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p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)成上述組合的元素D的濃度與元素A的濃度之比大于0.33且小于0.995，構(gòu)成上述組合的元素A的濃度為1×1018cm-3以上且1×1022cm-3以下。
【專利說明】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)的全部內(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ρ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ρ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 D的濃度與元素 A的濃度之比大于0. 33且小于0. 995,構(gòu)成上述組合的元素 A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ρ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是說明共摻雜的作用的圖。
[0011] 圖3是說明共摻雜的作用的圖。
[0012] 圖4是說明共摻雜的作用的圖。
[0013] 圖5是說明共摻雜的作用的圖。
[0014] 圖6是說明共摻雜的作用的圖。
[0015] 圖7是表示η型SiC的情況下的A1和N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是表示第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0027] 圖19是表示第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序流程圖。
[0028] 圖20是表示第四實(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是表示第四實(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是表示第四實(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是表示第四實(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是表示第四實(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)體裝置的制造方法的示意剖面圖。

【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)行說明。其中，以下的說明中，對(duì)同一構(gòu)件 等標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)，對(duì)說明過一次的構(gòu)件等適當(dāng)省略其說明。
[0035] 另外，在以下的說明中，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η型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p型第一 SiC區(qū)和形成在第一 SiC 區(qū)的表面上的η型第二SiC區(qū)。并且，還具備p型第三SiC區(qū)，該p型第三SiC區(qū)形成在第 一 SiC區(qū)的表面，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P (磷)的組合中的至少一種組合，構(gòu)成上述組合的元素 D的濃度與元素 A的濃度之比(濃 度D/濃度A)大于0. 33且小于0. 995,構(gòu)成上述組合的元素 A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)和第三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。
[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] 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1X 1〇18?約1 X 1022cnT3的p+型第三SiC區(qū)（ρ講 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。
[0044] p+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(第一組合)、B (硼）與P (磷）的組合(第二組合）中的至少一種 組合，構(gòu)成上述組合的元素 D的濃度與元素 A的濃度之比大于0. 33且小于0. 995,構(gòu)成上述 組合的元素 A的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
[0045] 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 D的濃度與 元素 A的濃度之比、元素 A的濃度的條件即可。
[0046] 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 D的濃度與元素 A的濃度之比、元素 A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。
[0047] 例如，在 A1 為 1 X 1018cm 3、Ga 為 1 X 1018cm 3、N 為 1 X 1018cm 3 的情況下，N/(A1+Ga) =0. 5, Al+Ga為2X1018cnT3,因此,元素比、濃度均在實(shí)施方式的范圍內(nèi)。
[0048] 另夕卜，例如，在B為4X1018cm_3、P為lX10 18cm_3、N為lX1018cm_3的情況下，僅著眼 于作為第二組合的B和P。于是，Ρ/Β=0. 25、不滿足元素比，在實(shí)施方式的范圍外。
[0049] 另夕卜，例如，在 A1 為 5X1017cnT3、B 為 5X1017cnT3、N 為 2. 5X1017cnT3、P 為 2. 5X1017cnT3的情況下，就第一組合來看，N/A1=0. 5、滿足比的條件，但A1的濃度低于 lX1018cm_3。就第二組合來看，Ρ/Β=0. 5、滿足比的條件，但B的濃度低于lX1018cm_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。
[0050] 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 (鋁)、元素 D為Ν (氮）的情況為例進(jìn)行說明。
[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Si02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，通過形成三聚體，與配對(duì)結(jié)構(gòu)和N分開存在的情況相比，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，通過形成三聚體，與A1-N配對(duì)結(jié)構(gòu)和A1分開存在的情況相比，體系穩(wěn)定0. 4eV。
