特開 2024-153355 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】P2024153355

(43)【公開日】2024-10-29

(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 20060101AFI20241022BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652F

H01L29/78 652S

H01L29/78 653A

H01L29/78 652J

H01L29/78 652K

H01L29/78 652T

H01L29/78 652H

H01L29/78 652D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067190

(22)【出願日】2023-04-17

(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】斎藤 雄

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ドレインリークを抑制す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１００は、炭化珪素基板１０と、第１導電型を有するドリフト領域１１と、ドリフト領域上に設けられ、第１導電型と異なる第２導電型を有するボディ領域１２と、ドリフト領域から隔てられるようにボディ領域上に設けられ、第１導電型を有するソース領域１３と、ソース領域及びボディ領域を貫通して少なくともドリフト領域に至る側面３及び側面と連なる底面４を備えたゲートトレンチ５と、を有する。ドリフト領域は、側面及びボディ領域に接する第１半導体領域１１Ａと、第１半導体領域及びボディ領域に接する第２半導体領域１１Ｂと、を有し、第２半導体領域は、第１主面に垂直な方向からの平面視で、ソース領域と重なり、第２半導体領域における第１導電型の不純物の第２実効濃度は、第１半導体領域における第１導電型の不純物の第１実効濃度よりも低い。
【選択図】図２

【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、
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少なくとも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ゲートトレンチが設けられており、
前記ドリフト領域は、
前記側面および前記ボディ領域に接する第１半導体領域と、
前記第１半導体領域および前記ボディ領域に接する第２半導体領域と、
を有し、
前記第２半導体領域は、前記第１主面に垂直な平面視で、前記ソース領域と重なり、
前記第２半導体領域における前記第１導電型の不純物の第２実効濃度は、前記第１半導体領域における前記第１導電型の不純物の第１実効濃度よりも低い、炭化珪素半導体装置。

【請求項2】

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導電型を有する電界緩和領域を有し、
前記平面視で、前記第２半導体領域は、前記電界緩和領域から離れている、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項3】

前記側面及び前記底面に接するゲート絶縁膜と、
前記炭化珪素基板との間に前記ゲート絶縁膜を挟むように前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられたソース電極と、
を有し、
前記炭化珪素基板は、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を有し、
前記複数のコンタクト領域は、前記ゲートトレンチの長手方向に沿って断続的に設けられ、
前記層間絶縁膜に、前記ソース領域の少なくとも一部および前記複数のコンタクト領域の各々の少なくとも一部が露出するコンタクトホールが形成され、
前記ソース電極は、前記コンタクトホールを通じて前記ソース領域および前記複数のコンタクト領域に接続され、
前記炭化珪素基板は、前記第２半導体領域を複数有し、
前記平面視で、前記複数の第２半導体領域の各々は、前記長手方向に沿って隣り合う２つの前記コンタクト領域の間で、前記ソース領域と重なる、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項4】

前記平面視で、前記第２半導体領域は、前記ソース領域の輪郭の内側にある、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項5】

前記ゲートトレンチの長手方向において、前記第２半導体領域の第１寸法の和は、前記ソース領域の第２寸法の０．５倍以上である、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項6】

前記ゲートトレンチの長手方向において、前記第２半導体領域の第１寸法の和は、前記ソース領域の第２寸法の０．５倍未満である、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項7】

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または請求項２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２０１５／０１５８０８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。
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、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少なくとも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ゲートトレンチが設けられており、前記ドリフト領域は、前記側面および前記ボディ領域に接する第１半導体領域と、前記第１半導体領域および前記ボディ領域に接する第２半導体領域と、を有し、前記第２半導体領域は、前記第１主面に垂直な平面視で、前記ソース領域と重なり、前記第２半導体領域における前記第１導電型の不純物の第２実効濃度は、前記第１半導体領域における前記第１導電型の不純物の第１実効濃度よりも低い。

【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の構成を示す断面図（その１）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２）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３）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４）である。

