特開 2024-124051 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】P2024124051

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20240905BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652F

H01L29/78 652T

H01L29/78 652K

H01L29/78 653A

H01L29/78 652M

H01L29/78 652H

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023031957

(22)【出願日】2023-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】内田 光亮

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ドレインリークを抑制できる炭化珪素半導体装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置６００において、炭化珪素基板１０は、ボディ領域１２上に設けられ、第２導電型を有する複数のコンタクト領域１８と、第１主面１に垂直な平面視でコンタクト領域１８と重なり、第２導電型を有する複数の第１半導体領域２１とを有する。第１主面には、複数のゲートトレンチ５が設けられており、複数のゲートトレンチ５は、Ｘ軸方向に沿って延び、Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に沿って並ぶ。複数のコンタクト領域１８は、Ｙ軸方向に沿って隣り合うゲートトレンチ５の間にある少なくとも１個の第１コンタクト領域１８Ａを含み、複数のコンタクト領域１８の各々と第２主面２との間に、少なくとも１個の第１半導体領域２１があり、第１半導体領域２１における第２導電型の不純物の第１濃度は、コンタクト領域１８における第２導電型の不純物の第２濃度よりも低い。
【選択図】図１５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と、前記第１主面とは反対の第２主面とを有する炭化珪素基板を備え、
前記炭化珪素基板は、
第１導電型を有するドリフト領域と、
前記ドリフト領域上に設けられ、前記第１導電型と異なる第２導電型を有するボディ領域と、
前記ドリフト領域から隔てられるように前記ボディ領域上に設けられ、前記第１導電型を有するソース領域と、
前記ボディ領域上に設けられ、前記第２導電型を有する複数のコンタクト領域と、
前記第１主面に垂直な平面視で前記コンタクト領域と重なり、前記第２導電型を有する複数の第１半導体領域と、
を有し、
前記第１主面には、前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に至る側面と、前記側面と連なる底面とを備えた複数のゲートトレンチが設けられており、
前記複数のゲートトレンチは、第１仮想直線に沿って延び、前記第１仮想直線に垂直な第２仮想直線に沿って並び、
前記複数のコンタクト領域は、前記第２仮想直線に沿って隣り合う前記ゲートトレンチの間にある少なくとも１個の第１コンタクト領域を含み、
前記複数のコンタクト領域の各々と前記第２主面との間に、少なくとも１個の前記第１半導体領域があり、
前記第１半導体領域の第１下端面は、前記ボディ領域の第２下端面よりも前記第２主面に近く、
前記第１半導体領域における前記第２導電型の不純物の第１濃度は、前記コンタクト領域における前記第２導電型の不純物の第２濃度よりも低い、炭化珪素半導体装置。

【請求項2】

前記第１主面に垂直な平面視で、前記第１半導体領域の第１外縁の少なくとも一部は、前記コンタクト領域の第２外縁の外側にある、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項3】

前記第１主面に垂直な平面視で、
前記第１半導体領域の第１外縁は、前記コンタクト領域の第２外縁の内側にあり、
前記第１外縁と前記第２外縁との間の距離は１μｍ以内である、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項4】

前記第１濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項5】

前記第１半導体領域は、前記ボディ領域または前記コンタクト領域に直接接する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項6】

前記炭化珪素基板は、前記底面と前記第２主面との間に設けられ、前記第２導電型を有する複数の電界緩和領域を有し、
前記第１半導体領域は前記電界緩和領域に直接接する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項7】

前記第１半導体領域の第１下端面は、前記電界緩和領域の第３下端面と面一である、請求項６に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項8】

前記第１半導体領域の厚さは０．２μｍ以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項9】

前記ゲートトレンチの前記側面は、｛０－３３－８｝面を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項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】

本開示は、炭化珪素半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素半導体装置の一つとして、主面に形成されたゲートトレンチの下方に電界シールド領域が設けられたトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が開示されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２２／１１３６０９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、炭化珪素半導体装置に対してドレインリークの更なる抑制が望まれている。

【0005】

本開示は、ドレインリークを抑制できる炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の炭化珪素半導体装置は、第１主面と、前記第１主面とは反対の第２主面とを有する炭化珪素基板を備え、前記炭化珪素基板は、第１導電型を有するドリフト領域と、前記ドリフト領域上に設けられ、前記第１導電型と異なる第２導電型を有するボディ領域と、前記ドリフト領域から隔てられるように前記ボディ領域上に設けられ、前記第１導電型を有するソース領域と、前記ボディ領域上に設けられ、前記第２導電型を有する複数のコンタクト領域と、前記第１主面に垂直な平面視で前記コンタクト領域と重なり、前記第２導電型を有する複数の第１半導体領域と、を有し、前記第１主面には、前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に至る側面と、前記側面と連なる底面とを備えた複数のゲートトレンチが設けられており、前記複数のゲートトレンチは、第１仮想直線に沿って延び、前記第１仮想直線に垂直な第２仮想直線に沿って並び、前記複数のコンタクト領域は、前記第２仮想直線に沿って隣り合う前記ゲートトレンチの間にある少なくとも１個の第１コンタクト領域を含み、前記複数のコンタクト領域の各々と前記第２主面との間に、少なくとも１個の前記第１半導体領域があり、前記第１半導体領域の第１下端面は、前記ボディ領域の第２下端面よりも前記第２主面に近く、前記第１半導体領域における前記第２導電型の不純物の第１濃度は、前記コンタクト領域における前記第２導電型の不純物の第２濃度よりも低い。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、ドレインリークを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置における層間絶縁膜および第１主面の構成を示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置における電界緩和領域の上端面を含む面の構成を示す図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図（その１）である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図（その２）である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図（その３）である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図（その４）である。

