特開 2024-82843 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法

(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】P2024082843

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20240613BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240613BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652D

H01L29/78 652F

H01L29/78 652S

H01L29/78 653A

H01L29/78 652J

H01L29/78 658A

H01L29/78 652T

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022196994

(22)【出願日】2022-12-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】馬場 正和

(57)【要約】      （修正有）

【課題】チャネル長を均一化し、特性のばらつきを抑制することが可能な炭化珪素半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置は、半導体基板１０のおもて面に設けられた複数のトレンチ部４０と、半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域１４と、ドリフト領域の上方に設けられ、ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型のソース領域１２と、ドリフト領域の上方に設けられ、ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト領域１５と、ソース領域の下方であって、ベース領域の下端よりも上方に設けられ、ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型領域と、を備える。第２導電型領域は、トレンチ部の側壁に接して設けられる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板のおもて面に設けられた複数のトレンチ部と、
前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられ、前記ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型のソース領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト領域と、
前記ソース領域の下方であって、前記ベース領域の下端よりも上方に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型領域と
を備え、
前記第２導電型領域は、前記複数のトレンチ部のいずれかのトレンチ部の側壁に接して設けられる
炭化珪素半導体装置。

【請求項2】

前記第２導電型領域のドーピング濃度は、前記ベース領域のドーピング濃度よりも大きく、前記コンタクト領域のドーピング濃度以下である
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項3】

前記第２導電型領域のドーピング濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以上、１×１０^２０ｃｍ^－３以下である
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項4】

前記ソース領域は、前記複数のトレンチ部の配列方向において、前記複数のトレンチ部のうち隣接する一方のトレンチ部の側壁から他方のトレンチ部の側壁まで延伸して設けられる
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項5】

前記複数のトレンチ部の延伸方向における前記第２導電型領域の幅Ｗｐは、前記複数のトレンチ部の延伸方向における前記ソース領域の幅Ｗｎよりも大きい
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項6】

前記ベース領域は、前記半導体基板のおもて面において、前記ソース領域と前記コンタクト領域との間に設けられ、
前記半導体基板の前記おもて面において、前記ソース領域と前記コンタクト領域とは、前記ベース領域を挟んで分離されている
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項7】

前記ソース領域と前記コンタクト領域との間において、前記複数のトレンチ部の延伸方向における前記ベース領域の幅は、０．２μｍ以上、０．５μｍ以下である
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項8】

隣接する前記複数のトレンチ部の間において、前記ベース領域の下端と接するように設けられた第２導電型のボディ領域を備える
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項9】

前記ボディ領域は、第１ボディ領域と、前記第１ボディ領域の上方に設けられた第２ボディ領域とを含み、
前記第２ボディ領域の上端は、前記ベース領域の下端と接しており、
前記第１ボディ領域の上端は、前記第２ボディ領域の下端と接している
請求項８に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項10】

前記第２導電型領域と前記コンタクト領域とは、前記ベース領域を挟んで分離されている
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項11】

前記複数のトレンチ部の下端に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のトレンチボトム領域を備える
請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項12】

前記トレンチ部の延伸方向における前記コンタクト領域と前記第２導電型領域との間の距離Ｄｐは、前記トレンチ部の配列方向における前記第１ボディ領域と前記トレンチボトム領域との間の距離Ｄｂよりも大きい
請求項１１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項13】

前記半導体基板の深さ方向における前記第２導電型領域の厚みは０．０５μｍ以上、０．２μｍ以下である
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項14】

前記第２導電型領域は、前記複数のトレンチ部の配列方向において、隣接する一方のトレンチ部の側壁から他方のトレンチ部の側壁まで延伸して設けられる
請求項１から１３のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項15】

前記第２導電型領域は、前記複数のトレンチ部の配列方向において、隣接する一方のトレンチ部の側壁から他方のトレンチ部の側壁まで延伸せずに終端する
請求項１から１３のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項16】

前記ソース領域は、前記トレンチ部を挟んで前記ソース領域と対向しており、前記コンタクト領域は、前記トレンチ部を挟んで前記コンタクト領域と対向している
請求項１から１３のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項17】

前記ソース領域は、前記トレンチ部を挟んで前記コンタクト領域と対向しており、
前記コンタクト領域は、前記トレンチ部を挟んで前記ソース領域と対向している
請求項１から１３のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項18】

