(57)【要約】【課題】温度の変化に対して安定した特性を得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】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、を含む。前記第１半導体領域は、炭化珪素を含む。前記第１半導体領域の導電形は、第１導電形である。前記第２半導体領域は、炭化珪素を含む。前記第２半導体領域の導電形は、第２導電形である。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３半導体領域は、炭化珪素を含む。前記第３半導体領域の導電形は、第２導電形である。前記第３半導体領域は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられる。前記前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とを結ぶ方向にみて、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域とが重なる領域の面積は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とが重なる領域の面積よりも狭い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素を含む第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炭化珪素を含む第２導電形の第２半導体領域と、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられ炭化珪素を含む第２導電形の第３半導体領域と、
を備え、
前記前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とを結ぶ方向にみて、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域とが重なる領域の面積は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とが重なる領域の面積よりも狭い半導体装置。
【請求項２】
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の終端部との間に設けられた第２導電形の終端構造領域をさらに備えた請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記終端構造領域の不純物濃度は、前記第３半導体領域の不純物濃度よりも高い請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第３半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度と実質的に等しい請求項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半導体領域の点欠陥の量は、前記第１半導体領域の点欠陥の量よりも多い請求項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半導体領域は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との界面に沿って延在する請求項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３半導体領域は、島状に設けられた請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第３半導体領域は複数設けられ、
前記複数の第３半導体領域は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との界面に沿って点在する請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第３半導体領域は複数設けられ、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との界面に沿い互いに直交する第１方向及び第２方向において、前記複数の第３半導体領域は等間隔に設けられた請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
炭化珪素を含む第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炭化珪素を含む第２導電形の第２半導体領域であって、終端部と中央部とを有する第２半導体領域と、
前記第１半導体領域と前記中央部との間に設けられ前記第１半導体領域よりも炭素または珪素のアンチサイトを多く含むアンチサイト領域と、
を備えた半導体装置。
【請求項１１】
炭化珪素を含む第１導電形の第１半導体領域の上に、炭化珪素を含む第２導電形の半導体領域であって、終端部と中央部とを有する第２半導体領域を形成する工程と、
