特開 2023-141487 炭化珪素半導体装置の製造方法、及び炭化珪素半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023141487

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置の製造方法、及び炭化珪素半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20230928BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20230928BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20230928BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 658A

H01L29/78 652H

H01L29/78 658E

H01L29/78 652P

H01L29/06 301G

H01L29/06 301V

H01L29/78 652T

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022047832

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 拓馬

(57)【要約】

【課題】耐圧の向上を可能とする炭化珪素半導体装置の製造方法、及び炭化珪素半導体装置を提供する。
【解決手段】一実施形態によると、炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素を含む基板上に半導体層を形成し、前記半導体層に第１導電型の不純物を注入し、第１濃度を有する第１導電型の第１半導体領域を形成し、前記第１半導体領域の複数箇所に第２導電型の不純物を注入し、前記第１導電型の第１半導体ピラー部分と共に、前記第１半導体ピラー部分に隣接する、第２濃度を有する第２導電型の第２半導体ピラー部分を形成し、前記半導体層の形成と、前記第１半導体領域の形成と、前記第１半導体ピラー部分及び前記第２半導体ピラー部分の形成を繰り返す。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化珪素を含む基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層に第１導電型の不純物を注入し、第１濃度を有する第１導電型の第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域の複数箇所に第２導電型の不純物を注入し、前記第１導電型の第１半導体ピラー部分と共に、前記第１半導体ピラー部分に隣接する、第２濃度を有する第２導電型の第２半導体ピラー部分を形成し、
前記半導体層の形成と、前記第１半導体領域の形成と、前記第１半導体ピラー部分及び前記第２半導体ピラー部分の形成と、を繰り返す、
炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記第２濃度は、前記第１濃度より高い濃度である、
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記第２濃度は、前記第１濃度の２倍である、
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記半導体層に接続される第１主電極を形成し、
前記第１半導体ピラー部分及び前記第２半導体ピラー部分の上に第２導電型の第２半導体領域を形成し、
前記第２半導体領域に接して第２主電極を形成し、
前記第１半導体領域、及び前記第１半導体ピラー部分の上に絶縁膜を介して制御電極を形成する、
ことを含む、
請求項１～３のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１半導体ピラー部分の幅と、前記第２半導体ピラー部分の幅と、は、前記第１半導体ピラー部分及び前記第２半導体ピラー部分が隣接する方向において、同じ幅である、
請求項１～４のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記第１半導体ピラー部分の第１シートキャリア濃度と、前記第２半導体ピラー部分の第２シートキャリア濃度と、は、同一である、
請求項１～４のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記第１半導体ピラー部分の第１キャリア濃度と、前記第２半導体ピラー部分の第２キャリア濃度と、は、同一である、
請求項１～５のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記第１半導体ピラー部分、及び前記第２半導体ピラー部分の形成を繰り返す場合、１つ前に形成された前記第１半導体ピラー部分、及び前記第２半導体ピラー部分に少なくともイオンが到達するように、それぞれイオン注入が実行される、
請求項１～７のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項9】

第１導電型の半導体層と、
前記半導体層上に形成され、第１濃度の不純物を有する第１導電型の第１半導体ピラー領域と、
前記半導体層上に前記第１半導体ピラー領域に隣接して形成され、前記第１濃度の不純物及び第２濃度の不純物を有する第２導電型の第２半導体ピラー領域と、
前記半導体層に接続された第１主電極と、
前記第１半導体ピラー領域及び前記第２半導体ピラー領域の上に形成された第２導電型の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域に接して形成された第２主電極と、
前記第１半導体領域、及び前記第１半導体ピラー領域の上側方向に絶縁膜を介して形成された制御電極と、
を備えた炭化珪素半導体装置。

