半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備含有p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的n型SiC的雜質(zhì)區(qū)。并且，當(dāng)將p型雜質(zhì)記為元素A、將n型雜質(zhì)記為元素D時(shí)，元素A與元素D的組合為Al（鋁）、Ga（鎵）或In（銦）與N（氮）的組合以及B（硼）與P（磷）的組合中的至少一種組合，構(gòu)成上述組合的上述元素A的濃度與上述元素D的濃度之比大于0.40且小于0.95，構(gòu)成上述組合的上述元素D的濃度為1×1018cm-3以上且1×1022cm-3以下。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年3月22日提交的日本專利申請(qǐng)2013-059828號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該 申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以參考的方式并入本申請(qǐng)中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 作為下一代功率半導(dǎo)體器件用的材料，SiC (碳化硅）受到期待。與Si (硅）相比， SiC的帶隙為3倍、擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為10倍和熱導(dǎo)率約為3倍，具有優(yōu)異的物性。如果充分發(fā)揮 該特性，則能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗且能高溫工作的功率半導(dǎo)體器件。
[0005] 另一方面，SiC由于雜質(zhì)的固溶極限低、雜質(zhì)所形成的帶隙中的能級(jí)深而使p型雜 質(zhì)區(qū)或η型雜質(zhì)區(qū)的電阻難以降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的課題在于提供使η型雜質(zhì)區(qū)的電阻減小的半導(dǎo)體裝置及其制 造方法。
[0007] 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備含有ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)的η型SiC的雜質(zhì)區(qū)。并且， 當(dāng)將P型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 A與元素 D的組合為A1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合，構(gòu)成上述 組合的元素 A的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95,構(gòu)成上述組合的上述元素 D的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
[0008] 根據(jù)上述構(gòu)成，可以提供使η型雜質(zhì)區(qū)的電阻減小了的半導(dǎo)體裝置。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0010] 圖2是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0011] 圖3是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0012] 圖4是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0013] 圖5是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0014] 圖6是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0015] 圖7是表示η型SiC的情況下的Α1和Ν的濃度與薄層電阻的關(guān)系的圖。
[0016] 圖8是表示ρ型SiC的情況下的N和A1的濃度與薄層電阻的關(guān)系的圖。
[0017] 圖9是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序流程圖。
[0018] 圖10是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0019] 圖11是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0020] 圖12是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0021] 圖13是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0022] 圖14是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0023] 圖15是表示第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序流程圖。
[0024] 圖16是表示第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0025] 圖17是表示第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0026] 圖18是表示第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序流程圖。
[0027] 圖19是表示第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0028] 圖20是表示第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0029] 圖21是表示第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0030] 圖22是表示第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0031] 圖23是表示第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0032] 圖24是表示第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0033] 圖25是表示第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 以下，參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。其中，以下的說(shuō)明中，對(duì)同一構(gòu)件 等標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，對(duì)說(shuō)明過(guò)一次的構(gòu)件等適當(dāng)省略其說(shuō)明。
[0035] 另外，在以下的說(shuō)明中，n+、n、rT和p+、p、p_的記載表示各導(dǎo)電型中雜質(zhì)濃度的相 對(duì)高低。即，n+表示η型雜質(zhì)濃度與η相比相對(duì)較高，ιΓ表示η型雜質(zhì)濃度與η相比相對(duì) 較低。另外，Ρ+表示Ρ型雜質(zhì)濃度與Ρ相比相對(duì)較高，表示Ρ型雜質(zhì)濃度與Ρ相比相對(duì) 較低。另外，有時(shí)也將η+型、ιΓ型簡(jiǎn)記為η型，將Ρ+型、型簡(jiǎn)記為ρ型。
[0036] (第一實(shí)施方式）
[0037] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備具有第一面和第二面的SiC襯底、設(shè)置在SiC襯底 的第一面?zhèn)鹊摩切蚐iC層和形成在SiC層的表面上的p型第一 SiC區(qū)。并且，具備η型第 二SiC區(qū)，該η型第二SiC區(qū)形成在第一 SiC區(qū)的表面上，含有ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，當(dāng)將 Ρ型雜質(zhì)記為元素 Α、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 Α與元素 D的組合為Α1 (鋁)、Ga (鎵） 或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合，構(gòu)成上述組合 的上述元素 A的濃度與上述元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95,構(gòu)成上述組合的上述 元素 D的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。進(jìn)而，還具備連續(xù)地形成在SiC層、 第一 SiC區(qū)的表面上的柵絕緣膜、形成在柵絕緣膜上的柵極、形成在第二SiC區(qū)上的第一電 極和形成在SiC襯底的第二面?zhèn)鹊牡诙姌O。
[0038] 圖1是表示作為本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的M0SFET的構(gòu)成的示意剖面圖。該 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效 應(yīng)晶體管)1〇〇例如為通過(guò)離子注入形成P阱和源區(qū)的雙注入M0SFET(Double Implantation MOSFET, DMOSFET)。
[0039] 該M0SFET100具備具有第一面和第二面的SiC襯底(碳化硅襯底）12。圖1中，第 一面為圖上側(cè)的面，第二面為圖下側(cè)的面。該SiC襯底12例如為雜質(zhì)濃度約IX 1018?約 1 X 1019cm_3的、含有例如N (氮）作為η型雜質(zhì)的4H-SiC的η型SiC襯底（η襯底)。
[0040] 該SiC襯底12的第一面上形成有例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5X 1015?約 2X1016cnT3的η型SiC層（rTSiC層）14。rTSiC層14的膜厚例如為約5μπι?約ΙΟμπι。
[0041] rTSiC層14的部分表面上形成有ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5Χ 1015?約IX 1017cnT3 的P型第一 SiC區(qū)（p阱區(qū))16。p阱區(qū)16的深度例如為約0. 6 μ m。p阱區(qū)16作為M0SFET100 的溝道區(qū)發(fā)揮作用。
[0042] 第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16的部分表面上形成有例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約 1Χ1018?約lX 1022cnT3的η+型第二SiC區(qū)（源區(qū)）18。源區(qū)18的深度比第一 SiC區(qū)（Ρ阱 區(qū)）16的深度淺，例如為約0. 3 μ m。
[0043] n+型第二SiC區(qū)(源區(qū)）18中共摻雜有ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)。并且，當(dāng)將ρ型雜 質(zhì)記為元素 Α、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 Α與元素 D的組合為Α1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合。而且，構(gòu)成上述組 合的元素 A的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95。并且，構(gòu)成上述組合的元素 D的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
[0044] 例如，在A1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的第一組合的情況下，元素 A可以 為選自A1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）中的一種元素。另外，也可以由A1 (元素 AJ與Ga (元 素4)等兩種元素或者A1 (元素 Ai)、Ga (元素 A2)、In (元素 A3)這三種元素構(gòu)成。多種元 素的情況下，將兩種或三種元素合并看作構(gòu)成組合的元素 A，只要滿足上述元素 A的濃度與 元素 D的濃度之比、元素 D的濃度的條件即可。
[0045] 另外，第一組合與第二組合這兩者也可以共存。但是，構(gòu)成第一組合、第二組合中 的至少任何一個(gè)組合的元素必須滿足上述元素 A的濃度與元素 D的濃度之比、元素 D的濃 度的條件。換言之，第一組合與第二組合必須分別地滿足元素比、元素濃度。這是因?yàn)?，?一組合的雜質(zhì)與第二組合的雜質(zhì)之間不形成下文中詳述的三聚體。
[0046] 例如，在 A1 為 1 X 1018cm 3、Ga 為 1 X 1018cm 3、N 為 4X 1018cm 3 的情況下，（Al+Ga) / N=0. 5，N為4X1018cnT3,因此,元素比、濃度均在實(shí)施方式的范圍內(nèi)。
[0047] 另外，例如，在B為lX1018cnT3、P為1X10 18chT3、N為lX1018cnT3的情況下，僅著眼 于作為第二組合的B和P。于是，B/P=l. 0、不滿足元素比，在實(shí)施方式的范圍外。
[0048] 另夕卜，例如，在 A1 為 2. 5X1017cnT3、B 為 2. 5X1017cnT3、N 為 5X1017cnT3、P 為5X1017cnT3的情況下，就第一組合來(lái)看，Al/N=0.5、滿足比的條件，但N的濃度低于 IX 1018cm_3。另外，就第二組合來(lái)看，Β/Ρ=0. 5、滿足比的條件，但P的濃度低于IX 1018cm_3。 因此，第一組合和第二組合均未分別地滿足元素比、元素濃度，因此在實(shí)施方式的范圍外。
