(57)【要約】【課題】信頼性の高い炭化珪素半導体装置を作製することのできる炭化珪素積層体を提供する。【解決手段】炭化珪素積層体は、ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面１１Ａを有する炭化珪素単結晶基板１１と、主面１１Ａの上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層１２と、第１層１２の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層１３と、を有し、第１層１２は、不純物元素を含んでいるものであって、上面視において、高濃度領域１２１と低濃度領域１２２とが形成されており、高濃度領域１２１における不純物元素の濃度が２×１０１８ｃｍ−３以上であり、低濃度領域１２２における不純物元素の濃度が２×１０１８ｃｍ−３未満である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、
前記主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、
前記第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、
を有し、
前記第１層は、不純物元素を含んでいるものであって、上面視において、高濃度領域と低濃度領域とが形成されており、
前記高濃度領域における不純物元素の濃度が２×１０１８ｃｍ−３以上であり、
前記低濃度領域における不純物元素の濃度が２×１０１８ｃｍ−３未満である炭化珪素積層体。
【請求項２】
前記高濃度領域は、複数のラインにより形成されている請求項１に記載の炭化珪素積層体。
【請求項３】
前記高濃度領域は、複数のドットにより形成されている請求項１に記載の炭化珪素積層体。
【請求項４】
前記低濃度領域は、複数のドットにより形成されている請求項１に記載の炭化珪素積層体。
【請求項５】
前記ラインの幅は、１μｍ以上５μｍ以下である請求項２に記載の炭化珪素積層体。
【請求項６】
前記ドットの大きさは、１μｍ以上５μｍ以下である請求項３または請求項４に記載の炭化珪素積層体。
【請求項７】
前記第１層は、上面視において、前記第１層における前記高濃度領域の割合は、１０％以上６０％以下である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の炭化珪素積層体。
【請求項８】
前記第１層は、上面視において、前記第１層における前記高濃度領域の割合は、４０％以上６０％以下である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の炭化珪素積層体。
【請求項９】
ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、
前記主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、
前記第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、
前記第２層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第３層と、
前記第３層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第４層と、
を有し、
ｎ型となる不純物元素の濃度は、前記第１層よりも前記第４層が低く、前記第２層よりも前記第３層が低いものであって、
前記第２層は、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記第１層及び前記第３層は、膜厚が０．５μｍ以上３μｍ以下である炭化珪素積層体。
【請求項１０】
ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、
前記主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、
前記第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、
前記第２層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第３層と、
前記第３層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第４層と、
を有し、
ｎ型となる不純物元素の濃度は、前記第３層よりも前記第１層が低く、前記第１層よりも前記第２層が低く、前記第２層よりも前記第４層が低いものであって、
前記第３層は、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記第１層は、膜厚が０．５μｍ以上３μｍ以下である炭化珪素積層体。
【請求項１１】
ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、
前記主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、
前記第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、
前記第２層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第３層と、