【請求項10】

前記第１半導体ピラー領域、及び前記第２半導体ピラー領域が隣接する領域において、素子中央領域と、終端領域と、の間で、前記第１半導体ピラー領域、及び前記第２半導体ピラー領域の深さが、前記終端領域に向かって、段階的に浅くなる、
請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、炭化珪素半導体装置の製造方法、及び炭化珪素半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素を用いた半導体装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－２７１３８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、耐圧の向上を可能とする炭化珪素半導体装置の製造方法、及び炭化珪素半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素を含む基板上に半導体層を形成し、前記半導体層に第１導電型の不純物を注入し、第１濃度を有する第１導電型の第１半導体領域を形成し、前記第１半導体領域の複数箇所に第２導電型の不純物を注入し、前記第１導電型の第１半導体ピラー部分と共に、前記第１半導体ピラー部分に隣接する、第２濃度を有する第２導電型の第２半導体ピラー部分を形成し、前記半導体層の形成と、前記第１半導体領域の形成と、前記第１半導体ピラー部分及び前記第２半導体ピラー部分の形成を繰り返す。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の一例を示す模式断面図。

【図2】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャート。

【図3】第１実施形態に係る半炭化珪素半導体装置の製造方法の工程における導体層の一例を示す模式上面図。

【図4】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程における半導体層の一例を示す模式断面図。

【図5】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程における半導体層の一例を示す模式上面図。

【図6】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程における半導体層の一例を示す模式断面図。

【図7】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程における半導体層の一例を示す模式断面図。

【図8】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程における半導体層の一例を示す模式断面図。

【図9】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程における半導体層の一例を示す模式断面図。

【図10】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の半導体素子の一例を示す模式断面図。

【図11】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置のｎ形不純物の測定結果の一例を示す図。

【図12】第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置のｐ形不純物の測定結果の一例を示す図。

【図13】第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置の端部の構造の一例を示す模式断面図。

【図14】第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置の端部の構造の他の一例を示す模式断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の製造方法により製造される炭化珪素（ＳｉＣ）を材料とする炭化珪素半導体装置２００の断面の一例を示す模式断面図である。なお、本実施形態においては、第１導電型はｎ形、第２導電型はｐ形として説明する。さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。

【0009】

図１に示すように、炭化珪素半導体装置２００は、ｎ形の炭化珪素からなる半導体層（第１半導体領域）２ａの主面上にｎ形炭化珪素からなる第１半導体ピラー領域３と、ｐ形炭化珪素からなる第２半導体ピラー領域４と、が、半導体層２ａの主面に対してほぼ平行な方向（Ｘ方向）に周期的に配列されて設けられる。第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４の平面パターンは、後述する図５に示すように、本実施形態では、幅Ｗのストライプ状である。なお、「幅」とは、第１半導体ピラー領域３と第２半導体ピラー領域４とが周期的に配列する方向における長さを示している。また、「ストライプ状」とは、第１半導体ピラー領域３と第２半導体ピラー領域４とが周期的に配列する方向（図示のＸ方向）と直交する方向（図１のＺ方向）において、第１半導体ピラー領域３と第２半導体ピラー領域４とがそれぞれ延在している構造を示している。以上のように、本実施形態の炭化珪素半導体装置２００は、いわゆるスーパージャンクション構造を有している。第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４の幅は、それぞれ幅Ｗである。幅Ｗは、例えば、２μｍである。

【0010】

第２半導体ピラー領域４の上には例えば、ｐ形炭化珪素からなるベース領域５が、第２半導体ピラー領域４に接して形成されている。ベース領域５の表面には、例えば、ｎ形の炭化珪素からなるソース領域（第２半導体領域）６が形成されている。ベース領域５及びソース領域６の平面パターンは、それぞれ、例えばストライプ状である。

【0011】

第１半導体ピラー領域３から、ベース領域５を経てソース領域６に至る部分の上には、絶縁膜７が設けられている。絶縁膜７は、例えば、酸化膜である。絶縁膜７の上には、制御電極８が設けられている。また、端部のベース領域５の上側には、絶縁膜１０が形成されている。ここで、端部のベース領域５とは、アクティブ領域における最終端のベース領域である。また、アクティブ領域は、半導体層２ａの主面に設けられ、炭化珪素半導体装置２００の主動作を実行するための領域である。すなわち、アクティブ領域は、炭化珪素半導体装置２００のオン動作に電流が流れる領域である。例えば、アクティブ領域は、後述する図３においては、アクティブ領域１０１として示される。アクティブ領域１０１のＸ方向において、最も終端にそれぞれ位置するベース領域５が端部のベース領域である。