複数のトレンチ部を備える半導体基板のおもて面面にマスクを形成する段階と、
前記マスクを用いて、前記半導体基板のおもて面からドーパントを注入し、前記複数のトレンチ部のいずれかのトレンチ部の側壁に接するように第２導電型の第２導電型領域を形成する段階と、
前記マスクを用いて、前記半導体基板のおもて面からドーパントを注入し、第１導電型のソース領域を形成する段階と
を備える
炭化珪素半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「ｐ型炭化珪素層３２の内部には、トレンチ７の側壁付近に、トレンチ７の側壁から離して、第３ｐ+型領域２３が選択的に設けられている」構成が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１９－５０２４０号公報
［特許文献２］ 特開２０２１－１９７３８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

炭化珪素半導体装置において、チャネル長を均一化し、特性のばらつきを抑制することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、半導体基板のおもて面に設けられた複数のトレンチ部と、前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられ、前記ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型のソース領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト領域と、前記ソース領域の下方であって、前記ベース領域の下端よりも上方に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型領域とを備え、前記第２導電型領域は、前記トレンチ部の側壁に接して設けられる炭化珪素半導体装置を提供する。

【0005】

上記炭化珪素半導体装置において、前記第２導電型領域のドーピング濃度は、前記ベース領域のドーピング濃度よりも大きく、前記コンタクト領域のドーピング濃度以下であってよい。

【0006】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記第２導電型領域のドーピング濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以上、１×１０^２０ｃｍ^－３以下であってよい。

【0007】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ソース領域は、前記複数のトレンチ部の配列方向において、隣接する一方のトレンチ部の側壁から他方のトレンチ部の側壁まで延伸して設けられてよい。

【0008】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記複数のトレンチ部の延伸方向における前記第２導電型領域の幅Ｗｐは、前記複数のトレンチ部の延伸方向における前記ソース領域の幅Ｗｎよりも大きくてよい。

【0009】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ベース領域は、前記半導体基板のおもて面において、前記ソース領域と前記コンタクト領域との間に設けられてよく、前記半導体基板の前記おもて面において、前記ソース領域と前記コンタクト領域とは、前記ベース領域を挟んで分離されてよい。

【0010】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ソース領域と前記コンタクト領域との間において、前記複数のトレンチ部の延伸方向における前記ベース領域の幅は、０．２μｍ以上、０．５μｍ以下であってよい。

【0011】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、隣接する前記複数のトレンチ部の間において、前記ベース領域の下端と接するように設けられた第２導電型のボディ領域を備えてよい。

【0012】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ボディ領域は、第１ボディ領域と、前記第１ボディ領域の上方に設けられた第２ボディ領域を含んでよく、前記第２ボディ領域の上端は、前記ベース領域の下端と接していてよく、前記第１ボディ領域の上端は、前記第２ボディ領域の下端と接していてよい。

【0013】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記第２導電型領域と前記コンタクト領域とは、前記ベース領域を挟んで分離されていてよい。

【0014】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記複数のトレンチ部の下端に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のトレンチボトム領域を備えてよい。

【0015】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記トレンチ部の延伸方向における前記コンタクト領域と前記第２導電型領域との間の距離Ｄｐは、前記トレンチ部の配列方向における前記第１ボディ領域と前記トレンチボトム領域との間の距離Ｄｂよりも大きくてよい。

【0016】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記半導体基板の深さ方向における前記第２導電型領域の厚みは０．０５μｍ以上、０．２μｍ以下であってよい。

【0017】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記第２導電型領域は、前記複数のトレンチ部の配列方向において、隣接する一方のトレンチ部の側壁から他方のトレンチ部の側壁まで延伸して設けられてよい。

【0018】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記第２導電型領域は、前記複数のトレンチ部の配列方向において、隣接する一方のトレンチ部の側壁から他方のトレンチ部の側壁まで延伸せずに終端してよい。

【0019】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ソース領域は、前記トレンチ部を挟んで前記ソース領域と対向していてよく、前記コンタクト領域は、前記トレンチ部を挟んで前記コンタクト領域と対向していてよい。

【0020】

上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ソース領域は、前記トレンチ部を挟んで前記コンタクト領域と対向していてよく、前記コンタクト領域は、前記トレンチ部を挟んで前記ソース領域と対向していてよい。

【0021】

本発明の第２の態様においては、複数のトレンチ部を備える半導体基板のおもて面にマスクを形成する段階と、前記マスクを用いて、前記半導体基板のおもて面からドーパントを注入し、前記複数のトレンチ部のいずれかのトレンチ部の側壁に接するように第２導電型の第２導電型領域を形成する段階と、前記マスクを用いて、前記半導体基板のおもて面からドーパントを注入し、第１導電型のソース領域を形成する段階とを備える炭化珪素半導体装置の製造方法が提供される。

