特許 6242633 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6242633

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/861 20060101AFI20171127BHJP

   H01L 29/868 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 29/47 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 29/872 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 29/41 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 29/417 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20171127BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/91 D

   H01L29/78 652D

   H01L29/78 655Z

   H01L29/48 D

   H01L29/44 S

   H01L29/50 M

   H01L21/28 301B

   H01L21/28 301R

   H01L29/91 F

   H01L29/06 301G

   H01L29/06 301V

【請求項の数】20

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-182595(P2013-182595)

(22)【出願日】2013年9月3日

(65)【公開番号】特開2015-50394(P2015-50394A)

(43)【公開日】2015年3月16日

【審査請求日】2016年3月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】太田 千春

(72)【発明者】

【氏名】清水 達雄

(72)【発明者】

【氏名】西尾 譲司

(72)【発明者】

【氏名】四戸 孝

【審査官】 恩田 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１８６３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６２５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５１７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８７７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４８２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８６３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７９４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 M.Miyata and Y.Hayafuji，Theoretical Study of Acceptor-Donor Complexes in 4H-SiC，Applied Physics Express，日本，The Japan Society of Applied Physics，２００８年１０月２４日，Vol.1, Number 11，[111401-1]-[111401-3]

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２９／８６１

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２９／４１

Ｈ０１Ｌ ２９／４１７

Ｈ０１Ｌ ２９／４７

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８６８

Ｈ０１Ｌ ２９／８７２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電形の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられた第２導電形の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域の上に設けられた第２導電形の第３半導体領域であって、第１導電形の第１不純物と、第２導電形の第２不純物とを含む第３半導体領域と、
前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域と電気的に接続された第１電極と、
を備え、
前記第３半導体領域は、第１部分、第２部分及び第３部分を含み、
前記第２部分は前記第１部分と前記第１半導体領域との間に設けられ、
前記第３部分は前記第２部分と前記第１半導体領域との間に設けられ、
前記第２部分の前記第１不純物の濃度は、前記第１部分の前記第１不純物の濃度、及び、前記第３部分の前記第１不純物の濃度よりも高く、
前記第２部分の前記第２不純物の濃度は、前記第１部分の前記第２不純物の濃度、及び、前記第３部分の前記第３不純物の濃度よりも高く、
前記第２部分の前記第１不純物の濃度に対する前記第２部分の前記第２不純物の濃度の比は、１よりも大きく３よりも小さい半導体装置。

【請求項2】

前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域のそれぞれは、ＳｉＣを含む請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

第１導電形は、ｎ形であり、
第２導電形は、ｐ形である請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第１半導体領域は素子領域を有し、
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域の第１面に沿って前記素子領域の外側を囲むように設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第３半導体領域の第２導電形の不純物の量は、１×１０^１８ｃｍ^−３以上である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第３半導体領域のシート抵抗は、１×１０^４Ω／□以下である請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第２半導体領域の外側を囲むように設けられた第２導電形の第４半導体領域をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項8】

前記第４半導体領域における第２導電形の不純物の量をＤ４、第１導電形の不純物の量をＤ３とした場合、１＜Ｄ４／Ｄ３＜３である請求項７記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第４半導体領域は、複数設けられ、
前記複数の第４半導体領域は、互いに離間して設けられた請求項７記載の半導体装置。

【請求項10】

前記複数の第４半導体領域のうち少なくとも１つにおいて、第２導電形の不純物の量をＤ４、第１導電形の不純物の量をＤ３とした場合、１＜Ｄ４／Ｄ３＜３である請求項９記載の半導体装置。

【請求項11】

第２電極と、
前記第２電極と前記第１半導体領域との間に設けられ、前記第２電極とオーミック接触した半導体部分と、
をさらに備えた請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項12】

前記半導体部分は第１導電形である請求項１１記載の半導体装置。

【請求項13】

前記第１電極は、前記第１半導体領域とショットキー接合された請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項14】

前記第１半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域と離間し、前記第１電極と接する第２導電形の第５半導体領域をさらに備えた請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項15】

前記第５半導体領域は、複数設けられ、
前記複数の第５半導体領域は、互いに離間して設けられた請求項１４記載の半導体装置。

【請求項16】

前記第１半導体領域と前記第１電極との間に設けられた第２導電形の第６半導体領域をさらに備えた請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体装置。

【請求項17】

第１導電形の第７半導体領域をさらに備え、
前記第１半導体領域は、前記第６半導体領域と前記第７半導体領域との間に設けられ、
前記第１半導体領域の不純物濃度は、前記第７半導体領域の不純物濃度よりも低い請求項１６記載の半導体装置。