【0012】

ソース領域６の一部、ベース領域５におけるソース領域６間の部分の上、及び絶縁膜１０側面から上側の一部には、ソース電極（第２主電極）９が形成されている。ソース電極９は、ベース領域５及びソース領域６と電気的に接続されている。また、半導体層２ａの主面の反対側の面には、ドレイン電極（第１主電極）１１が形成されている。ドレイン電極１１は、半導体層２ａと電気的に接続されている。

【0013】

制御電極８に所定の電圧が印加されると、その直下のベース領域５の表面付近にチャネルが形成され、ソース領域６と第１半導体ピラー領域３とが導通する。その結果、ソース領域６、第１半導体ピラー領域３、半導体層２ａを介して、ソース電極９とドレイン電極１１との間に主電流経路が形成され、それら主電極間はオン状態とされる。このように、炭化珪素半導体装置２００は、通電可能に構成される。また、制御電極８に印加される電圧が停止されると、その直下のベース領域５の表面付近に形成されていたチャネルがなくなり、ソース領域６と第１半導体ピラー領域３とが導通しなくなる。その結果、ソース電極９と、ドレイン電極１１間に主電流経路が形成されず、それら主電極間はオフ状態とされる。このように炭化珪素半導体装置２００においては、オン状態、オフ状態が切り替えられる。

【0014】

スーパージャンクション構造を有する炭化珪素半導体装置２００は、ターンオフ時のドレイン・ソース電圧（Ｖｄｓ）の上昇に伴い空乏層が隣接する第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４の間に広がる。Ｖｄｓの上昇に伴って空乏層は広がり続け、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４が完全に空乏化する。これにより、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４のピラー深さの空乏層が発生する。この空乏層により、炭化珪素半導体装置２００は、耐圧を維持することができる。

【0015】

なお、図１１及び図１２を用いて後述するが、図１に示すＡ－Ａは、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４のピラー深さの一例を示している。

【0016】

また、本実施形態の図１、及び以下で説明する図３～図１０、図１３，図１４において、第１半導体ピラー領域３、第２半導体ピラー領域４等の炭化珪素半導体装置２００を構成する要素の数を一例として示しているが、炭化珪素半導体装置２００を構成する要素の数は、適宜変更可能である。

【0017】

図２は、本実施形態の炭化珪素半導体装置２００の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図３～図１０は、炭化珪素半導体装置２００の製造時の各工程における半導体層の模式図である。
図３，図５は、半導体層の一例を示す模式上面図であり、図４，図６～図１０は、半導体層の一例を示す模式断面図である。
図４，図６は、それぞれ図３のＢ－Ｂ断面、図５のＣ－Ｃ断面を示している。

【0018】

次に、炭化珪素半導体装置の２００の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素を含む基板１を準備し（ＳＴ１０１）、この基板１を所定条件下でエピタキシャル成長させる（ＳＴ１０２）。エピタキシャル成長層の導電型は、本実施形態においては、例えば、ｎ形である。さらに、エピタキシャル成長層に含まれる不純物は、ｎ形であり、本実施形態においては、例えば、窒素（Ｎ）である。また、ｎ形不純物濃度は、１×１０^１６／ｃｍ^３である。

【0019】

次に、アクティブ領域１０１の全域にｎ形不純物を第１イオン注入濃度でイオン注入し、図３，図４に示すように、第１濃度を有するｎ形の半導体領域を形成する（ＳＴ１０３）。ｎ形不純物は、例えば、窒素（Ｎ）、または、リン（Ｐ）である。第１濃度は、本実施形態においては、例えば、１×１０^１７／ｃｍ^３とする。例えば、既述のようにエピタキシャル成長層のｎ形不純物濃度が１×１０^１６／ｃｍ^３（０．１×１０^１７／ｃｍ^３）の場合においては、第１イオン注入濃度が０．９×１０^１７×ｃｍ^３に設定され、合算されることにより第１濃度（ｎ形）は１．０×１０^１７／ｃｍ^３となる。また、アクティブ領域１０１の第１キャリア濃度（電子）は、１．０×１０^１７／ｃｍ^３である。キャリア濃度の説明は、後述する。

