(57)【要約】【課題】不純物領域と電極とのコンタクト抵抗を低減した半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、第１と第２の面を有するｎ型のＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板の第１の面側に設けられたｎ型のＳｉＣ層と、ＳｉＣ層の表面に形成され、ｐ型不純物とｎ型不純物を含有し、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせであり、組み合わせを構成する元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、組み合わせを構成する元素Ａの濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下であるｐ型の第１のＳｉＣ領域と、ＳｉＣ層および第１のＳｉＣ領域上に設けられた第１の電極と、ＳｉＣ基板の第２の面側に設けられた第２の電極と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１と第２の面を有するｎ型のＳｉＣ基板と、
前記ＳｉＣ基板の前記第１の面側に設けられたｎ型のＳｉＣ層と、
前記ＳｉＣ層の表面に形成され、ｐ型不純物とｎ型不純物を含有し、前記ｐ型不純物を元素Ａ、前記ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、前記元素Ａと前記元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせであり、前記組み合わせを構成する前記元素Ｄの濃度の前記元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、前記組み合わせを構成する前記元素Ａの濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下であるｐ型の第１のＳｉＣ領域と、
前記ＳｉＣ層および前記第１のＳｉＣ領域上に設けられた第１の電極と、
前記ＳｉＣ基板の前記第２の面側に設けられた第２の電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記元素Ａの濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の電極と前記ＳｉＣ層とはショットキー接続しており、
前記第１の電極と前記第１のＳｉＣ領域とはオーミック接続していることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ＳｉＣ層の表面に形成され、ｐ型不純物とｎ型不純物を含有し、前記ｐ型不純物を元素Ａ、前記ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、前記元素Ａと前記元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせであり、前記組み合わせを構成する前記元素Ｄの濃度の前記元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、前記組み合わせを構成する前記元素Ａの濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下で、前記元素Ａの濃度が前記第１のＳｉＣ領域よりも低いｐ型の第２のＳｉＣ領域を、さらに備え、
前記第１の電極が、前記ＳｉＣ層、前記第１のＳｉＣ領域および前記第２のＳｉＣ領域上に設けられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の電極と前記ＳｉＣ層および前記第２のＳｉＣ領域とはショットキー接続しており、
前記第１の電極と前記第１のＳｉＣ領域とはオーミック接続していることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記元素Ａの濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の電極と前記ＳｉＣ層および第１のＳｉＣ領域とはショットキー接続していることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１のＳｉＣ領域中の前記元素Ｄの濃度の前記元素Ａの濃度に対する比が、０．４０より大きく０．９５より小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１のＳｉＣ領域中の前記元素Ａのアクセプタ準位が１５０ｍｅＶ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項８いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１のＳｉＣ領域中の前記元素Ｄの９０％以上が前記元素Ａの最近接の格子位置にあることを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか一項記載の半導体装置。
【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】
次世代のパワー半導体デバイス用の材料としてＳｉＣ（炭化珪素）が期待されている。ＳｉＣはＳｉ（シリコン）と比較して、バンドギャップが３倍、破壊電界強度が約１０倍、および熱伝導率が約３倍と優れた物性を有する。この特性を活用すれば低損失かつ高温動作可能なパワー半導体デバイスを実現することができる。
【０００３】
パワー半導体デバイスとして、半導体層と金属電極との仕事関数の差によるキャリアのポテンシャル障壁を有するショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）がある。そして、ショットキーバリアダイオードにおいて、半導体層（例えばｎ型）／金属電極界面にかかる電界を緩和することを目的に、半導体層表面に半導体層とは異なる導電型の不純物領域（例えばｐ型）を配置したＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｄｉｏｄｅ）がある。さらに、ＪＢＳの不純物領域（例えばｐ型）と金属とのコンタクトをオーミック接続またはオーミック接続に近付けたＭＰＳ（Ｍｅｒｇｅｄ  ＰｉＮ−ｄｉｏｄｅ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ−ｄｉｏｄｅ）がある。ＭＰＳは、不純物領域と半導体層とのビルトインポテンシャル（Ｖｂｉ）を超える電圧がかかった際に少数キャリア注入を起こし、伝導度変調により抵抗を下げる。したがって、順方向のサージ耐量がＪＢＳと比較して向上する。
【０００４】
ＪＢＳまたはＭＰＳでは、順方向のサージ耐量を向上させる観点から、不純物領域と金属電極とのコンタクト抵抗が低いことが望ましい。もっとも、ＳｉＣは、不純物の固溶限が低いことや、不純物の形成するバンドギャップ中の準位が深いことに起因して、不純物領域と金属電極とのコンタクト抵抗を低くすることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−３１０１４号公報
【特許文献２】特開２００９−１６７０４７号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３３９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、不純物領域と電極とのコンタクト抵抗を低減した半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の半導体装置は、第１と第２の面を有するｎ型のＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板の第１の面側に設けられたｎ型のＳｉＣ層と、ＳｉＣ層の表面に形成され、ｐ型不純物とｎ型不純物を含有し、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせであり、組み合わせを構成する元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、組み合わせを構成する元素Ａの濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下であるｐ型の第１のＳｉＣ領域と、ＳｉＣ層および第１のＳｉＣ領域上に設けられた第１の電極と、ＳｉＣ基板の第２の面側に設けられた第２の電極と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【図２】第１の実施形態の半導体装置の模式平面図である。
【図３】共ドープの作用を説明する図である。
【図４】共ドープの作用を説明する図である。
【図５】共ドープの作用を説明する図である。
【図６】共ドープの作用を説明する図である。
【図７】共ドープの作用を説明する図である。
【図８】ｎ型ＳｉＣの場合のＡｌとＮの濃度とシート抵抗の関係を示す図である。
【図９】ｐ型ＳｉＣの場合のＮとＡｌの濃度とシート抵抗の関係を示す図である。
【図１０】第１の実施形態の変形例の半導体装置の模式断面図である。
【図１１】第２の実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【図１２】第２の実施形態の半導体装置の模式平面図である。
【図１３】第３の実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【図１４】第３の実施形態の半導体装置の模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。
【００１０】
また、以下の説明において、ｎ＋、ｎ、ｎ−および、ｐ＋、ｐ、ｐ−の表記は、各導電型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型の不純物濃度が相対的に高く、ｎ−はｎよりもｎ型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型の不純物濃度が相対的に高く、ｐ−はｐよりもｐ型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、ｎ＋型、ｎ−型を単にｎ型、ｐ＋型、ｐ−型を単にｐ型と記載する場合もある。
【００１１】