【請求項18】

第１導電形の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の上に設けられた第２導電形の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域の上に設けられた第２導電形の第３半導体領域であって、第１導電形の第１不純物と、第２導電形の第２不純物とを含む第３半導体領域と、
前記第２半導体領域の上であって、前記第１半導体領域と前記第３半導体領域との間に設けられた第１導電形の第８半導体領域と、
第１電極と、
前記第１半導体領域と前記第１電極との間に設けられた絶縁膜と、
前記第１半導体領域と導通する第２電極と、
前記第２半導体領域、前記第３半導体領域及び前記第８半導体領域と電気的に接続された第３電極と、
を備え、
前記第３半導体領域は、第１部分、第２部分及び第３部分を含み、
前記第２部分は前記第１部分と前記第１半導体領域との間に設けられ、
前記第３部分は前記第２部分と前記第１半導体領域との間に設けられ、
前記第２部分の前記第１不純物の濃度は、前記第１部分の前記第１不純物の濃度、及び、前記第３部分の前記第１不純物の濃度よりも高く、
前記第２部分の前記第２不純物の濃度は、前記第１部分の前記第２不純物の濃度、及び、前記第３部分の前記第３不純物の濃度よりも高く、
前記第２部分の前記第１不純物の濃度に対する前記第２部分の前記第２不純物の濃度の比は、１よりも大きく３よりも小さい半導体装置。

【請求項19】

前記第２電極と前記第１半導体領域との間に設けられ、前記第２導電形の半導体部分をさらに備えた請求項１８記載の半導体装置。

【請求項20】

前記第２部分の前記第１不純物の濃度に対する前記第２部分の前記第２不純物の濃度の比は、１よりも大きく２よりも小さい請求項１〜１９のいずれか１つに記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置においては、耐圧の向上を図る構造として能動領域の外側である周辺領域に耐圧構造が設けられる。耐圧構造としては、例えばリサーフ構造が挙げられる。リサーフ構造は、例えば能動領域から周辺領域に延在した電極層と、電極層と接する高濃度領域とを備える。半導体装置では、耐圧構造において電極層との接触におけるコンタクト抵抗の低減を図ることが安定した耐圧特性を得る上で重要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−２１８７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、耐圧構造のコンタクト抵抗の低減を図ることができる半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る半導体装置は、第１半導体領域と、第２半導体領域と、第３半導体領域と、第１電極と、を含む。
前記第１半導体領域は、第１導電形の領域である。
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域の上に設けられる。前記第２半導体領域は、第２導電形である。
前記第３半導体領域は、前記第２半導体領域の上に設けられる。前記第３半導体領域は、第２導電形である。前記第３半導体領域は、第１導電形の第１不純物と、第２導電形の第２不純物とを含む。
前記第１電極は、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域の上に設けられ、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域と接する。
前記第３半導体領域は、第１部分、第２部分及び第３部分を含む。
前記第２部分は前記第１部分と前記第１半導体領域との間に設けられる。
前記第３部分は前記第２部分と前記第１半導体領域との間に設けられる。
前記第２部分の前記第１不純物の濃度は、前記第１部分の前記第１不純物の濃度、及び、前記第３部分の前記第１不純物の濃度よりも高い。
前記第２部分の前記第２不純物の濃度は、前記第１部分の前記第２不純物の濃度、及び、前記第３部分の前記第３不純物の濃度よりも高い。
前記第２部分の前記第１不純物の濃度に対する前記第２部分の前記第２不純物の濃度の比は、１よりも大きく３よりも小さい。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。

【図2】図２（ａ）及び（ｂ）は、不純物濃度について例示する模式図である。

【図3】図３は、不純物の量とシート抵抗との関係を例示する図である。

【図4】図４（ａ）及び（ｂ）は、不純物濃度を例示する図である。

【図5】図５（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体装置を例示する図である。

【図6】図６は、第３の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図7】図７は、第３の実施形態の他の例に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図8】図８は、第４の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図9】図９は、第５の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【図10】図１０は、第６の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。また、以下の説明において、ｎ^＋、ｎ、ｎ⁻及びｐ^＋、ｐ、ｐ⁻の表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、ｎ^＋はｎよりもｎ形の不純物濃度が相対的に高く、ｎ⁻はｎよりもｎ形の不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、ｐ^＋はｐよりもｐ形の不純物濃度が相対的に高く、ｐ⁻はｐよりもｐ形の不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、本実施形態では、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形として説明する。