【0020】

次に、ｐ形不純物を第２イオン注入濃度でイオン注入し、図５，図６に示すように、第２濃度を有するｐ形の第２半導体ピラー部分４１を形成する（ＳＴ１０４）。ｐ形不純物は、例えば、ホウ素（Ｂ）、または、アルミニウム（Ａｌ）である。第２濃度は、本実施形態においては、例えば、２×１０^１７／ｃｍ^３とする。つまり、第２濃度は、第１濃度より高く、本実施形態においては、第１濃度の２倍の濃度である。例えば、既述のようにエピタキシャル成長層のｎ形不純物濃度が１×１０^１６／ｃｍ^３の場合、かつ、第１濃度（ｎ形）が１．０×１０^１７／ｃｍ^３の場合、第２イオン注入濃度が２．０×１０^１７／ｃｍ^３に設定され、第２濃度（ｐ形）は、２．０×１０^１７／ｃｍ^３となる。また、第２半導体ピラー領域４の第２キャリア濃度（正孔）は、１．０×１０^１７／ｃｍ^３である。

【0021】

ｐ形不純物は、半導体層１００Ｂのアクティブ領域１０１に対して複数箇所にイオン注入される。ここで、複数箇所は、本実施形態においては、Ｘ方向において間隔Ｗ２毎に、それぞれＹ方向の直線上に位置される。これにより、アクティブ領域１０１に、ストライプ状の第２半導体ピラー部分４１が形成される。これに伴い、アクティブ領域１０１の第２半導体ピラー部分４１が形成されていない領域にストライプ状の第１半導体ピラー部分３１が形成される。また、本実施形態において、イオンが注入されるマスクＭ（参照：図６）のストライプ状の領域の幅は、図１における第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４の幅Ｗより少し狭い幅Ｗ１（＜Ｗ）であり、その間隔は幅Ｗより少し広い幅Ｗ２（＞Ｗ）とする。このため、半導体層１００Ｂのアクティブ領域１０１において、幅Ｗ２の第１半導体ピラー部分３１と、幅Ｗ１の第２半導体ピラー部分４１と、が、ストライプ状、かつ、周期的構造を有するように形成される。第２半導体ピラー部分４１の幅Ｗ１は、例えば、後述する活性化処理によって、ｐ形不純物が拡散されることにより、第２半導体ピラー領域４は、幅Ｗ１から幅Ｗとなり、これに伴い、第１半導体ピラー領域３も幅Ｗになる。

【0022】

また、本実施形態においては、図１に示す炭化珪素半導体装置２００の第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４の幅が同じ幅Ｗである場合で説明するが、各領域３，４の幅が例えば、２倍のように異なってもよい。この場合、各領域３，４のキャリア補償効果後のキャリア濃度を同一にする必要がある。ここで、キャリア補償効果とは、半導体中に不純物をイオン注入することにより、ドナーとアクセプターを共存させ、半導体中の電子の濃度、または正孔濃度を変化させることをいう。このようにキャリア補償後の濃度を、キャリア濃度と称することとする。

