TW591751B - High-resistivity silicon carbide substrate for semiconductor devices with high breakdown voltage - Google Patents

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591751 五、發明説明（1 ) 發明領1 本發明係關於高頻裝置所需之半導體材 高電阻係數碳化矽材料。 其疋關於 發明背i 本發明係關於現代半I#雷+ # 丰⑼㈣纟道：置以及此等裝置所需之 材枓。+導體材料係以其固有之性質
或，子時呈現之性質為準使用。另外，其他半H 置而要絕緣（其大部分為石夕經氧化钱之氧化物絕緣材）及半絕 緣之#刀。尤其，半絕緣（有時稱之為”高電阻係數”)材料係 用作許多裝置之基材，如（但不限）場效電晶體（，，fet”），盆 列舉之一為金屬半導體場效電晶體，一般稱之為”mesfet、，， 。雖然’’半絕緣，，及，，高電阻係數”通常可交互使用，但本文討 論之本發明最好以高電阻係數一詞表示，且此一般將一致 性的用於背景及敘述中，且須了解該使用係有助於本發明 之敘述及申吻專利範圍之敘述，而非對於功能之限制。 各類FET之理論及性質與結構一般均為熟習本技藝者所習 知，且因此並不再詳述。然而，依最簡單之模式，mesfet 係在南電阻係數或半絕緣基材上，藉由將導電？或^摻雜材 料之磊晶層置於基材上形成。接著使源極、閘極及汲極與 磊晶層接觸，且當電位（電壓）施加於閘極時，產生擠壓源極 與汲極間通道之空乏區，因此關閉裝置。 據此’ MESFET之效能依半導體磊晶層之品質及特徵而定 ，以及依高電阻係數基材之品質及特徵而定。 至於寬頻帶間隙材料，如碳化矽（Sic)及第III族氮化物（例 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 591751 A7 B7 五、發明説明（2 ) 如GaN，AlGaN及InGaN)在商業上已經可實行，製造光頻 MESFET之可能性在商業上已經變得容易。高頻裝置在許多 應用中極為有用，部分更為熟悉者為放大器、無線傳輸， 如行動電話及類似之裝置。 接著’因為碳化矽基材之寬頻帶特性，以及第ΙΠ族氮化 物理論上可使裝置設計供在更高頻及電力下操作，因此用 於MESFET及相關裝置之南電阻係數基材一般需比具有較窄 能帶間隙例如砷化鎵（GaAs)之其他材料之類似裝置所用之 南電阻係數或半絕緣基材材料更嚴苛之標準。據此，當發 展及使用此等高頻裝置時，持續的需要高頻半絕緣碳化矽 基材，其可使寬頻帶磊晶層之電子性質完全消除。 再者’由南品質高電阻係數基材產生之極佳能量遮蔽可 提供使半導體裝置之崩潰電壓（Vb)增加且最大之電位。 在心半絕緣碳化石夕基材（且在部分例中，π 一般，，代表相 對最近之時間），已經藉由以釩摻雜碳化矽獲得適當之電阻 係數。釩自2·99 eV SiC能帶間隙中之能帶邊緣產生約在原 子價與碳化矽中之導電帶間之中間之能階，亦即約15 ev。 以釩摻雜碳化矽亦可使釩補償碳化矽中殘留之給電子（幾乎 均為氮）及受電子（較不常存在），以獲得在室溫下幾乎為絕 緣之材料。此種材料之敘述列於例如美國專利第5,6 11，955 號中。 ’ ’ 雖然使用飢摻雜之碳化碎當作部分目的用之半絕緣材料 ’但仍有部分特定之缺陷。尤其，因為其無定型特徵，使 鈒可在碳化石夕中產生給電子或受電子程度。更尤其，叙之