[0049] 另外，本實(shí)施方式并不排除含有除上述例示以外的元素作為ρ型雜質(zhì)或η型雜質(zhì) 的情況。以下，以元素 Α為Α1、元素 D為Ν的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0050] 在作為第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16的部分表面的n+型第二SiC區(qū)(源區(qū)）18的側(cè)方形 成有例如P型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約1X 1〇18?約1 X 1022cnT3的P+型第三SiC區(qū)（P阱接觸 區(qū)）20。ρ阱接觸區(qū)20的深度比第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16的深度淺，例如為約0. 3 μ m。
[0051] rTSiC層14和第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16的表面上連續(xù)地具有以跨接這些區(qū)和層的 方式形成的柵絕緣膜28。柵絕緣膜28可以應(yīng)用例如Si02膜、high-k絕緣膜。
[0052] 并且，柵絕緣膜28上形成有柵極30。柵極30可以應(yīng)用例如多晶硅等。柵極30上 形成有例如由Si0 2膜形成的層間絕緣膜32。
[0053] 夾在柵極下的第二SiC區(qū)(源區(qū)）18與rTSiC層14之間的第一 SiC區(qū)16作為 M0SFET100的溝道區(qū)發(fā)揮作用。
[0054] 并且，具備與第二SiC區(qū)（源區(qū)）18和第三SiC區(qū)（p阱接觸區(qū)）20電連接的導(dǎo)電 性的第一電極(源區(qū)/P阱共用電極)24。第一電極(源區(qū)/p阱共用電極)24例如由Ni (鎳） 的阻擋金屬層24a和阻擋金屬層24a上的A1的金屬層24b構(gòu)成。Ni的阻擋金屬層24a和 A1的金屬層24b可以通過(guò)反應(yīng)形成合金。
[0055] 另外，SiC襯底12的第二面?zhèn)刃纬捎袑?dǎo)電性的第二電極(漏極）36。第二電極(漏 極）36例如為Ni。
[0056] 另外，本實(shí)施方式中，η型雜質(zhì)優(yōu)選例如N (氮)、P (磷)，但也可以應(yīng)用As (砷)等。 另外，P型雜質(zhì)優(yōu)選例如A1 (鋁)，但也可以應(yīng)用B (硼)、Ga (鎵)、In (銦）等。
[0057] 以下，對(duì)本實(shí)施方式的作用和效果進(jìn)行詳述。
[0058] 本
【發(fā)明者】們研究的結(jié)果可知，通過(guò)對(duì)SiC共摻雜作為p型雜質(zhì)（p型摻雜劑）的A1 和作為η型雜質(zhì)（η型摻雜劑）的N，能夠引起A1與N的配對(duì)。在該配對(duì)狀態(tài)下，載流子得 到補(bǔ)償，達(dá)到載流子為零的狀態(tài)。
[0059] 圖2和圖3是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。圖2為η型SiC的情況，圖3為ρ型SiC 的情況。根據(jù)本
【發(fā)明者】們進(jìn)行的第一原理計(jì)算可知，SiC中，A1進(jìn)入Si (硅）位置、N進(jìn)入 C (碳）位置，以使A1與N相鄰，由此使體系更加穩(wěn)定。
[0060] S卩，如圖2和圖3所示，通過(guò)A1與N結(jié)合而形成A1-N配對(duì)結(jié)構(gòu)，在能量方面比A1 和N未結(jié)合而分散的狀態(tài)穩(wěn)定2. 9eV。在A1量與N量一致的情況下，兩者全部形成配對(duì)結(jié) 構(gòu)的狀態(tài)最穩(wěn)定。
[0061] 在此，第一原理計(jì)算是使用了超軟贗勢(shì)（ultrasoft pseudopotential)的計(jì)算。超 軟贗勢(shì)是由范德比爾特（Vanderbilt)等人開(kāi)發(fā)的一種贗勢(shì)。例如，晶格常數(shù)具有能夠以1% 以下的誤差實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值的高精度。引入雜質(zhì)(摻雜劑）而進(jìn)行結(jié)構(gòu)弛豫，計(jì)算穩(wěn)定狀態(tài)的總 能量。在變化前后比較體系的總能量，由此判定哪種結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定狀態(tài)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，能夠 顯示出帶隙中雜質(zhì)的能級(jí)位于哪個(gè)能位。
[0062] 如圖2所示可知，在N多于A1存在的情況下即η型SiC的情況下，多余的N進(jìn)入 A1-N配對(duì)結(jié)構(gòu)附近的C位置而形成N-A1-N的三聚體，由此使體系進(jìn)一步穩(wěn)定。根據(jù)第一原 理計(jì)算，通過(guò)形成三聚體，與配對(duì)結(jié)構(gòu)和N分開(kāi)存在的情況相比，體系穩(wěn)定0. 3eV。
[0063] 同樣，如圖3所示可知，在A1多于N存在的情況下即ρ型SiC的情況下，多余的A1 進(jìn)入A1-N配對(duì)結(jié)構(gòu)附近的Si位置而形成A1-N-A1的三聚體，由此進(jìn)一步穩(wěn)定化。根據(jù)第一 原理計(jì)算，通過(guò)形成三聚體，與A1-N配對(duì)結(jié)構(gòu)和A1分開(kāi)存在的情況相比，體系穩(wěn)定0. 4eV。
[0064] 接下來(lái)，對(duì)除A1與N以外的摻雜劑的組合進(jìn)行考察。以針對(duì)B (硼）與N (氮）進(jìn) 行計(jì)算的情況為例來(lái)說(shuō)明計(jì)算結(jié)果。
[0065] B進(jìn)入Si位置、N進(jìn)入C位置。根據(jù)第一原理計(jì)算可知，不能形成B-N-B或N-B-N 這樣的三聚體結(jié)構(gòu)。S卩，雖然形成B-N的配對(duì)結(jié)構(gòu)，但當(dāng)附近出現(xiàn)B或N時(shí)，體系的能量升 高。因此，多余的B或N獨(dú)立地存在于遠(yuǎn)離配對(duì)結(jié)構(gòu)的位置時(shí)，體系在能量方面更穩(wěn)定。 [0066] 根據(jù)第一原理計(jì)算，多余的B形成三聚體時(shí)，與B-N配對(duì)和B獨(dú)立存在的情況相 t匕，體系的能量升高0. 5eV。另外，多余的N形成三聚體時(shí)，與B-N配對(duì)和N獨(dú)立存在的情況 相比，體系的能量升高0. 3eV。因此，在任何一種情況下，形成三聚體時(shí)，體系在能量方面均 變得不穩(wěn)定。
[0067] 圖4是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。圖4中示出了各元素的共價(jià)半徑。越朝向圖的右 上方、共價(jià)半徑越小，越朝向左下方、共價(jià)半徑越大。
[0068] 在B與N的情況下，形成三聚體時(shí)變得不穩(wěn)定可以通過(guò)共價(jià)半徑的大小來(lái)理解。B 的共價(jià)半徑小于Si的共價(jià)半徑，且N的共價(jià)半徑小于C的共價(jià)半徑。因此，B進(jìn)入Si位置、 N進(jìn)入C位置時(shí)，應(yīng)變蓄積而不能形成三聚體。
[0069] 就作為摻雜劑的p型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的組合而言，判明除了"共價(jià)半徑大于Si的 元素（Al、Ga、In)"與"共價(jià)半徑小于C的元素（N)"的組合、或者與此相反的"共價(jià)半徑大 于C的元素（B)"與"共價(jià)半徑小于Si的元素（P)"的組合的情況以外，不能形成三聚體。
[0070] B、P的共價(jià)半徑位于Si的共價(jià)半徑與C的共價(jià)半徑中間，因此，B和P能夠進(jìn)入 Si位置、C位置中的任何一個(gè)位置。但是，其他雜質(zhì)（Al、Ga、In、N、As)基本上集中于其中 一個(gè)位置。可以認(rèn)為Al、Ga、In、As進(jìn)入Si位置、N進(jìn)入C位置。
[0071] 而且，不需要考慮兩種雜質(zhì)都進(jìn)入Si位置或都進(jìn)入C位置的情況。這是因?yàn)?，p型 雜質(zhì)與η型雜質(zhì)不是最接近時(shí)，難以使應(yīng)變弛豫。因此，當(dāng)將p型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜 質(zhì)記為元素 D時(shí)，對(duì)于元素 Α與元素 D的組合(元素 Α與元素 D)而言，除了（Α1與N)、（Ga 與N)、（In與N)、（B與P)這4種組合以外，難以形成三聚體。
[0072] 原子間不存在相互作用時(shí)，無(wú)法形成該配對(duì)結(jié)構(gòu)或三聚體結(jié)構(gòu)。根據(jù)第一原理計(jì) 算的4H_SiC結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)能級(jí)(摻雜劑能級(jí)）在c軸方向上存在約10個(gè)晶胞時(shí)，觀察不到 相互作用，雜質(zhì)能級(jí)變?yōu)槠教沟臓顟B(tài)。即，分散被充分抑制，為約lOmeV級(jí)。
[0073] S卩，認(rèn)為雜質(zhì)間的距離為10nm以上時(shí)，幾乎沒(méi)有相互作用。因此，為了使雜質(zhì)之間 存在相互作用，優(yōu)選雜質(zhì)濃度為lXl〇 18cnT3以上。
[0074] 該值為在已經(jīng)形成SiC材料的情況下通過(guò)離子注入等形成局部的雜質(zhì)分布時(shí)優(yōu) 選的雜質(zhì)濃度的下限。
[0075] 另外，為了在半導(dǎo)體SiC中顯現(xiàn)共摻雜的效果，需要將η型雜質(zhì)濃度與p型雜質(zhì) 濃度的比率設(shè)定為特定范圍的比率。在下文記述的制造方法中，重要的是從開(kāi)始就以使通 過(guò)離子注入引入的η型、ρ型各雜質(zhì)的比率達(dá)到上述特定范圍的比率的方式引入。雖然相 互作用可夠到的范圍小到不足l〇nm，但如果在該范圍內(nèi)，則能夠通過(guò)相互的引力形成三聚 體。而且，由于引力發(fā)揮作用，因此，認(rèn)為能夠?qū)㈦s質(zhì)的活化退火溫度從未進(jìn)行共摻雜時(shí)的 1700°C ?1900°C 降低至 1500°C ?1800°C。
[0076] 但是，在利用CVD (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積)法等的由氣相進(jìn) 行的晶體生長(zhǎng)等中，可以減小形成該三聚體時(shí)優(yōu)選的雜質(zhì)濃度。這是因?yàn)?，能夠使原料在?面流動(dòng)，因此，即使在低濃度下也容易產(chǎn)生雜質(zhì)之間的相互作用。
[0077] 氣相生長(zhǎng)中，能夠形成三聚體的雜質(zhì)濃度的范圍為lX1015cnT3以上且lX 1022cnT3 以下，比離子注入時(shí)擴(kuò)大。氣相生長(zhǎng)中，可以使SiC的雜質(zhì)濃度稀至例如約lX1016cnT3,也 可以使SiC的雜質(zhì)濃度濃至例如約IX 1021cnT3。特別是濃度稀的區(qū)，難以通過(guò)離子注入來(lái) 形成。因此，特別是在濃度稀的區(qū)中，通過(guò)氣相生長(zhǎng)形成雜質(zhì)區(qū)是有效的。而且，氣相生長(zhǎng) 中，也能夠形成共摻雜后的例如約5nm的極薄膜。
[0078] 另外，氣相生長(zhǎng)還具有在雜質(zhì)濃度濃的區(qū)內(nèi)難以產(chǎn)生晶體中的缺陷的優(yōu)點(diǎn)。即，離 子注入中，隨著引入的雜質(zhì)量增大，晶體中的缺陷量增大，通過(guò)熱處理等使其恢復(fù)也變得困 難。氣相生長(zhǎng)在生長(zhǎng)中形成三聚體，也難以產(chǎn)生因引入雜質(zhì)而導(dǎo)致的缺陷。從該觀點(diǎn)出發(fā)， 在例如雜質(zhì)濃度為lX1019cnT3以上、進(jìn)而為lX102°cnT 3以上的區(qū)中，通過(guò)氣相生長(zhǎng)形成雜 質(zhì)區(qū)是有效的。
[0079] 由此可見(jiàn)，氣相生長(zhǎng)具有通過(guò)離子注入無(wú)法獲得的效果。但是，離子注入中，能夠 形成局部共摻雜的雜質(zhì)區(qū)。另外，能夠以低成本形成共摻雜的雜質(zhì)區(qū)。因此，可以根據(jù)需要 分別使用氣相生長(zhǎng)和離子注入。
[0080] 由氣相進(jìn)行晶體生長(zhǎng)時(shí)，在形成三聚體的情況下，優(yōu)選p型和η型雜質(zhì)濃度為 lX1015cnT3以上。進(jìn)而，從容易形成三聚體的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選雜質(zhì)濃度為lX10 16cnT3以 上。
[0081] 其次，雜質(zhì)濃度的上限在形成三聚體時(shí)也可能超過(guò)不形成三聚體時(shí)的固溶極限。 這是因?yàn)?，形成三聚體時(shí)，晶體中的應(yīng)變弛豫，雜質(zhì)變得容易固溶。
[0082] 不形成三聚體時(shí)雜質(zhì)的固溶極限在N的情況下為1019cnT3級(jí)，在A1的情況下為 10 21cnT3級(jí)。其他雜質(zhì)約為1021cnT3級(jí)。
[0083] 在雜質(zhì)為一種的情況下，雜質(zhì)的大小集中于小的一側(cè)或大的一側(cè)。因此，應(yīng)變蓄 積，雜質(zhì)難以進(jìn)入晶格點(diǎn)而無(wú)法活化。特別是在離子注入中，會(huì)形成大量缺陷，因此固溶極 限變得格外低。
[0084] 但是，如果形成三聚體，則A1、N中的任何一種均能夠引入至約1022cnT 3級(jí)。（A1與 N)、（Ga與N)、（In與N)、（B與P)這4種組合中，通過(guò)形成三聚體，能夠使應(yīng)變弛豫，因此能 夠擴(kuò)大固溶極限。其結(jié)果，能夠?qū)㈦s質(zhì)的固溶極限擴(kuò)大到10 22cnT3級(jí)。
[0085] 在雜質(zhì)為B、Al、Ga、In、P的情況下，為lX102°cnT3以上、特別是6X10 2°cnT3以上 時(shí)，應(yīng)變多，成為形成大量缺陷的狀態(tài)。其結(jié)果，薄層電阻或電阻率為非常大的值。
[0086] 但是，通過(guò)p型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的共摻雜，即使在這樣的雜質(zhì)濃度高的區(qū)中，也能 夠抑制缺陷。