前記第１半導体領域にイオンを打ち込むことで、前記中央部の下に前記第１半導体領域の点欠陥の量よりも多い点欠陥を有する第３半導体領域を形成する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置では、シリコン（Ｓｉ）を用いた半導体装置に比べてオン抵抗を低く、かつ、耐圧を高く設計することができる。ＳｉＣを用いた半導体装置は、温度の上昇に伴いオン抵抗が低くなる負の温度特性を有する。このため、大電流を流して使用する場合、半導体装置に電流が過剰に流れることになる。ＳｉＣを用いた半導体装置では、温度の変化に対して安定した特性を得られることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１１９８３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、温度の変化に対して安定した特性を得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【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、を含む。
前記第１半導体領域は、炭化珪素を含む。前記第１半導体領域の導電形は、第１導電形である。
前記第２半導体領域は、炭化珪素を含む。前記第２半導体領域の導電形は、第２導電形である。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３半導体領域は、炭化珪素を含む。前記第３半導体領域の導電形は、第２導電形である。前記第３半導体領域は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられる。
前記前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とを結ぶ方向にみて、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域とが重なる領域の面積は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とが重なる領域の面積よりも狭い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１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的断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、終端部及び中央部を例示する模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、半導体装置の電流−電圧特性を例示する図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、他の第３半導体領域を例示する模式的断面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、第３半導体領域を例示する模式的平面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、ＰＬスペクトルを例示する図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法（その１）を例示する模式的断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法（その１）を例示する模式的断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法（その２）を例示する模式的断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法（その２）を例示する模式的断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置１１０の製造方法（その３）を例示する模式的断面図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１３】図１３は、第３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。
【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、以下の説明では、一例として、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形とした具体例を挙げる。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。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１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的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る半導体装置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、を備える。半導体装置１１０は、第１電極７０と、第２電極８０と、をさらに備える。半導体装置１１０は、例えばＰＮダイオードである。
【０００９】
第１半導体領域１０は、ｎ形のＳｉＣを含む。第１半導体領域１０は、例えば基板１１と、基板１１の上に設けられた第１エピタキシャル成長層１２と、を含む。基板１１は、ｎ＋形の半導体領域である。基板１１は、例えばｎ＋形のＳｉＣを含む。本実施形態では、基板１１には六方晶のＳｉＣ（例えば、４Ｈ−ＳｉＣ）が含まれる。基板１１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。
【００１０】
基板１１は第１面１０ａを有する。基板１１の第１面１０ａは、ＳｉＣを含むウェーハの表面である。第１面１０ａは、基板１１と第１エピタキシャル成長層１２との境界面でもある。本実施形態では、基板１１の第１面１０ａ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、基板１１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。ここで、ＳｉＣの基板１１の表面は、Ｓｉ面でも、Ｃ面でもよい。
【００１１】
基板１１には、ｎ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１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下である。本実施形態では、約５×１０１８ｃｍ−３である。
【００１２】
第１エピタキシャル成長層１２は、ｎ−形の半導体層である。第１エピタキシャル成長層１２は、ｎ−形のＳｉＣを含む。第１エピタキシャル成長層１２は、基板１１の第１面１０ａ上に形成され、基板１１と同等の結晶構造を有する。
【００１３】
第１エピタキシャル成長層１２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、例えば２００マイクロメートル（μｍ）程度以下である。第１エピタキシャル成長層１２にはｎ形の不純物がドーピングされており、その不純物濃度は、基板１１の不純物濃度よりも低い。第１エピタキシャル成長層１２の不純物濃度は、例えば１×１０１４ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下である。
【００１４】
第２半導体領域２０は、ｐ＋形のＳｉＣを含む。第２半導体領域２０は、終端部２１と、中央部２２と、を有する。第２半導体領域２０は、例えば第２エピタキシャル成長層である。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。第２半導体領域２０は、例えば第１半導体領域１０の上の一部に設けられる。第２半導体領域２０は、例えばメサ形に形成される。
【００１５】
第２半導体領域（第２エピタキシャル成長層）２０は、第１エピタキシャル成長層１２の上に積層される。第２半導体領域２０の厚さは、例えば数μｍ程度である。第２半導体領域２０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１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である。
【００１６】
本実施形態では、第１半導体領域１０と第２半導体領域２０とを結ぶ方向（積層方向）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Ｙ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）とする。
【００１７】
第２半導体領域２０の不純物濃度は、厚さ方向（Ｚ方向）に変化していてもよい。例えば、第２半導体領域２０の第１半導体領域１０側の不純物濃度が最も低く、第２半導体領域２０の第１半導体領域１０とは反対側の部分の不純物濃度が最も高くなっていてもよい。不純物濃度の変化は、段階的であっても、連続的であってもよい。このような不純物濃度の変化を設けると、空乏層の広がり部の拡大による逆方向の耐圧向上と、第２半導体領域２０と第２電極８０とのオーミック接触での低コンタクト抵抗との両立が達成される。
【００１８】
第３半導体領域３０は、第１半導体領域１０と、中央部２２と、の間に設けられる。第３半導体領域３０は、ｐ形のＳｉＣを含む。第３半導体領域３０は、例えば第１半導体領域１０の、第１半導体領域１０と第２半導体領域２０との接合界面付近にｐ形の不純物（例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ））をイオン注入して形成された領域である。
【００１９】
第３半導体領域３０の不純物濃度は、第２半導体領域２０の不純物濃度と実質的に等しい。第３半導体領域３０の不純物濃度は、例えば１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である。第３半導体領域３０の厚さは、例えば０μｍよりも厚く０．６μｍ以下である。ここで、第３半導体領域３０の上記厚さは、第１半導体領域１０と第２半導体領域２０との接合界面から第１半導体領域１０側の厚さである。第３半導体領域３０は、上記接合界面から第２半導体領域２０の側へ張り出していてもよい。
【００２０】
第３半導体領域３０にｐ形の不純物がイオン注入されることで、第３半導体領域３０の点欠陥の量は、第１半導体領域１０の点欠陥の量よりも多くなる。点欠陥の量が多いほど、キャリアのライフタイムは短くなる。第３半導体領域３０の単位体積当たりの抵抗値は、第１半導体領域１０の単位体積当たりの抵抗値よりも高い。第３半導体領域３０の抵抗値は、高温になるほど高くなる。
【００２１】
半導体装置１１０は、終端構造領域５１を備えていてもよい。終端構造領域５１は、例えば第２半導体領域２０の周りを連続して囲むように設けられる。終端構造領域５１は、例えばＪＴＥ（Junction Termination Extension）である。終端構造領域５１は、ＪＴＥ以外でも、リサーフ層、ＦＬＲ（Field Limiting Ring）及びＦＰ（field plate）であってもよい。終端構造領域５１は、逆バイアス時の終端における電界集中を緩和して耐圧の向上を図る。
【００２２】
終端構造領域５１は、ｐ形のＳｉＣを含む。終端構造領域５１は、例えば第１半導体領域１０にｐ形の不純物をイオン注入して形成される。終端構造領域５１の不純物濃度は、例えば５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下である。終端構造領域５１の厚さは、例えば０．３μｍ以上１．０μｍ以下である。終端構造領域５１を備えている場合、第３半導体領域３０の不純物濃度は、終端構造領域５１の不純物濃度よりも低い。また、第３半導体領域３０の厚さは、終端構造領域５１の厚さよりも薄い。
【００２３】
半導体装置１１０は、チャネルストッパ層５３を備えていてもよい。チャネルストッパ層５３は、例えば終端構造領域５１の周りを囲むように設けられる。
【００２４】
基板１１の第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂには、第１電極７０が設けられる。第１電極７０は、ＰＮダイオードの例えばカソード電極である。第１電極７０は、基板１１と導通する。第１電極７０は、基板１１とオーミック接触している。
【００２５】
また、第２半導体領域２０の上には、第２電極８０が設けられる。第２電極８０は、ＰＮダイオードの例えばアノード電極である。第２電極８０は、第２半導体領域２０と導通する。第２電極８０は、第２半導体領域２０とオーミック接触している。
【００２６】
ここで、第２半導体領域２０の終端部２１及び中央部２２の例について説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、終端部及び中央部を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）には、終端部２１及び中央部２２の第１の例が表される。図２（ｂ）には、終端部２１及び中央部２２の第２の例が表される。図２（ｃ）には、終端部２１及び中央部２２の第３の例が表される。
【００２７】
図２（ａ）に表した第１の例において、半導体装置１１０は終端構造領域５１を備えている。第１の例において、終端構造領域５１の一部は、第２半導体領域２０の下側に設けられる。この場合、終端部２１は、第２半導体領域２０のうち、Ｚ方向にみて第２半導体領域２０と終端構造領域５１とが重なる部分である。中央部２２は、第２半導体領域２０のうち、終端部２１よりも内側の部分である。
【００２８】
図２（ｂ）に表した第２の例において、半導体装置１１０は終端構造領域５１を備えている。第２の例において、終端構造領域５１は、第２の半導体領域２０の下側には設けられていない。この場合、終端部２１は、第２半導体領域２０のうち、第２半導体領域２０と第１半導体領域１０との境界面の外周部である。中央部２２は、第２半導体領域２０のうち終端部２１よりも内側の部分である。
【００２９】
図２（ｃ）に表した第３の例において、半導体装置１１０は終端構造領域５１を備えていない。この場合、終端部２１は、図２（ｃ）に表した第２の例と同様である。すなわち、終端部２１は、第２半導体領域２０のうち、第２半導体領域２０と第１半導体領域１０との境界面の外周部である。中央部２２は、第２半導体領域２０のうち終端部２１よりも内側の部分である。終端構造領域５１が設けられていない半導体装置１１０では、第３半導体領域３０は、中央部２２から第２半導体領域２０の外側まで延びていてもよい。
【００３０】
次に、半導体装置１１０の動作について説明する。
先ず、半導体装置１１０の第１電極７０に対して第２電極８０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、ｐ＋形の第２半導体領域２０と、ｎ形の第１半導体領域１０（例えば、ｎ−形の第１エピタキシャル成長層１２）と、の界面に存在するｐｎ接合面を介して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１１０に電流が流れる（順方向動作）。
【００３１】
次に、半導体装置１１０の第１電極７０に対して第２電極８０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、ｐｎ接合面に空乏層が広がり、半導体装置１１０に電流はほとんど流れない（逆方向動作）。
【００３２】
半導体装置１１０では、第３半導体領域３０が設けられていることにより、第３半導体領域３０が設けられていない場合に比べて温度特性が正側にシフトする。半導体装置１１０の高温動作時においては、より多くの点欠陥や不純物を介してホール及び電子が移動する必要がある。半導体装置１１０のように、第１半導体領域１０と第２半導体領域２０との間に第３半導体領域３０が設けられることで、第３半導体領域３０が設けられていない場合に比べてオン抵抗が増加する。これにより、温度特性が正側にシフトする。
【００３３】
半導体装置１１０では、第３半導体領域３０の体積に応じて温度特性が制御される。すなわち、第３半導体領域３０の体積が増えると、温度特性がより正側にシフトする。なお、第３半導体領域３０の体積が増えると、半導体装置１１０のオン抵抗がより増加する。したがって、温度特性及びオン抵抗のバランスを考慮して第３半導体領域３０の体積が決められる。
【００３４】
図３（ａ）及び（ｂ）は、半導体装置の電流−電圧特性を例示する図である。
図３（ａ）には、第３半導体領域３０が設けられていない半導体装置の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性Ａ１及びＡ２が表される。特性Ａ１は、第１の温度でのＩ−Ｖ特性を表し、特性Ａ２は、第１の温度よりも高い第２の温度でのＩ−Ｖ特性を表す。図３（ｂ）には、第３半導体領域３０が第１半導体領域１０と中央部２２との間の全体に設けられた半導体装置のＩ−Ｖ特性Ｂ１及びＢ２が表される。特性Ｂ１は、第１の温度でのＩ−Ｖ特性を表し、特性Ｂ２は、第２の温度でのＩ−Ｖ特性を表す。
【００３５】
図３（ａ）に表したように、第３半導体領域３０が設けられていない半導体装置では、第１の温度から第２の温度に上昇すると、特性Ａ１から特性Ａ２に変化する。特性Ａ２は、特性Ａ１よりもオン抵抗が低い。すなわち、第３半導体領域３０が設けられていない半導体装置では、負の温度特性を有する。
【００３６】
図３（ｂ）に表したように、第３半導体領域３０が設けられた半導体装置では、第１の温度から第２の温度に上昇すると、特性Ｂ１から特性Ｂ２に変化する。特性Ｂ２は、特性Ｂ１よりもオン抵抗が高い。すなわち、第３半導体領域３０が設けられた半導体装置では、正の温度特性を有する。
【００３７】
本実施形態に係る半導体装置１１０は、第３半導体領域３０の大きさによって温度特性が調整される。すなわち、第３半導体領域３０を小さくすると、特性Ａ１及びＡ２に示すような負の温度特性の作用が強く現れる。一方と、第３半導体領域３０を大きくすると、特性Ｂ１及びＢ２に示すような正の温度特性の作用が強く現れる。したがって、第３半導体領域３０の大きさによって、半導体装置１１０の温度特性が正側及び負側に制御される。
【００３８】
半導体装置１１０では、温度特性を正側にシフトさせる部分（第３半導体領域３０が設けられた部分）と、温度係数を正側にシフトさせない部分（第３半導体領域３０が設けられていない部分）とが、第２電極８０から第１電極７０に向けて並列に設けられた構成を有する。
【００３９】
図４（ａ）及び（ｂ）は、他の第３半導体領域を例示する模式的断面図である。
図４（ａ）に表した例では、第３半導体領域３０は第２半導体領域２０の中心の一方側に偏って設けられている。図４（ａ）に表した例では、第２半導体領域２０の中心に対して一方側の半分に第３半導体領域３０が設けられる。これにより、第３半導体領域３０が設けられた一方側の半分では、図３（ｂ）に表したような正の温度特性になり、第３半導体領域３０が設けられていない他方側の半分では、図３（ａ）に表したような負の温度特性になる。
【００４０】
図４（ｂ）に表した例では、第３半導体領域３０は、中央部２２の最も外側に設けられている。図４（ｂ）に表した例では、終端構造領域５１が設けられる。第３半導体領域３０は、終端構造領域５１に隣接して設けられる。第３半導体領域３０は、終端構造領域５１と連続して設けられていてもよい。しかし、第３半導体領域３０の厚さは、終端構造領域５１の厚さよりも薄い。また、第３半導体領域３０の不純物濃度は、終端構造領域５１の不純物濃度よりも低い。
【００４１】
図５（ａ）及び（ｂ）は、第３半導体領域を例示する模式的平面図である。
図５（ａ）及び（ｂ）のいずれの図も、Ｚ方向にみた模式的平面図が表される。図５（ａ）及び（ｂ）では、説明の便宜上、第２半導体領域２０の下に設けられた第３半導体領域３０の外形線を実線で表している。
【００４２】
図５（ａ）に表した例では、第３半導体領域３０は、一方向（例えば、Ｙ方向）に延在する。第３半導体領域３０は、ライン状に設けられる。複数の第３半導体領域３０が設けられている場合、複数の第３半導体領域３０は、互いに並行に設けられる。複数の第３半導体領域３０のうち、隣り合う２つの第３半導体領域３０の間隔は、他の隣り合う２つの第３半導体領域３０と間隔と等しいことが望ましい。なお、図５（ａ）に表した例では、第３半導体領域３０は一方向に延在しているが、二方向以上に延在していてもよい。また、複数の第３半導体領域３０が格子状に設けられていてもよい。
【００４３】
図５（ｂ）に表した例では、第３半導体領域３０は、島状に設けられる。複数の第３半導体領域３０が設けられている場合、複数の第３半導体領域３０は、第１半導体領域１０と第２半導体領域２０との界面に沿って点在する。すなわち、複数の第３半導体領域３０は、互いに離間して設けられる。
【００４４】
図５（ｂ）に表した例では、複数の第３半導体領域３０は、互いに直交する方向（例えば、Ｘ方向及びＹ方向）において、等間隔に設けられる。なお、複数の第３半導体領域３０は、不規則に配置されていてもよい。
【００４５】
複数の第３半導体領域３０の不純物濃度及び厚さが互いに同じである場合、Ｚ方向にみた複数の第３半導体領域３０の面積によって半導体装置１１０の温度特性が制御される。上記のように、複数の第３半導体領域３０がライン状、点在、格子状などに配列された場合でも、半導体装置１１０の温度特性が適宜調整される。
【００４６】
第３半導体領域３０の配置、深さなどの構造は、例えば、走査型静電容量顕微鏡（ＳＣＭ：Scanning Capacitance Microscopy）、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscopy）、フォトルミネッセンス（ＰＬ：Photo Luminescence）によって検出される。
【００４７】
図６（ａ）及び（ｂ）は、ＰＬスペクトルを例示する図である。
図６（ａ）には、第３半導体領域３０を備えた半導体装置のＰＬスペクトルＰＬ１が表される。図６（ｂ）には、第３半導体領域３０を備えていない半導体装置のＰＬスペクトルＰＬ２が表される。図６（ａ）及び（ｂ）の横軸は波長（ｎｍ）、縦軸はＰＬ強度（相対値）を表している。ここで、図６（ａ）及び（ｂ）に表した３８０ｎｍ付近の発光は、バンド端発光である。
【００４８】
図６（ａ）には、バンド端発光とＰＬスペクトルＰＬ１とが表される。図６（ａ）に表したＰＬスペクトルＰＬ１では、波長約５００ｎｍ付近のピークの強度は、波長約３８０ｎｍ付近のピークの強度よりも高い。一方、図６（ｂ）には、バンド端発光とＰＬスペクトルＰＬ２とが表される。図６（ｂ）に表したＰＬスペクトルＰＬ２では、波長約５００ｎｍ付近のピークの強度は、波長約３８０ｎｍ付近のピーク強度よりも低い。すなわち、第３半導体領域３０の有無により、ＰＬスペクトルのピークの強度のバランスが相違する。
【００４９】
次に、半導体装置１１０の製造方法について説明する。
図７（ａ）〜図８（ｃ）は、半導体装置の製造方法（その１）を例示する模式的断面図である。
【００５０】
先ず、図７（ａ）に表したように、昇華法などで作製されたＳｉＣのバルクの基板１１を用意する。基板１１内のドーピング濃度は約１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下である。本実施形態では、基板１１のドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３の場合を例にする。基板１１はｎ＋形である。
【００５１】
次に、基板１１の第１面１０ａ上に、ｎ−形の第１エピタキシャル成長層１２を形成する。第１エピタキシャル成長層１２は、第１面１０ａの上に例えばエピタキシャル成長法によって形成される。ｎ−形の第１エピタキシャル成長層１２のドーピング濃度及び厚さは、素子の耐圧及びその他の特性により設計される。例えば、ドーピング濃度は、約１×１０１４ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下、厚さは、約５μｍ以上約２５０μｍ以下である。なお、第１エピタキシャル成長層１２のドーピング濃度及び厚さにより、基板１１と第１エピタキシャル成長層１２との間にｎ形の導電形を有するバッファ層（図示せず）を形成してもよい。バッファ層のドーピング濃度は、例えば約５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下、バッファ層の厚さは、数μｍから数十μｍ程度でよい。バッファ層は、基板１１の第１面１０ａ上にエピタキシャル成長法によって形成してもよい。
【００５２】
次に、第１エピタキシャル成長層１２の上に、ｐ＋形の第２半導体領域２０を形成する。第２半導体領域２０は、第１エピタキシャル成長層１２の上に例えばエピタキシャル成長法によって形成される。第２半導体領域２０は、ｐｎ接合部分の空乏層の拡がり制御と、表面部のコンタクト抵抗の低減と、を目的とするため、狙い特性に見合った成長条件によって形成される。第２半導体領域２０のドーピング濃度は、例えば１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下、第２半導体領域２０の厚さは、約数μｍである。
【００５３】
なお、第２半導体領域２０において、ドーピング濃度を、厚さ方向（Ｚ方向）に変化させてもよい。例えば、第２半導体領域２０に対する不純物濃度の条件を変化させて、厚さ方向に意図的にドーピング濃度を変えるようにしてもよい。この場合、第２半導体領域２０の表面部分（浅い部分）のドーピング濃度を高く、深い部分のドーピング濃度を低くしてもよい。ドーピング濃度の変化により、第２半導体領域２０の不純物濃度の厚さ方向の変化は、段階的であっても、連続的であってもよい。
【００５４】
次に、図７（ｂ）に表したように、第２半導体領域２０の中央部にマスクＭ１を形成し、第２半導体領域２０をメサ型に加工する。この加工には、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などのイオン性エッチングを適用する。ＲＩＥでは、例えばフッ素（Ｆ）系及び塩素（Ｃｌ）系のガスを用いたエッチングを行う。第２半導体領域２０がエッチングされる部分は、第２半導体領域２０の厚さの全てがエッチングされる。これにより、エッチングされずに残った第２半導体領域２０の周辺部には、ｎ−形の第１エピタキシャル成長層１２が露出する。
【００５５】
次に、図７（ｃ）に表したように、露出した第１エピタキシャル成長層１２の上、及び第２半導体領域２０の上にマスクＭ２を形成する。マスクＭ２は、レジストなどの有機材料または絶縁材料によって形成される。マスクＭ２には、開口部ｈ２が設けられる。開口部ｈ２は、第２半導体領域２０の上に設けられる。必要に応じて開口部ｈ２は複数設けられる。開口部ｈ２の形状及び配置によって第３半導体領域３０の大きさ及び配置が決まる。
【００５６】
次に、マスクＭ２を介してイオン注入を行う。注入するイオン種には、第２導電形の不純物元素が用いられる。例えば、Ａｌ、Ｂが用いられる。本実施形態では、イオン注入の制御性の高いＡｌが用いられる。イオン注入の条件によって、マスクＭ２の開口部ｈ２の下の第１エピタキシャル成長層１２の表面付近にイオンが注入される。イオン注入された部分３０１は、熱処理を施すことで第３半導体領域３０になる。第３半導体領域３０の点欠陥の量は、イオン注入されていない第１エピタキシャル成長層１２の点欠陥の量よりも多い。
【００５７】
次に、図８（ａ）に表したように、終端構造領域５１の形成を行う。終端構造領域５１としては、例えば、ｐ−形のＪＴＥ、リサーフ層、ガードリング層が挙げられる。本実施形態では、ｐ−形のＪＴＥを形成する。終端構造領域５１を形成するには、先ず、レジストなどの有機材料または絶縁材料にて開口部ｈ３を有するマスクＭ３を形成し、その開口部ｈ３を介してイオン注入を行う。その後、熱処理が施される。ここでは、イオン注入によって、不純物濃度が例えば５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下、厚さが約０．８μｍ以上１．０μｍ以下のＪＴＥを形成する。
【００５８】
次に、図８（ｂ）に表したように、ｐｎ接合部分の端面へのポテンシャルの拡がり防止する部分として、チャネルストッパ層５３を形成する。チャネルストッパ層５３も終端構造領域５１の形成と同様に、開口部ｈ４を有するマスクＭ４を形成し、その開口部ｈ４を介してイオン注入を行う。その後、熱処理が施される。これにより、終端構造領域５１の周辺にチャネルストッパ層５３を形成する。チャネルストッパ層５３は、終端構造領域５１と離間して形成される。
【００５９】
なお、第３半導体領域３０、終端構造領域５１及びチャネルストッパ層５３を形成する際の熱処理は、一括して行ってもよい。
【００６０】
次に、図８（ｃ）に表したように、基板１１の第２面１０ｂに第１電極７０を形成する。第１電極７０には、必要に応じて熱処理を施す。その後、第２半導体領域２０の上に第２電極８０を形成する。第２電極８０には、必要に応じて熱処理を施す。第１電極７０の材料及び第２電極８０の材料は、それぞれに接する半導体領域との低抵抗オーミック接合を取ることができる材料が適している。
【００６１】
なお、第１電極７０及び第２電極８０と接する半導体領域がＳｉＣであって、第１電極７０の熱処理温度及び第２電極８０の熱処理温度に問題が無ければ、第２電極８０を形成し、その後に第１電極７０を形成してもよい。また、必要に応じて、基板１１、第１エピタキシャル成長層１２、第２半導体領域２０、終端構造領域５１及びチャネルストッパ層５３の周りに絶縁膜や有機膜などを形成し、放電防止の役目を持たせるようにしてもよい。これにより、半導体装置１１０が完成する。
【００６２】
半導体装置１１０の製造方法（その１）では、マスクＭ２の開口部ｈ２の大きさ及び配置によって第３半導体領域３０の大きさ及び配置を任意に設定することができる。
【００６３】
図９（ａ）〜図１０（ｃ）は、半導体装置の製造方法（その２）を例示する模式的断面図である。
【００６４】
先ず、図９（ａ）に表したように、図７（ａ）に表した例と同様に、基板１１を用意し、基板１１の上に第１エピタキシャル成長層１２を形成し、第１エピタキシャル成長層１２の上に第２半導体領域２０を形成する。
【００６５】
次に、図９（ｂ）に表したように、図７（ｂ）に表した例と同様に、マスクＭ１を形成し、第２半導体領域２０をメサ型に加工する。
【００６６】
次に、図９（ｃ）に表したように、第２半導体領域２０をメサ型に加工した際に用いたマスクＭ１を介して、イオン注入を行う。注入するイオン種には、第２導電形の不純物元素が用いられる。例えば、Ａｌ、Ｂが用いられる。本実施形態では、イオン注入の制御性の高いＡｌが用いられる。イオン注入の条件によって、Ｚ方向にみてマスクＭ１以外の第１エピタキシャル成長層１２の表面付近にイオン注入領域３０２が注入される。
【００６７】
次に、図１０（ａ）に表したように、図８（ａ）に表した例と同様に、マスクＭ３を形成し、終端構造領域５１の形成を行う。さらに、図１０（ｂ）に表したように、図８（ｂ）に表した例と同様に、マスクＭ４を形成し、チャネルストッパ層５３を形成する。
【００６８】
次に、熱処理を行い、イオン注入領域３０２のイオンを活性化する。これにより、図１０（ｃ）に表したような第３半導体領域３０が形成される。次に、図８（ｃ）に表した例と同様に、第１電極７０及び第２電極８０を形成する。これにより、半導体装置１１０が完成する。
【００６９】
半導体装置１１０の製造方法（その２）では、第２半導体領域２０をメサ型に形成する際に用いたマスクＭ１を利用して第３半導体領域３０を形成するためのイオン注入を行う。したがって、半導体装置１１０の製造方法（その１）で用いたマスクＭ２の形成が不要になる。
【００７０】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置１１０の製造方法（その３）を例示する模式的断面図である。
【００７１】
先ず、図１１（ａ）に表したように、図７（ａ）に表した例と同様に、基板１１を用意し、基板１１の上に第１エピタキシャル成長層１２を形成し、第１エピタキシャル成長層１２の上に第２半導体領域２０を形成する。
【００７２】
次に、図１１（ｂ）に表したように、第２半導体領域２０の上にマスクＭ５を形成する。マスクＭ５は、レジストなどの有機材料または絶縁材料によって形成される。マスクＭ５には、開口部ｈ５が設けられる。必要に応じて開口部ｈ５は複数設けられる。開口部ｈ５の形状及び配置によって第３半導体領域３０の大きさ及び配置が決まる。
【００７３】
次に、マスクＭ５を介してイオン注入を行う。注入するイオン種には、第２導電形の不純物元素が用いられる。例えば、Ａｌ、Ｂが用いられる。本実施形態では、イオン注入の制御性の高いＡｌが用いられる。イオン注入の条件によって、マスクＭ５の開口部ｈ５の下の第１エピタキシャル成長層１２の表面付近にイオンが注入される。イオン注入された部分３０３は、熱処理を施すことで第３半導体領域３０になる。第３半導体領域３０の点欠陥の量は、イオン注入されていない第１エピタキシャル成長層１２の点欠陥の量よりも多い。
【００７４】
この後は、図８（ａ）〜（ｃ）に表した例と同様である。これにより、図１１（ｃ）に表したように、半導体装置１１０が完成する。半導体装置１１０の製造方法（その３）では、マスクＭ５の開口部ｈ５の大きさ及び配置によって第３半導体領域３０の大きさ及び配置を任意に設定することができる。また、マスクＭ５は、平坦な第２半導体領域２０の上に形成されるため、マスクＭ５を高精度に形成することができる。これにより、第３半導体領域３０の大きさ及び配置を高精度に制御することができる。
【００７５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体装置を説明する。
図１２は、第２の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１２に表したように、本実施形態に係る半導体装置１２０は、第１半導体領域１０と、第２半導体領域２０と、アンチサイト領域３５と、を備える。半導体装置１２０は、第１電極７０と、第２電極８０と、をさらに備える。半導体装置１２０は、例えばＰＮダイオードである。半導体装置１２０では、半導体装置１１０の第３半導体領域３０に代わりアンチサイト領域３５が設けられる。半導体装置１２０において、アンチサイト領域３５以外の構成は半導体装置１１０と同様である。
【００７６】
アンチサイト領域３５は、第１半導体領域１０と、第２半導体領域２０の中央部２２との間に設けられる。アンチサイト領域３５は、第１半導体領域１０よりもＣまたはＳｉのアンチサイトを多く含む。ＳｉＣを含むアンチサイト領域３５では、例えばＳｉサイトのＳｉがＣに置換されている。また、例えばＣサイトのＣがＳｉに置換されていてもよい。
【００７７】
アンチサイト領域３５は、半導体装置１１０における第３半導体領域３０を形成する際のイオン注入において用いたイオン種の代わりに、ＳｉまたはＣを用いる。アンチサイト領域３５の単位体積当たりの抵抗値は、第１半導体領域１０の単位体積当たりの抵抗値よりも高い。アンチサイト領域３５の抵抗値は、高温になるほど高くなる。
【００７８】
アンチサイト領域３５を備える半導体装置１２０では、第３半導体領域３０を備える半導体装置１１０と同様な作用効果が得られる。すなわち、半導体装置１２０では、アンチサイト領域３５が設けられていることにより、アンチサイト領域３５が設けられていない場合に比べて温度特性が正側にシフトする。
【００７９】
半導体装置１２０は、アンチサイト領域３５の大きさによって温度特性が調整される。すなわち、アンチサイト領域３５を小さくすると、負の温度特性の作用が強く現れる。一方と、アンチサイト領域３５を大きくすると、正の温度特性の作用が強く現れる。したがって、アンチサイト領域３５の大きさによって、半導体装置１２０の温度特性が正側及び負側に制御される。
【００８０】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る半導体装置を説明する。
図１３は、第３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１３に表したように、本実施形態に係る半導体装置２００は、第３半導体領域３０を備えた半導体装置１１０と、第３半導体領域を備えていない半導体装置１９０とを含む。半導体装置１１０は、半導体装置１９０と並列に接続される。
【００８１】
図１３に表した例では、半導体装置２００は、１つの半導体装置１１０と、２つの半導体装置１９０と、を含む。１つの半導体装置１１０及び２つの半導体装置１９０は、互いに並列に接続される。複数のＰＮダイオードを互いに並列に接続することで、半導体装置２００は、全体として１つのＰＮダイオードになる。
【００８２】
半導体装置１１０の温度特性は、半導体装置１９０の温度特性よりも正側にシフトしている。したがって、半導体装置１９０に半導体装置１１０を並列に接続することで、半導体装置２００の温度特性は、半導体装置１１０を並列に接続しない場合に比べて正側にシフトする。
【００８３】
半導体装置２００では、複数の半導体装置１１０、１９０のうちの半導体装置１１０の数によって温度特性が調整される。なお、上記の例では、半導体装置２００に半導体装置１１０が用いられる場合を説明したが、半導体装置１１０の代わりに半導体装置１２０が用いられてもよい。
【００８４】
以上説明したように、実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、温度の変化に対して安定した特性を得ることができる。
【００８５】
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態に対して、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。
【００８６】
また、前述の各実施形態においては、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形として説明したが、本発明は第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形としても実施可能である。
【００８７】
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】
【００８８】
１０…第１半導体領域、１１…基板、１２…第１エピタキシャル成長層、２０…第２半導体領域、２１…終端部、２２…中央部、３０…第３半導体領域、３５…アンチサイト領域、５１…終端構造領域、５３…チャネルストッパ層、７０…第１電極、８０…第２電極、１１０，１２０，１９０…半導体装置
【図１】
2015056559.tif 000003
【図２】
2015056559.tif 000004
【図３】
2015056559.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015056559.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【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】
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