

したがって、例えばｐ型ドーパントは、第１３族（ホウ素等）から選択される元素の１つ又は複数を含むか、又はそれを基礎とすることができる。ｐ型のＳｉＣ結晶、インゴット、ブール、およびウェハーの製造に特に好ましいドーパントはアルミニウムである。

【0118】

低抵抗率のｐ型の結晶およびウェハーを製造するためには、出発ポリシロカーブ材料に含まれるドーパントの量は、ＳｉＣウェハー材料に十分なドーパントを供給し、ｐ型結晶材料に十分な電気活性原子不純物を供給して低抵抗率を有するようにする工程を進めるのに十分な量でなければならない。本明細書で使用される「低抵抗率」ＳｉＣｐ型の結晶、インゴット、ブール、およびウェハーは、特に指定がない限り、０．０３Ω・ｃｍ以下、約０．０１０Ω・ｃｍ以下、約０．００７Ω・ｃｍ以下、約０．００５Ω・ｃｍ以下、約０．００３Ω・ｃｍ以下、約０．０１Ω・ｃｍ～約０．００１Ω・ｃｍ、約０．００９Ω・ｃｍ～約０．００４Ω・ｃｍ、約０．００６Ω・ｃｍ～約０．００２Ω・ｃｍである。

【0119】

低抵抗ｎ型ＳｉＣ結晶材料に好ましいドーパントは、リン、窒素、硫黄（二重ドナーとして）、およびこれらの組み合わせである。

【0120】

低抵抗率のｎ型の結晶およびウェハーを製造するために、出発ポリシロカーブ材料に含まれるドーパントの量は、ＳｉＣウェハー原材料に十分なドーパントを供給し、ｎ型結晶材料に十分な電気活性原子不純物を供給して低抵抗率を有するようにする工程を進めるのに十分でなければならない。本明細書で使用される「低抵抗率」ＳｉＣｎ型の結晶、インゴット、ブールおよびウェハーは、特に指定がない限り、０．０３Ω・ｃｍ以下、約０．０１０Ω・ｃｍ以下、約０．００７Ω・ｃｍ以下、約０．００５Ω・ｃｍ以下、約０．００３Ω・ｃｍ以下、約０．０１Ω・ｃｍ～約０．００１Ω・ｃｍ、約０．００９Ω・ｃｍ～約０．００４Ω・ｃｍ、約０．００６Ω・ｃｍ～約０．００２Ω・ｃｍである。

【0121】

概して、ポリシロカーブ前駆体組成物は、最初は液体である。液体前駆体は硬化されて固体または半固体のＳｉＯＣ（すなわち、「硬化した材料」）になる。その後、固体または半固体のＳｉＯＣは熱分解されてセラミックＳｉＯＣとなり、さらに熱分解されてＳｉＣとなる。これらの工程や移行は、単一の工程、別々の工程、または個別の工程で行われることもあり、また、これらの組み合わせやバリエーションで行なわれることもある。

【0122】

ドーパント（例えば、ドナー原子、アクセプター原子、またはその両方の原子源）が添加される出発材料として使用できる前駆体組成物、およびそれらの前駆体組成物を製造する方法は、米国特許第１１，０９１，３７０号に開示され、教示されており、その開示内容全体が参照により組み込まれる。これらの組成物は、炭素が豊富なＳｉＣ原材料および炭素が欠乏したＳｉＣ原材料を提供することができる。ドナー原子またはアクセプター原子の種類やその他の条件に応じて、原材料の所定の化学量論（例えば、炭素過剰、炭素欠乏）が有益であり、例えば、所定の化学量論は、ＳｉＣ結晶中に置換不純物としてドーパントをより多く取り込ませることができる。

【0123】

前駆体組成物は、さまざまな前駆体から作ることができる。

【0124】

前駆体は、シロキサン骨格添加剤、例えば、以下に示す化学式のメチル水素（ＭＨ）であってもよい。

【0125】

ＭＨは、約４００ｍｗ～約１０，０００ｍｗ、約６００ｍｗ～約３，０００ｍｗの分子量（「ｍｗ」は、ａｍｕでの重量平均分子量またはｇ／ｍｏｌとして測定することができる）を有することができ、好ましくは約２０ｃｐｓ～約６０ｃｐｓの粘度を有することができる。メチルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％～１００％であってよい。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％～９９％であってよい。この前駆体は、架橋構造の骨格、ならびに硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を付与するために使用することができる。この前駆体はまた、特に、不飽和炭素化合物と反応させることによって修飾し、新たな前駆体または追加の前駆体を生成することができる。典型的には、メチル水素流体（ＭＨＦ）は最小量の「Ｙ」を有し、より好ましくは「Ｙ」は実用上ゼロである。

【0126】

前駆体はビニル置換ポリジメチルシロキサンであってもよく、その化学式を以下に示す。

【0127】

この前駆体は、約４００ｍｗ～約１０，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）を有していてもよく、好ましくは約５０ｃｐｓ～約２，０００ｃｐｓの粘度を有していてもよい。メチルビニルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％～１００％であってよい。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％～９９％であってよい。好ましくは、Ｘは約１００％である。この前駆体は、架橋密度を低下させ、靭性を向上させ、また硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を付与するために使用することができる。

【0128】

前駆体は、ビニル置換およびビニル末端ポリジメチルシロキサンであってもよく、その化学式を以下に示す。

【0129】

この前駆体は、約５００ｍｗ～約１５，０００ｍｗの分子量（ｍｗ）を有してよく、好ましくは約５００ｍｗ～１，０００ｍｗの分子量を有してよく、好ましくは約１０ｃｐｓ～約２００ｃｐｓの粘度を有してよい。メチルビニルシロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％～１００％であってよい。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、０％～９９％であってよい。この前駆体は、硬化したプリフォームおよびセラミック材料に分岐を与え、硬化温度を低下させ、また他の特徴および特性を付与するために使用することができる。

【0130】

前駆体はテトラビニルシクロテトラシロキサン（「ＴＶ」）であってもよく、その式を以下に示す。

【0131】

前駆体は、メチル末端フェニルエチルポリシロキサン（スチレンビニルベンゼンジメチルポリシロキサンとも呼ばれる）などのシロキサン骨格添加剤であってもよく、その式は以下の通りである。

【0132】

この前駆体は、分子量（ｍｗ）が約８００ｍｗ～少なくとも約１０，０００ｍｗ～または少なくとも約２０，０００ｍｗであってよく、粘度が好ましくは約５０ｃｐｓ～約３５０ｃｐｓであってよい。スチレンビニルベンゼンシロキサン単位「Ｘ」の割合は、１％～６０％であってよい。ジメチルシロキサン単位「Ｙ」の割合は、４０％から９９％であってよい。この前駆体は、改善された靭性を付与し、反応硬化発熱を減少させ、屈折率を変化させ、ポリマーの屈折率を調整して様々な種類のガラスの屈折率に一致させ、例えば透明なガラス繊維を提供し、同様に、硬化したプリフォームおよびセラミック材料に他の特徴および特性を付与するために使用することができる。

【0133】

前駆体はジビニルベンゼンであってもよい。

【0134】

前駆体はまた、米国特許第１１，０９１，３７０号に開示され、教示されているいずれの前駆体および液体出発物質であってもよい。

【0135】

ドープされたＳｉＣ原材料を提供するためにドーパント（例えば、ドナー原子、アクセプター原子またはその両方の原子源）を添加することができる前駆体組成物には、例えば、以下の前駆体組成物が含まれる。

【0136】

直鎖状メチルハイドロジェンポリシロキサン（ＭＨＦ）４１ｗｔ％とテトラビニルシクロテトラシロキサン（ＴＶ）５９ｗｔ％を混合した前駆体組成物。

【0137】

メチル末端フェニルエチルポリシロキサン９０％（２７％のＸを有する）と１０％のＴＶを室温で混合した前駆体。この前駆体組成物は、１．０５モルの水素化物、０．３８モルのビニル、０．２６モルのフェニル、および１．１７モルのメチルを有する。この前駆体組成物は、１００ｇの組成物を基準として、以下に示すＳｉ、ＣおよびＯのモル量を有する。

【0138】

計算上、この配合から得られるＳｉＯＣは、ＣＯをすべて取り除いた後、計算上２．３１モルのＣを有し、９８％の過剰Ｃを有する。

【0139】

７０％のメチル末端フェニルエチルポリシロキサン（１４％のＸを有する）と３０％のＴＶを室温で混合した前駆体組成物。この前駆体組成物は、水素化物０．９３モル、ビニル０．４８モル、フェニル０．１３モル、メチル１．２８モルを有する。この前駆体組成物は、１００ｇの組成物を基準として、以下に示すＳｉ、ＣおよびＯのモル量を有する。

【0140】

計算すると、この配合から得られるＳｉＯＣは、ＣＯをすべて取り除いた後、計算上１．７７モルのＣを有し、３８％の過剰Ｃを有する。

【0141】

５０％のメチル末端フェニルエチルポリシロキサン（２０％のＸを有する）と５０％のＴＶを室温で混合した前駆体組成物。この前駆体組成物は、水素化物０．６７モル、ビニル０．６８モル、フェニル０．１０モル、およびメチル１．２５モルを有する。この前駆体組成物は、１００ｇの組成物を基準として、以下に示すＳｉ、Ｃ、およびＯのモル量を有する。

【0142】

計算すると、この配合から得られるＳｉＯＣは、ＣＯをすべて取り除いた後、計算上１．９３モルのＣを有し、５５％の過剰Ｃを有する。

【0143】

６５％のメチル末端フェニルエチルポリシロキサン（４０％のＸを有する）と３５％のＴＶを室温で混合した前駆体組成物。この前駆体組成物は、水素化物０．６５モル、ビニル０．６６モル、フェニル０．２５モルおよびメチル１．０６モルを有する。この前駆体組成物は、１００ｇの組成物を基準として、以下に示すＳｉ、ＣおよびＯのモル量を有する。

【0144】

計算すると、この配合から得られるＳｉＯＣは、ＣＯをすべて取り除いた後、計算上２．８１モルのＣを有し、１６６％の過剰Ｃを有する。

【0145】

６５％のＭＨＦと３５％のジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）を室温で混合した前駆体。この前駆体組成物は、水素化物１．０８モル、ビニル０．５３モル、フェニル０．０モル、メチル１．０８モルを有する。この前駆体組成物は、１００ｇの組成物を基準として、以下に示すＳｉ、ＣおよびＯのモル量を有する。

【0146】

計算すると、この配合から得られるＳｉＯＣは、ＣＯをすべて取り除いた後、計算上２．６５モルのＣを有し、１４４％の過剰Ｃを有する。

【0147】

８２％のＭＨＦと１８％のジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）を室温で混合した前駆体組成物。この前駆体組成物は、水素化物１．３７モル、ビニル０．２７モル、フェニル０．０モル、メチル１．３７モルを有する。この前駆体組成物は、１００ｇの組成物を基準として、以下に示すＳｉ、Ｃ、およびＯのモル量を有する。

【0148】

計算上、この配合から得られるＳｉＯＣは、ＣＯをすべて取り除いた後、計算上１．３７モルのＣを有し、０％の過剰Ｃを有する。

【0149】

４６％のＭＨＦ、３４％のＴＶ、２０％のＶＴを室温で混合した前駆体組成物。この前駆体組成物は、水素化物０．７７モル、ビニル０．４０モル、フェニル０．０モル、メチル１．４３モルを有する。この前駆体組成物は、１００ｇの組成物を基準として、以下に示すＳｉ、ＣおよびＯのモル量を有する。

【0150】

計算すると、この配合から得られるＳｉＯＣは、ＣＯをすべて取り除いた後、計算上０．５３モルのＣを持つことになり、６３％のＣ欠乏を有する、つまり６３％のＣが欠乏していることになる。

【0151】

７０％のＭＨＦ、２０％のＴＶ、１０％のＶＴを室温で混合した前駆体組成物。この前駆体組成物は、水素化物１．１７モル、ビニル０．２３モル、フェニル０．０モル、メチル１．５３モルを有する。この前駆体組成物は、１００ｇの組成物を基準として、以下に示すＳｉ、Ｃ、およびＯのモル量を有する。

【0152】

計算すると、この配合から得られるＳｉＯＣは、ＣＯをすべて取り除いた後、計算上０．３３モルのＣを持ち、７８％のＣ欠乏を有する、つまり７８％のＣが欠乏していることになる。

【0153】

５０％のメチル末端フェニルエチルポリシロキサン（２０％のＸを有する）と５０％のＴＶ、９５％のＭＨＦを有する前駆体組成物。

【0154】

５４％のメチル末端フェニルエチルポリシロキサン（２５％のＸを有する）と４６％のＴＶを有する前駆体組成物。

【0155】

５７％のメチル末端フェニルエチルポリシロキサン（３０％のＸを有する）と４３％のＴＶを有する前駆体組成物。

【0156】

前駆体組成物はまた、米国特許第１１，０９１，３７０号に開示され教示されている前駆体組成物のいずれかであってもよい。

【0157】

１つ又は複数のドーパント（例えば、結晶成長プロセス中にフラックス中にドナー原子又はアクセプター原子を提供するために、原子不純物をベースとする、又は原子不純物を含む組成物又は材料）を、液体の前駆体の１つ又は複数に添加することができ、従って、液体の前駆体組成物に添加することができ、この場合、ドーパントは、硬化したＳｉＯＣ材料の一部、従って、ＳｉＯＣセラミック及びＳｉＣの一部となる。ドーパントは、液体状態で液体前駆体の成分と化学反応、すなわち化学結合させることができる。ドーパントは、液体ポリシロカーブ前駆体の混合物、例えば溶液または懸濁液の一部とすることができる。この状況において、ドーパントは、硬化ステップ中にポリシロカーブ材料に化学的に結合され、その結果、硬化ＳｉＯＣ材料に化学的に結合され、熱分解ステップ中にセラミックＳｉＯＣ材料に化学的に結合され、またはＳｉＣへの変換ステップ中に、ドープされたＳｉＣ原材料に（化学的または機械的に）保持されるようにでき、またこれらの組み合わせおよび変形とすることが可能である。これは、ｐ型ドープされたＳｉＣ原材料（ｐ型結晶を提供または成長させる）または低抵抗率型ドープされたＳｉＣ原材料（ｎ型またはｐ型のいずれかの低抵抗率結晶を提供または成長させる）のいずれかの場合であり得る。

【0158】

ドーパントは、混合物、例えば、硬化材料、ＳｉＯＣセラミック又はその両方と混合された固体の一部とすることができ、この場合、ドーパントは、後の１つ又は複数の工程の間に、ＳｉＯＣ材料に化学的に結合して、ｐ型ドープされたＳｉＣ原材料又は低抵抗率ＳｉＣ原材料を提供することができる。