本明細書中、サージ耐量とは、サージ電流またはサージ電圧に対する耐性を表す。サージ電流またはサージ電圧とは、順方向あるいは逆方向に関わらず、ダイオードの通常動作としての想定の範囲を超える電流または電圧を意味する。
【００１２】
（第１の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第１と第２の面を有するｎ型のＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板の第１の面側に設けられたｎ型のＳｉＣ層と、ＳｉＣ層の表面に形成され、ｐ型不純物とｎ型不純物を含有し、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせであり、組み合わせを構成する元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、組み合わせを構成する元素Ａの濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下であるｐ型の第１のＳｉＣ領域と、ＳｉＣ層および第１のＳｉＣ領域上に設けられた第１の電極と、ＳｉＣ基板の第２の面側に設けられた第２の電極と、を備える。
【００１３】
図１は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。図２は、本実施形態の半導体装置の模式平面図である。図１は、図２のＡＡ断面を示す。本実施形態の半導体装置はＭＰＳである。
【００１４】
このＭＰＳ１００は、第１と第２の面を有するＳｉＣ基板（炭化珪素基板）１２を備えている。図１においては、第１の面とは図の上側の面であり、第２の面とは図の下側の面である。このＳｉＣ基板１２は、例えば、不純物濃度１×１０１８以上１×１０１９ｃｍ−３以下の、例えばＮ（窒素）をｎ型不純物として含む４Ｈ−ＳｉＣのＳｉＣ基板（ｎ＋基板）である。
【００１５】
このＳｉＣ基板１２の第１の面上には、例えば、ｎ型不純物の不純物濃度５×１０１５以上２×１０１６ｃｍ−３以下のｎ型のＳｉＣ層（ｎ−ＳｉＣ層）１４が形成されている。ｎ−ＳｉＣ層１４の膜厚は、例えば５〜５０μｍ程度である。ｎ−ＳｉＣ層の不純物濃度は上記範囲内で一定値でもよいし、上記範囲内で濃度勾配があってもよい。また、ｎ−ＳｉＣ層１４と基板の間には、さらに高い濃度の中間層があってもよい。
【００１６】
ｎ−ＳｉＣ層１４の一部表面には、例えば、ｐ型不純物の不純物濃度が１×１０１８以上１×１０２１ｃｍ−３以下のｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８が形成されている。第１のＳｉＣ領域１８の深さは、例えば０．６μｍ程度である。ｎ−ＳｉＣ層１４の表面では、ｎ−ＳｉＣ層１４がｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８に挟まれる構成となっている。
【００１７】
第１のＳｉＣ領域１８は、ＭＰＳ１００に、順方向の予期せぬ高電圧が印加された際に、ｎ型のＳｉＣ層１４に少数キャリア注入を起こし、伝導度変調により抵抗を下げる。これにより、順方向電流量を大きくすることで、サージ耐量を向上させる。
【００１８】
ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８は、ｐ型不純物とｎ型不純物が共ドープされている。そして、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）との組み合わせ（第１の組み合わせ）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）との組み合わせ（第２の組み合わせ）の少なくとも一方の組み合わせであり、上記組み合わせを構成する元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、上記組み合わせを構成する元素Ａの濃度が、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である。
【００１９】
例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）の第１の組み合わせの場合、元素Ａが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）から選ばれる１種の元素であってもかまわない。また、Ａｌ（元素Ａ１）とＧａ（元素Ａ２）等の２種の元素、あるいは、Ａｌ（元素Ａ１）、Ｇａ（元素Ａ２）、Ｉｎ（元素Ａ３）の３種の元素で構成されていてもかまわない。複数の元素の場合、２種または３種の元素をあわせて組み合わせを構成する元素Ａと考え、上記元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比、元素Ａの濃度の条件が充足されれば良い。
【００２０】
また、第１の組み合わせと第２の組み合わせの両者が共存することも可能である。しかし、上記元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比、元素Ａの濃度の条件は、すくなくとも、第１の組み合わせ、第２の組み合わせのいずれか一方を構成する元素で充足されなければならない。いいかえれば、第１の組み合わせと第２の組み合わせは、個別に元素比、元素濃度を満たさなければならない。これは、第１の組み合わせの不純物と第２の組み合わせの不純物の間では、後に詳述する３量体が形成されないためである。
【００２１】
なお、本実施形態は、ｐ型不純物やｎ型不純物として上記例示した以外の元素が含有されることを排除するものではない。以下、元素ＡがＡｌ（アルミニウム）、元素ＤがＮ（窒素）である場合を例に説明する。
【００２２】
第１のＳｉＣ領域１８の外側には、接合終端構造２０が設けられる。接合終端構造２０は、ｐ型のＳｉＣ領域である。ｐ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１７以上１×１０２２ｃｍ−３以下である。接合終端構造２０は、接合終端部分での高電界を緩和し、安定した高耐圧のＭＰＳ１００を実現する。
【００２３】
そして、ｎ−ＳｉＣ層１４の表面は、例えばシリコン酸化膜かるなる絶縁膜２２で覆われる。そして、絶縁膜２２の開口部に、ｎ−ＳｉＣ層１４およびｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８上に、例えば、Ｎｉ（ニッケル）の第１の電極（アノード電極）２４が形成されている。第１の電極（アノード電極）２４は接合終端構造２０の一部表面にも接するよう形成されている。
【００２４】
第１の電極（アノード電極）２４は、ｎ−ＳｉＣ層１４に対しショットキー接続している。第１の電極（アノード電極）２４は、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８に対しオーミック接続していることが望ましい。
【００２５】
また、ｎ＋型の４Ｈ−ＳｉＣ基板１２下面には、例えば、Ｎｉの第２の電極（カソード電極）２６が形成されている。
【００２６】
平面的には、図２に示すように、最外周に環状の接合終端構造２０が設けられ、接合終端構造２０の内側に、環状と線状の部分が組み合わされた第１のＳｉＣ領域１８が設けられている。接合終端構造２０に囲まれる領域がＭＰＳ１００の活性領域である。
【００２７】
なお、第１のＳｉＣ領域１８の構造は、各部分が安定して同電位になるように、図２のように領域全体が接続される構造となることが望ましい。もっとも、必ずしも、図２のような環状と線状の部分が組み合わせに限られるものでなく、複数の環状部分で構成されても、複数の線状部分で構成されても、複数の円形あるいは多角形の島状部分で構成されてもその組み合わせでもかまわない。
【００２８】
なお、本実施形態において、ｎ型不純物は例えば、Ｎ（窒素）やＰ（リン）が好ましいが、Ａｓ（ヒ素）等を適用することも可能である。また、ｐ型不純物は例えば、Ａｌ（アルミニウム）が好ましいが、Ｂ（ボロン）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）等を適用することも可能である。
【００２９】
以下、本実施形態の作用および効果について詳述する。
【００３０】
発明者らによる検討の結果、ＳｉＣに対し、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）のＡｌと、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）のＮとを共ドープすることにより、ＡｌとＮのペアリングをおこさせることができることがわかった。このペアリング状態では、キャリアが補償され、キャリアがゼロの状態になる。
【００３１】
図３および図４は、共ドープの作用を説明する図である。図３がｎ型ＳｉＣの場合、図４がｐ型ＳｉＣの場合である。発明者らが行なった第一原理計算によれば、ＳｉＣ中で、ＡｌはＳｉ（シリコン）サイトに、ＮはＣ（炭素）サイトに、ＡｌとＮが隣接するように入ることで、系として安定化することが明らかになった。
【００３２】
すなわち、図３および図４に示すように、ＡｌとＮとが未結合でばらばらになっている状態に比べ、ＡｌとＮが結合し、Ａｌ−Ｎペア構造を形成することで、エネルギー的に２．９ｅＶ安定になる。Ａｌ量とＮ量とが一致した場合には、両者の全てがペア構造になった状態が最も安定である。
【００３３】
ここで、第一原理計算は、超ソフト擬ポテンシャルを用いた計算である。超ソフト擬ポテンシャルは、バンダービルトらによって開発された、擬ポテンシャルの一種である。例えば、格子定数は、１％以下の誤差で実験値を実現できる高い精度を備える。不純物（ドーパント）を導入して、構造緩和を行い、安定状態の全エネルギーを計算する。系の全エネルギーを、変化の前後で比較することで、いずれの構造が安定状態か、否かを判定する。安定状態では、バンドギャップ中で不純物の準位が、どのエネルギー位置にあるかを示すことが出来る。
【００３４】
図３に示すように、ＮがＡｌよりも多く存在する場合、すなわち、ｎ型ＳｉＣの場合、余分にあるＮが、Ａｌ−Ｎペア構造の近傍のＣサイトに入り、Ｎ−Ａｌ−Ｎの３量体となることで更に系が安定化することが明らかになった。第一原理計算からは、３量体となることで、ペア構造とＮとが別々に存在する場合に比べ、系が０．３ｅＶ安定になる。
【００３５】
同様に、図４に示すように、ＡｌがＮよりも多く存在する場合、すなわちｐ型ＳｉＣの場合、余分にあるＡｌが、Ａｌ−Ｎペア構造の近傍のＳｉサイトに入り、Ａｌ−Ｎ−Ａｌの３量体となることで更に安定化することが明らかになった。第一原理計算からは、３量体となることで、Ａｌ−Ｎペア構造とＡｌとが別々に存在する場合に比べ、系が０．４ｅＶ安定になる。