【0008】

（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図１（ａ）には本実施形態に係る半導体装置１１０の模式的断面図が表される。図１（ｂ）には本実施形態に係る半導体装置１１０の模式的平面図が表される。図１（ａ）には、図１（ｂ）に示すＡ−Ａ線の模式的断面図が表される。
図１（ａ）及び（ｂ）に表したように、半導体装置１１０は、第１半導体領域１０と、第２半導体領域２０と、第３半導体領域３０と、第１電極９１と、を備える。第１半導体領域１０、第２半導体領域２０及び第３半導体領域３０のそれぞれは、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）を含む。半導体装置１１０は、例えば、ＳｉＣのショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ：Schottky Barrier Diode）である。

【0009】

第１半導体領域１０は、素子領域ＡＡを有する。第１半導体領域１０において、素子領域ＡＡの外側は終端領域ＴＡである。第１半導体領域１０の導電形は、第１導電形（ｎ形）である。第１半導体領域１０は、ＳＢＤのドリフト領域である。第１半導体領域１０は、例えば第１面１０ａと、第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂと、を有する。

【0010】

第２半導体領域２０は、第１半導体領域１０の上に設けられる。本実施形態において、第１半導体領域１０と第２半導体領域２０とを結ぶ方向をＺ方向、Ｚ方向と直交する方向の１つをＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。また、第１半導体領域１０から第２半導体領域２０に向かう方向を上（上側）、その反対を下（下側）ということにする。

【0011】

第２半導体領域２０は、素子領域Ａの外側に設けられる。第２半導体領域２０の導電形は、第２導電形（ｐ形）である。第２半導体領域２０は、第１半導体領域１０の第１面１０ａに沿って、例えば素子領域ＡＡの外側を囲むように設けられる。第２半導体領域２０は、リサーフ構造のリサーフ層である。

【0012】

第３半導体領域３０は、第２半導体領域２０の上に設けられる。第３半導体領域３０の導電形は、第２導電形（ｐ^＋形）である。第３半導体領域３０は、第１面１０ａに沿って、例えば素子領域ＡＡの外側を囲むように設けられる。第３半導体領域３０は、リサーフ構造のコンタクト層である。

【0013】

第１電極９１は、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０及び前記第３半導体領域３０の上に設けられる。第１電極９１は、ＳＢＤの例えばアノード電極である。第１電極９１は、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０及び第３半導体領域３０のそれぞれと接する。第１電極９１は、第１半導体領域１０とショットキー接合される。第１電極９１は、第２半導体領域２０及び第３半導体領域３０のそれぞれとオーミック接触する。本実施形態において、オーミック接触には、ショットキー接合していない接触が含まれる。

【0014】

第１電極９１には、例えばチタン（Ｔｉ）が用いられる。第１電極９１と第３半導体領域３０との間には、コンタクト電極３５が設けられていてもよい。コンタクト電極３５には、例えば、ニッケル（Ｎｉ）が用いられる。コンタクト電極３５によって、第１電極９１は、第３半導体領域３０との間で良好なオーミック接触を得る。

【0015】

半導体装置１１０は、第２電極９２及び半導体部５を含む。半導体部５は、第２電極９２と第１半導体領域１０との間に設けられる。半導体部５は、例えばＳｉＣの基板である。半導体装置１１０において半導体部５は、第１導電形（ｎ^＋形である）。

【0016】

第２電極９２は、半導体部５の裏面５ｂに接するように形成される。第２電極９２は、ＳＢＤの例えばカソード電極である。第２電極９２には、例えばＮｉが用いられる。第２電極９２は、半導体部５とオーミック接触している。

【0017】

本実施形態に係る半導体装置１１０において、第３半導体領域３０は、第１導電形（ｎ形）の不純物と、第２導電形（ｐ形）の不純物と、を含む。第３半導体領域３０に含まれる第１導電形の不純物の量をＤ１、第２導電形の不純物の量をＤ２とした場合、Ｄ２／Ｄ１は、１よりも大きく３よりも小さい。すなわち、１＜Ｄ２／Ｄ１＜３である。

【0018】

第３半導体領域３０における第１導電形の不純物の量Ｄ１と、第２導電形の不純物の量Ｄ２との関係が上記を満たすことで、第３半導体領域３０と電極（第１電極９１またはコンタクト電極３５）とのコンタクト抵抗の低減が達成される。これにより、半導体装置１１０の安定した耐圧特性が得られる。

