半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備：n型第一SiC外延層；p型第二SiC外延層，其設(shè)置在第一SiC外延層上，并含有p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)，在將p型雜質(zhì)設(shè)定為元素A、將n型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，元素A和元素D的組合為Al(鋁)、Ga(鎵)或者In(銦)與N(氮)的組合、B(硼)與P(磷)的組合中的至少一個(gè)組合，構(gòu)成組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于0.33且小于1.0；表面區(qū)域，其設(shè)置在第二SiC外延層的表面，且相對(duì)于第二SiC外延層，元素A的濃度低、上述比大；n型第一SiC區(qū)域以及第二SiC區(qū)域；柵絕緣膜；柵電極；第一電極；以及與第一電極相反的一側(cè)的第二電極。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用:本申請(qǐng)以2013年8月I日提交的日本專利申請(qǐng)2013-160782號(hào)為基礎(chǔ)，享受該申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)利益。本申請(qǐng)通過(guò)參照該申請(qǐng)而包含該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]作為下一代的功率半導(dǎo)體器件用的材料，SiC(碳化硅)受到期待。SiC具有優(yōu)良的物性:其與Si (硅)相比，帶隙為3倍，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為約10倍且熱傳導(dǎo)系數(shù)為約3倍。如果有效利用該特性，則可以實(shí)現(xiàn)能夠進(jìn)行低損失且高溫動(dòng)作的功率半導(dǎo)體器件。
[0004]另一方面，SiC存在由于殘余缺陷等而導(dǎo)致載流子的遷移率降低的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的課題在于提供一種使載流子的遷移率提高的半導(dǎo)體裝置。
[0006]實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備:n型第一 SiC外延層；p型第二 SiC外延層，其設(shè)置在第一 SiC外延層上，并含有P型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，在將P型雜質(zhì)設(shè)定為元素Ajf η型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，元素A與元素D的組合是Al (鋁)、Ga (鎵)或者In (銦)和N(氮)的組合、B (硼)和P (磷)的組合中的至少一個(gè)組合，構(gòu)成組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于0.33且小于1.0 ;表面區(qū)域，其設(shè)置在第二 SiC外延層表面，且元素A的濃度低于第二 SiC外延層，構(gòu)成組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于P型第二 SiC外延層；n型第一 SiC區(qū)域，其設(shè)置在第二 SiC外延層的表面，且深度大于等于第二SiC外延層的厚度；n型第二 SiC區(qū)域，其在第二 SiC外延層的表面上與η型第一 SiC區(qū)域分離地設(shè)置，且深度小于第二 SiC外延層的厚度；柵絕緣膜，其設(shè)置在表面區(qū)域上；柵電極，其設(shè)置在柵絕緣膜上；第一電極，其設(shè)置在第二 SiC區(qū)域上；以及第二電極，其設(shè)置在第一SiC外延層的與第一電極相反的一側(cè)。
[0007]根據(jù)上述構(gòu)成，可以提供使載流子的遷移率提高的半導(dǎo)體裝置。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意截面圖。
[0009]圖2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。
[0010]圖3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截面圖。
[0011]圖4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截面圖。
[0012]圖5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截面圖。
[0013]圖6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截面圖。
[0014]圖7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截面圖。
[0015]圖8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截面圖。
[0016]圖9是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0017]圖10是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0018]圖11是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0019]圖12是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0020]圖13是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。
[0021]圖14是表示η型SiC的情況下的A1和N的濃度與薄膜電阻(sheet resistance,也稱為薄層電阻或方塊電阻)的關(guān)系的圖。
[0022]圖15是表示p型SiC的情況下的N和A1的濃度與薄膜電阻的關(guān)系的圖。
[0023]圖16A?圖16D是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的深度方向的雜質(zhì)分布的圖。
[0024]圖17是表示第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，在以下的說(shuō)明中，對(duì)相同的部件等標(biāo)記相同的符號(hào)，對(duì)于說(shuō)明過(guò)的部件等適當(dāng)?shù)厥÷云湔f(shuō)明。
[0026]此外，在以下的說(shuō)明中，n+、n、n_以及p+、p、p_的記號(hào)表示各導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度的相對(duì)高低。即，n+表示與η相比，η型的雜質(zhì)濃度相對(duì)高；η_表示與η相比，η型的雜質(zhì)濃度相對(duì)低。此外，Ρ+表示與Ρ相比，Ρ型的雜質(zhì)濃度相對(duì)高；ρ_表示與Ρ相比，Ρ型的雜質(zhì)濃度相對(duì)低。此外，有時(shí)將η+型、η—型簡(jiǎn)單記載為η型，將ρ+型、ρ—型簡(jiǎn)單記載為ρ型。
[0027](第一實(shí)施方式)
[0028]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備:η型第一 SiC外延層；p型第二 SiC外延層，其設(shè)置在第一 SiC外延層上，并含有ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，在將ρ型雜質(zhì)設(shè)定為元素Α、將η型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，元素Α與元素D的組合是A1 (鋁)、Ga (鎵)或者In (銦)和N(氮)的組合、B(硼)和P(磷)的組合中的至少一個(gè)組合，構(gòu)成組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于0.33且小于1.0 ;表面區(qū)域，其設(shè)置在第二 SiC外延層表面，且元素A的濃度低于第二 SiC外延層，構(gòu)成組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于P型第二 SiC外延層；n型第一 SiC區(qū)域，其設(shè)置在第二 SiC外延層的表面，且深度大于等于第二 SiC外延層的厚度；n型第二 SiC區(qū)域，其在第二 SiC外延層的表面上與η型第一 SiC區(qū)域分離地設(shè)置，且深度小于第二 SiC外延層的厚度；柵絕緣膜，其設(shè)置在表面區(qū)域上；柵電極，其設(shè)置在柵絕緣膜上；第一電極，其設(shè)置在第二 SiC區(qū)域上；以及第二電極，其設(shè)置在第一 SiC外延層的與第一電極相反的一側(cè)。
[0029]在本實(shí)施方式中，優(yōu)選表面區(qū)域的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比為
0.9 ?1.1。
[0030]圖1是表示作為本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的構(gòu)成的示意截面圖。MOSFET 100是以載流子為電子的η型的縱型M0SFET。
