半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備具有第一面和第二面的n型SiC襯底、設(shè)置在第一面上的SiC層、設(shè)置在第一面?zhèn)鹊牡谝浑姌O和設(shè)置在第二面上的第二電極，所述n型SiC襯底含有p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)，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，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1×1018cm-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)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年3月22日提交的日本專利申請2013-059831號的優(yōu)先權(quán)，該 申請的全部內(nèi)容以參考的方式并入本申請中。
【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，由于雜質(zhì)的固溶極限低、雜質(zhì)所形成的帶隙中的能級深而難以實(shí)現(xiàn)SiC 的低電阻化。因此，難以減小使用SiC的器件的導(dǎo)通電阻。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明所要解決的課題在于提供能夠降低導(dǎo)通電阻的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0007] 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備具有第一面和第二面的η型SiC襯底、設(shè)置在第一面上 的SiC層、設(shè)置在第一面?zhèn)鹊牡谝浑姌O和設(shè)置在第二面上的第二電極，所述η型SiC襯底含 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，元素 A與元 素 D的組合為A1 (錯)、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， 構(gòu)成組合的元素 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，提供能夠降低導(dǎo)通電阻的半導(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。
[0017] 圖9是表示第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0018] 圖10是表不第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的不意剖面圖。
[0019] 圖11是表示第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0020] 圖12是表示第五實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0021] 圖13是表示第六實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下，參考附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。其中，以下的說明中，對同一構(gòu)件 等標(biāo)注同一標(biāo)號，對說明過一次的構(gòu)件等適當(dāng)省略其說明。
[0023] 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 對高低。即，n+表示η型雜質(zhì)濃度與η相比相對較高，ιΓ表示η型雜質(zhì)濃度與η相比相對 較低。另外，Ρ+表示Ρ型雜質(zhì)濃度與Ρ相比相對較高，表示Ρ型雜質(zhì)濃度與Ρ相比相對 較低。另外，有時也將η+型、ιΓ型簡記為η型，將Ρ+型、型簡記為ρ型。
[0024] (第一實(shí)施方式）
[0025] 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)置在第一 面上的SiC層、設(shè)置在第一面?zhèn)鹊牡谝浑姌O和設(shè)置在第二面上的第二電極，該η型SiC襯底 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，元素 A與元 素 D的組合為A1 (錯)、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， 構(gòu)成組合的元素 D的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
[0026] 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。
[0027] 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)椋?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。
[0028] 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)。
[0029] 另外，例如，在B為1 X 1018cnT3、P為1 X 1018cnT3、N為1 X 1018cnT3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。
[0030] 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。
[0031] 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p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)行說明。
[0032] 圖1是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置為 PiN二極管。
[0033] 該P(yáng)iN二極管100具備具有第一面和第二面的η型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。
[0034] η型SiC襯底12例如為4H_SiC的襯底。并且，含有作為p型雜質(zhì)的A1 (錯)和作 為η型雜質(zhì)的N (氮)。
[0035] η型SiC襯底12中的Α1的濃度與Ν的濃度之比（Α1濃度/Ν濃度)大于0. 40且小 于0.95。并且，N的濃度為lX1018cm_3以上且lX 1022cm_3以下。N的濃度可以在上述范圍 內(nèi)為恒定值，也可以在上述范圍內(nèi)具有濃度梯度。η型SiC襯底12的膜厚例如為300 μ m? 700 μ m〇
[0036] 該SiC襯底12的第一面上形成有η型SiC層（n_SiC層）14。n_SiC層14的η型 雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度低于η型SiC襯底12,例如為約5 X 1015?約2 X 1016cm_3。η型雜質(zhì)例如為 N。rfSiC層14的膜厚例如為約5 μ m?約50 μ m。
[0037] n_SiC層14上形成有p型SiC層（p+型SiC層）16。p+型SiC層16的p型雜質(zhì)的 雜質(zhì)濃度例如為約5 X 1018?約5 X 1021cm_3。p型雜質(zhì)例如為A1。p+型SiC層16的膜厚例 如為約1 U m?約5 μ m。
[0038] p+型SiC層16上具備與p+型SiC層16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Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁)等金屬或金屬化合物形成。第一電極44 與P+型SiC層16形成歐姆接觸。
[0039] 另外，η型SiC襯底12的第二面上形成有導(dǎo)電性的第二電極(陰極電極)46。第二 電極46例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形成。第二電極46與η型 SiC襯底12形成歐姆接觸。
[0040] 以下，對本實(shí)施方式的作用和效果進(jìn)行詳述。
[0041] 本
【發(fā)明者】們研究的結(jié)果可知，通過對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。在該配對狀態(tài)下，載流子得 到補(bǔ)償，達(dá)到載流子為零的狀態(tài)。
[0042] 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。
[0043] 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，兩者全部形成配對結(jié) 構(gòu)的狀態(tài)最穩(wěn)定。
[0044] 在此，第一原理計(jì)算是使用了超軟贗勢（ultrasoft pseudopotential)的計(jì)算。超 軟贗勢是由范德比爾特（Vanderbilt)等人開發(fā)的一種贗勢。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)的能級位于哪個能位。