【0159】

概して、本発明の実施形態において、ドーパントは、好ましくは、ＳｉＯＣ材料、ＳｉＣ原材料、およびその両方の不可分な一部である。したがって、ドーパントは、（ｉ）ＳｉＯＣ材料（例えば、液体ＳｉＯＣ前駆体材料の１つ又は複数のポリマー鎖の一部又は組成物、硬化ＳｉＯＣ材料中の硬化ポリマーの一部又はその両方）に化学的に結合させることができ、（ｉｉ）米国特許第１０，６３３，４００号に開示され教示されているようなＳｉＯＣ材料のマトリックス（例えば、ナノ複合材料）内に（化学的、機械的、又はその両方で）保持させることができ、（ｉｉｉ）ＳｉＣ原材料中に（化学的、機械的、またはその両方で）保持することができる。

【0160】

ｐ型ＳｉＣ材料を提供するための出発材料、中間材料、及びプロセスの実施形態では、ドーパントは、ＳｉＯＣ組成物中のＳｉ、Ｃ、Ｏ原子の１つ又は複数に共有結合している。したがって、例えば、硬化したＳｉＯＣ材料をＳｉＣに変換すると、ドーパントは、Ｓｉ、Ｃ、またはその両方に共有結合し、ｐ型ＳｉＣ結晶を成長させるための蒸着プロセス、例えばＰＶＴのために、ＳｉＣ原材料（すなわち、粉末）、（もし使用されれば）ＳｉＣ成形装入物、の全体に均一に分布するようになる。

【0161】

典型的には、ドーパント分子をポリマーネットワークに共有結合で組み込むために、ヒドロシリル化反応と縮合反応の２種類の反応を採用することができる。一般に、ヒドロシリル化反応は、ドーパント分子に少なくとも１つのアルケンの官能基を用いる。好ましい実施形態では、例えば、それらの２つの官能基、より好ましくは３から４の官能基を有する。縮合反応では、アルコキシド基、アルコール基、または水酸化物基（－ＯＲ）が使用され、Ｒは通常、小さなアルカンまたは水素である。

【0162】

いくつかの実施形態では、熱分解により、グラフェン、グラファイト、アモルファスカーボン構造、およびこれらの組み合わせやバリエーションがＳｉ－Ｏ－Ｃセラミック中に存在する。ＳｉＯ_４、ＳｉＯ_３Ｃ、ＳｉＯ_２Ｃ_２、ＳｉＯＣ_３、およびＳｉＣ_４となるＳｉＯｘＣｙ構造からなるシリコン種の分布は、前駆体の選択およびそれらの処理履歴から生じる様々な比率で形成される。これらの実施形態では、ドーパントは、隣接する炭素とシリコン原子との間の非晶質炭素構造とともに結合することができる。概して、ＳｉＯＣの場合、セラミック状態では、炭素は酸素原子にほとんど配位しておらず、したがって、酸素はシリコンに大きく配位しており、ドーパントは、その出発構造に応じて、シリコンまたは炭素のいずれかに大きく配位している。

【0163】

好ましい実施形態では、ｐ型結晶を成長させるための蒸着プロセス、例えばＰＶＴのための出発材料は、周期表の第１３族（ホウ素等）から選択された１つ又は複数の元素から選択されたドーパントを有する。ドーパントは、原材料のＳｉ、Ｃまたはその両方に共有結合しており、原材料全体に均一に分布している。より好ましい実施形態では、出発材料は、成形装入物として構成され、ドーパントは、成形装入物全体に所定の方法で、例えば、均一に、様々な濃度の層等に分布される。次いで、この原材料を使用して、例えば、本明細書の「結晶成長－一般」のサブセクションに記載されているように、蒸着プロセスが実施される。

【0164】

好ましい実施形態では、低抵抗率ｎ型結晶を成長させるための蒸着プロセス、例えばＰＶＴのための出発材料は、周期表の第１５族（窒素等）から選択される１つ又は複数の元素から選択されるドーパントを有する。ドーパントは、原材料のＳｉ、Ｃまたはその両方に共有結合しており、原材料全体に均一に分布している。より好ましい実施形態では、出発材料は、成形装入物として構成され、ドーパントは、成形装入物全体に所定の方法で、例えば、均一に、様々な濃度の層等に分布される。次いで、この原材料を使用して、例えば、本明細書の「結晶成長－一般」のサブセクションに記載されているように、蒸着プロセスが実施される。

【0165】

本発明のｐ型材料およびプロセスの一実施形態では、ドーパント、アクセプター不純物原子は、ＳｉＣ原材料の一部であり、例えば、化学結合、共有結合、またはＳｉＣマトリックス内に捕捉される。さらに、この実施形態では、ドーパントおよびそのアクセプター不純物原子は、出発材料中に合金の形態では存在しない。例えば、ドーパントはアルミニウムとすることができ、アルミニウムは原材料中に存在し、合金としては存在しない。したがって、このように、蒸着の間、例えば、フラックス形成の間、およびその後、ドーパント、およびアクセプター不純物原子は合金ではなく、または他の方法で合金に形成されない。合金の使用、この合金化ステップ、または合金形成を避けることは、従来技術よりも大きな利点を提供し、結晶の成長、形成、および特性の改善をもたらすと考えられている。（本明細書で使用する合金とは、２つ又は複数の金属からなる物質又は金属と非金属とが、溶融時に互いに融合し溶解することにより、通常密接に結合した物質である。合金は、９９：１、９０：１０、８０：２０～５０：５０の比率で存在する異なる金属を有することができる。）合金フリー、または合金を形成しない、という用語は、９０：１０、８０：２０～５０：５０の比率を有する合金を有さない、または形成しないことを指す。実施形態において、９９：１～９１：９の比率を有する合金もまた、回避され得、したがって出発材料中に存在せず、蒸着装置中に見出されず、形成されない。

【0166】

一実施形態では、ドーパントは、前駆体成分として高純度アルミニウム／シリコン合金またはアルミニウムドープシリコン粉末とすることができる。ドープされたシリコン粉末は、炭素を反応させてＡｌドープされたＳｉＣ粉末を形成することができる。この粉末を成形装入物原材料とすることができる。

【0167】

図３には、ドープされたＳｉＣ原材料の成形装入物（例えば、体積形状物）を含む、ドープされたＳｉＣ原材料、（ｐ型のドープ原材料、低抵抗率ｐ型のドープ原材料、または低抵抗率ｎ型のドープ原材料）を製造するためのシステムおよび方法の一実施形態の概略透視フロー図が提供されている。ＳｉＣ原材料は、ドープされたＳｉＯＣ前駆体および中間材料から得られる。ドープされたＳｉＣ原材料及び成形装入物は、好ましくは高純度（例えば、３－ナイン、４－ナイン、５－ナイン以上、好ましくは６－ナイン以上）である。前駆体および他の材料を含むシステムのライン、バルブおよび内部表面は、ＳｉＯＣ、誘導ＳｉＣ、およびＳｉＣの体積形状物を汚染しない、例えば、汚染物質の原材料を提供しない材料から作られるか、またはそのような材料でコーティングされる。

【0168】

ｐ型ドーパント（すなわち、アクセプター原子の供給源となるドーパント）のみが使用される実施形態では、窒素などのドナー原子の供給源と見なされる、または供給源となる原材料の存在は、最小限に抑えられ、緩和され、排除されるべきである。（他の実施形態では、窒素はｐ型ドーパントよりも少ない量で存在してもよく、ｐ型原材料、すなわち負のＮｃを有する結晶を成長させるように構成された原材料を得ることができることに留意されたい）。

【0169】

同様に、ｎ型ドーパント（すなわち、ドナー原子の供給源となるドーパント）のみが使用される実施形態では、ホウ素やアルミニウムなどのアクセプター原子の供給源となる原材料の存在を最小限に抑え、緩和し、排除する必要がある。（他の実施形態では、ホウ素またはアルミニウムはｎ型ドーパントよりも少量で存在してもよく、ｎ型原材料、すなわち正のＮｃを有する結晶を成長させるように構成された原材料を得ることができることに留意されたい）。

【0170】

貯蔵タンク１５０ａ、１５０ｂは液体ポリシロカーブ前駆体を貯蔵し、ドーパントは別の貯蔵タンク、ホッパー、またはビン１５０ｃに収容することができる。複数のドーパントが使用される場合は、複数のタンク、ホッパー、またはビンも存在し得る。ドーパントは、貯蔵タンクまたはミキサー１５２に添加することができる。この実施形態では、液体前駆体から汚染物質を取り除くために、前駆体の一方または両方を蒸留装置１５１ａおよび蒸留装置１５１ｂに通すか、又はいずれの前駆体も通さないようにできる。ドーパントに損傷を与えたり、その特性に影響を与えたりしないように注意する必要がある。

【0171】

液体前駆体およびドーパントは、次に混合容器１５２に移され、そこで混合されてドープされた前駆体バッチ（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、または低抵抗率ｎ型）が形成され、触媒される。次いで、前駆体バッチは、炉１５４に入れるために容器１５３（好ましくはクリーンルーム環境１５７ａ内）に注がれる。炉１５４は、スイープガス注入口１６１とオフガス取出しライン１６２を有することができる。通常、スイープガスはアルゴンなどの不活性ガスである。炉は、液体ポリシロカーブ材料を硬化させ、ドーパントをポリシロカーブ材料と反応させて、ドーパントを硬化したポリシロカーブ材料に結合させるか、またはポリシロカーブ材料の一部として結合させる。

【0172】

硬化された材料、すなわち固体のドープされたＳｉＯＣ（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、または低抵抗率ｎ型）は、次に、好ましくはクリーンルーム条件下で、１つ、好ましくは複数の熱分解炉１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃに移され、そこでドープされたＳｉＯＣからドープされたＳｉＣ原材料（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、または低抵抗率ｎ型）に変換される。（この実施形態では、ＳｉＯＣセラミックは、例えば１５５ａの炉でＳｉＣに変換される際に形成される相であることに留意されたい）。炉は、スイープガス注入口１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃをそれぞれ有し、２つのオフガス取出しライン１５９ａと１６０ａ、１５９ｂと１６０ｂ、１５９ｃと１６０ｃをそれぞれ有する。通常、スイープガスはアルゴンなどの不活性ガスである。オフガスは、システム内の様々なユニットからオフガスを収集する注入口１６４を有するオフガス処理アセンブリ１６３で処理、浄化、出発物質の回収が可能である。

【0173】

その結果、粉末であるドープされたＳｉＣ原材料（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、または低抵抗率ｎ型）は、次に、好ましくはクリーンルーム条件下である体積形状物形成領域１９０に移送される。領域１９０において、ドープされたＳｉＣ材料は、混合装置１７３（例えば、ブレード、パドル、攪拌機など）を有する混合容器１７２に供給される。バインダータンク１７０からのバインダーが、ライン１７１を介して容器１７２に加えられる。混合容器１７２内でＳｉＣはバインダーと混合され、スラリーまたはブレンドを形成する。スラリーの粘性は、後の成形作業を容易にするようなものでなければならない。次いで、ＳｉＣ－バインダースラリーを成形装置１７５に移し、ここでスラリーを体積形状物、例えばペレット、ディスク、ブロックなどに成形し、好ましくはドープされた成形装入物原材料（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、または低抵抗率ｎ型）に成形し、オーブン１７７に供給し、ここでバインダーを硬化させて体積形状物に所望の強度を与え、好ましくは熱分解させる。

【0174】

体積形状物は、その後、包装装置１８０に移送され、そこで包装されるようにもできる。好ましくは、これらの作業はクリーンルーム条件下で行われ、より好ましくは、別々のクリーンルーム、すなわちクリーンルーム領域１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃで行われる。成形装入物は、ドープされたＳｉＣ結晶（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、または低抵抗率ｎ型）を成長させるための蒸着装置（例えば、ＰＶＴ）に直接供給することもできる。

【0175】

好ましくは、ｐ型のドープされたＳｉＣ、低抵抗率ｐ型のドープされたＳｉＣ、または低抵抗率ｎ型のドープされたＳｉＣ原材料を製造する際に、好ましい実施形態では、ポリシロカーブ前駆体とドーパントとを、クリーンな空気中で、約１気圧で混合することができる。

【0176】

好ましくは、ＳｉＣ、およびＳｉＣの製造に使用する材料を製造する際に、ドープされた、好ましくは触媒化された前駆体材料の硬化は、約２０℃～約１５０℃、約７５℃～約１２５℃、および約８０℃～約９０℃の範囲の温度、ならびにこれらの温度のバリエーションおよび組み合わせ、ならびにこれらの温度の範囲内のすべての値で行われる。硬化は、好ましくは硬い硬化物が得られる時間にわたって行われる。硬化は空気中または不活性雰囲気中で行うことができ、好ましくは周囲圧力のアルゴン雰囲気中で行う。好ましくは、高純度材料の場合、硬化装置の炉、容器、ハンドリング装置、および他の構成要素は清浄であり、硬化材料にとって実質的に不純物または汚染物質とみなされるような元素または材料を含まず、またそれらに寄与しない。好ましい実施形態では、ドナー原子の供給源またはアクセプター原子の供給源は、成長する結晶の種類によっては、汚染物質とみなされる場合があることに留意されたい。

【0177】

好ましくは、ドープされたＳｉＣ原材料（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、または低抵抗率ｎ型）の製造において、熱分解は、約８００℃～約１３００℃、約９００℃～約１２００℃、および約９５０℃～約１１５０℃の範囲の温度、ならびにこれらの温度の範囲内のすべての値で行われる。熱分解は、好ましくは、硬化したドープされたＳｉＯＣ材料のｐ型のドープされたＳｉＣ原材料への完全な熱分解をもたらす時間にわたって実施される。好ましくは、熱分解は不活性ガス中、例えばアルゴン中で、より好ましくは大気圧程度の流動アルゴンガス中で行われる。ガスは、約１，２００ｃｃ／分～約２００ｃｃ／分、約８００ｃｃ／分～約４００ｃｃ／分、および約５００ｃｃ／分、ならびにこれらの流れの範囲内のすべての値で流れるようにすることができる。好ましくは、処理炉の最初の真空排気は、少なくとも１×１０^－３Ｔｏｒｒ以下の減圧まで完了し、不活性ガス、例えばアルゴンで１００Ｔｏｒｒ以上に再加圧される。より好ましくは、真空排気は、不活性ガスで再加圧する前に、１×１０^－５Ｔｏｒｒ未満の圧力までで完了する。真空排気プロセスは、０回から４回以上の何回でも行うことができる。好ましくは、高純度材料の場合、硬化装置の炉、容器、ハンドリング装置、および他の構成要素は、清浄であり、実質的に汚染物質がなく、熱分解材料にとって汚染物質とみなされるような元素または材料がなく、それらに寄与しない。

【0178】

熱分解は、要求温度と環境制御を維持する加熱装置であれば、どのようなものでも実施できる。例えば、圧力炉、箱型炉、管状炉、結晶成長炉、グラファイト箱型炉、アーク溶解炉、誘導炉、キルン、ＭｏＳｉ_２発熱体炉、カーボン炉、真空炉、ガス炉、電気炉、直接加熱、間接加熱、流動床、ＲＦ炉、キルン、トンネルキルン、箱型キルン、シャトルキルン、直接加熱、間接加熱、流動床、ＲＦ炉、キルン、トンネルキルン、ボックスキルン、シャトルキルン、コークス化装置、レーザー、マイクロ波、その他の電磁放射、および熱分解の要求温度を得ることができるこれらとその他の加熱装置およびシステムの組み合わせとバリエーション、などである。