【００３６】
次に、ＡｌとＮ以外のドーパントの組み合せについて、考察する。Ｂ（ボロン）とＮ（窒素）の場合について計算を行った場合を例に、計算結果を説明する。
【００３７】
ＢはＳｉサイトに、ＮはＣサイトに入る。第一原理計算によると、Ｂ−Ｎ−Ｂ、あるいは、Ｎ−Ｂ−Ｎという３量体構造は形成できないことがわかった。つまり、Ｂ−Ｎのペア構造は形成されるが、近傍にＢやＮが来ると系のエネルギーが高くなる。したがって、余分なＢやＮは、ペア構造から離れた位置に独立に存在する方が、系がエネルギー的に安定であった。
【００３８】
第一原理計算によると、余分なＢが３量体を形成すると、Ｂ−ＮペアとＢが独立に存在する場合に比べて、系のエネルギーが０．５ｅＶ高かった。また、余分なＮが３量体を形成すると、Ｂ−ＮペアとＮが独立に存在する場合に比べて、系のエネルギーが０．３ｅＶ高かった。このため、いずれの場合も、３量体が出来ると系がエネルギー的に不安定になる。
【００３９】
図５は、共ドープの作用を説明する図である。図５では、各元素の共有結合半径を示す。図の右手上方に向かうほど共有結合半径が小さくなり、左手下方に向かうほど共有結合半径が大きくなる。
【００４０】
ＢとＮの場合に、３量体が出来ると不安定になることは、共有結合半径の大きさにより理解できる。Ｂの共有結合半径はＳｉの共有結合半径より小さく、かつ、Ｎの共有結合半径はＣの共有結合半径より小さい。このため、ＢがＳｉサイトに、ＮがＣサイトに入ると、歪が溜まり３量体が形成できない。
【００４１】
ドーパントとなるｐ型不純物とｎ型不純物の組み合わせとして、「共有結合半径がＳｉより大きな元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）」と「共有結合半径がＣより小さい元素（Ｎ）」の組み合わせ、あるいは、その逆の、「共有結合半径がＣより大きな元素（Ｂ）」と「共有結合半径がＳｉより小さい元素（Ｐ）」の組み合わせの場合以外は、３量体が形成出来ないことが判明した。
【００４２】
Ｂ、Ｐの共有結合半径はＳｉの共有結合半径とＣの共有結合半径の中間にあることから、Ｂ、およびＰは、Ｓｉサイト、Ｃサイトのどちらにも入りえる。しかし、他の不純物（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓ）は、基本的に片方のサイトに偏る。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＡｓはＳｉサイトに入り、ＮはＣサイトに入ると考えて良い。
【００４３】
さらに、両不純物が共にＳｉサイト、あるいは共にＣサイトに入る場合は、考える必要がない。それは、ｐ型不純物とｎ型不純物が最近接に来ないと歪が緩和し難いためである。よって、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせ（元素Ａと元素Ｄ）が、（ＡｌとＮ）、（ＧａとＮ）、（ＩｎとＮ）、（ＢとＰ）という４つの組み合わせ以外では、３量体を形成することは困難である。
【００４４】
このペア構造、あるいは３量体構造は、原子間に相互作用が無ければ形成できない。第一原理計算による４Ｈ−ＳｉＣ構造中の不純物準位（ドーパント準位）は、ｃ軸方向にユニットセルが１０個程度あると、相互作用が見えなくなり、不純物準位が平らな状態となる。すなわち、分散が十分に抑制され、１０ｍｅＶオーダー程度になる。
【００４５】
つまり、不純物間の距離が１０ｎｍ以上では相互作用が生じにくいと考えられる。よって、不純物同士の相互作用があるためには、不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であることが望ましい。もっとも、不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上あれば、一定の三量体形成は見込まれる。
【００４６】
この値は、ＳｉＣ材料が既に形成されている場合に、イオン注入などによって局所的な不純物の分布を形成する場合に望まれる不純物濃度の下限となる。
【００４７】
なお、半導体ＳｉＣに、共ドープによる効果が発現されるためには、ｎ型不純物濃度とｐ型不純物濃度の比率を特定の範囲の比率にする必要がある。後に記述する製造方法において、イオン打ち込みによって導入するｎ型、ｐ型のそれぞれの不純物の比率を上記特定の範囲の比率になるように、初めから導入することが重要である。相互作用が届く範囲が１０ｎｍ未満と小さいが、その範囲にあれば、互いの引力により３量体が形成可能となる。しかも、引力が働くので、不純物の活性化アニールの温度が、共ドープしない場合の１７００℃―１９００℃から、１５００℃−１８００℃に低温化できると考えられる。
【００４８】
ただし、この３量体形成に望ましい不純物濃度は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによる気相からの結晶成長などでは、低減させることが可能である。これは、原料を表面にてフローさせることが出来るため、不純物同士の相互作用が低濃度でも生じやすくなるためである。
【００４９】
気相成長では、三量体を形成可能な不純物濃度の領域が、１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下と、イオン注入に比較して拡大する。気相成長ではＳｉＣの不純物濃度を、例えば、１×１０１６ｃｍ−３程度と薄くすることも、例えば、１×１０２１ｃｍ−３程度と濃くすることも可能である。特に、濃度の薄い領域は、イオン注入による形成が困難である。したがって、特に濃度の薄い領域では、気相成長による不純物領域の形成が有効である。さらに、気相成長では、共ドープされた、例えば、５ｎｍ程度の極薄膜を形成することも可能である。
【００５０】
また、気相成長では不純物の濃度の濃い領域で、結晶中の欠陥が生じにくいという利点もある。すなわち、イオン注入では、導入する不純物量が大きくなるにつれ結晶中の欠陥量が増大し、熱処理等による回復も困難となる。気相成長では成長中に３量体が形成され、不純物導入による欠陥も生じにくい。この観点から、例えば、不純物濃度が１×１０１９ｃｍ−３以上、さらには１×１０２０ｃｍ−３以上の領域で、気相成長による不純物領域の形成が有効である。
【００５１】
このように、気相成長では、イオン注入では得られない効果がある。もっとも、イオン注入では、局所的に共ドープされた不純物領域を形成することが可能である。また、低コストで共ドープされた不純物領域を形成することが可能である。よって、必要性に応じて、気相成長とイオン注入とを使い分ければ良い。
【００５２】
気相からの結晶成長時において、３量体形成を形成する場合、ｐ型およびｎ型の不純物濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上であることが望ましい。さらに、３量体形成を容易にする観点からは、不純物濃度は１×１０１６ｃｍ−３以上あることがより望ましい。
【００５３】
次に不純物濃度の上限であるが、３量体を形成した場合には、３量体を形成しない場合の固溶限を超えることも可能である。３量体を作ると、結晶中の歪が緩和され不純物が固溶されやすくなるためである。
【００５４】
３量体を形成しない場合の不純物の固溶限は、Ｎの場合は１０１９ｃｍ−３オーダー、Ａｌの場合でも１０２１ｃｍ−３オーダーである。他の不純物は、およそ１０２１ｃｍ−３オーダー程度である。
【００５５】
不純物が一種類の場合、不純物の大きさが小さい側、あるいは大きい側に偏る。このため、歪が蓄積されて、不純物が格子点に入り難くなり、活性化できないためである。特にイオン注入では欠陥を多く形成するので、余計に固溶限が低くなる。
【００５６】
しかし、３量体を形成すれば、Ａｌ、Ｎのどちらも１０２２ｃｍ−３オーダー程度まで、導入が可能となる。（ＡｌとＮ）、（ＧａとＮ）、（ＩｎとＮ）、（ＢとＰ）という４つの組み合わせにおいて、３量体を形成することで、歪を緩和することが出来るため、固溶限の拡大が可能となる。その結果、１０２２ｃｍ−３オーダーまで不純物の固溶限の拡張が可能である。
【００５７】
不純物がＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐである場合は、１×１０２０ｃｍ−３以上、特に、６×１０２０ｃｍ−３以上では、歪が多く、欠陥が多量に入っている状態となる。その結果、シート抵抗または比抵抗は非常に大きな値となる。
【００５８】
しかし、ｐ型不純物とｎ型不純物との共ドープによれば、このような不純物濃度の高い領域でも、欠陥が抑制できる。
【００５９】
不純物がＮである場合は、さらに固溶限が一桁小さく２×１０１９ｃｍ−３程度である。第一原理計算によれば、不活性な格子間Ｎの欠陥が発生するためと考えられる。
【００６０】
Ｎ濃度の上限が、１０１９ｃｍ−３オーダーだったものが、３量体を形成することにより、１０２２ｃｍ−３オーダーに大幅に拡大する。従来、高濃度にドープされたｎ型領域を形成する場合、窒素を使うことが出来ず、例えばＰを１０２０ｃｍ−３程度、イオン注入することにより形成している。しかし、本実施形態を用いれば、例えば、Ｎを２×１０２０ｃｍ−３、Ａｌを１×１０２０ｃｍ−３導入するというように、窒素を用いて高濃度にドープされたｎ型領域を形成できる。つまり、従来は窒素を使うこと自体が困難だったが、それが可能になる。  
【００６１】
以上、ｐ型不純物とｎ型不純物を両方とも導入し、かつ、共有結合半径の組み合わせを適切に選ぶことにより、上記の３量体を形成することが可能となる。そして、構造が安定化して、歪を低減することが出来る。
【００６２】
その結果、（１）各不純物が格子点に入りやすくなる。（２）プロセスの低温化が可能となる。少なくとも１００℃程度の低温化は期待できる。（３）活性化可能な不純物量（上限の拡大）が増加する。（４）３量体、あるいはペア構造のような安定構造が出来る。この構造でエントロピーを稼ぎ、結晶欠陥量が低減する。（５）３量体が安定なので、ｐ型不純物とｎ型不純物を結ぶボンドの周りに回転することが難しくなり、構造が固定化する。したがって、通電破壊耐性が大幅にアップする。例えば、ｐｎジャンクションのｐ型不純物領域、ｎ型不純物領域の少なくとも一部に３量体構造を導入すれば、通電破壊が抑制され、高抵抗化が避けられる。その結果、電流を一定量だけ流すときに必要な印加電圧（Ｖｆ）が増加してしまう劣化現象（Ｖｆ劣化）を抑制可能となる。
【００６３】