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k 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210X297公董) 591751 A7 _ __ B7 五、發明説明（3~~Γ '~ --- 受電子程度位在相當接近碳化矽之導電帶處。因此，會再 適度之冋溫下發生電子之熱激發，因此降低電阻係數及相 對應的降低在稍高溫下由此等材料製成之裝置之功能特性 。例如見Mitchel等人之，，半絕緣4H_SIC中之費米（以啦化能 階控制及深度能階"，應用物理期刊，第86冊，第9號， 1999年11月1日。另外，操作中，電子可以極大之量捕集於 碳化係基材中之釩中。造成射出後之時間延遲。此會在半 絕緣層中產生内部電荷，且在磊晶層中電洞相對應之累積（ 參考MESFET),且造成電荷與施加於閘極之頻率不一致。 為避免因防止碳化矽及其他寬頻帶閘極裝置在高頻應用 下到達其電位之凱產生之問題，本發明之申請者已發展出 可不用釩之半絕緣碳化矽基材。該主題之敘述及討論列於 一般受讓之美國專利第6,218,680號中之，，不用釩支配之半絕 緣碳化矽”及其後續編號第09/757,950號，2001年1月1〇日申 請。其内容在此提出供參考。 雖然’680專利中敘述之材料提供明顯優於摻雜釩材料之優 點，但材料之製造需要以幾乎已經存在於碳化矽中之極高 量氮處理。，680專利並非為補償技術。甚至，已經成功的 證明該技術之存在，但仍會使製造或成長製程中之困難度 或無效率性增加。尤其，在碳化矽之昇華成長過程中（例如 美國專利第RE34,861號），氮之濃度會隨著時間改變。另外 ’基於經驗上之觀察而非觀念上之解釋，成長之氮化矽結 晶中之氮濃度會沿著結晶形狀改變。因此，雖然證明，680 專利之技術以明顯的改善，但需去除氮，或在最小量下或 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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五、發明説明（4 小心的控制。 發明目的及概要 因此，本發明之目的係提供一種高電阻係數碳化矽基材 ，其具有高頻裝置所需之特性，且可在某些較寬範圍2操 _作參數下製造，同時可避免釩及相關摻雜物之缺點。 ” 本發明以高電阻係數碳化矽單晶達到該目的，其包含至 少一具有來自碳化矽能帶間隙或在夠低之濃度（或二者）之相 當足夠電子能階，以避免傳導，但來自中間間隙之相當^ 夠之電子能階在基材與摻雜之碳化矽磊晶層接觸時與^結 晶中存在之淨量摻雜物足以在摻雜物電子能階下產生費米 能階時，會朝向能帶邊緣，產生高於中等態（例如捕集，'缺 陷或摻雜物）之能帶補償，其中碳化矽結晶之電阻係數在室 溫（298K)下至少為5〇〇〇歐姆_公分。 依幸乂佳具體例，係使用高敏感性結晶或基材配合結合之 成日日層’產生本為以下更詳細敘述之能帶彎曲補償。再者 應了解雖然磊晶層代表本較佳具體例，但當高電阻係數 部分與任一適當之活化區相鄰時，亦會造成所需之補償， 包含由植入或擴散摻雜形成之區域，而非不同之磊晶層。 至於本文中所用之摻雜物淨量係指依摻雜方式作用之量 亦即藉由其他元素或藉由其他項目如點缺陷進行或為進 行之補償。 因此’熟習本技藝者應了解接近能帶間隙邊緣之摻雜物 比產生接近或中間間隙之能階之摻雜物更會產生導電性。 此在寬頻帶邊緣材料如碳化矽卡尤其是如此。