【図6】図６は、不純物の実効濃度のプロファイルの一例を示す図（その１）である。

【図7】図７は、不純物の実効濃度のプロファイルの一例を示す図（その２）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層間絶縁膜および第１主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の構成を示す断面図である。

【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、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少なくとも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ゲートトレンチが設けられており、前記ドリフト領域は、前記側面および前記ボディ領域に接する第１半導体領域と、前記第１半導体領域および前記ボディ領域に接する第２半導体領域と、を有し、前記第２半導体領域は、前記第１主面に垂直な平面視で、前記ソース領域と重なり、前記第２半導体領域における前記第１導電型の不純物の第２実効濃度は、前記第１半導体領域における前記第１導電型の不純物の第１実効濃度よりも低い。

【0012】

ドリフト領域が第１半導体領域および第２半導体領域を有し、第１主面に垂直な平面視で、第２領域がソース領域と重なり、第２実効濃度が第１実効濃度よりも低い。このため、第２実効濃度が第１実効濃度と等しい場合と比較して、ソース領域と第２主面との間において、ドリフト領域とボディ領域とのｐｎ接合界面の近傍での電界集中を緩和できる。従って、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導電型を有する電界緩和領域を有し、前記平面視で、前記第２半導体領域は、前記電界緩和領域から離れていてもよい。この場合、ゲートトレンチの近傍での電界集中を緩和できる。また、電界緩和領域と第２半導体領域との間にある電流経路のオン抵抗を抑制しやすい。

【0014】

〔３〕 〔１〕または〔２〕において、前記側面及び前記底面に接するゲート絶縁膜と、前記炭化珪素基板との間に前記ゲート絶縁膜を挟むように前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられたソース電極と、を有し、前記炭化珪素基板は、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を有し、前記複数のコンタクト領域は、前記ゲートトレンチの長手方向に沿って断続的に設けられ、前記層間絶縁膜に、前記ソース領域の少なくとも一部および前記複数のコンタクト領域の各々の少なくとも一部が露出するコンタクトホールが形成され、前記ソース電極は、前記コンタクトホールを通じて前記ソース領域および前記複数のコンタクト領域に接続され、前記炭化珪素基板は、前記第２半導体領域を複数有し、前記平面視で、前記複数の第２半導体領域の各々は、前記長手方向に沿って隣り合う２つの前記コンタクト領域の間で、前記ソース領域と重なってもよい。この場合も、電界集中を緩和し、電界集中に起因するドレインリークを抑制できる。

【0015】

〔４〕 〔１〕から〔３〕のいずれかにおいて、前記平面視で、前記第２半導体領域は、前記ソース領域の輪郭の内側にあってもよい。この場合、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。

【0016】

〔５〕 〔４〕において、前記ゲートトレンチの長手方向において、前記第２半導体領域の第１寸法の和は、前記ソース領域の第２寸法の０．５倍以上であってもよい。この場合、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。

【0017】

〔６〕 〔４〕において、前記ゲートトレンチの長手方向において、前記第２半導体領域の第１寸法の和は、前記ソース領域の第２寸法の０．５倍未満であってもよい。この場合、電流経路のオン抵抗を抑制しやすい。

【0018】

〔７〕 〔１〕から〔６〕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。

【0019】

［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）に関し、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から図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である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図に相当する。図３は、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する。図４は、図１中のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図に相当する。図５は、図１中のＶ－Ｖ線に沿った断面図に相当する。

【0020】

図１から図５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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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、コンタクト領域１８とを主に有する。

【0024】

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。ドリフト領域１１は、第１領域１１Ａと、第２領域１１Ｂと、第３領域１１Ｃとを主に有している。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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、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４領域１８Ａと、第５領域１８Ｂとを主に有している。

【0028】

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軸に沿って延びる。Ｙ軸に沿って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軸に沿って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を用いて各部位の位置関係を説明することがある。