【0019】

次に、半導体装置１１０の具体例について説明する。
半導体部５には、例えば六方晶のＳｉＣ（例えば、４Ｈ−ＳｉＣ）が含まれる。半導体部５は、表面５ａ及び裏面５ｂを有する。半導体部５は、例えば昇華法によって作製されたＳｉＣのバルク基板である。

【0020】

半導体部５の表面５ａは、六方晶のＳｉＣ面である（０００１）面に対して０度よりも大きく８度以下で傾斜している。例えば、半導体部５は、２度オフ基板、４度オフ基板及び８度オフ基板などのオフ基板である。

【0021】

半導体部５には、ｎ形の不純物（例えば、窒素（Ｎ））がドーピングされている。半導体部５の不純物濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下である。本実施形態では、約５×１０^１８ｃｍ^−３である。

【0022】

第１半導体領域１０は、ｎ形のＳｉＣを有する。第１半導体領域１０は、半導体部５の表面５ａ上に例えばエピタキシャル成長によって形成される。第１半導体領域１０は、半導体部５と同等の結晶構造を有する。

【0023】

第１半導体領域１０の厚さは、半導体装置１１０の耐圧特性およびその他の特性の設計により決定される。第１半導体領域１０の厚さは、例えば２００マイクロメートル（μｍ）程度以下である。

【0024】

第１半導体領域１０にはｎ形の不純物（例えば、Ｎ）が含まれる。第１半導体領域１０の不純物濃度は、半導体部５の不純物濃度よりも低い。第１半導体領域１０の不純物濃度は、例えば５×１０^１４ｃｍ^−３以上１×１０^１７ｃｍ^−３以下である。

【0025】

第２半導体領域２０の厚さは、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下程度である。第２半導体領域２０は、例えば第１電極９１の周縁に沿って配置される。

【0026】

第２半導体領域２０は、ｐ形のＳｉＣを有する。第２半導体領域２０にはｐ形の不純物（例えば、アルミニウム（Ａｌ）やボロン（Ｂ））が含まれる。第２半導体領域２０の不純物濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２１ｃｍ^−３以下である。第２半導体領域２０は、第１半導体領域１０とｐｎ接合する。

【0027】

第３半導体領域３０は、ｐ形のＳｉＣを有する。第３半導体領域３０には、ｐ形の不純物として例えばＡｌが含まれ、ｎ形の不純物として例えばＮが含まれる。第３半導体領域３０に含まれるｐ形の不純物の濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３以上である。ｎ形の不純物の濃度は、ｐ形の不純物の濃度に対して１／３よりも高く、１よりも低い。

【0028】

図２（ａ）及び（ｂ）は、不純物濃度について例示する模式図である。
図２（ａ）には、半導体装置１１０の模式的断面図が表される。説明の都合上、図２（ａ）では、半導体装置１１０の半分の断面が表される。図２（ｂ）には、半導体領域の不純物濃度が表される。図２（ｂ）に示す横軸は不純物の量、縦軸は半導体領域の位置を表している。図２（ｂ）に示す縦軸は、図２（ａ）に示すＢ−Ｂ線上での位置を表す。

【0029】

図２（ａ）及び（ｂ）に表したように、位置ｐ０からｐ１は、第１半導体領域１０を表している。第１半導体領域１０にはｎ形の不純物Ｎｄが含まれる。第１半導体領域１０のｎ形の不純物Ｎｄの量はＤ０である。

【0030】

位置ｐ１からｐ２は、第３半導体領域３０を表している。第３半導体領域３０には、ｎ形の不純物Ｎｄと、ｐ形の不純物Ｎａとが含まれる。第３半導体領域３０のｎ形の不純物Ｎｄの量はＤ１であり、ｐ形の不純物Ｎａの量はＤ２である。第３半導体領域３０のｎ形の不純物Ｎｄの量Ｄ１は、第１半導体領域１０のｎ形の不純物Ｎｄの量Ｄ０よりも多い。Ｄ１に対するＤ２は、１よりも大きく３よりも小さい。

【0031】

次に、半導体装置１１０の動作について説明する。
半導体装置１１０の第２電極９２に対して第１電極９１が正になるよう(順方向)電圧を印加すると、第１電極９１からショットキー障壁を越えた電子が第１半導体領域１０及び半導体部５を介して第２電極９２に流れる。

【0032】

一方、半導体装置１１０の第２電極９２に対して第１電極９１が負になるよう（逆方向）電圧を印加すると、電子は第１電極９１と第１半導体領域１０との間のショットキー障壁を容易に超えることができず、電流の流れは抑制される。