【図7】図７は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図（その５）である。

【図8】図８は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置における電界緩和領域の上端面を含む面の構成を示す図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。

【図10】図１０は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置における電界緩和領域の上端面を含む面の構成を示す図である。

【図11】図１１は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。

【図12】図１２は、第４実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。

【図13】図１３は、第５実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。

【図14】図１４は、第６実施形態に係る炭化珪素半導体装置における電界緩和領域の上端面を含む面の構成を示す図である。

【図15】図１５は、第６実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図（その１）である。

【図16】図１６は、第６実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図（その２）である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施するための形態について、以下に説明する。

【0010】

［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。本明細書中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。また結晶学上の指数が負であることは、通常、"－"（バー）を数字の上に付すことによって表現されるが、本開示では数字の前に負の符号を付している。また、以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を用いるが、当該座標系は、説明のために定めるものであって、炭化珪素半導体装置の姿勢について限定するものではない。また、ＸＹ面視を平面視といい、任意の点からみて、＋Ｚ方向を上方、上側または上ということがあり、－Ｚ方向を下方、下側または下ということがある。

【0011】

〔１〕 本開示の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、第１主面と、前記第１主面とは反対の第２主面とを有する炭化珪素基板を備え、前記炭化珪素基板は、第１導電型を有するドリフト領域と、前記ドリフト領域上に設けられ、前記第１導電型と異なる第２導電型を有するボディ領域と、前記ドリフト領域から隔てられるように前記ボディ領域上に設けられ、前記第１導電型を有するソース領域と、前記ボディ領域上に設けられ、前記第２導電型を有する複数のコンタクト領域と、前記第１主面に垂直な平面視で前記コンタクト領域と重なり、前記第２導電型を有する複数の第１半導体領域と、を有し、前記第１主面には、前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に至る側面と、前記側面と連なる底面とを備えた複数のゲートトレンチが設けられており、前記複数のゲートトレンチは、第１仮想直線に沿って延び、前記第１仮想直線に垂直な第２仮想直線に沿って並び、前記複数のコンタクト領域は、前記第２仮想直線に沿って隣り合う前記ゲートトレンチの間にある少なくとも１個の第１コンタクト領域を含み、前記複数のコンタクト領域の各々と前記第２主面との間に、少なくとも１個の前記第１半導体領域があり、前記第１半導体領域の第１下端面は、前記ボディ領域の第２下端面よりも前記第２主面に近く、前記第１半導体領域における前記第２導電型の不純物の第１濃度は、前記コンタクト領域における前記第２導電型の不純物の第２濃度よりも低い。

【0012】

複数のコンタクト領域の各々と第２主面との間に、少なくとも１個の第１半導体領域があり、第１半導体領域の第１下端面がボディ領域の第２下端面よりも第２主面に近い。また、第１半導体領域における第２導電型の不純物の第１濃度がコンタクト領域における第２導電型の不純物の第２濃度よりも低い。このため、第１半導体領域によって、短絡動作時におけるコンタクト領域への電界集中が緩和される。従って、コンタクト領域の内部またはその近傍に高濃度のイオン注入に伴う結晶欠陥が存在しても、電界集中に起因するドレインリークを抑制できる。

【0013】

〔２〕 〔１〕において、前記第１主面に垂直な平面視で、前記第１半導体領域の第１外縁の少なくとも一部は、前記コンタクト領域の第２外縁の外側にあってもよい。この場合、電界集中を緩和しやすい。

【0014】

〔３〕 〔１〕において、前記第１主面に垂直な平面視で、前記第１半導体領域の第１外縁は、前記コンタクト領域の第２外縁の内側にあり、前記第１外縁と前記第２外縁との間の距離は１μｍ以内であってもよい。第１外縁と第２外縁との間の距離が１μｍ以内であれば、第１外縁が第２外縁の内側にあっても電界集中を緩和できる。

【0015】

〔４〕 〔１〕から〔３〕のいずれかにおいて、前記第１濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下であってもよい。この場合、電界集中を緩和しやすい。