[0045] 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，與配對結(jié)構(gòu)和N分開存在的情況相比，體系穩(wěn)定0. 3eV。
[0046] 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配對結(jié)構(gòu)和A1分開存在的情況相比，體系穩(wěn)定0. 4eV。
[0047] 接下來，對除A1與N以外的摻雜劑的組合進(jìn)行考察。以針對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。
[0048] 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的配對結(jié)構(gòu)，但當(dāng)附近出現(xiàn)B或N時，體系的能量升 高。因此，多余的B或N獨(dú)立地存在于遠(yuǎn)離配對結(jié)構(gòu)的位置時，體系在能量方面更穩(wěn)定。
[0049] 根據(jù)第一原理計(jì)算，多余的B形成三聚體時，與B-N配對和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，與B-N配對和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，體系在能量方面均 變得不穩(wěn)定。
[0050] 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半徑。越朝向圖的右 上方、共價半徑越小，越朝向左下方、共價半徑越大。
[0051] 在B與N的情況下，形成三聚體時變得不穩(wěn)定可以通過共價半徑的大小來理解。B 的共價半徑小于Si的共價半徑，且N的共價半徑小于C的共價半徑。因此，B進(jìn)入Si位置、 N進(jìn)入C位置時，應(yīng)變蓄積而不能形成三聚體。
[0052] 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"共價半徑大于Si的 元素（Al、Ga、In)"與"共價半徑小于C的元素（N)"的組合、或者與此相反的"共價半徑大 于C的元素（B)"與"共價半徑小于Si的元素（P)"的組合的情況以外，不能形成三聚體。
[0053] B、P的共價半徑位于Si的共價半徑與C的共價半徑中間，因此，B和P能夠進(jìn)入 Si位置、C位置中的任何一個位置。但是，其他雜質(zhì)（Al、Ga、In、N、As)基本上集中于其中 一個位置?？梢哉J(rèn)為Al、Ga、In、As進(jìn)入Si位置、N進(jìn)入C位置。
[0054] 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，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，對于元素 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。
[0055] 原子間不存在相互作用時，無法形成該配對結(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(摻雜劑能級）在c軸方向上存在約10個晶胞時，觀察不到 相互作用，雜質(zhì)能級變?yōu)槠教沟臓顟B(tài)。即，分散被充分抑制，為約lOmeV級。
[0056] S卩，認(rèn)為雜質(zhì)間的距離為10nm以上時，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。
[0057] 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)分布時優(yōu) 選的雜質(zhì)濃度的下限。
[0058] 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)行共摻雜時的 1700°C ?1900°C 降低至 1500°C ?1800°C。
[0059] 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優(yōu)選的雜質(zhì)濃度。這是因?yàn)椋軌蚴乖显诒?面流動，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。
[0060] 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。而且，氣相生長 中，也能夠形成共摻雜后的例如約5nm的極薄膜。
[0061] 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lX10 19cnT3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。
[0062] 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。
[0063] 由氣相進(jìn)行晶體生長時，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。
[0064] 其次，雜質(zhì)濃度的上限在形成三聚體時也可能超過不形成三聚體時的固溶極限。 這是因?yàn)椋纬扇垠w時，晶體中的應(yīng)變弛豫，雜質(zhì)變得容易固溶。
[0065] 不形成三聚體時雜質(zhì)的固溶極限在N的情況下為1019cnT3級，在A1的情況下為 1021cnT3級。其他雜質(zhì)約為1021cnT3級。
[0066] 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，會形成大量缺陷，因此固溶極 限變得格外低。
[0067] 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。（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。
[0068] 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，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。
[0069] 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。
[0070] 在雜質(zhì)為Ν的情況下，固溶極限進(jìn)一步減小一個數(shù)量級，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。
[0071] N濃度的上限為1019cnT3級，但通過形成三聚體，大幅擴(kuò)大至1022cnT 3級。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。
[0072] 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。
[0073] 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，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所需的外加電壓（Vf)增 加的劣化現(xiàn)象（Vf劣化)。
[0074] 如上所述，通過共摻雜作為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。而且，根據(jù)第一原理計(jì)算可知，此時，能夠使受主能級和施主能級均變淺。
[0075] 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ρ型SiC的 情況。白色圓表示能級未被電子填埋的空能級，黑色圓表示能級被電子填埋的狀態(tài)。
[0076] 施主能級變淺的理由在于，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 與N的施主能級相互作用，由此使施主能級提高。同樣，受主能級變淺的理由在于，如圖6 所示，位于作為施主的N的價電子帶內(nèi)側(cè)的被電子填埋的能級與A1的受主能級相互作用， 由此使受主能級降低。
[0077] -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。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。與此相對，形成三聚 體時，η型雜質(zhì)能夠形成35meV以下的施主能級，ρ型雜質(zhì)能夠形成lOOmeV以下的受主能 級。
[0078] 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，ρ型的B、Al、Ga、 In為約40meV左右。由于形成這樣淺的能級，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)行共摻雜時相比，體電阻降低若干數(shù)量級。
[0079] 在η型SiC的情況下，有助于載流子產(chǎn)生的施主能級為40meV以下，因此，與不共 摻雜時相比，電阻減小。另外，35meV以下時電阻減小約一個數(shù)量級，20meV以下時電阻減小 約兩個數(shù)量級。但是，也包含應(yīng)變弛豫效果、摻雜上限擴(kuò)大效果等。
[0080] 在ρ型SiC的情況下，有助于載流子產(chǎn)生的受主能級為150meV以下，因此，與不共 摻雜時相比，電阻減小。另外，lOOmeV以下時電阻減小約一個數(shù)量級，40meV以下時電阻減 小約兩個數(shù)量級。但是，也包含應(yīng)變弛豫效果、摻雜上限擴(kuò)大效果等。