【0029】

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軸に沿って延びる。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、Ｙ軸に沿って電界緩和領域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軸に沿って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。

【0030】

コンタクト領域１８の第４領域１８Ａは、Ｘ軸に沿って隣り合うゲートトレンチ５の間にある。Ｘ軸に沿って隣り合う２つのゲートトレンチ５の間において、第４領域１８Ａとソース領域１３とがＹ軸に沿って交互に設けられていてもよい。Ｘ軸に沿って隣り合う２つのゲートトレンチ５の間において、第４領域１８ＡがＹ軸に沿って断続的に設けられていてもよい。例えば、第４領域１８Ａがゲートトレンチ５の長手方向の端部の近傍にあり、ソース領域１３がゲートトレンチ５の長手方向の中央部の近傍にあってもよい。第４領域１８ＡはＸ軸に沿ってゲートトレンチ５の両側に設けられている。

【0031】

コンタクト領域１８の第５領域１８Ｂは、第１主面１に垂直な平面視で、Ｙ軸に沿って隣り合うゲートトレンチ５の間にある。第５領域１８Ｂは、Ｘ軸に沿って第４領域１８Ａにつながる。第４領域１８Ａと第５領域１８ＢとがＸ軸に沿って交互に設けられている。例えば、第４領域１８ＡのＹ軸に沿った寸法Ａ３は、第５領域１８ＢのＹ軸に沿った寸法Ａ４よりも大きい。

【0032】

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は、コンタクト領域１８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軸に沿って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４領域１８Ａの一部と第５領域１８Ｂとに重なる。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５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５領域１８Ｂの各々に接してもよい。接続領域１７は、電界緩和領域１６とコンタクト領域１８との間にある。

【0033】

ドリフト領域１１の第１領域１１Ａは側面３に露出し、かつボディ領域１２に接する。ドリフト領域１１の第２領域１１Ｂは第１領域１１Ａおよびボディ領域１２に接する。第１主面１に垂直な平面視で、第２領域１１Ｂはソース領域１３に重なる。例えば、第２領域１１Ｂは、平面視でソース領域１３の輪郭の内側にある。例えば、第２領域１１Ｂは、平面視でソース領域１３のうちでゲートトレンチ５の長手方向で隣り合う２つの第４領域１８Ａの間の部分に重なる。第１実施形態では、Ｘ軸に沿って隣り合う２つのゲートトレンチ５の間において、平面視で、ソース領域１３のうちでゲートトレンチ５の長手方向で隣り合う２つの第４領域１８Ａの間の部分に１個の第２領域１１Ｂが重なる。第１領域１１Ａは、側面３と第２領域１１Ｂとの間にある。第１領域１１Ａおよび第２領域１１Ｂの厚さは、例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。平面視で、第２領域１１Ｂが電界緩和領域１６から離れていてもよい。

【0034】

ドリフト領域１１の第３領域１１Ｃは炭化珪素単結晶基板５０に接してもよい。第１領域１１Ａおよび第２領域１１Ｂは、第３領域１１Ｃとボディ領域１２との間にある。第１領域１１Ａの下端面および第２領域１１Ｂの下端面が、第３領域１１Ｃの上端面に接する。第３領域１１Ｃが側面３に露出してもよい。第３領域１１Ｃが底面４に露出してもよい。第１領域１１Ａの下端面および第２領域１１Ｂの下端面は、底面４を含む仮想平面Ｐ１にあってもよく、仮想平面Ｐ１よりも第１主面１に近くてもよい。底面４と第２主面２との間において、第３領域１１Ｃが電界緩和領域１６を囲んでいてもよい。底面４と電界緩和領域１６の上端面との間に第３領域１１Ｃの一部があってもよい。電界緩和領域１６の下端面と第２主面２との間に第３領域１１Ｃの他の一部があってもよい。Ｘ軸に沿って隣り合う電界緩和領域１６の間に第３領域１１Ｃの更に他の一部があってもよい。第１領域１１Ａは第１半導体領域の一例であり、第２領域１１Ｂは第２半導体領域の一例である。