【0033】

半導体装置１１０では、第３半導体領域３０と第１電極９１との間のコンタクト抵抗が低減される。したがって、逆方向の電圧が印加された際、リサーフ領域である第２半導体領域２０の全体の電位を均一化しやすい。このため、半導体装置１１０の中央部分（素子領域ＡＡ）から周辺部分（終端領域ＴＡ）にかけ電界が徐々に緩和される。すなわち、終端領域ＴＡにおいて局所的な電界集中が緩和される。これにより、半導体装置１１０の安定した耐圧特性が得られる。

【0034】

図３は、不純物の量とシート抵抗との関係を例示する図である。
図３に示す横軸は、第３半導体領域３０における第１導電形の不純物（Ｎ）の量と、第２導電形の不純物（Ａｌ）の量との比率（以下、［Ａｌ］／［Ｎ］と表す。）を表す。図３に示す縦軸は、第３半導体領域３０の室温でのシート抵抗（Ω／□）を表す。図３には、第３半導体領域３０における［Ａｌ］／［Ｎ］を変化させた場合のシート抵抗をシミュレーション計算した結果が表される。ここでは、第３半導体領域３０はＳｉＣを含み、Ａｌの量は２×１０^２０ｃｍ^−３として計算している。参考として、図３の横軸には、Ｎの量をｎ×１０^２０／ｃｍ^−３とした場合のｎの値、及びＮの量／Ａｌの量（％）（以下、Ｎ量／Ａｌ量と表す。）が表される。ここで、シート抵抗とは、正方形薄膜の一辺から対辺までの電気抵抗のことをいう。シート抵抗は、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ Ｃ ２５２５）に定められた方法によって測定される。

【0035】

図３に表したように、［Ａｌ］／［Ｎ］が１を超えると（Ｎ量／Ａｌ量が１００％未満）、第３半導体領域３０のシート抵抗が低下する。第３半導体領域３０のシート抵抗は、［Ａｌ］／［Ｎ］が２（Ｎ量／Ａｌ量が５０％）のときに最も低くなる。シート抵抗は、［Ａｌ］／［Ｎ］が約１．０５以上３未満（Ｎ量／Ａｌ量が３３％よりも大きく約９５％以下）で１×１０^４Ω／□以下になる。シート抵抗は、［Ａｌ］／［Ｎ］が約１．４以上２．５以下（Ｎ量／Ａｌ量が約４０％以上６７％以下）で１×１０^３Ω／□以下になる。シート抵抗は、［Ａｌ］／［Ｎ］が約１．６７以上２．２２以下（Ｎ量／Ａｌ量が４５％以上６０％以下）で３×１０^２Ω／□以下になる。シート抵抗は、［Ａｌ］／［Ｎ］が約１．７９以上２．１３以下（Ｎ量／Ａｌ量が４７％以上５６％以下）で１×１０^２Ω／□以下になる。

【0036】

半導体領域に、第１導電形の不純物と第２導電形の不純物とが共ドープされた場合、逆極のドーパントの相互作用によって浅い準位が形成される。このため、第１導電形の不純物の量と、第２導電形の不純物の量とのバランスによって、第１導電形及び第２導電形のいずれの半導体領域であっても浅い準位を形成し、シート抵抗の低減を図る。

【0037】

ここで、ｎ形及びｐ形のうち、特にｐ形では浅い準位の形成が困難である。したがって、ｐ形の半導体領域を形成する際、ｐ形の不純物とｎ形の不純物とを共ドープし、ｐ形の不純物の量／ｎ形の不純物の量を１よりも大きく３よりも小さくする。これにより、浅い準位の形成によってｐ形の半導体領域のシート抵抗の低減が達成される。

【0038】

例えば、ＳｉＣに共ドープされたＡｌ及びＮのそれぞれが独立している場合、Ａｌによって深い準位が形成される。このＡｌ及びＮがペアを構成し、さらに２つのＡｌ及び１つのＮによって３量体が形成されると、Ａｌの深い準位がＮによって浅い準位に変換される。例えば、ＳｉＣのＣサイトに置換されたＮ：ＳｉＣのＳｉサイトに置換されたＡｌ＝１：２とすると、非常に浅いｐ形準位が形成される。Ａｌのアクセプター準位は１６０ｍｅＶ〜２００ｍｅＶ程度である。ＳｉＣに上記の割合でＡｌ及びＮを共ドープすると、アクセプター準位は６０ｍｅＶ〜８０ｍｅＶ程度まで低減する。