【0179】

好ましくは、ドープされたＳｉＣ原材料の製造において、セラミックドープされたＳｉＯＣは、続けてまたは継続して熱分解または変換ステップにおいてＳｉＣに変換される。ドープされたＳｉＯＣからの変換ステップは、例えば、ドープされたＳｉＯＣ硬化物の熱分解の一部であってもよく、連続的であってもよく、又は時間、場所およびその両方において全く別のステップであってもよい。所望するドープされたＳｉＣの種類に応じて、変換ステップ（ＳｉＯＣからＳｉＣへ）は、約１，２００℃から約２，５５０℃、約１，３００℃から１，７００℃、およびこれらの温度の範囲内のすべての値で実施することができる。

【0180】

一般に、約１６００°Ｃから１９００°Ｃの温度では、経時的にβ型の形成が促進される。１９００℃を超える温度では、α型の形成が経時的に促進される。好ましくは、変換は、不活性ガス、例えばアルゴン、より好ましくは大気圧程度の流動アルゴンガス中で行われる。ガスは、約６００ｃｃ／分～約１０ｃｃ／分、約３００ｃｃ／分～約５０ｃｃ／分、および約８０ｃｃ／分～約４０ｃｃ／分、ならびにこれらの流れの範囲内のすべての値で流すことができる。好ましくは、高純度材料の場合、硬化装置の炉、容器、ハンドリング装置、およびその他の構成部品は清浄であり、実質的にＳｉＣにとって不純物または汚染物質とみなされる元素または材料を含まず、それらに寄与しない。

【0181】

ドープされたＳｉＯＣ由来のドープされたＳｉＣの続いての収率は、一般に約１０％から５０％、典型的には３０％から４０％であるが、これより高い範囲や低い範囲、またこれらのパーセンテージの範囲内のすべての値を得ることもできる。

【0182】

ドープされたＳｉＯＣ前駆体材料中、例えばミキサー１５２中または硬化した固体ＳｉＯＣ中に存在すべきドーパントの量を抑止する際には、結晶成長中を含むプロセス全体を通してのドーパントの損失を考慮すべきであることがさらに理解される。したがって、所定のドーパントレベル、例えば、その原材料から成長される結晶、ひいてはその結晶から製造されるウェハー中の所定の電気的活性原子の量に達して、結晶およびウェハーの所定の意図された電気的特性および半導体特性を提供するために、ＳｉＣウェハー中に十分なドーパントが存在すべきである。

【0183】

ドープされた体積形状物原材料、例えば、ドープされた成形装入物原材料を形成するためのバインダーは、体積形状物の加工、硬化、および後の使用の間、ＳｉＣを所定の形状に保持するために使用される任意のバインダーであり得る。バインダーの実施形態は、好ましくは、酸素を含まないものとすることができる。バインダーの実施形態は、好ましくは、炭素および水素のみを有する材料で構成することができる。バインダーの実施形態は、酸素を有する材料から作ることができる。バインダーの実施形態は、ＳｉＣの焼結に使用される任意の焼結助剤であり得る。バインダーの実施形態は、溶融シリカとすることができる。バインダーの実施形態は、本明細書に記載の液体前駆体の全てを含む、ポリシロカーブ前駆体材料とすることができる。これらおよび他の材料の組み合わせおよび変形もバインダーとして使用することができる。バインダーはまた、ドーパントを含むことができ、このドーパントは、成形装入物を作るために使用されるＳｉＣ粉末中のドーパントと同じであっても異なっていてもよい。

【0184】

バインダーは、ポリシロカーブ前駆体の硬化に使用される条件下で、またはバインダーを体積形状物の形状を維持するのに十分な硬さ（例えば、強靭さ）の材料に変化させるのに必要な条件下で、必要な程度まで硬化させ、熱分解させることができる。したがって、硬化、硬質化、硬化、成形、またはセットアップは、場合によっては、バインダーの特性に基づいて行われるべきである。

【0185】

酸素を有しないバインダーの実施形態の例としては、ポリエチレン、金属シリコン、炭化水素ワックス、ポリスチレン、ポリプロピレン、およびこれらの組み合わせやバリエーションが挙げられる。

【0186】

炭素および水素のみを含むバインダーの実施形態の例としては、ポリエチレン、炭化水素ワックス、炭素またはカーボングラファイトの粉末、カーボンブラック、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＵＨＤＰＥ、およびＰＰ、ならびにこれらの組み合わせおよび変形が挙げられる。

【0187】

酸素を含むバインダーの実施形態の例としては、ホウ酸、酸化ホウ素、二酸化シリコン、ポリアルコール、ポリ乳酸、セルロース系材料、糖およびサッカリド、ポリエステル、エポキシ、シロキサン、シリケート、シラン、シルセスキオキサン、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）のようなアセテート、ＰＭＭＡのようなポリアクリレート、ポリマー由来セラミック前駆体、およびこれらの組み合わせおよび変形が挙げられる。

【0188】

焼結助剤であるバインダーの実施形態の例としては、シリコン、酸化ホウ素、ホウ酸、炭化ホウ素、シリコンおよび炭素粉末、シリカ、ケイ酸塩およびポリマー由来セラミック前駆体、ならびにこれらの組み合わせおよび変形が挙げられる。

【0189】

バインダーは、ドーパント、ドープされたＳｉＣ結晶の成長、ドープされたＳｉＣ結晶、およびウェハーの特性を妨害または阻害しないように選択されるべきである。

【0190】

バインダーの実施形態は、米国特許第９，８１５，９４３号、同第９，６５７，４０９号、同第１０，３２２，９３６号、同第１０，７５３，０１０号、同第１１，０１４，８１９号、および同第１１，０９１，３７０号、ならびに米国特許公開第２０１８／０２９０８９３号に開示され教示されている材料のような、触媒化および非触媒化の両方の前駆体組成物を含み、これらの各々の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。これらのバインダーを硬化させる方法は、これらの特許および公開公報に開示および教示されており、これらの各々の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0191】

アシュビズ（Ashbys）触媒などは，アルミニウムをドープした前駆体組成物の影響をほとんど受けない。リンを含む前駆体組成物は、若干の触媒阻害を生じさせる可能性がある。ドーパントによる触媒阻害は、例えば、硬化プロセス中に熱エネルギーを補うことによって、無触媒手段（例えば、触媒がないにもかかわらず反応を促進する）によって克服することができる。

【0192】

好ましい実施形態において、ドープされた体積形状物、例えば、成形装入物、原材料（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、又は低抵抗率ｎ型）は、前述の列挙された特許及び公開公報において開示され教示されたポリシロカーブ前駆体組成物の１つ又は複数を用いて製造される。バインダーはＳｉＣに熱分解され、硬くて耐久性のあるドープされた成形装入物原材料を提供する。この成形装入物原材料のドーパントは固定されている。

【0193】

一実施形態では、バインダーは、ドーパントの有無にかかわらず、ＳｉＣ原材料の製造に使用されたのと同じポリシロカーブ前駆体である。したがって、バインダー中に存在するドーパントの量は、０％から約５０％までとすることができる。バインダー中のドーパントは、特定のドープされたＳｉＣ成形装入物原材料中に存在するドーパントの量を調整または微調整するために使用することができる。

【0194】

好ましいが、ドープされたＳｉＣ結晶およびブールは、成形装入物を使用せずに、例えば、ドープされたＳｉＣポリマー由来の粉末装入物または出発材料から直接成長させることができることが理解される。さらに、ドープされたＳｉＣ成形装入物原材料を形成するために、あまり望ましくない形態のＳｉＣ粉末（例えば、ポリマー由来セラミックから作られていない）を使用することもできる。

【0195】

ドープされたＳｉＣ原材料粉末（例えば、ポリマー由来セラミックから作られたものではない）を作るのに必要な実質的に全ての構成要素、例えば、ＳｉおよびＣならびにドーパント、を有するドープされた液体材料、例えば、前駆体バッチ、から開始できることは、汚染を制御する上で、また、ＰＶＴプロセスおよび装置におけるフラックス形成および結晶成長を制御するためにドープされた原材料中のＳｉ、Ｃ、およびドーパントの所定の配分を作る上で、大きな利点を提供する。また、蒸着装置およびｐ型結晶成長における本発明のポリマー由来のｐ型のドープされたＳｉＣの性能に一部基づいて、ポリマー由来のＳｉＣは、非ポリマー由来のＳｉＣ、および結晶成長プロセスにおける金属合金、金属ガス、またはその両方の先行使用とは異なることが理論化されている。従って、結晶成長及び純度、ウェハー歩留まり及びデバイス歩留まりにおける相乗的な利点は、さらに、嵩密度、粒径、ドープされたＳｉＣの相（ベータ対アルファ）、化学量論、酸素含有量（非常に低いか全くない、また酸化物層がない）、高純度（例えば、９９．９９９％純度）及び超高純度（９９．９９９９％）を含む、ポリマー添加セラミック原材料の個々の利点の１つ又は複数の利点から生じる。

ドーパント材料－概要

【0196】

概して、ドーパントは、ＳｉＣ原材料を形成するためのＰＤＣプロセス（例えば、ポリシロカーブ材料をベースとするＰＤＣ）において使用することができて、ＰＤＣプロセスに干渉せずに、所定の原子不純物（例えば、ドナー原子、アクセプター原子、及びそれらの組み合わせ）をＳｉＣ原材料中に付与するような任意の材料又はそのような材料の組み合わせとすることができ、この原材料は、次に、これらの原子不純物を有するフラックスを製造し、そのフラックスから結晶を成長させる蒸気フラックスプロセスで使用され、結晶もまた、電気的に活性な原子不純物としてこれらの原子不純物を有するものである。

【0197】

ｐ型の結晶、インゴット、ブール、およびウェハー、ならびにｐ型低抵抗の結晶、インゴット、ブール、およびウェハーでは、アルミニウムおよびホウ素が好ましい原子不純物であり、したがって、好ましいドーパントは、これらの原子不純物を提供できる材料である。

【0198】

例えば、原材料にアルミニウムを供給し、ＳｉＣ結晶構造にアルミニウム原子の電気的に活性な不純物を供給することができるドーパント材料は、一般に、反応性アルミニウム材料、非反応性アルミニウム材料、および純粋なアルミナ材料である。

【0199】

典型的には、反応性アルミニウム材料は、液体の前駆体材料（例えば、前駆体組成物）に添加され、その後、硬化ステップ中にこれらの前駆体材料と化学反応する。反応性アルミニウム材料としては、例えば以下のものが挙げられる：
（ｉ）アルミニウムアルコキシド：ＡＬ（ＯＲ）_３ ここで、Ｒはアルキル基またはフェニル基である。ポリシロカーブ前駆体材料との反応は、一般に次の通りである：２Ａｌ（ＯＲ）_３ ＋ ６ＳｉＨ → ２Ａｌ－（Ｏ－Ｓｉ～）_３ ＋ ６ＲＨ；（これらの反応で使用される「～Ｓｉ」および「Ｓｉ～」は、反応性Ｓｉ官能基を表し、ポリマー骨格または配位子骨格のような大きな構造に結合していることに留意すべきである。）
（ｉｉ）水酸化アルミニウム（Ｒは水素）。ポリシロカーブ前駆体材料との反応は、一般に次の通りである：２Ａｌ（ＯＨ）_３ ＋ ６ＳｉＨ → ２Ａｌ－（Ｏ－Ｓｉ～）_３ ＋ ３Ｈ_２；
（ｉｉｉ）ボーキサイト、ギブサイト、ボーマイト、ダイアスポア。ポリシロカーブ前駆体材料との反応は一般に、（ｉｉ）と同様に、これらの鉱物の水酸化物官能基を介して行われる。
（ｉｖ）トリメチルアルミニウム。ポリシロカーブ前駆体材料との反応は、一般に次のとおりである：２（Ａｌ（Ｍｅ）_３） ＋ ３Ｈ_２Ｏ → Ａｌ_２Ｏ_３ ＋ ６ＣＨ_４

【0200】

通常、非反応性アルミニウム材料は液体の前駆体材料（例えば「前駆体組成物」）に添加されるが、硬化材料、セラミックＳｉＯＣ、ＳｉＣ原材料、およびこれらの組み合わせやバリエーションに添加することもできる。非反応性材料は、熱分解中にＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料によって保持されるか、またはＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料に組み込まれる。非反応性材料には、例えばアルミノシリケート材料が含まれる。そのような材料の例としては、以下が挙げられる：ムライト、カイヤナイト、シリマナイト、アンダルサイト、デュモルティエライトなどのネオケイ酸塩粉末、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、テクトケイ酸塩（長石）、ゼオライトなど。

【0201】

通常、純粋なアルミナ材料は、液体の前駆体材料（例えば、前駆体組成物）に添加されるが、硬化材料、セラミックＳｉＯＣ、ＳｉＣ原材料、およびこれらの組み合わせやバリエーションに添加することもできる。純粋なアルミナ材料は、熱分解中にＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料によって保持されるか、またはＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料に組み込まれる。純粋なアルミナ材料には、例えばアルミナ粉末Ａｌ_２Ｏ_３やコランダム（サファイア、ルビーなどを含む）が含まれる。

【0202】

前述のアルミニウムドーパント材料はすべて、合金としてではなく、例えばＳｉＣ原材料中のセラミック酸化物の形態でアルミニウムを提供する。

【0203】

例えば、原材料中にホウ素を供給し、ＳｉＣ結晶構造中にホウ素原子電気活性不純物を供給することができるドーパント材料は、一般に、以下のものである：反応性ホウ素材料；非反応性ホウ素材料。

【0204】

典型的には、反応性ホウ素材料は液体の前駆体組成物（例えば、前駆体組成物（１））に添加され、その後、硬化ステップ中にそれらの前駆体材料と化学反応する。反応性ホウ素材料としては、例えば以下のものが挙げられる：
（ｉ）ホウ酸Ｂ（ＯＨ）_３。ポリシロカーブ前駆体材料との反応は、一般に、
２Ｂ（ＯＨ）_３ ＋ ６ＳｉＨ → ２Ｂ－（Ｏ－Ｓｉ～）_３ ＋ ３Ｈ_２である；
（ｉｉ）ホウ砂（Ｎ_Ａ２Ｂ_４Ｏ_７－１０Ｈ_２Ｏ）。ＳｉＯＣ前駆物質との反応は、一般に縮合反応である。
（ｉｉｉ）ボロン酸Ｒ－Ｂ（ＯＨ）_２。Ｒはビニル基などのアルケン基である。ポリシロカーブ前駆体材料との反応は、一般に、縮合反応である、
（ｉｖ）ジビニルホウ素酸Ｖｉ－Ｂ（ＯＨ）－Ｖｉポリシロカーブ前駆体材料との反応は、一般的に
Ｂ－Ｖｉ ＋ ～ＳｉＨ → Ｂ－Ｃ－Ｃ－Ｓｉ～である。