以上、ｐ型不純物のＡｌとｎ型不純物のＮを共ドープすることにより、ＡｌとＮのペアリングをおこさせることが出来ることを示した。さらに、この際、アクセプタ準位およびドナー準位を、ともに浅く出来ることが、第一原理計算により明らかになっている。
【００６４】
図６、図７は、共ドープの作用の説明図である。図６はｎ型ＳｉＣの場合、図７はｐ型ＳｉＣの場合である。白丸は準位が電子で埋まっていない空の準位、黒丸は準位が電子で埋まっている状態を示す。
【００６５】
ドナー準位が浅くなる理由は、図６に示すように、アクセプタであるＡｌの伝導帯の内側にある空の準位と、Ｎのドナー準位とが相互作用したことにより、ドナー準位が引き上げられたためである。同様に、アクセプタ準位が浅くなる理由は、図７に示すように、ドナーであるＮの価電子帯の内側にある電子が埋った準位と、Ａｌのアクセプタ準位とが相互作用したことにより、アクセプタ準位が引き下げられたためである。
【００６６】
一般に、ｎ型不純物のＮやＰ（リン）は４２ｍｅＶ〜９５ｍｅＶの深いドナー準位を形成する。ｐ型不純物のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎは１６０ｍｅＶ〜３００ｍｅＶの非常に深いアクセプタ準位を形成する。それに対し、３量体を形成すると、ｎ型不純物では３５ｍｅＶ以下のドナー準位を形成し、ｐ型不純物では、１００ｍｅＶ以下のアクセプタ準位を形成することが可能となる。
【００６７】
３量体が完全に形成された最良の状態では、ｎ型のＮやＰでは、およそ２０ｍｅＶ程度となり、ｐ型のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎでは４０ｍｅＶ程度となる。このように浅い準位を形成するので、活性化した不純物の多くがキャリア（自由電子、自由正孔）となる。したがって、バルク抵抗が共ドープを行わない場合に比べ、桁違いに低抵抗化する。
【００６８】
ｎ型ＳｉＣの場合、キャリア発生に寄与するドナー準位が４０ｍｅＶ以下となることで、共ドープしない場合と比較して、抵抗が低減する。また、３５ｍｅＶ以下となることで抵抗が約一桁、２０ｍｅＶ以下とすることにより抵抗が約二桁低減する。但し、歪緩和効果、ドープ上限拡大効果なども含む。
【００６９】
ｐ型ＳｉＣの場合、キャリア発生に寄与するアクセプタ準位が１５０ｍｅＶ以下となることで、共ドープしない場合と比較して、抵抗が低減する。また、１００ｍｅＶ以下となることで抵抗が約一桁、４０ｍｅＶ以下とすることにより抵抗が約二桁低減する。但し、歪緩和効果、ドープ上限拡大効果なども含む。
【００７０】
Ａｌ濃度とＮ濃度とが一致した場合（Ｎ：Ａｌ＝１：１）には、浅い準位はあっても、キャリアが無いため、絶縁体になってしまう。Ａｌ濃度とＮ濃度の差分だけキャリアが存在することになる。低抵抗の半導体になるには、濃度差が必要となる。
【００７１】
Ｎ濃度がＡｌ濃度よりも多い場合（Ｎ濃度＞Ａｌ濃度）、相互作用によりＡｌ−Ｎペアが出来た余りのＮもまた、Ａｌ−Ｎペアの近傍のＣを置換することで安定化する。このため、浅いドナー準位が形成される。また、歪も緩和するので、３量体を形成しない場合よりもＮの濃度を増やすことが出来る。
【００７２】
図８は、ｎ型ＳｉＣの場合のＡｌとＮの濃度とシート抵抗の関係を示す図である。Ｎ濃度は、２×１０２０ｃｍ−３としている。単体でＮを導入した場合は、１×１０１９ｃｍ−３以上いれても、シート抵抗は低減できない。その値がおよそ３００Ω／□である。
【００７３】
Ｎ濃度：Ａｌ濃度が１：１から２：１になるまでは、歪が入らずに３量体ができ、浅いドナー準位に入っているキャリア電子数が増加する。したがって、シート抵抗が急激に低下する。
【００７４】
そして、２：１に達したとき、最大量のキャリアが使えるので、最もシート抵抗が低い状態となる。シート抵抗は、図８に示すように、１．５Ω／□程度まで低減できる。ｎ型ＳｉＣへのコンタクト抵抗も、Ｎ濃度：Ａｌ濃度＝２：１になるようにし、Ｎ濃度とＡｌ濃度の差分を１０２０ｃｍ−３から１０２２ｃｍ−３と増やすことで、１０−５Ωｃｍ３程度から、１０−７Ωｃｍ３程度まで低減可能である。
【００７５】
さらに、２：１よりＮ濃度の割合が上がると、Ｎ濃度：Ａｌ濃度＝２：１より過剰なＮにより、元の深いドナー準位が形成されることになる。そして、このドナー準位がキャリア電子を受け取ることになり、３量体によって形成された浅いドナー準位が空となってしまう。Ｎ濃度：Ａｌ濃度＝２：１よりずれた分のＮは、単体で導入された場合に近いので、歪の緩和が困難である。したがって、図８に示すように、シート抵抗が急激に増加していくことになる。
【００７６】
図８では、ｎ型不純物のＮ（窒素）を、Ａｌを共ドープしない場合に固溶限近傍まで入れた場合のシート抵抗（この場合は約３００Ω／□）を比較対象とし、Ｎ濃度：Ａｌ濃度＝２：１からずらした場合にどのようにシート抵抗の値が変化するかを示している。
【００７７】
３量体構造が出来たＡｌ濃度／Ｎ濃度＝０．５を中心に考えることにする。Ａｌ濃度／Ｎ濃度を０．４７以上、０．６０（８×１０１９ｃｍ−３以上のキャリアが１００％自由キャリアとなる）以下とした場合、つまり、ｎ型不純物に対し、ｐ型不純物を４７％〜６０％入れた場合、Ａｌを共ドープしない場合のシート抵抗に比較して２桁落ちのシート抵抗となり、非常に有効である。０．５未満では、浅い準位が減少し、かつ、歪が入るので、自由キャリア数が減り、０．４７程度で、８×１０１９ｃｍ−３相当のキャリアとなる。
【００７８】
そこから幅を両側に広げて、Ａｌ濃度／Ｎ濃度を０．４５以上、０．７５（５×１０１９ｃｍ−３以上のキャリアが１００％自由キャリアとなる）以下とした場合、すなわち、ＡｌをＮに対し４５％〜７５％入れた場合、２桁落ちからその３倍程度の大きさとなる。０．５未満では、浅い準位が減少し、かつ、歪が入るので、自由キャリア数が減り、０．４５程度で、５×１０１９ｃｍ−３相当のキャリアとなる。さらに幅を両側に広げて、Ａｌ濃度／Ｎ濃度を０．４０より大きく０．９５（１×１０１９ｃｍ−３以上のキャリアが１００％自由キャリアとなる）より小さくした場合、すなわち、ＡｌをＮに対し４０％〜９５％入れた場合、１桁落ちのシート抵抗となる。０．５未満では、浅い準位が減少し、かつ、歪が入るので、自由キャリア数が減り、０．４０程度で、１×１０１９ｃｍ−３相当のキャリアとなる。
【００７９】
ＡｌをＮに対し５０％以上入れた側の方が特性がよいのは、歪が十分に緩和するためである。１つのＡｌに対し２つのＮがクラスター化して３量体が形成された状態が５０％の状態である。５０％未満の場合、３量体が出来た状態に加え、更に余分なＮが存在することになる。つまり、３量体になれないＮがあるので、その分だけ歪が溜まることになる。３量体になれないＮは、単体で入ったのも同然であり、直ぐに歪の限界に達してしまう。こうして、Ａｌの量が５０％を割った場合は、歪が急激に発生して、格子欠陥が増加することになる。このため、歪が緩和できる５０％以上の場合に比較して、５０％未満の方が、シート抵抗が急激に悪化する。
【００８０】
なお、Ａｌ濃度／Ｎ濃度＝０．９９５で、キャリア数が共ドープしない場合とほぼ同等になる。２×１０２０ｃｍ−３の０．５％分の１×１０１８ｃｍ−３以上のキャリアが１００％自由キャリアとなるので、従来の窒素ドープのシート抵抗が実現可能となる。このため、シート抵抗が共ドープしない場合と、およそ一致することになる。また、Ａｌ濃度／Ｎ濃度＝０．３３、すなわち、Ｎ濃度：Ａｌ濃度＝３：１の場合、キャリア電子がすべて、３量体によって形成される浅いドナー準位ではなく、余剰のＮで形成される深いドナー準位に受け取られことになる。このため、シート抵抗が共ドープしない場合と、およそ一致することになる。したがって、共ドープにより抵抗が低減するのは、Ａｌ濃度／Ｎ濃度を０．３３より大きく０．９９５より小さくした場合、すなわち、ＡｌをＮに対し３３％〜９９．５％入れた場合となる。誤差も考えると、３３％より大きく、１００％未満と考えればよい。
【００８１】
Ａｌ濃度がＮ濃度よりも多い場合（Ａｌ濃度＞Ｎ濃度）、相互作用によりＡｌ−Ｎペアが出来た余りのＡｌもまた、Ａｌ−Ｎペアの近傍のＳｉを置換することで安定化する。このため、浅いアクセプタ準位が形成される。また、歪も緩和するので、３量体を形成しない場合よりもＡｌの濃度を増やすことが出来る。この場合も、Ｎ濃度＞Ａｌ濃度の場合と同様に考えればよい。
【００８２】
図９は、ｐ型ＳｉＣの場合のＮとＡｌの濃度とシート抵抗の関係を示す図である。Ａｌ濃度は、２×１０２０ｃｍ−３としている。
【００８３】
Ａｌ濃度：Ｎ濃度が１：１から２：１になるまでは、歪が入らずに３量体ができ、浅いアクセプタ準位に入っているキャリア正孔数が増加する。したがって、シート抵抗が低下する。
【００８４】
そして、２：１に達したとき、最大量のキャリアが使えるので、最もシート抵抗が低い状態となる。シート抵抗としては、図９に示すように、４０Ω／□程度まで低減できる。ｐ型ＳｉＣへのコンタクト抵抗も、Ａｌ濃度：Ｎ濃度＝２：１になるようにし、Ａｌ濃度とＮ濃度の差分を１０２０ｃｍ−３から１０２２ｃｍ−３と増やすことで１０−５Ωｃｍ３程度から、１０−７Ωｃｍ３程度まで低減可能である。
【００８５】
さらに、２：１よりＡｌ濃度の割合が上がると、Ａｌ濃度：Ｎ濃度＝２：１より過剰なＡｌにより、元の深いアクセプタ準位が形成されることになる。そして、このアクセプタ準位がキャリア正孔を受け取ることになり、３量体によって形成された浅いアクセプタ準位が電子で埋まってしまう。Ａｌ濃度：Ｎ濃度＝２：１よりずれた分のＡｌは、単体で導入された場合に近いので、歪の緩和が困難である。したがって、図９に示すように、シート抵抗が急激に増加していくことになる。
【００８６】
図９では、ｐ型不純物のＡｌ（アルミニウム）を、Ｎを共ドープしない場合に固溶限近傍まで入れた場合のシート抵抗（この場合は約１０ＫΩ／□）を比較対象とし、Ａｌ濃度：Ｎ濃度＝２：１からずらした場合にどのようにシート抵抗の値が変化するかを示している。
【００８７】
３量体構造が出来たＮ濃度／Ａｌ濃度＝０．５を中心に考えることにする。Ｎ濃度／Ａｌ濃度を０．４７以上、０．６０（８×１０１９ｃｍ−３以上のキャリアが１００％自由キャリアとなる）以下とした場合、つまり、ｐ型不純物に対し、ｎ型不純物を４７％〜６０％入れた場合、Ｎを共ドープしない場合のシート抵抗に比較して２桁落ちのシート抵抗となり、非常に有効である。０．５未満では、浅い準位が減少し、かつ、歪が入るので、自由キャリア数が減り、０．４７程度で、８×１０１９ｃｍ−３相当のキャリアとなる。
【００８８】