[0081] 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。
[0082] 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 后剩余的N也通過對A1-N配對附近的C進(jìn)行置換而變得穩(wěn)定。因此，形成淺的施主能級。 另外，應(yīng)變也弛豫，因此，與不形成三聚體時相比能夠增加 N的濃度。
[0083] 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 2X10 2°cnT3。單一地引入N時，即使引入lX1019cnT3以上，也不能減小薄層電阻。其值約為 300 Ω / 口。
[0084] 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)入淺的施主能級的載流子電子數(shù)增加。因此，薄層電阻急劇降低。
[0085] 并且，達(dá)到2:1時，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。
[0086] 進(jìn)而，N濃度的比例高于2:1時，由超出N濃度：A1濃度=2:1的N形成本來就深的 施主能級。并且，該施主能級接受載流子電子,三聚體所形成的淺的施主能級變空。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。
[0087] 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 近為止時的薄層電阻(該情況下為約300 Ω /□)作為比較對象，示出了偏離Ν濃度：Α1濃度 =2:1時薄層電阻的值如何變化。
[0088] 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時的薄層電阻相比， 薄層電阻降低2個數(shù)量級，非常有效。小于0. 5時，淺能級減少且產(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。
[0089] 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，相對于N引入45%?75% 的A1的情況下，薄層電阻降低2個數(shù)量級至其3倍左右的大小。小于0. 5時，淺能級減少 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，相對于N引入40%?95%的A1的情況下，薄層電阻降低1 個數(shù)量級。小于〇. 5時，淺能級減少且產(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。
[0090] 相對于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N與1個 A1群集而形成三聚體的狀態(tài)為50%的狀態(tài)。少于50%時，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， 薄層電阻急劇劣化。
[0091] 另外，A1濃度/N濃度=0.995,載流子數(shù)與不共摻雜時基本等同。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接受，而不 是被三聚體所形成的淺的施主能級接受。因此，薄層電阻與不共摻雜時基本一致。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 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%。
[0092] 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配對后 剩余的A1也通過對A1-N配對附近的Si進(jìn)行置換而變得穩(wěn)定。因此，形成淺的受主能級。 另外，應(yīng)變也弛豫，因此，與不形成三聚體時相比能夠增加 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。
[0093] 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。
[0094] 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)入淺的受主能級的載流子空穴數(shù)增加。因此，薄層電阻降低。
[0095] 并且，達(dá)到2:1時，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。
[0096] 進(jìn)而，A1濃度的比例高于2:1時，由超出A1濃度：N濃度=2:1的A1形成本來就 深的受主能級。并且，該受主能級接受載流子空穴，由此三聚體所形成的淺的受主能級由電 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。
[0097] 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）直到固溶極限附 近為止時的薄層電阻(該情況下為約10K Ω / □)作為比較對象，示出了偏離A1濃度：N濃度 =2:1時薄層電阻的值如何變化。
[0098] 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時的薄層電阻相比，薄層 電阻降低2個數(shù)量級，非常有效。小于0. 5時，淺能級減少且產(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。
[0099] 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 (5X1019cnT3以上的載流子為100%自由載流子）以下的情況下，即，相對于A1引入45%? 75%的N的情況下，薄層電阻降低2個數(shù)量級至其3倍左右的大小。小于0. 5時，淺能級減 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，相對于A1引入40%?95%的N的情況下，薄層電阻降低1個數(shù) 量級。小于0. 5時，淺能級減少且產(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。
[0100] 相對于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，N 少于50%時，2個A1與1個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，薄層電阻急劇劣化。
[0101] 另外，N濃度/A1濃度=0.995時，載流子數(shù)與不共摻雜時基本等同。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接受，而不 是被三聚體所形成的淺的受主能級接受。因此，薄層電阻與不共摻雜時基本一致。因此，通 過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%。
[0102] 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，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。
[0103] 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。
[0104] 第一，應(yīng)變弛豫，能夠形成應(yīng)變少的SiC。與不共摻雜時相比，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。
[0105] 第二，能夠形成淺能級。與不共摻雜時相比，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)量級的薄層電阻?？紤]能夠通 過外延生長形成的低劑量區(qū)時，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。
[0106] 本實(shí)施方式的PiN二極管100中，在η型SiC襯底12中以期望的比例共摻雜有作 為P型雜質(zhì)的A1和作為η型雜質(zhì)的N。由此，η型SiC襯底12的電阻率比不共摻雜時減 小。另外，第二電極46與η型SiC襯底12之間的接觸電阻也比不共摻雜時減小。因此，導(dǎo) 通電阻減小，實(shí)現(xiàn)了正向電流大的PiN二極管100。
[0107] 此外，通過共摻雜形成三聚體，η型SiC襯底12中的應(yīng)變在高雜質(zhì)濃度的情況下 也得到弛豫。例如，即使在IX 1019cnT3以上或IX 102°cnT3以上的高雜質(zhì)濃度下，η型SiC襯 底12中的晶體缺陷產(chǎn)生也得到抑制。η型SiC襯底12中的晶體缺陷少，因此難以產(chǎn)生起因 于晶體缺陷的特性劣化。
[0108] 因此，實(shí)現(xiàn)了例如反向偏壓時的漏電流減小的PiN二極管100?；蛘撸瑢?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100。
[0109] η型SiC襯底12中含有的作為η型雜質(zhì)的N的濃度為1 X 1018cm_3以上且 1 X 1022cnT3以下。這是因?yàn)?，低于該范圍時，η型SiC襯底12的電阻率和第二電極46與η 型SiC襯底12之間的接觸電阻升高，導(dǎo)通電阻可能變得過大。另外還因?yàn)椋y以超過該范 圍地使η型雜質(zhì)固溶。N的濃度可以在上述范圍內(nèi)為恒定值，也可以在上述范圍內(nèi)具有濃度 梯度。