【0023】

例えば、第１半導体ピラー領域３の幅が１μｍ、キャリア濃度（第１キャリア濃度）が１×１０^１７／ｃｍ^３とし、第２半導体ピラー領域４の幅が２μｍに設定された場合、完全空乏化する（言い換えれば、チャージバランスが保たれる）第２半導体ピラー領域４のキャリア濃度は、第１半導体ピラー領域３の半分のキャリア濃度（第２キャリア濃度）５×１０^１６／ｃｍ^３である。
したがって、第２半導体ピラー領域４は、第１濃度である１×１０^１７／ｃｍ^３を有するｎ型エピタキシャル層に対して、第２濃度である１．５×１０^１７／ｃｍ^３を有するｐ形不純物がイオン注入されて形成される。この第２半導体ピラー領域４は、前述したキャリア補償によって、５×１０^１７／ｃｍ^３のキャリア濃度を有する。
このように第１半導体ピラー領域３、第２半導体ピラー領域４の幅が異なる場合には、完全空乏化をするように、つまり、第１半導体ピラー領域３と、第２半導体ピラー領域４と、それぞれのシートキャリア濃度が同一になるように、第２半導体ピラー領域４にｐ形不純物をイオン注入すればよい。ここで、シートキャリア濃度とは、キャリア濃度と、各ピラー領域の幅と、を乗算した濃度をいう。つまり、シートキャリア濃度＝（第１半導体ピラー領域３の幅１μｍ）×（第１キャリア濃度１×１０^１７／ｃｍ^３）＝（第２半導体ピラー領域４の幅２μｍ×第２キャリア濃度５×１０^１６／ｃｍ^３）である。

【0024】

図５，図６に示すように、半導体層１００Ｃのアクティブ領域１０１においてｐ形不純物がマスクＭを介してイオン注入された領域により、第２半導体ピラー部分４１が幅Ｗ１のストライプ状に形成される。また、アクティブ領域１０１において、ｐ形不純物がイオン注入されていない領域により、第１半導体ピラー部分３１が幅Ｗ２のストライプ状に形成される。このように、第１半導体ピラー部分３１と、第２半導体ピラー部分４１と、が、同時に形成される。

【0025】

次に、図７に示すように、炭化珪素を材料とするエピタキシャル層である半導体層２Ａが、半導体層２に積層される（ＳＴ１０２）。

【0026】

次に、図８の半導体層１００Ｂ１が示すように、半導体層２Ａのアクティブ領域１０１の全域にｎ形不純物が第１イオン注入濃度でイオン注入される（ＳＴ１０３）。

【0027】

次に、ｐ形不純物が第２イオン注入濃度でイオン注入される（ＳＴ１０４）。図９の半導体層１００Ｃ１が示すように、ストライプ状の第１半導体ピラー部分３１と、ストライプ状の第２半導体ピラー部分４１と、が、周期的構造を有するように同時に形成される。半導体層を積層してイオン注入を実行する場合に、同じマスクＭを使用することにより、積層方向で同一の領域に、第１半導体ピラー部分３１と、第２半導体ピラー部分４１と、が形成される。このような処理が繰り返されるごとに、第１半導体ピラー部分３１、及び第２半導体ピラー部分４１が積層されていく。このように、第１半導体ピラー部分３１、及び第２半導体ピラー部分４１が積層される場合、第１イオン注入時、及び第２イオン注入時において、１つ前に形成された第１半導体ピラー部分３１、及び第２半導体ピラー部分４１に少なくともｎ形不純物、ｐ形不純物が到達するように、イオン注入が実行される。

【0028】

規定の回数の積層とイオン注入が行われることにより（ＳＴ１０５：ＹＥＳ）、図１０に示すように、半導体素子１００が形成され、炭化珪素半導体装置２００が完成される（ＳＴ１０６）。この工程には、例えば、半導体素子１００に、ドレイン電極１１、ベース領域５、ソース領域６、絶縁膜７、制御電極８、ソース電極９、絶縁膜１０を形成する工程が含まれる。さらに、当該工程においては、活性化処理が実行される。活性化処理においては、ｎ形不純物、及びｐ形不純物の拡散、及びアニール処理が実行される。これにより、ドレイン電極１、第１半導体ピラー領域３、第２半導体ピラー領域４、ベース領域５、ソース領域６、ソース電極９、及び制御電極８が電気的に活性化される。Ｚ方向に積層された複数の第１半導体ピラー部分３１、及び複数の第２半導体ピラー部分４１は、電気的に活性化され、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４となる。アニール処理は、炭化珪素の場合、例えば、１６００℃～１９００℃の高温で処理が実行される。また、炭化珪素は、アニール処理を行っても、拡散によりピラー形状の変化は殆ど生じず、例えば、わずかに第２半導体ピラー部分４１の幅が幅Ｗ１から幅Ｗになる程度の変化である。

