包含源极区域8以及体区域7在内的第1碳化硅半导体层6的表面，配置有第 2碳化硅半导体层11。第2碳化硅半导体层11例如是在第1碳化硅半导体层6上通过外 延生长而形成的外延层。在第2碳化硅半导体层11由单一的η型层构成的情况下，例如， 第2碳化娃半导体层11的厚度为75nm以下、且第2碳化娃半导体层11中的η型杂质的掺 杂浓度为IX IO18CnT3以上即可。
[0089] 然而，在第2碳化娃半导体层11由单一的η型层构成的情况下，若其掺杂分布状 况波动，则正向的阈值电压以及沟道二极管的启动电压较大地变动。第2碳化硅半导体层 11在牺牲氧化以及栅极氧化的工序中存在膜厚减少的情况。由于制造工序中的第2碳化硅 半导体层11的膜厚的减少量的波动，正向的阈值电压反向的启动电压等的半导体装置1的 电特性会产生波动。因此，通过在η型杂质层的表面上层叠低浓度的掺杂层，能降低半导体 装置1的电特性的波动。
[0090] 另外，在使第2碳化硅半导体层11外延生长时，在生长初期，有时生长速率不稳 定，杂质浓度也不稳定。在此情况下，可以在生长初期，不流动掺杂剂气体，使非掺杂层或基 于残留氮的低浓度的掺杂层生长，其后，在生长速率稳定后使高浓度的η型杂质层生长。如 此，能降低因生长初期的生长速率不稳定所致的杂质浓度的变动。
[0091] 即，第2碳化硅半导体层11可以是包含由非掺杂或低杂质浓度的η型层构成的底 层、由高浓度η型杂质层以及非掺杂或低杂质浓度的η型层构成的间隔层在内的层叠构造。 关于各层的厚度，例如，底层是10至50nm左右，高浓度η型杂质层是15至30nm，间隔层是 10至100nm。关于各层的η型杂质浓度，例如，底层小于I X 1017cnT3,高浓度η型杂质层为 IX IO18至IX 10 19CnT3左右，间隔层小于IX 10 17cnT3。此外，各层的杂质浓度并非需要恒定， 可以在各层的膜厚方向上具有分布。
[0092] 在第2碳化硅半导体层11上配置有栅极绝缘膜12。栅极绝缘膜12的厚度为70nm 左右。
[0093] 在栅极绝缘膜12上配置有栅极电极13。栅极电极13例如是将磷以7X IO2tlCnT3左 右进行了掺杂的η型poly-Si，栅极电极13的厚度为500nm左右。
[0094] 在栅极电极13上配置有层间绝缘膜14。层间绝缘膜14例如由硅氧化膜构成。层 间绝缘膜14的厚度为I ym左右。在层间绝缘膜14上，配置有与源极电极10电连接的上 部布线15。上部布线15例如由铝构成。上部布线15的厚度为4 μπι左右。
[0095] 在半导体基板5的背面，配置有与半导体基板5欧姆接触的漏极电极16。漏极电 极16例如由通过厚度为150nm左右的Ti的热处理而形成的钛硅化物构成。在漏极电极16 上，配置有芯片焊接用的背面电极17。背面电极17例如从接近漏极电极16的一侧起，由厚 度为IOOnm左右的钛、厚度为300nm左右的镍、以及厚度为700nm左右的银构成。
[0096] 在本公开中，该单位单元通过具有以下的构成，从而单位单元具备场效应晶体管 的功能和二极管的功能。
[0097] 接下来，使用图28来说明单位单元111的正向以及反向的动作。图28(a)是单位 单元111的剖视图，图28(b)是表示（a)的A-A'处的反向动作时的导带能量的分布的图，图 28(c)是表示（a)的A-A'处的正向动作时的导带能量的分布的图。此外，在图28(b)以及 (c)中，比左侧的虚线更左侧的区域示出第2碳化硅半导体层11当中位于源极区域8上的 部分的导带能量分布，左右的虚线所包夹的区域示出沟道的导带能量分布，比右侧的虚线 更右侧的区域示出第2碳化硅半导体层11当中位于JFET区域上的部分的导带能量分布。 第2碳化硅半导体层11当中，体区域上的部分是沟道，第1碳化硅半导体层6当中，邻接的 2个体区域之间的区域是JFET区域。