[0110] 從充分減小η型SiC襯底12的電阻率和第二電極46與η型SiC襯底12之間的 接觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選η型SiC襯底12中含有的η型雜質(zhì)的濃度為lX10 19cnT3以上， 更優(yōu)選為lXl〇2°cnT3以上。
[0111] 并且，從充分減小η型SiC襯底12的電阻率和第二電極46與η型SiC襯底12之 間的接觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，η型SiC襯底12的A1濃度與N濃度之比（A1濃度/N濃度）大 于0.40且小于0.95。另外，優(yōu)選A1濃度與N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。
[0112] A1濃度與N濃度之比例如可以通過使用SIMS (Secondary Ion Microprobe Spectrometry,二次離子微探針質(zhì)譜）求出Al、N各自的濃度來計(jì)算。
[0113] 從充分減小η型SiC襯底12的電阻率和第二電極46與η型SiC襯底12之間的 接觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選有助于N的載流子產(chǎn)生的施主能級為40meV以下。另外，更優(yōu)選 為35meV以下，進(jìn)一步優(yōu)選為20meV以下。
[0114] N的施主能級例如可以通過測定η型SiC襯底12的薄層電阻或電阻率、或者第二 電極46與η型SiC襯底12之間的接觸電阻的活化能量來求出。
[0115] 從充分減小η型SiC襯底12的電阻率和第二電極46與η型SiC襯底12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Α1的90%以上位于最接近Ν的晶格位置。Α1的90%以上位于最接近Ν的晶格位置 時，可以認(rèn)為Α1與Ν的大部分（90%以上）形成了三聚體。
[0116] Α1中，位于最接近Ν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A1與N的結(jié)合狀態(tài)來求出。
[0117] 接下來，參考圖1對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一例進(jìn)行說明。
[0118] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，準(zhǔn)備具有第一面和第二面的η型SiC襯 底，該η型SiC襯底含有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，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。然 后，在第一面上形成SiC層，在第一面?zhèn)刃纬傻谝浑姌O，在第二面上形成第二電極。
[0119] 以下，以元素 A為A1、元素 D為N的情況為例進(jìn)行說明。
[0120] 首先，準(zhǔn)備具有第一面和第二面的η型SiC襯底12,其含有A1 (鋁）和N (氮)，A1 的濃度與N的濃度之比大于0. 40且小于0. 95, N的濃度為IX 1018cnT3以上且IX 1022cnT3 以下。η型SiC襯底12例如為通過利用高溫CVD (HTCVD)法的外延生長制造的襯底。N的 濃度可以在上述范圍內(nèi)為恒定值，也可以在上述范圍內(nèi)具有濃度梯度。
[0121] 接著，在η型SiC襯底12的第一面上形成η型SiC層（n_SiC層）14。η型SiC層 (n_SiC層）14的形成例如通過使用CVD法的外延生長來進(jìn)行。
[0122] 接著，在rTSiC層14上形成p型SiC層（p+型SiC層）16。p型SiC層（p+型SiC 層）16形成例如通過使用CVD法的外延生長來進(jìn)行。
[0123] 接著，在p+型SiC層16上形成第一電極（陽極電極)44。第一電極44的形成例如 通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0124] 接著，在η型SiC襯底12的第二面上形成第二電極（陰極電極）46。第二電極46 的形成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0125] 然后，例如，為了減小第一電極44與第二電極46的接觸電阻而進(jìn)行退火。退火例 如在氬氣氣氛中在800°C?1000°C下進(jìn)行。
[0126] 通過以上的制造方法形成圖1所示的PiN二極管100。
[0127] 根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法，通過A1和N的共摻雜，在晶體缺陷少的η型SiC襯 底12上形成器件。因此，晶體缺陷向器件區(qū)的傳播也得到抑制，能夠制造高性能的PiN二 極管100。
[0128] 另外，還在通過A1和N的共摻雜而低電阻化了的η型SiC襯底12上形成器件。因 此，能夠制造導(dǎo)通電阻小的高性能的PiN二極管100。
[0129] 另外，還在通過A1和N的共摻雜而低電阻化了的η型SiC襯底12上形成器件。因 此，即使是膜厚較厚的襯底，電阻也比不進(jìn)行共摻雜時更低。一般而言，為了減小導(dǎo)通電阻， 可以考慮采取減小晶片膜厚的對策。但是，該情況下，由于晶片膜厚變薄而犧牲了晶片操作 性。根據(jù)本實(shí)施方式，能夠在不犧牲晶片操作性的情況下制造 PiN二極管100。
[0130] (第二實(shí)施方式）
[0131] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置為肖特基二極管（SBD)。另外，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。
[0132] 圖9是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0133] 肖特基二極管200具備具有第一面和第二面的η型SiC襯底(碳化硅襯底）12。
[0134] 該η型SiC襯底12例如為4H_SiC的襯底。并且，含有作為p型雜質(zhì)的A1 (鋁)和 作為η型雜質(zhì)的N (氮)。
[0135] η型SiC襯底12中的Α1的濃度與Ν的濃度之比（Α1濃度/Ν濃度)大于0. 40且小 于0.95。并且，N的濃度為lX1018cm_3以上且lX 1022cm_3以下。N的濃度可以在上述范圍 內(nèi)為恒定值，也可以在上述范圍內(nèi)具有濃度梯度。η型SiC襯底12的膜厚例如為300 μ m? 700 μ m〇
[0136] 該SiC襯底12的第一面上形成有η型SiC層（n_SiC層）14。n_SiC層14的η型 雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度例如為約5Χ 1015?約2Χ 1016cm_3。η型雜質(zhì)例如為N。n_SiC層14的膜厚 例如為約5 μ m?約50 μ m。
[0137] rTSiC層14上具備與rTSiC層14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Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (錯）等金屬或金屬化合物形成。第一電極44與rTSiC 層14形成肖特基接觸。
[0138] 另外，η型SiC襯底12的第二面上形成有導(dǎo)電性的第二電極(陰極電極)46。第二 電極46例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形成。第二電極46與η型 SiC襯底12形成歐姆接觸。
[0139] 接下來，參考圖9對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一例進(jìn)行說明。
[0140] 首先，準(zhǔn)備具有第一面和第二面的η型SiC襯底12,其含有A1 (鋁）和N (氮)，A1 的濃度與N的濃度之比大于0. 40且小于0. 95, N的濃度為IX 1018cnT3以上且IX 1022cnT3 以下。η型SiC襯底12例如為通過高溫CVD (HTCVD)法制造的襯底。
[0141] 接著，在η型SiC襯底12的第一面上形成η型SiC層（rTSiC層）14。η型SiC層 (rTSiC層）14的形成例如通過使用CVD法的外延生長來進(jìn)行。
[0142] 接著，在rTSiC層14上形成第一電極（陽極電極）44。第一電極44的形成例如通 過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0143] 接著，在η型SiC襯底12的第二面上形成第二電極（陰極電極）46。第二電極46 的形成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0144] 然后，進(jìn)行退火。退火例如在氬氣氣氛中在800°C?1000°C下進(jìn)行。
[0145] 通過以上的制造方法形成圖9所示的肖特基二極管200。
[0146] 本實(shí)施方式中，也與第一實(shí)施方式同樣地以期望的比例在η型SiC襯底12中共摻 雜作為P型雜質(zhì)的A1和作為η型雜質(zhì)的N。因此，通過與第一實(shí)施方式同樣的作用、效果， 能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的肖特基二極管200。