[0031]該M0SFET100具備:具有第一面和第二面的η型SiC基板(η型SiC層)12。圖1中，第一面是指圖的上側(cè)的面，第二面是指圖的下側(cè)的面。該SiC基板12是含有例如雜質(zhì)濃度為1 X 1018?1 X 1019cm_3的、例如以N(氮)作為η型雜質(zhì)的4H_SiC的SiC基板(η基板)。
[0032]在該SiC基板12的第一面上，例如形成有η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為5Χ1015?2 X 116CnT3的η型第一 SiC外延層(rTSiC層)14。rTSiC層14的膜厚例如為5 μ m?10 μ m。
[0033]在rTSiC層14上,形成有例如p型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為I X 116Cm-3?5X 117Cm-3的P型第二 SiC外延層(P講區(qū)域)16。P講區(qū)域16的厚度例如為0.3 μ m?1.0 μ m。
[0034]p型第二 SiC外延層(P阱區(qū)域)16中共摻雜有P型雜質(zhì)(第一 P型雜質(zhì))和η型雜質(zhì)(第一 η型雜質(zhì))。并且，在將P型雜質(zhì)設(shè)定為元素Α、將η型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，元素A與元素D的組合是Al(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)中的至少一個(gè)組合，構(gòu)成上述組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于0.33且小于1.0。并且，對(duì)于構(gòu)成上述組合的元素A的濃度為I X 116CnT3?5Χ 1017cnT3，從使M0SFET100的閾值合適的觀點(diǎn)來(lái)看是優(yōu)選的。
[0035]例如，在Al(鋁)、Ga(鎵)或In(銦)與N(氮)的第一組合的情況下，元素A也可以是從Al (鋁)、Ga(鎵)或In (銦)中選擇的I種元素。此外，也可以由Al (元素A1)和Ga (元素A2)等2種元素或者Al (元素A1)、Ga (元素A2)和In (元素A3)這3種元素構(gòu)成。在多個(gè)元素的情況下，將2種或者3種元素一并看作構(gòu)成組合的元素A，滿足上述的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比、元素A的濃度的條件即可。
[0036]此外，第一組合和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意一者的元素必須滿足上述元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比、元素A的濃度的條件。換言之，第一組合和第二組合必須分別滿足元素比、元素濃度。這是因?yàn)?第一組合的雜質(zhì)與第二組合的雜質(zhì)之間不形成后面詳述的三聚體。
[0037]例如，在Al 為 I X 1017cnT3、Ga 為 I X 1017cnT3、N 為 I X 117CnT3 的情況下，N/(Al+Ga)=0.5，Al+Ga為2X1017cm_3，所以元素比、濃度都在實(shí)施方式的范圍之內(nèi)。
[0038]此夕卜，例如在B為4X 117Cm'P為I X 117Cm'N為I X 117cnT3的情況下，僅著眼于作為第二組合的B與P。這樣的話，P/B = 0.25,不滿足元素比,元素比處于實(shí)施方式的范圍之外。
[0039]此外，例如在Al 為 5X 1015cnT3、B 為 5X1015cnT3、N 為 2.5X1015cnT3、P 為2.5X 115CnT3的情況下，就第一組合來(lái)看，N/A1 = 0.5，比的條件滿足，但是Al的濃度小于I X 1016cm_3。就第二組合來(lái)看，P/B = 0.5，比的條件滿足，但是B的濃度小于I X 1016cm_3。因此，第一及第二組合都不滿足所期望的元素濃度。
[0040]另外，本實(shí)施方式并不排除含有上述例示之外的元素作為P型雜質(zhì)或η型雜質(zhì)的情況。以下，以元素A為Al (鋁)、元素D為N(氮)的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0041]在P型第二 SiC外延層(P阱區(qū)域)16的一部分表面形成有表面區(qū)域19。表面區(qū)域19和其下層的P阱區(qū)域16作為溝道區(qū)域起作用。表面區(qū)域19也通過(guò)外延層來(lái)形成。
[0042]表面區(qū)域19與P阱區(qū)域16相比，作為P型雜質(zhì)的元素A的濃度更低。而且，作為構(gòu)成上述組合的η型雜質(zhì)的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于P阱區(qū)域16。SP，表面區(qū)域19與P阱區(qū)域16相比P型雜質(zhì)濃度低、與P阱區(qū)域16相比η型雜質(zhì)相對(duì)于P型雜質(zhì)的比例變高。
[0043]通過(guò)使表面區(qū)域19的雜質(zhì)濃度降低，由此能夠?qū)0SFET100的閾值進(jìn)行調(diào)整，并且能夠使電子流動(dòng)的溝道的深度加深。由此，能夠抑制柵絕緣膜28和半導(dǎo)體界面中的電子散射，電子的遷移率提高。表面區(qū)域19的雜質(zhì)濃度例如ρ型雜質(zhì)、η型雜質(zhì)均為5Χ 1015cnT3以下。優(yōu)選P型雜質(zhì)、η型雜質(zhì)均為lX1015cm_3以下。
[0044]此外，表面區(qū)域19的深度為lOOnm以下，優(yōu)選為50nm以下，更優(yōu)選為10nm以下。
當(dāng)該深度進(jìn)一步變深時(shí)，溝道區(qū)域變得過(guò)深，有可能難以穩(wěn)定地控制閾值。
[0045]而且，通過(guò)使η型雜質(zhì)相對(duì)于ρ型雜質(zhì)的比例提高而使其接近1:1，由此表面區(qū)域19接近本征α型)區(qū)域，溝道部的結(jié)晶應(yīng)變降低。因此，結(jié)晶應(yīng)變引起的遷移率的降低被抑制。構(gòu)成上述組合的作為η型雜質(zhì)的元素D的濃度相對(duì)于元素Α的濃度之比為0.9?1.1，從抑制結(jié)晶應(yīng)變的觀點(diǎn)出發(fā)是優(yōu)選的，更優(yōu)選為0.95?1.05。
[0046]表面區(qū)域19的雜質(zhì)濃度例如優(yōu)選ρ型雜質(zhì)、η型雜質(zhì)均為5Χ 1015cm_3以下，更優(yōu)選為1 X 1015cm_3以下。這是因?yàn)?能夠抑制結(jié)晶應(yīng)變，并且容易控制為使ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的比例接近1:1。
[0047]通過(guò)使表面區(qū)域19接近本征(i型)區(qū)域，由此表面區(qū)域19可以實(shí)質(zhì)地看作為絕緣膜。因此，電子流動(dòng)的溝道從SiC與柵絕緣膜28的界面物理地分離，遷移率提高。
[0048]而且，例如，當(dāng)設(shè)定柵絕緣膜28為Si02膜時(shí)，i型的SiC的介電常數(shù)大于Si02膜。因此，可以疑似地看作具備Si02膜和高介電常數(shù)膜(high-k絕緣膜)的層疊結(jié)構(gòu)的柵絕緣膜。
[0049]通過(guò)實(shí)質(zhì)地具備高介電常數(shù)膜，由此在溝道中容易感應(yīng)電荷。此外，通過(guò)實(shí)質(zhì)地具備高介電常數(shù)膜，由此對(duì)柵絕緣膜28施加的電場(chǎng)被緩和，柵絕緣膜28的擊穿耐性提高。此夕卜，通過(guò)實(shí)質(zhì)地具備高介電常數(shù)膜，由此還能夠使柵絕緣膜28的膜厚薄膜化。
[0050]在ρ型第二 SiC外延層(ρ講區(qū)域)16的一部分表面，形成有例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為5Χ 1015?IX 1019cm_3的n_型的第一 SiC區(qū)域(JFET區(qū)域)17。JFET區(qū)域17的深度大于等于P阱區(qū)域16的厚度。JFET區(qū)域17與n_SiC層14連接。JFET區(qū)域17作為載流子即電子的遷移路徑起作用。
[0051]在ρ型第二 SiC外延層(ρ講區(qū)域)16的一部分表面，形成有例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為1 X 1018?1 X 1022cm_3的η.型的第二 SiC區(qū)域(源區(qū)域)18。源區(qū)域18的深度小于P阱區(qū)域16的厚度，例如為0.3 μ m左右。源區(qū)域18以將ρ阱區(qū)域16夾在中間的方式而與JFET區(qū)域17分離地設(shè)置。
[0052]此外，在ρ阱區(qū)域16的一部分表面且在源區(qū)域18的側(cè)方，形成有例如ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為1 X ?ο18?1 X 1022cnT3的P+型的第三SiC區(qū)域(P阱接觸區(qū)域)20。ρ阱接觸區(qū)域20的深度小于ρ阱區(qū)域16的厚度，例如為0.3μπι左右。
[0053]在JFET區(qū)域17以及表面區(qū)域19的表面上，連續(xù)地具有以跨過(guò)這些區(qū)域的方式形成的柵絕緣膜28。柵絕緣膜28能夠應(yīng)用例如Si02膜、high-k絕緣膜。