591751 A7 B7 五、發明説明（5 ) 本發明另一目的為一種包括氮及至少一種受體元素之高 電阻係數碳化矽單晶，其電子能階相對於（亦即超過）單晶碳 化矽之原子價帶，在0.3至1.4 eV之間，且至少一受體元素 之含量為可過度補償氮，且將碳化矽基材之費米能階鎖定 在至少一受體元素之電子能階下。 本發明另一目的為包括一定量電活化氮、一定量用作受 體之電活化點缺陷，及一定量電子能階相對於單晶碳化矽 之原子價帶，在0.3至1.4 eV之間之受體元素，且受體元素 及點缺陷之合併量大於電活化氮之量，及任何其他之電活 化給予體之高電阻係數碳化矽單晶，包含本身之點缺陷。 所得之補償將碳化矽基材之費米能階定在至少一受體元素 之電子能階。 本發明另一目的為包括銃、硼、及非故意導入之氮（亦即 一般存在但一般並非由活化摻雜步驟而來）之高電阻係數碳 化矽單晶，且氮之濃度（及任一種其他電活化給予體，包含 本身之點缺陷）比銃之濃度大，且硼之濃度對於硼及銃之整 體濃度已足以過度補償氮（或其他電活化給予體），且將碳化 矽之費米能階定為銃之能階。 本發明又另一目的為包括電活化氮及當作給予體之電活 化本身點缺陷、當作受體之點缺陷、電子能階相對於單晶 碳化矽之原子價帶，在0.3至1.4 eV之間之第一受體元素， 及電子能階相對於單晶碳化矽之原子價帶，在0.3至1.4 eV 之間之第二受體元素，且第一受體元素之能階比第二受體 元素之能階深之高電阻係數碳化矽單晶，且受體元素及受 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 591751 五、發明説明（6 ) 體作用之點缺陷之合併量大於電活化氮（及作為給予體點缺 陷）之量，因此使碳化矽基材之費米能階定為第一受體元素 之電子能階。 本發明之前述及其他目的與優點及其達成之方式以下列 -詳細敘述’參考附圖將變得顯而易見，其中： 服圖簡要敛沭 圖1為使用釩製成之半絕緣碳化矽之簡要能帶圖； 圖2為圖不說明圖1中圖示說明類型之碳化矽材料中電子 不期望之聚集之鹼金屬半導體場效電晶體（mesfet)之圖； 圖3說明使用如圖1中說明之釩及以氮摻雜之型碳化矽之 半絕緣碳化矽之能帶圖； 圖4說明當圖3中說明之材料彼此相鄰，如基材-磊晶層關 係時發生之能帶彎曲； 3 圖5為一對類似圖3之能帶圖，但其中之半絕緣碳化矽具 有本發明之費米能階； 圖6為與圖4類似之能帶圖，但顯示當本發明之半絕緣碳 化矽與氮摻雜之η-型碳化矽相鄰時發生之能帶彎曲· 圖7為碳化石夕之另-能帶圖，且顯示在沒有本發明捧雜物 之費米能階之位置，且亦顯示當包含本發明之推雜物 能使用之狀態；及 圖8為顯示藉由本發明提供之使用狀態定出之新費米能階 之本發明半絕緣碳化矽之簡要能帶圖。 犯白 較佳具體例之詳細叙流 本發明為包括至少一種其電子能階與碳化矽能帶間隙之 297公釐） 本紙張尺度適用中㈣家標準(CNS) Α4規格(210) 591751 A7 -----B7_ 五、發明説明（1 ) "~一 ---—^- 邊緣夠遠之補償摻雜物，以避免導電，且在基材與摻雜之 石厌化矽磊晶層接觸，且當結晶中之摻雜物量足以使費米能 階在摻雜物電子能階下插入時，與向著帶邊緣之中間間隙 夠遠，以產生比中間能階大之帶狀（例如捕集、缺陷、元素） ’且所得碳化矽結晶之電阻係數在室溫（298K)下至少為 5000歐姆•公分之補償高電阻係數碳化矽基材。 本發明對於其中之磊晶層，或功能性相當之活性區（例如 擴散摻雜或植入摻雜區）與基材接觸，使得基材與磊晶層間 之作用產生帶彎曲作用之結構由其有利，如下所述。適用 之植入及擴散技術敘述於一般受讓之美國專利第6，1〇7, M2 號中，在此提出供參考。 在部分較佳具體例中，碳化矽結晶包括固有之氮及至少 一種相對於單晶碳化矽之元素價帶之電子能階在約〇.3至J .4 eV間之受體元素，且至少一種受體元素之含量為過補償氮（ 及當作受體之固有點缺陷），且使碳化矽基材之費米能階與 至少一種受體元素之電子能階相當。另一較佳具體例中， 南電阻係數碳化矽單晶亦包含足量之電子活化點缺陷，其 係在固有之電活化氮存在下當作受體。依該具體例，受體 元素與點缺陷之結合量大於電活化氮之量加上當作給予體 之固有點缺陷量，且使碳化矽基材之費米能階相當於至少 一種受體元素之電子能階。 