[0147] 另外，關(guān)于優(yōu)選的η型SiC襯底12的雜質(zhì)濃度的范圍、濃度比的范圍、施主能級的 范圍、A1的晶格位置等，也與第一實(shí)施方式同樣。
[0148] (第三實(shí)施方式）
[0149] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置為PiN/肖特基混合二極管（MPS :Merged Pin Schottky diode)。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。
[0150] 圖10是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0151] MPS300具備具有第一面和第二面的η型SiC襯底(碳化硅襯底）12。
[0152] 該η型SiC襯底12例如為4H_SiC的襯底。并且，含有作為p型雜質(zhì)的A1 (鋁)和 作為η型雜質(zhì)的N (氮)。
[0153] η型SiC襯底12中的Α1的濃度與Ν的濃度之比（Α1濃度/Ν濃度)大于0. 40且小 于0.95。并且，N的濃度為lX1018cm_3以上且lX 1022cm_3以下。N的濃度可以在上述范圍 內(nèi)為恒定值，也可以在上述范圍內(nèi)具有濃度梯度。η型SiC襯底12的膜厚例如為300 μ m? 700 μ m〇
[0154] 該SiC襯底12的第一面上形成有η型SiC層（n_SiC層）14。n_SiC層14的η型 雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度例如為約5Χ 1015?約2Χ 1016cm_3。η型雜質(zhì)例如為N。n_SiC層14的膜厚 例如為約5 μ m?約50 μ m。
[0155] 并且，n_SiC層14的表面上形成有多個p型SiC區(qū)（p+型SiC區(qū))40。p+型SiC區(qū) 40通過在MPS300切斷時在n_SiC層14中形成耗盡層而具有抑制漏電流的功能。p+型SiC 區(qū)40的雜質(zhì)濃度例如為約5X1018?約5X1021cnT3。p型雜質(zhì)例如為Al。p+型SiC區(qū)40 的深度例如為約〇. 5 μ m?約1 μ m。
[0156] rTSiC層14上和p+型SiC區(qū)40上具備與rTSiC層14和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Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (錯）等金屬或 金屬化合物形成。第一電極44與rTSiC層14形成肖特基接觸。另外，第一電極44與p+型 SiC區(qū)40形成歐姆接觸。
[0157] 另外，η型SiC襯底12的第二面上形成有導(dǎo)電性的第二電極(陰極電極)46。第二 電極46例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形成。第二電極46與η型 SiC襯底12形成歐姆接觸。
[0158] 接下來，參考圖10對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一例進(jìn)行說明。
[0159] 首先，準(zhǔn)備具有第一面和第二面的η型SiC襯底12,其含有A1 (鋁）和N (氮)，A1 的濃度與N的濃度之比大于0. 40且小于0. 95, N的濃度為IX 1018cnT3以上且IX 1022cnT3 以下。η型SiC襯底12例如為通過使用高溫CVD (HTCVD)法制造的襯底。
[0160] 接著，在η型SiC襯底12的第一面上形成η型SiC層（rTSiC層）14。η型SiC層 (rTSiC層）14的形成例如通過使用CVD法的外延生長來進(jìn)行。
[0161] 接著，在rTSiC層14表面上形成p+型SiC區(qū)40。p+型SiC區(qū)40例如通過A1的 離子注入來形成。
[0162] 接著，在rTSiC層14、p+型SiC區(qū)40上形成第一電極（陽極電極)44。第一電極44 的形成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0163] 接著，在η型SiC襯底12的第二面上形成第二電極（陰極電極）46。第二電極46 的形成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0164] 然后，進(jìn)行退火。退火例如在氬氣氣氛中在800°C?1000°C下進(jìn)行。
[0165] 通過以上的制造方法形成圖10所示的MPS300。
[0166] 本實(shí)施方式，也與第一實(shí)施方式同樣地以期望的比例在η型SiC襯底12中共摻雜 作為P型雜質(zhì)的A1和作為η型雜質(zhì)的N。因此，通過與第一實(shí)施方式同樣的作用、效果，能 夠?qū)崿F(xiàn)高性能的MPS300。
[0167] 另外，關(guān)于優(yōu)選的η型SiC襯底12的雜質(zhì)濃度的范圍、濃度比的范圍、施主能級的 范圍、A1的晶格位置等也與第一實(shí)施方式同樣。
[0168] (第四實(shí)施方式）
[0169] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置為縱型MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。另外，p型雜質(zhì)與n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。
[0170] 圖11是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。該M0SFET400例如為通過 離子注入形成Ρ阱和源區(qū)的雙注入MOSFET (Double Implantation M0SFET，DM0SFET)。
[0171] 該M0SFET400具備具有第一面和第二面的n型SiC襯底(碳化硅襯底）12。圖11 中，第一面為圖上側(cè)的面，第二面為圖下側(cè)的面。
[0172] 該η型SiC襯底12例如為4H_SiC的襯底。并且，含有作為p型雜質(zhì)的A1 (鋁)和 作為η型雜質(zhì)的N (氮)。
[0173] η型SiC襯底12中的Α1的濃度與Ν的濃度之比（Α1濃度/Ν濃度)大于0. 40且小 于0.95。并且，N的濃度為lX1018cm_3以上且lX 1022cm_3以下。N的濃度可以在上述范圍 內(nèi)為恒定值，也可以在上述范圍內(nèi)具有濃度梯度。η型SiC襯底12的膜厚例如為300 μ m? 700 μ m〇
[0174] 該SiC襯底12的第一面上形成有η型SiC層（n_SiC層）14。n_SiC層14的η型 雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度例如為約5Χ 1015?約2Χ 1016cm_3。η型雜質(zhì)例如為N。n_SiC層12的膜厚 例如為約5 μ m?約50 μ m。
[0175] rTSiC層14的部分表面上形成有p型SiC區(qū)（p講區(qū)）16。p講區(qū)16的p型雜質(zhì) 的雜質(zhì)濃度例如為約5X 1015?約1 X 1017cm_3。p型雜質(zhì)例如為Al。p阱區(qū)16的深度例如 為約0. 6 μ m。p阱區(qū)16作為M0SFET400的溝道區(qū)發(fā)揮作用。
[0176] p阱區(qū)16的部分表面上形成有n+型SiC區(qū)（源區(qū)）18。源區(qū)18的η型雜質(zhì)濃度 例如為約5Χ 1019?約IX 1021cm_3。η型雜質(zhì)例如為Ν。源區(qū)18的深度比ρ阱區(qū)16的深度 淺，例如為約〇. 3 μ m。
[0177] 另外，在作為ρ阱區(qū)16的部分表面的源區(qū)18的側(cè)方形成有p+型SiC區(qū)（ρ阱接觸 區(qū))20。ρ阱接觸區(qū)20的ρ型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度例如為約5Χ 1019?約IX 1021cm_3。ρ型雜質(zhì) 例如為Al。ρ阱接觸區(qū)20的深度比ρ阱區(qū)16的深度淺，例如為約0. 3 μ m。
[0178] rTSiC層14和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Si0 2膜、high-k絕緣膜。
[0179] 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。
[0180] 夾在柵極下的源區(qū)18與n-SiC層14之間的p阱區(qū)16作為M0SFET400的溝道區(qū) 發(fā)揮作用。
[0181] 并且，具備與源區(qū)18和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Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或 金屬化合物形成。第一電極24與源區(qū)18、p阱接觸區(qū)20形成歐姆接觸。
[0182] 另外，η型SiC襯底12的第二面上形成有導(dǎo)電性的第二電極(漏極)36。第二電極 (漏極)36例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形成。第二電極36與η型 SiC襯底12形成歐姆接觸。