【0022】

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】炭化珪素半導体装置１００の上面の一例を表す図である。

【図2A】炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。

【図2B】炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。

【図2C】炭化珪素半導体装置１００のＸＺ断面の一例を表す図である。

【図3】炭化珪素半導体装置１００の上面の変形例を表す図である。

【図4A】炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の変形例を表す図である。

【図4B】炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の変形例を表す図である。

【図5】炭化珪素半導体装置１００の上面の変形例を表す図である。

【図6】炭化珪素半導体装置１００の製造プロセスの一例を表すフローチャートである。

【図7】炭化珪素半導体装置１００の製造プロセスの一例を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0025】

本明細書においては、半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」、「おもて」、「裏」の方向は重力方向、または、半導体装置の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。

【0026】

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。本明細書では、半導体基板の上面と平行な面をＸＹ面とし、半導体基板の深さ方向をＺ軸とする。

【0027】

各実施例においては、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型とした例を示しているが、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。

【0028】

本明細書では、ＮまたはＰを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ＮやＰに付す＋および－は、それぞれ、それが付されていない層や領域よりも高ドーピング濃度および低ドーピング濃度であることを意味する。

【0029】

図１は、炭化珪素半導体装置１００の上面の一例を表す図である。炭化珪素半導体装置１００は、高電圧および／または大電流を制御するパワー半導体装置であってよい。一例として、炭化珪素半導体装置１００は、ＭＯＳＦＥＴである。炭化珪素半導体装置１００は、半導体基板１０を有し、半導体基板１０において、活性部と、耐圧構造部（非図示）とを備える。本例の炭化珪素半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１において、ソース領域１２と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５と、ゲートトレンチ部４０とを備える。

【0030】

半導体基板１０は、炭化珪素からなる。半導体基板１０は、おもて面２１を有する。半導体基板１０は、エピタキシャル成長によって形成されてよい。一例として、半導体基板１０の結晶構造は、４Ｈ－ＳｉＣである。図１において、Ｘ軸は炭化珪素からなる半導体基板１０の［１１－２０］方向であってよく、Ｙ軸は半導体基板１０の［１－１００］方向であってよく、Ｚ軸は半導体基板１０の［０００－１］方向であってよい。

【0031】

活性部は、半導体基板１０に設けられる。活性部は、炭化珪素半導体装置１００の動作時に、主電流が流れる領域であってよい。一例として、活性部は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）構造を有するが、これに限定されない。

【0032】

耐圧構造部は、半導体基板１０において、活性部の外周に設けられる。耐圧構造部は、半導体基板１０の上面側の電界集中を緩和してよい。一例として、耐圧構造部は、接合終端（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ、ＪＴＥ）構造を有する。変形例として、耐圧構造部は、ガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有してよい。

【0033】

炭化珪素半導体装置１００の上面側には、トレンチ構造が形成されている。具体的には、半導体基板１０のおもて面２１において、複数のゲートトレンチ部４０が形成されている。

【0034】

ソース領域１２は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられた第１導電型の領域である。本例のソース領域１２は、一例としてＮ＋型である。ソース領域１２は、ゲートトレンチ部４０の側壁と接してよい。本例のソース領域１２は、ゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられる。ソース領域１２は、ゲートトレンチ部４０を挟んでソース領域１２と対向して設けられてもよい。即ち、ソース領域１２は、上面視において、ゲートトレンチ部４０の配列方向にストライプ状に設けられてよい。

【0035】

ソース領域１２は、半導体基板１０のおもて面２１にフォトレジスト等のマスクを形成し、半導体基板１０のおもて面２１からイオン注入を行うことで形成されてよい。ソース領域１２は、半導体基板１０のエピタキシャル層に形成されてよい。一例として、ソース領域１２を形成するためのドーパントは、リンまたは窒素であってよい。ソース領域１２は、１段階のイオン注入で形成されてよく、２段階以上のイオン注入で形成されてよい。

【0036】

本例のソース領域１２のドーピング濃度は、後述するドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高くてよい。一例において、ソース領域１２のドーピング濃度は１×１０^１８ｃｍ^－３以上であってよく、１×１０^２１ｃｍ^－３以下であってよい。

【0037】

ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１において、半導体基板１０の深さ方向に延伸して設けられた第２導電型の領域である。本例のベース領域１４は、一例としてＰ型である。ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１において、ソース領域１２とコンタクト領域１５との間に設けられる。ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１におけるゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられてよい。