【0205】

通常、非反応性ホウ素材料は、液体の前駆体材料（例えば、前駆体組成物）に添加されるが、硬化材料、セラミックＳｉＯＣ、ＳｉＣ原材料、およびこれらの組み合わせやバリエーションに添加することもできる。非反応性材料は、熱分解中にＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料によって保持されるか、またはＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料に組み込まれる。非反応性材料には、例えば以下のものが含まれる：ホウケイ酸ガラス、Ｂ_２Ｏ_３、炭化ホウ素。

【0206】

ｎ型の結晶、インゴット、ブール、およびウェハー、ならびにｎ型低抵抗の結晶、インゴット、ブール、およびウェハーの場合、窒素およびリンが好ましい原子不純物であり、リンが特に好ましい原子不純物であるため、好ましいドーパントは、これらの原子不純物を提供できる材料である。

【0207】

窒素を含有するまたは窒素を供給する材料を液体の前駆体材料（例えば、前駆体組成物）に添加することができる。このようなドーパントとしては、アミン；アミド；アゾ＆ジアゾ；カルバメート；ウレタン；カルボイミド；ＣおよびＮの複素環；尿素；イソシアネート；が、組み込む潜在的な候補官能基として挙げられる。ナイロンまたは他のＮ含有の炭素ベースのポリマーも、熱分解中に反応させるために組成物に加えることができる。しかし、あまりに多量の窒素を添加すると、結晶に望ましくない応力、積層欠陥、関連欠陥をもたらすことに注意すべきである。

【0208】

典型的には、反応性リン材料は液体の前駆体材料（例えば、前駆体組成物）に添加され、次いで硬化ステップ中にそれらの前駆体材料と化学反応する。反応性リン材料としては、例えば、以下が挙げられる。

【0209】

（ｉ）以下に示すトリフェニルホスフィンオキシドを含む（Ｒ）_３－ホスフィンオキシド（Ｒ＝アルキル基、フェニル基、スチレニル基）などのＰの反応性酸化物

および以下に示す五酸化リンなどである。

これらのドーパントを用いたポリシロカーブ前駆体材料との反応は、一般に以下のように行われる。
Ｒ_３－Ｐ＝０^＊ ＋ ～Ｓｉ－Ｈ → ～Ｓｉ－Ｏ－Ｐ－Ｒ_３

【0210】

（ｉｉ）反応性有機ホスフィン、例えば（Ｒ１）ｎ^－（Ｒ２）_３－ｎ有機ホスフィン（ここで、Ｒ１＝アルケン基、スチレニル基、Ｒ２＝アルキル基、フェニル基）例えば、下記に示すジフェニルビニルホスフィン

以下に示すジビニルフェニルホスフィン

以下に示すジフェニルスチリルホスフィン

トリアリルホスフィン（ｎ＝３）。

これらのドーパントを用いたポリシロカーブ前駆体材料との反応は、一般に次のように行われる。
Ｒ_３－Ｐ－Ｃ＝Ｃ ＋ ～Ｓｉ－Ｈ → ～Ｓｉ－Ｃ－Ｃ－Ｐ－Ｒ_３

【0211】

（ｉｉｉ）ＰＨ_３、ＰＣｌ_３、ＰＦ_３、ＰＢｒ_３などのホスフィン類。
ポリシロカーブ前駆体材料とこれらのドーパントとの反応は、一般に、以下のとおりである。
ＰＸ_３ ＋ ３～ＳｉＨ → Ｐ－（Ｓｉ～）_３ ＋ ＨＸ、ここでＸはハロゲン又は水素

【0212】

（ｉｖ）リン酸（Ｈ３ＰＯ４）を含む酸；ポリリン酸（CAS#8017-16-1）；ポリリン酸アンモニウム（CAS#68333-79-9）；（ＯＲ）_３、ここでＲは任意のアルキル基、またはフェニル基、または水素であるＰ；Ｏ＝Ｐ（ＯＲ）_３、ここでＲが任意のアルキル基、またはフェニル基、または水素である；以下に示すトリイソプロピルホスファイト

【0213】

【0214】

以下に示すリン酸トリイソプロピル

【0215】

【0216】

ポリシロカーブ前駆体材料とこれらのドーパントとの反応は、一般に、以下の通りである。

【0217】

２（ＯＨ）_３Ｐ＝Ｏ ＋ ６～Ｓｉ－Ｈ → ２（～Ｓｉ－Ｏ）_３－Ｐ＝Ｏ ＋ ３Ｈ_２

【0218】

通常、非反応性リン材料は液体の前駆体材料（例えば、前駆体組成物）に添加されるが、硬化材料、セラミックＳｉＯＣ、ＳｉＣ原材料、およびこれらの組み合わせやバリエーションに添加することもできる。非反応性材料は、熱分解中にＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料によって保持されるか、またはＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料に組み込まれる。非反応性材料としては、例えば、以下に示すようなリン酸化合物が挙げられる。

【0219】

【0220】

Ｍ＋は、ナトリウム、カリウム、カルシウム、リチウム、アンモニウムなど。

【0221】

以下に示す五酸化リン

【0222】

【0223】

アパタイトグループ（（Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３Ｒ、ここでＲはＦ、ＣｌまたはＯＨ）のようなリン酸塩鉱物、である。）

【0224】

ＮとＰの両方を含む無機ドーパントを使用することもできる。これらは液体の前駆体組成物（例えば、前駆体組成物（１））に添加されるが、硬化物、セラミックＳｉＯＣ、ＳｉＣ原材料、およびこれらの組み合わせやバリエーションに添加することもできる。無機材料は、熱分解中にＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料によって保持されるか、またはＳｉＯＣおよびＳｉＣセラミック材料に組み込まれる。これらの原材料は、単一のドーパント源からＮとＰの両方を供給する共ドープ能力を提供する。共ドーパントには、例えばストルバイト（（ＮＨ_４）ＭｇＰＯ_４－８Ｈ_２０）、窒化リン、五炭窒化三リン（Ｐ_３Ｎ_５）などがある。

【0225】

他の共ドーパント（ＮとＰの供給源）は、シクロホスファゼン化合物、ポリホスファゼン化合物、ヘキサクロロトリホスファゼン化合物である。これらの共ドーパントは、液体の前駆体材料（例えば、前駆体組成物）に添加され、その後、硬化、熱分解またはその両方の工程で、これらの前駆体材料と化学反応する。

【0226】

さらに、前述のように、ドープされたＳｉＣ成形装入物原材料を形成するために使用されるバインダーに、前述のドーパントのいずれかを添加することができる。

【0227】

ドーパントは、約１％、約２％、約２．５％、約５％、２％から約１０％、約１％から約１０％、１５％未満、１０％未満、８％未満、および約２％から約８％の重量パーセントで、前駆体組成物に添加することができる。ドーパントは、約１％、約１％から約１０％、約２％、約２．５％、約５％、約２％から約１０％、１５％未満、１０％未満、８％未満、および約２％から約８％の重量パーセントでバインダーに添加することができる。

【0228】

硬化工程や各熱分解工程では、例えば歩留まり損失などの材料の損失が発生する。これらの歩留まり損失には、ドーパント材料の損失も含まれる。したがって、フラックス形成および結晶成長に使用するＳｉＣ原材料に必要な量のドーパント原子を供給するために、これらの歩留まり損失を考慮して十分な量のドーパントを添加する必要がある。

ドープ結晶成長－概要

【0229】

炭化シリコンは一般に液相を持たず、真空下で約１，７００～１，８００℃以上の温度で昇華する。一般に、工業用および商業用の用途では、昇華が約２，５００°Ｃ以上の温度で起こるように条件が設定さている。炭化シリコンが昇華する際、通常、シリコンと炭素のいくつかの異なる種からなる蒸気を形成する。一般に、原材料（例えば成形装入物）の組成と形状、温度、圧力が、シリコン炭素蒸気中の気相成分の比率を決定すると理解されている。

【0230】

本発明は、特に、ＳｉＣ原材料、例えば、蒸着結晶成長プロセスで使用する粉末中に存在するＳｉＯＣ出発材料中のドーパント（例えば、ＳｉＣウェハーに特定の所定の特性を提供することを意図した添加剤、元素、化合物）の存在を予め決定し、予め選択し、制御することを提供する。

【0231】

炭化シリコンは昇華する際、例えばＳｉ、Ｃ、ＳｉＣ、Ｓｉ_２Ｃ、ＳｉＣ_２といった様々な種類のシリコンと炭素からなる蒸気を形成する。

【0232】

概して、本発明は、本願のｐ型結晶、低抵抗率ｐ型結晶および低抵抗率ｎ型結晶を成長させる目的で、当該技術分野でよく理解され公知であるＰＶＴ法およびＰＶＴ装置（例えば、米国特許第４，８６６，００５号明細書（その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる））を使用する。昇華結晶成長では、通常、シリコンと炭素からなる元素源またはＳｉＣ粉末を昇華させてＳｉ原子とＣ原子の蒸気フラックスを生成し、この蒸気フラックスがシード結晶上に凝縮し、最終的に大きな結晶が形成される。ＳｉＣ結晶の電気的特性（例えば、抵抗率／導電率）を制御するために、不純物原子が蒸気流に添加され、シリコン原子や炭素原子とともに結晶に取り込まれる。結晶中への不純物の取り込みは、シード温度、圧力、シード面（シリコンまたは炭素）、蒸気流中の炭素とシリコンの原子比率に影響される。蒸気流中の炭素とシリコンの比率は、原材料の設計、原材料の温度、および圧力に関連している。

【0233】

シリコンとアルミニウムの原子サイズは類似しており、その結果、アルミニウム不純物原子は主に結晶中のシリコンの位置（電気的に活性な原子不純物として）、または格子間に位置することになる。アルミニウム原子がシリコンの位置に存在する可能性を高めるには、炭素過剰の蒸気流が望ましい。

【0234】

従来の非ＰＤＣ原材料を用いたＳｉＣの典型的な昇華成長では、蒸気流は通常、炭素よりもシリコンの方が多い。その結果、アルミニウム原子はシリコンサイトを占有するためにシリコン原子と競合しなければならない。シリコン金属、グラファイト、ＳｉＣ研磨材などの無機源に基づくＳｉＣ昇華成長のこの特性は、結晶から切り出されたウェハーの導電性が半導体デバイス製造に有用であるように、結晶に十分なアルミニウムを組み込むことを困難にする。

【0235】

本発明の実施形態は、特に、過剰な炭素を有する原材料を有する能力を有するようにし、且つドーパントが原材料に組み込まれて原材料によって保持されるようにすることによって、この問題を克服する。従って、これらのドープされたＰＤＣ原材料は、予想外に、ＳｉＣ結晶中にｐ型ドーパントを高効率で取り込むための有利なフラックス条件を提供することができる。これにより、ｐ型結晶の電気的特性が向上し、この結晶から切り出されたウェハーが、より高品質で優れた電気的特性を有し、特に半導体デバイス製造に商業的に有用なものとなる。

【0236】

実施形態では、ＰＤＣ成形装入物原材料の使用から、フラックスのＳｉ／Ｃ比に影響を与え、制御する能力が、結晶のＣ面上で成長する際に、結晶中へのｐ型ドーパント原子不純物の取り込みを促進する可能性がより高いＳｉ／Ｃ比を作り出す能力を提供するという点で、予期しないことがある。シードにおけるフラックスのＳｉ／Ｃ比は、時間の経過とともに低下する可能性はあるが、１の値以下に低下することはなく、ｐ型ドーパントの取り込みが促進される。したがって、本発明の成形装入物原材料の実施形態は、Ｃ面またはＳｉ面のシードを使用するＰＶＴプロセスにおいてｐ型ＳｉＣ結晶を成長させる能力を提供する。特に、ｐ型結晶は、ＣまたはＳｉ面、４Ｈまたは６Ｈシード上に成長させることができる。

【0237】

ブールの好ましい実施形態は単結晶であり、単一のポリタイプのみを有する。複数のポリタイプを有するブール、複数の結晶を有するブール、およびその両方を有するブールの実施形態も、本明細書によって想定されることが理解される。

【0238】

一実施形態では、液体のＰＤＣ出発材料、好ましくはポリシロカーブ前駆体、より好ましくは液体のポリシロカーブ前駆体は、ＳｉＣ結晶に所定の特性を提供するために、所定のドーパントを添加するか又は含有する（例えば、化学結合、化学錯体、溶液中、ポリマーの骨格中、混合物中等）。

【0239】

ドーパントは、液体の出発材料中に存在させることが好ましいが、例えば、硬化したＳｉＯＣ材料、セラミックＳｉＯＣ材料、および成形装入物に添加する、組み合わせる、または混合することもできる。窒素のような状況によっては、ＳｉＣ結晶成長プロセス中にドーパントを気体として添加することもできる。

【0240】

ドーパントは、例えば元素のような単一の材料とすることも、典型的には周期表の同じ列から選択される２つ、３つ又はそれ以上の元素とすることもできる。周期表の同じ列の異なる材料を組み合わせて使用することで、ＳｉＣ結晶の応力が低減すると考えられる（したがって、電子価数構造は類似しているが、サイズはわずかに異なる）。その結果、より高品質で有用なブールとウェハーが得られる。

【0241】

ｐ型のＳｉＣ結晶、ブール、およびウェハーを製造するための好ましいドーパントは、１３族から選択される元素（ホウ素等）である。ｐ型のＳｉＣ結晶、ブール、およびウェハーを製造するための好ましいドーパントは、アルミニウムである。
ｎ型ＳｉＣ結晶、ブールおよびウェハーを製造するための好ましいドーパントは、１５族から選択される元素（窒素等）である。ｎ型のＳｉＣ結晶、ブール、およびウェハーを製造するための好ましいドーパントは、窒素、リンおよびこれらの組み合わせである。

【0242】

（このましくは液体ポリシロカーブ材料内で）ドーパントとして、リン、および窒素とリンの組み合わせを使用することにより、抵抗率の低いＳｉＣウェハーを提供することが可能となる。

【0243】

ドープ結晶（例えば、ｐ型、低抵抗ｐ型、低抵抗ｎ型）のそれほど好ましくない実施形態では、ドーパントは結晶の長さにわたって均一ではない。この実施形態では、（電気的に活性な原子不純物としての）ドーパントの濃度は、シードボトム（結晶の成長が始まる側）からテールトップ（成長が終わる側）の側まで変化し、この変化は、結晶の直径を横切って放射状に変化し得（結晶の最小ドーパント濃度に対する最大ドーパント濃度の割合として）、それは約３００％～５％の範囲である。

【0244】

好ましい実施形態においては、ドープされた成形装入物原材料の実施形態の使用は、テールからシード（すなわち、結晶の長さまたは高さ）および半径方向（結晶の直径にわたって）の両方について、これらの変動を、約１００％～５％、２００％未満、１５０％未満、１００％未満、５０％未満、および２５％未満、および１０５％未満に低減する。このような変動の低減はさらに、ＰＶＴ装置で成長した結晶の大部分、実質的にすべて（すなわち９０％以上）が同じ低い変動を有するという一貫した方法で得ることができる。