因此，本發明亦包括僅一種受體（例如硼或銃）之應用，其 與^作受體之固有點缺陷之濃度結合，具有高到足以補償 當作給予體之電活化固有點缺陷之濃度，因此使基材之費 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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米能階插入該-受體㈣或銳）中，或插入當作受體之固有點 缺陷中’其點缺陷之能階相對於元素價帶亦在G.Ui 4之間
概念上：相對於元素價帶之能階在〇 3_14間之電活化中 .心並非為受體。理論上’該電活化中心亦可為"深'給予韻 ，包含當作給予體之固有點缺陷，其條件為以其他電活化 中心補償該深給予體，使得費米能階插入該深給予體之能 階中，其能階相對於價帶為HU eVe然而，該銳之特^ 深給予體迄今為止並未確認。 ’ 裝 訂
依更好之具體例，高電阻係數碳化矽結晶包括電活化氮 、當作受體之電活化點缺陷，相對於單晶碳化矽之價帶， 其電子能階在0.3至1.4 eV間之第-種受體元素，及相對於 單晶碳化矽之價帶，其電子能階在〇3至14 eV間之第二種 受體/0素。該具體例中，第一種受體元素之能階比第二種 爻體7G素深，且合併受體元素與電缺陷之量比電活化氮之 量（加上當作給予體之固有點缺陷之濃度）大，且使碳化矽基 材之費米插入第一受體元素之電子能階中。 依另一目的，本發明碳化矽之高電阻係數單晶包括固有 之氮、銃、及硼，且其中氮之濃度大於銃之濃度，且硼之 濃度對於硼及銃之總濃度為足夠，以補償氮（及任何當作給 予體之固有點缺陷），且將碳化矽之費米能階插入銃中（亦即 最向之部分移入量）。 最佳具體例中，碳化矽之高電阻係數整體單晶包括活化 濃度在每立方公分（cm_3)約5E15及3E16之氮，濃度為
591751 五、發明説明（ 1E16CHT3之硼，濃度在約1E15cm·3至2E16cm·3之銳，及濃度 在約lE14cnr3至3E16cm·3之點缺陷，且室溫下之電阻係= 至少約5000歐姆-公分。置於本文中所用之表示如"5Ei5，f之 般之思為指數值，亦即5E15cm-3為5x10i5cnT3之縮寫。 因此，本發明所有具體例均包含室溫下之電阻係數至少 為5,000歐姆-公分之碳化矽基材，更好室溫下之電阻係數至 少為10,000歐姆-公分，且最好室溫下之電阻係數至少為 50,000歐姆-公分。 如背景說明中所述，以及相對於本文附圖之敘述，本發 明配合整體半導體結構亦可充分了解。接著， 料半導體裝置之部分，尤其是電晶體，且通常 晶體及相關之裝置。因此，本發明尚包括半導體結構，該 結構包括在如上述之碳化矽基材上之磊晶層碳化矽。再者 ，因為在碳化矽中之最一般固有摻雜元素為氮，因此補償 原子為給予體如銃及硼，且因此半絕緣之碳化矽基材通常 與碳化石夕之η-型磊晶層共輛。 因此，依另一目的，本發明包括電晶體，尤其是場效電 晶體，其包含加入本文中所述磊晶層及碳化矽基材之半導 體結構。 高電阻係數單晶基材及磊晶層之多類碳化矽係選自包含 3C、4Η、6H、及15R多類碳化矽。 碳或石夕蠢晶層（’’磊晶層（epilayers)”）在碳化矽基材上之成 長係由例如美國專利第4,912,〇64、5,〇11，549及5，119,54〇號 之揭示列舉，且不另外詳細討論。該成長可相對充分建立 本紙張尺度適财s H ?_CNS) Μ規格(摩297公爱） -12 - 591751