【0038】

ベース領域１４は、Ｐ型のドーパントをドーピングしながら、ドリフト領域１８の上方に炭化珪素をエピタキシャル成長させることによって設けられてよい。Ｐ型のドーパントは、一例としてアルミニウム原子である。本例のベース領域１４のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高くてよい。一例において、ベース領域１４のドーピング濃度は２×１０^１６ｃｍ^－３以上であってよく、２×１０^１７ｃｍ^－３以下であってよい。

【0039】

一例では、ベース領域１４がソース領域１２とコンタクト領域１５との間に設けられることにより、ソース領域１２とコンタクト領域１５とが分離されていてよい。半導体基板１０のおもて面２１におけるベース領域１４のゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅Ｗ１４Ｘは、０．２μｍ以上であってよく、０．５μｍ以下であってよい。

【0040】

コンタクト領域１５は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられた第２導電型の領域である。本例のコンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられてよい。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０を挟んでコンタクト領域１５と対向して設けられてもよい。即ち、コンタクト領域１５は、上面視において、ゲートトレンチ部４０の配列方向にストライプ状に設けられてよい。

【0041】

コンタクト領域１５は、半導体基板１０のおもて面２１にフォトレジスト等のマスクを形成し、半導体基板１０のおもて面２１からイオン注入を行うことで形成されてよい。コンタクト領域１５は、半導体基板１０のエピタキシャル層に形成されてよい。コンタクト領域１５を形成するためのドーパントは、アルミニウムまたはボロンであってよい。コンタクト領域１５は、１段階のイオン注入で形成されてよく、２段階以上のイオン注入で形成されてよい。

【0042】

本例のコンタクト領域１５のドーピング濃度は、後述するドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高くてよく、ベース領域１４のドーピング濃度よりも高くてよい。一例において、コンタクト領域１５のドーピング濃度は１×１０^１９ｃｍ^－３以上であってよく、１×１０^２０ｃｍ^－３以下であってよい。

【0043】

半導体基板１０のおもて面２１におけるゲートトレンチ部４０の延伸方向において、コンタクト領域１５の幅は、ソース領域１２の幅よりも大きくてよく、同一であってよい。また、ソース領域１２の幅は、ベース領域１４の幅よりも大きくてよい。

【0044】

図２Ａは、図１におけるａ－ａ'線における炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。図２Ａは、炭化珪素半導体装置１００の、上面視においてソース領域１２が設けられた領域のＹＺ断面図である。本例の炭化珪素半導体装置１００は、ソース領域１２と、ベース領域１４と、ドリフト領域１８と、第２導電型領域１９と、バッファ領域２４と、絶縁膜３８と、ゲートトレンチ部４０と、ソース電極５２と、ドレイン電極５４と、ボディ領域６０と、トレンチボトム領域６３とを備える。

【0045】

ドリフト領域１８は、半導体基板１０に設けられた第１導電型の領域である。本例のドリフト領域１８は、一例としてＮ型である。ドリフト領域１８は、Ｎ型のドーパントをドーピングしながら、炭化珪素をエピタキシャル成長させることによって設けられてよい。Ｎ型のドーパントは、一例として窒素原子である。本例のドリフト領域１８のドーピング濃度は、バッファ領域２４のドーピング濃度よりも低くてよい。

【0046】

バッファ領域２４は、半導体基板１０の裏面２３に設けられた第１導電型の領域である。バッファ領域２４は、ドリフト領域１８の下方に設けられる。本例のバッファ領域２４は、一例としてＮ＋型である。バッファ領域２４は、Ｎ＋型の炭化珪素からなる炭化珪素基板であってよい。

【0047】

第２導電型領域１９は、ソース領域１２の下方において、ベース領域１４の下端よりも上方に設けられた第２導電型の領域である。本例の第２導電型領域１９は、一例としてＰ＋型である。第２導電型領域１９は、ゲートトレンチ部４０の側壁に接して設けられる。第２導電型領域１９は、ゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられてよい。第２導電型領域１９の上端は、ソース領域１２の下端と接していてもよく、接していなくてもよい。

【0048】

第２導電型領域１９のドーピング濃度は、ベース領域１４のドーピング濃度よりも高くてよく、コンタクト領域１５のドーピング濃度以下であってよい。一例において、第２導電型領域１９のドーピング濃度は１×１０^１８ｃｍ^－３以上であってよく、１×１０^２０ｃｍ^－３以下であってよい。