【0035】

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、底面４において第３領域１１Ｃ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、側面３において第１領域１１Ａおよび第３領域１１Ｃに接する。ゲート絶縁膜８１は、側面３において第１領域１１Ａに接していれば、第３領域１１Ｃに接していなくてもよい。ゲート絶縁膜８１は第２領域１１Ｂから離れている。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。

【0036】

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軸に沿って延びる。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。

【0037】

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。

【0038】

層間絶縁膜８３およびゲート絶縁膜８１には、Ｘ軸に沿って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軸に沿って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軸に沿って延びる。コンタクトホール９０を通じて、ソース領域１３および第４領域１８Ａ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。第５領域１８Ｂは層間絶縁膜８３により覆われていてよい。

【0039】

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。

【0040】

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およびコンタクト領域１８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およびコンタクト領域１８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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

ドリフト領域１１に関し、第２領域１１Ｂにおけるｎ型不純物の第２実効濃度は、第１領域１１Ａにおけるｎ型不純物の第１実効濃度よりも低い。第１実効濃度は第２実効濃度の、好ましくは２倍以上であり、より好ましくは３倍以上であり、更に好ましくは５倍以上である。例えば、第２実効濃度は１×１０^１６ｃｍ^－３以上１×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、第１実効濃度は１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^１８ｃｍ^－３以下である。第３領域１１Ｃにおけるｎ型不純物の実効濃度は、第１実効濃度よりも低くてもよく、第２実効濃度と同程度であってもよい。第１領域１１Ａは電流拡散領域とよばれることがある。

【0044】

図６および図７は、不純物の実効濃度のプロファイルの一例を示す図である。図６は、図２中の半直線ＨＬ１に沿った不純物の実効濃度のプロファイルの一例を示し、図７は、図２中の半直線ＨＬ２に沿った不純物の実効濃度のプロファイルの一例を示す。図６および図７の横軸は第１主面１を基準とした深さであり、縦軸は不純物の実効濃度のプロファイルである。図６の縦軸は、第１領域１１Ａにおける不純物の実効濃度のプロファイルを含み、図７の横軸は、第２領域１１Ｂにおける不純物の実効濃度のプロファイルを含む。図６および図７中の実線はｎ型不純物の実効濃度を示し、破線はｐ型不純物の実効濃度を示す。概ね、深さが０．００μｍ以上０．４０μｍ以下の領域がソース領域１３に相当し、深さが０．４０μｍ以上０．６０μｍ以下の領域がボディ領域１２に相当し、深さが０．６０μｍ以上の領域がドリフト領域１１に相当する。

【0045】

ボディ領域１２の厚さは一定でなくてもよい。例えば、第２領域１１Ｂと第１主面１との間で、第１領域１１Ａと第１主面１との間よりも厚くてもよい。

【0046】

コンタクト領域１８におけるｐ型不純物の実効濃度は、ボディ領域１２におけるｐ型不純物の実効濃度よりも高くてもよい。例えば、コンタクト領域１８におけるｐ型不純物の実効濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下であり、ボディ領域１２におけるｐ型不純物の実効濃度は５×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^１８ｃｍ^－３以下である。

【0047】

ソース領域１３におけるｎ型不純物の実効濃度は、ボディ領域１２におけるｐ型不純物の実効濃度よりも高くてもよい。ソース領域１３におけるｎ型不純物の実効濃度は、例えば１×１０^１９ｃｍ^－３程度である。また、電界緩和領域１６におけるｐ型不純物の実効濃度および接続領域１７におけるｐ型不純物の実効濃度は、例えば５×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１８ｃｍ^－３以下である。