[0183] 接下來，參考圖11對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一例進(jìn)行說明。
[0184] 首先，準(zhǔn)備具有第一面和第二面的η型SiC襯底14,其含有A1 (鋁）和N (氮)，A1 的濃度與N的濃度之比大于0. 40且小于0. 95, N的濃度為IX 1018cnT3以上且IX 1022cnT3 以下。η型SiC襯底12例如為通過高溫CVD (HTCVD)法制造的襯底。
[0185] 接著，在η型SiC襯底12的第一面上形成η型SiC層（rTSiC層）14。η型SiC層 (n_SiC層）14的形成例如通過使用CVD法的外延生長來進(jìn)行。
[0186] 接著，在rTSiC層14的表面上形成p型SiC區(qū)（p講區(qū))16。p講區(qū)16例如通過A1 的離子注入來形成。
[0187] 接著，在p阱區(qū)16的部分表面上形成源區(qū)18。n+型源區(qū)18例如通過N的離子注 入來形成。
[0188] 接著，在p阱區(qū)16的部分表面的源區(qū)18的側(cè)方形成p+型p阱接觸區(qū)20。p阱接 觸區(qū)20例如通過A1的離子注入來形成。
[0189] 接著，在rTSiC層14和p阱區(qū)16的表面上連續(xù)地形成柵絕緣膜28。柵絕緣膜28 例如通過CVD法來形成。
[0190] 接著，在柵絕緣膜28上使用公知的工藝形成柵極30和層間絕緣膜32。
[0191] 接著，在源區(qū)18、p阱接觸區(qū)20上形成第一電極(源區(qū)/p阱共用電極）24。第一 電極24的形成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0192] 接著，在η型SiC襯底12的第二面上形成第二電極(漏極）36。第二電極36的形 成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0193] 然后，進(jìn)行退火。退火例如在氬氣氣氛中在800°C?1000°C下進(jìn)行。
[0194] 通過以上的制造方法形成圖11所示的M0SFET400。
[0195] 本實(shí)施方式中，也與第一實(shí)施方式同樣地以期望的比例在η型SiC襯底12中共摻 雜作為P型雜質(zhì)的A1和作為η型雜質(zhì)的N。因此，通過與第一實(shí)施方式同樣的作用、效果， 能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的M0SFET400。
[0196] 另外，關(guān)于優(yōu)選的η型SiC襯底12的雜質(zhì)濃度的范圍、濃度比的范圍、施主能級的 范圍、A1的晶格位置等也與第一實(shí)施方式同樣。
[0197] (第五實(shí)施方式）
[0198] 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p型SiC襯底、設(shè)置在第一 面上的SiC層、設(shè)置在第一面?zhèn)鹊牡谝浑姌O和設(shè)置在第二面上的第二電極，所述p型SiC襯 底含有P型雜質(zhì)和η型雜質(zhì)，當(dāng)將p型雜質(zhì)p型雜質(zhì)記為元素 A、將η型雜質(zhì)記為元素 D時， 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)成組合的元素 A的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
[0199] 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。
[0200] 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)椋?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。
[0201] 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)。
[0202] 另夕卜，例如，在B為4X 1018cm_3、P為1 X 1018cm_3、N為1 X 1018cm_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。
[0203] 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。
[0204] 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p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。
[0205] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置為縱型IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor，絕 緣柵雙極晶體管)。另外，P型雜質(zhì)與n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。
[0206] 圖12是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0207] 該IGBT500具備具有第一面和第二面的ρ型SiC襯底(碳化硅襯底)10。圖12中， 第一面為圖上側(cè)的面，第二面為圖下側(cè)的面。
[0208] 該ρ型SiC襯底52例如為4H_SiC的襯底。并且，含有作為ρ型雜質(zhì)的A1 (鋁)和 作為η型雜質(zhì)的N (氮)。
[0209] ρ型SiC襯底52中的Ν的濃度與Α1的濃度之比（Ν濃度/Α1濃度）大于0. 33且 小于0.995。并且，A1的濃度為lX1018cm_3以上且lX 1022cm_3以下。A1的濃度可以在上 述范圍內(nèi)為恒定值，也可以在上述范圍內(nèi)具有濃度梯度。P型SiC襯底52的膜厚例如為 300 μ m ?700 μ m〇
[0210] 該ρ型SiC襯底52的第一面上形成有η型SiC層（n-SiC層）14。n-SiC層14的η 型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度低于Ρ型SiC襯底52的ρ型雜質(zhì)濃度，例如為約5 X 1015?約2 X 1016cnT3。 η型雜質(zhì)例如為N。n_SiC層14的膜厚例如為約5 μ m?約50 μ m。
[0211] rTSiC層14的部分表面上形成有ρ型SiC區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）16。第一發(fā)射區(qū)16的 P型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度例如為約5X1015?約lX1017cnT3。p型雜質(zhì)例如為A1。第一發(fā)射區(qū) 16的深度例如為約0. 6 μ m。第一發(fā)射區(qū)16作為IGBT500的溝道區(qū)發(fā)揮作用。
[0212] 第一發(fā)射區(qū)16的部分表面上形成有n+型SiC區(qū)(第二發(fā)射區(qū))18。第二發(fā)射區(qū)18 的η型雜質(zhì)濃度例如為約5X 1019?約IX 1021cm_3。η型雜質(zhì)例如為N。第二發(fā)射區(qū)18的 深度比第一發(fā)射區(qū)16的深度淺，例如為約0. 3 μ m。
[0213] 另外，在作為第一發(fā)射區(qū)16的部分表面的第二發(fā)射區(qū)18的側(cè)方形成有p+型 SiC區(qū)（發(fā)射接觸區(qū)）20。發(fā)射接觸區(qū)20的p型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度例如為約5X 1019?約 IX 1021cnT3。p型雜質(zhì)例如為A1。發(fā)射接觸區(qū)20的深度比第一發(fā)射區(qū)16的深度淺，例如為 約 0· 3 μ m。
[0214] rTSiC層14和第一發(fā)射區(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Si0 2膜、high-k絕緣膜。
[0215] 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。
[0216] 夾在柵極下的第二發(fā)射區(qū)18與rTSiC層14之間的第一發(fā)射區(qū)16作為IGBT500的 溝道區(qū)發(fā)揮作用。
[0217] 并且，具備與第二發(fā)射區(qū)18和發(fā)射接觸區(qū)20電連接的導(dǎo)電性的第一電極(發(fā)射電 極）24。第一電極(發(fā)射電極）24例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形 成。第一電極24與第二發(fā)射區(qū)18和發(fā)射接觸區(qū)20形成歐姆接觸。
[0218] 另外，在p型SiC襯底52的第二面上形成有導(dǎo)電性的第二電極(接觸電極)36。第 二電極(接觸電極）36例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形成。第二電 極36與p型SiC襯底52形成歐姆接觸。
[0219] 本實(shí)施方式的IGBT500中，在p型SiC襯底52中以期望的比例共摻雜有作為p型 雜質(zhì)的A1和作為η型雜質(zhì)的N。由此，p型SiC襯底52的電阻率比不共摻雜時減小。另 夕卜，第二電極36與p型SiC襯底52之間的接觸電阻也比不共摻雜時減小。因此，導(dǎo)通電阻 減小，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)通電流大的IGBT500。