前記第３層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第４層と、
前記第４層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第５層と、
を有し、
ｎ型となる不純物元素の濃度は、前記第１層よりも前記第２層が低く、前記第２層よりも前記第５層が低く、前記第３層よりも前記第４層が低いものであって、
前記第３層は、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記第１層及び前記第４層は、膜厚が０．５μｍ以上３μｍ以下である炭化珪素積層体。
【請求項１２】
前記炭化珪素単結晶基板の径は１５０ｍｍ以上である請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の炭化珪素積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素積層体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素積層体は、炭化珪素単結晶基板の上に、不純物元素がドープされた炭化珪素エピタキシャル層をエピタキシャル成長により成膜することにより作製される。炭化珪素半導体装置は、このような炭化珪素積層体を用いて作製される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７０８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の目的は、信頼性の高い炭化珪素半導体装置を作製することのできる炭化珪素積層体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態の一観点によれば、炭化珪素積層体は、ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、を有する。第１層は、不純物元素を含んでいるものであって、上面視において、高濃度領域と低濃度領域とが形成されており、高濃度領域における不純物元素の濃度が２×１０１８ｃｍ−３以上であり、低濃度領域における不純物元素の濃度が２×１０１８ｃｍ−３未満である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、信頼性の高い炭化珪素半導体装置を作製することのできる炭化珪素積層体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は炭化珪素積層体を模式的に示す部分断面図である。
【図２】図２は炭化珪素半導体装置を模式的に示す部分断面図である。
【図３】図３は炭化珪素半導体装置に生じる積層欠陥の模式的な説明図（１）である。
【図４】図４は炭化珪素半導体装置に生じる積層欠陥の模式的な説明図（２）である。
【図５】図５は第１の実施形態に係る炭化珪素積層体を模式的に示す部分断面図である。
【図６】図６は第１の実施形態に係る炭化珪素積層体を模式的に示す部分斜視図である。
【図７】図７は第１の実施形態に係る炭化珪素積層体の変形例１を模式的に示す部分上面図である。
【図８】図８は第１の実施形態に係る炭化珪素積層体の変形例２を模式的に示す部分上面図である。
【図９】図９は第１の実施形態に係る炭化珪素積層体の変形例３を模式的に示す部分上面図である。
【図１０】図１０は第２の実施形態に係る炭化珪素積層体２１０を模式的に示す部分断面図である。
【図１１】図１１は第２の実施形態に係る炭化珪素積層体２２０を模式的に示す部分断面図である。
【図１２】図１２は第２の実施形態に係る炭化珪素積層体２３０を模式的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０００９】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。また本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。ここで結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に"−"（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現している。また、本開示のエピタキシャル成長は、ホモエピタキシャル成長である。
【００１０】
〔１〕  本開示の一態様に係る炭化珪素積層体は、ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、前記主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、前記第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、を有し、前記第１層は、不純物元素を含んでいるものであって、上面視において、高濃度領域と低濃度領域とが形成されており、前記高濃度領域における不純物元素の濃度が２×１０１８ｃｍ−３以上であり、前記低濃度領域における不純物元素の濃度が２×１０１８ｃｍ−３未満である。
【００１１】
炭化珪素単結晶基板の上に炭化珪素エピタキシャル層が形成された炭化珪素積層体を用いて作製された炭化珪素半導体装置は、炭化珪素単結晶基板内に存在している基底面転位にホールが衝突すると、積層欠陥が生成される場合がある。このような積層欠陥は、炭化珪素半導体装置における電気的特性を低下させ、炭化珪素半導体装置の信頼性の低下を招く場合がある。