【0049】

第２導電型領域１９はベース領域１４よりも十分にドーピング濃度が高いので、ＭＯＳＦＥＴ動作時にチャネル形成がされない領域である。即ち、第２導電型領域１９においては、ＭＯＳＦＥＴの動作時に反転領域が形成されない。ソース領域１２の下方のみに第２導電型領域１９を設けることで、ＭＯＳＦＥＴ動作時に第２導電型領域１９の直下から流入するチャネル電流が制限され、直下以外から流入する電流のみとなる。これにより、炭化珪素半導体装置１００の短絡耐量を向上することができる。また、チャネル長が均一化され、炭化珪素半導体装置１００の特性のばらつきが抑制される。

【0050】

第２導電型領域１９は、半導体基板１０のおもて面２１にフォトレジスト等のマスクを形成し、半導体基板１０のおもて面２１からイオン注入を行うことで形成されてよい。第２導電型領域１９は、半導体基板１０のエピタキシャル層に形成されてよい。一例として、注入イオンはアルミニウムイオンであってよい。第２導電型領域１９は、１段階のイオン注入で形成されてよく、２段階以上のイオン注入で形成されてよい。

【0051】

第２導電型領域１９の半導体基板１０の深さ方向における厚さは、ソース領域１２の半導体基板１０の深さ方向における厚さよりも薄くてよい。一例として、第２導電型領域１９の厚さは０．０５μｍ以上であってよく、０．２μｍ以下であってよい。

【0052】

ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられる。ゲートトレンチ部４０は、ベース領域１４を貫通してドリフト領域１８に達して設けられてよい。ゲートトレンチ部４０がベース領域１４を貫通するとは、ベース領域１４を形成してからゲートトレンチ部４０を形成する順序で製造されたものに限定されない。ゲートトレンチ部４０を形成した後に、ゲートトレンチ部４０の側壁にベース領域１４を形成したものも、ゲートトレンチ部４０がベース領域１４を貫通したものに含まれる。ゲートトレンチ部４０の底部は、後述するトレンチボトム領域６３によって覆われていてよい。

【0053】

ゲートトレンチ部４０は、ゲート絶縁膜４４およびゲート導電部４２を有する。ゲート絶縁膜４４は、ゲートトレンチ部４０の内壁を覆って形成される。ゲート絶縁膜４４は、ゲートトレンチ部４０の内壁の半導体を酸化することで形成されてよい。

【0054】

ゲート導電部４２は、ゲートトレンチ部４０の内部において、ゲート絶縁膜４４よりも内側に形成される。ゲート絶縁膜４４は、ゲート導電部４２と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４２は、例えば燐（Ｐ）等のｎ型不純物又はボロン（Ｂ）等のｐ型不純物を高不純物濃度で添加したポリシリコン（ドープドポリシリコン）や、チタン（Ｔｉ）又はタングステン（Ｗ）等の高融点金属等の導電材料で形成される。ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１において絶縁膜３８によって覆われる。

【0055】

ソース電極５２は、ソース電位に設定され、絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上方に設けられる。ソース電極５２は、金属を含む材料で形成される。ソース電極５２は、バリアメタルを含んでよい。ソース電極５２の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。

【0056】

ドレイン電極５４は、半導体基板１０の裏面２３に形成される。ドレイン電極５４は、金属等の導電材料で形成される。ドレイン電極５４は、例えば金（Ａｕ）からなる単層膜や、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｕの順で積層された金属膜が使用可能であり、更にその最下層にモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属膜を積層してもよい。また、半導体基板１０の裏面２３とドレイン電極５４との間にニッケルシリサイド（ＮｉＳｉｘ）等からなるシリサイド層が設けられてもよい。

【0057】

トレンチボトム領域６３は、ゲートトレンチ部４０の底部および側面の一部を覆うように、ゲートトレンチ部４０の下端に設けられた第２導電型の領域である。本例のトレンチボトム領域６３は、一例としてＰ＋型である。トレンチボトム領域６３を設けることで、炭化珪素半導体装置１００の耐圧を向上させることができる。

【0058】

ボディ領域６０は、隣接するゲートトレンチ部４０の間において、ベース領域１４の下端と接するように設けられた第２導電型の領域である。本例のボディ領域６０は、一例としてＰ＋型である。本例のボディ領域６０は、第１ボディ領域６１および第２ボディ領域６２を含む。ボディ領域は、半導体基板１０のおもて面２１からの２段階のイオン注入を経て形成されてよく、１段階のイオン注入を経て形成されてよい。