【0039】

なお、ＳｉＣにｎ形及びｐ形の不純物を共ドープする場合、ｎ形の不純物をＣサイトに置換する必要がある。したがって、ドナーとしてはＮを用いることが望ましい。ｐ形の不純物としては、例えばボロン（Ｂ）、Ａｌ及びガリウム（Ｇａ）よりなる群から選択された少なくとも１つを用いることが望ましい。

【0040】

第３半導体領域３０における第１導電形の不純物の濃度及び第２導電形の不純物の濃度は、例えばＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）によって検出される。
図４（ａ）及び（ｂ）は、不純物濃度を例示する図である。
図４（ａ）及び（ｂ）において、横軸は深さ、縦軸は不純物濃度を表している。図４（ａ）には、第３半導体領域のｎ形の不純物が少ない場合のＳＩＭＳの結果が例示される。図４（ｂ）には、第３半導体領域のｎ形の不純物が多い場合のＳＩＭＳの結果が例示される。

【0041】

図４（ａ）に表した例では、第３半導体領域３０からｎ形の不純物（Ｎ）とｐ形の不純物（Ａｌ）とが検出されているが、ｎ形の不純物（Ｎ）の濃度が第１半導体領域１０のｎ形の不純物（Ｎ）の濃度とほぼ等しくなっている。

【0042】

図４（ｂ）に表した例においても、第３半導体領域３０からｎ形の不純物（Ｎ）とｐ形の不純物（Ａｌ）とが検出されているが、ｎ形の不純物（Ｎ）の濃度が第１半導体領域１０のｎ形の不純物（Ｎ）の濃度よりも高い。図４（ｂ）に表した例では、第３半導体領域３０におけるｐ形の不純物（Ａｌ）の濃度／ｎ形の不純物（Ｎ）の濃度が、１よりも大きく３よりも小さくなっている。

【0043】

このような半導体装置１１０では、耐圧構造を構成する第３半導体領域３０のシート抵抗が低減される。したがって、半導体装置１１０の安定した耐圧特性が得られる。

【0044】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図５（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体装置を例示する図である。
図５（ａ）には、第２の実施形態に係る半導体装置１２０の模式的断面図が表される。図５（ｂ）には、半導体装置１２０における電界分布が表される。

【0045】

図５（ａ）に表したように、半導体装置１２０は、第２半導体領域２０の外側であって素子領域ＡＡを囲むように設けられた第４半導体領域４０を含む。第４半導体領域４０は、ガードリングである。半導体装置１２０は、ガードリングを備えたＳＢＤである。

【0046】

第４半導体領域４０は、第２導電形の領域である。第４半導体領域４０は複数設けられていてもよい。図５（ａ）に表した半導体装置１２０では、例えば２つの第４半導体領域４１、４２が設けられる。複数の第４半導体領域４１、４２は、互いに離間して設けられる。第４半導体領域４１は、第２半導体領域２０の外側を囲むように設けられ、第４半導体領域４２は、第４半導体領域４１の外側を囲むように設けられる。

【0047】

第４半導体領域４０には、第１導電形の不純物と第２導電形の不純物とが共ドープされていてもよい。また、第２導電形の不純物の量をＤ４、第１導電形の不純物の量をＤ３とした場合、１＜Ｄ４／Ｄ３＜３を満たすことが望ましい。また、複数の第４半導体領域４１、４２が設けられた場合、複数の第４半導体領域４１、４２のうち少なくとも１つについて、１＜Ｄ４／Ｄ３＜３を満たすようにしてもよい。これにより、第４半導体領域４０、４１及び４２のシート抵抗が低減される。

【0048】

図５（ｂ）には、半導体装置１２０に逆電圧が印加された場合の電界分布が表される。図５（ｂ）に示す横軸は半導体装置１２０のＸ方向の位置、縦軸は電界強度を表している。半導体装置１２０の製造において、第１電極９１の位置ずれが発生すると、リサーフ構造を構成する第２半導体領域２０やガードリングを構成する第４半導体領域４０の電界のバランスにずれが生じやすい。電界分布Ｅ２は、第３半導体領域３０を備えていない半導体装置の電界分布である。電界分布Ｅ２では、一方側のガードリング付近での電界分布のアンバランスが見られる。

【0049】

半導体装置１２０のように、第３半導体領域３０や第４半導体領域４０、４１及び４２のシート抵抗が低減されると、第１電極９１の位置ずれが発生した場合でも電界のバランスにずれが発生し難くなる。電界分布Ｅ１は、第３半導体領域３０を備えた半導体装置１２０の電界分布である。電界分布Ｅ１では、電界分布のアンバランスは見られない。したがって、半導体装置１２０では、終端領域ＴＡでの耐圧が向上する。