【0016】

〔５〕 〔１〕から〔４〕のいずれかにおいて、前記第１半導体領域は、前記ボディ領域または前記コンタクト領域に直接接してもよい。この場合、第１半導体領域とコンタクト領域とを互いに導通させやすい。

【0017】

〔６〕 〔１〕から〔５〕のいずれかにおいて、前記炭化珪素基板は、前記底面と前記第２主面との間に設けられ、前記第２導電型を有する複数の電界緩和領域を有し、前記第１半導体領域は前記電界緩和領域に直接接してもよい。この場合、第１半導体領域と電界緩和領域とを互いに導通できる。

【0018】

〔７〕 〔６〕において、前記第１半導体領域の第１下端面は、前記電界緩和領域の第３下端面と面一であってもよい。この場合、第１半導体領域を電界緩和領域と同時に形成できる。

【0019】

〔８〕 〔１〕から〔７〕のいずれかにおいて、前記第１半導体領域の厚さは０．２μｍ以上であってもよい。この場合、電界集中を緩和しやすい。

【0020】

〔９〕 〔１〕から〔８〕のいずれかにおいて、前記ゲートトレンチの前記側面は、｛０－３３－８｝面を含んでもよい。側面が｛０－３３－８｝面を含むことで、ゲートトレンチの側面において良好な移動度が得られ、チャネル抵抗を低減できる。

【0021】

［本開示の実施形態］
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。第１実施形態は、炭化珪素を用いたいわゆる縦型のＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）に関する。このＭＯＳ型ＦＥＴは炭化珪素半導体装置の一例である。図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置における層間絶縁膜および第１主面の構成を示す図である。図２は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置における電界緩和領域の上端面を含む面の構成を示す図である。図３から図７は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図である。図３は、図１および図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する。図４は、図１および図２中のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図に相当する。図５は、図１および図２中のＶ－Ｖ線に沿った断面図に相当する。図６は、図１および図２中のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図に相当する。図７は、図１および図２中のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図に相当する。

【0022】

図１から図７に示されるように、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００は、炭化珪素基板１０と、ゲート絶縁膜８１と、ゲート電極８２と、層間絶縁膜８３と、ソース電極６０と、ドレイン電極７０と、バリアメタル膜８４とを主に有している。

【0023】

炭化珪素基板１０は、第１主面１と、第１主面１とは反対の第２主面２とを有する。第１主面１および第２主面２はＸＹ平面に平行であり、第１主面１は第２主面２からみて＋Ｚ方向にある。炭化珪素基板１０は、炭化珪素単結晶基板５０と、炭化珪素単結晶基板５０上にある炭化珪素エピタキシャル層４０とを含む。炭化珪素エピタキシャル層４０は第１主面１を構成し、炭化珪素単結晶基板５０は第２主面２を構成する。炭化珪素単結晶基板５０および炭化珪素エピタキシャル層４０は、例えばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板５０は、例えば窒素（Ｎ）等のｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型（第１導電型）を有する。

【0024】

第１主面１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面がオフ方向に８°以下のオフ角だけ傾斜した面である。好ましくは、第１主面１は、（０００－１）面または（０００－１）面がオフ方向に８°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ方向は、例えば＜１１－２０＞方向であってもよいし、＜１－１００＞方向であってもよい。オフ角は、例えば１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。

【0025】

炭化珪素エピタキシャル層４０は、ドリフト領域１１と、ボディ領域１２と、ソース領域１３と、電界緩和領域１６と、接続領域１７と、複数のコンタクト領域１８と、第１保護領域２１と、第２保護領域２２と、第３保護領域２３とを主に有する。

【0026】

ドリフト領域１１は、窒素またはリン（Ｐ）等のｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を有する。ドリフト領域１１は炭化珪素単結晶基板５０の上に設けられている。

【0027】

ボディ領域１２は、アルミニウム（Ａｌ）等のｐ型不純物を含み、ｐ型の導電型を有する。ボディ領域１２はドリフト領域１１の上に設けられている。

【0028】

ソース領域１３は、窒素またはリン等のｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を有する。ソース領域１３はボディ領域１２の上に設けられている。ソース領域１３は、ボディ領域１２によってドリフト領域１１から隔てられている。ソース領域１３は第１主面１を構成する。

【0029】

第１主面１に、側面３と底面４とにより規定される複数のゲートトレンチ５が設けられている。ゲートトレンチ５は、例えばＹ軸方向に延びる。Ｙ軸方向に複数のゲートトレンチ５が一定の間隔で配置されている。また、Ｘ軸方向に複数のゲートトレンチ５が一定の間隔で配置されている。複数のゲートトレンチ５がアレイ状に設けられていてもよい。側面３は、ソース領域１３と、ボディ領域１２と、ドリフト領域１１の一部とを貫通し、ドリフト領域１１に至る。底面４は側面３と連なる。底面４はドリフト領域１１に位置する。例えば、底面４は第１主面１および第２主面２と平行である。Ｙ軸に垂直な断面視で、底面４を含む仮想平面Ｐ１に対する側面３の角度θ１は、例えば４５°以上６５°以下である。角度θ１は、例えば５０°以上であってもよい。角度θ１は、例えば６０°以下であってもよい。側面３は、好ましくは｛０－３３－８｝面を有する。｛０－３３－８｝面は、優れた移動度が得られる結晶面である。本開示では、Ｙ軸に平行な第１仮想直線Ｌ１およびＸ軸に平行な第２仮想直線Ｌ２を用いて各部位の位置関係を説明することがある。