【0059】

第１ボディ領域６１は、ベース領域１４の下端よりも下方に設けられる。第１ボディ領域６１は、トレンチボトム領域６３を形成する際、同時に形成されてよい。半導体基板１０の深さ方向において、第１ボディ領域６１は、トレンチボトム領域６３と同一の深さに形成されてよい。

【0060】

第２ボディ領域６２は、ベース領域１４および第１ボディ領域６１の間に設けられる。第２ボディ領域６２は、ベース領域１４および第１ボディ領域６１と接するように設けられる。

【0061】

炭化珪素半導体装置１００においてアバランシェが発生した際、動作電流よりも大きなアバランシェ電流がゲートトレンチ部４０に流れ込む場合がある。本例では、ボディ領域６０を設けることで、アバランシェ電流がボディ領域６０を通っておもて面２１に流れることができ、アバランシェ電流がゲートトレンチ部４０に流れることを抑制できる。

【0062】

図２Ｂは、図１におけるｂ－ｂ'線における炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。図２Ｂは、炭化珪素半導体装置１００の、上面視においてコンタクト領域１５が設けられた領域のＹＺ断面図である。図２Ｂを用いて、図２Ａとの相違点について説明する。

【0063】

図２Ｂにおいては、半導体基板１０のおもて面２１の全面にコンタクト領域１５が形成されている。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられてよい。

【0064】

第２導電型領域１９は、コンタクト領域１５の下方には設けられなくてよい。第２導電型領域１９がコンタクト領域１５の下方に設けられないことにより、主電流の流れる電流経路が確保される。

【0065】

ゲートトレンチ部４０の配列方向において、第１ボディ領域６１とトレンチボトム領域６３との間には、所定の距離Ｄｂが設けられている。Ｄｂは、０．２μｍ以上であってよく、０．６μｍ以下であってよい。

【0066】

図２Ｃは、図１におけるｃ－ｃ'線における炭化珪素半導体装置１００のＸＺ断面の一例を表す図である。図２Ｂは、炭化珪素半導体装置１００の、隣接するゲートトレンチ部４０の中央を通る領域のＸＺ断面図である。

【0067】

本例の第２導電型領域１９は、ソース領域１２の下方にのみ設けられている。また、ゲートトレンチ部４０の延伸方向（図２ＣのＸ軸方向）において、第２導電型領域１９の幅Ｗｐは、ソース領域１２の幅Ｗｎよりも大きくてよい。一例では、ＷｐとＷｎとは同一の幅であってよい。

【0068】

ソース領域１２の下方に第２導電型領域１９が設けられない場合、ＭＯＳＦＥＴ動作時のチャネル電流がソース領域１２より下方の全方向から流入する。その場合、ソース領域１２の直下から流入する電流と、直下以外から流入する電流とでは、チャネルの長さが異なり、炭化珪素半導体装置１００の特性にばらつきが生じるおそれがある。

【0069】

本例では、第２導電型領域１９がソース領域１２の下方に設けられることで、ＭＯＳＦＥＴ動作時にソース領域１２の下方から流入する電流を抑制することができる。これにより、電流経路のチャネル長が統一され、炭化珪素半導体装置１００の特性のばらつきが抑制される。

【0070】

ゲートトレンチ部４０の延伸方向において、コンタクト領域１５と第２導電型領域１９との間には、所定の距離Ｄｐが設けられている。即ち、ゲートトレンチ部４０の延伸方向において、コンタクト領域１５と第２導電型領域１９との間にベース領域１４が設けられることにより、コンタクト領域１５と第２導電型領域１９とが分離されている。

【0071】

ゲートトレンチ部４０の延伸方向におけるコンタクト領域１５と第２導電型領域１９との間の距離Ｄｐは、ゲートトレンチ部４０の配列方向における第１ボディ領域６１とトレンチボトム領域６３との間の距離Ｄｂよりも大きい。ＤｐをＤｂよりも大きくすることにより、炭化珪素半導体装置１００の表面近傍での発熱を抑制し、動作の安定性を高めることができる。

【0072】

コンタクト領域１５と第２導電型領域１９とが所定の距離Ｄｐだけ離間していることにより、炭化珪素半導体装置１００の表面近傍における発熱を抑制することができる。所定の距離Ｄｐは０．２μｍ以上であってよく、０．４５μｍ以下であってよい。

【0073】

以上のように、活性部は、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ構造を有してよい。活性部の各構成要素について、その製造方法の例を述べたが、活性部の製造方法は、上記の方法に限定されない。活性部は、当業者によって用いられる通常の方法により製造されることができる。