[0098] 使用图28(b)来说明单位单元111的反向中的动作。在图28(b)中，Vgs = 0。在 Vds = 0时，A-A'的导带能量分布由图28(b)所示的曲线图当中最下侧的曲线示出。此时， 第2碳化硅半导体层11相对于源极电位成为了 VfO的电位。在Vds = 0时，第2碳化硅 半导体层11当中位于JFET区域上的部分的电位比沟道的电位低VfO,因此电子不能从第 2碳化硅半导体层11当中位于JFET区域上的部分流入沟道。然而，若使Vds为负，则如图 28(b)的箭头所示，第2碳化硅半导体层11当中位于JFET区域上的部分的电位将上升得 比第2碳化硅半导体层11当中位于源极区域8上的部分的电位高。若Vds < -VfO,则第2 碳化硅半导体层11当中位于JFET区域上的部分的电位高于沟道电位，因此电子从第2碳 化硅半导体层11当中位于JFET区域上的部分经由沟道而流入第2碳化硅半导体层11当 中位于源极区域8上的部分。即，在单位单元111中流动反向电流。该动作是二极管动作， VfO是沟道二极管的启动电压。
[0099] 接下来，使用图28(c)来说明单位单元111的正向动作。在图28(c)中，漏极相对 于源极而为正的电位。在Vgs = 0时，A-A'的导带能量分布由图28(c)所示的曲线图当中 最上侧的曲线来表示。在Vgs = 0时，沟道的能量比第2碳化硅半导体层11当中位于源极 区域8上的部分更高而成为了障壁，因此电子将不会从第2碳化硅半导体层11当中位于源 极区域8上的部分向沟道流入。随着使Vgs变高，如图28(c)的箭头所示，沟道的能量会下 降。若沟道的能量变得比第2碳化硅半导体层11当中位于源极区域8上的部分更低，则电 子从第2碳化硅半导体层11当中位于源极区域8上的部分经由沟道而向第2碳化硅半导 体层11当中位于JFET区域上的部分流入。即，在单位单元111中流动正向电流。
[0100] 图29是表示本公开中的单位单元的深度方向的电势分布的示意图。图29(a)是 单位单元的剖视图，（b)是（a)的C-C'处的电势分布图。
[0101] 在图29(b)之上，电势分布图的横轴示出相当于单位单元的哪个区域。
[0102] 横轴是以栅极绝缘膜12与栅极电极13的界面为基准的深度。纵轴是以源极电位 为基准的电势（-Φ)。
[0103] 该电势分布能根据泊松方程式计算。
[0104] 曲线61是Vgs = 0时的电势分布。由于Vgs = 0,因此栅极绝缘膜12与栅极电极 13的界面的电势成为0。
[0105] 若将栅极绝缘膜12的膜厚设为t、且假定第2碳化硅半导体层11具有均匀的杂质 浓度，则将第2碳化硅半导体层11的第1导电型的杂质浓度设为Nd，膜厚设为d。将体区 域7的杂质浓度设为Nb。体区域7当中与第2碳化硅半导体层11相接的表面将耗尽，形成 厚度y的耗尽层700。同样地，在第2碳化硅半导体层11，形成有从与体区域的接合面起延 伸的耗尽层、以及从与栅极绝缘膜的界面起延伸的耗尽层。将第2碳化硅半导体层11的膜 厚进行设定以使这些耗尽层重叠。即，第2碳化硅半导体层11整体耗尽。如此，若第2碳 化硅半导体层11在Vgs = 0时耗尽，则成为常关型。要使第2碳化硅半导体层11耗尽，优 选增大体区域7的杂质浓度Nb，并减小第2碳化硅半导体层11的膜厚d。
[0106] 此外，源极区域和体区域形成PN结，从源极区域观察的体区域的电势成为内建电 势ΦΙ?。在Vgs = 0时，栅极电极13与栅极绝缘膜12的界面的电势等于源极电位，因此从 栅极电极13与栅极绝缘膜12的界面观察的体区域7的电位也是内建电势ΦΙ?。
[0107] 栅极绝缘膜12与第2碳化硅半导体层11的界面中的电势Pch由式（2)来表示。 在此，ε i表示栅极绝缘膜12的介电常数，q表示素电荷。
[0108] 【数学式1】
[0109]
【主权项】
1. 一种半导体装置，包含： 第1导电型的半导体基板，其包含主区域以及感测区域； 多个单位单元，分别设置于所述第1导电型的半导体基板的所述主区域以及所述感测 区域，具有金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，且所述感测区域中所含的单位单元的数量 小于所述主区域中所含的单位单元的数量，在所述主区域以及所述感测区域的各区域中， 所述金属-绝缘体-半导体场效应晶体管被并联连接； 栅极焊盘，其配置于所述半导体基板的主面侧； 相互绝缘的第1源极焊盘以及第2源极焊盘；以及 漏极焊盘，其配置于所述半导体基板的背面侧， 各金属-绝缘体-半导体场效应晶体管包含：