【0245】

実施形態では、ドープされたＳｉＣ結晶（例えば、ｐ型、低抵抗率ｐ型、低抵抗率ｎ型）は、結晶の構造全体にわたって実質的に均一なドーパントの分布を有し、これは、結晶へのドーパントの取り込みの均一性を提供する方法で成形装入物に分布されたドーパントを有する所定のドープされた成形装入物原材料を使用することによって得られる。したがって、結晶、インゴット、ブール、またはウェハーの実施形態における、長さ（例えば、テール側からシード側（「上下」））および半径方向（直径に沿って移動する横から横への測定値（「左右」））にわたるドーパント濃度または電気活性原子不純物濃度の変動は、約１０％未満、約５％未満、約２％未満、および１％未満である。したがって、これらの結晶材料の全体は、意図された電気特性（例えば、ｐ型電気的挙動、ｐ型低抵抗率電気的挙動、ｎ型低抵抗率電気的挙動）を示し、同じ程度である。これにより、結晶、例えばブールをＳｉＣウェハーに変換することができ、意図した電気的挙動がウェハー全体に、特にウェハーの厚さ全体に存在する。ドーパントまたは電気的に活性な不純物が実質的に材料全体に均一に分布している（すなわち、上述したように、上下左右のばらつきが１０％未満である）ようなこれらの材料を、本明細書では、「均一」または「一様に」ドープされたＳｉＣウェハー、インゴット、結晶、またはブールと呼ぶ。

【0246】

したがって、実施形態では、ｐ型ＳｉＣウェハーにはｎ型材料の層がない。さらに、好ましい実施形態では、このｐ型ＳｉＣウェハー（ｐ型結晶およびｐ型ブールも）は、ウェハー（ｐ型結晶およびｐ型ブールも）の全体にわたって、特にウェハーの厚さ全体にわたって分布した電気的に活性なドナー原子を有する。さらに、好ましい実施形態では、このｐ型ＳｉＣウェハー（ｐ型結晶およびｐ型ブールも）は、ウェハー（ｐ型結晶およびｐ型ブールも）の全体、特にウェハーの厚さ全体に分布した電気的に活性な原子不純物を有する。ドーパントまたは電気的に活性な不純物が材料全体に実質的に均一に分布している（すなわち、上記で一般的に説明したように、上下左右のばらつきが１０％未満である）ようなこれらの材料を、本明細書では「均一なｐ型ＳｉＣ」ウェハー、インゴット、結晶またはブールと呼ぶ。これらの均一なｐ型ＳｉＣ結晶、インゴット、ブール、ウェハーには、ｐ^＋型およびｐ^－型も含まれる。

【0247】

低抵抗ＳｉＣウェハーには、ｎ型とｐ型がある。好ましくは、ｎ型低抵抗ＳｉＣウェハーでは、ドーパントはリン、またはリンと窒素の混合物である。好ましくは、低抵抗率の結晶、インゴット、ブール、及びウェハー中のドーパントは、１００％未満、５０％未満、２５％未満のばらつきで、結晶マトリックス全体に分布しており、より好ましくは、均一な低抵抗率ＳｉＣ材料である。

【0248】

本発明は、ブールの成長のための方法およびプロセス、例えば、ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ｐ型またはｎ型ＳｉＣの単結晶ブールを形成するためのＳｉＣの蒸着であって、非常に平坦な、例えば、ブールの面において限られた量の湾曲または円弧を有するブールの成長のための方法およびプロセスの実施形態を提供する。ブールの非常に平坦なプロファイルは、主に、蒸着装置内に配置される事前選択された形状のＳｉＣパックを使用することによって達成される。予め選択された形状物、例えば成形装入物は、蒸着プロセス中、蒸気フラックスのエリアおよびそのエリア内の流れが、ブールの成長プロセス全体にわたって一定に保たれるように構成される。このようにして、ブールが成長する際にブールの表面に蒸着されるＳｉＣの速度と量は、ブールの成長プロセス中、一貫して均一なままとなる。従って、例えば直径６インチのブールを成長させる場合、フラックスの流れるエリアは２８．２７インチ^２となり、そのエリアを流れるＳｉＣの流量と量は、例えば長さ３インチのブールや長さ４インチのブールなどの、ブールの成長中にその面積全体にわたって均一となる。昇華に利用可能なＳｉＣの量と位置が、プロセス中にパック内で変化しても、パックの形状は、例えば「方向性フラックス」と呼ばれるフラックスの流れを、ブールの面に直接隣接する領域全体で均一に保つ方法で、フラックスを誘導する。成形装入物およびＳｉＣ結晶を成長させるための装入物の使用は、米国特許公開公報２０１８／０２９０８９３号に開示および教示されており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0249】

一実施形態では、フラックスは成長プロセスを通じて一定に維持されない。従って、この実施形態では、ブールまたは成長面の領域の所定の成長を提供するために、成長面全体にわたるフラックスの速度、分布は、管理され、例えば、所定の方法で制御される。従って、例えば、成長の後期には、ブールの成長において生じた不均一性を補償するために、フラックスを所定の方法に向けることができる。この例では、成長の初期段階でフラックスが大きかったエリアは、成長の後期段階でフラックスが小さくなり、同様に、成長の初期段階でフラックスが小さかったエリアは、成長の後期段階でフラックスが大きくなる。このようにして、最終的なブール成長面は、ブール面の曲率を最小化、すなわち曲率半径を最大化する。

【0250】

一実施形態では、制御されたフラックス、より好ましくは方向性フラックスを使用することにより、シード端の上方に向けた場合に正の曲率半径を有するテール端によって画定される特徴的な形状を有する直径４～８インチのｐ型ＳｉＣ又は低抵抗率ＳｉＣブールを提供することができる。この半径は通常、直径４～８インチのＳｉＣ結晶の場合、１０～２００インチの範囲である。

【0251】

実施形態において、テールの曲率半径（すなわち、曲率の逆数）は、少なくとも約６インチ、少なくとも約８インチ、少なくとも約２０インチ、少なくとも約６０インチ、および無限に近い（すなわち、平面）、ならびにこれらの値の範囲内のすべての値とすることができる。６インチのブールの一実施形態において、その曲率半径（すなわち、曲率の逆数）は、少なくとも約１０インチ、少なくとも約１５インチ、少なくとも約２５インチ、少なくとも約６０インチ、および無限（すなわち、平面）に近づくだけでなく、これらの値の範囲内のすべての値である。一実施形態では、ブール面の曲率半径は、ブール面の長さの少なくとも２倍、ブール面の長さの少なくとも５倍、ブール面の長さの少なくとも１０倍、およびブール面の長さの少なくとも２５倍、ならびにブール面が平面となるまで、およびこの範囲内のすべての値である。

【0252】

一実施形態では、ＰＤＣ原材料の組成と構成に加えて、温度だけでなく圧力でもフラックスを操作することができる。所定の成長温度では、チャンバ圧力を上げることで成長を遅くすることができる。最も速い速度は、通常、「完全」真空下（例えば、真空ポンプがオンで、チャンバ圧力を可能な限り低く保つ）である。したがって、例として、４００μｍ／ｈｒでブールを成長させるには、Ｐ１の完全真空下で温度Ｔ１で成長させるか、または数ｍＢａｒから数１０ｍＢａｒのアルゴン分圧（Ｐ２＞Ｐ１）で温度Ｔ２＞Ｔ１で成長させることができる。このようにして、フラックスと成長速度を「調整」することができる。

【0253】

実施形態では、ポリマー由来のドープされたＳｉＣは、経時的により一貫したフラックス組成により、ｐ型ＳｉＣ又は低抵抗率ＳｉＣブールにおいてより優れたポリタイプ安定性を付与する。この実施形態、すなわち制御されたポリタイプの安定性は、ブール製造業者にとって貴重かつ重要である。なぜなら、成長途中でポリタイプがシフトすることは、ブールの一部のみが元のポリタイプであることを意味し、これは通常、そこから製造されるチップのデバイス性能に影響する電子特性に悪影響を及ぼすからである。

【0254】

図４には、ｐ型、または低抵抗率のｐ型またはｎ型のＳｉＣ結晶および結晶構造を成長させる装置の概略断面図が示されている。気相成長装置およびプロセス、特にＰＤＣＳｉＣ原材料を使用するＰＶＴ装置およびプロセスは、米国特許第１０，７５３，０１０号および公開公報第２０１８／０２９０８９３号に開示されており、これらの各々の開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。蒸着装置１８００は、側壁１８０８、底部または底壁１８０９、および頂部または頂壁１８１０を有する容器である。壁１８０８、１８０９、１８１０はポート１８０６、１８０７、１８０５を有することができ、これらは開口、ノズル、バルブとすることができ、装置１８００に出入りする気体の流れを制御または許可することができる。装置１８００は、加熱要素１８０４に関連付けられている。加熱要素は、装置１８００の内部に単一の温度ゾーン、または複数の温度ゾーンを提供するように構成されて動作することができる。装置１８００の内部には、ドープされたＳｉＣ体積形状物（一実施形態では、ドーパントは、ＳｉＣ体積形状物を作るために使用されるバインダーに組み込まれるか、またはバインダーの一部とすることができることに留意されたい）に一緒に形成されたドープされたＳｉＣ粒子から作られた成形装入物１８０１がある。

【0255】

成形装入物１８０１は、所定の多孔性および密度を有することができる。ＳｉＣ粒子は、所定の多孔性および密度を有することができる。ＳｉＣ粒子は、好ましくはバインダーによって、一緒に保持される。成形装入物１８０１は、炭素リッチ、炭素欠乏、または化学量論的であることができる。成形装入物１８０１は、炭素リッチ、炭素欠乏、または化学量論的であるゾーンまたは層を有することができる。好ましくは、ＳｉＣ粒子は、ＳｉＯＣポリマー由来のＳｉＣである。非ポリマー由来のＳｉＣも、成形装入物の一部または全部として使用することができる。成形装入物１８０１は、矢印１８２１で示す高さ、及び断面又は直径１８２０を有する。成形装入物１８０１は、上側面又は上面１８２３及び下面１８２４を有する。この実施形態において、成形装入物１８０１は、平坦な上部及び底部シリンダーとして示されるており、本明細書によって企図される体積形状物のいずれもが、装置１８００において使用され得ることが理解される。

【0256】

装置１８００の上部１８１０には、シード結晶１８０２があり、シード結晶は、シード結晶１８０２上に成長される結晶に見出されることが意図されるのと同じ種類および量のドーピングを有することができる。シード結晶１８００は表面１８０２ａを有する。シード結晶１８０２は、断面または直径１８２２および高さ１８２３を有する。いくつかの実施形態では、シード結晶は、表面１８０２ａと表面１８２３との間の距離を調整するために、可動プラットフォーム１８０３に取り付けることができる。

【0257】

成形装入物１８０１の直径１８２０は、シード結晶１８０２の直径１８２２より大きくすることも、小さくすることも、同じにすることもできる。

【0258】

動作中、加熱要素１８０４は、ＳｉＣおよびドーパントが昇華する温度にまで成形装入物１８０１の温度を上昇させる。この昇華は、シリコンと炭素とドーパントの様々な種を有するガスの形成を生じさせる。このガス、すなわちフラックスは、表面１８０２ａと１８２３との間のエリア１８５０に存在する。多孔性または他の要因によっては、フラックスは成形装入物１８０１内にも存在することがある。フラックスは、エリア１８５０を通ってデバイス１８００内を上昇し、そこでｐ型ＳｉＣまたはｎ型、あるいはｐ型低抵抗率ＳｉＣを表面１８０２ａ上に堆積させる。表面１８０２ａは、ガス状のシリコン炭素種およびドーパント原子不純物がドープされたＳｉＣ結晶を形成する表面上に析出するのに十分に冷たい温度に保たれなければならない。このようにして、シード結晶１８０２は、その表面上にポリタイプに一致した配向でドーパントを有する成長したＳｉＣを連続的に加えることによって、ｐ型、またはｎ型、またはｐ型の低抵抗率ＳｉＣ結晶に成長する。したがって、装置１８０３（完全に引き込まれた位置に示されている）によって調整されなければ、ブールの成長中、表面１８０３は底部１８０９に向かって成長し、したがって、表面１８０２ａと底部１８０９との間の距離は減少する。成形装入物の形状は、蒸着プロセス中に成形装入物内に所定の温度差を生じさせるために用いることができる。この所定の温度差は、蒸気の形成を減少させるかまたは防止するプロセス中に成形装入物内に種が蓄積する状態であるパッシベーションの有害な影響に対処し、それを低減および除去することができる。

【0259】

ｐ型のドーパントのみが使用される実施形態では、窒素のようなドナー原子の供給源とみなされる、またはそうである原材料の存在は、最小限に抑えられ、最小限にされ、また排除されるべきである。（他の実施形態では、窒素はｐ型ドーパントよりも少ない量で存在してもよく、それでもｐ型原材料、すなわち負のＮｃを有する結晶を成長させるように構成された原材料を得ることができることに留意されたい）。

【0260】

昇華および堆積のプロセスは、原材料自体の体積形状物、例えば成形装入物の表面および内部で行われ、自然に生じる原材料中の熱勾配に従うか、またはその熱勾配は体積形状物の形状によって判断され得ることが理論化されている。実施形態において、結合材は、好ましくは、昇華温度の間、存在し続け、体積形状物の形状および完全性を維持し、従って、ＳｉＣの昇華温度以下では昇華しない。この熱勾配は、通常、外部から内部に向かって上方に向かう。材料は絶えず昇華し、隣接する粒子に再堆積し、このようにしてドーパントと同様にＳｉ－Ｃ種の還流または固体状態の「分別蒸留」または「分別昇華」を受けると理論化されている。

【0261】

さらに、一実施形態では、体積形状物およびその所定の勾配により、一部の重い不純物が体積形状物の構造内の成長チャンバの底部に捕捉される一方で、軽い元素がＳｉ－Ｃ蒸気とともに昇華してシードに運ばれる可能性があると理論化されている。これにより理論的には、ドーパントやその他の添加剤をプロセスや成長サイクルの所定のタイミングで放出させることができる。

【0262】

一実施形態では、成形装入物は、所与の温度に対してより一貫したフラックス形成速度を提供する。成形装入物の形状は、形状全体を通してより均一な温度を提供するように調整することができ、形状のより高い体積分率を一度に昇華させることを可能にし、標準的な粉末の山又は円筒形状の粉末よりも所与の温度でシード／蒸気界面においてより高いフラックス速度で動作する。従って、より低温の成長プロセスを必要とするポリタイプの成長が、結果としてより遅い成長速度に制限されない。

【0263】

昇華速度はグラム／時間で測定される。フラックスは、グラム／ｃｍ^２・ｈｒ（すなわち、あるエリアを通過する材料の速度）で与えられる。したがって、重要なエリアは、ブール成長面の瞬間的な表面積に対応するフラックスエリアであり、例えば、ＳｉＣが堆積しているブールの面である。通常、フラックスエリアとブール面のエリアはほぼ同じであり、これらのエリアは通常、蒸着装置の成長チャンバの断面積よりもわずかに小さい。