【0074】

図３は、炭化珪素半導体装置１００の上面の変形例を表す図である。図３の実施例では、半導体基板１０のおもて面２１において、ゲートトレンチ部４０とコンタクト領域１５との間にベース領域１４が設けられている点で、図１の実施例と相違する。即ち、半導体基板１０のおもて面２１において、コンタクト領域１５がゲートトレンチ部４０と分離している。ゲートトレンチ部４０とコンタクト領域１５との間にベース領域１４を設けることで、飽和電流が減少し、炭化珪素半導体装置１００の短絡耐量を向上することができる。

【0075】

図４Ａは、図３のｄ－ｄ'線における炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の変形例を表す図である。図４Ａに示した実施例においては、第２導電型領域１９が、ゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸せずに終端している点で、図２Ａの実施例と相違する。

【0076】

本例では、第２導電型領域１９がソース領域１２の下方に設けられることで、電流経路のチャネル長が統一され、炭化珪素半導体装置１００の特性のばらつきが抑制される。即ち、第２導電型領域１９は、チャネルとなるゲートトレンチ部４０の側壁近傍に設けられていれば、ソース領域１２の下方の全面に設けられなくてもよい。

【0077】

図４Ｂは、図３のｅ－ｅ'線における炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の変形例を表す図である。図４Ｂに示した実施例においては、コンタクト領域１５とゲートトレンチ部４０との間にベース領域１４が設けられている点で、図２Ｂの実施例と相違する。

【0078】

ゲートトレンチ部４０とコンタクト領域１５の間には、ベース領域１４が所定の幅Ｗ１４Ｙだけ設けられてよい。所定の幅Ｗ１４Ｙは、ゲートトレンチ部４０の延伸方向におけるコンタクト領域１５とソース領域１２との間の幅Ｗ１４Ｘよりも大きくてよく、Ｗ１４Ｘと同一であってよい。ゲートトレンチ部４０の配列方向におけるベース領域１４の幅Ｗ１４Ｙは０．１μｍ以上であってよく、０．５μｍ以下であってよい。

【0079】

図５は、炭化珪素半導体装置１００の上面の変形例を表す図である。図５の実施例では、ソース領域１２が、ゲートトレンチ部４０を挟んでコンタクト領域１５と対向しており、コンタクト領域１５が、ゲートトレンチ部４０を挟んでソース領域１２と対向している構成となっている点で、図１の実施例と相違する。図５のように、コンタクト領域１５とソース領域１２とが千鳥構造で設けられてよい。

【0080】

図５のようにコンタクト領域１５とソース領域１２とが千鳥構造で設けられる場合においても、ソース領域１２は、半導体基板１０のおもて面２１におけるゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられる。

【0081】

コンタクト領域１５は、半導体基板１０のおもて面２１におけるゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられてよい。これにより、炭化珪素半導体装置１００の短絡耐量を向上させることができる。

【0082】

ゲートトレンチ部４０の配列方向において、コンタクト領域１５とゲートトレンチ部４０との間にベース領域１４が設けられてもよい。これにより、炭化珪素半導体装置１００の短絡耐量を向上させることができる。

【0083】

コンタクト領域１５とソース領域１２とが千鳥構造で設けられる場合においても、ソース領域１２下方の一部または全部の領域において、第２導電型領域１９が設けられる。これにより、チャネル長を均一化し、炭化珪素半導体装置１００の特性のばらつきを抑制することができる。

【0084】

図６は、炭化珪素半導体装置１００の製造プロセスの一例を表すフローチャートである。本例は、炭化珪素半導体装置１００の製造プロセスのフローチャートの一例を示しており、これに限定されない。図６を用いて、ソース領域１２および第２導電型領域１９を形成する段階について詳細に説明する。

【0085】

ステップＳ１００では、バッファ領域２４と、ドリフト領域１８と、ベース領域１４と、第１ボディ領域６１と、第２ボディ領域６２と、トレンチボトム領域６３とを備える、炭化珪素からなる半導体基板１０を設ける。炭化珪素からなる半導体基板１０にこれらの領域を形成する段階については、当業者によって用いられる通常の方法により形成されることができるので、本明細書では詳細に説明しない。