【0030】

コンタクト領域１８は、アルミニウム等のｐ型不純物を含み、ｐ型の導電型を有する。コンタクト領域１８におけるｐ型不純物の濃度は、例えば５×１０^１９ｃｍ^－３以上１×１０^２２ｃｍ^－３以下である。コンタクト領域１８におけるｐ型不純物の濃度が１×１０^２０ｃｍ^－３以上５×１０^２１ｃｍ^－３以下であってもよい。コンタクト領域１８は、ソース領域１３を貫通し、ボディ領域１２に接する。コンタクト領域１８は第１主面１を構成する。コンタクト領域１８は、第１コンタクト領域１８Ａと、第２コンタクト領域１８Ｂとを主に有している。

【0031】

第１コンタクト領域１８Ａは、Ｘ軸方向で隣り合うゲートトレンチ５の間にある。第１コンタクト領域１８ＡはＸ軸方向でゲートトレンチ５の両側に設けられている。Ｘ軸方向でゲートトレンチ５と第１コンタクト領域１８Ａとの間にソース領域１３の一部がある。第１主面１に垂直な方向から平面視したときに、第１コンタクト領域１８Ａは、Ｘ軸方向で隣り合うゲートトレンチ５の間でソース領域１３に囲まれている。

【0032】

第２コンタクト領域１８Ｂは、Ｙ軸方向で隣り合うゲートトレンチ５の間にある。第２コンタクト領域１８ＢはＹ軸方向でゲートトレンチ５の両側に設けられている。第２コンタクト領域１８Ｂは、Ｙ軸方向で隣り合うゲートトレンチ５の間でＸ軸方向に延びる。

【0033】

例えば、第１コンタクト領域１８Ａおよび第２コンタクト領域１８Ｂは、Ｙ軸方向で互いに離れている。第１コンタクト領域１８Ａと第２コンタクト領域１８Ｂとの間にソース領域１３がある。

【0034】

電界緩和領域１６は、アルミニウム等のｐ型不純物を含み、ｐ型の導電型を有する。電界緩和領域１６は、ゲートトレンチ５の底面４と第２主面２との間にある。電界緩和領域１６の上端面は、例えばゲートトレンチ５の底面４と第２主面２との間にある。電界緩和領域１６の上端面の一部は、ボディ領域１２の下端面の一部に対向する。電界緩和領域１６は、ゲートトレンチ５と同様に、Ｙ軸方向に延びる。第１主面１に垂直な平面視で、電界緩和領域１６はゲートトレンチ５と重なる。第１主面１に垂直な平面視で、電界緩和領域１６が複数のゲートトレンチ５と重なっていてもよい。また、Ｘ軸方向に複数の電界緩和領域１６が一定の間隔で配置されている。複数の電界緩和領域１６がストライプ状に設けられていてもよい。

【0035】

接続領域１７は、アルミニウム等のｐ型不純物を含み、ｐ型の導電型を有する。接続領域１７におけるｐ型不純物の濃度は、例えば１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である。接続領域１７におけるｐ型不純物の濃度が５×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよく、１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよい。接続領域１７は、第２コンタクト領域１８Ｂと電界緩和領域１６とを電気的に接続する。接続領域１７は、第１主面１に垂直な平面視で、Ｙ軸方向で隣り合うゲートトレンチ５の間にある。接続領域１７は、第１主面１に垂直な平面視で、第２コンタクト領域１８Ｂに重なる。接続領域１７は電界緩和領域１６に接する。接続領域１７は少なくともボディ領域１２または第２コンタクト領域１８Ｂの一方に接する。接続領域１７がボディ領域１２および第２コンタクト領域１８Ｂの両方に接してもよい。接続領域１７は、第２コンタクト領域１８Ｂと電界緩和領域１６との間にある。接続領域１７はＸ軸方向に延びる。接続領域１７の下端面１７Ｘはボディ領域１２の下端面１２Ｘよりも第２主面２に近い。接続領域１７は第１半導体領域の一例である。下端面１７Ｘは第１下端面の一例であり、下端面１２Ｘは第２下端面の一例である。