【0029】

このような工程を実行することにより、図１に示す炭化珪素半導体装置２００が製造される。

【0030】

次に、図１に示す炭化珪素半導体装置２００のアクティブ領域１０１の不純物の濃度測定結果について図１１，図１２を参照して説明する。

【0031】

図１１は、ｎ形不純物の測定結果の一例を示す図である。
図１１において、縦軸は、測定されるｎ形不純物の濃度であり、横軸は、アクティブ領域１０１における距離である。アクティブ領域１０１は、例えば、図１のＡ－Ａで示す、ピラー深さ、かつ、図５のＣ－Ｃ断面に相当する、ストライプ状に形成された第１半導体ピラー領域３と、第２半導体ピラー領域４と、に対して垂直方向（Ｘ方向）の断面の領域を示している。なお、図示のｎは、第１半導体ピラー領域３の領域を示し、ｐは、第２半導体ピラー領域４の領域を示している。

【0032】

図１１に示すように、ｎ形不純物が検出される濃度は、アクティブ領域１０１の領域にかかわらず、一定である。本実施形態においては、既述の図５，図６で説明したように、アクティブ領域１０１の全域にｎ形不純物が第１イオン注入濃度でイオン注入されている。このため、活性化処理後に完成される炭化珪素半導体装置２００においても、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４のいずれの領域でもｎ形不純物がほぼ同じ濃度で測定される。

【0033】

図１２は、ｐ形不純物の測定結果の一例を示す図である。
図１２において、縦軸は、測定されるｐ形不純物の濃度であり、横軸は、図１１の場合と同様のアクティブ領域１０１における距離である。なお、図示のｎは、第１半導体ピラー領域３の領域を示し、ｐは、第２半導体ピラー領域４の領域を示しているのは、図１１の場合と同様である。

【0034】

図１２に示すように、測定されるｐ形不純物の第２濃度は、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４のいずれの領域であるかによって、異なる。つまり、第２半導体ピラー領域４において、ｐ形不純物がほぼ同じ濃度で測定されるが、第１半導体ピラー領域３においては、ｐ形不純物が測定されない。

【0035】

このように、本実施形態の炭化珪素半導体装置２００においては、ｎ形不純物はアクティブ領域１０１の全域で測定されるが、ｐ形不純物はアクティブ領域１０１の第２半導体ピラー領域４でだけ測定される。

【0036】

以上のように、炭化珪素半導体装置２００の製造方法は、アクティブ領域１０１の全域にｎ形不純物を第１イオン注入濃度でイオン注入した後、ｐ形不純物をストライプ状に第２イオン注入濃度でイオン注入する工程を経て製造される。このため、ストライプ状にイオン注入してｎ形の領域を形成した後、ストライプ状にイオン注入してｐ形の領域を形成する場合と比較して、各ストライプのマスク合わせをする必要がない。このため、炭化珪素半導体装置２００の製造を容易にすることができる。

【0037】

さらに、炭化珪素半導体装置２００の製造方法は、第１半導体ピラー領域３において、ｎ形不純物が第１濃度となるようにイオン注入されており、第２半導体ピラー領域４において、ｐ形不純物が、ｎ形不純物の第１濃度の２倍の第２濃度となるようにイオン注入されている。したがって、第１半導体ピラー領域３と、第２半導体ピラー領域４と、で、チャージバランスを保持することが可能になる。

【0038】

また、炭化珪素半導体装置２００は、チャージバランスを保持することが可能であるため、空乏層の形成時に、チャージバランスが不均衡になり、空乏層の広がりが不均一になることによる耐圧の低下を防止することができる。

