特開 2025-162421 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】P2025162421

(43)【公開日】2025-10-27

(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H10D 30/66 20250101AFI20251020BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652P

H01L29/78 652T

H01L29/78 653A

H01L29/78 652H

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024065713

(22)【出願日】2024-04-15

(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】耐圧を向上させ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、第１主面１と第２主面２とを有し、第１主面に垂直な平面視で、活性領域１１０と活性領域を囲む終端領域１２０とを有する炭化珪素基板を備え、炭化珪素基板は、第１導電型を有する第１半導体領域１１と、第２導電型を有する複数の第２半導体領域１４と、活性領域内に設けられ第２導電型を有し第１主面を構成し、平面視で環状の第３半導体領域１６とを有し、複数の第２半導体領域は、活性領域および終端領域内で第１主面に平行な第１軸に沿って並び、第２半導体領域の平面視で第３半導体領域と重なる第４半導体領域１４４は、第３半導体領域に電気的に接続されており、４半導体領域に含まれる第２導電型の第１不純物の実効濃度は、第２半導体領域の平面視で第３半導体領域の内側に位置する第５半導体領域に含まれる第１不純物の実効濃度よりも低い。
【選択図】図４

【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主面とを有し、前記第１主面に垂直な平面視で、活性領域と、前記活性領域を囲む終端領域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導電型を有する第１半導体領域と、
前記第１半導体領域内に設けられ、第２導電型を有する複数の第２半導体領域と、
前記活性領域内に設けられ、前記第２導電型を有し、前記第１主面を構成し、前記平面視で環状の第３半導体領域と、
を有し、
複数の前記第２半導体領域は、前記活性領域および前記終端領域内で前記第１主面に平行な第１軸に沿って並び、
前記第２半導体領域の平面視で前記第３半導体領域と重なる第４半導体領域は前記第３半導体領域に電気的に接続されており、
前記第４半導体領域に含まれる前記第２導電型の第１不純物の実効濃度は、前記第２半導体領域の平面視で前記第３半導体領域の内側に位置する第５半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度よりも低い、炭化珪素半導体装置。

【請求項2】

前記第４半導体領域は、
第６半導体領域と、
前記第６半導体領域と前記第２主面との間の第７半導体領域と、
を有し、
前記第７半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度は、前記第６半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度よりも高い、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項3】

前記第７半導体領域における前記第１不純物の実効濃度の最小値は、前記第６半導体領域における前記第１不純物の実効濃度の最大値よりも５×１０^１５ｃｍ^－３以上大きい、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項4】

前記炭化珪素基板は、前記終端領域内に設けられ、前記第２導電型を有し、前記第１主面を構成し、前記第３半導体領域に連なる環状の第８半導体領域を有し、
前記第２半導体領域の平面視で前記第８半導体領域と重なる第９半導体領域は前記第８半導体領域に電気的に接続されており、
前記第９半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度は、前記第５半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度よりも低い、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】

複数の前記第２半導体領域は、前記第１軸に沿って一定のピッチで設けられている、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】

複数の前記第２半導体領域は、前記第１主面に平行かつ前記第１軸に垂直な第２軸に沿って延びる、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２半導体領域は、前記第２主面に対向する下端面を有し、
前記第１主面と前記下端面との間の距離は、前記第１半導体領域の厚さの１／２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8】

前記第２半導体領域は、前記第２主面に対向する下端面を有し、
前記第１主面と前記下端面との間の距離は、前記第１半導体領域の厚さの１／２未満である、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。

【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】

従来、スーパージャンクション構造を備えた半導体装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－２７３３５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の半導体装置においては、耐圧の更なる向上が困難である。

【0005】

本開示は、耐圧を向上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主面とを有し、前記第１主面に垂直な平面視で、活性領域と、前記活性領域を囲む終端領域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導電型を有する第１半導体領域と、前記第１半導体領域内に設けられ、第２導電型を有する複数の第２半導体領域と、前記活性領域内に設けられ、前記第２導電型を有し、前記第１主面を構成し、前記平面視で環状の第３半導体領域と、を有し、複数の前記第２半導体領域は、前記活性領域および前記終端領域内で前記第１主面に平行な第１軸に沿って並び、前記第２半導体領域の平面視で前記第３半導体領域と重なる第４半導体領域は前記第３半導体領域に電気的に接続されており、前記第４半導体領域に含まれる前記第２導電型の第１不純物の実効濃度は、前記第２半導体領域の平面視で前記第３半導体領域の内側に位置する第５半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度よりも低い。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、耐圧を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置における炭化珪素基板の概要を示す模式図である。