[0054]并且，在柵絕緣膜28上，形成有柵電極30。柵電極30能夠應(yīng)用例如多晶硅等。在柵電極30上，形成有例如由Si02膜形成的層間絕緣膜32。
[0055]被柵電極下的源區(qū)域18和JFET區(qū)域17夾著的表面區(qū)域19和其下層的ρ阱區(qū)域16作為M0SFET100的溝道區(qū)域起作用。
[0056]并且，具備與源區(qū)域18和ρ阱接觸區(qū)域20電連接的導(dǎo)電性的第一電極(源/ρ阱共用電極)24。第一電極(源/ρ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也可以通過(guò)反應(yīng)而形成合金。
[0057]此外，在SiC基板12的第二面?zhèn)刃纬捎袑?dǎo)電性的第二電極(漏電極)36。第二電極(漏電極)36例如為Ni ο
[0058]另外，本實(shí)施方式中，η型雜質(zhì)例如優(yōu)選為N(氮)或P(磷)，但是也能夠應(yīng)用As (砷)等。此外，P型雜質(zhì)例如優(yōu)選為Al (鋁)，但是也能夠應(yīng)用B (硼)、Ga (鎵)、In (銦)
坐寸ο
[0059]接著，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。
[0060]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括:通過(guò)外延生長(zhǎng)法形成η型第一 SiC外延層；在第一 SiC外延層上通過(guò)外延生長(zhǎng)法來(lái)控制P型雜質(zhì)的源氣體和η型雜質(zhì)的源氣體的供給量，形成P型第二 SiC外延層，其中，在將P型雜質(zhì)設(shè)定為元素Ajf η型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，元素A與元素D的組合為Al(鋁)、Ga(鎵)或In(銦)與N(氮)的組合、B (硼)與P (磷)的組合中的至少一個(gè)組合，構(gòu)成上述組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于0.33且小于1.0 ;在第二 SiC外延層的表面，通過(guò)η型雜質(zhì)的離子注入形成η型第一 SiC區(qū)域，所述η型第一 SiC區(qū)域的深度大于等于第二 SiC外延層的厚度；在第二 SiC外延層的表面，通過(guò)η型雜質(zhì)的離子注入而與η型第一 SiC區(qū)域分離地形成η型第二 SiC區(qū)域，所述η型第二 SiC區(qū)域的深度小于第二 SiC外延層的厚度；在第二 SiC外延層的表面形成柵絕緣膜；在柵絕緣膜上形成柵電極；在第二 SiC區(qū)域上形成第一電極；在第一SiC外延層的與第一電極相反的一側(cè)形成第二電極。在第二 SiC外延層的上部，例如通過(guò)使P型雜質(zhì)的源氣體的供給量降低，由此形成與下部相比元素A的濃度低、且構(gòu)成組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大的表面區(qū)域。
[0061]圖2是示例本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序流程圖。圖3?圖8是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意截面圖。
[0062]如圖2所示，半導(dǎo)體裝置的制造方法具備下述步驟:η_型SiC外延層形成(步驟S100)、ρ型SiC外延層形成(步驟S102)、η型雜質(zhì)離子注入(步驟S104)、η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)、柵電極形成(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)及退火(步驟S122)。
[0063]首先，準(zhǔn)備以雜質(zhì)濃度為5X 118CnT3左右含有P(磷)或者N(氮)作為η型雜質(zhì)、例如厚度為300ym、4H-SiC的低電阻的η型SiC基板12。
[0064]在步驟SlOO中，在SiC基板12的一個(gè)面上，通過(guò)外延生長(zhǎng)法外延生長(zhǎng)出含有例如雜質(zhì)濃度為I X 116CnT3左右的N作為η型雜質(zhì)、厚度為10 μ m左右的高電阻的η型第一 SiC外延層OTSiC層)14(圖3)。
[0065]在步驟S102中，在rTSiC層14上,通過(guò)外延生長(zhǎng)法,形成P型第二 SiC外延層(p阱區(qū)域)16 (圖4)。P型第二 SiC外延層(P阱區(qū)域)16含有P型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)。
[0066]在生長(zhǎng)出P型第二 SiC外延層(P阱區(qū)域)16時(shí)，同時(shí)供給Si (硅)的源氣體、C (碳)的源氣體、η型雜質(zhì)的源氣體以及P型雜質(zhì)的源氣體，外延生長(zhǎng)出P型SiC。在將P型雜質(zhì)設(shè)定為元素八、將η型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，元素A與元素D的組合為Al (鋁)、Ga(鎵)或In(銦)與N(氮)的組合、B(硼)與P(磷)的組合中的至少一個(gè)組合，以使生長(zhǎng)的P型SiC中的構(gòu)成組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于0.33且小于1.0的方式，控制P型雜質(zhì)的源氣體和η型雜質(zhì)的源氣體的供給量(流量)。由此，構(gòu)成上述組合的元素D的濃度相對(duì)于元素Α的濃度之比大于0.33且小于1.0。ρ型第二 SiC外延層(ρ阱區(qū)域)16例如作為ρ型雜質(zhì)而含有Α1，作為η型雜質(zhì)而含有Ν。
[0067]在生長(zhǎng)出ρ型第二 SiC外延層(ρ阱區(qū)域)16之中，例如使ρ型雜質(zhì)的源氣體的供給量降低，形成表面區(qū)域19。對(duì)于表面區(qū)域19，與下層的第二 SiC外延層(ρ阱區(qū)域)16相比，其元素A的濃度低，構(gòu)成上述組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于第二SiC外延層。優(yōu)選以表面區(qū)域19的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比為0.9?1.1的方式對(duì)源氣體的供給量等生長(zhǎng)條件進(jìn)行控制。
[0068]然后，通過(guò)基于光刻和蝕刻進(jìn)行的圖案形成，形成例如Si02的第一掩模材42。在步驟S104中，將該第一掩模材42作為離子注入掩模來(lái)使用，將作為η型雜質(zhì)的Ν離子注入到Ρ型第二 SiC外延層(ρ阱區(qū)域)16，形成η型第一 SiC區(qū)域(JFET區(qū)域)17 (圖5)。
[0069]即，通過(guò)離子注入來(lái)導(dǎo)入比ρ阱區(qū)域16的ρ型雜質(zhì)濃度更高的η型雜質(zhì)，變?yōu)槟鎸?dǎo)電型。以使第一 SiC區(qū)域(JFET區(qū)域)17的深度大于等于第二 SiC外延層的厚度的方式，調(diào)整離子注入的加速能量及劑量。
[0070]其后，通過(guò)基于光刻和蝕刻進(jìn)行的圖案形成，形成例如Si02的第二掩模材44。在步驟S106中，將該第二掩模材44作為離子注入掩模來(lái)使用，將作為η型雜質(zhì)的Ν離子注入到Ρ阱區(qū)域16，形成第二 SiC區(qū)域(源區(qū)域)18(圖6)。以使第二 SiC區(qū)域(源區(qū)域)18的深度小于第二 SiC外延層的厚度的方式，調(diào)整離子注入的加速能量及劑量。
[0071]然后，通過(guò)基于光刻和蝕刻進(jìn)行的圖案形成，形成例如Si02的第三掩模材46。在步驟S108中，將該第三掩模材46作為離子注入掩模來(lái)使用，將作為ρ型雜質(zhì)的A1離子注入到P阱區(qū)域16，形成第三SiC區(qū)域(ρ阱接觸區(qū)域)20 (圖7)。以使第三SiC區(qū)域(ρ阱接觸區(qū)域)20的深度小于第二 SiC外延層的厚度的方式，調(diào)整離子注入的加速能量及劑量。
[0072]在步驟S110中，在形成了 ρ阱接觸區(qū)域20之后，進(jìn)行用于活化的退火。該退火中，例如將氬(Ar)氣作為氣氛氣體來(lái)使用，可使用加熱溫度為1600°C、加熱時(shí)間為30分鐘這樣的條件。此時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入到SiC內(nèi)部的雜質(zhì)的活化，而擴(kuò)散只有少許。
[0073]在步驟S112中，例如，Si02膜的柵絕緣膜28通過(guò)CVD (Chemical VaporDeposit1n:化學(xué)氣相沉積)法或熱氧化法形成。然后，在步驟S114中，在柵絕緣膜28上，例如形成有多晶硅的柵電極30。而且，在步驟S116中，在柵電極30上，例如形成有Si02膜的層間絕緣膜32 (圖8)。
[0074]其后，在步驟S118中，形成有與源區(qū)域18和ρ阱接觸區(qū)域20電連接的導(dǎo)電性的第一電極(源/Ρ阱共用電極)24。第一電極(源/ρ阱共用電極)24例如通過(guò)Ni(鎳)和A1的濺射來(lái)形成。
[0075]在步驟S120中，在n_SiC基板12的第二面?zhèn)?，形成有?dǎo)電性的第二電極(漏電極)36。第二電極(漏電極)36例如通過(guò)Ni的濺射來(lái)形成。