於技藝中，且可由熟習本技藝者進行且不需過度的實驗。 依許多目的，本發明亦可參考附圖了解。需了解為清楚 起見，附圖稍微簡化。尤其，附圖說明加入特殊摻雜=素 之方式。然而，附圖並不列出固有點缺陷之帶位置或能階 ，但需了解該圖需與說明特殊摻雜物之能階一致。 此白 圖1為碳化矽之能帶間隙（約3 eV)之簡圖，且說明藉由釩 (V)產生之捕集量，其產生之費米能階與碳化矽之導體帶… 及價帶11相差約1.5 eV。通常，圖丨為先前技藝之簡要說明 裝
圖2為通稱之為14之金屬半導體場效電晶體（MESfe 丁）之 簡要剖面圖。MESFET 14包含半絕緣碳化矽基材15 ,卜型 碳化石夕蠢晶層16。依據MESFET之設計及目的，磊晶層可為 P-型或η-型，但通常為n-型。源極之接觸係說明為17，閘極 接觸為20，且汲極接觸為21。如熟習本技藝者所充分了解 ’對閘極20施加負電位產生以虛線22說明之空乏，其可緩 和通道之導電性。 MESFET及許多其他半導體裝置之操作均為技藝中所習知 。適當之討論已由各種來源進行，列舉者為Sze· Phvdr…f ^miconducto,r,D_evices? 2d Ed (1981) John Wiley & Sons, Inc，及其附件 Sze，Modem Semiconductor Device Phvsic^ (1998) John Wiley & Sons，Inc。因此，雖然本發明已經在 此以MESFET敘述，但應了解本發明亦可用於其他裝置。 置於本發明優點之介紹，圖2亦簡要的說明許多捕集之電 子群23，且已電子23吸引之相對應電洞24群。MESFET操作 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 591751 五、發明説明（ 11 中之捕集與，，背開啟"之正確貞構並未充分了解。雖 明並不期望受任何特定理論之限制，但可能因為sic MESFET操作之高電場，因此在先前釩之空給予態中某此 候可能捕集到電子。 Μ二、 圖3及4為能帶圖，其說明摻雜釩之半絕緣碳化矽與摻雜 型碳化矽接觸（經常為基材與磊晶層之關係）時獲得之 圖3與圖1類似，其說明通稱之為25之半絕緣碳化矽，其 伴隨價帶11、導電帶10及費米能階12。圖3之右邊能帶部 說明以氮摻雜型之碳化矽磊晶層之樣品，其同樣的具有 相同之價帶11，及相同之導電帶1〇,但與摻雜釩基材不同 位置處具有費米能階26。 費米能階12及26之位置及該位置之理論一般為技藝中所 了解（例如見先前所列之參考），且於本文中詳細說明。 圖4說明磊晶層27與半絕緣碳化矽基材一起（亦即基材與磊 晶層）時之能帶間隙，如場效電晶體。第一，由能帶理論可 充分了解，當二材料合併一起時，其間之費米能階相等， 且以圖4中虛線30說明。因為一般之費米能階3〇及因為費米 能階30與傳導間之關係，以及圖4之半絕緣25與取向附生部 分2 7類似之價帶’因此使導電與價帶彼此相互補償，且產 生能量遮蔽，使圖4中之ΕΒ產生由磊晶層流向基材之電子流 (由圖4之右至左）’且相當於遮蔽層，由基材25到磊晶層 27之電洞流（左至右）。 如熟習基本量子機構之技藝者所了解，電子可環繞或轉 裝 訂 14- 本紙浪尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 591751 五、發明説明（η ) 到遮蔽eb之可能性說明於圖4中，依許多因子而定，但其最 明5為遮蔽材之尺寸（高度）。因此，所有其他因素均相同 ，能量遮蔽eb(及相對應之遮蔽Eh)愈大，則電子數兪少， 且電洞可在半絕緣基材25及蟲晶層27之間前後移動:因為 該流動之防止為供場效電晶體之高電阻係數基材之目的， 因此可使遮蔽材EB及EH愈大，希望可使最終裝置更好。再 者，遮蔽材EB及Eh愈大，則所得裝置之終止電麼（Vb)愈大 圖5及6通常相當於圖3及4中說明之能帶圖，但圖5及6說 明本發明之優點。第-，圖5中，本發明之高電阻係數材料 通稱之為31。