[0064] 接下來，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)算的情況為例來說明計(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)定可以通過共價(jià)半徑的大小來理解。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] 此外，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，重要的是從開始就以使通 過離子注入引入的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)，難以通過離子注入來 形成。因此，特別是在濃度稀的區(qū)中，通過氣相生長形成雜質(zhì)區(qū)是有效的。此外，氣相生長 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，通過熱處理等使其恢復(fù)也變得困 難。氣相生長在生長中形成三聚體，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lX1019cnT 3以上、進(jìn)而為lX102°cnT3以上的區(qū)中，通過氣相生長形成雜 質(zhì)區(qū)是有效的。
[0079] 由此可見，氣相生長具有通過離子注入無法獲得的效果。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 分別使用氣相生長和離子注入。
[0080] 由氣相進(jìn)行晶體生長時(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。可以期待至少 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，通過共摻雜作為p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)，通過相互作用形成A1-N配對(duì) 后剩余的N也通過對(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1(Γ 5 Ω cm3減 小至約10 7 Ω cm3。
[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Ν濃度：Α1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Α1濃度/Ν濃度=0.5為中心來考慮。在使Α1濃度/Ν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，通 過共摻雜使電阻減小的是使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)，通過相互作用形成A1-N配對(duì)后 剩余的A1也通過對(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。可以認(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，得 到共摻雜的電阻減小效果的是使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。無論是離子注入法還是外延生長法，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?；蛘撸谙嗤s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。考慮能夠通 過外延生長形成的低劑量區(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，p+型第三SiC區(qū)（p阱接觸區(qū)）20中共摻雜有p型雜 質(zhì)例如A1和η型雜質(zhì)例如N。由此，p+型第三SiC區(qū)20的薄層電阻和電阻率減小。另外， 第三SiC區(qū)20與第一電極24之間的接觸電阻減小。因此，p阱電位(溝道電位)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn) 了高性能的M0SFET100。
[0124] 另外，通過形成三聚體，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] 第三SiC區(qū)20中含有的p型雜質(zhì)的濃度為lX1018cnT3以上且lX 1022cnT3以下。 這是因?yàn)椋陀谠摲秶鷷r(shí)，特別是在通過離子注入進(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)椋y以超過該范圍地使p型雜質(zhì)固 溶。
[0127] 從充分減小第三SiC區(qū)20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)充分穩(wěn)定的P阱電位的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選第三SiC區(qū)20中含有的p型 雜質(zhì)的濃度為lXl〇 2°cnT3以上。
[0128] 當(dāng)將第三SiC區(qū)20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 小第三SiC區(qū)20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)充分穩(wěn)定的P阱電位的觀點(diǎn)出發(fā)，元素 D的濃度與元素 A的濃度之比大于0. 33且小于 0.995。另外，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。
[0129] 元素 D的濃度與元素 A的濃度之比例如可以通過使用SMS (Secondary Ion Microprobe Spectrometry,二次離子微探針質(zhì)譜）求出元素 A、元素 D各自的濃度來計(jì)算。
[0130] 當(dāng)將第三SiC區(qū)20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 Α的載流子產(chǎn)生的受主能級(jí)為150meV以下。另 夕卜，更優(yōu)選為lOOmeV以下，進(jìn)一步優(yōu)選為40meV以下。
[0131] 元素 A的受主能級(jí)例如可以通過測(cè)定第三SiC區(qū)20的薄層電阻或電阻率、或者第 三SiC區(qū)20與第一電極24之間的接觸電阻的活化能量來求出。
[0132] 從充分減小第三SiC區(qū)20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)充分穩(wěn)定的P阱電位的觀點(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 Α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 D中，位于最接近元素 Α的晶格位置的元素的比例可以通過例如使用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)來求出。
[0134] 接下來，對(duì)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。
[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Ρ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)成上述組合的元素 D的劑量與元素 A的劑量之比大于0. 33且 小于0. 995。另外，離子注入η型雜質(zhì)時(shí)的投影射程（Rp)相對(duì)于離子注入ρ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)。此外，構(gòu)成ρ型SiC區(qū)的上述組合的元素 A 的濃度為1X 1018cnT3以上且1 X 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)、n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，通過外延生長法在SiC襯底12的一個(gè)面上外延生長含有例如雜 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] 然后，通過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S106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12)。