【0036】

第１保護領域２１は、アルミニウム等のｐ型不純物を含み、ｐ型の導電型を有する。第１保護領域２１におけるｐ型不純物の濃度は、例えば１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である。第１保護領域２１におけるｐ型不純物の濃度が５×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよく、１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよい。特に、図４および図７に示されるように、第１保護領域２１は、第１主面１に垂直な平面視で、Ｘ軸方向で隣り合うゲートトレンチ５の間にある。第１保護領域２１は、第１主面１に垂直な平面視で、第１コンタクト領域１８Ａに重なる。第１保護領域２１は、接続領域１７と同じ深さに設けられている。第１保護領域２１の深さ方向（Ｚ軸方向）での不純物濃度プロファイルは、例えば接続領域１７の深さ方向での不純物濃度プロファイルと等しくてもよい。第１保護領域２１は少なくともボディ領域１２または第１コンタクト領域１８Ａの一方に接する。第１保護領域２１がボディ領域１２および第１コンタクト領域１８Ａの両方に接してもよい。第１保護領域２１の下端面２１Ｘはボディ領域１２の下端面１２Ｘよりも第２主面２に近い。第１保護領域２１は第１半導体領域の一例である。下端面２１Ｘは第１下端面の一例である。

【0037】

第２保護領域２２は、アルミニウム等のｐ型不純物を含み、ｐ型の導電型を有する。第２保護領域２２におけるｐ型不純物の濃度は、例えば１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である。第２保護領域２２におけるｐ型不純物の濃度が５×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよく、１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよい。特に、図４および図７に示されるように、第２保護領域２２は、Ｘ軸方向で隣り合う電界緩和領域１６の間にある。電界緩和領域１６と第２保護領域２２とがＸ軸方向で交互に設けられている。第２保護領域２２は、第１主面１に垂直な平面視で、第１コンタクト領域１８Ａおよび第１保護領域２１に重なる。第２保護領域２２は、電界緩和領域１６と同じ深さに設けられている。第２保護領域２２の深さ方向での不純物濃度プロファイルは、例えば電界緩和領域１６の深さ方向での不純物濃度プロファイルと等しくてもよい。第２保護領域２２は第１保護領域２１に接する。第２保護領域２２の下端面２２Ｘはボディ領域１２の下端面１２Ｘよりも第２主面２に近い。第２保護領域２２の下端面２２Ｘが電界緩和領域１６の下端面１６Ｘと面一であってもよい。第２保護領域２２は第１半導体領域の一例である。下端面２２Ｘは第１下端面の一例であり、下端面１６Ｘは第３下端面の一例である。

【0038】

第３保護領域２３は、アルミニウム等のｐ型不純物を含み、ｐ型の導電型を有する。第３保護領域２３におけるｐ型不純物の濃度は、例えば１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である。第３保護領域２３におけるｐ型不純物の濃度が５×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよく、１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよい。特に、図５および図７に示されるように、第３保護領域２３は、Ｘ軸方向で隣り合う電界緩和領域１６の間にある。電界緩和領域１６と第３保護領域２３とがＸ軸方向で交互に設けられている。第３保護領域２３は、第１主面１に垂直な平面視で、第２コンタクト領域１８Ｂおよび接続領域１７に重なる。第３保護領域２３は、電界緩和領域１６と同じ深さに設けられている。第３保護領域２３の深さ方向での不純物濃度プロファイルは、例えば電界緩和領域１６の深さ方向での不純物濃度プロファイルと等しくてもよい。第３保護領域２３は接続領域１７に接する。第３保護領域２３の下端面２３Ｘはボディ領域１２の下端面１２Ｘよりも第２主面２に近い。第３保護領域２３は第１半導体領域の更に他の一例である。下端面２３Ｘは第１下端面の一例である。

【0039】

コンタクト領域１８の各々と第２主面２との間に、少なくとも、接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２または第３保護領域２３のいずれかがある。接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３の各々におけるｐ型不純物の濃度は、コンタクト領域におけるｐ型不純物の濃度よりも低い。

【0040】

ゲート絶縁膜８１は、例えば酸化膜である。ゲート絶縁膜８１は、例えば二酸化珪素を含む材料により構成されている。ゲート絶縁膜８１は、側面３および底面４に接する。ゲート絶縁膜８１は、底面４においてドリフト領域１１に接する。ゲート絶縁膜８１は、側面３においてソース領域１３、ボディ領域１２およびドリフト領域１１と接する。ゲート絶縁膜８１は、第１主面１においてソース領域１３に接していてもよい。

【0041】

ゲート電極８２は、ゲート絶縁膜８１の上に設けられている。ゲート電極８２は、例えば導電性不純物を含むポリシリコン（ポリＳｉ）から構成されている。ゲート電極８２は、ゲートトレンチ５の内部に配置されている。ゲート電極８２は、側面３および底面４に対向する。ゲート電極８２の一部が第１主面１に対向してもよい。ゲート電極８２は、ゲートトレンチ５と同様に、Ｙ軸方向に延びる。第１主面１に垂直な平面視で、ゲート電極８２が複数のゲートトレンチ５と重なってもよい。