如圖1及3般，導電帶係以1〇表示，且價帶以 11表示。然而，因為本發明改變基材之費米能階，因此費 米能階在圖5中係以32表示。圖5之右邊能帶部分與圖3之右 邊能帶部分相同，且顯示n-型、摻雜氮之碳化矽磊晶層27 ’伴隨其導電帶10、價帶11及費米能階2 6。 比較圖5及圖3顯示基材之費米能階^與心型磊晶層”之費 米能階26間之差異明顯大於圖3中說明之相對應差異。 因此，圖6說明當磊晶層27在本發明基材31^之能帶間隙 圖。所得費米能階以33說明。依圖4所述之方式，因為材料 之一般費米能階接觸，因此當材料接觸時之導電與價帶彼 此補償。另外，因為圖5及6之能帶需彼此相對近一步移動 ’以維持一般之費米旎階33，因此圖6中說明之電子Εβ之遮 蔽材遠大於圖4中之遮蔽材。相同方式中，對電洞。之遮蔽 類似地高於圖4所圖示說明之材料中對應之標記。因此，如 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） -15- ^1751
圖4中預期及討論，電子穿越遮蔽材E〆及電洞穿越遮蔽材 eh)之可能性在使用本發明之高電阻係數碳化矽基材實惠明 顯的降低。因此，本發明基材上形成之場效電晶體可以比 在圖4中說明之材料上形成者佳。 /圖7及8圖視方式說明本文及申請專利範圍中之給予體、 受體、及使用狀態間之數字關係。圖7及圖8二者簡要的說 月與圖5 —致之本發明半絕緣材料3丨之能帶間隙。同樣的， 圖7及8顯不當氮氣單獨（其量至少足以影響結晶之性質）存在 於基材中時建立之費米能階26。然而，圖7及8亦說明許多 使用之狀悲，其部分36係藉由存在之銃提供，且其他37係 藉由硼提供。 為直接說明本發明，且以列舉之方式，因此圖7說明在沒 有本發明摻雜下使費米能階26移入之電子40。在沒有本發 明摻雜下’電子將代表材料中最高充填及部分充填之能帶 ’且因此建立費米能階。 …、:而，如圖8之說明，當含有列舉之硼及銃且產生個別態 37(由删）及36(由筑）b寺’會另外移入原始之費米能階％以取 代優先充填之最低使用能階之電其纟本例中係以圖8中 之虛線41表示。因為已經以圖8說明電子川之六種使用位置 ’因此時十種電子之六種會移入量41。其餘四種電子將移 入銳能階42，亦即如圖8之說明，但並未充填。因此，部分 充填之銳能階42建立材料之費米能階。藉由如此進行，費 米能階稱之為”插入”化矽半絕緣材料之銃摻雜物。 本發明已、經參考特定之較佳具體例詳、細敘述，使讀者可
591751 A7
，未經實驗下了解本發明。熟習本技藝者應可輕易了解許 多成分及參數均可改變，且均不離本發明之範圍及精神。 另外’標題、抬頭等均用於使讀者更了解本文，而非用於 限制本發明之範圍。 -圖式符號之簡要說明 . 符號 意義 10 導電帶 11 價帶 12 費米（Fermi)能階 14 金屬半導體場效電晶體 15 半絕緣碳化石夕基材 16 η-型碳化矽磊晶層 17 源極接觸 20 閘極接觸 21 沒極接觸 22 裝置閘極下之空乏區域 23 電子 24 電洞 25 半絕緣碳化矽 26 費米能階 27 蠢晶層 30 裝置之費米能階 31 高電阻係數材料 32 費米能階 33 費米能階 -17-
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公爱） 591751 A7 B7 五、發明説明（15 ) 36 銃態 37 硼態 40 電子 41 最低使用能階 42 銃插入之新費米能階 •18-
裝
k 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 591751 A8 B8 C8