【００１２】
本願発明者は、研究の結果、炭化珪素単結晶基板の上に炭化珪素エピタキシャル層となる第１層と第２層を形成し、この第１層に上面視において不純物濃度の高い高濃度領域と不純物濃度の低い低濃度領域とを形成することに想到した。これにより、第１層における高濃度領域では、侵入したホールと電子との再結合を促進させることができ、高濃度領域が形成されている領域に対応する領域の炭化珪素単結晶基板へのホールの侵入を抑制することができる。このように、高濃度領域が形成されている領域に対応する領域の炭化珪素単結晶基板へのホールの侵入を抑制することにより、炭化珪素単結晶基板に侵入するホールの割合を全体的に減らすことができ、積層欠陥が生成される確率を減らすことができる。このような炭化珪素積層体を用いて半導体装置を製造することにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００１３】
〔２〕  前記高濃度領域は、複数のラインにより形成されている。
【００１４】
〔３〕  前記高濃度領域は、複数のドットにより形成されている。
【００１５】
〔４〕  前記低濃度領域は、複数のドットにより形成されている。
【００１６】
〔５〕  前記ラインの幅は、１μｍ以上５μｍ以下である。
【００１７】
〔６〕  前記ドットの大きさは、１μｍ以上５μｍ以下である。
【００１８】
〔７〕  前記第１層は、上面視において、前記第１層における前記高濃度領域の割合は、１０％以上６０％以下である。
【００１９】
〔８〕  前記第１層は、上面視において、前記第１層における前記高濃度領域の割合は、４０％以上６０％以下である。
【００２０】
〔９〕  また、本開示の他の一態様に係る炭化珪素積層体は、ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、前記主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、前記第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、前記第２層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第３層と、前記第３層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第４層と、を有し、ｎ型となる不純物元素の濃度は、前記第１層よりも前記第４層が低く、前記第２層よりも前記第３層が低いものであって、前記第２層は、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第１層及び前記第３層は、膜厚が０．５μｍ以上３μｍ以下である。
【００２１】
〔１０〕  また、本開示の他の一態様に係る炭化珪素積層体は、ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、前記主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、前記第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、前記第２層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第３層と、前記第３層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第４層と、を有し、ｎ型となる不純物元素の濃度は、前記第３層よりも前記第１層が低く、前記第１層よりも前記第２層が低く、前記第２層よりも前記第４層が低いものであって、前記第３層は、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第１層は、膜厚が０．５μｍ以上３μｍ以下である。
【００２２】
〔１１〕  また、本開示の他の一態様に係る炭化珪素積層体は、ポリタイプが４Ｈであり、{０００１}面から＜１１−２０＞方位に０°を超え６°以下傾斜した主面を有する炭化珪素単結晶基板と、前記主面の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第１層と、前記第１層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第２層と、前記第２層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第３層と、前記第３層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第４層と、前記第４層の上に、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素により形成された第５層と、を有し、ｎ型となる不純物元素の濃度は、前記第１層よりも前記第２層が低く、前記第２層よりも前記第５層が低く、前記第３層よりも前記第４層が低いものであって、前記第３層は、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第１層及び前記第４層は、膜厚が０．５μｍ以上３μｍ以下である。
【００２３】