[0143] 進(jìn)而，在步驟S108中，使用相同的第三掩模材料46作為離子注入掩模，向ρ阱接 觸區(qū)20中離子注入作為η型雜質(zhì)的N (圖13)。
[0144] 這樣，在步驟S106和步驟S108中，通過離子注入共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)而形 成P阱接觸區(qū)20。在此，例示了 A1作為p型雜質(zhì)、N作為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 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p阱接觸區(qū)20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) 的方式來估設(shè)注入條件。
[0146] 因此，要使離子注入η型雜質(zhì)時(shí)的投影射程（Rp)相對(duì)于離子注入ρ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)散長度比在Si等中的擴(kuò)散長度小。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 P阱接觸區(qū)20。由此，能夠形成深度方向的雜質(zhì)濃度分布更均一的ρ阱接觸區(qū)20。
[0148] 另外，從減小ρ阱接觸區(qū)20的薄層電阻或電阻率的觀點(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Α1的劑量之比大于0. 33且小于0. 995。
[0149] 另外，從通過ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的相互作用減小ρ阱接觸區(qū)20的薄層電阻或電 阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，以使作為Ρ型雜質(zhì)的Α1的濃度為lX10 18cnT3以上且lX 1022cnT3以下的 方式控制離子注入時(shí)的劑量。
[0150] 在步驟S110中，通過離子注入共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)而形成ρ阱接觸區(qū)20， 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p+型第三SiC區(qū)（ρ阱接觸區(qū))20中共摻雜ρ型雜 質(zhì)例如A1和η型雜質(zhì)例如N。因此，p+型第三SiC區(qū)20的薄層電阻或電阻率減小。另外， 第三SiC區(qū)20與第一電極24之間的接觸電阻減小。因此，ρ阱電位(溝道電位)穩(wěn)定，能夠 制造高性能的M0SFET100。
[0157] 另外，通過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] (第二實(shí)施方式）
[0160] 除了在n+型第二SiC區(qū)中也共摻雜p型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)這一點(diǎn)以外，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。
[0161] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，在圖1的M0SFET100中，在η+型第二SiC區(qū)(源區(qū)） 18中共摻雜有p型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)。并且，當(dāng)將第二SiC區(qū)(源區(qū))18中的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。例如，元素 A為A1，元素 D為 N〇
[0162] 本實(shí)施方式的M0SFET中，在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的薄層電阻或電阻率減小。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，在第一實(shí)施方式的效果 的基礎(chǔ)上，導(dǎo)通電阻減小，實(shí)現(xiàn)了更高性能的M0SFET100。
[0163] 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)椋陀谠摲秶鷷r(shí)，特別是通過離子注入進(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)?，難以超過該范圍地使η型雜質(zhì) 固溶。
[0164] 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)(源區(qū)）18中含 有的η型雜質(zhì)的濃度為1 X 102°cnT3以上。
[0165] 當(dāng)將第二SiC區(qū)（源區(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 得到共摻雜所帶來的效果的觀點(diǎn)出發(fā)，元素 Α的濃度與元素 D的濃度之比大于0. 33且小于 0.995。另外，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)，優(yōu)選元素 A的濃度與元素 D 的濃度之比大于〇. 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。
[0166] 當(dāng)將第二SiC區(qū)(源區(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。另外，更優(yōu)選為35meV以下。進(jìn)一步優(yōu)選為20meV以下。
[0167] 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)，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 Α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。
[0168] 接下來，對(duì)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。
[0169] 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。
[0170] 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η型 雜質(zhì)離子注入(步驟S104)之后，還具備ρ型雜質(zhì)離子注入(步驟S105)。
[0171] 在步驟S105中，使用與步驟S104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Α1 (圖16)。
[0172] 另外，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)，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. 33且小于0. 995。從同樣的觀點(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以下的方式控制劑量。
[0173] 步驟S106之后的工藝與第一實(shí)施方式同樣。
[0174] 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，導(dǎo)通電阻減小，能 夠制造更高性能的M0SFET100。
[0175] 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。