【0048】

本開示において、第１導電型の不純物の実効濃度とは、第１導電型の不純物の濃度から第２導電型の不純物の濃度を減じて得られる濃度であり、第２導電型の不純物の実効濃度とは、第２導電型の不純物の濃度から第１導電型の不純物の濃度を減じて得られる濃度である。実効濃度は、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領域１１Ａおよび第２領域１１Ｂの形成に際しては、例えば、炭化珪素エピタキシャル層４０を形成し、第１領域１１Ａを形成する部分および第２領域１１Ｂを形成する部分にｎ型不純物のイオン注入を同時に行い、第２領域１１Ｂを形成する部分にｐ型不純物のイオン注入を行う。

【0050】

第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００では、ドリフト領域１１が第１領域１１Ａおよび第２領域１１Ｂを有し、第１主面１に垂直な平面視で、第２領域１１Ｂがソース領域１３と重なり、第２実効濃度が第１実効濃度よりも低い。このため、第２実効濃度が第１実効濃度と等しい場合と比較して、ソース領域１３と第２主面２との間において、ドリフト領域１１とボディ領域１２とのｐｎ接合界面の近傍での電界集中を緩和できる。従って、電界集中に起因するドレインリークを抑制できる。

【0051】

ゲートトレンチ５の底面４と第２主面２との間に電界緩和領域１６が設けられているため、ゲートトレンチ５の近傍での電界集中を緩和できる。また、平面視で、第２領域１１Ｂが電界緩和領域１６から離れているため、電界緩和領域１６と第２領域１１Ｂとの間にある電流経路のオン抵抗を抑制しやすい。

【0052】

平面視で、第２領域１１Ｂがソース領域１３の輪郭の内側にあることで、ソース領域１３と第２主面２との間において、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。

【0053】

ゲートトレンチ５の長手方向において、第２領域１１Ｂの第１寸法Ａ１は、当該第２領域１１Ｂと平面視で重なるソース領域１３の第２寸法Ａ２の０．５倍以上であってもよい。第１寸法Ａ１が第２寸法Ａ２の０．５倍以上である場合、電界集中を更に緩和しやすく、電界集中に起因するドレインリークを更に抑制しやすい。第１寸法Ａ１が第２寸法Ａ２の０．６倍以上であってもよく、０．７倍以上であってもよい。

【0054】

また、ゲートトレンチ５の長手方向において、第２領域１１Ｂの第１寸法Ａ１は、当該第２領域１１Ｂと平面視で重なるソース領域１３の第２寸法Ａ２の０．５倍未満であってもよい。第１寸法Ａ１が第２寸法Ａ２の０．５倍未満である場合、電流経路のオン抵抗を抑制しやすい。第１寸法Ａ１が第２寸法Ａ２の０．４倍以下であってもよく、０．３倍以下であってもよい。

【0055】

（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２領域１１Ｂの配置の点で第２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層間絶縁膜および第１主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の構成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。

【0056】

図８および図９に示されるように、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００では、Ｘ軸に沿って隣り合う２つのゲートトレンチ５の間において、平面視で、ソース領域１３のうちでゲートトレンチ５の長手方向で隣り合う２つの第４領域１８Ａの間の部分に複数個、例えば２個の第２領域１１Ｂが重なる。すなわち、平面視で、複数の第２領域１１Ｂの各々が、ゲートトレンチ５の長手方向に沿って隣り合う２つの第４領域１８Ａの間で、ソース領域１３と重なる。

【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。

【0059】

以上、実施形態について詳述したが、本開示は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】

【0060】

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
１１Ａ 第１領域
１１Ｂ 第２領域
１１Ｃ 第３領域
１２ ボディ領域
１３ ソース領域
１６ 電界緩和領域
１７ 接続領域
１８ コンタクト領域
１８Ａ 第４領域
１８Ｂ 第５領域
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 炭化珪素半導体装置
Ａ１ 第１寸法
Ａ２ 第２寸法
Ａ３、Ａ４ 寸法
ＨＬ１、ＨＬ２ 半直線
Ｌ１ 第１仮想直線
Ｐ１ 仮想平面
θ１ 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】