そこから幅を両側に広げて、Ｎ濃度／Ａｌ濃度を０．４５以上、０．７５（５×１０１９ｃｍ−３以上のキャリアが１００％自由キャリアとなる）以下とした場合、すなわち、ＮをＡｌに対し４５％〜７５％入れた場合、２桁落ちからその３倍程度の大きさとなる。０．５未満では、浅い準位が減少し、かつ、歪が入るので、自由キャリア数が減り、０．４５程度で、５×１０１９ｃｍ−３相当のキャリアとなる。さらに幅を広げて、Ｎ濃度／Ａｌ濃度を０．４０より大きく０．９５（１×１０１９ｃｍ−３以上のキャリアが１００％自由キャリアとなる）より小さくした場合、すなわち、ＮをＡｌに対し４０％〜９５％入れた場合、１桁落ちのシート抵抗となる。０．５未満では、浅い準位が減少し、かつ、歪が入るので、自由キャリア数が減り、０．４０程度で、１×１０１９ｃｍ−３相当のキャリアとなる。
【００８９】
ＮをＡｌに対して５０％以上入れた側の方が特性がよいのは、歪が緩和するためである。それに対し、Ｎが５０％未満の場合、１つのＮに対し２つのＡｌがクラスター化して３量体が形成された状態が５０％の状態であり、そこに更にＡｌが存在することになる。つまり、３量体になれないＡｌがあるので、その分だけ歪が溜まることになる。こうして、５０％を割った場合は、歪が急激に発生して、格子欠陥が増加することになる。このため、歪が緩和できる５０％以上の場合に比較して、５０％未満の場合の方が、シート抵抗が急激に悪化する。
【００９０】
なお、Ｎ濃度／Ａｌ濃度＝０．９９５で、キャリア数が共ドープしない場合とほぼ同等になる。２×１０２０ｃｍ−３の０．５％分の１×１０１８ｃｍ−３以上のキャリアが１００％自由キャリアとなるので、従来のＡｌドープのシート抵抗が実現可能となる。このため、シート抵抗が共ドープしない場合と、およそ一致することになる。また、Ｎ濃度／Ａｌ濃度＝０．３３、すなわちＡｌ濃度：Ｎ濃度＝３：１の場合、キャリア正孔がすべて、３量体によって形成される浅いアクセプタ準位ではなく、余剰のＡｌで形成される深いアクセプタ準位に受け取られことになる。このため、シート抵抗が共ドープしない場合と、およそ一致することになる。したがって、共ドープの抵抗低減効果が得られるのは、Ｎ濃度／Ａｌ濃度を０．３３より大きく０．９９５より小さくした場合、すなわち、ＮをＡｌに対し３３％〜９９．５％入れた場合となる。誤差も考えると、３３％より大きく、１００％未満と考えればよい。
【００９１】
共ドープしない場合には、１×１０１８ｃｍ−３以下の低濃度の不純物を使った低抵抗ＳｉＣ半導体材料は存在し難い。しかし、共ドープによれば、３量体を形成することで、浅い準位が形成され、キャリア数が増加する。したがって、少量の不純物でも低抵抗化が可能である。
【００９２】
以上のように、ｐ型不純物とｎ型不純物を適切な割合で共ドープすることにより、少なくとも２つの顕著な効果が得られることになる。
【００９３】
第一に、歪が緩和して、歪の少ないＳｉＣを形成可能である。共ドープしない場合に比べて、歪が少なくなり、欠陥が少なく、多くの不純物を導入することが可能になる。すなわち、不純物の固溶限を高くすることができる。したがって、シート抵抗が低減し、比抵抗が低減し、コンタクト抵抗が低減する。イオン注入法であれ、エピタキシャル成長法であれ、欠陥が少なくなるので、不純物の高ドーズ化が可能となる。
【００９４】
第二に、浅い準位を形成することが可能となる。共ドープしない場合と比較して、少ない不純物を用いるだけで、低抵抗な材料を作成することが可能になる。あるいは、同じ不純物量の場合に、桁違いに小さいシート抵抗が得られることになる。エピタキシャル成長にて形成可能な低ドーズの領域を考えた時、共ドープを用いない場合、高抵抗になってしまう。しかし、共ドープを使えば、低抵抗なＳｉＣを形成することが可能となる。これにより、より低オン抵抗のＳｉＣ半導体装置を製造することも可能となる。  
【００９５】
本実施形態のＭＰＳ１００ではｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８に、ｐ型不純物、例えばＡｌと、ｎ型不純物、例えばＮが共ドープされている。これにより、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗および比抵抗が低減される。さらに、第１のＳｉＣ領域１８と、第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が低減される。したがって、サージ耐量が向上し、信頼性の高いＭＰＳ１００が実現される。
【００９６】
また、３量体が形成されていることにより、結晶構造が安定して結晶欠陥が低減し、リーク電流が低減されたＭＰＳ１００が実現される。また、結晶欠陥が低減することによりオン抵抗も低減される。
【００９７】
第１のＳｉＣ領域１８に含有されるｐ型不純物の濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下であることが望ましい。この範囲を下回ると、特にイオン注入で共ドーピングを行う場合に、ｐ型不純物とｎ型不純物との相互作用が生じず、３量体が形成されにくいからである。また、この範囲を下回ると、第１のＳｉＣ領域１８と、第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が十分に低減せず、サージ耐量が低くなるおそれがあるからである。また、この範囲を超えてｐ型不純物を固溶させることは困難だからである。
【００９８】
第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗と、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗とを十分低減し、サージ耐量を安定させる観点から、第１のＳｉＣ領域１８に含有されるｐ型不純物の濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上であることがより望ましい。また、第１のＳｉＣ領域１８と、ＳｉＣ層１４との間のリーク電流を抑制する観点から、ｐ型不純物の濃度は１×１０２１ｃｍ−３以下であることがより望ましい。
【００９９】
第１のＳｉＣ領域１８のｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗と、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗とを十分低減させる観点から、元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比は、０．３３より大きく１．０より小さい。また、元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が、０．４０より大きく０．９５より小さいことが望ましい。また、０．４５以上０．７５以下であることがより望ましい。さらに、０．４７以上０．６０以下であることが一層望ましい。
【０１００】
元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比は、例えば、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により、元素Ａ、元素Ｄそれぞれの濃度を求めることで算出可能である。
【０１０１】
第１のＳｉＣ領域１８のｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、シート抵抗または比抵抗、コンタクト抵抗を低減する観点から、元素Ａのキャリア発生に寄与するアクセプタ準位が１５０ｍｅＶ以下であることが望ましい。また、１００ｍｅＶ以下であることがより望ましく、４０ｍｅＶ以下であることが一層望ましい。
【０１０２】
元素Ａのアクセプタ準位は、例えば、第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗、あるいは第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗の活性化エネルギーを測定することで求めることが可能である。
【０１０３】
第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗と、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗とを十分低減し、サージ耐量の十分な安定を実現させる観点から、ｐ型不純物とｎ型不純物の大部分が３量体を形成することが望ましい。したがって、元素Ｄの９０％以上が元素Ａの最近接の格子位置にあることが望ましい。元素Ｄの９０％以上が元素Ａの最近接の格子位置にあれば、ｐ型不純物とｎ型不純物の大部分（３量体を形成し得るうちの９０％以上）が３量体を形成しているとみなすことができる。  
【０１０４】
元素Ｄのうち、元素Ａの最近接の格子位置にある元素の割合は、例えば、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で、元素Ａと元素Ｄとの結合状態を分析することにより求めることが可能である。
【０１０５】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について図１を参照しつつ説明する。
【０１０６】
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８の形成以外は、公知のＭＰＳの製造方法と同様である。
【０１０７】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ中にｐ型不純物とｎ型不純物とをイオン注入してｐ型ＳｉＣ領域を形成する。そして、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせである。そして、上記組み合わせを構成する元素Ｄのドーズ量の元素Ａのドーズ量に対する比が、０．３３より大きく１．０より小さい。また、ｎ型不純物をイオン注入する際のプロジェクテッドレンジ（Ｒｐ）が、ｐ型不純物をイオン注入する際のプロジェクテッドレンジ（Ｒｐ）に対し９０％以上１１０％以下の範囲にある。さらに、ｐ型ＳｉＣ領域の上記組み合わせを構成する元素Ａの濃度を１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下とする。
【０１０８】
まず、ｎ型不純物としてＰ（リン）またはＮ（窒素）を、例えば、不純物濃度５×１０１８ｃｍ−３程度含み、例えば、厚さ３００μｍであり、４Ｈ−ＳｉＣの低抵抗のｎ型のＳｉＣ基板１２を準備する。
【０１０９】
次に、ＳｉＣ基板１２の一方の面上にエピタキシャル成長法により、ｎ型不純物として、例えば、Ｎを不純物濃度１×１０１６ｃｍ−３程度含み、厚さが１０μｍ程度の高抵抗のｎ−ＳｉＣ層１４をエピタキシャル成長させる。