【0264】

計算とこの分析を目的として、計算を容易にするため、成長チャンバの断面積は、フラックスとブール面の面積と同じであると仮定する。したがって、ブールの成長速度（μｍ／ｈｒ）は、ブール面のエリア（ｃｍ^２）を通して、蒸気フラックス、またμｍ／ｈｒ→ｇ／ｈｒ（完全に緻密なＳｉＣの密度は３．２１ｇ／ｃｃ）と等しくすることができる。その場での測定は、Ｘ線イメージングまたはＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）によって行うことができる。また、成長前後のブールの重量を測定することで、平均成長速度を求めることもできる。

【0265】

典型的な商業的成長速度は２００－５００μｍ／ｈｒの範囲である。本発明のプロセスおよび体積形状物の実施形態は、これらの既存の商業的速度をはるかに上回ると同時に、同等以上に優れた品質のブールを提供する。例えば、本発明の実施形態は、高温および低圧で、約５５０～約１，１０００μｍ／ｈｒ、約８００～約１，０００μｍ／ｈｒ、約９００～約１，１００μｍ／ｈｒ、約７００μｍ／ｈｒ、約８００μｍ／ｈｒ、約９００μｍ／ｈｒ、約１，０００μｍ／ｈｒ、１，１００μｍ／ｈｒの成長速度を有することができる。より高い速度も考えられるが、より遅い速度も使用でき、またこれらの範囲内のすべての速度も使用できる。

【0266】

概して、成長速度は、１）温度、２）供給されるガス圧（Ａｒ、Ｎ_２など）によって左右される。ガス圧が高いと、シードやブールの表面でシリコン炭素種の蒸気圧が希釈され、任意の温度での成長速度が遅くなる。従って、圧力は成長速度を「ダイヤルイン（dial-in）」するために使用することができる。

【0267】

したがって、一定の温度が与えられた体積形状物、例えば成形装入物の実施形態は、約４インチ～約１０インチの直径、約６インチ～約８インチの直径、約４インチの直径、約６インチの直径、約８インチの直径、それよりも大きい直径、およびそれよりも小さい直径、ならびにこれらの値の範囲内のすべての直径を有するこのような結晶を含む、ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣ結晶の成長の操作全体にわたって、一貫したフラックス生成速度、例えば一定を維持することができる。体積形状物の実施形態は、ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣ結晶の成長プロセス全体の温度が一定である場合、フラックス生成速度、したがってブール成長速度を、一定速度、約０．００１％未満の変化率、約０．０１％未満の変化率、約１％未満の変化率、約５％未満の変化率、約２０％未満の変化率、約０．００１％から約１５％までの変化率、約０．０１％から約５％までの変化率、結晶成長中のこれらの組み合わせおよびバリエーション、ならびにこれらの値の範囲内のすべての値に維持することができる。実施形態では、一定温度において、フラックス形成速度は、その最大速度の約９９．９９９％から約６０％；その最大速度の約９９％から約９５％；その最大速度の約９９．９９％から約８０％；その最大速度の約９９％から約７０％；その最大速度の約９５％から約７０％；その最大速度の約９９％から約９５％；およびブールの成長中のこれらの組み合わせおよびバリエーション、ならびにこれらの割合の範囲内のすべての値のままである。

【0268】

実施形態は、例えば、異なるタイプの粉末出発材料、異なるバインダー、およびこれらの組み合わせやバリエーションを有する、層、ゾーン、エリアなどの、形状全体にわたって粉末の異なる化学量論、異なるバインダー含有量、異なるドーパント含有量、およびそれらの全ての分布を提供する。異なる化学量論、異なるバインダー含有量、およびその両方のこの所定の分布は、以下を含むいくつかの利点を提供する。原材料が外側から内側へ消費されるにつれて昇華組成のカスタマイズが可能になり、成長サイクルの最初から最後までの組成のシフトが少なくなる。異なる化学量論、異なるバインダーの含有量、およびその両方の所定の分布は、蒸気の組成が一定であるため、ポリタイプの安定性を高めることもできる。

【0269】

本発明の実施形態には、エレクトロニクスおよび半導体用途への応用のためのｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣウェハーの製造におけるドープされたＳｉＣの使用が含まれる。ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣ結晶および後に使用するｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣウェハーを作製するための蒸着装置およびプロセスの両方において、ドープされた（好ましくは高純度の）ＳｉＣが必要とされる。

【0270】

本発明のポリシロカーブｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣの実施形態、およびポリシロカーブ由来ＳｉＣから作製されるｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣブール、ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣウェハー、およびその他の構造体は、多形性を示し、一般に多形性と呼ばれるポリタイプ性を示す。したがって、ポリシロカーブ由来のｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣは、多くの、理論的には無限の、異なるポリタイプで存在し得る。本明細書で使用する場合、明示的に別段の定めがない限り、ポリタイプ性、ポリタイプ、および類似のこのような用語は、可能な限り広い意味を与えられるべきであり、炭化シリコン四面体（ＳｉＣ^４）が構成される様々な異なるフレーム、構造、または配置を含むものとする。一般に、これらのポリタイプは、α（アルファ）とβ（ベータ）の２つのカテゴリーに分類される。

【0271】

ポリシロカーブ由来のｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣのαカテゴリーの実施形態は、通常、六方晶（Ｈ）、菱面体晶（Ｒ）、三方晶（Ｔ）構造を含み、これらの組み合わせを含むことができる。βカテゴリーは、典型的には立方晶（Ｃ）または亜鉛閃石構造を含む。したがって、例えば、ポリシロカーブ由来のｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣのポリタイプには、以下が含まれる：ＡＢＣＡＢＣ．．．の積層配列を持つ３Ｃ－ＳｉＣ（β－ＳｉＣまたはβ３Ｃ－ＳｉＣ）；ＡＢＡＢ．．．の積層配列を持つ２Ｈ－ＳｉＣ；ＡＢＣＢＡＢＣＢ．．．の積層配列を持つ４Ｈ－ＳｉＣ；およびＡＢＣＡＣＢＡＢＣＡＣＢ．．．の積層配列を持つ６Ｈ－ＳｉＣ（α化シリコンの一般的な形態、α６Ｈ－ＳｉＣ）。α炭化シリコンの他の形態の例としては、８Ｈ、１０Ｈ、１６Ｈ、１８Ｈ、１９Ｈ、１５Ｒ、２１Ｒ、２４Ｈ、３３Ｒ、３９Ｒ、２７Ｒ、４８Ｈ、５１Ｒなどがある。

【0272】

ポリシロカーブ由来のｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣの実施形態は、多結晶であっても単結晶であってもよい。一般に、多結晶材料では、材料の２つの結晶粒または結晶子間の界面として粒界が存在する。これらの粒界は、異なる配向性を持つ同じ多結晶体間、または同じ配向性または異なる配向性を持つ異なる多結晶体間、およびこれらの組み合わせやバリエーションとすることができる。単結晶構造は、単一のポリタイプで構成され、実質的に粒界を持たない。好ましい実施形態では、ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣは単結晶である。

【0273】

本方法の実施形態により、ブール、好ましくはｐ型ＳｉＣ単結晶または低抵抗率ＳｉＣブールが得られる。これらのブールは、約１／２インチから約５インチ、約１／２インチから約３インチ、約１インチから約２インチ、約１／２インチより大きい、約１インチより大きい、および約２インチより大きい長さを有することができる。より大きいサイズおよびより小さいサイズ、ならびにこれらのサイズの範囲内のすべての値が企図される。ブールは、約１／２インチから約９インチ、約２インチから約８インチ、約１インチから約６インチ、約１インチより大きい、約２インチより大きい、約４インチ、約６インチ、約８インチ、約１２インチ、および約１８インチの断面、例えば直径を有することができる。他のサイズ、ならびに、これらのサイズの範囲内のすべての値が、企図される。

ｐ型ウェハーと低抵抗ウェハー－概要

【0274】

一般に、ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣブールから電子部品を製造するプロセスには、ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣ単結晶ブールを薄いウェハーに切断することが含まれる。製造されたＳｉＣウェハーが、ＳｉＣベースの半導体デバイス製造の出発点となる。ＳＥＭＩ（www.semi.org）は、１５０ｍｍまでの様々な直径のＳｉＣウェハーの仕様に関する規格を開発し、公表している。これらの規格は当業者によく知られ、理解されている。ＳｉＣ業界では、ｐ型ＳｉＣ結晶およびウェハーの商業化が事前に制限されており、ｎ型、窒素ドープされたＳｉＣ結晶およびウェハーしか商業化されていないため、半導体デバイスの製造に使用するのに適したＳｉＣウェハーを製造するための最もよく知られた方法は、ＳｉＣｎ型ウェハーに基づいており、ｐ型、ｎ型低抵抗率、およびｐ型低抵抗率ウェハーの製造に使用することができる。

【0275】

本発明のドープされたウェハーの実施形態は、切断されたブールの直径を有し、典型的には約１００μｍから約５００μｍの厚さを有する。好ましくは、ｐ型の電気特性または低抵抗特性は、ブールの全長またはウェハーの全厚さにわたって分布している。より好ましくは、ｐ型の電気特性又は低抵抗率特性は、ブールの全長又はウェハーの全厚さにわたって均一に分布している。ｐ型ＳｉＣウェハーまたは低抵抗率ＳｉＣウェハーは、その後、片面または両面が研磨される。研磨されたウェハーは、マイクロエレクトロニクス半導体デバイスの製造用基板として使用される。このように、ｐ型ＳｉＣウェハーまたは低抵抗率ＳｉＣウェハーは、ウェハー上に構築されるマイクロエレクトロニクスデバイスの基板として機能する。これらのマイクロエレクトロニクスデバイスの製造には、エピタキシャル成長、ドーピングまたはイオン注入、エッチング、各種材料の蒸着、フォトリソグラフィによるパターン形成などの微細加工工程が含まれる。ｐ型ＳｉＣウェハーまたは低抵抗ＳｉＣウェハーから製造されると、ウェハー、ひいては個々のマイクロ回路は、ダイシングとして知られるプロセスで、個々の半導体デバイスに分離される。これらのデバイスは、例えば様々な大型半導体デバイスや電子デバイスの製造に使用される。

【0276】

本発明の方法およびその結果得られるｐ型ＳｉＣウェハーまたは低抵抗率ＳｉＣウェハーの実施形態には、特に、直径約２インチまたはそれ以下のウェハーおよびそれ以下、直径約３インチのウェハー、直径約４インチのウェハー、直径約５インチのウェハー、直径約６インチのウェハー、直径約７インチのウェハー、直径約１２インチのウェハー、およびそれより大きい可能性のある直径約２インチから約８インチのウェハー、直径約４インチから約６インチのウェハー、正方形状、円形状、その他の形状のウェハー、一辺あたりの表面積が約１平方インチ、約４平方インチ、約８平方インチ、約１０平方インチ、約１２平方インチ、約３０平方インチ、約５０平方インチおよびより大きいか小さい表面積のウェハー、厚さ約１００μｍ、厚さ約２００μｍ、厚さ約３００μｍ、厚さ約５００μｍ、厚さ約７００μｍ、厚さ約５０μｍから約８００μｍ、厚さ約１００μｍから約７００μｍ、厚さ約１００μｍから約４００μｍ、厚さ約１００μｍから約３００μｍ、厚さ約１００μｍから約２００μｍ、およびそれ以上の厚さおよびそれ以下の厚さのウェハー、ならびにこれらの組み合わせおよび変形、ならびにこれらの寸法の範囲内のすべての値であるウェハーが含まれる。

【0277】

本方法の実施形態およびその結果得られる切断および研磨されたｐ型ＳｉＣウェハーまたは低抵抗率ＳｉＣウェハーは、成長したブールの残りの部分が構造と一致するブールの成長を開始するために（すなわち、「シード」として）使用されることも含むことができる。ｐ型ＳｉＣウェハーまたは低抵抗率ＳｉＣウェハー、あるいはｐ型ＳｉＣウェハーまたは低抵抗率ＳｉＣシードは、特に、直径約２インチ以下のウェハー、直径約３インチ以下のウェハー、直径約４インチ以下のウェハー、直径約５インチ以下のウェハー、直径約６インチ以下のウェハー、直径約７インチ以下のウェハー、直径約１２インチのウェハー、およびそれより大きいウェハー、直径約２インチから約８インチのウェハー、直径約４インチから約６インチのウェハー、正方形状、円形状、およびその他の形状のウェハー、一辺あたりの表面積が約４平方インチ、約８平方インチ、約１２平方インチ、約３０平方インチのウェハー、厚さ約１００μｍ、厚さ約２００μｍ、厚さ約３００μｍ、厚さ約５００μｍ、厚さ約１５００μｍ、厚さ約２５００μｍ、厚さ約５０μｍから約２０００μｍ、厚さ約５００μｍから約１８００μｍ、厚さ約８００μｍから約１５００μｍ、厚さ約５００μｍから約１２００μｍ、厚さ約２００μｍから約２０００μｍ、厚さ約５０μｍから約２５００μｍ、およびこれより大きい厚さと小さい厚さのウェハー、およびこれらの組み合わせと変形、ならびにこれらの寸法の範囲内のすべての値を有するウェハーとすることができる。

【0278】

本発明のｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣブール、ｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣウェハー、およびこれらのウェハーから製造されるマイクロエレクトロニクスの実施形態は、特に、ダイオード、広帯域増幅器、軍事通信、レーダー、電気通信、データリンクおよび戦術的データリンク、衛星通信およびポイントツーポイント無線パワーエレクトロニクス、ＬＥＤ、レーザー、照明、ならびにセンサーへの応用および利用を見出すことができる。さらに、これらの実施形態は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）ベースのモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）やＩＧＢＴを含むＨＥＭＴなどのトランジスタへの応用や用途を見出すことができる。これらのトランジスタは、分散型（進行波型）増幅器設計アプローチを採用することができ、ＳｉＣのバンドギャップが大きいため、小さな実装面積で極めて広い帯域幅を実現することができる。したがって、本発明の実施形態には、本発明の方法、蒸着技術、ポリマー由来のＳｉＣ、ＳｉＣブール、ＳｉＣウェハー、およびこれらのウェハーから作製されるマイクロエレクトロニクスから作製されるか、またはそれらに基づく、これらのデバイスおよび物品が含まれる。

【0279】

ポリシロカーブ由来のｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣ、特に高純度ＳｉＣの実施形態は、とりわけ、エレクトロニクス、太陽電池、および送電産業や用途での使用に有利で望ましい多くのユニークな特性を有する。高純度ＳｉＣは、非常に安定したｐ型または低抵抗の半導体材料として機能し、高出力、高周波、高温、腐食性の環境および用途を含む、いくつかの要求の厳しい用途に適している。ポリマー由来のｐ型ＳｉＣまたは低抵抗率ＳｉＣは、４２４ＧＰａのヤング率を持つ非常に硬い材料である。

【0280】

一実施形態では、ドーパントを材料に添加する必要がある場合、ドーパントは前駆体によって添加することができ、したがって、ブールまたは他の構造への成長のために制御された態様および量で存在することができる。前駆体組成物の実施形態は、蒸着プロセス時にドーパントが利用可能で使用可能な形態となるように、ドーパント、またはドーパントをセラミックおよび変換されたＳｉＣに運んで結合させる錯体を有することができる。