    1 · 一種半導體結構，包括： 碳化矽單晶基材；及 與该基材相鄰之碳化矽摻雜區； 該基材包括至少-種其電子能階與碳化矽能帶間隙之 邊緣夠遠之補償摻雜物，以避免導電，且在基材與摻雜 之碳化Μ晶層接觸，且#結晶中之掺雜物量足以使費 米（Fenni)能階在摻雜物電子能階下插入時，與向著帶邊 緣之中間間隙夠遠，以產生比中間能階大之帶補償；及 該碳化石夕基材之電阻係數在室溫（298K)下至彡為测 歐姆/公分。 2·如申請專利範圍第㈡之半導體結構，其中該基材係以 摻雜物或固有之點缺陷補償。 3. =申請專利範圍第2項之半導體結構，其中該摻雜物為 氮且該補償之摻雜物為筑。 4. 如申凊專利範圍第3項之半導體結構，其進一步包括硼 當作第二種補償之摻雜物； 該硼濃度大於該銳之濃度；及 4石朋、該點缺陷及該銳之淨濃度為足以使費米能階在 該固有氮存在下為該銃之量。 •如申凊專利範圍第4項之半導體結構，其中該氮之電子 6充真垓硼之能階，且部分充填該銳之能階。 6·如申凊專利範圍第1項之半導體結構，其中該相鄰之摻 雜區Α選自包含捧雜物楂入之區、摻雜物擴散區及蠢晶 層0 X 297公釐） 本紙張尺度相巾® ®家標準(CNS)八4規格(210 591751 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 7. 一種碳化矽單晶基材，其包括： 氮；及 至少一種電子能階相對於單晶碳化矽之價帶在0.3至 1.4 eV間之受體元素； 該至少一種受體元素之含量超過氮之補償，且使該碳 化矽基材之費米能階等於該至少一種受體元素之電子能階 〇 8. 如申請專利範圍第7項之碳化矽單晶基材，其包括其他 用作給予體之固有點缺陷，且其中該至少一種點缺陷之 含量超過氮之補償，及該其他當作給予體之固有點缺陷 ，且使碳化矽基材之費米能階等於該至少一種受體元素 之電子能階。 9. 如申請專利範圍第7項之碳化矽單晶基材，其包括二種 或多種受體元素。 10. —種碳化矽單晶基材，其包括： 一定量之電活化氮； 一定量之當作受體之電活化點缺陷；及 一定量之至少一種相對於單晶碳化矽之價帶，其電子 能階在0.3至1.4 eV間之受體元素； 其中受體元素及該點缺陷之合併量大於電活化氮之量 ，且該碳化矽單晶基材之費米能階等於該至少一種受體 元素之電子能階。 11. 一種碳化矽之整體單晶，其包括： 非故意導入之氮（non-intentionally introduced nitrogen); -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐)
    申請專利範圍 銳；及 硼；且其中 氮之濃度大於銃之濃度；且 硼之濃度對於硼與銃之全部濃度過度補償氮為足夠， 且石炭化矽之費米能階等於該銃之能階。 12. —種半導體結構，其包括如申請專利範圍第7或項之 碳化矽單晶基材上之碳化矽的η-型磊晶層，或如申請專 利範圍第11項之碳化矽之整體單晶。 13 · —種碳化矽之整體單晶，其包括·· >辰度為5Ε15至3E16cm。間之氮； 濃度為lE16cnT3之硼； 濃度為1E15至2E16cnT3間之銃； '/農度為1E14至3E16cm。間之點缺陷；及 室溫下之電阻係數至少為5000歐姆_公分。 14. -種金屬半導體場效電晶體，其包括如申請專利範圍第 13項之碳化矽之整體單晶。 15. —種碳化矽單晶基材，其包括： 電活化之氮； 當作受體之電活化點缺陷； 相對於單晶碳化矽之價帶，其電子能階在03至丨4 eV 間之第一種受體元素；及 相對於單晶碳化矽之價帶，其電子能階在〇.3至14 eV 間之第二種受體元素； 該第一種受體元素之該能階比該第二種受體元素之能 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 75