【０１１０】
その後、イオン注入マスクを用いて、ｐ型不純物であるＡｌをｎ−ＳｉＣ層１４にイオン注入し、第１のＳｉＣ領域１８を形成する。そして、同一のイオン注入マスクを用いて、第１のＳｉＣ領域１８にｎ型不純物であるＮをイオン注入する。
【０１１１】
このように、ｐ型不純物とｎ型不純物とをイオン注入により共ドープして第１のＳｉＣ領域１８を形成する。ここでは、ｐ型不純物としてＡｌ、ｎ型不純物としてＮを例示したが、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせである。
【０１１２】
また、第１のＳｉＣ領域１８のｐ型不純物とｎ型不純物とが相互作用して、３量体が形成されるためには、イオン注入後のｐ型不純物の分布とｎ型不純物の分布とが、膜厚方向の各位置に於いて、一定割合を掛けたものが略一致することが望ましい。つまり、各位置において、ｐ型不純物とｎ型不純物とが、一定の割合（例えばＡｌ量：Ｎ量＝２：１）になるように注入条件を見積もる。
【０１１３】
このため、ｎ型不純物をイオン注入する際のプロジェクテッドレンジ（Ｒｐ）が、ｐ型不純物をイオン注入する際のプロジェクテッドレンジ（Ｒｐ）に対し、９０％以上１１０％以下の範囲にあるようにする。そして、９５％以上１０５％以下の範囲にあることがより望ましい。
【０１１４】
ＳｉＣ中での不純物の拡散長はＳｉ中等と比較して小さい。したがって、ｐ型不純物とｎ型不純物の双方のプロジェクテッドレンジ（Ｒｐ）を変えて、複数のプロジェクテッドレンジ（Ｒｐ）で多段階に分割したイオン注入を行い、ｐウェルコンタクト領域２０を形成してもかまわない。これにより、深さ方向の不純物濃度分布がより均一なｐウェルコンタクト領域２０を形成することが可能となる。
【０１１５】
また、第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗を低減する観点から、ｎ型不純物であるＮのドーズ量の、ｐ型不純物であるＡｌのドーズ量に対する比は、０．３３より大きく１．０より小さい。
【０１１６】
また、ｐ型不純物とｎ型不純物の相互作用により、第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗を低減する観点から、ｐ型不純物であるＡｌの濃度が、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下となるようイオン注入時のドーズ量を制御する。
【０１１７】
その後、ｐ型不純物とｎ型不純物とをイオン注入により共ドープして第１のＳｉＣ領域１８を形成した後、活性化のためのアニールを行う。このアニールは、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１６００℃、加熱時間３０分といった条件が用いられる。この時、ＳｉＣ内部に導入された不純物の活性化は実現できるが、拡散は僅かである。
【０１１８】
その後、ＳｉＣ層１４上に、例えば、ＳｉＯ２膜の層間絶縁膜２２が形成される。その後、ＳｉＣ層１４および第１のＳｉＣ領域１８上に導電性の第１の電極（アノード電極）２４が形成される。第１の電極２４は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）のスパッタにより形成される。
【０１１９】
ＳｉＣ基板１２の第２の面側に、導電性の第２の電極（カソード電極）２６が形成される。第２の電極２６は、例えば、Ｎｉのスパッタにより形成される。
【０１２０】
その後、第１の電極２４と第２の電極２６のコンタクト抵抗を低減するために、低温でのアニールが行われる。アニールは、例えば、アルゴンガス雰囲気で、４００℃で行われる。
【０１２１】
以上の製造方法により、図１に示すＭＰＳ１００が形成される。
【０１２２】
本実施形態の製造方法によれば、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８に、ｐ型不純物、例えばＡｌと、ｎ型不純物、例えばＮが共ドープされる。したがって、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗が低減される。また、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が低減される。よって、サージ耐量が向上し、信頼性の高いＭＰＳ１００を製造することが可能である。
【０１２３】
例えば、ダイオードが逆方向→順方向→逆方向とスイッチングする際に、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が高いと、第１のＳｉＣ領域１８から伸びる空乏層の形成、消滅がスイッチングに追随しないおそれがある。この場合、ダイオードに意図せぬ高い逆方向電圧が印加されてサージ電流が生ずることにより、素子が破壊すおそれがある。本実施形態によれば、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が低くなることにより、第１のＳｉＣ領域１８に十分なキャリアが注入されることで、空乏層の形成、消滅のスイッチングに対する追随性が向上する。よって、サージ耐量が向上する。
【０１２４】
また、例えば、ダイオードに予期せぬ順方向の高電圧が印加された場合であっても、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が低くなることにより、ダイオードに流せる順方向の電流が増加する。したがって、素子の破壊が抑制され、サージ耐量が向上する。
【０１２５】
また、ｐ型不純物とｎ型不純物との共ドープにより、各不純物が格子点に入りやすくなる。このため、活性化アニールの温度を、共ドープしない場合に比較して低温化することが可能となる。
【０１２６】
また、３量体やペア構造の形成により結晶構造が安定化し、イオン注入時に形成された結晶欠陥がＳｉＣ中に伸びることに起因する特性劣化を抑制することも可能となる。
【０１２７】
（第１の実施形態の変形例）
図１０は、本実施形態の変形例の半導体装置の模式断面図である。第１の電極２４が、異なる材料で形成されるオーミック電極２４ａとショットキー電極２４ｂで構成されること以外は第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記載を省略する。
【０１２８】
本変形例のＭＰＳ１５０は、オーミック電極２４ａが、少なくともｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８の一部に接触し、第１のＳｉＣ領域１８とオーミック接続している。オーミック電極２４ａは、例えば、Ｔｉ（チタン）で形成される。
【０１２９】
また、ショットキー電極２４ｂは、ｎ型のＳｉＣ層１４に接触し、ｎ型のＳｉＣ層１４とショットキー接続している。ショットキー電極２４ｂは、例えば、Ｎｉ（ニッケル）で形成される。
【０１３０】
本変形例は、第１の電極２４を異なる２つの電極で構成することにより、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８に対する第１の電極のオーミック特性を向上させることが容易となる。したがって、さらにサージ耐量の向上した半導体装置を提供することができる。
【０１３１】
（第２の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、ＳｉＣ層の表面に形成され、ｐ型不純物とｎ型不純物を含有し、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせであり、組み合わせを構成する元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、組み合わせを構成する元素Ａの濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下で、元素Ａの濃度が第１のＳｉＣ領域よりも低いｐ型の第２のＳｉＣ領域を、さらに備えること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【０１３２】
図１１は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。図１２は、本実施形態の半導体装置の模式平面図である。図１１は、図１２のＡＡ断面を示す。本実施形態の半導体装置は、ＭＰＳとＪＢＳの複合ダイオードである。
【０１３３】
この複合ダイオード２００は、第１と第２の面を備えるＳｉＣ基板（炭化珪素基板）１２を備えている。図１１においては、第１の面とは図の上側の面であり、第２の面とは図の下側の面である。このＳｉＣ基板１２は、例えば、不純物濃度１×１０１８以上１×１０１９ｃｍ−３以下の、例えばＮ（窒素）をｎ型不純物として含む４Ｈ−ＳｉＣのＳｉＣ基板（ｎ＋基板）である。
【０１３４】
このＳｉＣ基板１２の第１の面上には、例えば、ｎ型不純物の不純物濃度５×１０１５以上２×１０１６ｃｍ−３以下のｎ型のＳｉＣ層（ｎ−ＳｉＣ層）１４が形成されている。ｎ−ＳｉＣ層１４の膜厚は、例えば５〜５０μｍ程度である。ｎ−ＳｉＣ層の不純物濃度は上記範囲内で一定値でもよいし、上記範囲内で濃度勾配があってもよい。また、ｎ−ＳｉＣ層１４と基板の間にはさらに高い濃度の中間層があってもよい。
【０１３５】
ｎ−ＳｉＣ層１４の一部表面には、例えば、ｐ型不純物の不純物濃度が１×１０１８以上１×１０２１ｃｍ−３以下のｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８が形成されている。第１のＳｉＣ領域１８の深さは、例えば０．６μｍ程度である。
【０１３６】
第１のＳｉＣ領域１８は、ＭＰＳ２００に順方向の高電圧が印加された際に、ｎ型のＳｉＣ層１４に小数キャリア注入を起こし、伝導度変調により抵抗を下げる。したがって、複合ダイオード２００のサージ耐量を向上させる機能を備える。
【０１３７】
ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８は、ｐ型不純物とｎ型不純物が共ドープされている。そして、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）との組み合わせ（第１の組み合わせ）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）との組み合わせ（第２の組み合わせ）の少なくとも一方の組み合わせであり、上記組み合わせを構成する元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、上記組み合わせを構成する元素Ａの濃度が、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である。