【0086】

ステップＳ１０２において、半導体基板１０のおもて面２１にマスクを形成する。マスクは、フォトレジストなどの任意のマスクであってよい。

【0087】

ステップＳ１０４において、半導体基板１０のおもて面２１からドーパントをイオン注入する。ステップＳ１０４においてイオン注入されるドーパントは、アルミニウムであってよく、ボロンであってよい。アルミニウムをイオン注入することにより、第２導電型領域１９が形成されてよい。ステップＳ１０４におけるイオン注入は、１段階で行われてよく、２段階以上の多段階で行われてよい。一例では、ステップＳ１０４におけるイオン注入の際のエネルギーは、０．５ＭｅＶ以上であってよく、２．０ＭｅＶ以下であってよい。

【0088】

第２電導型領域１９は、半導体基板１０に設けられたゲートトレンチ部４０のいずれかの側壁に接するように形成されてよい。ゲートトレンチ部４０の形成は、第２電導型領域１９を形成した後に行われてもよく、第２電導型領域１９を形成するよりも前に行われてもよい。

【0089】

ステップＳ１０６において、ステップＳ１０２で形成したマスクを取り除き、半導体基板１０のおもて面２１に再度マスクを形成する。Ｓ１０６で形成されるマスクのなお、ステップＳ１０６は省略されてもよい。ステップＳ１０６が省略された場合、後述するステップＳ１０８において形成されるソース領域１２のゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅Ｗｎと、第２導電型領域１９のゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅Ｗｐとが同一になる。

【0090】

ステップＳ１０８において、半導体基板１０のおもて面２１からドーパントをイオン注入する。ステップＳ１０４においてイオン注入されるドーパントは、リンであってよく、窒素原子であってよい。リンをイオン注入することにより、ソース領域１２が形成されてよい。ステップＳ１０８におけるイオン注入は、１段階で行われてよく、２段階以上の多段階で行われてよい。

【0091】

ステップＳ１０８におけるイオン注入の際のエネルギーは、ステップＳ１０４におけるイオン注入の際のエネルギーよりも小さくてよい。一例では、ステップＳ１０８におけるイオン注入の際のエネルギーは、７０ｋｅＶ以上であってよく、３００ｋｅＶ以下であってよい。これにより、第２導電型領域１９よりもおもて面２１側にソース領域１２を形成することができる。

【0092】

ステップＳ１０４とステップＳ１０８とは、順番を入れ替えて行なってもよい。即ち、一例として先にアルミニウムをイオン注入することで第２導電型領域１９を形成した後に、リンをイオン注入することでソース領域１２を形成する順番で説明したが、先にソース領域１２を形成した後に、第２導電型領域１９が形成されてもよい。

【0093】

図７は、炭化珪素半導体装置１００の製造プロセスの一例を表す図である。図７は、図６の各ステップにおける、半導体基板１０のＸＺ断面を表す図である。ステップＳ１００を表す断面では、第１ボディ領域６１および第２ボディ領域６２を通る断面での断面図が表されており、トレンチボトム領域６３は図示されていない。

【0094】

ステップＳ１０２において半導体基板１０のおもて面２１にマスクが形成された後、ステップＳ１０４においてイオン注入により第２導電型領域１９が形成される。第２導電型領域１９は、ベース領域１４の内部であって、ベース領域１４の下端よりも上方に形成される。

【0095】

ステップＳ１０６において、ステップＳ１０２で形成されたマスクが取り除かれ、新たにマスクが形成される。その後、ステップＳ１０８においてイオン注入によりソース領域１２が形成される。

【0096】

ステップＳ１０６において形成されるマスクのゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅は、ステップＳ１０２において形成されるマスクのゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅よりも大きい。これにより、ソース領域１２のゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅Ｗｎを、第２導電型領域１９のゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅Ｗｐよりも小さくすることができる。

【0097】

また、ステップＳ１０６は省略することができる。ステップＳ１０６が省略された場合、ステップＳ１０４におけるイオン注入とステップＳ１０８におけるイオン注入とが同一のマスクを用いて行なわれるので、ソース領域１２のゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅Ｗｎと、第２導電型領域１９のゲートトレンチ部４０の延伸方向における幅Ｗｐとが同一になる。

【0098】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0099】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0100】

１０・・・半導体基板、１２・・・ソース領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１８・・・ドリフト領域、１９・・・第２導電型領域、２１・・・おもて面、２３・・・裏面、２４・・・バッファ領域、３８・・・絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４２・・・ゲート導電部、４４・・・ゲート絶縁膜、５２・・・ソース電極、５４・・・ドレイン電極、６０・・・ボディ領域、６１・・・第１ボディ領域、６２・・・第２ボディ領域、６３・・・トレンチボトム領域、１００・・・炭化珪素半導体装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】