[0176] 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。
[0177] 但是，在溝道區(qū)中引入IX 1018cnT3以上的摻雜劑時(shí)，存在閾值增大的問題。因此， 在閾值可以較大的情況下或者可以通過其他方法降低閾值的情況下，通過對(duì)P阱區(qū)（溝道 區(qū)）進(jìn)行共摻雜，能夠得到高性能的M0SFET。
[0178] 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。
[0179] 另外，在界面附近差值變得更小，更優(yōu)選采用埋溝（buried channel)。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Ν/Α1比在界面附近接近1. 0且隨著朝向深處而接近0. 5。
[0180] 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。
[0181] (第三實(shí)施方式）
[0182] 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η型SiC襯底和設(shè)置在 SiC襯底的第一面?zhèn)鹊摩切蚐iC層。并且，還具備ρ型SiC區(qū)，該ρ型SiC區(qū)形成在SiC層的 表面，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 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 D的濃度與元素 A的濃度之比(濃度D/濃度 A)大于0. 33且小于0. 995,構(gòu)成上述組合的元素 A的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3 以下。進(jìn)而，還具備形成在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。
[0183] 圖17是表示作為本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的PiN二極管的構(gòu)成的示意剖面圖。其 中，P型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的共摻雜所帶來的作用等與第一實(shí)施方式同樣，因此，以下省略記 述。
[0184] 該P(yáng)iN二極管200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襯底（η襯底)。
[0185] 該SiC襯底12的第一面上形成有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。
[0186] n_SiC層14的表面上具備ρ+型SiC區(qū)40。ρ+型SiC區(qū)40中共摻雜有ρ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 (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。以下，以元素 A為A1、元素 D為N的情況為例進(jìn)行說明。
[0187] 并且，具備與p型SiC區(qū)40電連接的導(dǎo)電性的第一電極(陽極電極)44。第一電極 44例如由Ni (鎳）的阻擋金屬層44a和阻擋金屬層44a上的A1的金屬層44b構(gòu)成。Ni的 阻擋金屬層44a和A1的金屬層44b可以通過反應(yīng)形成合金。
[0188] 另外，SiC襯底12的第二面?zhèn)刃纬捎袑?dǎo)電性的第二電極(陰極電極)46。第二電極 46例如為Ni。
[0189] 本實(shí)施方式的PiN二極管200中，p+型SiC區(qū)40中共摻雜有p型雜質(zhì)例如A1和 η型雜質(zhì)例如N。由此，p+型SiC區(qū)40的薄層電阻或電阻率減小。另外，p型SiC區(qū)40與 第一電極44之間的接觸電阻減小。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)正向電流大的PiN二極管200。
[0190] 另外，通過形成三聚體，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PiN二極管200。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、Vf劣化少 的高耐壓的PiN二極管200。
[0191] p+型SiC區(qū)40中含有的p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以超過該范圍地使p型雜質(zhì)固溶。
[0192] 從充分減小ρ+型SiC區(qū)40的薄層電阻或電阻率和ρ+型SiC區(qū)40與第一電極44 之間的接觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選P+型SiC區(qū)40中含有的p型雜質(zhì)的濃度為1 X 102°cnT3 以上。
[0193] 當(dāng)將p+型SiC區(qū)40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 Ρ+型SiC區(qū)40的薄層電阻或電阻率和ρ+型SiC區(qū)40與第一電極44之間的接觸電阻的觀 點(diǎn)出發(fā)，元素 D的濃度與元素 A的濃度之比大于0. 33且小于0. 995。另外，優(yōu)選大于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。
[0194] 當(dāng)將p+型SiC區(qū)40的p型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素D時(shí)，從得到共 摻雜帶來的效果的觀點(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l〇〇meV以下，進(jìn)一步優(yōu)選為40meV以下。
[0195] 從充分減小p型SiC區(qū)40的薄層電阻和p型SiC區(qū)40與第一電極44之間的接觸 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 D的90% 以上位于最接近元素 Α的晶格位置。元素 D的90%以上位于最接近元素 Α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。
[0196] 本實(shí)施方式的PiN二極管200例如可以通過在通過離子注入形成ρ+型SiC區(qū)40 時(shí)共摻雜作為P型雜質(zhì)的A1和作為η型雜質(zhì)的N來形成。
[0197] 并且，在通過離子注入形成ρ+型SiC區(qū)40時(shí)，要使離子注入η型雜質(zhì)時(shí)的投影射 程（Rp)相對(duì)于離子注入Ρ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)。這 是為了使P型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)接近而容易形成三聚體。
[0198] 另外，也可以在PiN二極管中應(yīng)用臺(tái)面結(jié)構(gòu)。
[0199] (第四實(shí)施方式）
[0200] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備η型SiC層、形成在SiC層的表面上的ρ型第一 SiC 區(qū)、形成在第一 SiC區(qū)的表面上的η型第二SiC區(qū)和形成在第一 SiC區(qū)的表面上的ρ型第 四SiC區(qū)。并且，具備ρ型第三SiC區(qū)，該ρ型第三SiC區(qū)形成在η型SiC層的背面?zhèn)龋?有P型雜質(zhì)和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 (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)成上述組合的元素 D的濃度與元素 A的濃度之比(濃度D/濃度A)大于 0. 33且小于0. 995,構(gòu)成上述組合的元素 A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)和第四SiC區(qū)上的第一電極和形成在第三SiC區(qū)側(cè)的第二電極。