【0042】

層間絶縁膜８３はゲート電極８２を覆う。層間絶縁膜８３はゲート電極８２およびゲート絶縁膜８１に接する。層間絶縁膜８３は、例えば酸化膜である。層間絶縁膜８３は、例えば二酸化珪素を含む材料から構成されている。層間絶縁膜８３は、ゲート電極８２とソース電極６０とを互いに電気的に絶縁している。層間絶縁膜８３の一部は、ゲートトレンチ５の内部に設けられていてもよい。層間絶縁膜８３の上面は、曲率が連続的に変化する曲面であってもよい。層間絶縁膜８３の上面は、ゲートトレンチ５の上方において＋Ｚ方向に凸となる曲面であってもよい。

【0043】

層間絶縁膜８３およびゲート絶縁膜８１には、Ｘ軸方向で一定の間隔でコンタクトホール９０が形成されている。コンタクトホール９０は、Ｘ軸方向で隣り合うコンタクトホール９０の間にゲートトレンチ５が位置するように配置されている。コンタクトホール９０はＹ軸方向に延びる。コンタクトホール９０を通じて、ソース領域１３、第１コンタクト領域１８Ａおよび第２コンタクト領域１８Ｂが層間絶縁膜８３およびゲート絶縁膜８１から露出している。ソース領域１３の一部および第２コンタクト領域１８Ｂの一部が層間絶縁膜８３により覆われていてよい。

【0044】

バリアメタル膜８４は、層間絶縁膜８３の上面と、ゲート絶縁膜８１の側面とを覆う。バリアメタル膜８４は、層間絶縁膜８３およびゲート絶縁膜８１の各々と接している。バリアメタル膜８４は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）を含む材料から構成されている。

【0045】

ソース電極６０は第１主面１に接する。ソース電極６０は、コンタクトホール９０内に設けられたコンタクト電極６１と、ソース配線６２とを有する。コンタクト電極６１は、第１主面１において、ソース領域１３、第１コンタクト領域１８Ａおよび第２コンタクト領域１８Ｂに接している。コンタクト電極６１は、例えばニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）を含む材料から構成されている。コンタクト電極６１が、チタン（Ｔｉ）と、アルミニウムと、シリコンとを含む材料から構成されていてもよい。コンタクト電極６１は、ソース領域１３、第１コンタクト領域１８Ａおよび第２コンタクト領域１８Ｂとオーミック接合している。ソース配線６２は、バリアメタル膜８４の上面および側面と、コンタクト電極６１の上面とを覆う。ソース配線６２は、バリアメタル膜８４およびコンタクト電極６１の各々と接している。ソース配線６２は、例えばアルミニウムを含む材料から構成されている。

【0046】

ドレイン電極７０は第２主面２に接する。ドレイン電極７０は、第２主面２において炭化珪素単結晶基板５０と接している。ドレイン電極７０は、ドリフト領域１１と電気的に接続されている。ドレイン電極７０は、例えばニッケルシリサイドを含む材料から構成されている。ドレイン電極７０がチタンと、アルミニウムと、シリコンとを含む材料から構成されていてもよい。ドレイン電極７０は、炭化珪素単結晶基板５０とオーミック接合している。

【0047】

炭化珪素単結晶基板５０とドリフト領域１１との間に、窒素等のｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を有するバッファ層が設けられていてもよい。また、ソース電極６０の一部を覆うパッシベーション膜が設けられていてもよい。

【0048】

本開示において、不純物の濃度は、例えば走査型静電容量顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＣＭ）を用いて測定できる。

【0049】

第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００では、コンタクト領域１８の各々と第２主面２との間に、少なくとも、接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２または第３保護領域２３のいずれかがある。接続領域１７の下端面１７Ｘ、第１保護領域２１の下端面２１Ｘ、第２保護領域２２の下端面２２Ｘおよび第３保護領域２３の下端面２３Ｘは、ボディ領域１２の下端面１２Ｘよりも第２主面２に近い。接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３の各々におけるｐ型不純物の濃度は、コンタクト領域におけるｐ型不純物の濃度よりも低い。このため、接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３によって、短絡動作時におけるコンタクト領域への電界集中が緩和される。従って、コンタクト領域１８の内部またはその近傍に高濃度のイオン注入に伴う結晶欠陥が存在しても、電界集中に起因するドレインリークを抑制できる。

【0050】

接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３の各々におけるｐ型不純物の濃度が１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下であることで、電界集中を緩和しやすい。

【0051】

第１保護領域２１が第１コンタクト領域１８Ａに直接接することで、第１保護領域２１とコンタクト領域とを互いに導通できる。また、更に第２保護領域２２が第１保護領域２１に直接接していれば、第２保護領域２２とコンタクト領域とを互いに導通できる。

【0052】

第２保護領域２２の下端面２２Ｘが電界緩和領域１６の下端面１６Ｘと面一であることで、第２保護領域２２を電界緩和領域１６と同時に形成できる。また、第３保護領域２３の下端面２３Ｘが電界緩和領域１６の下端面１６Ｘと面一であることで、第３保護領域２３を電界緩和領域１６と同時に形成できる。