また、本願発明者は、研究の結果、炭化珪素単結晶基板の上に炭化珪素エピタキシャル層を複数の層により形成した炭化珪素積層体において、複数の層における不純物の濃度と膜厚を所定の範囲とすることに想到した。これにより、積層欠陥の発生を抑制すると同時に、基底面転位の数を減らすことができる。このような炭化珪素積層体を用いて半導体装置を製造することにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００２４】
〔１２〕  前記炭化珪素単結晶基板の径は１５０ｍｍ以上である。
【００２５】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
（炭化珪素積層体及び炭化珪素半導体装置における基底面転位と積層欠陥）
図１は、炭化珪素積層体１０の構造の一例を示す断面図である。この炭化珪素積層体１０は、所定の結晶面からオフ角θだけ傾斜した主面１１Ａを有する炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１の主面１１Ａ上に形成された第１層１２、第２層１３と、を備える。所定の結晶面は、（０００１）面または（０００−１）面が好ましい。炭化珪素積層体１０においては、第２層１３の上面が表面１３Ａとなる。
【００２７】
尚、炭化珪素単結晶基板１１における炭化珪素のポリタイプは４Ｈである。４Ｈのポリタイプの炭化珪素は、電子移動度、絶縁破壊電界強度等が、他のポリタイプよりも優れているからである。炭化珪素単結晶基板１１の径は、１５０ｍｍ以上（たとえば６インチ以上）である。径が大きい程、半導体装置の製造コスト削減に有利であるからである。炭化珪素単結晶基板１１は、主面１１Ａが｛０００１｝面に対し、＜１１−２０＞方位に４°のオフ角θで傾斜している。尚、本実施形態においては、オフ角θは、０°を越え、６°以下であってもよい。
【００２８】
炭化珪素単結晶基板１１は、炭化珪素の単結晶により形成されているが基底面転位を含んでいる。炭化珪素単結晶基板１１の上に第２層１３を直接成長させた場合には、炭化珪素単結晶基板１１に含まれている基底面転位を含んだ状態のまま結晶成長する。このような基底面転位が第２層１３に含まれている状態で、第２層１３を加工して炭化珪素半導体装置を製造した場合、良好な特性が得ることができず、歩留まりの低下等を招いてしまう。
【００２９】
このため、図１に示されるように、炭化珪素単結晶基板１１の上に、炭化珪素をエピタキシャル成長により第１層１２を形成し、第１層１２の上に第２層１３を形成した炭化珪素積層体１０が用いられている。第１層１２は、炭化珪素により形成されているが、第２層１３とは異なる成長条件により形成されており、第１層１２において、基底面転位の多くを半導体装置を形成した場合に影響を与えない刃状転位に転換されている。このように、第１層１２において、基底面転位を刃状転位に転換することにより、第１層１２の上に形成される第２層１３に含まれる基底面転位の密度を減らすことができる。これにより、半導体装置を作製した場合に、半導体装置の特性を良好にするとともに、歩留まりの向上を図っている。
【００３０】
第２層１３には、ｎ型であり、ｎ型となる不純物元素がドープされている。このような炭化珪素積層体１０を用いて、図２に示されるような炭化珪素半導体装置を作製することができる。
【００３１】
具体的には、炭化珪素積層体１０の第２層１３に、表面１３Ａ側よりｐ型となる不純物元素をイオン注入することによりｐ領域３２を形成する。更に、ｐ領域３２の浅い領域にｎ型となる不純物元素をイオン注入することによりｎ領域３３を形成し、ｎ領域３３の隣にｐ型となる不純物元素をイオン注入することによりｐ＋領域３４を形成する。尚、第２層１３において、ｐ領域３２、ｎ領域３３、ｐ＋領域３４が形成されていない領域は、ｎ領域３１となる。
【００３２】
炭化珪素積層体１０の表面１３Ａにおけるｎ領域３１、ｐ領域３２、ｎ領域３３の一部の上には、絶縁膜３６が形成されており、絶縁膜３６の上には、ゲート電極４１が形成されている。また、表面１３Ａにおいて絶縁膜３６が形成されていないｎ領域３３の他の一部及びｐ＋領域３４の上にはソース電極４２が形成されている。炭化珪素単結晶基板１１において主面１１Ａとは反対側の主面である裏面１１Ｂにはドレイン電極４３が形成されている。
【００３３】
図２に示されるような炭化珪素半導体装置は、通常はトランジスタとして動作をさせるが、ダイオードとして使用するため、ソース電極４２に正の電圧を印加し、ドレイン電極４３に負の電圧を印加する場合がある。この場合、ソース電極４２に正の電圧を印加することにより生じたホールは、ドレイン電極４３に向かって進むが、このホールが、基底面転位に衝突すると、そこから積層欠陥が生じることが、発明者の検討の結果、知見として得られている。
【００３４】
即ち、図２に示される半導体装置においては、実際には、図３に示されるように、炭化珪素単結晶基板１１に、基底面転位ＢＰＤが存在しているが、第１層１２を形成することにより、基底面転位ＢＰＤが刃状転位ＴＥＤに転換されている。このような刃状転位ＴＥＤは、前述したように、炭化珪素半導体装置において、殆ど特性に影響を与えることはない。このような炭化珪素半導体装置をボディダイオードとして用いる場合には、ソース電極４２を正、ドレイン電極４３に負となる電圧を印加する。これにより、ソース電極４２側からドレイン電極４３側に向かってホールが流れるが、このホールが炭化珪素単結晶基板１１に侵入し、炭化珪素単結晶基板１１における基底面転位ＢＰＤと衝突し、そこで電子と再結合する場合がある。このような再結合が生じると、その再結合のエネルギにより、図４に示されるように、基底面転位ＢＰＤから積層欠陥ＳＦが生じ、第２層１３に広がる。