[0076]在步驟S122中，為了降低第一電極24與第二電極36的接觸電阻，進(jìn)行低溫下的退火。退火例如在氬氣氣氛中以400°C來(lái)進(jìn)行。
[0077]通過(guò)以上的制造方法，可以形成圖1所示的M0SFET100。
[0078]以下，詳細(xì)地描述本實(shí)施方式的作用及效果。
[0079]發(fā)明人們的研究結(jié)果可知，通過(guò)對(duì)SiC進(jìn)行ρ型雜質(zhì)(ρ型摻雜劑)的A1和η型雜質(zhì)(η型摻雜劑)的N的共摻雜,能夠產(chǎn)生Al與N的配對(duì)(pairing)。在該配對(duì)狀態(tài)下，載流子被補(bǔ)償，成為載流子為零的狀態(tài)。
[0080]圖9及圖10是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。圖9為η型SiC的情況，圖10為ρ型SiC的情況。根據(jù)發(fā)明人們所進(jìn)行的第一原理計(jì)算，明確了:在SiC中，以使Al與N相鄰的方式使Al進(jìn)入到Si(硅)位點(diǎn)(site)、N進(jìn)入到C(碳)位點(diǎn)，由此作為體系而穩(wěn)定化。
[0081]S卩，如圖9及圖10所示，與Al和N未結(jié)合而分散的狀態(tài)相比，通過(guò)Al與N結(jié)合而構(gòu)成Al-N配對(duì)結(jié)構(gòu)，其體系在能量方面穩(wěn)定2.9eV。在Al量與N量一致的情況下，兩者的全部為配對(duì)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)最穩(wěn)定。
[0082]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)等開(kāi)發(fā)的一種贗勢(shì)。例如，晶格常數(shù)具備能夠以1%以下的誤差實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值的高精度。導(dǎo)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)的總體能量。通過(guò)在變化的前后來(lái)比較體系的總體能量，來(lái)判定哪個(gè)結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定狀態(tài)或不穩(wěn)定狀況。在穩(wěn)定狀態(tài)下，能夠示出帶隙中雜質(zhì)的能級(jí)處于哪個(gè)能量位置。
[0083]如圖9所示，清楚了:在N比Al更多地存在的情況下，即η型SiC的情況下，多余的N進(jìn)入到Al-N配對(duì)結(jié)構(gòu)的附近的C位點(diǎn)，成為N-Al-N的三聚體，從而體系更加穩(wěn)定化。根據(jù)第一原理計(jì)算，通過(guò)成為三聚體，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0.3eVo
[0084]同樣，如圖10所示，清楚了:在Al比N更多地存在的情況下，即ρ型SiC的情況下，多余的Al進(jìn)入到Al-N配對(duì)結(jié)構(gòu)的附近的Si位點(diǎn)，成為Al-N-Al的三聚體，從而體系更加穩(wěn)定化。根據(jù)第一原理計(jì)算，通過(guò)成為三聚體，與Al-N配對(duì)結(jié)構(gòu)和Al分開(kāi)地存在的情況相比，體系穩(wěn)定0.4eV0
[0085]接著，對(duì)除了 Al與N以外的摻雜劑的組合進(jìn)行考察。以對(duì)B (硼)與N(氮)的情況進(jìn)行了計(jì)算的情況為例來(lái)說(shuō)明計(jì)算結(jié)果。
[0086]B進(jìn)入Si位點(diǎn)，N進(jìn)入C位點(diǎn)。根據(jù)第一原理計(jì)算可知，不能夠形成B-N-B或N-B-N這樣的三聚體結(jié)構(gòu)。即，雖然能夠形成B-N的配對(duì)結(jié)構(gòu)，但是若B或N來(lái)到附近則體系的能量變高。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。
[0087]根據(jù)第一原理計(jì)算，若多余的B形成三聚體，則與B-N配對(duì)和B獨(dú)立地存在的情況相比，體系的能量高0.5eV。此外，若多余的N形成三聚體，則與B-N配對(duì)和N獨(dú)立地存在的情況相比，體系的能量高0.3eV。因此，任意情況下都是一旦形成三聚體，則體系在能量方面不穩(wěn)定。
[0088]圖11是說(shuō)明共摻雜的作用的圖。在圖11中示出了各元素的共價(jià)半徑。越是朝向圖的右手上方則共價(jià)半徑越小，越是朝向左手下方則共價(jià)半徑越大。
[0089]在B和N的情況下，若形成三聚體則會(huì)變得不穩(wěn)定這一點(diǎn)能夠通過(guò)共價(jià)半徑的大小來(lái)理解。B的共價(jià)半徑比Si的共價(jià)半徑小，并且N的共價(jià)半徑比C的共價(jià)半徑小。因此，若B進(jìn)入Si位點(diǎn)、N進(jìn)入C位點(diǎn)，則會(huì)積累應(yīng)變而無(wú)法形成三聚體。
[0090]判明了:作為成為摻雜劑的ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的組合，除了 “共價(jià)半徑比Si大的元素(Al、Ga、In)”與“共價(jià)半徑比C小的元素(N) ”的組合或者其相反的“共價(jià)半徑比C大的元素(B)”與“共價(jià)半徑比Si小的元素(P)”的組合的情況以外，無(wú)法形成三聚體。
[0091]B,P的共價(jià)半徑處于Si的共價(jià)半徑與C的共價(jià)半徑的中間，因此B及P能夠進(jìn)入Si位點(diǎn)、C位點(diǎn)中的任意位點(diǎn)。但是，其他雜質(zhì)(Al、Ga、In、N、As)基本上偏在于一個(gè)位點(diǎn)?？梢哉J(rèn)為:Al、Ga、In、As進(jìn)入Si位點(diǎn)，N進(jìn)入C位點(diǎn)。
[0092]而且，沒(méi)有必要考慮兩種雜質(zhì)均進(jìn)入Si位點(diǎn)或者均進(jìn)入C位點(diǎn)的情況。這是因?yàn)?若P型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)不處于最接近，則難以緩和應(yīng)變。因此，在將ρ型雜質(zhì)設(shè)定為元素Α、將η型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，元素Α與元素D的組合(元素Α與元素D)除了(A1與N)、(Ga與N)、(In與Ν)、(B與P)這4種組合以外，難以形成三聚體。
[0093]如果在原子間沒(méi)有相互作用，則無(wú)法形成該配對(duì)結(jié)構(gòu)或三聚體結(jié)構(gòu)。對(duì)于基于第一原理計(jì)算的4H-SiC結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)能級(jí)(摻雜劑能級(jí))，若在c軸向上晶胞(unit cell)為10個(gè)左右，則觀察不到相互作用，雜質(zhì)能級(jí)成為平坦的狀態(tài)。即，分散被充分地抑制，成為lOmeV等級(jí)左右。
[0094]也就是說(shuō)，可以認(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，為了具有雜質(zhì)彼此的相互作用，優(yōu)選雜質(zhì)濃度為lX1018cm_3以上。
[0095]該值是在已經(jīng)形成有SiC材料的情況下通過(guò)離子注入等形成局部的雜質(zhì)的分布時(shí)所優(yōu)選的雜質(zhì)濃度的下限。
[0096]另外，為了在半導(dǎo)體SiC中體現(xiàn)出基于共摻雜的效果，需要將η型雜質(zhì)濃度與ρ型雜質(zhì)濃度的比率設(shè)為特定范圍的比率。在后面描述的制造方法中重要的是:以使通過(guò)離子注入而導(dǎo)入的η型、ρ型的各自的雜質(zhì)的比率成為上述特定范圍的比率的方式從一開(kāi)始就進(jìn)行導(dǎo)入。相互作用所達(dá)到的范圍小到低于10nm，但是只要在該范圍內(nèi)，就能夠通過(guò)相互的引力而形成三聚體。并且，由于引力發(fā)揮作用，因此可以認(rèn)為:雜質(zhì)的活化退火的溫度能夠從未進(jìn)行共摻雜的情況下的1700°C — 1900°C低溫化至1500°C — 1800°C。
[0097]但是，對(duì)于該三聚體形成所優(yōu)選的雜質(zhì)濃度，其在基于CVD(Chemical VaporDeposit1n，化學(xué)氣相淀積)法等的從氣相的晶體生長(zhǎng)等中能夠減少。這是因?yàn)?能夠使原料在表面上流動(dòng)，所以雜質(zhì)彼此的相互作用即使在低濃度下也容易產(chǎn)生。
[0098]在氣相生長(zhǎng)中，能夠形成三聚體的雜質(zhì)濃度的區(qū)域?yàn)? X 1015cm_3?1 X 1022cm_3,與離子注入時(shí)相比擴(kuò)大。在氣相生長(zhǎng)中，能夠?qū)iC的雜質(zhì)濃度稀至例如為IX 1016cm_3左右，也能夠濃至例如lX1021cm_3左右。特別是，濃度稀的區(qū)域很難通過(guò)離子注入來(lái)形成。因此，特別是在濃度稀的區(qū)域中，通過(guò)氣相生長(zhǎng)進(jìn)行的雜質(zhì)區(qū)域的形成是有效的。而且，在氣相生長(zhǎng)中，也能夠形成共摻雜后的、例如為5nm左右的極薄膜。