    階深； 該第二種受體元素之濃度高於該第一種受體元素之量 ;及 ’、 該第一種受體元素及該點缺陷之合併量大於電活化氛 之量，且該碳化矽基材之費米能階等於該第一種受體元 素之電子能階。 16.種之半導體結構，其包括如申請專利範圍第13項之碳 化矽之整體單晶或如申請專利範圍第15項之碳化矽單晶 基材之上之碳化矽之η-型磊晶層。 Ρ· —種場效電晶體，其包含如申請專利範圍第了或⑺項之 碳化石夕單晶基材或申請專利範圍第12或16項之半導體結 構。 姐、、’口 18.如申請專利範圍第7或1〇或15項之碳化矽單晶基材，其 中該受體元素係選自包含筑及侧。 19·如申請專利範圍第丨項之半導體結構，其中之碳化矽係 選自由3C、4Η、6Η及15R多類型所組成之群。 20.如申凊專利範圍第7或1 〇或1 5項之碳化矽單晶基材，其 中之碳化矽係選自由3C、4Η、6Η及15R多類型所組成之 群。 21·如申請專利範圍第丨丨或13項之碳化矽之整體單晶，其中之碳 化矽係選自由3C、4Η、6Η及15R多類型所組成之群。 22 ·如申請專利範圍第7或丨〇或丨5項之碳化矽單晶基材，其 具有電阻係數在室溫下至少為5,000歐姆-公分。 23 ·如申請專利範圍第11或丨3項之碳化矽之整體單晶，其具 ，4-
    591751 A8 B8 C8 _________D8 六、申請專利範圍 有電阻係數在室溫下至少為5,〇〇〇歐姆_公分。 24·如申請專利範圍第1項之半導體結構，其具有電阻係數 在室溫下至少為10,000歐姆-公分。 25·如申請專利範圍第7或10或15項之碳化矽單晶基材，其 具有電阻係數在室溫下至少為10,000歐姆-公分。 26·如申請專利範圍第11或1 3項之碳化矽之整體單晶，其具 有電阻係數在室溫下至少為1〇,〇〇〇歐姆-公分。 27.如申請專利範圍第1項之半導體結構，其具有電阻係數 在室溫下至少為50,〇〇〇歐姆-公分。 28·如申請專利範圍第7或10或15項之碳北矽單晶基材，其 具有中之電阻係數在室溫下至少為5〇,〇〇〇歐姆-公分。 29.如申請專利範圍第11或丨3項之碳化矽之整體單晶，其具 有中之電阻係數在室溫下至少為5〇,〇〇〇歐姆-公分。 本紙張尺度適用中國國家檫準(CNS) A4規格(210X297公釐)
    A4 C4 591751 中文說明書(含申請專利範圍） 4 4 ^靈專利説明書 發明名稱 中 文 用於具有高崩潰電壓之半導體裝置之高電阻係數石炭 化石夕基材 一、新受石 high^resistivity silicon carbide substratf 英 文 FOR SEMICONDUCTOR DEVICES WITH HIGH BREAKDOWN VOLTAGE 史帝芬慕勒 姓 名 STEPHAN MUELLER 國 籍 德國 GERMANY 一 發明人 一、鈾# 美國北卡羅萊納州德罕市羅拉喷泉街1 〇 〇 _ 12 3號 住、居所 100-123 LAUREL SPRINGS DfaVE DURHAM, NC 27713, U.S.A. 姓 名 1 Λψ ^ ^ ν 美商克立公司 (名稱） CREE，INC· 國 籍 美國 U.S.A. 三、申請人 1、居所 美國北卡羅萊納州德罕市斯里康路4600號 (事務所） 4600 SILICON DRIVE, DURHAM, NC 27703, U.S.A. 代表人 查爾斯M.史華波達 姓 名 CHARLES M. SWOBODA -1 - 裝 訂 本紙張尺度適用中國國家榡準(CNS) A4規格(21〇x 297公釐)
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