【００３５】
即ち、炭化珪素積層体１０においては、炭化珪素単結晶基板１１には基底面転位が存在しているが、第１層１２を形成することにより、第１層１２の上に形成された第２層１３に含まれる基底面転位を減らすことができる。
【００３６】
しかしながら、炭化珪素単結晶基板１１には、第２層１３よりも多くの基底面転位を含まれている。このため、炭化珪素単結晶基板１１に存在している基底面転位にホールが衝突した場合、炭化珪素単結晶基板１１に存在している基底面転位より、積層欠陥が発生する。このように発生した積層欠陥は、第１層１２及び第２層１３における結晶まで延び、第２層１３に積層欠陥が広がる。従って、炭化珪素半導体装置をダイオードとして使用することにより、第２層１３の積層欠陥が増加し、このように第２層１３において積層欠陥が増加すると、半導体装置の特性が低下し、半導体装置の寿命が短くなり、信頼性の低下を招く。
【００３７】
本実施形態における炭化珪素積層体は、上記のような発明者が得た知見に基づくものである。
【００３８】
〔第１の実施形態〕
次に、第１の実施形態における炭化珪素積層体について説明する。図５に示されるように、本実施形態における炭化珪素積層体１１０は、炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１の主面１１Ａ上に形成された第１層１２０、第１層１２０の上に形成された第２層１３を有する。尚、炭化珪素単結晶基板１１は、所定の結晶面からオフ角θだけ傾斜した主面１１Ａを有している。
【００３９】
炭化珪素単結晶基板１１、第１層１２０、第２層１３における炭化珪素のポリタイプは４Ｈである。炭化珪素単結晶基板１１の径は、１５０ｍｍ以上（たとえば６インチ以上）である。炭化珪素単結晶基板１１は、主面１１Ａが｛０００１｝面に対し、＜１１−２０＞方位に４°のオフ角θで傾斜している。尚、本実施形態においては、オフ角θは、０°を越え、６°以下であってもよい。
【００４０】
本実施形態においては、第１層１２０は、炭化珪素積層体１１０を上面視した場合に、ｎ型となる不純物元素の濃度の高い高濃度領域１２１と、高濃度領域１２１よりも不純物元素の濃度の低い低濃度領域１２２とにより形成されている。ｎ型となる不純物元素としては、窒素（Ｎ）が用いられており、高濃度領域１２１においては、不純物元素の濃度は２×１０１８ｃｍ−３以上２×１０１９ｃｍ−３以下であり、低濃度領域１２２においては、不純物元素の濃度は約１×１０１８ｃｍ−３である。従って、高濃度領域１２１における不純物元素の濃度は２×１０１８ｃｍ−３以上であり、低濃度領域１２２における不純物元素の濃度は２×１０１８ｃｍ−３未満となるように形成されている。
【００４１】
本実施形態においては、図６に示されるように、第１層１２０は高濃度領域１２１と低濃度領域１２２とがラインとなるストライプ状となるように形成されているものであってもよい。尚、図６は、炭化珪素単結晶基板１１の主面１１Ａ上に第１層１２０が形成されている状態の斜視図である。この場合、高濃度領域１２１及び低濃度領域１２２におけるストライプの幅は、１μｍ以上５μｍ以下が好ましい。
【００４２】
また、図７や図８に示されるように、高濃度領域１２１がドット状に形成されており、低濃度領域１２２が高濃度領域１２１の周囲を囲むように形成されたものであってもよい。図７に示す場合では、高濃度領域１２１となるドットが直交する２方向に略等間隔に２次元状に配列されている構造のものであり、この場合には、低濃度領域１２２が格子状に形成される。図８に示す場合では、高濃度領域１２１となるドットが一方の方向に等間隔に配列されており、これらの隣り合うもの同士のドットの周期が半周期ずれている構造のものである。
【００４３】
また、図９に示されるように、高濃度領域１２１を２次元の格子状に形成したものであってもよい。この場合には、ドット状に形成された低濃度領域１２２の周囲を高濃度領域１２１が囲んでいるとも考えることができる。尚、図７から図９は、炭化珪素単結晶基板１１の主面１１Ａ上に第１層１２０が形成されている状態のものを平面視した上面図である。高濃度領域１２１及び低濃度領域１２２のドットの大きさや、格子の幅は、１μｍ以上５μｍ以下が好ましい。
【００４４】
本実施形態においては、第１層１２０の高濃度領域１２１に侵入したホールは、高濃度領域１２１における電子と再結合し消滅するため、炭化珪素単結晶基板１１にホールが侵入することを防ぐことができる。従って、第１層１２０に侵入したホールのうち、低濃度領域１２２に侵入したホールのみが炭化珪素単結晶基板１１に侵入する。よって、炭化珪素単結晶基板１１に侵入するホールの割合を減らすことができ、これにより、ホールが基底面転位と衝突することにより生成される基底面転位の発生する割合を減らすことができ、半導体装置の寿命が長くなり、信頼性が向上する。
【００４５】
本実施形態においては、第１層１２０を上面視した場合における全体の面積に対する高濃度領域１２１の割合は、１０％以上６０％以下であることが好ましく、更には、４０％以上６０％以下であることが好ましい。
【００４６】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態における炭化珪素積層体について説明する。
【００４７】
（炭化珪素積層体２１０）