[0099]此外，在氣相生長(zhǎng)中還具有在雜質(zhì)的濃度濃的區(qū)域不易產(chǎn)生晶體中的缺陷的優(yōu)點(diǎn)。S卩，在離子注入中，隨著導(dǎo)入的雜質(zhì)量變大則晶體中的缺陷量增大，通過(guò)熱處理等進(jìn)行的恢復(fù)也變困難。在氣相生長(zhǎng)中，在生長(zhǎng)中形成三聚體，因雜質(zhì)導(dǎo)入引起的缺陷也不易產(chǎn)生。從該觀點(diǎn)來(lái)看，例如在雜質(zhì)濃度為lX1019cm_3以上、進(jìn)而為lX102°cm_3以上的區(qū)域，通過(guò)氣相生長(zhǎng)進(jìn)行的雜質(zhì)區(qū)域的形成是有效的。
[0100]這樣，在氣相生長(zhǎng)中具有離子注入所無(wú)法獲得的效果?？墒?，在離子注入中，可以形成進(jìn)行了局部共摻雜的雜質(zhì)區(qū)域。此外，能夠以低成本來(lái)形成共摻雜后的雜質(zhì)區(qū)域。因此，只要根據(jù)需要來(lái)分開(kāi)使用氣相生長(zhǎng)和離子注入即可。
[0101]在從氣相的晶體生長(zhǎng)時(shí)形成三聚體形成的情況下，優(yōu)選ρ型及η型的雜質(zhì)濃度為lX1015cm_3以上。而且，從使三聚體形成變得容易的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選雜質(zhì)濃度為lX1016cm_3以上。
[0102]接著，雖然為雜質(zhì)濃度的上限，但在形成了三聚體的情況下，雜質(zhì)濃度的上限也有可能會(huì)超過(guò)未形成三聚體時(shí)的固溶極限。這是因?yàn)?若形成三聚體，則晶體中的應(yīng)變得到緩和，雜質(zhì)變得容易固溶。
[0103]未形成三聚體時(shí)的雜質(zhì)的固溶極限在N的情況下為1019cnT3等級(jí)，在A1的情況下為1021cm_3等級(jí)。其他雜質(zhì)為約1021cm_3等級(jí)左右。
[0104]在雜質(zhì)為一種的情況下，偏在于雜質(zhì)的大小為較小側(cè)或者為較大側(cè)。這是因?yàn)?應(yīng)變被蓄積，雜質(zhì)難以進(jìn)入晶格點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)活化。特別是在離子注入中較多地形成缺陷，因此固溶極限格外變低。
[0105]但是，如果形成三聚體，則A1、N中的任意一種都能夠被導(dǎo)入1022cm_3等級(jí)左右。(在A1與N)、(Ga與N)、(In與Ν)、(B與P)這4種組合中，通過(guò)形成三聚體，能夠緩和應(yīng)變，因此能夠?qū)崿F(xiàn)固溶極限的擴(kuò)大。其結(jié)果是，能夠?qū)㈦s質(zhì)的固溶極限擴(kuò)展到1022cm_3等級(jí)。
[0106]在雜質(zhì)為B、Al、Ga、In、P的情況下，在lX 1020cnT3以上、特別是6X 102°cnT3以上的情況下，成為應(yīng)變多、大量形成缺陷的狀態(tài)。其結(jié)果是，薄膜電阻或者比電阻成為非常大的值。
[0107]但是，根據(jù)ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)的共摻雜，即使在這樣的雜質(zhì)濃度高的區(qū)域，也能夠抑制缺陷。
[0108]在雜質(zhì)為Ν的情況下，固溶極限進(jìn)一步減少一個(gè)數(shù)量級(jí)，為2Χ 1019cm_3左右。根據(jù)第一原理計(jì)算，可以認(rèn)為是因?yàn)楫a(chǎn)生不活潑的晶格間N的缺陷。
[0109]N濃度的上限為1019cnT3等級(jí)，但是通過(guò)形成三聚體，大幅度地?cái)U(kuò)大到1022cnT3等級(jí)。以往，在形成以高濃度進(jìn)行了摻雜的η型區(qū)域的情況下，不能使用氮，例如通過(guò)離子注入102°cm_3左右的Ρ來(lái)形成。但是，如果使用本實(shí)施方式的話，例如能夠以導(dǎo)入2X102°cm_3的N、導(dǎo)入lX102°cm_3的A1的方式，使用氮來(lái)形成以高濃度進(jìn)行了摻雜的η型區(qū)域。也就是說(shuō)，以往使用氮這一點(diǎn)本身都是困難的，而本實(shí)施方式使其成為可能。
[0110]以上，通過(guò)導(dǎo)入ρ型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)這兩者并且適當(dāng)?shù)剡x擇共價(jià)半徑的組合，能夠形成上述的三聚體。并且，能夠使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，降低應(yīng)變。
[0111]其結(jié)果是，(1)各雜質(zhì)容易進(jìn)入晶格點(diǎn)。(2)能夠?qū)崿F(xiàn)工序的低溫化。能夠期待至少100°C左右的低溫化。(3)能夠活化的雜質(zhì)量(上限的擴(kuò)大)增加。(4)能夠形成三聚體或者配對(duì)結(jié)構(gòu)這樣的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。通過(guò)該結(jié)構(gòu)來(lái)增加熵(entropy)，降低晶體缺陷量。(5)由于三聚體穩(wěn)定，因此難以圍繞將P型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)連接的鍵(bond)周圍進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)固定化。因此，通電擊穿耐性大幅度提升。例如，如果在pn結(jié)的ρ型雜質(zhì)區(qū)域、η型雜質(zhì)區(qū)域的至少一部分導(dǎo)入三聚體結(jié)構(gòu)，則通電擊穿得以抑制，高電阻化得以避免。其結(jié)果是，能夠抑制要流動(dòng)一定量的電流時(shí)所需要的外加電壓(Vf)增加這樣的劣化現(xiàn)象(Vf劣化)。
[0112]以上，示出了通過(guò)將ρ型雜質(zhì)的A1和η型雜質(zhì)的N共摻雜而能夠引起Α1與Ν的配對(duì)的情況。而且，此時(shí)，通過(guò)第一原理計(jì)算明確了:能夠使受主能級(jí)及施主能級(jí)都變淺。
[0113]圖12、圖13為共摻雜的作用的說(shuō)明圖。圖12為η型SiC的情況，圖13為ρ型SiC的情況。白圈表示能級(jí)未被電子填埋的空能級(jí)，黑圈表示能級(jí)被電子填埋的狀態(tài)。
[0114]施主能級(jí)變淺的理由為:如圖12所示，通過(guò)位于作為受主的A1的傳導(dǎo)帶的內(nèi)側(cè)的空能級(jí)與N的施主能級(jí)相互作用，施主能級(jí)被提高。同樣，受主能級(jí)變淺的理由為:如圖13所示，通過(guò)位于作為施主的N的價(jià)電子帶的內(nèi)側(cè)的填埋有電子的能級(jí)與A1的受主能級(jí)相互作用，受主能級(jí)被拉低。
[0115]—般而言，η型雜質(zhì)的N或P (磷)形成42meV?95meV的深的施主能級(jí)。ρ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)，若形成三聚體，則η型雜質(zhì)能夠形成35meV以下的施主能級(jí)，ρ型雜質(zhì)能夠形成lOOmeV以下的受主能級(jí)。
[0116]在完全地形成了三聚體的最佳狀態(tài)下，η型的Ν或Ρ為約20meV左右，ρ型的B、A1、Ga、In為40meV左右。由于這樣形成淺的能級(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)行共摻雜的情況相比，體積電阻以相差數(shù)量級(jí)的方式實(shí)現(xiàn)低電阻化。
[0117]在η型SiC的情況下，通過(guò)使有助于載流子產(chǎn)生的施主能級(jí)為40meV以下，由此與不進(jìn)行共摻雜的情況相比，電阻降低。此外，通過(guò)成為35meV以下而使得電阻降低約一個(gè)數(shù)量級(jí)，通過(guò)設(shè)為20meV以下而使得電阻降低約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，還包括應(yīng)變緩和效果和摻雜上限擴(kuò)大效果等。
[0118]在ρ型SiC的情況下，通過(guò)使有助于載流子產(chǎn)生的受主能級(jí)為150meV以下，由此與不進(jìn)行共摻雜的情況相比，電阻降低。此外，通過(guò)成為lOOmeV以下而使得電阻降低約一個(gè)數(shù)量級(jí)，通過(guò)設(shè)為40meV以下而使得電阻降低約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，還包括應(yīng)變緩和效果和摻雜上限擴(kuò)大效果等。
[0119]在A1濃度與N濃度一致的情況(Ν:A1 = 1:1)，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)地載流子。要成為低電阻的半導(dǎo)體，需要有濃度差。
[0120]在N濃度比A1濃度高的情況(N濃度>A1濃度)，通過(guò)相互作用而形成了 A1-N配對(duì)后的多余N也通過(guò)將A1-N配對(duì)的附近的C進(jìn)行置換而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。因此，形成淺的施主能級(jí)。此外，應(yīng)變也得到緩和，因此，與未形成三聚體的情況相比，能夠增加N的濃度。