[0087] 在雜質(zhì)為Ν的情況下，固溶極限進(jìn)一步減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，為約2 X 1019cnT3。根據(jù)第 一原理計(jì)算，認(rèn)為這是因?yàn)楫a(chǎn)生了不活潑的晶格間N的缺陷。
[0088] N濃度的上限為1019cnT3級(jí)，但通過(guò)形成三聚體，大幅擴(kuò)大至1022cnT 3級(jí)。以往，在 形成高濃度摻雜的η型區(qū)的情況下，不能使用氮，通過(guò)離子注入例如約102°cnT 3的P而形成。 但是，如果使用本實(shí)施方式，則能夠使用氮形成高濃度摻雜的η型區(qū)，例如引入2X 102°cnT3 的Ν、1 X 102°cnT3的A1。即，以往使用氮本身就是困難的，但在本實(shí)施方式中成為可能。
[0089] 以上，通過(guò)引入p型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)這兩者且適當(dāng)選擇共價(jià)半徑的組合，能夠形成 上述的三聚體。并且，結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定，能夠減小應(yīng)變。
[0090] 其結(jié)果，（1)各雜質(zhì)容易進(jìn)入晶格點(diǎn)。（2)能夠?qū)崿F(xiàn)工藝的低溫化?？梢云诖辽?降低約l〇〇°C。（3)能夠活化的雜質(zhì)量(上限的擴(kuò)大）增加。（4)形成如三聚體或配對(duì)結(jié)構(gòu) 這樣的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。通過(guò)該結(jié)構(gòu)使熵增加，晶體缺陷量減少。（5)由于三聚體穩(wěn)定，因此難以 圍繞著連接P型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的帶旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)被固定。因此，通電擊穿耐性大幅提高。例 如，在ρη結(jié)的ρ型雜質(zhì)區(qū)、η型雜質(zhì)區(qū)中的至少一部分中引入三聚體結(jié)構(gòu)時(shí)，通電擊穿得到 抑制，能夠避免電阻升高。其結(jié)果，能夠抑制流過(guò)恒定量的電流時(shí)所需的外加電壓（Vf)增 加的劣化現(xiàn)象（Vf劣化)。
[0091] 如上所述，通過(guò)共摻雜作為ρ型雜質(zhì)的A1和作為η型雜質(zhì)的N，能夠引起A1與N 的配對(duì)。而且，根據(jù)第一原理計(jì)算可知，此時(shí)，能夠使受主能級(jí)和施主能級(jí)均變淺。
[0092] 圖5、圖6是共摻雜的作用的說(shuō)明圖。圖5為η型SiC的情況，圖6為p型SiC的 情況。白色圓表示能級(jí)未被電子填埋的空能級(jí)，黑色圓表示能級(jí)被電子填埋的狀態(tài)。
[0093] 施主能級(jí)變淺的理由在于，如圖5所示，位于作為受主的A1的導(dǎo)帶內(nèi)側(cè)的空能級(jí) 與N的施主能級(jí)相互作用，由此使施主能級(jí)提高。同樣，受主能級(jí)變淺的理由在于，如圖6 所示，位于作為施主的N的價(jià)電子帶內(nèi)側(cè)的被電子填埋的能級(jí)與A1的受主能級(jí)相互作用， 由此使受主能級(jí)降低。
[0094] -般而言，作為η型雜質(zhì)的N、P (磷）形成42meV?95meV的深的施主能級(jí)。作為 P型雜質(zhì)的B、Al、Ga、In形成160meV?300meV的非常深的受主能級(jí)。與此相對(duì)，形成三聚 體時(shí)，η型雜質(zhì)能夠形成35meV以下的施主能級(jí)，p型雜質(zhì)能夠形成lOOmeV以下的受主能 級(jí)。
[0095] 在完全形成三聚體的最佳狀態(tài)下，η型的N或P為約20meV左右，p型的B、Al、Ga、 In為約40meV左右。由于形成這樣淺的能級(jí)，因此多數(shù)活化的雜質(zhì)成為載流子（自由電子、 自由空穴)。因此，與不進(jìn)行共摻雜時(shí)相比，體電阻降低若干數(shù)量級(jí)。
[0096] 在η型SiC的情況下，有助于載流子產(chǎn)生的施主能級(jí)為40meV以下，因此，與不共 摻雜時(shí)相比，電阻減小。另外，35meV以下時(shí)電阻減小約一個(gè)數(shù)量級(jí)，20meV以下時(shí)電阻減小 約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。但是，也包含應(yīng)變弛豫效果、摻雜上限擴(kuò)大效果等。
[0097] 在p型SiC的情況下，有助于載流子產(chǎn)生的受主能級(jí)為150meV以下，因此，與不共 摻雜時(shí)相比，電阻減小。另外，lOOmeV以下時(shí)電阻減小約一個(gè)數(shù)量級(jí)，40meV以下時(shí)電阻減 小約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。但是，也包含應(yīng)變弛豫效果、摻雜上限擴(kuò)大效果等。
[0098] 在A1濃度與N濃度一致的情況下（N: Al=l: 1 )，即使有淺的能級(jí)也沒(méi)有載流子，因 此成為絕緣體。存在與A1濃度與N濃度的差值相應(yīng)的載流子。為了成為低電阻的半導(dǎo)體， 需要具有濃度差。
[0099] 在N濃度高于A1濃度的情況下（N濃度〉A(chǔ)1濃度)，通過(guò)相互作用形成A1-N配對(duì) 后剩余的N也通過(guò)對(duì)A1-N配對(duì)附近的C進(jìn)行置換而變得穩(wěn)定。因此，形成淺的施主能級(jí)。 另外，應(yīng)變也弛豫，因此，與不形成三聚體時(shí)相比能夠增加 N的濃度。
[0100] 圖7是表示η型SiC情況下的A1和N的濃度與薄層電阻的關(guān)系的圖。N濃度為 2X102°cnT3。單一地引入N時(shí)，即使引入lX1019cnT 3以上，也不能減小薄層電阻。其值約為 300 Ω / 口。
[0101] 在N濃度：A1濃度從1:1變?yōu)?:1之前，能夠在不產(chǎn)生應(yīng)變的情況下形成三聚體， 進(jìn)入淺的施主能級(jí)的載流子電子數(shù)增加。因此，薄層電阻急劇降低。
[0102] 并且，達(dá)到2:1時(shí)，能夠使用最大量的載流子，因此，成為薄層電阻最低的狀態(tài)。如 圖7所示，薄層電阻能夠減小至約1. 5 Ω / □。通過(guò)使N濃度：A1濃度=2:1并使N濃度與 A1濃度的差值從102°cnT3增加至1022cnT3,能夠使與η型SiC的接觸電阻也從約10」Ω cm3減 小至約l〇_7Qcm3。
[0103] 進(jìn)而，N濃度的比例高于2:1時(shí)，由超出N濃度：A1濃度=2:1的N形成本來(lái)就深的 施主能級(jí)。并且，該施主能級(jí)接受載流子電子,三聚體所形成的淺的施主能級(jí)變空。偏離N 濃度：A1濃度=2:1的那一部分N與單一地引入N時(shí)接近，因此難以使應(yīng)變弛豫。因此，如 圖7所示，薄層電阻急劇增加。
[0104] 圖7中，以在不共摻雜A1的情況下引入作為η型雜質(zhì)的N (氮）直到固溶極限附 近為止時(shí)的薄層電阻(該情況下為約300 Ω /□)作為比較對(duì)象，示出了偏離N濃度：A1濃度 =2:1時(shí)薄層電阻的值如何變化。
[0105] 以形成了三聚體結(jié)構(gòu)的A1濃度/N濃度=0.5為中心來(lái)考慮。在使A1濃度/N濃 度為0.47以上且0.60 (8X1019cnT3以上的載流子為100%自由載流子）以下的情況下，即， 相對(duì)于η型雜質(zhì)引入47%?60%的p型雜質(zhì)的情況下，與不共摻雜A1時(shí)的薄層電阻相比， 薄層電阻降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，非常有效。小于0. 5時(shí)，淺能級(jí)減少且產(chǎn)生應(yīng)變，因此，自由載流 子數(shù)減少，為約〇. 47,相當(dāng)于8Χ 1019cnT3的載流子。
[0106] 從此處開(kāi)始將寬度向兩側(cè)擴(kuò)展，在使A1濃度/N濃度為0. 45以上且0. 75 (5X 1019cm_3以上的載流子為100%自由載流子)以下的情況下，即，相對(duì)于N引入45%?75% 的A1的情況下，薄層電阻降低2個(gè)數(shù)量級(jí)至其3倍左右的大小。小于0. 5時(shí)，淺能級(jí)減少 且產(chǎn)生應(yīng)變，因此，自由載流子數(shù)減少，為約0. 45,相當(dāng)于5X 1019cnT3的載流子。進(jìn)一步將 寬度向兩側(cè)擴(kuò)展，在使A1濃度/N濃度大于0. 40且小于0. 95( 1 X 1019cnT3以上的載流子為 100%自由載流子）的情況下，即，相對(duì)于N引入40%?95%的A1的情況下，薄層電阻降低1 個(gè)數(shù)量級(jí)。小于〇. 5時(shí)，淺能級(jí)減少且產(chǎn)生應(yīng)變，因此，自由載流子數(shù)減少，為約0. 40,相當(dāng) 于1 X 1019cnT3的載流子。
[0107] 相對(duì)于N引入50%以上的A1的一側(cè)特性更好是因?yàn)閼?yīng)變充分弛豫。2個(gè)N與1個(gè) A1群集而形成三聚體的狀態(tài)為50%的狀態(tài)。少于50%時(shí)，在形成三聚體的狀態(tài)的基礎(chǔ)上，還 存在多余的N。即，存在未能形成三聚體的N，因此，與之相應(yīng)地蓄積應(yīng)變。未能形成三聚體 的N與單一引入的N同樣，立即達(dá)到應(yīng)變的極限。這樣，在A1的量低于50%的情況下，急劇 地產(chǎn)生應(yīng)變，晶格缺陷增加。因此，與能夠使應(yīng)變弛豫的50%以上的情況相比，少于50%時(shí)， 薄層電阻急劇劣化。
[0108] 另外，A1濃度/N濃度=0.995,載流子數(shù)與不共摻雜時(shí)基本等同。2X102°cm_ 3的 0.5%即lX1018cnT3以上的載流子為100%自由載流子，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)以往的氮摻雜的薄 層電阻。因此，薄層電阻與不共摻雜時(shí)基本一致。另外，在A1濃度/N濃度=0.33、即N濃 度：A1濃度=3:1的情況下，載流子電子全部被剩余的N所形成的深的施主能級(jí)接受，而不 是被三聚體所形成的淺的施主能級(jí)接受。因此，薄層電阻與不共摻雜時(shí)基本一致。因此，得 到共摻雜的電阻減小效果的是使A1濃度/N濃度大于0. 33且小于0. 995的情況，S卩，相對(duì) 于N引入33%?99. 5%的A1的情況。如果連誤差也考慮在內(nèi)，則可以認(rèn)為大于33%且小于 100%。
[0109] 在A1濃度高于N濃度的情況下（A1濃度〉N濃度)，通過(guò)相互作用形成A1-N配對(duì)后 剩余的A1也通過(guò)對(duì)A1-N配對(duì)附近的Si進(jìn)行置換而變得穩(wěn)定。因此，形成淺的受主能級(jí)。 另外，應(yīng)變也弛豫，因此，與不形成三聚體時(shí)相比能夠增加 A1的濃度?？梢哉J(rèn)為該情況與N 濃度〉A(chǔ)1濃度的情況相同。
[0110] 圖8是表示p型SiC的情況下的N和A1的濃度與薄層電阻的關(guān)系的圖。A1濃度 為 2X 1020Cm_3。
[0111] 在A1濃度：N濃度從1:1變?yōu)?:1之前，能夠在不產(chǎn)生應(yīng)變的情況下形成三聚體， 進(jìn)入淺的受主能級(jí)的載流子空穴數(shù)增加。因此，薄層電阻降低。
[0112] 并且，達(dá)到2:1時(shí)，能夠使用最大量的載流子，因此，成為薄層電阻最低的狀態(tài)。如 圖8所示，薄層電阻能夠減小至約40 Ω / □。通過(guò)使A1濃度：N濃度=2:1并使A1濃度與 N濃度的差值從102°cnT3增加至1022cnT3,能夠使與p型SiC的接觸電阻也從約1(Γ 5 Ω cm3減 小至約10 7 Ω cm3。
[0113] 進(jìn)而，A1濃度的比例高于2:1時(shí)，由超出A1濃度：N濃度=2:1的A1形成本來(lái)就 深的受主能級(jí)。并且，該受主能級(jí)接受載流子空穴，由此三聚體所形成的淺的受主能級(jí)由電 子填埋。偏離A1濃度：N濃度=2:1的那一部分A1與單一地引入A1時(shí)接近，因此難以使應(yīng) 變弛豫。因此，如圖8所示，薄層電阻急劇增加。
[0114] 圖8中，以在不共摻雜N的情況下引入作為p型雜質(zhì)的A1 (錯(cuò)）直到固溶極限附 近為止時(shí)的薄層電阻(該情況下為約10K Ω / □)作為比較對(duì)象，示出了偏離A1濃度：N濃度 =2:1時(shí)薄層電阻的值如何變化。
[0115] 以形成三聚體結(jié)構(gòu)的N濃度/A1濃度=0. 5為中心來(lái)考慮。在使N濃度/A1濃度 為0.47以上且0.60 (8X1019cnT3以上的載流子為100%自由載流子）以下的情況下，S卩，相 對(duì)于P型雜質(zhì)引入47%?60%的η型雜質(zhì)的情況下，與不共摻雜N時(shí)的薄層電阻相比，薄層 電阻降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，非常有效。小于0. 5時(shí)，淺能級(jí)減少且產(chǎn)生應(yīng)變，因此，自由載流子數(shù) 減少，為約〇. 47,相當(dāng)于8Χ 1019cm_3的載流子。
[0116] 從此處開(kāi)始將寬度向兩側(cè)擴(kuò)展，在使N濃度/A1濃度為0.45以上且0.75 (5X10 19cnT3以上的載流子為100%自由載流子）以下的情況下，即，相對(duì)于A1引入45%? 75%的N的情況下，薄層電阻降低2個(gè)數(shù)量級(jí)至其3倍左右的大小。小于0. 5時(shí)，淺能級(jí)減 少且產(chǎn)生應(yīng)變，因此，自由載流子數(shù)減少，為約0. 45,相當(dāng)于5X 1019cnT3的載流子。進(jìn)一步 擴(kuò)展寬度，在使N濃度/A1濃度大于0. 40且小于0. 95 (1 X 1019cnT3以上的載流子為100% 自由載流子）的情況下，即，相對(duì)于A1引入40%?95%的N的情況下，薄層電阻降低1個(gè)數(shù) 量級(jí)。小于0. 5時(shí)，淺能級(jí)減少且產(chǎn)生應(yīng)變，因此，自由載流子數(shù)減少，為約0. 40,相當(dāng)于 1 X 1019cnT3的載流子。