本実施形態における炭化珪素積層体は、図１０に示されるような炭化珪素積層体２１０であってもよい。炭化珪素積層体２１０は、炭化珪素単結晶基板１１の主面１１Ａ上に、炭化珪素のエピタキシャル成長により、第１層１２、第２層２１２、第３層２１３、第４層２１４が順に形成されている。
【００４８】
第１層１２は、基底面転位の多くを半導体装置を形成した場合に影響を与えない刃状転位に転換する層であり、膜厚は０．５μｍ以上３μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が５×１０１７ｃｍ−３以上２×１０１８ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００４９】
第２層２１２は、再結合層となるものであり、ｎ型となる不純物元素が高濃度にドープされており、第２層２１２に侵入したホールは、第２層２１２における電子と再結合して消滅し、炭化珪素単結晶基板１１へのホールの侵入が抑制される。これにより、炭化珪素単結晶基板１１において、基底面転位が生成される確率を減らすことができ、半導体装置の寿命が長くなり、信頼性を向上させることができる。第２層２１２は、膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が２×１０１８ｃｍ−３以上２×１０１９ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。尚、第２層２１２を形成することにより、刃状転位の一部が基底面転位に戻る場合がある。
【００５０】
第３層２１３は、基底面転位の多くを刃状転位に転換する層であり、第２層２１２において戻った基底面転位を刃状転位に転換する。第３層２１３は、膜厚は０．５μｍ以上３μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が５×１０１７ｃｍ−３以上２×１０１８ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００５１】
第４層２１４は、炭化珪素半導体装置のデバイス部が形成される層であり、第１の実施形態における第２層１３に相当する層である。第４層２１４は、ｎ型となる不純物元素が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１６ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００５２】
従って、図１０に示される炭化珪素積層体２１０においては、ｎ型となる不純物元素の濃度は、第１層１２よりも第４層２１４が低く、第２層２１２よりも第３層２１３が低い。即ち、ｎ型となる不純物元素の濃度は、第４層２１４＜第１層１２、第３層２１３＜第２層２１２の関係にある。
【００５３】
（炭化珪素積層体２２０）
本実施形態における炭化珪素積層体は、図１１に示されるような炭化珪素積層体２２０であってもよい。炭化珪素積層体２２０は、炭化珪素単結晶基板１１の主面１１Ａ上に、炭化珪素のエピタキシャル成長により、第１層１２、第２層２２２、第３層２２３、第４層２２４が順に形成されている。
【００５４】
第１層１２は、基底面転位の多くを半導体装置を形成した場合に影響を与えない刃状転位に転換する層であり、膜厚は０．５μｍ以上３μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が５×１０１７ｃｍ−３以上２×１０１８ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００５５】
第２層２２２は、基底面転位から転換された刃状転位を維持する層であり、膜厚は０．８μｍ以上２μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が１×１０１６ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００５６】
第３層２２３は、再結合層となるものであり、ｎ型となる不純物元素が高濃度にドープされており、第３層２２３に侵入したホールは、第３層２２３における電子と再結合して消滅し、炭化珪素単結晶基板１１へのホールの侵入が抑制される。これにより、炭化珪素単結晶基板１１において、基底面転位が生成される確率を減らすことができ、半導体装置の寿命が長くなり、信頼性を向上させることができる。第３層２２３は、膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が２×１０１８ｃｍ−３以上２×１０１９ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００５７】
第４層２２４は、炭化珪素半導体装置のデバイス部が形成される層であり、第１の実施形態における第２層１３に相当する層である。第４層２２４は、ｎ型となる不純物元素が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１６ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００５８】
従って、図１１に示される炭化珪素積層体２２０においては、ｎ型となる不純物元素の濃度は、第３層２２３よりも第１層１２が低く、第１層１２よりも第２層２２２が低く、第２層２２２よりも第４層２２４が低い。即ち、ｎ型となる不純物元素の濃度は、第４層２２４＜第２層２２２＜第１層１２＜第３層２２３の関係にある。