[0121]圖14是表示η型SiC的情況的A1和N的濃度與薄膜電阻的關(guān)系的圖。N濃度設(shè)為2X102°cm_3。在單獨(dú)地導(dǎo)入了 N的情況下，即使為lX1019cm_3以上，薄膜電阻也無(wú)法減少。其值為約300 Ω/ 口。
[0122]在N濃度:A1濃度為1:1至2:1的范圍內(nèi)，能夠不產(chǎn)生應(yīng)變地形成三聚體，進(jìn)入淺的施主能級(jí)的載流子電子數(shù)增加。因此，薄膜電阻急劇地降低。
[0123]而且，在達(dá)到了 2:1時(shí)，能夠使用最大量的載流子，因此成為薄膜電阻最低的狀態(tài)。薄膜電阻如圖14所示，能夠減少到1.5Ω/□左右。對(duì)于與η型SiC的接觸電阻，也通過(guò)設(shè)為N濃度:A1濃度=2:1，并使N濃度與A1濃度的差值從102°cm_3增加至1022cm_3，由此能夠使與η型SiC的接觸電阻從1(Γ5 Ω cm3左右減少到1(Γ7 Ω cm3左右。
[0124]進(jìn)而，當(dāng)N濃度的比例高于2:1時(shí)，通過(guò)相對(duì)于N濃度:A1濃度=2:1過(guò)剩的N，形成本來(lái)深的施主能級(jí)。并且，該施主能級(jí)接受載流子電子，由三聚體形成的淺的施主能級(jí)變?yōu)榭铡ＦxN濃度:A1濃度=2:1的部分的N與單獨(dú)地導(dǎo)入的情況接近，因此難以使應(yīng)變得到緩和。因此，如圖14所示，薄膜電阻急劇地增加。
[0125]在圖14中示出了:以在不共摻雜A1的情況下加入η型雜質(zhì)的N(氮)直至固溶極限附近時(shí)的薄膜電阻(此時(shí)為約300Ω/ 口 )為比較對(duì)象，在偏離Ν濃度:A1濃度=2:1的情況下薄膜電阻的值如何變化。
[0126]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。在將A1濃度/N濃度設(shè)為0.47?0.60(8X 1019cm_3以上的載流子為100%自由載流子)的情況下，即，相對(duì)于η型雜質(zhì)加入了 47%?60%的ρ型雜質(zhì)的情況下，與不共摻雜Α1時(shí)的薄膜電阻比較，薄膜電阻低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，非常有效。小于0.5時(shí)，淺的能級(jí)減少，并且，產(chǎn)生應(yīng)變，因此，自由載流子數(shù)減少，0.47左右時(shí)相當(dāng)于8X 1019cnT3的載流子。
[0127]在寬度從此處向兩側(cè)擴(kuò)展、將A1濃度/N濃度設(shè)為0.45?0.75 (5 X 1019cm_3以上的載流子為100 %自由載流子)的情況下，即，相對(duì)于N加入了 45 %?75 %的A1的情況下，薄膜電阻成為低兩個(gè)數(shù)量級(jí)至其3倍左右的大小。在小于0.5時(shí)，淺的能級(jí)減少，并且產(chǎn)生應(yīng)變，因此自由載流子數(shù)減少，在0.45左右時(shí)相當(dāng)于5X 1019cm_3的載流子。而且，在將寬度進(jìn)一步向兩側(cè)擴(kuò)展、將A1濃度/N濃度設(shè)為大于0.40且小于0.95 (1 X 1019cm_3以上的載流子為100%自由載流子)的情況下，即相對(duì)于N加入了 40%?95%的A1的情況下，成為低一個(gè)數(shù)量級(jí)的薄膜電阻。在小于0.5時(shí)，淺的能級(jí)減少，并且產(chǎn)生應(yīng)變，因此自由載流子數(shù)減少，在0.40左右時(shí)相當(dāng)于lX1019cnT3的載流子。
[0128]相對(duì)于N加入了 50%以上的A1的一側(cè)的特性好是因?yàn)閼?yīng)變得到充分地緩和。2個(gè)N與1個(gè)A1集聚化而形成三聚體的狀態(tài)為50%的狀態(tài)。在小于50%的情況下，除了形成了三聚體的狀態(tài)之外，還存在有多余的N。換句話說(shuō)，存在未能成為三聚體的N，因此應(yīng)變與其相應(yīng)地蓄積。未能成為三聚體的N與以單體加入的情況同樣，立刻會(huì)達(dá)到應(yīng)變的極限。這樣，在A1的量低于50%的情況下，應(yīng)變急劇地產(chǎn)生，晶格缺陷增加。因此，與能夠緩和應(yīng)變的50%以上的情況相比，在小于50%時(shí)薄膜電阻急劇地劣化。
[0129]另外，在A1濃度/N濃度=0.995時(shí)，載流子數(shù)與不共摻雜的情況大致同等。2X 102°cm_3的0.5%量即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)以往的氮摻雜的薄膜電阻。因此，與不共摻雜的情況相比，薄膜電阻大致一致。此外，在A1濃度/N濃度=0.33、即N濃度:A1濃度=3:1的情況下，載流子電子的全部并非被由三聚體形成的淺的施主能級(jí)接受、而是被由多余的N形成的深的施主能級(jí)接受。因此，與不共摻雜的情況相比，薄膜電阻大致一致。因此，能夠通過(guò)共摻雜而使電阻降低的是將A1濃度/N濃度設(shè)為大于0.33且小于0.995的情況，即，相對(duì)于N加入了 33%?99.5%的A1的情況。如果還考慮誤差，則大于33%且小于100%即可。
[0130]在A1濃度高于N濃度的情況(A1濃度>N濃度)下，通過(guò)相互作用而形成了 A1-N配對(duì)后多余的A1也通過(guò)將A1-N配對(duì)的附近的Si進(jìn)行置換而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。因此，形成淺的受主能級(jí)。此外，應(yīng)變也得到緩和，因此與不形成三聚體的情況相比，能夠增加A1的濃度。該情況與N濃度> A1濃度的情況同樣地考慮即可。
[0131]圖15是表示ρ型SiC的情況的N和A1的濃度與薄膜電阻的關(guān)系的圖。A1濃度設(shè)為 2X 1020Cm_3。
[0132]A1濃度:N濃度從1:1至2:1，能夠不產(chǎn)生應(yīng)變地形成三聚體，進(jìn)入到淺的受主能級(jí)的載流子空穴數(shù)增加。因此，薄膜電阻降低。
[0133]而且，在達(dá)到了 2:1時(shí)，能夠使用最大量的載流子，因此成為薄膜電阻最低的狀態(tài)。作為薄膜電阻，如圖15所示，能夠減少到40Ω/□左右。對(duì)于與ρ型SiC的接觸電阻，也通過(guò)設(shè)為A1濃度:N濃度=2:1、并使A1濃度與N濃度的差值從102°cm_3增加至1022cm_3，能夠使與P型SiC的接觸電阻從1(Γ5 Ω cm3左右減少到10〃 Ω cm3左右。
[0134]進(jìn)而，若A1濃度的比例高于2:1，則通過(guò)相對(duì)于A1濃度:N濃度=2:1過(guò)剩的A1，形成本來(lái)深的受主能級(jí)。并且，該受主能級(jí)接受載流子空穴，由三聚體形成的淺的受主能級(jí)被電子填埋。偏離A1濃度:N濃度=2:1的量的A1與單獨(dú)地導(dǎo)入的情況接近，因此難以使應(yīng)變得到緩和。因此，如圖15所示，薄膜電阻急劇地增加。
[0135]在圖15中示出了:以在不共摻雜N的情況下導(dǎo)入ρ型雜質(zhì)的A1 (鋁)直至固溶極限附近時(shí)的薄膜電阻(此時(shí)為約10ΚΩ/ 口 )為比較對(duì)象，在偏離A1濃度:N濃度=2:1的情況下，薄膜電阻的值如何變化。
[0136]以形成了三聚體結(jié)構(gòu)的N濃度/A1濃度=0.5為中心來(lái)考慮。在將N濃度/A1濃度設(shè)為0.47?0.60(8X 1019cm_3以上的載流子為100%自由載流子)的情況下，即，相對(duì)于P型雜質(zhì)加入了 47%?60%的η型雜質(zhì)的情況下，與不共摻雜N時(shí)的薄膜電阻比較，成為低兩個(gè)數(shù)量級(jí)的薄膜電阻，非常有效。在小于0.5時(shí)，淺的能級(jí)減少，并且產(chǎn)生應(yīng)變，因此自由載流子數(shù)減少，在0.47左右時(shí)相當(dāng)于8Χ 1019cm_3的載流子。
[0137]在寬度從此處向兩側(cè)擴(kuò)展、將N濃度/A1濃度設(shè)為0.45?0.75 (5 X 1019cm_3以上的載流子為100%自由載流子)的情況下，即，相對(duì)于A1加入了 45%?75%的N的情況下，薄膜電阻成為低兩個(gè)數(shù)量級(jí)至其3倍左右的大小。在小于0.5時(shí)，淺的能級(jí)減少，并且產(chǎn)生應(yīng)變，因此自由載流子數(shù)減少，在0.45左右時(shí)相當(dāng)于5X 1019cm_3的載流子。而且，在寬度進(jìn)一步擴(kuò)展、將N濃度/A1濃度設(shè)為大于0.40且小于0.95 (1 X 1019cm_3以上的載流子為100%自由載流子)的情況下，即，相對(duì)于A1加入了 40%?95%的N的情況下，成為低一個(gè)數(shù)量級(jí)的薄膜電阻。在小于0.5時(shí)，淺的能級(jí)減少，并且產(chǎn)生應(yīng)變，因此自由載流子數(shù)減少，在0.40左右時(shí)相當(dāng)于1 X 1019cnT3的載流子。
[0138]相對(duì)于A1加入了 50%以上的N的一側(cè)的特性好是因?yàn)閼?yīng)變得到緩和。與此相對(duì)，在N小于50%的情況下，2個(gè)A1與1個(gè)N集聚化而形成三聚體的狀態(tài)為50%的狀態(tài)，此處還會(huì)存在A1。也就是說(shuō)，存在不能成為三聚體的A1，因此應(yīng)變與其相應(yīng)地蓄積。這樣，在A1的量低于50%的情況下，應(yīng)變急劇地產(chǎn)生，晶格缺陷增加。因此，與能夠緩和應(yīng)變的50%以上的情況相比，小于50%時(shí)薄膜電阻急劇地劣化。