【0050】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図６は、第３の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図６には、第３の実施形態に係る半導体装置１３０の一部の模式的断面図が表される。半導体装置１３０は、第１半導体領域１０の上であって素子領域ＡＡ内に設けられた第５半導体領域５０を含む。第５半導体領域５０は、第２導電形の領域である。第５半導体領域５０は第２半導体領域２０と離間して設けられる。第５半導体領域５０は、第１電極９１と接する。このような半導体装置１３０は、例えばＭＰＳ（Merged PIN Schottky Rectifier）である。

【0051】

第５半導体領域５０は、複数設けられていてもよい。複数の第５半導体領域５０は、互いに離間して設けられる。第５半導体領域５０は、例えばＹ方向に延在する。第５半導体領域５０は、ＸＹ平面内に島状に設けられていてもよい。

【0052】

これにより、第１電極９１に逆方向電圧が印加された際、第５半導体領域５０から第２半導体領域２０の終端領域ＴＡ側まで空乏層が伸び、逆方向リーク電流が抑制される。したがって、半導体装置１３０の耐圧が向上する。

【0053】

図７は、第３の実施形態の他の例に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図７には、半導体装置１３１の一部の模式的断面図が表される。半導体装置１３１は、半導体装置１３０の構成に加え、第４半導体領域４０を備える。第４半導体領域４０は複数設けられていてもよい。図７に表した例では、２つの第４半導体領域４１、４２が設けられる。第４半導体領域４０、４１及び４２と第１電極９１との間には、絶縁膜１５が設けられる。

【0054】

このような半導体装置１３１によれば、第２半導体領域２０の外側に設けられた第４半導体領域４０、４１及び４２によって複数本のガードリングが設けられた構成になり、半導体装置１３１の耐圧が向上する。

【0055】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図８は、第４の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図８に表したように、第４の実施形態に係る半導体装置１４０は、第１半導体領域１０と、第１電極９１との間に設けられた第６半導体領域６０を備える。第６半導体領域６０は、第２導電形の領域である。半導体装置１４０は、例えばＰＮダイオードである。

【0056】

第６半導体領域６０の導電形は、例えばｐ^＋形である。第６半導体領域６０は、例えばＳｉＣを含む。第６半導体領域６０は、第１半導体領域１０の上に例えばエピタキシャル成長によって形成される。

【0057】

第６半導体領域６０の厚さは、例えば数μｍ程度である。第６半導体領域６０にはｐ形の不純物がドーピングされており、その不純物濃度は、例えば１×１０^１６ｃｍ^−３以上５×１０^１９ｃｍ^−３以下である。

【0058】

半導体装置１４０では、第６半導体領域６０と第１半導体領域１０とでｐｎ接合が構成される。第１電極９１は、第６半導体領域６０とオーミック接触している。

【0059】

半導体装置１４０において、第１半導体領域１０をｎ⁻形、半導体部５をｎ^＋形にしてもよい。この場合、半導体装置１４０は、ＰｉＮダイオードである。ＰｉＮダイオードにおいて、第１半導体領域１０は第７半導体領域７０である。

【0060】

次に、半導体装置１４０の動作について説明する。
先ず、半導体装置１４０の第２電極９２に対して第１電極９１が正になるよう(順方向)電圧を印加した場合の動作を説明する。順方向電圧を印加した場合、第６半導体領域６０と、第１半導体領域１０と、の間でビルトインポテンシャルを超えた電子及びホールが流れる。これにより、半導体装置１４０に電流が流れる（順方向動作）。

【0061】

次に、半導体装置１４０の第２電極９２に対して第１電極９１が負になるよう(逆方向)電圧を印加した場合の動作を説明する。逆方向電圧を印加した場合、第６半導体領域６０と第１半導体領域１０との間に空乏層が広がり、半導体装置１４０に電流はほとんど流れない（逆方向動作）。

【0062】

半導体装置１４０では、第３半導体領域３０と第１電極９１との間のコンタクト抵抗が低いため、第２半導体領域２０の全体にわたり電位の分布が均一化する。これにより、逆方向動作の際の耐圧が向上する。

【0063】

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図９は、第５の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図９に表したように、第５の実施形態に係る半導体装置１５０は、第１半導体領域１０と第１電極９１との間に設けられた絶縁膜９５を含む。半導体装置１５０は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。