[0117] 相對(duì)于A1引入50%以上的N的一側(cè)特性更好是因?yàn)閼?yīng)變充分弛豫。與此相對(duì)，N 少于50%時(shí)，2個(gè)A1與1個(gè)N群集而形成三聚體的狀態(tài)為50%的狀態(tài)，此處還存在多余的 A1。即，存在未能形成三聚體的A1，因此，與之相應(yīng)地蓄積應(yīng)變。這樣，在N低于50%的情況 下，急劇地產(chǎn)生應(yīng)變，晶格缺陷增加。因此，與能夠使應(yīng)變弛豫的50%以上的情況相比，少于 50%時(shí)，薄層電阻急劇劣化。
[0118] 另外，N濃度/A1濃度=0.995,載流子數(shù)與不共摻雜時(shí)基本等同。2X102°cm_ 3的 0. 5%即1 X 1018cm_3以上的載流子為100%自由載流子，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)以往的A1摻雜的薄 層電阻。因此，薄層電阻與不共摻雜時(shí)基本一致。另外，在N濃度/A1濃度=0.33、即A1濃 度：N濃度=3:1的情況下，載流子空穴全部被剩余的A1所形成的深的受主能級(jí)接受，而不 是被三聚體所形成的淺的受主能級(jí)接受。因此，薄層電阻與不共摻雜時(shí)基本一致。因此，通 過(guò)共摻雜使電阻減小的是使N濃度/A1濃度大于0. 33且小于0. 995的情況，S卩，相對(duì)于A1 引入33%?99. 5%的N的情況。如果連誤差也考慮在內(nèi)，則可以認(rèn)為大于33%且小于100%。
[0119] 在不共摻雜的情況下，難以存在使用了 lX1018cnT3以下的低濃度雜質(zhì)的低電阻 SiC半導(dǎo)體材料。但是，通過(guò)共摻雜，形成三聚體，由此形成淺能級(jí)，載流子數(shù)增加。因此，即 使少量的雜質(zhì)也能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻化。
[0120] 通過(guò)如上所述以適當(dāng)?shù)谋壤矒诫sp型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，能夠得到至少兩種顯著 效果。
[0121] 第一，應(yīng)變弛豫，能夠形成應(yīng)變少的SiC。與不共摻雜時(shí)相比，應(yīng)變減少，缺陷少， 能夠引入較多的雜質(zhì)。即，能夠提高雜質(zhì)的固溶極限。因此，薄層電阻減小，電阻率減小，接 觸電阻減小。無(wú)論是離子注入法還是外延生長(zhǎng)法，缺陷均減少，因此能夠?qū)崿F(xiàn)雜質(zhì)的高劑量 化。
[0122] 第二，能夠形成淺能級(jí)。與不共摻雜時(shí)相比，僅使用更少的雜質(zhì)就能夠制作低電阻 的材料?；蛘?，在相同雜質(zhì)量的情況下，能夠得到減小若干數(shù)量級(jí)的薄層電阻?？紤]能夠通 過(guò)外延生長(zhǎng)形成的低劑量區(qū)時(shí)，在不使用共摻雜的情況下，電阻升高。但是，如果使用共摻 雜，則能夠形成低電阻的SiC。由此，也能夠制造導(dǎo)通電阻更低的SiC半導(dǎo)體裝置。
[0123] 本實(shí)施方式的M0SFET100中，n+型第二SiC區(qū)(源區(qū)）18中共摻雜有p型雜質(zhì)例如 A1和η型雜質(zhì)例如N。由此，n+型第二SiC區(qū)(源區(qū)）18的薄層電阻和電阻率減小。另外， 第二SiC區(qū)(源區(qū)）18與第一電極24之間的接觸電阻減小。因此，導(dǎo)通電阻減小，實(shí)現(xiàn)了高 性能的 M0SFET100。
[0124] 另外，通過(guò)形成三聚體，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，晶體缺陷減少，實(shí)現(xiàn)了漏電流減小的 M0SFET100。并且，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了通電擊穿耐性優(yōu)異的M0SFET100。特別是組裝在 M0SFET100中的體二極管對(duì)通電劣化的可靠性高。
[0125] 作為通電劣化，存在產(chǎn)生3C結(jié)構(gòu)的晶體缺陷而使電阻升高的模式。具有本實(shí)施方 式的共摻雜結(jié)構(gòu)時(shí)，晶體穩(wěn)定，因此不顯現(xiàn)該模式。因此，能夠形成不顯現(xiàn)電阻升高模式的 高可靠的體二極管。
[0126] 第二SiC區(qū)(源區(qū)）18中含有的η型雜質(zhì)的濃度為lX1018cnT3以上且lX 1022cnT3 以下。這是因?yàn)?，低于該范圍時(shí)，特別是在通過(guò)離子注入進(jìn)行共摻雜的情況下，難以產(chǎn)生P 型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的相互作用，可能不形成三聚體。另外還因?yàn)?，難以超過(guò)該范圍地使η型 雜質(zhì)固溶。
[0127] 從充分減小第二SiC區(qū)(源區(qū)）18的薄層電阻或電阻率和第二SiC區(qū)(源區(qū)）18與 第一電極24之間的接觸電阻、減小導(dǎo)通電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選第二SiC區(qū)18中含有的η 型雜質(zhì)的濃度為lXl〇2°cm_3以上。
[0128] 當(dāng)將第二SiC區(qū)18的p型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，從充分減小 第二SiC區(qū)18的薄層電阻或電阻率和第二SiC區(qū)18與第一電極24之間的接觸電阻、減小 導(dǎo)通電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，元素 A的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95。另外，優(yōu) 選元素 A的濃度與元素 D的濃度之比為0. 45以上且0. 75以下。進(jìn)一步優(yōu)選為0. 47以上 且0. 60以下。
[0129] 元素 A的濃度與元素 D的濃度之比例如可以通過(guò)使用SMS (Secondary Ion Microprobe Spectrometry,二次離子微探針質(zhì)譜）求出元素 A、元素 D各自的濃度來(lái)計(jì)算。
[0130] 當(dāng)將第二SiC區(qū)18的p型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素D時(shí)，從減小薄層 電阻或電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選有助于元素 D的載流子產(chǎn)生的施主能級(jí)為40meV以下。另 夕卜，更優(yōu)選為35meV以下，進(jìn)一步優(yōu)選為20meV以下。
[0131] 元素 D的施主能級(jí)例如可以通過(guò)測(cè)定第二SiC區(qū)18的薄層電阻或電阻率、或者第 二SiC區(qū)18與第一電極24之間的接觸電阻的活化能量來(lái)求出。
[0132] 從充分減小第二SiC區(qū)18的薄層電阻或電阻率和第三SiC區(qū)20與第一電極24 之間的接觸電阻、實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選P型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的大部分形成三聚 體。因此，優(yōu)選元素 Α的90%以上位于最接近元素 D的晶格位置。元素 Α的90%以上位于 最接近元素 D的晶格位置時(shí)，可以認(rèn)為p型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的大部分(能夠形成三聚體的部 分中的90%以上）形成了三聚體。
[0133] 元素 Α中，位于最接近元素 D的晶格位置的元素的比例可以通過(guò)例如使用XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy, X射線光電子能譜）分析元素 A與元素 D的結(jié)合狀 態(tài)來(lái)求出。
[0134] 接下來(lái)，對(duì)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0135] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，向SiC中離子注入p型雜質(zhì)和η型雜質(zhì) 而形成η型SiC區(qū)。并且，當(dāng)將ρ型雜質(zhì)記為元素 Α、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 Α與元 素 D的組合為A1 (錯(cuò))、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合 中的至少一種組合。并且，構(gòu)成組合的元素 A的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 40且小于 0. 95。另外，離子注入ρ型雜質(zhì)時(shí)的投影射程（Rp)相對(duì)于離子注入η型雜質(zhì)時(shí)的投影射程 (Rp)在90%以上且110%以下的范圍內(nèi)，且使η型SiC區(qū)的元素 D的濃度為IX 1018cnT3以 上且lX 1022cnT3以下。
[0136] 圖9是例示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序流程圖。圖10?圖14是 表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0137] 如圖9所示，半導(dǎo)體裝置的制造方法包括：rTSiC層形成(步驟S100)、p型雜質(zhì)離子 注入(步驟S102)、n型雜質(zhì)離子注入(步驟S104)、p型雜質(zhì)離子注入(步驟S106)、p型雜質(zhì) 離子注入(步驟S108)、退火(步驟S110)、柵絕緣膜形成(步驟S112)、柵極形成(步驟S114)、 層間膜形成(步驟S116)、第一電極形成(步驟S118)、第二電極形成(步驟S120)和退火(步 驟 S122)。
[0138] 首先，準(zhǔn)備以約5X1018cnT3的雜質(zhì)濃度含有P (磷）或N (氮）作為η型雜質(zhì)、厚度 例如為300 μ m的4H-SiC的低電阻的η型SiC襯底12。
[0139] 在步驟S100中，通過(guò)外延生長(zhǎng)法在SiC襯底12的一個(gè)面上外延生長(zhǎng)含有例如雜 質(zhì)濃度約1 X l〇16cm_3的N作為η型雜質(zhì)、厚度約10 μ m的高電阻的n_SiC層14。
[0140] 然后，通過(guò)利用光刻和蝕刻的圖案形成法形成例如Si02的第一掩模材料42。在步 驟S102中，使用該第一掩模材料42作為離子注入掩模，將作為ρ型雜質(zhì)的A1離子注入到 n_SiC層14中，形成第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16 (圖10)。
[0141] 然后，通過(guò)利用光刻和蝕刻的圖案形成法形成例如Si02的第二掩模材料44。在 步驟S104中，使用該第二掩模材料44作為離子注入掩模，將作為η型雜質(zhì)的N離子注入到 n_SiC層14中，形成第二SiC區(qū)(源區(qū)）18 (圖11)。
[0142] 進(jìn)而，在步驟S106中，使用相同的第二掩模材料44作為離子注入掩模，向第二SiC 區(qū)(源區(qū)）18中離子注入作為ρ型雜質(zhì)的A1 (圖12)。
[0143] 然后，通過(guò)利用光刻和蝕刻的圖案形成法形成例如Si02的第三掩模材料46。在步 驟S108中，使用該第三掩模材料46作為離子注入掩模，將作為ρ型雜質(zhì)的A1離子注入到 rTSiC層14中，形成第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20 (圖13)。
[0144] 這樣，在步驟S104和步驟S106中，通過(guò)離子注入共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)而形 成第二SiC區(qū)(源區(qū)）18。在此，例示了 Α1作為ρ型雜質(zhì)、Ν作為η型雜質(zhì)，當(dāng)將ρ型雜質(zhì)記 為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 A與元素 D的組合為A1 (鋁)、Ga (鎵)或In (銦） 與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合。
[0145] 另外，為了使第二SiC區(qū)(源區(qū))18的p型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)相互作用而形成三聚體， 優(yōu)選離子注入后的Ρ型雜質(zhì)的分布與η型雜質(zhì)的分布在膜厚方向的各位置上乘以一定比 例后大致一致。即，在各位置上，以使Ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)達(dá)到一定比例(例如Α1量：Ν量 =2:1)的方式來(lái)估設(shè)注入條件。
[0146] 因此，要使離子注入ρ型雜質(zhì)時(shí)的投影射程（Rp)相對(duì)于離子注入η型雜質(zhì)時(shí)的投 影射程（Rp)在90%以上且110%以下的范圍內(nèi)。并且，更優(yōu)選在95%以上且105%以下的范 圍內(nèi)。
[0147] 雜質(zhì)在SiC中的擴(kuò)散長(zhǎng)度比在Si等中的擴(kuò)散長(zhǎng)度小。因此，可以改變?chǔ)研碗s質(zhì)與 η型雜質(zhì)這兩者的投影射程（Rp)，以多個(gè)投影射程（Rp)進(jìn)行分成多階段的離子注入而形成 第二SiC區(qū)（源區(qū)）18。由此，能夠形成深度方向的雜質(zhì)濃度分布更均一的第二SiC區(qū)（源 區(qū)）18。
[0148] 另外，從減小第二SiC區(qū)(源區(qū)）18的薄層電阻或電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，作為ρ型雜 質(zhì)的A1的劑量與作為η型雜質(zhì)的N的劑量之比大于0. 40且小于0. 95。
[0149] 另外，從通過(guò)ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的相互作用減小第二SiC區(qū)(源區(qū)）18的薄層電 阻或電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，以使作為η型雜質(zhì)的N的濃度為1 X 1018cm_3以上且1 X 1022cm_3以 下的方式控制離子注入時(shí)的劑量。