[0139]另外，在N濃度/A1濃度=0.995時(shí)，載流子數(shù)與不共摻雜的情況大致同等。2X 102°cm_3的0.5%即IX 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摻雜的薄膜電阻。因此，與不共摻雜的情況相比，薄膜電阻大致一致。此外，在N濃度/A1濃度=0.33、即A1濃度:N濃度=3:1的情況下，載流子空穴的全部并非被由三聚體形成的淺的受主能級(jí)接受，而是被由多余的A1形成的深的受主能級(jí)接受。因此，與不共摻雜的情況相比，薄膜電阻大致一致。因此，能夠獲得共摻雜的電阻降低效果的是將N濃度/A1濃度設(shè)為大于0.33且小于0.995的情況，即，相對(duì)于A1加入了 33%?99.5%的N的情況。如果還考慮誤差，則大于33%且小于100%即可。
[0140]在不共摻雜的情況下，使用了 lX1018cm_3以下的低濃度的雜質(zhì)的低電阻SiC半導(dǎo)體材料難以存在。但是，通過(guò)共摻雜而形成三聚體，從而形成淺的能級(jí)，載流子數(shù)增加。因此，即使是少量的雜質(zhì)也能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻化。
[0141]如以上那樣，通過(guò)將ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)以適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行共摻雜，能夠獲得至少2個(gè)顯著效果。
[0142]第一，能夠形成應(yīng)變得到緩和、應(yīng)變少的SiC。與不共摻雜的情況相比，應(yīng)變變少，缺陷少，能夠?qū)氪罅康碾s質(zhì)。即，能夠提高雜質(zhì)的固溶極限。因此，薄膜電阻降低，比電阻降低，接觸電阻降低。不管是離子注入法還是外延生長(zhǎng)法，由于缺陷均變少，因此能夠?qū)崿F(xiàn)雜質(zhì)的高劑量化。
[0143]第二，能夠形成淺的能級(jí)。與不共摻雜的情況相比，僅通過(guò)使用少的雜質(zhì)，就能夠制作低電阻的材料。或者，在相同雜質(zhì)量的情況下，能夠得到相差數(shù)量級(jí)的低薄膜電阻。在考慮了能夠由外延生長(zhǎng)形成的低劑量的區(qū)域時(shí)，在不使用共摻雜的情況下，成為高電阻。但是，如果使用共摻雜，則能夠形成低電阻的SiC。由此，能夠制作出更低導(dǎo)通電阻的SiC半導(dǎo)體裝置。
[0144]圖16A?圖16D是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的深度方向的雜質(zhì)分布的圖。圖16A是圖1的A-A所示的表面區(qū)域19以及ρ阱區(qū)域16的分布，圖16B是圖1的B-B所示的P阱接觸區(qū)域20的分布，圖16C是圖1的C-C部分所示的JFET區(qū)域17的分布，圖16D是圖1的D-D所示的源區(qū)域18的分布。
[0145]本實(shí)施方式的M0SFET100中，在ρ型第二 SiC外延層(ρ阱區(qū)域)16中共摻雜有A1和Ν。并且，Ν的濃度相對(duì)于Α1的濃度之比大于0.33且小于1.0。
[0146]首先，在本實(shí)施方式中，能夠通過(guò)外延生長(zhǎng)時(shí)的雜質(zhì)的摻雜來(lái)進(jìn)行成為溝道區(qū)域的表面區(qū)域19的雜質(zhì)濃度的調(diào)整。由此，不需要為了進(jìn)行M0SFET100的閾值調(diào)整而向溝道區(qū)域進(jìn)行離子注入。因此，不會(huì)產(chǎn)生因離子注入引起的缺陷。因此，不會(huì)產(chǎn)生因離子注入缺陷引起的電子的散射。因而，溝道區(qū)域中的電子的遷移率提高，可以實(shí)現(xiàn)高性能的MOSFET。
[0147]此外,通過(guò)使ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的比例接近1:1,由此表面區(qū)域19接近本征(i型)區(qū)域，溝道部的結(jié)晶應(yīng)變降低。由此，由結(jié)晶應(yīng)變引起的電子散射得到抑制。此外，通過(guò)設(shè)置低雜質(zhì)濃度的表面區(qū)域19，能夠使電子流動(dòng)的溝道的深度加深。由此，絕緣膜28與半導(dǎo)體界面中的電子散射得到抑制。因此，溝道區(qū)域的電子的遷移率提高，可以實(shí)現(xiàn)高性能的 MOSFET100。
[0148]如圖16A所示那樣，在第二 SiC外延層16上部，以低雜質(zhì)濃度形成有ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的濃度接近1:1的表面區(qū)域19。通過(guò)使第二 SiC外延層16下部的ρ型雜質(zhì)濃度提高，由此能夠確保器件的耐壓。通過(guò)該雜質(zhì)分布，能夠?qū)崿F(xiàn)具備高耐壓和低導(dǎo)通電阻的MOSFET100。
[0149]此外，如圖16B所示那樣，在ρ講接觸區(qū)域20中，在襯底(background)中預(yù)先存在有P型第二 SiC外延層(ρ阱區(qū)域)16的ρ型雜質(zhì)(A1)。因而，能夠降低ρ阱接觸區(qū)域20形成用的離子注入時(shí)的ρ型雜質(zhì)劑量。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)離子注入時(shí)間的縮短、因離子注入引起的晶格損傷的減少。
[0150]此外，能夠抑制由于用于使ρ型雜質(zhì)活化的退火時(shí)或之后的冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力引起的晶體缺陷、特別是基底面上的位錯(cuò)使MOSFET 100的體二極管的正向特性劣化。因此，可以實(shí)現(xiàn)可靠性高的M0SFET。
[0151]而且，圖16C所示那樣，在JFET區(qū)域17中，在襯底中預(yù)先存在有ρ型第二 SiC外延層(P阱區(qū)域)16的η型雜質(zhì)(Ν)。因而，能夠降低JFET區(qū)域17形成用的離子注入時(shí)的η型雜質(zhì)劑量。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)離子注入時(shí)間的縮短、因離子注入引起的晶格損傷的減少。
[0152]在本實(shí)施方式中，如圖16Β所示，優(yōu)選ρ型第二 SiC外延層(ρ阱區(qū)域)16的ρ型雜質(zhì)(Α1)的雜質(zhì)濃度從表面朝向深度方向變大。這是因?yàn)?通過(guò)該結(jié)構(gòu)，使得M0SFET100的體二極管的Ρ型雜質(zhì)濃度變大，體二極管的耐壓提高。
[0153]此外，優(yōu)選為:在圖16C所示的JFET區(qū)域17中，在將ρ型雜質(zhì)(第二 ρ型雜質(zhì))設(shè)定為元素A、將η型雜質(zhì)(第二 η型雜質(zhì))設(shè)定為元素D的情況下，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)的組合中的至少一個(gè)組合，構(gòu)成上述組合的上述元素A的濃度相對(duì)于上述元素D的濃度之比大于0.40且小于0.95。這是因?yàn)镴FET區(qū)域17中的三聚體的形成被促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了低電阻且缺陷少的η層。此時(shí)，構(gòu)成上述組合的上述元素D的濃度優(yōu)選為lX1018cm_3以上。
[0154](第二實(shí)施方式)
[0155]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置為IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)。半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)為:在η型第一 SiC外延層的背面?zhèn)仍O(shè)置有p+型的集電極區(qū)域，與P+型的集電極區(qū)域接觸地設(shè)置有第二電極(集電極)，除此以外，與第一實(shí)施方式相同。以下，關(guān)于由共摻雜產(chǎn)生的作用和效果等與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容，省略描述。
[0156]圖17是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置即IGBT的構(gòu)成的示意截面圖。IGBT200為縱型的IGBT。
[0157]該IGBT200具備:具有第一面和第二面的SiC基板(碳化硅基板)12。在圖17中，第一面是指圖的上側(cè)的面，第二面是指圖的下側(cè)的面。該SiC基板12是以雜質(zhì)濃度為
1X 1018?1 X 1019cm_3含有例如以N(氮)作為η型雜質(zhì)的4H_SiC基板(η基板)。
[0158]在該SiC基板12的第一面上，例如形成有η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為5Χ1015?
2X 1016cnT3的η型第一 SiC外延層(rTSiC層)14。rTSiC層14的膜厚例如為5 μ m?10 μ m。
[0159]在rTSiC層14上，例如形成有ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為1 X 1016cnT3?5 X 1017cnT3的ρ型第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66。第一發(fā)射極區(qū)域66的深度例如為0.3μπι?