[0220] 此外，通過共摻雜形成三聚體，p型SiC襯底52中的應(yīng)變在高雜質(zhì)濃度的情況下 也得到弛豫。例如，即使在IX 1019cnT3以上或IX 102°cnT3以上的高雜質(zhì)濃度下，p型SiC襯 底52中的晶體缺陷產(chǎn)生也得到抑制。p型SiC襯底52中的晶體缺陷少，因此難以產(chǎn)生起因 于晶體缺陷的特性劣化。
[0221] 因此，實(shí)現(xiàn)了例如切斷時的漏電流減小的IGBT500?；蛘撸瑢?shí)現(xiàn)了通電擊穿耐性優(yōu) 異的高耐壓的IGBT500。
[0222] p型SiC襯底52中含有的作為p型雜質(zhì)的A1的濃度為lX1018cm_3以上且 1 X 1022cnT3以下。這是因?yàn)?，低于該范圍時，p型SiC襯底52的電阻率和第二電極36與p 型SiC襯底52之間的接觸電阻升高，導(dǎo)通電阻可能變得過大。另外還因?yàn)?，難以超過該范 圍地使P型雜質(zhì)固溶。
[0223] 從充分減小p型SiC襯底52的電阻率和第二電極36與p型SiC襯底52之間的 接觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選P型SiC襯底52中含有的p型雜質(zhì)的濃度為lX10 19cnT3以上， 更優(yōu)選為lXl〇2°cnT3以上。
[0224] 從充分減小p型SiC襯底52的電阻率和第二電極36與p型SiC襯底52之間的接 觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，P型SiC襯底52的N濃度與A1濃度之比（N濃度/A1濃度）大于0. 33 且小于0.995。另外，優(yōu)選N濃度與A1濃度之比大于0.40且小于0.95。并且，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。
[0225] N濃度與A1濃度之比例如可以通過使用SIMS (Secondary Ion Microprobe Spectrometry，二次離子微探針質(zhì)譜）求出N、A1各自的濃度來計(jì)算。
[0226] 從充分減小p型SiC襯底52的電阻率和第二電極36與p型SiC襯底52之間的 接觸電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選有助于A1的載流子產(chǎn)生的施主能級為150meV以下。另外，更優(yōu) 選為lOOmeV以下，進(jìn)一步優(yōu)選為40meV以下。
[0227] A1的受主能級例如可以通過測定p型SiC襯底52的薄層電阻或電阻率、或者第二 電極36與p型SiC襯底52之間的接觸電阻的活化能量來求出。
[0228] 從充分減小p型SiC襯底52的電阻率和第二電極36與p型SiC襯底52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Ν的90%以上位于最接近Α1的晶格位置。Ν的90%以上位于最接近Α1的晶格位置 時，可以認(rèn)為Ν與Α1的大部分（90%以上）形成了三聚體。
[0229] Ν中，位于最接近Α1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N與A1的結(jié)合狀態(tài)來求出。
[0230] 接著，參考圖12對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一例進(jìn)行說明。
[0231] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，準(zhǔn)備具有第一面和第二面的p型SiC襯 底，其含有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，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 D的濃度與元素 A的濃度之比大于0. 33且小于 0. 995,構(gòu)成組合的元素 A的濃度為lX1018cnT3以上且lX 1022cnT3以下。并且，在第一面上 形成SiC層，在第一面?zhèn)刃纬傻谝浑姌O，在第二面上形成第二電極。
[0232] 以下，以元素 A為A1、元素 D為N的情況為例進(jìn)行說明。
[0233] 首先，準(zhǔn)備具有第一面和第二面的ρ型SiC襯底52,其含有N (氮)和A1 (鋁)，N的 濃度與A1的濃度之比大于0. 33且小于0. 995, A1的濃度為1 X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3 以下。ρ型SiC襯底52例如為通過使用高溫CVD (HTCVD)法的外延生長而制造的襯底。
[0234] 接著，在ρ型SiC襯底52的第一面上形成η型SiC層（n_SiC層）14。η型SiC層 (n_SiC層）14的形成例如通過使用CVD法的外延生長來進(jìn)行。
[0235] 接著，在rTSiC層14的表面上形成ρ型SiC區(qū)(第一發(fā)射區(qū)）16。第一發(fā)射區(qū)16 例如通過A1的離子注入來形成。
[0236] 接著，在第一發(fā)射區(qū)16的部分表面上形成第二發(fā)射區(qū)18。n+型第二發(fā)射區(qū)18例 如通過N的離子注入來形成。
[0237] 接著，在作為第一發(fā)射區(qū)16的部分表面的第二發(fā)射區(qū)18的側(cè)方形成p+型發(fā)射接 觸區(qū)20。發(fā)射接觸區(qū)20例如通過A1的離子注入來形成。
[0238] 接著，在rTSiC層14和第一發(fā)射區(qū)16的表面上連續(xù)地形成柵絕緣膜28。柵絕緣 膜28例如通過CVD法來形成。
[0239] 接著，在柵絕緣膜28上使用公知的工藝形成柵極30和層間絕緣膜32。
[0240] 接著，在第二發(fā)射區(qū)18、發(fā)射接觸區(qū)20上形成第一電極(發(fā)射電極)24。第一電極 24的形成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0241] 接著，在p型SiC襯底52的第二面上形成第二電極(接觸電極）36。第二電極36 的形成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0242] 然后，進(jìn)行退火。退火例如在氬氣氣氛中在800°C?1000°C下進(jìn)行。
[0243] 通過以上的制造方法形成圖12所示的IGBT500。
[0244] 根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法，通過A1和N的共摻雜，在晶體缺陷少的p型SiC襯底 52上形成器件。因此，晶體缺陷向元件區(qū)的傳播也得到抑制，能夠制造高性能的IGBT500。
[0245] 另外，還在通過A1和N的共摻雜而低電阻化了的p型SiC襯底52上形成器件。因 此，能夠制造導(dǎo)通電阻小的高性能的IGBT500。
[0246] 另外，還在通過A1和N的共摻雜而低電阻化了的p型SiC襯底52上形成器件。因 此，即使是膜厚較厚的襯底，電阻也比不進(jìn)行共摻雜時更低。一般而言，為了減小導(dǎo)通電阻， 可以考慮采取減小晶片膜厚的對策。但是，該情況下，由于晶片膜厚變薄而犧牲了晶片操作 性。根據(jù)本實(shí)施方式，能夠在不犧牲晶片操作性的情況下制造 IGBT500。
[0247] (第六實(shí)施方式）
[0248] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置為縱型JFET (Junction Field Effect Transistor,結(jié) 型場效晶體管)。另外，P型雜質(zhì)與n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。
[0249] 圖13是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
[0250] 該JFET600具備具有第一面和第二面的η型SiC襯底(碳化硅襯底)12。圖13中， 第一面為圖上側(cè)的面，第二面為圖下側(cè)的面。
[0251] 該η型SiC襯底12例如為4H_SiC的襯底。并且，含有作為p型雜質(zhì)的A1 (錯)和 作為η型雜質(zhì)的N (氮)。
[0252] η型SiC襯底12中的Α1的濃度與Ν的濃度之比（Α1濃度/Ν濃度)大于0. 40且小 于0.95。并且，N的濃度為lX1018cm_3以上且lX 1022cm_3以下。N的濃度可以在上述范圍 內(nèi)為恒定值，也可以在上述范圍內(nèi)具有濃度梯度。η型SiC襯底12的膜厚例如為300 μ m? 700 μ m〇
[0253] 該SiC襯底12的第一面上形成有η型SiC層（n_SiC層）14。n_SiC層14的η型 雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度例如為約5Χ 1015?約2Χ 1016cm_3。η型雜質(zhì)例如為N。n_SiC層14的膜厚 例如為約5 μ m?約50 μ m。
[0254] rTSiC層14的部分表面上形成有p型SiC區(qū)(柵區(qū)）16。柵區(qū)16的p型雜質(zhì)的雜 質(zhì)濃度例如為約5X1015?約lX10 17cm_3。p型雜質(zhì)例如為A1。柵區(qū)16的深度例如為約 0. 6 μ m。柵區(qū)16控制因外加電壓變化而延伸到n_SiC層14的耗盡層，作為控制JFET600的 電流的區(qū)發(fā)揮作用。