[0201] 圖18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。其中，ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的共摻 雜所帶來的作用等與第一實(shí)施方式同樣，因此，以下省略記述。
[0202] 該IGBT300具備具有第一面和第二面的SiC襯底(碳化硅襯底)12。圖18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為雜質(zhì)濃度約IX 1018?約IX 1019cnT3 的、含有例如N (氮）作為η型雜質(zhì)的4H-SiC襯底（η襯底)。
[0203] 該SiC襯底12的第一面上形成有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。
[0204] 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。
[0205] 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 1 X 1018?約1 X 1022cnT3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。
[0206] 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1 X 1018?約1 X 1022cnT3的p+型第四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。
[0207] 并且，在η型SiC層14的背面?zhèn)仍O(shè)置有p+型第三SiC區(qū)(集電區(qū)）52。本實(shí)施方 式中，SiC襯底12的背面為p+型第三SiC區(qū)52。
[0208] p+型第三SiC區(qū)52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 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Ν (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 D的濃度 與元素 A的濃度之比(濃度D/濃度A)大于0. 33且小于0. 995。以下，以元素 A為A1、元素 D為N的情況為例進(jìn)行說明。
[0209] 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。
[0210] 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。
[0211] 夾在柵極下的第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū))58與SiC層（η-層)14之間的第一 SiC區(qū) 66為溝道區(qū)。
[0212] 并且，具備與第二SiC區(qū)（第二發(fā)射區(qū)）58和第四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可以通過反應(yīng)形成合金。
[0213] 另外，SiC襯底12的第二面?zhèn)?、第三SiC區(qū)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。
[0214] 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。
[0215] 本實(shí)施方式的IGBT300中，第三SiC區(qū)(集電區(qū))52中摻雜有p型雜質(zhì)例如A1和η 型雜質(zhì)例如Ν。由此，第三SiC區(qū)52的薄層電阻或電阻率減小。另外，第三SiC區(qū)52與第 二電極(集電極）56之間的接觸電阻減小。因此，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)通電流大的IGBT300。
[0216] 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 低速工作的問題。
[0217] 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lX10 18cnT3的摻雜劑。此外，可 以考慮利用外延生長技術(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。
[0218] 另外，通過形成三聚體，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。
[0219] 第三SiC區(qū)52中含有的p型雜質(zhì)的濃度為lX1018cnT3以上且lX 1022cnT3以下。 這是因?yàn)椋陀谠摲秶鷷r(shí)，特別是在通過離子注入進(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)?，難以超過該范圍地使p型雜質(zhì)固溶。
[0220] 從充分減小第三SiC區(qū)52的薄層電阻或電阻率和第三SiC區(qū)52與第二電極56 之間的接觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選第三SiC區(qū)52中含有的p型雜質(zhì)的濃度為1 X 102°cm_3 以上。
[0221] 當(dāng)將第三SiC區(qū)52的p型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，從得到共摻 雜所帶來的效果的觀點(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)52的薄層電阻和第三SiC區(qū)52與第二電極56之間的接觸電 阻的觀點(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。
[0222] 當(dāng)將第三SiC區(qū)52的p型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時(shí)，從減小第三 SiC區(qū)52的薄層電阻或電阻率、減小第三SiC區(qū)52與第二電極56之間的接觸電阻的觀點(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。
[0223] 從充分減小第三SiC區(qū)52的薄層電阻或電阻率和第三SiC區(qū)52與第二電極56 之間的接觸電阻的觀點(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 D的90%以上位于最接近元素 Α的晶格位置。元素 D的90%以上位于最接近元素 Α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。
[0224] 另外，也可以采用在η+型第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū))58中共摻雜ρ型雜質(zhì)或者在ρ+ 型第四SiC區(qū)(發(fā)射接觸區(qū))60中共摻雜η型雜質(zhì)的構(gòu)成。該情況下，各個(gè)區(qū)的電阻和第一 電極54的接觸電阻減小，實(shí)現(xiàn)了更高性能的IGBT。
[0225] 接下來，對(duì)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。
[0226] 圖19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20?圖25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。