[0150] 在步驟S110中，通過(guò)離子注入共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)而形成源區(qū)18,然后，進(jìn) 行用于活化的退火。該退火例如使用如下條件：使用氬（Ar)氣作為氣氛氣體、加熱溫度為 1600°C、加熱時(shí)間為30分鐘。此時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)引入到SiC內(nèi)部的雜質(zhì)的活化，但擴(kuò)散少。
[0151] 在步驟S112中，通過(guò)例如CVD (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積）法 或熱氧化法形成Si02膜的柵絕緣膜28。然后，在步驟S114中，在柵絕緣膜28上形成例如 多晶硅的柵極30。然后，在步驟S116中，在柵極30上形成例如作為Si0 2膜的層間絕緣膜 32 (圖 14)。
[0152] 然后，在步驟S118中，形成將第二SiC區(qū)(源區(qū)）18與第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20 電連接的導(dǎo)電性的第一電極(源區(qū)/ρ阱共用電極）24。第一電極(源區(qū)/ρ阱共用電極）24 例如通過(guò)Ni (鎳）和Α1的濺射而形成。
[0153] 在步驟S120中，在rTSiC襯底12的第二面?zhèn)刃纬蓪?dǎo)電性的第二電極(漏極)36。第 二電極(漏極）36例如通過(guò)Ni的濺射而形成。
[0154] 在步驟S122中，為了減小第一電極24與第二電極36的接觸電阻，在低溫下進(jìn)行 退火。退火例如在氬氣氣氛中在400°C下進(jìn)行。
[0155] 通過(guò)以上的制造方法形成圖1所示的M0SFET100。
[0156] 根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法，在n+型第二SiC區(qū)(源區(qū))18中共摻雜ρ型雜質(zhì)例如 A1和η型雜質(zhì)例如N。因此，n+型第二SiC區(qū)(源區(qū)）18的薄層電阻或電阻率減小。另外， n+型第二SiC區(qū)(源區(qū))18與第一電極24之間的接觸電阻減小。因此，導(dǎo)通電阻減小，能夠 制造高性能的M0SFET100。
[0157] 另外，通過(guò)ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的共摻雜，各雜質(zhì)容易進(jìn)入晶格點(diǎn)。因此，能夠使 步驟S110的活化退火的溫度比不共摻雜時(shí)降低。
[0158] 另外，通過(guò)形成三聚體或配對(duì)結(jié)構(gòu)使晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還能夠抑制因離子注入時(shí)形 成的晶體缺陷在SiC中延伸而引起的特性劣化。
[0159] 以往，在形成高濃度摻雜的η型區(qū)的情況下，不能使用氮，通過(guò)離子注入例如約 102°cnT 3的Ρ而形成。但是，如果使用本實(shí)施方式，則能夠使用氮形成高濃度摻雜的η型區(qū)。 艮Ρ，以往使用氮本身就是困難的，但在本實(shí)施方式中成為可能。
[0160] (第二實(shí)施方式）
[0161] 除了在Ρ+型第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）中也共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)這一點(diǎn)以 夕卜，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置與第一實(shí)施方式同樣。因此，對(duì)于與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容 省略記述。
[0162] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，在圖1的M0SFET100中，在ρ+型第三SiC區(qū)（ρ阱接 觸區(qū)）20中共摻雜有ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)。并且，當(dāng)將第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20中的ρ 型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 A與元素 D的組合為A1 (鋁)、Ga (鎵） 或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合。例如，元素 A 為A1，元素 D為N。
[0163] 本實(shí)施方式的M0SFET中，在第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20中共摻雜有ρ型雜質(zhì)例 如A1和η型雜質(zhì)例如N。由此，第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū))20的薄層電阻或電阻率減小。另 夕卜，第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20與第一電極24之間的接觸電阻減小。因此，在第一實(shí)施方 式的效果的基礎(chǔ)上，P阱電位(溝道電位）穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了高性能的M0SFET100。
[0164] 第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20中含有的ρ型雜質(zhì)的濃度為lX1018cnT 3以上且 lX 1022cnT3以下。這是因?yàn)?，低于該范圍時(shí)，特別是通過(guò)離子注入進(jìn)行共摻雜的情況下，不 產(chǎn)生P型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的相互作用，可能不形成三聚體。另外還因?yàn)椋y以超過(guò)該范圍地 使Ρ型雜質(zhì)固溶。
[0165] 從充分減小第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20的薄層電阻或電阻率和第三SiC區(qū)（ρ阱 接觸區(qū)）20與第一電極24之間的接觸電阻、使ρ阱電位(溝道電位）穩(wěn)定的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu) 選第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20中含有的ρ型雜質(zhì)的濃度為1 X 102°cm_3以上。
[0166] 當(dāng)將第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20的ρ型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D 時(shí)，從得到共摻雜所帶來(lái)的效果的觀點(diǎn)出發(fā)，元素 D的濃度與元素 Α的濃度之比大于0. 33 且小于0. 995。另外，從充分減小第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20的薄層電阻或電阻率和第三 SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū))20與第一電極24之間的接觸電阻、使ρ阱電位(溝道電位)穩(wěn)定的觀點(diǎn) 出發(fā)，優(yōu)選元素 D的濃度與元素 A的濃度之比大于0. 40且小于0. 95。另外，更優(yōu)選為0. 45 以上且0. 75以下。進(jìn)一步優(yōu)選為0. 47以上且0. 60以下。
[0167] 當(dāng)將第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20的η型雜質(zhì)記為元素 D、將ρ型雜質(zhì)記為元素 A 時(shí)，從減小薄層電阻或電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選有助于元素 A的載流子產(chǎn)生的受主能級(jí)為 150meV以下。另外，更優(yōu)選為lOOmeV以下。進(jìn)一步優(yōu)選為40meV以下。
[0168] 從充分減小第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20的薄層電阻或電阻率和第三SiC區(qū)（ρ阱 接觸區(qū)）20與第一電極24之間的接觸電阻、使ρ阱電位(溝道電位）穩(wěn)定的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選 P型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的大部分形成三聚體。因此，優(yōu)選元素 D的90%以上位于最接近元素 A 的晶格位置。元素 D的90%以上位于最接近元素 A的晶格位置時(shí)，可以認(rèn)為ρ型雜質(zhì)與η 型雜質(zhì)的大部分(能夠形成三聚體的部分中的90%以上）形成了三聚體。
[0169] 接下來(lái)，對(duì)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0170] 圖15是例示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。圖16是表示本實(shí)施 方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0171] 如圖15所示，半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在第一實(shí)施方式的方法的基礎(chǔ)上，在p型 雜質(zhì)離子注入(步驟S108)之后，還具備η型雜質(zhì)離子注入(步驟S109)。
[0172] 在步驟S109中，使用與步驟S108相同的第三掩模材料46作為離子注入掩模，向 第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20中離子注入作為ρ型雜質(zhì)的Α1 (圖16)。
[0173] 另外，從充分減小第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20的薄層電阻或電阻率和第三SiC區(qū) (P阱接觸區(qū)）20與第一電極24之間的接觸電阻、使ρ阱電位(溝道電位）穩(wěn)定的觀點(diǎn)出發(fā)， 作為η型雜質(zhì)的N的劑量與作為ρ型雜質(zhì)的A1的劑量之比大于0. 33且小于0. 995。從同 樣的觀點(diǎn)出發(fā)，以使作為Ρ型雜質(zhì)的Α1的濃度為lX1018cnT3以上且lX 1022cnT3以下的方 式控制劑量。
[0174] 步驟S110之后的工藝與第一實(shí)施方式同樣。
[0175] 根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法，在第一實(shí)施方式的效果的基礎(chǔ)上，ρ阱電位(溝道電 位）穩(wěn)定，能夠制造更高性能的M0SFET100。
[0176] 另外，第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中，在rTSiC層14的部分表面上形成ρ型雜 質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5 X 1015?約1 X 1017cm_3的ρ型第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16,成為M0SFET的 溝道區(qū)。在可以向該區(qū)中引入IX 1018cnT3以上的摻雜劑的情況下，可以與ρ阱接觸區(qū)同樣 地應(yīng)用共摻雜。
[0177] 一般而言，使溝道區(qū)的ρ型摻雜劑濃度升高時(shí)，會(huì)引起電子遷移率的劣化。但是， 通過(guò)共摻雜使應(yīng)變弛豫，因此可以預(yù)料遷移率提高。另外，一般而言，SiC中存在碳缺陷，其 能量能級(jí)中產(chǎn)生電子阱，存在遷移率劣化的問(wèn)題。但是，對(duì)溝道區(qū)進(jìn)行共摻雜時(shí)，碳缺陷由 η型摻雜劑(準(zhǔn)確地說(shuō)為進(jìn)入C位置側(cè)的摻雜劑）填埋，因此不產(chǎn)生電子阱。也可以預(yù)料到 相應(yīng)的遷移率提商。
[0178] 但是，在溝道區(qū)中引入IX 1018cnT3以上的摻雜劑時(shí)，存在閾值增大的問(wèn)題。因此， 在閾值可以較大的情況下或者可以通過(guò)其他方法降低閾值的情況下，通過(guò)對(duì)P阱區(qū)（溝道 區(qū)）進(jìn)行共摻雜，能夠得到高性能的M0SFET。
[0179] 為此，例如可以如下進(jìn)行設(shè)計(jì)：在絕緣膜/第一 SiC區(qū)的界面附近，在保持 0.33〈N/A1〈1.0的同時(shí)，將兩者均引入lX1018cnT3以上，且在形成溝道的部分(約3nm?約 5nm)，使ρ型摻雜劑與η型摻雜劑的差值為1 X 1017cnT3以下。
[0180] 另外，在界面附近差值變得更小，更優(yōu)選采用埋溝。在恰好界面處，N/A1比可以為 1.0。進(jìn)而，作為隱埋結(jié)構(gòu)，可以插入約lnm?約5nm的N/A1比為1.0(由于相互吸引，因此 在約0. 995?約1. 005的范圍內(nèi)能夠使其與1. 0 -致）的區(qū)。在這樣形成隱埋結(jié)構(gòu)的情況 下，該隱埋后的界面的深側(cè)為溝道。從溝道位置開(kāi)始，隨著朝向SiC區(qū)的深度方向，在保持 0. 33〈N/A1〈1. 0的同時(shí)，ρ型摻雜劑與η型摻雜劑的差值逐漸擴(kuò)大。即，優(yōu)選N/A1比在界面 附近接近1. 0且隨著朝向深處而接近0. 5。
[0181] 此時(shí)，（1)閾值為約3V?約5V的普通值。（2)如上所述，遷移率提高。為了使這 一點(diǎn)成立，重要的是在溝道內(nèi)保持〇. 33〈Ν/Α1〈1. 0。（3)而且，由于形成隱埋結(jié)構(gòu)，因此由界 面凹凸導(dǎo)致的遷移率劣化消失。（4)在第一 SiC區(qū)的深側(cè)位置，能夠增大ρ型摻雜劑濃度以 使P型摻雜劑與η型摻雜劑的差值為1 X 1018cnT3以上，因此能夠?qū)崿F(xiàn)元件的高耐壓化。