1.0 μ m。
[0160]ρ型第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66中共摻雜有ρ型雜質(zhì)(第一 ρ型雜質(zhì))和η型雜質(zhì)(第一 η型雜質(zhì))。并且，在將ρ型雜質(zhì)設(shè)定為元素Α、將η型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，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)、以及B (硼)與P (磷)的組合(第二組合)中的至少一個(gè)組合，構(gòu)成上述組合的元素D的濃度相對(duì)于元素A的濃度之比大于0.33且小于1.0。并且，對(duì)于構(gòu)成上述組合的元素A的濃度為1 X 1016cm_3?5X 1017cm_3，從使IGBT200的閾值適當(dāng)觀點(diǎn)來(lái)看是優(yōu)選的。
[0161]在ρ型第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66的一部分表面形成有表面區(qū)域19。表面區(qū)域19和其下層的ρ阱區(qū)域16作為溝道區(qū)域起作用。表面區(qū)域19也由外延層形成。
[0162]在ρ型第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66的一部分表面，例如形成有η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為5Χ1015?lX1019cm_3的η_型的第一 SiC區(qū)域(JFET區(qū)域)17。JFET區(qū)域17的深度大于等于第一發(fā)射極區(qū)域66的厚度。JFET區(qū)域17與rTSiC層14連接。JFET區(qū)域17與rTSiC層14連接。JFET區(qū)域17作為載流子即電子的遷移路徑起作用。
[0163]在ρ型第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66的一部分表面，形成有η型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為1 X ?ο18?1 X 1022cm_3的n+型的第二 SiC區(qū)域(第二發(fā)射極區(qū)域)58。第二發(fā)射極區(qū)域58的深度小于第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66的厚度，例如為0.3 μ m左右。第二發(fā)射極區(qū)域58將第一發(fā)射極區(qū)域66夾在中間而與JFET區(qū)域17分離地設(shè)置。
[0164]此外，在第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66的一部分表面、在n+型的第二SiC區(qū)域(第二發(fā)射極區(qū)域)58的側(cè)方，例如形成有ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為1 X 1018?IX 1022cnT3的p+型的第三SiC區(qū)域(發(fā)射極接觸區(qū)域)60。發(fā)射極接觸區(qū)域60的深度小于第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66的厚度,例如為0.3 μ m左右。
[0165]而且，在η型SiC層14的背面?zhèn)龋缭O(shè)置有ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度為1Χ1018?lX 1022cm_3的ρ+型的第四SiC區(qū)域(集電極區(qū)域、ρ型SiC層)52。在本實(shí)施方式中，SiC基板12的背面成為p+型的第四SiC區(qū)域52。
[0166]并且，在JFET區(qū)域17及第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66的表面，連續(xù)地具有以跨過(guò)該區(qū)域及層的方式形成的柵絕緣膜28。柵絕緣膜28例如能夠應(yīng)用Si02膜或high-k絕緣膜。
[0167]并且，在柵絕緣膜28上形成有柵電極30。柵絕緣膜28例如使用Si02膜。柵電極30能夠應(yīng)用例如多晶硅等。在柵電極30上例如形成有由Si02膜形成的層間絕緣膜32。
[0168]被柵電極下的第二 SiC區(qū)域(第二發(fā)射極區(qū)域)58和JFET區(qū)域17夾著的第二SiC外延層66為溝道區(qū)域。
[0169]并且，具備與第二 SiC區(qū)域(第二發(fā)射極區(qū)域)58、第三SiC區(qū)域(發(fā)射極接觸區(qū)域)60電連接的導(dǎo)電性的第一電極(發(fā)射極電極)54。第一電極(發(fā)射極電極)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也可以通過(guò)反應(yīng)而形成合金。
[0170]此外，在SiC基板12的第二面?zhèn)?、第四SiC區(qū)域52的背面，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。
[0171]另外，在本實(shí)施方式中，η型雜質(zhì)例如優(yōu)選為N(氮)或Ρ(磷)，但是也能夠應(yīng)用As (砷)等。此外，ρ型雜質(zhì)例如優(yōu)選為A1 (鋁)，但是也能夠應(yīng)用B (硼)、Ga (鎵)、In (銦)
坐寸。
[0172]對(duì)于本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，例如在第一實(shí)施方式的制造方法中，在制造第二電極之前，將作為P型雜質(zhì)的A1向SiC基板12的背面(第二面)進(jìn)行離子注入，形成第四SiC區(qū)域(集電極區(qū)域)52，由此能夠進(jìn)行制造。
[0173]另外，例如，在形成ρ型集電極區(qū)域52之前，也可以為了減薄η型區(qū)域而設(shè)置對(duì)SiC基板12從背面?zhèn)冗M(jìn)行研磨的步驟。
[0174]在本實(shí)施方式的IGBT200中，ρ型第二 SiC外延層(第一發(fā)射極區(qū)域)66中共摻雜有A1和N。并且，N的濃度相對(duì)于A1的濃度之比大于0.33且小于1.0。由此，通過(guò)與第一實(shí)施方式同樣的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能且高可靠性的IGBT200。
[0175]以上，在實(shí)施方式中，作為碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)，以4H_SiC的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明也能夠應(yīng)用于6H-SiC、3C-SiC等其他晶體結(jié)構(gòu)的碳化硅中。
[0176]此外，在實(shí)施方式中，作為ρ型雜質(zhì)與η型雜質(zhì)的組合，以A1(鋁)與Ν(氮)的組合的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是不限于該組合，只要是Α1(鋁)、Ga(鎵)或In(銦)與N(氮)的組合、BUI)與P(磷)的組合即可，能夠獲得同樣的效果。
[0177]在第一及第二實(shí)施方式中，以將制造中使用的η型SiC基板作為MOSFET、IGBT的最終結(jié)構(gòu)而殘留的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以設(shè)置成例如為了實(shí)現(xiàn)裝置的薄型化而將η型SiC基板的全部通過(guò)研磨等而除去而成的結(jié)構(gòu)。
[0178]對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但這些實(shí)施方式是作為例子提示的，不意圖限定發(fā)明的范圍。此處所述的半導(dǎo)體裝置能夠以其他各種方式來(lái)實(shí)施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種省略，置換，變更。這些實(shí)施方式，其應(yīng)變包含于發(fā)明的范圍，主旨，并且包含于專利請(qǐng)求的范圍記載的發(fā)明和其等同的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備: η型第一 SiC外延層； P型第二 SiC外延層，其設(shè)置在所述第一 SiC外延層上，并含有P型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，在將所述P型雜質(zhì)設(shè)定為元素Α、將所述η型雜質(zhì)設(shè)定為元素D的情況下，所述元素A與所述元素D的組合為Al(鋁)、Ga(鎵)或In(銦)與N(氮)的組合、B(硼)與P(磷)的組合中的至少一個(gè)組合，構(gòu)成所述組合的所述元素D的濃度相對(duì)于所述元素A的濃度之比大于0.33且小于1.0 ； 表面區(qū)域，其設(shè)置在所述第二 SiC外延層表面，且所述元素A的濃度低于所述第二 SiC外延層，構(gòu)成所述組合的所述元素D的濃度相對(duì)于所述元素A的濃度之比大于所述P型第二 SiC外延層； η型第一 SiC區(qū)域，其設(shè)置在所述第二 SiC外延層的表面，且深度大于等于所述第二SiC外延層的厚度； η型第二 SiC區(qū)域，其在所述第二 SiC外延層的表面上與所述η型第一 SiC區(qū)域分離地設(shè)置，且深度小于所述第二 SiC外延層的厚度； 柵絕緣膜，其設(shè)置在所述表面區(qū)域上； 柵電極，其設(shè)置在所述柵絕緣膜上； 第一電極，其設(shè)置在所述第二 SiC區(qū)域上；以及 第二電極，其設(shè)置在所述第一 SiC外延層的與所述第一電極相反的一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述表面區(qū)域的所述元素D的濃度相對(duì)于所述元素A的濃度之比為0.9?1.1。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二 SiC外延層中的所述元素A的濃度為IX 116CnT3?5 X 117cnT3。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二 SiC外延層中的所述元素D的濃度相對(duì)于所述元素A的濃度之比大于0.40且小于0.95。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二 SiC外延層中的所述元素A的受主能級(jí)為150meV以下。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二 SiC外延層中的所述元素D的90%以上位于與所述元素A最接近的晶格位置。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述第一 SiC外延層的與所述第二 SiC外延層相反的一側(cè)，進(jìn)一步設(shè)置有η型SiC層；所述第二電極與所述SiC層接觸地設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述第一 SiC外延層的與所述第二 SiC外延層相反的一側(cè)，進(jìn)一步設(shè)置有P型SiC層；所述第二電極與所述SiC層接觸地設(shè)置。
9.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二 SiC外延層中的所述元素A的濃度為IX 116CnT3?5 X 117cnT3。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第二 SiC外延層中的所述元素D的濃度相對(duì)于所述元素A的濃度之比大于0.40且小于0.95。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK104347718SQ201410374038
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】西尾讓司, 清水達(dá)雄, 飯島良介, 太田千春, 四戶孝 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