【0281】

さらに、ドーパント又は他の添加物は、ポリマー由来のＳｉＣの実施形態から製造されるウェハー、層、および構造に、カスタム特性または所定の特性を提供する。これらの実施形態では、このような特性を向上させる添加剤は、最終製品に含まれることが意図され、最終製品に含まれることが必要であるため、不純物とはみなされない。特性を向上させる添加剤は、液体の前駆体材料に組み込むことができる。特性を向上させる添加剤の性質によっては、前駆体のバックボーンの一部であったり、液体前駆体に組み込むために錯体化されたり、錯体の一部であったり、あるいは残ることを可能にする（例えば、最終的な材料において意図したように機能させる形態である）他の形態で存在することができる。特性を向上させる添加剤は、ＳｉＣまたはＳｉＯＣの粉末材料にコーティングとして添加することもでき、加工中に蒸気またはガスとして添加することもでき、粉末状にしてポリマー由来のＳｉＣまたはＳｉＯＣ粒子と混合することもできる。一実施形態では、特性を向上させる添加剤は、体積形状物のバインダーを構成するか、またはバインダーの一部である。実施形態において、特性を向上させる添加剤は、体積形状物上のコーティングであり得る。さらに、特性を向上させる添加剤が存在する形態及び方法は、好ましくは、加工条件、加工時間、及び最終製品の品質に最小限の悪影響しか及ぼさない、より好ましくは、悪影響を全く及ぼさないようなものであるべきである。

ｐ型デバイス－概要

【0282】

これらのｐ型ＳｉＣウェハーにより、以前はｐ型シリコンウェハーで設計されていた回路、半導体デバイス、チップを製造する能力が提供され、回路やチップの設計を書き直したり、作り直したりする必要性を最小限に抑えることができる。このように、一実施形態では、ｐ型シリコン基板を使用して設計された回路やデバイスを直接構築し、代わりにＳｉＣｐ型ウェハーで製造されたデバイスを使用することで、シリコンデバイスに基づく回路を修正したり、構成したり、適応させたりする必要がない。

【0283】

このように、本発明の実施形態は、低欠陥、抵抗率特性および基板直径を有する４Ｈ－ＳｉＣまたは６Ｈ－ＳｉＣのｐ型基板（例えば、ウェハー）を製造するための製造可能な方法を提供することによって、ＳｉＣデバイスを使用することから得られる利点をフルに活用する際に電力回路設計者が直面するギャップに対応し、これは以下のようなデバイスを製造するための現在の要件に合致する。ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、ＭＯＳＦＥＴなどのデバイス、ゲートターンオフトランジスタ（ＧＴＯ）、集積ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのトランジスタ、およびこれらのトランジスタやデバイスの変形や他のタイプのデバイスを製造するための現在の要件と一致する低欠陥率特性および基板直径を有する６Ｈ－ＳｉＣｐ型基板（例えば、ウェハー）。本発明の実施形態は、ｎ型ＳｉＣ結晶から現在商業的に製造されているものと直径および抵抗率が一致し、好ましくはそれを超えるｐ型基板の製造を可能にする。本明細書で開示され、教示されるｐ型ＳｉＣウェハーにより、デバイス製造業者は、現在ｎ型ＳｉＣで製造されているすべての電圧範囲、およびアンペア範囲のデバイスに、ＳｉＣの有用性をｐ型ＳｉＣに拡張する能力を提供することができ、その結果、デバイス製造業者は、ＳｉＣの有用性を拡張することができる。本明細書で開示され、考えられているｐ型ウェハーに基づけば、電源回路の設計者は、特に、すべての電圧範囲、電圧極性、およびアンペア数の回路設計について、ＳｉＣデバイスの利点をすべての電源管理用途に拡張できるようになる。

【0284】

本発明の実施形態は、本明細書の「前駆体および原材料－概要」、「ドーパント材料－概要」、「ドープ結晶成長－概要」、「ｐ型および低抵抗型ウェハー－概要」、「ｐ型デバイス－概要」の教示、ならびに実施例および図の実施形態、特徴、機能、パラメータ、構成要素、プロセス、またはシステムの１つ又は複数を有するか、または利用することができる。

【0285】

実施例

【0286】

以下の実施例は、本発明のシステム、プロセス、組成物、用途、および材料の様々な実施形態を説明するために提供される。これらの実施例は、例示を目的とするものであり、予言的なものであってもよいが、本発明の範囲を限定するものであってはならない。実施例で使用されるパーセンテージは、明示的に別段の定めがない限り、例えば、組成物、混合物、製品、または構造体全体の重量パーセンテージである。Ｘ／ＹまたはＸＹの用法は、別段の記載がない限り、組成物中のＸの％とＹの％を示す。Ｘ／Ｙ／ＺまたはＸＹＺという用法は、別段の記載がない限り、組成物中のＸの％、Ｙの％、およびＺの％を示す。

【0287】

実施例１

【0288】

一実施形態では、５μｍのムライト粉末（MU-101、MicronMetals社製）２．５ｗｔ％の分散液を、Ａｓｈｂｙｓ触媒としてＰｔを３０ｐｐｂ添加した４１％ＭＨＦ５９％ＴＶ配合の前駆体組成物に添加する。ドープされた前駆体組成物は硬化され、熱分解されてＳｉＣとなる。このＳｉＣパウダーは、ドープされた前駆体組成物を成形装入物バインダーとして使用して成形装入物とし、形状体に成形した後、硬化させてグリーン体とする。グリーン体は熱分解され、ドープされたＳｉＣ成形装入物原材料に変換される。さらなる詳細は、実施例１Ａから１Ｄに記載されている。

【0289】

実施例１Ａ

【0290】

ｐ型ＳｉＣ結晶の成長に使用するｐ型ＳｉＣ原材料の製造に使用するための、表１に示す液体のＡｌドープ前駆体組成物。

前駆体組成物重量に対するムライトの重量比の目標は２．５％である。
^＊直鎖状メチルハイドロジェンポリシロキサン（ＭＨＦ）４１ｗｔ％、テトラビニルシクロテトラシロキサン（ＴＶ）５９ｗｔ％。

【0291】

実施例１Ｂ

【0292】

実施例１Ａの硬化したＡｌドープ前駆体組成物を熱分解して、表２に示すＡｌドープされたＳｉＣ材料を提供する。

【0293】

実施例１Ｃ

【0294】

表３に示すように、実施例１ＢのセラミックＡｌドープされたＳｉＣ材料を体積形状物に成形し、硬化させる。ムライトは、体積形状物を形成する際にバインダーとともに添加される。

^＊直鎖状メチルハイドロジェンポリシロキサン（ＭＨＦ）４１ｗｔ％、テトラビニルシクロテトラシロキサン（ＴＶ）５９ｗｔ％。

【0295】

実施例１Ｄ

【0296】

実施例１Ｃの硬化した体積形状物を、表４に示すように熱分解して、ｐ型ＳｉＣ結晶のＰＶＴ成長に使用するための、ＡｌドープされたＳｉＣ成形装入物原材料を提供する。

【0297】

実施例２

【0298】

アルミニウムドーパントの代わりに、トリアルキルホスフィンを液体加圧剤に添加し（前駆体組成物に対して１重量％～１５重量％のトリアルキルホスフィン）、またバインダーと共に添加してもよい（ＰドープＳｉＣ粉末およびバインダーに対して１重量％～１５重量％のトリアルキルホスフィン）以外は、実施例１Ａ～１Ｄと同じ一般的な配合および手順に従い、硬化したＰドープＳｉＣ体積形状物を形成し、これを熱分解してＰドープＳｉＣ成形装入物原材料を形成する。ＰドープＳｉＣ成形装入物原材料は、低抵抗ｎ型ＳｉＣ結晶のＰＶＴ成長に使用される。

【0299】

実施例３

【0300】

図１に、直径約１５０ｍｍのｐ型ＳｉＣ結晶の写真を示す。この結晶は、ＰＶＴプロセスと装置を用い、実施例１ＤのタイプのＡｌドープＳｉＣ成形装入物原材料を用いて成長させた。ｐ型結晶は７０ｐｐｍのＡｌを有する。ｐ型結晶は５．５×１０^１８Ａｌ原子／ｃｃを有する。結晶の長さは約２３ｍｍである。結晶の薄いスライスを作製し研磨したところ、透過法で見ると青紫色であった。ポリタイプが４Ｈから他のポリタイプに切り替わった形跡は観察されなかった。

【0301】

実施例４

【0302】

図２Ａには、ドープされたＳｉＣウェハー７００の平面概略図が示されている。図２Ｂは、線Ｂ－Ｂに沿ったウェハー７００の断面図である。ウェハー７００はｐ型ＳｉＣウェハーとすることができ、ウェハー７００は低抵抗率ｐ型ＳｉＣウェハーとすることができ、またはウェハー７００は低抵抗率ｎ型ＳｉＣウェハーとすることができる。ウェハー７００は、平坦部７０６を有する半円形７０５の円板状の結晶構造である。ウェハーは円形であってもよく、１つ又は複数の平坦部を有していてもよいことが理解される。ウェハー７００は縁７３０を有する。ウェハー７００は、上部または上面７１０、底部または底面７１１、および矢印７１２で示す厚さを有する。ウェハー７００の上面および底面の両方、ならびに厚さ７１２の全体が、ドープされたＳｉＣ結晶である。一方の表面は典型的にはＳｉＣ結晶のＣ面であり、他方の表面はＳｉＣ結晶のＳｉ面であることが理解される。一方の表面または両方の表面は、デバイス製造に使用するために研磨して仕上げることができる。ウェハー７００の外縁７３０は、テーパー、面取り、面取り、正方形、円形などにすることができる。

【0303】

ウェハー７００は、ウェハー７００の厚さ７１２よりも著しく大きい長さ（例えば、１０倍、２０倍、５０倍、７０倍以上）を有するドープされたＳｉＣブールから切り出される。

【0304】

したがって、ウェハー７００は、異なる種類の材料の基板層上に成長または堆積され、その後基板層が取り除かれた薄いドープ型ＳｉＣ層ではない。このような薄い、例えば１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満の、基板が取り除かれた基板成長ドープされたＳｉＣ層は、ドープされたＳｉＣブールから切り出されたドープされたＳｉＣウェハーとは電気的および物理的特性が大きく異なる。このような基板成長薄型のドープ層は、材料内に許容できない応力を有し、ワープや湾曲を示し、一般に、いかなる種類の半導体デバイス製造にも適さない。

【0305】

実施例５

【0306】

６インチ（１５０ｍｍ）のｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１５－０．０２８Ω・ｃｍ。

【0307】

実施例６

【0308】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ーＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0309】

実施例７

【0310】

６インチ（１５０ｍｍ）ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ーＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１５－０．０２８Ω・ｃｍ。

【0311】

実施例８

【0312】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ーＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0313】

実施例９

【0314】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0315】

実施例１０

【0316】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0317】

実施例１１

【0318】

図５には、ｐ型ＳｉＣウェハーによるＮチャネルＥ－ＭＯＳＦＥＴデバイス５００の概略図が示されている。デバイス５００は、ゲート５１２、金属電極５０５、金属酸化物層５０４を有する。デバイス５００は、ソース５０９、ドレイン５０８、およびボディ５１０を有する。ソース５０９とボディ５１０の間には回路５１１が形成されている。ソース５０９は、金属電極を介してｎ型ＳｉＣ５０２に接続されている。ドレイン５０８は、金属電極を介してｎ型ＳｉＣ５０３に接続されている。デバイス５００は、ｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーから作られたｐ型基板５０１を有する。金属酸化物層５０７がｐ型基板５０１に隣接している。ボディ５１０は、電極５０７を介してｐ型基板５０１に接続されている。

【0319】

実施例１２

【0320】

図６には、ｐ型ＳｉＣウェハーを用いたＰチャネルＥ－ＭＯＳＦＥＴデバイス６００の概略図が示されている。デバイス６００は、ゲート６１２、金属電極６０５、金属酸化物層６０４を有する。デバイス６００は、ソース６０９、ドレイン６０８、およびボディ６１０を有する。ソース６０９とボディ６１０の間には回路６１１が形成されている。ソース６０９は、金属電極を介してｐ型ＳｉＣ６０２に接続されている。ドレイン６０８は、金属電極を介してｐ型ＳｉＣ６０３に接続されている。ｐ型ＳｉＣ６０２、６０３は、ｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーから作られる。デバイス６００は、ｎ型基板６０１を有する。金属酸化物層６０７がｎ型基板６０１に隣接している。ボディ６１０は、電極６０７を介してｎ型基板６０１に接続されている。

【0321】

実施例１３

【0322】

図７には、ｐ型ＳｉＣウェハーを用いたＮチャネルＤ－ＭＯＳＦＥＴデバイス７５０の概略図が示されている。デバイス７５０は、ゲート７６２、金属電極７５５、金属酸化物層７５４を有する。デバイス７５０は、ソース７５９、ドレイン７５８、およびボディ７６０を有する。ソース７５９とボディ７６０の間には回路７６１が形成されている。ソース７５９は、金属電極を介してｎ型ＳｉＣ７５２に接続されている。ドレイン７５８は、金属電極を介してｎ型ＳｉＣ７５３に接続されている。デバイス７５０は、矢印７６４で示すようなチャネル長を有するＮチャネル７５１を有する。デバイス７５０は、ｐ型ウェハーから切り出されたｐ型基板７６３を有する。金属酸化物層７５６は、ｐ型基板７６３およびＮチャネル７５１の一部に隣接している。ボディ７６０は、電極７５７を介してｐ型基板７６３に接続されている。

【0323】

実施例１４

【0324】

図８には、ｐ型ＳｉＣウェハーを用いたＰチャネルＤ－ＭＯＳＦＥＴデバイス８００の概略図が示されている。デバイス８００は、ゲート８１２、金属電極８０５、金属酸化物層８０４を有する。デバイス８００は、ソース８０９、ドレイン８０８、およびボディ８１０を有する。ソース８０９とボディ８１０との間には回路８１１が形成されている。ソース８０９は、金属電極を介してｐ型ＳｉＣ８０２に接続され、ドレイン８０８は、金属電極を介してｐ型ＳｉＣ８０３に接続される。ｐ型ＳｉＣ８０２および８０３は、ｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーから作製される。デバイス８００は、ｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーから作られたＰチャネル８０１を有する。矢印８１４はチャネル長を示す。デバイス８００はｎ型基板８１３を有する。金属酸化物層８０６は、ｎ型基板８１３およびＰチャネル８０１の一部に隣接している。ベース８１０は、電極８０７を介してｎ型基板８１３に接続されている。

【0325】

実施例１５

【0326】

図９には、ＳｉＣ ＩＧＢＴデバイス９００の断面概略図が示されている。デバイス９００は、デバイス９００の多層構造における他のｐ型材料と同様に、層９０１を形成するｐ^＋型ブールから切り出されたｐ^＋型ウェハーを基礎としている。デバイスの他の層は、ＰＤＣｎ型ＳｉＣウェハーを基礎としてもよい。