【0039】

さらに、炭化珪素半導体装置２００は、ストライプ状の方向（Ｙ方向）と垂直方向（Ｘ方向）において、第１半導体ピラー領域３と、第２半導体ピラー領域４と、のオーバーラップ量を原理上最小化することができる。これにより、オーバーラップする部分のキャリア補償による高抵抗化、すなわち、電流流路の狭窄による素子抵抗の上昇を防止することができる。

【0040】

加えて、炭化珪素半導体装置２００は、炭化珪素を材料に用いているため、活性化処理時に、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４のピラー形状は、殆ど変化しない。したがって、炭化珪素半導体装置２００は、活性化処理時に、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４の形状が変化することによって生じるチャージバランスの変化による耐圧の低下を防止することができる。

【0041】

（第２実施形態）
第２実施系形態は、前記第１半導体ピラー領域、及び前記第２半導体ピラー領域の深さが炭化珪素半導体装置の端部で、段階的に浅くなるように構成した点が第１実施形態と異なっている。したがって、当該構成が相違する点について詳細に説明する。なお、上記第１実施形態と同一構成には同一の符号を付すこととする。

【0042】

図１３は、本実施形態の炭化珪素半導体装置３００の端部の構造の一例を示す模式断面図である。
図１３に示すように、炭化珪素半導体装置３００の端部は、中央領域５１、境界領域５２、および終端領域５３を有している。中央領域５１は、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４が同一の深さで形成されている領域である。境界領域５２は、中央領域５１と、終端領域５３と、の間の領域である。境界領域５２においては、第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４の深さが、中央領域５１から終端領域５３に向かうにしたがって、段階的に浅くなるように構成されている。また、終端領域５３においては、高抵抗層１３が設けられ、その表面上には、絶縁膜１０が設けられている。また、終端領域５３の最も外側には、フィールドストップ層１２が設けられている。

【0043】

境界領域５２においては、最も終端領域５３側に形成される第１半導体ピラー領域３ａ、及び第２半導体ピラー領域４ａの領域が、それぞれ、他の第１半導体ピラー領域３、及び第２半導体ピラー領域４の領域の半分になっている。つまり、各層の最も終端領域５３側のピラーの不純物量が半分になっている。なお、このように段階的に浅くなる構成は、各層において、マスクを取り換えて積層処理を実行すればよい。

【0044】

このように、境界領域５２において、段階的にピラーの深さが浅くなる構造において、各層の最も終端領域５３側のピラーだけ不純物量を半分にすれば、チャージバランスがよくなり、炭化珪素半導体装置３００は、高耐圧が得られ易くなる。

【0045】

図１４は、本実施形態の炭化珪素半導体装置４００の端部の構造の一例を示す模式断面図である。
図１４に示すように、炭化珪素半導体装置４００の境界領域５２において、第１半導体ピラー領域３が最も終端領域５３側にある各層において、当該第１半導体ピラー領域３ａのｎ形不純物量が他の第１半導体ピラー領域３の半分に形成されている。一方、第２半導体ピラー領域４のｐ形不純物量は全ての第２半導体ピラー領域４で同じである。境界領域５２において、このように、段階的に浅くなる構造を構成してもよい。また、第１半導体ピラー領域３のｎ形不純物を半分にする構成を説明したが、第２半導体ピラー領域４が最も終端領域５３側にある各層において、当該第２半導体ピラー領域４のｐ形不純物量を他の第２半導体ピラー領域４の半分にし、第１半導体ピラー領域３のｎ形不純物量は、全ての第１半導体ピラー領域で同となるように構成してもよい。

【0046】

以上、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及びその等価物の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0047】

１…基板、２…半導体層、２ａ…半導体層、３…第１半導体ピラー領域、３１…第１半導体ピラー部分、４…第２半導体ピラー領域、４１…第２半導体ピラー部分、５…ベース領域、６…ソース領域、７…絶縁膜、８…制御電極、９…ソース電極、１０…絶縁膜、１１…ドレイン電極、１２…フィールドストップ層、１３…高抵抗層、５１…中央領域、５２…境界領域、５３…終端領域、１００…半導体素子、２００，３００，４００…炭化珪素半導体装置、Ｗ…幅、Ｍ…マスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】