【０１３８】
さらに、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８に、第１のＳｉＣ領域１８領域よりも、ｐ型不純物濃度または上記元素Ａの濃度の低いｐ型の第２のＳｉＣ領域１９を備えている。ｐ型の第２のＳｉＣ領域１９は、ＭＰＳ２００に逆方向の電圧が印加されている時、第２のＳｉＣ領域１９に挟まれるｎ−型のＳｉＣ層を空乏化させ、逆方向のリーク電流を低減させる機能を備える。
【０１３９】
ｐ型の第２のＳｉＣ領域１９は、ｐ型不純物とｎ型不純物が共ドープされている。そして、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）との組み合わせ（第１の組み合わせ）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）との組み合わせ（第２の組み合わせ）の少なくとも一方の組み合わせであり、上記組み合わせを構成する元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、上記組み合わせを構成する元素Ａの濃度が、例えば、１×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下である。
【０１４０】
第１のＳｉＣ領域１８の外側には、接合終端構造２０が設けられる。接合終端構造２０は、ｐ型のＳｉＣ領域である。ｐ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１７以上１×１０２２ｃｍ−３以下である。接合終端構造２０は、接合終端部分での高電界を緩和し、安定した高耐圧の複合ダイオード２００を実現する。
【０１４１】
そして、ｎ−ＳｉＣ層１４の表面は、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２で覆われる。そして、絶縁膜２２の開口部に、ｎ−ＳｉＣ層１４、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８およびｐ型の第２のＳｉＣ領域１９上に、例えば、Ｎｉ（ニッケル）の第１の電極（アノード電極）２４が形成されている。第１の電極（アノード電極）２４は接合終端構造の一部表面にも接するよう形成されている。
【０１４２】
第１の電極（アノード電極）２４は、ｎ−ＳｉＣ層１４とｐ型の第２のＳｉＣ領域１９に対しショットキー接続している。第１の電極（アノード電極）２４は、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８に対しオーミック接続していることが望ましい。
【０１４３】
また、ｎ＋型の４Ｈ−ＳｉＣ基板１２下面には、例えば、Ｎｉの第２の電極（カソード電極）２６が形成されている。
【０１４４】
平面的には、図１２に示すように、最外周に環状の接合終端構造２０が設けられ、接合終端構造２０の内側に、環状の第１のＳｉＣ領域１８が設けられている。さらに、環状の第１のＳｉＣ領域１８の内部に、線状の第２のＳｉＣ領域１９が設けられる。線状の第２のＳｉＣ領域１９は両端が第１のＳｉＣ領域１８に接続される。接合終端構造２０に囲まれる領域が複合ダイオード２００の活性領域である。
【０１４５】
なお、第１のＳｉＣ領域１８、第２のＳｉＣ領域１９の構造は、各部分が安定して同電位になるように、図１２のように領域全体が接続される構造となることが望ましい。もっとも、必ずしも、図１２のような環状と線状の部分が組み合わせに限られるものでなく、複数の環状部分で構成されても、複数の線状部分で構成されても、複数の円形あるいは多角形の島状部分で構成されてもかまわない。
【０１４６】
本実施形態の複合ダイオード２００では、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８に、ｐ型不純物、例えばＡｌと、ｎ型不純物、例えばＮが共ドープされている。これにより、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗および比抵抗が低減される。さらに、第１のＳｉＣ領域１８と、第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が低減される。したがって、サージ耐量が向上し、信頼性の高い複合ダイオード２００が実現される。
【０１４７】
また、複合ダイオード２００では、ｐ型の第２のＳｉＣ領域１９にも、ｐ型不純物、例えばＡｌと、ｎ型不純物、例えばＮが共ドープされている。これにより、ｐ型の第２のＳｉＣ領域１９のシート抵抗および比抵抗が低減される。さらに、第２のＳｉＣ領域１９と、第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が低減される。したがって、第２のＳｉＣ領域１９が、逆方向リーク電流の抑制に加え、サージ耐量を向上させる効果も備える。したがって、より信頼性の高い複合ダイオード２００が実現される。
【０１４８】
また、ｐ＋型の第１のＳｉＣ領域１８およびｐ型の第２のＳｉＣ領域１９に、３量体が形成されていることにより、結晶構造が安定して結晶欠陥が低減し、リーク電流が低減された複合ダイオード２００が実現される。また、結晶欠陥が低減することによりオン抵抗も低減される。
【０１４９】
第２のＳｉＣ領域１９に含有されるｐ型不純物の濃度は、例えば、１×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であることが望ましい。この範囲を下回ると、第２のＳｉＣ領域１９と、第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が高くなりすぎる恐れがあるからである。さらに、特にイオン注入で共ドーピングを行う場合に、ｐ型不純物とｎ型不純物との相互作用が生じず、３量体が形成されないおそれがあるからである。
【０１５０】
また、この範囲を超えると、第２のＳｉＣ領域１９とＳｉＣ層１４との間の逆方向特性が劣化するおそれがあるからである。
【０１５１】
第２のＳｉＣ領域１９のｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、第２のＳｉＣ領域１９のシート抵抗または比抵抗と、第２のＳｉＣ領域１９と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗とを十分低減する観点から、元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比は、０．３３より大きく１．０より小さい。また、元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が、０．４０より大きく０．９５より小さいことが望ましい。また、０．４５以上０．７５以下であることがより望ましい。さらに、０．４７以上０．６０以下であることが一層望ましい。
【０１５２】
第２のＳｉＣ領域１９のｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、シート抵抗または比抵抗、コンタクト抵抗を低減する観点から、元素Ａのキャリア発生に寄与するアクセプタ準位が１５０ｍｅＶ以下であることが望ましい。また、１００ｍｅＶ以下であることがより望ましく、４０ｍｅＶ以下であることが一層望ましい。
【０１５３】
第２のＳｉＣ領域１９のシート抵抗または比抵抗と、第２のＳｉＣ領域１９と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗とを十分低減し、サージ耐量の十分な安定を実現させる観点から、ｐ型不純物とｎ型不純物の大部分が３量体を形成することが望ましい。したがって、元素Ｄの９０％以上が元素Ａの最近接の格子位置にあることが望ましい。元素Ｄの９０％以上が元素Ａの最近接の格子位置にあれば、ｐ型不純物とｎ型不純物の大部分（３量体を形成し得るうちの９０％以上）が３量体を形成しているとみなすことができる。  
【０１５４】
そして、本実施形態の複合ダイオード２００によれば、第１のＳｉＣ領域１８によるサージ耐量の向上と、第２のＳｉＣ領域１９による逆方向リーク電流の抑制を、それぞれ別個に最適化することが可能である。すなわち、それぞれの不純物領域の不純物濃度、領域幅、領域面積等のパラメータを独立に設定することが可能である。したがって、整流特性に優れた複合ダイオード２００が実現される。
【０１５５】
本実施形態の複合ダイオード２００は、第２のＳｉＣ領域１９にも、第１の実施形態で記述した共ドープのプロセスを適用することで製造することが可能である。
【０１５６】
（第３の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、第１のＳｉＣ領域の元素Ａの濃度が、１×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【０１５７】
図１３は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。図１４は、本実施形態の半導体装置の模式平面図である。図１３は、図１４のＡＡ断面を示す。本実施形態の半導体装置はＪＢＳである。
【０１５８】
このＪＢＳ３００は、第１と第２の面を備えるＳｉＣ基板（炭化珪素基板）１２を備えている。図１３においては、第１の面とは図の上側の面であり、第２の面とは図の下側の面である。このＳｉＣ基板１２は、例えば、不純物濃度１×１０１８以上１×１０１９ｃｍ−３以下の、例えばＮ（窒素）をｎ型不純物として含む４Ｈ−ＳｉＣのＳｉＣ基板（ｎ＋基板）である。
【０１５９】
このＳｉＣ基板１２の第１の面上には、例えば、ｎ型不純物の不純物濃度５×１０１５以上２×１０１６ｃｍ−３以下のｎ型のＳｉＣ層（ｎ−ＳｉＣ層）１４が形成されている。ｎ−ＳｉＣ層１４の膜厚は、例えば５〜５０μｍ程度である。
【０１６０】
ｎ−ＳｉＣ層１４の一部表面には、例えば、ｐ型不純物の不純物濃度が１×１０１７以上１×１０１８ｃｍ−３以下のｐ型の第１のＳｉＣ領域１８が形成されている。第１のＳｉＣ領域１８の深さは、例えば０．６μｍ程度である。
【０１６１】
第１のＳｉＣ領域１８は、ＪＢＳ３００に逆方向の電圧が印加された際に、第１のＳｉＣ領域１８に挟まれるｎ型のＳｉＣ層１４に、空乏層を伸ばす。これにより、ＪＢＳ３００の逆方向リーク電流を抑制する機能を備える。