[0227] 如圖19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)、p型雜 質(zhì)離子注入(步驟S208)、η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 )。
[0228] 首先，準(zhǔn)備以約5Χ 1018cnT3的雜質(zhì)濃度含有Ρ (磷）或Ν (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。
[0229] 在步驟S200中，通過外延生長法在SiC襯底12的一個(gè)面(第一面）上生長含有例 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。
[0230] 然后，通過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ρ型雜質(zhì)的A1離子注入到 SiC層14中，形成第一 SiC區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）66 (圖20)。
[0231] 然后，通過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 n_SiC層14中，形成第二SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū)）58 (圖21)。
[0232] 然后，通過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，形成第四SiC區(qū)(發(fā)射接觸區(qū)）60 (圖22)。
[0233] 接著，在步驟S208中，將作為p型雜質(zhì)的A1離子注入到SiC襯底12的背面(第二 面)，形成第三SiC區(qū)(集電區(qū)）52 (圖23)。
[0234] 進(jìn)而，在步驟S209中，向第三SiC區(qū)(集電區(qū))52中離子注入作為η型雜質(zhì)的N(圖 24)。
[0235] 這樣，在步驟S208和步驟S209中，通過離子注入共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)而形 成集電區(qū)52。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Ν (氮） 的組合以及B (硼）與P (磷）的組合中的至少一種組合。
[0236] 另外，為了使集電區(qū)52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Ρ型雜質(zhì)的分布與η型雜質(zhì)的分布一致。
[0237] 因此，要使離子注入η型雜質(zhì)時(shí)的投影射程（Rp)相對(duì)于離子注入ρ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)。
[0238] 另外，從減小集電區(qū)52的薄層電阻和電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選作為η型雜質(zhì)的N 的劑量與作為Ρ型雜質(zhì)的Α1的劑量之比大于0. 33且小于0. 995。
[0239] 另外，從通過ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的相互作用減小集電區(qū)52的薄層電阻和電阻率 的觀點(diǎn)出發(fā)，以使作為Ρ型雜質(zhì)的Α1的濃度為lX10 18cnT3以上且lX 1022cnT3以下的方式 控制劑量。
[0240] 在步驟S210中，通過離子注入共摻雜ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)而形成集電區(qū)52,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。
[0241] 在步驟S212中，通過例如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上形成例如由Si0 2膜形成的層間絕緣 膜 32 (圖 25)。
[0242] 然后，在步驟S218中，形成將第二SiC區(qū)(發(fā)射區(qū)）58與第四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例如通過Ni (鎳） 和A1的濺射而形成。
[0243] 在步驟S220中，在集電區(qū)52的背面?zhèn)刃纬蓪?dǎo)電性的第二電極(集電極）56。第二 電極(集電極）56例如通過Ni的濺射而形成。
[0244] 在步驟S222中，為了減小第一電極54與第二電極56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。
[0245] 通過以上的制造方法形成圖18所示的IGBT。
[0246] 根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法，在ρ型集電區(qū)52中共摻雜ρ型雜質(zhì)例如A1和η型 雜質(zhì)例如Ν。因此，ρ型集電區(qū)52的薄層電阻和電阻率減小。另外，集電區(qū)52與第二電極 (集電極）56之間的接觸電阻減小。因此，能夠制造導(dǎo)通電阻減小的高性能的IGBT300。
[0247] 另外，通過p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。
[0248] 另外，通過形成三聚體或配對(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。
[0249] 另外，通過離子注入，能夠在襯底的背面容易地形成低電阻的p+型區(qū)。因此，能夠 使用比P型容易制造的η型SiC襯底12進(jìn)行IGBT的制造。
[0250] 另外，例如，在形成p型集電區(qū)52之前，為了使η型區(qū)變薄，可以使用從背面?zhèn)葘?duì) SiC襯底12進(jìn)行研磨的步驟。
[0251] 另外，在形成集電區(qū)52之前，可以設(shè)置向η型SiC襯底12或η型SiC層（n_SiC層） 14的背面離子注入η型雜質(zhì)而形成n+型緩沖層的步驟。該步驟中，通過離子注入向n+型緩 沖層中共摻雜P型雜質(zhì)例如A1，也能夠減小n+型緩沖層的電阻。即，可以根據(jù)A1量、N量 在深度方向的注入量的差異，分開制作n+型緩沖層（N量：A1量=2:1)和p+型區(qū)（A1量：N 量=2:1)。
[0252] (第五實(shí)施方式）
[0253] 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p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 (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)成上述組合的元素 D的濃度與元素 A的濃度之比大于0. 33且小于0. 995。
[0254] 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Ρ型SiC半導(dǎo)體材料。
[0255] ρ型SiC半導(dǎo)體材料中含有的構(gòu)成上述組合的作為ρ型雜質(zhì)的元素 A的濃度優(yōu)選 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以超過該范圍地使Ρ型雜質(zhì)固溶。
[0256] 當(dāng)將ρ型SiC半導(dǎo)體材料的構(gòu)成上述組合的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ρ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 D的濃度 與元素 A的濃度之比大于0. 33且小于0. 995。另外，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。