[0255] n_SiC層14的表面上形成有夾在柵區(qū)16之間的n+型SiC區(qū)(源區(qū)）18。源區(qū)18 的η型雜質(zhì)濃度例如為約5X 1019?約IX 1021cm_3。η型雜質(zhì)例如為N。源區(qū)18的深度比 柵區(qū)16的深度淺，例如為約0.3 μ m。
[0256] 并且，具備與源區(qū)18電連接的導(dǎo)電性的第一電極(柵極）24。第一電極(柵極）24 例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形成。第一電極24與源區(qū)18形成 歐姆接觸。
[0257] 另外，在η型SiC襯底12的第二面形成有導(dǎo)電性的第二電極(漏極)36。第二電極 (漏極)36例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形成。第二電極36與η型 SiC襯底12形成歐姆接觸。
[0258] 并且，具備與柵區(qū)16電連接的導(dǎo)電性的第三電極(柵極）66。第三電極(柵極）66 例如由Ti (鈦)、鎳（Ni)、Al (鋁）等金屬或金屬化合物形成。第三電極66與柵區(qū)16形成 歐姆接觸。
[0259] 接著，參考圖13對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一例進(jìn)行說明。
[0260] 首先，準(zhǔn)備具有第一面和第二面的η型SiC襯底12,其含有A1 (鋁）和N (氮)，A1 的濃度與N的濃度之比大于0. 40且小于0. 95, N的濃度為IX 1018cnT3以上且IX 1022cnT3 以下。η型SiC襯底12例如為通過高溫CVD (HTCVD)法制造的襯底。
[0261] 接著，在η型SiC襯底12的第一面上形成η型SiC層（n_SiC層）14。η型SiC層 (η-SiC層）14的形成例如通過使用CVD法的外延生長來進(jìn)行。
[0262] 接著，在rTSiC層14的表面上形成p型SiC區(qū)(柵區(qū))16。柵區(qū)16例如通過A1的 離子注入來形成。
[0263] 接著，在rTSiC層14的部分表面上形成源區(qū)18。n+型源區(qū)18例如通過N的離子 注入來形成。
[0264] 接著，在源區(qū)18上形成第一電極(源極）24。第一電極24的形成例如通過濺射金 屬膜來進(jìn)行。
[0265] 接著，在η型SiC襯底12的第二面上形成第二電極(漏極）36。第二電極36的形 成例如通過濺射金屬膜來進(jìn)行。
[0266] 進(jìn)而，在柵區(qū)16上形成第三電極(柵極）66。第三電極66的形成例如通過濺射金 屬膜來進(jìn)行。
[0267] 然后，進(jìn)行退火。退火例如在氬氣氣氛中在800°C?KKKTC下進(jìn)行。
[0268] 通過以上的制造方法形成圖13所示的JFET600。
[0269] 本實(shí)施方式中，也與第一實(shí)施方式同樣地以期望的比例在η型SiC襯底12中共摻 雜作為P型雜質(zhì)的A1和作為η型雜質(zhì)的N。因此，通過與第一實(shí)施方式同樣的作用、效果， 能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的JFET600。
[0270] 另外，關(guān)于優(yōu)選的η型SiC襯底12的雜質(zhì)濃度的范圍、濃度比的范圍、施主能級的 范圍、A1的晶格位置等也與第一實(shí)施方式同樣。
[0271] 以上，在實(shí)施方式中，以SiC (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SiC。
[0272] 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。
[0273] 另外，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。
[0274] 另外，與第一至第六實(shí)施方式中SiC襯底、SiC層、SiC區(qū)等的導(dǎo)電型相反的結(jié)構(gòu)的 半導(dǎo)體裝置也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0275] 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，其具備： 具有第一面和第二面的η型SiC襯底、 設(shè)置在所述第一面上的SiC層、 設(shè)置在所述第一面?zhèn)鹊牡谝浑姌O、和 設(shè)置在所述第二面上的第二電極； 其中，所述η型SiC襯底含有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，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1X l〇18cm 3以上且1 X 1022cm 3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的濃度為IX 1019cnT3以上。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述元素 D的施主能級為40meV以下。
5. 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。
6. -種半導(dǎo)體裝置，其具備： 具有第一面和第二面的P型SiC襯底、 設(shè)置在所述第一面上的SiC層、 設(shè)置在所述第一面?zhèn)鹊牡谝浑姌O、和 設(shè)置在所述第二面上的第二電極； 其中，所述P型SiC襯底含有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，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1X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
7. 如權(quán)利要求6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。
8. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的濃度為1 X 1019cnT3以上。
9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述元素 A的受主能級為150meV以下。
10. 如權(quán)利要求6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。
11. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 準(zhǔn)備具有第一面和第二面的η型SiC襯底、 在所述第一面上形成SiC層、 在所述第一面?zhèn)刃纬傻谝浑姌O、且 在所述第二面上形成第二電極； 其中，所述η型SiC襯底含有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，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1X l〇18cm 3以上且1 X 1022cm 3以下。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，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。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述元素 D的濃度為1 X 1019cnT3以上。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，η型SiC襯底通過使用CVD法的外延生長 來形成。
15. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 準(zhǔn)備具有第一面和第二面的P型SiC襯底、 在所述第一面上形成SiC層、 在所述第一面?zhèn)刃纬傻谝浑姌O、且 在所述第二面上形成第二電極； 其中，所述P型SiC襯底含有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，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1X 1018cnT3以上且1 X 1022cnT3以下。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，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。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述元素 A的濃度為1 X 1019cnT3以上。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，p型SiC襯底通過使用CVD法的外延生長 來形成。
【文檔編號】H01L29/16GK104064586SQ201410076369
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】太田千春, 清水達(dá)雄, 西尾讓司, 四戶孝 申請人:株式會社東芝