【図2】図２は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の活性領域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3】図３は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の活性領域の構成を示す断面図である。

【図4】図４は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の活性領域と終端領域との境界の近傍の構成を示す断面図である。

【図5】図５は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図6】図６は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図7】図７は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。

【図8】図８は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）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主面とを有し、前記第１主面に垂直な平面視で、活性領域と、前記活性領域を囲む終端領域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導電型を有する第１半導体領域と、前記第１半導体領域内に設けられ、第２導電型を有する複数の第２半導体領域と、前記活性領域内に設けられ、前記第２導電型を有し、前記第１主面を構成し、前記平面視で環状の第３半導体領域と、を有し、複数の前記第２半導体領域は、前記活性領域および前記終端領域内で前記第１主面に平行な第１軸に沿って並び、前記第２半導体領域の平面視で前記第３半導体領域と重なる第４半導体領域は前記第３半導体領域に電気的に接続されており、前記第４半導体領域に含まれる前記第２導電型の第１不純物の実効濃度は、前記第２半導体領域の平面視で前記第３半導体領域の内側に位置する第５半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度よりも低い。

【0012】

第４半導体領域に含まれる第１不純物の実効濃度が第５半導体領域に含まれる第１不純物の実効濃度と同等である場合と比べて、第４半導体領域の近傍における空乏化が促進され、第４半導体領域にかかる電界が緩和される。従って、耐圧を向上できる。

【0013】

〔２〕 〔１〕において、前記第４半導体領域は、第６半導体領域と、前記第６半導体領域と前記第２主面との間の第７半導体領域と、を有し、前記第７半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度は、前記第６半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度よりも高くてもよい。この場合、第６半導体領域の近傍における空乏化が促進されやすく、第６半導体領域にかかる電界が緩和されやすい。

【0014】

〔３〕 〔２〕において、前記第７半導体領域における前記第１不純物の実効濃度の最小値は、前記第６半導体領域における前記第１不純物の実効濃度の最大値よりも５×１０^１５ｃｍ^－３以上大きくてもよい。この場合、第６半導体領域にかかる電界が特に緩和されやすい。

【0015】

〔４〕 〔１〕から〔３〕のいずれにおいて、前記炭化珪素基板は、前記終端領域内に設けられ、前記第２導電型を有し、前記第１主面を構成し、前記第３半導体領域に連なる環状の第８半導体領域を有し、前記第２半導体領域の平面視で前記第８半導体領域と重なる第９半導体領域は前記第８半導体領域に電気的に接続されており、前記第９半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度は、前記第５半導体領域に含まれる前記第１不純物の実効濃度よりも低くてもよい。この場合、第９半導体領域にかかる電界も緩和され、耐圧を向上しやすい。

【0016】

〔５〕 〔１〕から〔４〕のいずれにおいて、複数の前記第２半導体領域は、前記第１軸に沿って一定のピッチで設けられていてもよい。この場合、炭化珪素半導体装置内での耐圧に高い均一性を得やすい。

【0017】

〔６〕 〔１〕から〔５〕のいずれにおいて、複数の前記第２半導体領域は、前記第１主面に平行かつ前記第１軸に垂直な第２軸に沿って延びてもよい。この場合、第２半導体領域を均一に形成しやすい。

【0018】

〔７〕 〔１〕から〔６〕のいずれにおいて、前記第２半導体領域は、前記第２主面に対向する下端面を有し、前記第１主面と前記下端面との間の距離は、前記第１半導体領域の厚さの１／２以上であってもよい。この場合、第１半導体領域の第１導電型の不純物の濃度を比較的高くしても高い耐圧を得やすい。従って、オン抵抗を低減しやすい。

【0019】

〔８〕 〔１〕から〔６〕のいずれにおいて、前記第２半導体領域は、前記第２主面に対向する下端面を有し、前記第１主面と前記下端面との間の距離は、前記第１半導体領域の厚さの１／２未満であってもよい。この場合、下端面と第２主面との間の第１半導体領域を厚くしやすいため、高い耐圧を得やすい。

【0020】

［本開示の実施形態］
本開示の実施形態は、炭化珪素を用いたいわゆる縦型のＭＯＳ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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、実施形態に係る炭化珪素半導体装置における炭化珪素基板の概要を示す模式図である。図２は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の活性領域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３は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の活性領域の構成を示す断面図である。図４は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置の活性領域と終端領域との境界の近傍の構成を示す断面図である。図２は、図１中の領域ＩