[发明专利]半导体外延晶片、半导体元件以及半导体元件的制造方法

说明书

本发明提供一种半导体外延晶片、半导体元件以及半导体元件的制造方法。半导体外延晶片具备半导体晶片、和配置在半导体晶片的主面上的第1导电型的半导体层。半导体外延晶片具有多个元件区域。多个元件区域各自包括：与半导体层相接的第2导电型的体区域、与体区域相接的第1导电型的源极区域、和配置在半导体层上且配置为与体区域的至少一部分相接的由半导体构成的沟道层。沟道层以1×10supgt;18/supgt;/cmsupgt;3/supgt;以上且1×10supgt;19/supgt;/cmsupgt;3/supgt;以下的浓度包括第1导电型的杂质，并且沟道层的厚度为10nm以上且100nm以下，与半导体晶片的主面平行的面内的、沟道层的厚度分布与沟道层的第1导电型的杂质的浓度分布具有负相关。

技术领域

本公开涉及半导体外延晶片、半导体元件以及半导体元件的制造方法。

背景技术

碳化硅(Silicon carbide：SiC)是与硅(Si)相比带隙大且高硬度的半导体材料。SiC例如应用于开关元件以及整流元件等功率元件。利用了SiC的功率元件与利用了Si的功率元件相比，例如具有能够降低电力损失的优点。

利用了SiC的代表性半导体元件是金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor：MISFET)以及肖特基势垒二极管(Schottky-Barrier Diode：SBD)。金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：MOSFET)是MISFET的一种。

利用了SiC的MISFET(以下称为“SiC-MISFET”)是利用形成在碳化硅晶片的主面上的碳化硅外延层来形成的。通常，由一个碳化硅晶片来制作多个碳化硅半导体元件(芯片)。在各碳化硅半导体元件中，碳化硅外延层包括漂移层。在碳化硅外延层上，也有时还配置作为沟道层发挥功能的碳化硅层。

在本说明书中，“碳化硅晶片”是指将通过改良Lely法、升华法等制作出的单晶SiC切断/研磨成给定的尺寸而获得的基板。此外，将在碳化硅晶片上形成了碳化硅外延层等碳化硅半导体层的基板称为“碳化硅外延晶片”。“碳化硅外延晶片”也包括在形成有碳化硅外延层的碳化硅晶片仅形成了多个碳化硅半导体元件(SiC-MISFET)或其元件构造的一部分的基板。另外，形成有多个碳化硅半导体元件的碳化硅外延晶片然后被切断(切割)成给定的芯片尺寸，由此多个碳化硅半导体元件相互分离。此外，在本说明书中，将SiC、氮化镓(GaN)等半导体的晶片总称为“半导体晶片”，将在半导体晶片上形成了SiC、GaN等半导体层的基板总称为“半导体外延晶片”。半导体外延晶片也包括仅形成有多个半导体元件或者其元件构造的一部分的基板。

作为SiC-MISFET的沟道层，有时利用具有比较高的杂质浓度的碳化硅层。由此，能够减小电流流经沟道层时的电阻(沟道电阻)成分，因此能够降低SiC-MISFET的导通电阻Ron。

此外，通过提高沟道层的杂质浓度，从而还依赖于沟道层的厚度，但在晶体管动作OFF模式下，能够使SiC-MISFET作为经由沟道层从源极电极向漏极电极流动电流的二极管发挥功能。将这种二极管称为“沟道二极管”。在本说明书中，将从漏极电极向源极电极的朝向定义为“正向”，将从源极电极向漏极电极的朝向定义为“反向”。沟道二极管流动电流的方向为“反向”。沟道二极管的启动电压的绝对值|Vf0|被设定为小于包含在SiC-MISFET内的利用了pn结的二极管(以下称为“体二极管”)的启动电压的绝对值|Vf|。内置沟道二极管的SiC-MISFET例如已被专利文献1以及2公开。