【0064】

半導体装置１５０は、第２半導体領域２０の上に設けられた第８半導体領域８０と、第８半導体領域８０と接する第３電極９３とを含む。第８半導体領域８０の導電形は第１導電形である。第３電極９３は、第２半導体領域２０、第３半導体領域３０及び第８半導体領域８０と接する。

【0065】

第８半導体領域８０は、ＭＯＳＦＥＴの例えばソース領域である。第３電極９３は、ＭＯＳＦＥＴの例えばソース電極である。第１電極９１は、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極である。第２電極９２は、ＭＯＳＦＥＴの例えばドレイン電極である。半導体装置１５０では、第８半導体領域８０と、第１半導体領域１０との間の第２半導体領域２０がチャネル形成領域である。

【0066】

次に、半導体装置１５０の動作について説明する。
第２電極９２に、第３電極９３に対して正の電圧が印加された状態で、第１電極９１に閾値以上の電圧が印加されると、第２半導体領域２０における絶縁膜９５との界面付近に反転層（チャネル）が形成される。これにより、半導体装置１５０はオン状態になり、第２電極９２から第３電極９３へ電流が流れる。

【0067】

一方、第１電極９１に印加される電圧が閾値よりも小さいと、チャネルが消失する。これにより、半導体装置１５０はオフ状態になって、第２電極９２から第３電極９３へ流れる電流が遮断される。

【0068】

半導体装置１５０では、第３半導体領域３０と第３電極９３との間のコンタクト抵抗が低いため、逆方向動作の際の耐圧が向上する。

【0069】

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図１０は、第６の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１０に表したように、第６の実施形態に係る半導体装置１６０は、第１半導体領域１０と第２電極９２との間に設けられた半導体部５ｐを含む。半導体装置１６０において半導体部５ｐ以外の構成は半導体装置１５０と同様である。半導体装置１６０は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。

【0070】

半導体部５ｐの導電形は第２導電形である。第８半導体領域８０は、ＩＧＢＴのエミッタ領域である。第２半導体領域２０は、ＩＧＢＴのベース領域である。第３電極９３は、ＩＧＢＴの例えばエミッタ電極である。第１電極９１は、ＩＧＢＴのゲート電極である。第２電極９２は、ＩＧＢＴの例えばコレクタ電極である。

【0071】

次に、半導体装置１６０の動作について説明する。
第２電極９２に、第３電極９３に対して正の電圧が印加された状態で、第１電極９１に閾値以上の電圧が印加されると、第２半導体領域２０における絶縁膜９５との界面付近に反転層（チャネル）が形成される。これにより、電子が第８半導体領域８０からチャネルを介して第２半導体領域２０に注入され、オン状態になる。このときさらに、第２電極９２から正孔が第１半導体領域１０に注入される。第１半導体領域１０に注入された正孔は、第２半導体領域２０を通って第３電極９３へ流れる。半導体装置１６０においては、オン状態のとき、正孔が第２電極９２から第１半導体領域１０に注入され、伝導度変調が生じて第１半導体領域１０の抵抗が低減する。

【0072】

一方、第１電極９１に印加される電圧が閾値よりも小さいと、チャネルが消失する。これにより、半導体装置１６０はオフ状態になって、第２電極９２から第３電極９３へ流れる電流が遮断される。

【0073】

半導体装置１６０では、第３半導体領域３０と第３電極９３との間のコンタクト抵抗が低いため、オフ状態での耐圧が向上する。

【0074】

以上説明したように、実施形態に係る半導体装置によれば、耐圧構造のコンタクト抵抗の低減を図り、安定した耐圧特性を得ることができる。

【0075】

なお、上記に本実施形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

【0076】

例えば、前述の各実施形態および各変形例においては、第１の導電形をｎ形、第２の導電形をｐ形として説明したが、本発明は第１の導電形をｐ形、第２の導電形をｎ形としても実施可能である。また、前述の各実施形態では、半導体材料としてＳｉＣを適用する例を説明したが、半導体材料はＳｉＣに限定されない。

【0077】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0078】

５…半導体部、１０…第１半導体領域、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１５…絶縁膜、２０…第２半導体領域、３０…第３半導体領域、３５…コンタクト電極、４０，４１，４２…第４半導体領域、５０…第５半導体領域、６０…第６半導体領域、７０…第７半導体領域、８０…第８半導体領域、９１…第１電極、９２…第２電極、９３…第３電極、９５…絶縁膜、１１０，１２０，１３０，１３１，１４０，１５０，１６０…半導体装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】