[0257] 當(dāng)將ρ型SiC半導(dǎo)體材料的構(gòu)成上述組合的ρ型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記 為元素 D時(shí)，從得到共摻雜帶來的效果的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選元素 Α的受主能級(jí)為150meV以下。 另外，更優(yōu)選為l〇〇meV以下，進(jìn)一步優(yōu)選為40meV以下。
[0258] 從減小ρ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 D的90%以上位于最接近元素 Α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。
[0259] 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。
[0260] 另外，在實(shí)施方式中，以p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)行了說明，但不限于該組合，只要是A1 (鋁)、Ga (鎵）或In (銦）與N (氮）的組 合以及B (硼）與P (磷）的組合，則能夠得到同樣的效果。
[0261] 在第一和第二實(shí)施方式中，以使用η型SiC襯底形成M0SFET的情況為例進(jìn)行了說 明，但也可以將η型SiC襯底替換成p型SiC襯底來形成IGBT。
[0262] 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P型Sic區(qū)，所述p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 D的濃度與所述元素 A的濃度之比大于0. 33 且小于0. 995,構(gòu)成所述組合的所述元素 A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 D的濃度與所述元素 A的濃度之比 大于0.40且小于0.95。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的受主能級(jí)為150meV以下。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的90%以上位于最接近所述元素 A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)、 形成在所述第一 SiC區(qū)的表面上的ρ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)和所述第三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P型第三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 D的濃度與所述元素 A的濃度之比大于0. 33且小于0. 995,構(gòu)成所述組合的所述元 素 A的濃度為1 X 1018cm_3以上且1 X 1022cm_3以下。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的濃度與所述元素 A的濃度之比 大于0.40且小于0.95。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的受主能級(jí)為150meV以下。
8. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的90%以上位于最接近所述元素 A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η型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SiC區(qū)、 形成在所述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P型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 D 的濃度與所述元素 A的濃度之比大于0. 33且小于0. 995,構(gòu)成所述組合的所述元素 A的濃 度為1 X 1018cm 3以上且1 X 1022cm 3以下。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的濃度與所述元素 A的濃度之 比大于0.40且小于0.95。
11. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的受主能級(jí)為150meV以下。
12. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的90%以上位于最接近所述元 素 A的晶格位置。
13. -種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備： η型SiC層、 形成在所述SiC層的表面上的p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)、 形成在所述η型SiC層的背面?zhèn)鹊膒型第三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 形成在所述第三SiC區(qū)側(cè)的第二電極； 其中，所述P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 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 D的濃度與所述元素 A的濃度之比大于0. 33且小于0. 995,構(gòu)成所述組合的所述元 素 A的濃度為1 X 1018cm_3以上且1 X 1022cm_3以下。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的濃度與所述元素 A的濃度之 比大于0.40且小于0.95。
15. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的受主能級(jí)為150meV以下。
16. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的90%以上位于最接近所述元 素 A的晶格位置。
17. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，通過向SiC中離子注入p型雜質(zhì)和η型 雜質(zhì)而形成Ρ型SiC區(qū)， 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 D的劑量與所述元素 A的劑量之比大于0. 33且小 于 0· 995， 離子注入所述η型雜質(zhì)時(shí)的投影射程（Rp)相對(duì)于離子注入所述ρ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P型SiC區(qū)的所述組合的所述元素 A的濃度為1X 1018αιΓ3以上且1X 1022αιΓ3以下。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，構(gòu)成所述組合的所述元素 D的劑量與所述 元素 Α的劑量之比大于0. 40且小于0. 95。
19. 如權(quán)利要求17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)】H01L21/265GK104064588SQ201410077098
【公開日】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, 四戶孝, 西尾讓司, 太田千春 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