【0327】

実施例１６

【0328】

図１０には、ＳｉＣ横拡散ＭＯＳＦＥＴ（ＬＤＭＯＳ）デバイス１０００の断面概略図が示されている。デバイス１０００は、デバイス１０００の多層構造における他のｐ型材料と同様に、層１００１を形成する、ｐ^＋型ブールから切り出されたｐ^＋型ウェハーを基礎としてもよい。デバイスの他の層は、ＰＤＣｎ型ＳｉＣウェハーを基礎としてもよい。

【0329】

実施例１７

【0330】

図１１には、デバイス１１００の断面概略図が示されている。デバイス１１００は、デバイス１１００の多層構造のｐ型材料を形成するｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーを基礎としている。デバイスの他の層も、ＰＤＣｎ型ＳｉＣウェハーを基礎とすることができる。

【0331】

実施例１８

【0332】

図１２には、ＳｉＣ ＵＭＯＳ ＭＯＳＦＥＴデバイス１２００の断面概略図が示されている。デバイス１２００は、デバイス１２００の多層構造のｐ型材料を形成するｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーを基礎としている。デバイスの他の層も、ＰＤＣｎ型ＳｉＣウェハーを基礎とすることができる。

【0333】

実施例１９

【0334】

図１３には、ＳｉＣ ＩＧＢＴデバイス１３００の断面概略図が示されている。デバイス１０００は、デバイス１３００の多層構造における他のｐ型材料と同様に、ｐ基板層を形成するｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーを基礎としている。デバイスの他の層は、ＰＤＣｎ型ＳｉＣウェハーを基礎としてもよい。

【0335】

実施例２０

【0336】

図１４には、ＳｉＣ ＣＭＯＳ化合物デバイス１４００の断面概略図が示されている。このデバイス１４００は、デバイス１４００の多層構造および部品構造におけるｐ基板層を形成するｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーを基礎としている。ここでは、ＰＭＯＳデバイスとＮＭＯＳデバイスが、ｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーを基礎とした共通のｐ型基板上に構築されている。シャロートレンチ・アイソレーション（ＳＴ）は、これらのデバイス間を電気的に絶縁する。デバイスを相互接続するために複数レベルの金属線が配線され、チップ上に回路が形成される。コンデンサ、抵抗器、インダクタも複合デバイス１４００に組み込むことができる。

【0337】

実施例２１

【0338】

図１５には、ＳｉＣフラッシュメモリデバイス１５００の断面概略図が示されている。本発明以前は、ＳｉＣからフラッシュメモリデバイスを作製することはできなかったと考えられる。ＳｉＣフラッシュメモリデバイス１５００は、ラインソース１５０１、ビットライン１５０２、ワールドラインコントロールゲート１５０３、フロートゲート１５０４、ｎ型ＳｉＣコンポーネント１５０５、第２のｎ型ＳｉＣコンポーネント１５０６、およびｐ型層１５０７を有し、この層はｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーを基礎としている。

【0339】

実施例２２

【0340】

図１６には、ＳｉＣ ＣＭＯＳ複合デバイス１６００のー実施形態が示されている。このようなデバイスは、アナログおよび混合信号デバイスとして機能する。このデバイスは、ｐ型ブールから切り出されたｐ型ウェハーを基礎とするｐ型基板層を有する。

【0341】

実施例２３

【0342】

抵抗率の低いＳｉＣウェハーは、デバイスを製造する際に、例えばＳｉＣ基板を研磨したり薄くしたりするようなコストのかかる処理工程が不要になると同時に、回路の設計変更を最小限に抑え、できれば一切必要としないという大きな利点をもたらす。

【0343】

実施例２４

【0344】

１～５ミリオーム・ｃｍの抵抗率を有する、より低抵抗のＳｉＣウェハー。

【0345】

実施例２５

【0346】

窒素はシリコンよりかなり小さい。そのため、より小さな不純物原子は結晶中の炭素サイトを、より大きな不純物原子はシリコンサイトを占める可能性が高いと理論化されている。ＳｉＣ結晶成長中、窒素は結晶中のＳｉまたはＣサイトのどちらか、あるいは両方を占めることができる。

【0347】

通常、ドープされたＳｉＣウェハーには、１００～１，０００ｐｐｍの窒素ドーパントが含まれる。成長中に供給される窒素原子の１００個のうち１個だけが結晶に吸収され、電気的に活性な原子不純物になるという理論がある。従って、供給源は望ましいドーパントレベルよりはるかに高くなければならない。（ドーパントが格子に「吸収」されることは、サイト競合として知られている）。しかし、結晶に入れられる窒素の量には限度があり、多すぎると結晶が歪んで応力が生じる。過去には、抵抗率を下げるために高濃度の窒素をドーピングした結果、多数の積層欠陥やその他の結晶品質の欠陥が発生し、エピタキシーやデバイスの性能に悪影響を与えたことがある。リンはシリコン原子に非常に近いサイズである。したがって、ＳｉＣ結晶格子内では、（窒素が炭素に置き換わるのと対照的に）リンがシリコンに置き換わり、導入される応力が大幅に減少する（また、欠陥の形成は結晶内の応力によって引き起こされるため、欠陥も減少する）と理論化されている。従って、必要なドーパントに基づいて、好ましいリン系ドーパントの量は、リン系ドープｎ型ＳｉＣウェハーを製造するための原材料に必要な窒素系ドーパントの１０％未満であると理論化されている。好ましい実施形態では、このプロセスにより、原材料から１％超のリンが、電気的に活性な原子不純物としてＳｉＣ結晶に導入される。

【0348】

実施例２６

【0349】

ＳｉＣ結晶を成長させる昇華プロセスでは、通常、Ｓｉ蒸気の方がＣ蒸気よりも多いため、窒素を取り込みやすいが、同時にＳｉ蒸気濃度が高いため、ｐ型材料を作るためのアルミニウムやホウ素の取り込みには適していない。窒素やリンは１００個の原子のうち１個がドーパントとして組み込まれるのに対し、ホウ素やアルミニウムは１，０００個の原子のうち１個しか組み込まれないと言われている。

【0350】

従って、効果的な取り込みのためには、ドーピング源はシリコンと同等かそれ以上の蒸気圧を持つことが望ましいと考えられている。アルミニウムはシリコンよりも蒸気圧が高いため、ｐ型ウェハーに適したドーパントである。アルミニウムとシリコンは周期表で隣り合っている（実質的に同じ大きさの原子である）。

【0351】

実施例２７

【0352】

従来の４Ｈ炭化シリコンｐ型材料は、基板（典型的にはｎ型ＳｉＣ）上にエピタキシャル層として成長させたものであり、ｎチャネルＩＧＢＴを製造するために利用可能であったが、一般に、ＩＧＢＴで良好に動作するための品質と導電性の両方を欠いており、特に、商業的に許容されるＩＧＢＴとして動作するための品質と導電性の両方を欠いていた。本発明は、特に、ｐ型ＳｉＣブールから切り出されるｐ型ＳｉＣウェハーを提供することにより、この問題に対処し、解決するものであり、このウェハーにより、商業的に受け入れられ、動作可能なＳｉＣ ＩＧＢＴデバイスを製造する能力が得られる。

【0353】

実施例２８

【0354】

ＳｉＣのＬＤＭＯＳＦＥＴＳ（横型金属－酸化膜－半導体電界効果トランジスタ）に対するニーズは長年続いている。これらのデバイスは、セルラーやＵＨＦ放送伝送などの大電力用途向けにシリコンで開発されたもので、その必要性はますます高まっている。シリコンＬＤＭＯＳＦＥＴは、バイポーラ・デバイスよりも高い利得と優れた直線性を提供するからである。しかし、本発明以前は、ｎ型ＳｉＣ基板しか存在せず、歴史的にｐ型エピタキシャル成形されたＳｉＣ基板はシリコンに比べて抵抗率が高すぎ、望ましくないＬＤＭＯＳＦＥＴデバイス性能につながるため、この設計またはタイプのデバイスをＳｉＣで、またはＳｉＣをベースにして製造することはできなかった。本発明は、特に、ｐ型ＳｉＣブールから切り出されるｐ型ＳｉＣウェハーを提供することにより、この問題に対処し、解決するものであり、このウェハーにより、商業的に受け入れられ、動作可能なＳｉＣ ＬＤＭＯＳＦＥＴデバイスを製造する能力が提供される。

【0355】

実施例２９

【0356】

所定量のアクセプター不純物原子及び所定量のドナー不純物原子を有する１つ又は複数のドーパントを有するポリシロカーブ前駆体組成物。ＳｉＣ原材料は、所定量のアクセプター原子とドナー不純物原子を有し、したがって、アクセプター原子とドナー不純物原子の所定の比率を有する。この所定の比率は、その原材料から成長したドープされたＳｉＣに所定のＮｃ値を与える。

【0357】

実施例３０

【0358】

ポリシロカーブ前駆体の実施形態では、Ｓｉ－ＯＨ官能性シロキサンおよびシランは、水素を発生させることなく、Ａｌ－ＯＨ、Ｐ－ＯＨ、またはＢ－ＯＨ官能基を組み込むために活用される。例示的な反応を以下に示す。

【0359】

～Ｓｉ－ＯＨ ＋ ～Ｂ－ＯＨ → ～Ｓｉ－Ｏ－Ｂ～ ＋ Ｈ_２Ｏ

【0360】

実施例３１

【0361】

１０ｋＶ以上、１００ｋＶ以上の耐電圧を有するＳｉＣ ＩＧＢＴ。

【0362】

実施例３２

【0363】

約２ｋＶの耐電圧を持つ中電圧ＳｉＣ ＩＧＢＴ。

【0364】

実施例３３

【0365】

４インチ（１００ｍｍ）ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１５－０．０２８Ω・ｃｍ。

【0366】

実施例３４

【0367】

４インチ（１００ｍｍ）の低抵抗ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0368】

実施例３５

【0369】

６インチ（１５０ｍｍ）ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１５－０．０２８Ω・ｃｍ。

【0370】

実施例３６

【0371】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0372】

実施例３７

【0373】

４インチ（１００ｍｍ）ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。ウェハーのＮ_Ａは１０^１８／ｃｍ^３から約１０^１９／ｃｍ^３。

【0374】

実施例３８

【0375】

６インチ（１５０ｍｍ）のｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。ウェハーのＮ_Ａは１０^１８／ｃｍ^３から約１０^１９／ｃｍ^３。

【0376】

実施例３９

【0377】

６インチ（１５０ｍｍ）ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。ウェハーのＮ_Ａは１０^１８／ｃｍ^３から約１０^１９／ｃｍ^３。

【0378】

実施例４０

【0379】

４インチ（１００ｍｍ）ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。ウェハーＮ_Ａ１０^１８／ｃｍ^３～約１０^１９／ｃｍ^３。

【0380】

実施例４１

【0381】

４インチ（１００ｍｍ）ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＡｌ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。ウェハーのＮ_Ａは１０^１８／ｃｍ^３から約１０^１９／ｃｍ^３。

【0382】

実施例４２

【0383】

４インチ（１００ｍｍ）低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0384】

実施例４３

【0385】

４インチ（１００ｍｍ）の低抵抗ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍの平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0386】

実施例４４

【0387】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0388】

実施例４５

【0389】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0390】

実施例４６

【0391】

４インチ（１００ｍｍ）低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0392】

実施例４７

【0393】

４インチ（１００ｍｍ）の低抵抗ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントｐ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0394】

実施例４８

【0395】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｎ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ４Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

【0396】

実施例４９

【0397】

６インチ（１５０ｍｍ）の低抵抗ｐ型ＳｉＣウェハー。ポリタイプ６Ｈ。ドーパントＰ。配向＜０００１＞＋／－０．５度。厚さ３２５－５００μｍ。ボウ＜４０μｍ。ワープ＜６０μｍ。ＴＴＶ＜１５μｍ。ＳＢＩＲ（ＬＴＶ）（１０ｍｍ×１０ｍｍ平均）＜４μｍ。ＭＰＤ（マイクロパイプ）＜０．２ｃｍ^－２。ＴＳＤ（貫通らせん転位密度）＜５００ｃｍ^－２。ＢＰＤ（基底面転位）＜５００ｃｍ^－２。抵抗率０．０１０－０．００３Ω・ｃｍ。

見出しと実施形態

【0398】

本明細書における見出しの使用は、明瞭性を目的としたものであり、いかなる意味においても限定的なものではないことを理解されたい。したがって、見出しの下に記載されたプロセスおよび開示は、様々な実施例を含む本明細書の全体との関連において読まれるべきである。本明細書における見出しの使用は、本発明を保護する範囲を制限すべきではない。

【0399】

本発明の実施形態の対象である、または関連する、新規かつ画期的なプロセス、材料、性能、またはその他の有益な特徴および特性の基礎となる理論を提供または対処する必要はないことに留意されたい。それにもかかわらず、本明細書では、このエリアの技術をさらに前進させるために、様々な理論を提供している。本明細書において提示されるこれらの理論は、明示的に別段の記載がない限り、特許請求の範囲に記載された発明に与えられる保護の範囲を決して限定、制限または狭めるものではない。これらの理論は、本発明を利用するために必要とされるものでも、実施されるものでもない。さらに、本発明は、本発明の方法、物品、材料、装置およびシステムの実施形態の機能－特徴を説明するための新たな、これまで知られていなかった理論につながる可能性があり、そのような後に開発された理論は、本発明に与えられる保護の範囲を制限するものではないことを理解されたい。

【0400】

本明細書に記載された配合物、組成物、成形品、プラスチック、セラミック、材料、部品、ウェハー、ブール、体積構造物、用途、応用、装置、方法、活動、及び動作の様々な実施例は、他の様々な分野、及び他の様々な活動、用途、及び実施例に使用することができる。さらに、これらの実施例は、既存のシステム、成形品、組成物、材料、動作又は活動と共に使用されてもよく、将来開発される可能性のあるシステム、成形品、組成物、材料の動作又は活動と共に使用されてもよく、本明細書の教示に基づいて部分的に変更される可能性のあるそのようなシステム、成形品、組成物、材料、動作又は活動と共に使用されてもよい。さらに、本明細書に記載された様々な実施形態及び実施例は、その全部又は一部、及び異なる様々な組み合わせで、互いに使用することができる。従って、実施例については、本明細書の様々な実施形態で提供される構成は、互いに併用することができる。実施例については、Ａ、Ａ’およびＢを有する実施例の構成要素、ならびにＡ”、ＣおよびＤを有する実施例の構成要素は、本明細書の教示に従って、例えば、Ａ、Ｃ、Ｄ、およびＡ、Ａ”、ＣおよびＤなど、様々な組み合わせで互いに使用することができる。したがって、本発明に与えられる保護範囲は、特定の実施形態、実施例、または特定の図の実施形態に規定される特定の実施形態、構成、または配置に限定されるべきではない。

【0401】

本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく、本明細書で具体的に開示した以外の形態で具体化することができる。記載された実施形態は、すべての点で例示としてのみ考慮され、制限的なものではない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【国際調査報告】