[0182] (第三實(shí)施方式）
[0183] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備：具有第一面和第二面的SiC襯底、設(shè)置在SiC襯底 的第一面?zhèn)鹊摩切蚐iC層、形成在SiC層的表面上的1對(duì)p型第一 SiC區(qū)和形成在第一 SiC 區(qū)的表面上的1對(duì)η型第二SiC區(qū)。另外，在第二SiC區(qū)的側(cè)方形成有p型第三SiC區(qū)。
[0184] 并且，在SiC層內(nèi)具備η型第四SiC區(qū)，該η型第四SiC區(qū)形成在1對(duì)p型第一 SiC 區(qū)之間，含有P型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，當(dāng)將p型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元 素 Α與元素 D的組合為Α1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與Ν (氮）的組合以及Β (硼）與Ρ (磷） 的組合中的至少一種組合，構(gòu)成組合的元素 A的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 40且小于 0. 95,構(gòu)成組合的元素 D的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下，且η型雜質(zhì)濃度高 于SiC層。進(jìn)而，還具備連續(xù)地形成在SiC層、第一 SiC區(qū)的表面上的柵絕緣膜、形成在柵 絕緣膜上的柵極、形成在第二SiC區(qū)上的第一電極和形成在SiC襯底的第二面?zhèn)鹊牡诙?極。
[0185] 圖17是表示作為本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的M0SFET的構(gòu)成的示意剖面圖。其 中，該 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半 導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）200例如為通過(guò)離子注入形成p阱和源區(qū)的雙注入MOSFET (Double Implantation M0SFET，DM0SFET)。
[0186] 該M0SFET200具備具有第一面和第二面的SiC襯底(碳化硅襯底)12。圖17中，第 一面為圖上側(cè)的面，第二面為圖下側(cè)的面。該SiC襯底12例如為雜質(zhì)濃度約1X10 18?約 1 X 1019cm_3的、含有例如N (氮）作為η型雜質(zhì)的4H-SiC的η型SiC襯底（η襯底)。
[0187] 該SiC襯底12的第一面上形成有例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5Χ1015?約 2X10 16cnT3的η型SiC層（rTSiC層）14。rTSiC層14的膜厚例如為約5μπι?約ΙΟμπι。
[0188] rTSiC層14的部分表面上形成有ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5Χ 1015?約IX 1017cnT3 的1對(duì)ρ型第一 SiC區(qū)（ρ講區(qū)）16。ρ講區(qū)16的深度例如為約0.6 μ m。ρ講區(qū)16作為 M0SFET200的溝道區(qū)發(fā)揮作用。
[0189] 第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16的部分表面上形成有例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約 5Χ 1019?約1 X 1022cnT3的1對(duì)η+型第二SiC區(qū)(源區(qū)）18。源區(qū)18的深度比第一 SiC區(qū) (P阱區(qū)）16的深度淺，例如為約0. 3 μ m。
[0190] 另外，在作為第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū))16的部分表面的n+型第二SiC區(qū)(源區(qū))18的側(cè) 方形成有例如P型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5X 1019?約1 X 1022cnT3的1對(duì)P+型第三SiC區(qū)（P 阱接觸區(qū))20。ρ阱接觸區(qū)20的深度比第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū))16的深度淺，例如為約0. 3 μ m。
[0191] 并且，在rTSiC層14內(nèi)具備η型第四SiC區(qū)（電流擴(kuò)散層：Current Spreding Layer) 70。電流擴(kuò)散層70形成在1對(duì)ρ型第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16之間。
[0192] η型第四SiC區(qū)（電流擴(kuò)散層）70的η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度高于rTSiC層14,例如為 約 1X1018 ?2X1019cnT3。
[0193] 通過(guò)設(shè)置η型第四SiC區(qū)（電流擴(kuò)散層)70,在M0SFET200接通時(shí)，抑制從1對(duì)ρ型 第一 SiC區(qū)（P阱區(qū)）16延伸到rTSiC層14的耗盡層。另外，還減小rTSiC層14自身的電 阻。因此，所謂的JFET(Junction Field Effect Transistor,結(jié)型場(chǎng)效晶體管）電阻減小， 導(dǎo)通電阻減小。
[0194] η型第四SiC區(qū)（電流擴(kuò)散層）70中共摻雜有p型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)。并且，當(dāng)將p 型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 A與元素 D的組合為A1 (鋁)、Ga (鎵） 或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合。而且，構(gòu)成 組合的元素 A的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95。并且，構(gòu)成組合的元素 D 的濃度為IX 1018cnT3以上且IX 1022cnT3以下。以下，以元素 A為A1、元素 D為N的情況為 例進(jìn)行說(shuō)明。
[0195] rTSiC層14和第一 SiC區(qū)（p阱區(qū)）16的表面上連續(xù)地具有以跨接這些區(qū)和層的 方式形成的柵絕緣膜28。柵絕緣膜28可以應(yīng)用例如Si02膜、high-k絕緣膜。
[0196] 并且，柵絕緣膜28上形成有柵極30。柵極30可以應(yīng)用例如多晶硅等。柵極30上 形成有例如由Si0 2膜形成的層間絕緣膜32。
[0197] 夾在柵極下的第二SiC區(qū)(源區(qū)）18與rTSiC層14之間的第一 SiC區(qū)16作為 M0SFET100的溝道區(qū)發(fā)揮作用。
[0198] 并且，具備與第二SiC區(qū)（源區(qū)）18和第三SiC區(qū)（p阱接觸區(qū)）20電連接的導(dǎo)電 性的第一電極(源區(qū)/P阱共用電極)24。第一電極(源區(qū)/p阱共用電極)24例如由Ni (鎳） 的阻擋金屬層24a和阻擋金屬層24a上的A1的金屬層24b構(gòu)成。Ni的阻擋金屬層24a和 A1的金屬層24b可以通過(guò)反應(yīng)形成合金。
[0199] 另外，SiC襯底12的第二面?zhèn)刃纬捎袑?dǎo)電性的第二電極(漏極）36。第二電極(漏 極）36例如為Ni。
[0200] 另外，本實(shí)施方式中，η型雜質(zhì)優(yōu)選例如N (氮)、P (磷)，但也可以應(yīng)用As (砷)等。 另外，P型雜質(zhì)優(yōu)選例如A1 (鋁)，但也可以應(yīng)用B (硼)、Ga (鎵)、In (銦）等。
[0201] 本實(shí)施方式的M0SFET200中，η型第四SiC區(qū)（電流擴(kuò)散層）70中共摻雜有p型雜 質(zhì)例如A1和η型雜質(zhì)例如N。由此，η型第四SiC區(qū)（電流擴(kuò)散層)70的薄層電阻和電阻率 減小。因此，導(dǎo)通電阻減小，實(shí)現(xiàn)了高性能的M0SFET200。
[0202] 另外，通過(guò)形成三聚體，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，晶體缺陷減少，實(shí)現(xiàn)了漏電流減小的 M0SFET200。而且，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了通電擊穿耐性優(yōu)異的M0SFET200。
[0203] 電流擴(kuò)散層70中含有的η型雜質(zhì)的濃度為IX 1018cnT3以上且IX 1022cnT3以下。 這是因?yàn)椋陀谠摲秶鷷r(shí)，特別是在通過(guò)離子注入進(jìn)行共摻雜的情況下，不產(chǎn)生P型雜質(zhì)與 η型雜質(zhì)的相互作用，可能不形成三聚體。另外還因?yàn)椋y以超過(guò)該范圍地使η型雜質(zhì)固溶。
[0204] 當(dāng)將電流擴(kuò)散層70的ρ型雜質(zhì)記為元素 Α、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，從充分減小 電流擴(kuò)散層70的薄層電阻或電阻率、減小導(dǎo)通電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，元素 Α的濃度與元素 D的 濃度之比大于0. 40且小于0. 95。另外，優(yōu)選元素 A的濃度與元素 D的濃度之比為0. 45以 上且0. 75以下。進(jìn)一步優(yōu)選為0. 47以上且0. 6以下。
[0205] 元素 A的濃度與元素 D的濃度之比例如可以通過(guò)使用SMS (Secondary Ion Microprobe Spectrometry,二次離子微探針質(zhì)譜）求出元素 A、元素 D各自的濃度來(lái)計(jì)算。
[0206] 將電流擴(kuò)散層70的ρ型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，從減小薄層電 阻或電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選有助于元素 D的載流子產(chǎn)生的施主能級(jí)為40meV以下。另外， 更優(yōu)選為35meV以下，進(jìn)一步優(yōu)選為20meV以下。
[0207] 元素 D的施主能級(jí)例如可以通過(guò)測(cè)定電流擴(kuò)散層70的薄層電阻或電阻率的活化 能量來(lái)求出。
[0208] 從充分減小電流擴(kuò)散層70的薄層電阻或電阻率、實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu) 選P型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的大部分形成三聚體。因此，優(yōu)選元素 A的90%以上位于最接近元 素 D的晶格位置。元素 A的90%以上位于最接近元素 D的晶格位置時(shí)，可以認(rèn)為p型雜質(zhì) 與η型雜質(zhì)的大部分(能夠形成三聚體的部分中的90%以上）形成了三聚體。
[0209] 元素 Α中，位于最接近元素 D的晶格位置的元素的比例可以通過(guò)例如使用XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy, X射線光電子能譜）分析元素 A與元素 D的結(jié)合狀 態(tài)來(lái)求出
[0210] 接下來(lái)，對(duì)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0211] 圖18是例示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序流程圖。圖19?圖24 是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖面圖。
[0212] 如圖18所示，半導(dǎo)體裝置的制造方法包括：rTSiC層形成(步驟S200)、p型雜質(zhì)離 子注入(步驟S202)、n型雜質(zhì)離子注入(步驟S204)、p型雜質(zhì)離子注入(步驟S206)、n型雜 質(zhì)離子注入(步驟S208)、p型雜質(zhì)離子注入(步驟S209)、退火(步驟S210)、柵絕緣膜形成 (步驟S212)、柵極形成(步驟S214)、層間膜形成(步驟S216)、第一電極形成(步驟S218)、第 二電極形成(步驟S220 )和退火(步驟S222 )。
[0213] 首先，準(zhǔn)備以約5X1018cnT3的雜質(zhì)濃度含有P (磷）或N (氮）作為η型雜質(zhì)、厚度 例如為300 μ m的4H-SiC的低電阻的η型SiC襯底12。
[0214] 在步驟S200中，通過(guò)外延生長(zhǎng)法在SiC襯底12的一個(gè)面上外延生長(zhǎng)含有例如雜 質(zhì)濃度約1 X l〇16cm_3的N作為η型雜質(zhì)、厚度約10 μ m的高電阻的n_SiC層14。
[0215] 然后，通過(guò)利用光刻和蝕刻的圖案形成法形成例如Si02的第一掩模材料42。在步 驟S202中，使用該第一掩模材料42作為離子注入掩模，將作為p型雜質(zhì)的A1離子注入到 rTSiC層14中，形成1對(duì)第一 SiC區(qū)（p阱區(qū)）16 (圖19)。
[0216] 然后，通過(guò)利用光刻和蝕刻的圖案形成法形成例如Si02的第二掩模材料44。在 步驟S204中，使用該第二掩模材料44作為離子注入掩模，將作為η型雜質(zhì)的N離子注入到 rTSiC層14中，形成1對(duì)第二SiC區(qū)(源區(qū)）18 (圖20)。
[0217] 然后，通過(guò)利用光刻和蝕刻的圖案形成法形成例如Si02的第三掩模材料46。在步 驟S206中，使用該第三掩模材料46作為離子注入掩模，將作為p型雜質(zhì)的A1離子注入到 rTSiC層14中，形成1對(duì)第四SiC區(qū)（p阱接觸區(qū)）20 (圖21)。