【0053】

接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３の各々の厚さは、例えば０．２μｍ以上である。接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３の各々の厚さが０．２μｍ以上であることで、電界集中を緩和しやすい。接続領域１７、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３の各々の厚さは、０．３μｍ以上であってもよく、０．５μｍ以上であってもよい。

【0054】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主として、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３の構成の点で第１実施形態と相違する。図８は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置における電界緩和領域の上端面を含む面の構成を示す図である。図９は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。図９は、図８中のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図に相当する。

【0055】

第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００では、図８および図９に示されるように、第１保護領域２１および第２保護領域２２の各々のＹ軸方向の寸法が、第１コンタクト領域１８ＡのＹ軸方向の寸法よりも大きい。第１主面１に垂直な平面視で、Ｙ軸方向において、第１保護領域２１の外縁２１Ｙおよび第２保護領域２２の外縁２２Ｙが第１コンタクト領域１８Ａの外縁１８ＡＹの外側にある。外縁２１Ｙおよび２２Ｙは第１外縁の一例であり、外縁１８ＡＹは第２外縁の一例である。

【0056】

また、第３保護領域２３のＹ軸方向の寸法が、第２コンタクト領域１８ＢのＹ軸方向の寸法よりも大きい。第１主面１に垂直な平面視で、Ｙ軸方向において、第３保護領域２３の外縁２３Ｙが第２コンタクト領域１８Ｂの外縁１８ＢＹの外側にある。接続領域１７のＹ軸方向の寸法は、第１主面１に垂直な平面視で電界緩和領域１６から離れた部分では、第２コンタクト領域１８ＢのＹ軸方向の寸法よりも大きい。接続領域１７のＹ軸方向の寸法は、第１主面１に垂直な平面視で電界緩和領域１６と重なる部分では、第１実施形態と同一であってもよい。第１主面１に垂直な平面視で、Ｙ軸方向において、接続領域１７の外縁１７Ｙの一部が第２コンタクト領域１８Ｂの外縁１８ＢＹの外側にある。外縁１７Ｙおよび２３Ｙは第１外縁の一例であり、外縁１８ＢＹは第２外縁の一例である。

【0057】

第２実施形態の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0058】

第２実施形態によっても第１実施形態と同じ効果が得られる。第２実施形態によれば、電界集中を更に緩和しやすく、ドレインリークを更に抑制しやすい。

【0059】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主として、第１保護領域２１、第２保護領域２２および第３保護領域２３の構成の点で第１実施形態と相違する。図１０は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置における電界緩和領域の上端面を含む面の構成を示す図である。図１１は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。図１１は、図１０中のＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図に相当する。

【0060】

第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置３００では、図１０および図１１に示されるように、第１保護領域２１および第２保護領域２２の各々のＹ軸方向の寸法が、第１コンタクト領域１８ＡのＹ軸方向の寸法よりも小さい。第１主面１に垂直な平面視で、Ｙ軸方向において、第１保護領域２１の外縁２１Ｙおよび第２保護領域２２の外縁２２Ｙが第１コンタクト領域１８Ａの外縁１８ＡＹの内側にある。第１主面１に垂直な平面視で、外縁２１Ｙおよび２２Ｙの各々と外縁１８ＡＹとの間の距離は１μｍ以内であり、０．５μｍ以内であってもよい。

【0061】

また、第３保護領域２３のＹ軸方向の寸法が、第２コンタクト領域１８ＢのＹ軸方向の寸法よりも小さい。第１主面１に垂直な平面視で、Ｙ軸方向において、第３保護領域２３の外縁２３Ｙが第２コンタクト領域１８Ｂの外縁１８ＢＹの内側にある。第１主面１に垂直な平面視で、外縁２３Ｙと外縁１８ＢＹとの間の距離は１μｍ以内であり、０．５μｍ以内であってもよい。接続領域１７のＹ軸方向の寸法は、第１主面１に垂直な平面視で電界緩和領域１６から離れた部分では、第２コンタクト領域１８ＢのＹ軸方向の寸法よりも小さい。接続領域１７のＹ軸方向の寸法は、第１主面１に垂直な平面視で電界緩和領域１６と重なる部分では、第１実施形態と同一であってもよい。第１主面１に垂直な平面視で、Ｙ軸方向において、接続領域１７の外縁１７Ｙの一部が第２コンタクト領域１８Ｂの外縁１８ＢＹの内側にある。第１主面１に垂直な平面視で、外縁１７Ｙと外縁１８ＢＹとの間の距離は１μｍ以内であり、０．５μｍ以内であってもよい。