【０１６２】
ｐ型の第１のＳｉＣ領域１８は、ｐ型不純物とｎ型不純物が共ドープされている。そして、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）との組み合わせ（第１の組み合わせ）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）との組み合わせ（第２の組み合わせ）の少なくとも一方の組み合わせであり、上記組み合わせを構成する元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が０．３３より大きく１．０より小さく、上記組み合わせを構成する元素Ａの濃度が、１×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下である。
【０１６３】
なお、本実施形態は、ｐ型不純物やｎ型不純物として上記例示した以外の元素が含有されることを排除するものではない。以下、元素ＡがＡｌ（アルミニウム）、元素ＤがＮ（窒素）である場合を例に説明する。
【０１６４】
第１のＳｉＣ領域１８の外側には、接合終端構造２０が設けられる。接合終端構造２０は、ｐ型のＳｉＣ領域である。ｐ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１７以上１×１０２２ｃｍ−３以下である。接合終端構造２０は、接合終端部分での高電界を緩和し、安定した高耐圧のＪＢＳを実現する。
【０１６５】
そして、ｎ−ＳｉＣ層１４の表面は、例えばシリコン酸化膜かるなる絶縁膜２２で覆われる。そして、絶縁膜２２の開口部に、ｎ−ＳｉＣ層１４とｐ型の第１のＳｉＣ領域１８上に、例えば、Ｎｉ（ニッケル）の第１の電極（アノード電極）２４が形成されている。第１の電極（アノード電極）２４は接合終端構造の一部表面にも接するよう形成されている。
【０１６６】
第１の電極（アノード電極）２４は、ｎ−ＳｉＣ層１４に対しショットキー接続している。また、第１の電極（アノード電極）２４は、ｐ型の第１のＳｉＣ領域１８に対しショットキー接続している。
【０１６７】
また、ｎ＋型の４Ｈ−ＳｉＣ基板１２下面には、例えば、Ｎｉの第２の電極（カソード電極）２６が形成されている。
【０１６８】
平面的には、図１４に示すように、最外周に環状の接合終端構造２０が設けられ、接合終端構造２０の内側に、環状と線状の部分が組み合わされた第１のＳｉＣ領域１８が設けられている。接合終端構造２０に囲まれる領域がＪＢＳ３００の活性領域である。
【０１６９】
なお、第１のＳｉＣ領域１８の構造は、各部分が安定して同電位になるように、図１４のように領域全体が接続される構造となることが望ましい。もっとも、必ずしも、図１４のような環状と線状の部分が組み合わせに限られるものでなく、複数の環状部分で構成されても、複数の線状部分で構成されても、複数の円形あるいは多角形の島状部分で構成されてもかまわない。
【０１７０】
本実施形態のＪＢＳ３００では、ｐ型の第１のＳｉＣ領域１８に、ｐ型不純物、例えばＡｌと、ｎ型不純物、例えばＮが共ドープされている。これにより、ｐ型の第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗および比抵抗が低減される。さらに、第１のＳｉＣ領域１８と、第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が低減される。したがって、第１のＳｉＣ領域１８が逆方向リーク電流の抑制に加え、サージ耐量を向上させる効果も備える。よって、信頼性の高いＪＢＳ３００が実現される。
【０１７１】
また、ｐ型の第１のＳｉＣ領域１８に、３量体が形成されていることにより、結晶構造が安定して結晶欠陥が低減し、リーク電流が低減されたＪＢＳ３００が実現される。また、結晶欠陥が低減することによりオン抵抗も低減される。
【０１７２】
第１のＳｉＣ領域１８に含有されるｐ型不純物の濃度は、例えば、１×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であることが望ましい。この範囲を下回ると、第１のＳｉＣ領域１８と、第１の電極２４との間のコンタクト抵抗が高くなりすぎる恐れがあるからである。さらに、特にイオン注入で共ドーピングを行う場合に、ｐ型不純物とｎ型不純物との相互作用が生じず、３量体が形成されないおそれがあるからである。
【０１７３】
また、この範囲を超えると、第１のＳｉＣ領域１８とＳｉＣ層１４との間のリーク電流が増大するおそれがあるからである。
【０１７４】
第１のＳｉＣ領域１８のｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗と、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗とを十分低減する観点から、元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比は、０．３３より大きく１．０より小さい。また、元素Ｄの濃度の元素Ａの濃度に対する比が、０．４０より大きく０．９５より小さいことが望ましい。また、０．４５以上０．７５以下であることがより望ましい。さらに、０．４７以上０．６０以下であることが一層望ましい。
【０１７５】
第１のＳｉＣ領域１８のｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、シート抵抗または比抵抗、コンタクト抵抗を低減する観点から、元素Ａのキャリア発生に寄与するアクセプタ準位が１５０ｍｅＶ以下であることが望ましい。また、１００ｍｅＶ以下であることがより望ましく、４０ｍｅＶ以下であることが一層望ましい。
【０１７６】
第１のＳｉＣ領域１８のシート抵抗または比抵抗と、第１のＳｉＣ領域１８と第１の電極２４との間のコンタクト抵抗とを十分低減し、サージ耐量の十分な安定を実現させる観点から、ｐ型不純物とｎ型不純物の大部分が３量体を形成することが望ましい。したがって、元素Ｄの９０％以上が元素Ａの最近接の格子位置にあることが望ましい。元素Ｄの９０％以上が元素Ａの最近接の格子位置にあれば、ｐ型不純物とｎ型不純物の大部分（３量体を形成し得るうちの９０％以上）が３量体を形成しているとみなすことができる。  
【０１７７】
以上、実施形態では、炭化珪素の結晶構造として４Ｈ−ＳｉＣの場合を例に説明したが、本発明は６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ等、その他の結晶構造の炭化珪素に適用することも可能である。
【０１７８】
また、実施形態では、ｐ型不純物とｎ型不純物の組み合わせとして、Ａｌ（アルミニウム）とＮ（窒素）の組み合わせの場合を例に説明したが、この組み合わせに限らず、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の組み合わせであれば、同様の効果を得ることが可能である。
【０１７９】
第１ないし第３の実施形態では、ｎ型のＳｉＣ基板を用いてダイオードを形成する場合を例に説明したが、ｎ型のＳｉＣ基板をｐ型のＳｉＣ基板にかえることでダイオードを形成してもかまわない。この場合、第１ないし第３の実施形態のＳｉＣ基板、ＳｉＣ層、ＳｉＣ領域の導電型をすべて入れ替えて構成すれば良い。
【０１８０】
ただし、ｎ型のＳｉＣに共ドープを適用する際の望ましい条件は、下記のようになる。
【０１８１】
すなわち、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａと元素Ｄとの組み合わせが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）またはＩｎ（インジウム）とＮ（窒素）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）の少なくとも一方の組み合わせである。さらに、上記組み合わせを構成する上記元素Ａの濃度の上記元素Ｄの濃度に対する比が０．４０より大きく０．９５より小さい。そして、上記組み合わせを構成する上記元素Ｄの濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下である。
【０１８２】
また、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ａの濃度の元素Ｄの濃度に対する比は、０．４０より大きく０．９５より小さい。また、元素Ａの濃度の元素Ｄの濃度に対する比が、０．４５以上０．７５以下が望ましい。さらに、０．４７以上０．６０以下であることがより望ましい。
【０１８３】
また、ｐ型不純物を元素Ａ、ｎ型不純物を元素Ｄとする場合に、元素Ｄのキャリア発生に寄与するドナー準位が４０ｍｅＶ以下であることが望ましい。また、３５ｍｅＶ以下であることがより望ましく、２０ｍｅＶ以下であることが一層望ましい。
【０１８４】
そして、ｐ型不純物とｎ型不純物の大部分が３量体を形成することが望ましい。したがって、元素Ａの９０％以上が元素Ｄの最近接の格子位置にあることが望ましい。元素Ａの９０％以上が元素Ｄの最近接の格子位置にあれば、ｐ型不純物とｎ型不純物の大部分（３量体を形成し得るうちの９０％以上）が３量体を形成しているとみなすことができる。  
【０１８５】
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。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換えまたは変更してもよい。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】
【０１８６】
１２      ＳｉＣ基板
１４      ＳｉＣ層
１８      第１のＳｉＣ領域
１９      第２のＳｉＣ領域
２４      第１の電極（アノード電極）
２６      第２の電極（カソード電極）
１００      ＭＰＳ
２００      複合ダイオード
３００      ＪＢＳ
【図１】
2014187115.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014187115.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014187115.tif 000015
【図１４】
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