【００５９】
（炭化珪素積層体２３０）
本実施形態における炭化珪素積層体は、図１２に示されるような炭化珪素積層体２３０であってもよい。炭化珪素積層体２３０は、炭化珪素単結晶基板１１の主面１１Ａ上に、炭化珪素のエピタキシャル成長により、第１層１２、第２層２３２、第３層２３３、第４層２３４、第５層２３５が順に形成されている。
【００６０】
第１層１２は、基底面転位の多くを半導体装置を形成した場合に影響を与えない刃状転位に転換する層であり、膜厚は０．５μｍ以上３μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が５×１０１７ｃｍ−３以上２×１０１８ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００６１】
第２層２３２は、基底面転位から転換された刃状転位を維持する層であり、膜厚は０．８μｍ以上２μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が１×１０１６ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００６２】
第３層２３３は、再結合層となるものであり、ｎ型となる不純物元素が高濃度にドープされており、第３層２３３に侵入したホールは、第３層２３３における電子と再結合して消滅し、炭化珪素単結晶基板１１へのホールの侵入が抑制される。これにより、炭化珪素単結晶基板１１において、基底面転位が生成される確率を減らすことができ、半導体装置の寿命が長くなり、信頼性を向上させることができる。第３層２３３は、膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が２×１０１８ｃｍ−３以上２×１０１９ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。尚、第３層２３３を形成することにより、刃状転位の一部が基底面転位に戻る場合がある。
【００６３】
第４層２３４は、基底面転位の多くを刃状転位に転換する層であり、第３層２３３において、戻った基底面転位を刃状転位に転換する。第４層２３４は、膜厚は０．５μｍ以上３μｍ以下、ｎ型となる不純物元素が５×１０１７ｃｍ−３以上２×１０１８ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００６４】
第５層２３５は、炭化珪素半導体装置のデバイス部が形成される層であり、第１の実施形態における第２層１３に相当する層である。第５層２３５は、ｎ型となる不純物元素が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１６ｃｍ−３以下の濃度でドープされている。
【００６５】
従って、図１２に示される炭化珪素積層体２３０においては、ｎ型となる不純物元素の濃度は、第１層１２よりも第２層２３２が低く、第２層２３２よりも第５層２３５が低く、第３層２３３よりも第４層２３４が低い。即ち、ｎ型となる不純物元素の濃度は、第５層２３５＜第２層２３２＜第１層１２、第４層２３４＜第３層２３３の関係にある。
【００６６】
本実施形態における炭化珪素積層体では、ホールと電子の再結合を促進する再結合層を設けることにより、電子とホールの再結合が促進され、積層欠陥の発生を抑制することができる。尚、このように形成された再結合層の最表層には基底面転位が存在する場合があるが、炭化珪素積層体２１０、２３０のように、再結合層の上に基底面転位を刃状転位に転換する層を形成することにより、基底面転位を減らすことができる。
【００６７】
従って、上記において説明した３種類の炭化珪素積層体では、最表面における基底面転位が少ない順に、炭化珪素積層体２３０、炭化珪素積層体２１０、炭化珪素積層体２２０となる。
【００６８】
以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０        炭化珪素積層体
１１        炭化珪素単結晶基板
１１Ａ      主面
１１Ｂ      裏面
１２        第１層
１３        第２層
１３Ａ      表面
１２０      第１層
１２１      高濃度領域
１２２      低濃度領域
２１０      炭化珪素積層体
２１２      第２層
２１３      第３層
２１４      第４層
２２０      炭化珪素積層体
２２２      第２層
２２３      第３層
２２４      第４層
２３０      炭化珪素積層体
２３２      第２層
２３３      第３層
２３４      第４層
２３５      第５層
【図１】
2019160916.tif 000003
【図２】
2019160916.tif 000004
【図３】
2019160916.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019160916.tif 000009
【図８】
2019160916.tif 000010
【図９】
2019160916.tif 000011
【図１０】
2019160916.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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