[0218] 然后，通過(guò)利用光刻和蝕刻的圖案形成法形成例如Si02的第四掩模材料48。在 步驟S208中，使用該第四掩模材料48作為離子注入掩模，將作為η型雜質(zhì)的N離子注入到 rTSiC層14中，在1對(duì)第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16之間形成η型第四SiC區(qū)（電流擴(kuò)散層）70 (圖 22)。
[0219] 進(jìn)而，在步驟S209中，使用相同的第四掩模材料48作為離子注入掩模，向第四SiC 區(qū)（電流擴(kuò)散層）70中離子注入作為ρ型雜質(zhì)的A1 (圖23)。
[0220] 這樣，在步驟S208和步驟S209中，通過(guò)離子注入共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)而形 成第四SiC區(qū)（電流擴(kuò)散層)70。在此，例示了 Α1作為ρ型雜質(zhì)、Ν作為η型雜質(zhì)，當(dāng)將ρ型 雜質(zhì)記為元素 Α、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 Α與元素 D的組合為Α1 (鋁)、Ga (鎵）或 In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合。
[0221] 另外，為了使電流擴(kuò)散層70的ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)相互作用而形成三聚體，優(yōu)選 離子注入后的P型雜質(zhì)的分布與η型雜質(zhì)的分布一致。
[0222] 因此，要使離子注入ρ型雜質(zhì)時(shí)的投影射程（Rp)相對(duì)于離子注入η型雜質(zhì)時(shí)的投 影射程（Rp)在90%以上且110%以下的范圍內(nèi)。并且，優(yōu)選在95%以上且105%以下的范圍 內(nèi)。
[0223] 雜質(zhì)在SiC中的擴(kuò)散長(zhǎng)度比在Si等中的擴(kuò)散長(zhǎng)度小。因此，可以改變?chǔ)研碗s質(zhì)與 η型雜質(zhì)這兩者的投影射程（Rp)，以多個(gè)投影射程（Rp)進(jìn)行分成多階段的離子注入而形成 電流擴(kuò)散層70。由此，能夠形成深度方向的雜質(zhì)濃度分布更均一的電流擴(kuò)散層70。
[0224] 另外，從減小電流擴(kuò)散層70的薄層電阻和電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選作為ρ型雜質(zhì) 的A1的劑量與作為η型雜質(zhì)的N的劑量之比大于0. 40且小于0. 95。
[0225] 另外，從通過(guò)ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的相互作用減小電流擴(kuò)散層70的薄層電阻或電 阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，以使作為η型雜質(zhì)的Ν的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下的方 式控制離子注入時(shí)的劑量。
[0226] 在步驟S210中，通過(guò)離子注入共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)而形成電流擴(kuò)散層70， 然后，進(jìn)行用于活化的退火。該退火例如使用如下條件：使用氬（Ar)氣作為氣氛氣體、加熱 溫度為1600°C、加熱時(shí)間為30分鐘。此時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)引入到SiC內(nèi)部的雜質(zhì)的活化，但擴(kuò)散 少。
[0227] 在步驟S212中，通過(guò)例如CVD (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積）法 或熱氧化法形成Si02膜的柵絕緣膜28。然后，在步驟S214中，在柵絕緣膜28上形成例如 多晶硅的柵極30。然后，在步驟S216中，在柵極30上形成例如作為Si0 2膜的層間絕緣膜 32 (圖 24)。
[0228] 然后，在步驟S218中，形成將第二SiC區(qū)(源區(qū)）18與第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū)）20 電連接的導(dǎo)電性的第一電極(源區(qū)/ρ阱共用電極）24。第一電極(源區(qū)/ρ阱共用電極）24 例如通過(guò)Ni (鎳）和Α1的濺射而形成。
[0229] 在步驟S220中，在rTSiC襯底12的第二面?zhèn)刃纬蓪?dǎo)電性的第二電極(漏極)36。第 二電極(漏極）36例如通過(guò)Ni的濺射而形成。
[0230] 在步驟S222中，為了減小第一電極24與第二電極36的接觸電阻，在低溫下進(jìn)行 退火。退火例如在氬氣氣氛中在400°C下進(jìn)行。
[0231] 通過(guò)以上的制造方法形成圖17所示的M0SFET200。
[0232] 根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法，在η型電流擴(kuò)散層70中共摻雜ρ型雜質(zhì)例如A1和 η型雜質(zhì)例如Ν。因此，電流擴(kuò)散層70的薄層電阻或電阻率減小。因此，導(dǎo)通電阻減小，能 夠制造高性能的M0SFET200。
[0233] 另外，通過(guò)ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的共摻雜，各雜質(zhì)容易進(jìn)入晶格點(diǎn)。因此，能夠使 步驟S210的活化退火的溫度比不共摻雜時(shí)降低。
[0234] 另外，通過(guò)形成三聚體或配對(duì)結(jié)構(gòu)使晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還能夠抑制因離子注入時(shí)形 成的晶體缺陷在SiC中延伸而引起的特性劣化。
[0235] 另外，電流擴(kuò)散層70也可以形成在1對(duì)第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16之間的一部分區(qū) 域。
[0236] 例如，可以使用傾斜離子注入等僅形成在1對(duì)第一 SiC區(qū)（ρ阱區(qū)）16的側(cè)面部。 通過(guò)該構(gòu)成，也能夠抑制耗盡層，降低JFET電阻。
[0237] 例如，電流擴(kuò)散層70與柵絕緣膜28之間可以存在未形成電流擴(kuò)散層70的SiC層 14。或者，可以在電流擴(kuò)散層70與柵絕緣膜20之間設(shè)置p型區(qū)。由此，保持柵絕緣膜的 耐壓。該P(yáng)型區(qū)更優(yōu)選例如使用形成電流擴(kuò)散層70的同一掩模，通過(guò)本實(shí)施方式所示的 共摻雜以與電流擴(kuò)散層相反的比率來(lái)形成。例如，在電流擴(kuò)散層中使A1 :N=1: 2、在其上使 A1:N=2:1而形成p型層時(shí)，p型區(qū)中的電荷響應(yīng)變得高速，因此切換響應(yīng)變得高速。
[0238] 另外，也可以通過(guò)改變第二掩模材料44的圖案而與第二SiC區(qū)(源區(qū)）18同時(shí)地 形成電流擴(kuò)散層70。
[0239] (第四實(shí)施方式）
[0240] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置除了為使用p型SiC襯底代替了 η型SiC襯底的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管）以外，與第一實(shí)施方式同樣。 因此，對(duì)于與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容省略記述。
[0241] 圖25是表示作為本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管）的構(gòu)成的示意剖面圖。
[0242] 該IGBT300具備具有第一面和第二面的p型SiC襯底(碳化硅襯底)52。圖25中， 第一面為圖上側(cè)的面，第二面為圖下側(cè)的面。該SiC襯底52為雜質(zhì)濃度約IX 1018?約 1 X 1019cm_3的、含有例如A1 (錯(cuò)）作為p型雜質(zhì)的4H-SiC襯底（p襯底)。
[0243] 該SiC襯底52的第一面上形成有η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5X1015?約 2X10 16cnT3的η型SiC層（rTSiC層）14。rTSiC層14的膜厚例如為約5μπι?約ΙΟμπι。
[0244] rTSiC層14的部分表面上形成有ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5Χ 1015?約IX 1017cnT3 的P型第一 SiC區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）66。第一發(fā)射區(qū)66的深度例如為約0. 6 μ m。
[0245] 第一 SiC區(qū)（第一發(fā)射區(qū)）66的部分表面上形成有η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約 5Χ 1019?約1 X 1022cm_3的η+型第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū)）58。第二發(fā)射區(qū)58的深度比第 一 SiC區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）66的深度淺，例如為約0. 3 μ m。
[0246] n+型第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū)）58中共摻雜有ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)。并且，當(dāng)將ρ 型雜質(zhì)記為元素 Α、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 Α與元素 D的組合為Α1 (鋁)、Ga (鎵） 或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合。而且，構(gòu)成 組合的元素 A的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95。并且，構(gòu)成組合的元素 D 的濃度為IX 1018cnT3以上且IX 1022cnT3以下。以下，以元素 A為A1、元素 D為N的情況為 例進(jìn)行說(shuō)明。
[0247] 另外，在作為第一 SiC區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）66的部分表面的n+型第二SiC區(qū)(第二發(fā) 射區(qū)）58的側(cè)方形成有ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為約5X 1019?約1 X 1022cnT3的p+型第三SiC 區(qū)（發(fā)射接觸區(qū)）60。發(fā)射接觸區(qū)60的深度比第一 SiC區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）66的深度淺，例如 為約0· 3 μ m。
[0248] 而且，SiC層（ιΓ層）14和第一 SiC區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）66的表面上連續(xù)地具有以跨 接這些區(qū)和層的方式形成的柵絕緣膜28。柵絕緣膜28可以應(yīng)用例如Si0 2膜、high-k絕緣 膜。
[0249] 并且，柵絕緣膜28上形成有柵極30。柵絕緣膜28使用例如Si02膜。柵極30可 以應(yīng)用例如多晶硅等。柵極30上形成有例如由Si0 2膜形成的層間絕緣膜32。
[0250] 夾在柵極下的第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū)）58與SiC層（ιΓ層）14之間的第一 SiC區(qū) 66為溝道區(qū)。
[0251] 并且，具備與第二SiC區(qū)（第二發(fā)射區(qū)）58和第三SiC區(qū)（發(fā)射接觸區(qū)）60電連接 的導(dǎo)電性的第一電極(發(fā)射電極）54。第一電極(發(fā)射電極）54例如由Ni (鎳）的阻擋金屬 層54a和阻擋金屬層54a上的A1的金屬層54b構(gòu)成。Ni的阻擋金屬層54a和A1的金屬層 54b可以通過(guò)反應(yīng)形成合金。
[0252] 另外，SiC襯底12的第二面?zhèn)?、p型SiC襯底52的背面上形成有導(dǎo)電性的第二電 極(集電極）56。第二電極(集電極）56例如為Ni。
[0253] 另外，本實(shí)施方式中，η型雜質(zhì)優(yōu)選例如N (氮)、P (磷)，但也可以應(yīng)用As (砷)等。 另外，P型雜質(zhì)優(yōu)選例如A1 (鋁)，但也可以應(yīng)用B (硼)、Ga (鎵)、In (銦）等。
[0254] 本實(shí)施方式的IGBT300中，第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū))58中共摻雜有p型雜質(zhì)例如 A1和η型雜質(zhì)例如N。由此，第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū))58的薄層電阻或電阻率減小。另外， 第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū)）58與第一電極(發(fā)射電極）54之間的接觸電阻減小。因此，實(shí)現(xiàn) 了導(dǎo)通電流大的IGBT300。
[0255] 本實(shí)施方式中，摻雜劑的能量能級(jí)淺，因此，載流子高速地生成和湮滅。其結(jié)果，與 不使用共摻雜時(shí)的IGBT相比，接通所用的時(shí)間、切斷所用的時(shí)間均能夠至少為一半以下。 如果拓寬共摻雜的應(yīng)用范圍，則還有進(jìn)一步高速化的余地，能夠解決作為雙極器件弱點(diǎn)的 低速工作的問(wèn)題。