【0062】

第３実施形態の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0063】

第３実施形態によっても、電界集中を緩和し、ドレインリークを抑制できる。すなわち、外縁２１Ｙ、２２Ｙと外縁１８ＡＹとの間の距離が１μｍ以内であれば、第１主面１に垂直な平面視で外縁２１Ｙ、２２Ｙが外縁１８ＡＹの内側にあっても電界集中を緩和できる。また、外縁２３Ｙ、１７Ｙと外縁１８ＢＹとの間の距離が１μｍ以内であれば、第１主面１に垂直な平面視で外縁２３Ｙ、１７Ｙが外縁１８ＢＹの内側にあっても電界集中を緩和できる。

【0064】

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は、主として、炭化珪素エピタキシャル層４０の構成の点で第１実施形態と相違する。図１２は、第４実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。図１２は、図１および図２中のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図に相当する。

【0065】

第４実施形態に係る炭化珪素半導体装置４００では、図１２に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層４０が第１保護領域２１を有していない。第２保護領域２２と第１コンタクト領域１８Ａとの間にドリフト領域１１がある。

【0066】

第４実施形態の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0067】

第４実施形態によっても、電界集中を緩和し、ドレインリークを抑制できる。

【0068】

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。第５実施形態は、主として、炭化珪素エピタキシャル層４０の構成の点で第１実施形態と相違する。図１３は、第５実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。図１３は、図１および図２中のIV-IV線に沿った断面図に相当する。

【0069】

第５実施形態に係る炭化珪素半導体装置５００では、図１３に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層４０が第２保護領域２２を有していない。第１保護領域２１の下端面２１Ｘがドリフト領域１１に接する。炭化珪素エピタキシャル層４０が更に第３保護領域２３を有していなくてもよい。

【0070】

第５実施形態の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0071】

第５実施形態によっても、電界集中を緩和し、ドレインリークを抑制できる。

【0072】

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。第６実施形態は、主として、炭化珪素エピタキシャル層４０の構成の点で第１実施形態と相違する。図１４は、第６実施形態に係る炭化珪素半導体装置における電界緩和領域の上端面を含む面の構成を示す図である。図１５および図１６は、第６実施形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。図１５は、図１４中のＸＶ－ＸＶ線に沿った断面図に相当する。図１６は、図１６中のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿った断面図に相当する。

【0073】

第６実施形態に係る炭化珪素半導体装置６００では、図１４から図１６に示されるように、第２保護領域２２のＸ軸方向の寸法が、第１コンタクト領域１８ＡのＸ軸方向の寸法よりも大きく、Ｘ軸方向で第２保護領域２２が電界緩和領域１６に直接接する。従って、第１コンタクト領域１８Ａと電界緩和領域１６とが電気的に接続されている。また、第３保護領域２３のＸ軸方向の寸法も第１コンタクト領域１８ＡのＸ軸方向の寸法よりも大きく、Ｘ軸方向で第３保護領域２３が電界緩和領域１６に直接接する。

【0074】

第６実施形態の他の構成は第１実施形態と同じである。

【0075】

第６実施形態によっても、電界集中を緩和し、ドレインリークを抑制できる。第６実施形態によれば、更に、電界集中を緩和しやすく、ドレインリークを抑制しやすい。また、第２コンタクト領域１８Ｂと電界緩和領域１６とが電気的にされているだけでなく、第１コンタクト領域１８Ａと電界緩和領域１６とが電気的に接続されているため、電界緩和領域１６の電位を安定させやすい。従って、動作の安定性を向上できる。

【0076】

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、種々の変形および変更が可能である。

【符号の説明】

【0077】

１ 第１主面
２ 第２主面
３ 側面
４ 底面
５ ゲートトレンチ
１０ 炭化珪素基板
１１ ドリフト領域
１２ ボディ領域
１２Ｘ 下端面（第２下端面）
１３ ソース領域
１６ 電界緩和領域
１６Ｘ 下端面
１７ 接続領域（第１半導体領域）
１７Ｘ 下端面（第１下端面）
１７Ｙ 外縁（第１外縁）
１８ コンタクト領域
１８Ａ 第１コンタクト領域
１８Ｂ 第２コンタクト領域
１８ＡＹ、１８ＢＹ 外縁（第２外縁）
２１ 第１保護領域（第１半導体領域）
２１Ｘ 下端面（第１下端面）
２１Ｙ 外縁（第１外縁）
２２ 第２保護領域（第１半導体領域）
２２Ｘ 下端面（第１下端面）
２２Ｙ 外縁（第１外縁）
２３ 第３保護領域（第１半導体領域）
２３Ｘ 下端面（第１下端面）
２３Ｙ 外縁（第１外縁）
４０ 炭化珪素エピタキシャル層
５０ 炭化珪素単結晶基板
６０ ソース電極
６１ コンタクト電極
６２ ソース配線
７０ ドレイン電極
８１ ゲート絶縁膜
８２ ゲート電極
８３ 層間絶縁膜
８４ バリアメタル膜
９０ コンタクトホール
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 炭化珪素半導体装置
Ｌ１ 第１仮想直線
Ｌ２ 第２仮想直線

【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】

【図15】

【図16】