[0256] 在拓寬共摻雜的應(yīng)用范圍的情況下，例如，可以考慮對(duì)溝道區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）進(jìn)行 共摻雜。根據(jù)閾值等器件特性，在容許的情況下可以引入約lXl〇 18cnT3的摻雜劑。此外，可 以考慮利用外延生長(zhǎng)技術(shù)在溝道區(qū)、飄移層等中應(yīng)用共摻雜。即，如果能夠在構(gòu)成雙極器件 的部分中電荷出入部分的多個(gè)部分中引入即使是少量的共摻雜，也能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的高速 化。
[0257] 另外，通過(guò)形成三聚體，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，晶體缺陷減少，實(shí)現(xiàn)了反向偏壓時(shí)的漏電 流減小的IGBT300。而且，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，由此實(shí)現(xiàn)了通電擊穿耐性優(yōu)異的IGBT300。
[0258] 如上所述，本實(shí)施方式的IGBT300的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的M0SFET100的不同點(diǎn) 僅在于η襯底12變?yōu)閜襯底52。因此，除了在p襯底52上形成SiC層14以外，可以通過(guò) 與第一實(shí)施方式同樣的制造方法來(lái)制造。另外，也可以加入第二實(shí)施方式、第三實(shí)施方式的 內(nèi)容。
[0259] 另外，將第三實(shí)施方式所示的電流擴(kuò)散層70組裝到IGBT300中時(shí)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)通電 流更大的IGBT300。另外，摻雜劑的能量能級(jí)淺，因此，電荷的產(chǎn)生、湮滅的速度變得高速。 其結(jié)果，切換變得更高速。
[0260] (第五實(shí)施方式）
[0261] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體材料為在SiC中含有p型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)的η型半導(dǎo)體材 料。并且，當(dāng)將Ρ型雜質(zhì)記為元素 Α、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，元素 Α與元素 D的組合為 A1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組 合，構(gòu)成組合的元素 A的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95。
[0262] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體材料例如為SiC的錠或SiC的晶片。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體材 料在SiC中以規(guī)定的比例共摻雜有規(guī)定的ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)。根據(jù)該構(gòu)成，通過(guò)第一實(shí) 施方式中詳述的作用，實(shí)現(xiàn)了低電阻且缺陷密度低的η型SiC半導(dǎo)體材料。
[0263] η型SiC半導(dǎo)體材料中含有的η型雜質(zhì)的濃度優(yōu)選為1 X 1018cm_3以上且 lX 1022cnT3以下。這是因?yàn)?，低于該范圍時(shí)，特別是在通過(guò)離子注入進(jìn)行共摻雜的情況下， 不產(chǎn)生P型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的相互作用，可能不形成三聚體。另外還因?yàn)椋y以超過(guò)該范圍 地使η型雜質(zhì)固溶。
[0264] 當(dāng)將η型SiC半導(dǎo)體材料的ρ型雜質(zhì)記為元素 Α、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，從充 分減小η型SiC半導(dǎo)體材料的薄層電阻或電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，元素 Α的濃度與元素 D的濃 度之比大于0. 40且小于0. 95。另外，優(yōu)選元素 A的濃度與元素 D的濃度之比為0. 45以上 且0. 75以下。進(jìn)一步優(yōu)選為0. 47以上且0. 60以下。
[0265] 當(dāng)將η型SiC半導(dǎo)體材料的ρ型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，從得 到共摻雜帶來(lái)的效果的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選元素 D的施主能級(jí)為40meV以下。另外，更優(yōu)選為 35meV以下，進(jìn)一步優(yōu)選為20meV以下。
[0266] 從減小η型SiC半導(dǎo)體材料的薄層電阻或電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選ρ型雜質(zhì)與η 型雜質(zhì)的大部分形成三聚體。因此，優(yōu)選元素 Α的90%以上位于最接近元素 D的晶格位置。 元素 A的90%以上位于最接近元素 D的晶格位置時(shí)，可以認(rèn)為ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的大部 分(能夠形成三聚體的部分中的90%以上）形成了三聚體。
[0267] 以上，在實(shí)施方式中，以碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)為4H_SiC的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但 本發(fā)明也可以應(yīng)用于6H-SiC、3C-SiC等其他晶體結(jié)構(gòu)的碳化硅。
[0268] 另外，在實(shí)施方式中，以ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的組合為A1 (鋁)與N (氮）的組合的 情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但不限于該組合，只要是Α1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與Ν (氮）的組 合以及B (硼）與P (磷）的組合，則能夠得到同樣的效果。
[0269] 以上記述了某些實(shí)施方式，這些實(shí)施方式僅用于例示而不用于限定本發(fā)明的范 圍。實(shí)際上，在此記述的半導(dǎo)體裝置及其制造方法可以以各種其他形式來(lái)實(shí)施。而且，在不 脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以對(duì)在此記述的裝置及方法的形式進(jìn)行各種省略、替代和 變更。所附權(quán)利要求書及其等價(jià)物涵蓋了落入本發(fā)明的范疇和精神內(nèi)的這些形式或修改。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備η型SiC區(qū)，所述η型SiC區(qū)含有p型雜質(zhì)和η 型雜質(zhì)，當(dāng)將所述Ρ型雜質(zhì)記為元素 Α、將所述η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，所述元素 Α與所述元 素 D的組合為A1 (錯(cuò))、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合 中的至少一種組合，構(gòu)成所述組合的所述元素 A的濃度與所述元素 D的濃度之比大于0. 40 且小于0. 95,構(gòu)成所述組合的所述元素 D的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的濃度與所述元素 D的濃度之比 為0. 45以上且0. 75以下。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的施主能級(jí)為40meV以下。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的90%以上位于最接近所述元素 D的晶格位置。
5. -種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備： 具有第一面和第二面的SiC襯底、 設(shè)置在所述SiC襯底的所述第一面?zhèn)鹊摩切蚐iC層、 形成在所述SiC層的表面上的ρ型第一 SiC區(qū)、 形成在所述第一 SiC區(qū)的表面上的η型第二SiC區(qū)、 連續(xù)地形成在所述SiC層、所述第一 SiC區(qū)的表面上的柵絕緣膜、 形成在所述柵絕緣膜上的柵極、 形成在所述第二SiC區(qū)上的第一電極、和 形成在所述SiC襯底的所述第二面?zhèn)鹊牡诙姌O； 其中，所述η型第二SiC區(qū)含有ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，當(dāng)將所述ρ型雜質(zhì)記為元素 A、 將所述η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，所述元素 Α與所述元素 D的組合為Α1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合，構(gòu)成所述組合的所 述元素 A的濃度與所述元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95,構(gòu)成所述組合的所述元素 D的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的濃度與所述元素 D的濃度之比 為0. 45以上且0. 75以下。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的施主能級(jí)為40meV以下。
8. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的90%以上位于最接近所述元素 D的晶格位置。
9. 一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備： 具有第一面和第二面的SiC襯底、 設(shè)置在所述SiC襯底的所述第一面?zhèn)鹊摩切蚐iC層、 形成在所述SiC層的表面上的1對(duì)ρ型第一 SiC區(qū)、 形成在所述第一 SiC區(qū)的表面上的1對(duì)η型第二SiC區(qū)、 在所述SiC層內(nèi)形成在所述1對(duì)ρ型第一 SiC區(qū)之間的η型第三SiC區(qū)、 連續(xù)地形成在所述SiC層、所述第一 SiC區(qū)的表面上的柵絕緣膜、 形成在所述柵絕緣膜上的柵極、 形成在所述第二SiC區(qū)上的第一電極、和 形成在所述SiC襯底的所述第二面?zhèn)鹊牡诙姌O； 其中，所述η型第三SiC區(qū)含有p型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，當(dāng)將所述p型雜質(zhì)記為元素 A、 將所述η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，所述元素 A與所述元素 D的組合為A1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合，構(gòu)成所述組合的所 述元素 A的濃度與所述元素 D的濃度之比大于0. 40且小于0. 95,構(gòu)成所述組合的所述元素 D的濃度為lX1018cnT3以上且lX 1022cnT3以下，且η型雜質(zhì)濃度高于所述SiC層。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的濃度與所述元素 D的濃度之 比為0. 45以上且0. 75以下。
11. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的施主能級(jí)為40meV以下。
12. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的90%以上位于最接近所述元 素 D的晶格位置。
13. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，通過(guò)向SiC中離子注入p型雜質(zhì)和η型 雜質(zhì)而形成η型SiC區(qū)，其中， 當(dāng)將所述P型雜質(zhì)記為元素 A、將所述η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，所述元素 A與所述元素 D的組合為A1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的 至少一種組合，構(gòu)成所述組合的所述元素 A的濃度與所述元素 D的濃度之比大于0. 40且小 于 0. 95， 離子注入所述P型雜質(zhì)時(shí)的投影射程（Rp)相對(duì)于離子注入所述η型雜質(zhì)時(shí)的投影射 程（Rp)在90%以上且110%以下的范圍內(nèi)， 構(gòu)成所述η型SiC區(qū)的所述組合的所述元素 D的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3 以下。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述元素 A的劑量與所述元素 D的劑量之 比為0. 45以上且0. 75以下。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，以多個(gè)投影射程（Rp)分成多階段進(jìn)行所 述P型雜質(zhì)和所述η型雜質(zhì)的離子注入。
【文檔編號(hào)】H01L29/201GK104064587SQ201410076912
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】清水達(dá)雄, 西尾讓司, 太田千春, 四戶孝 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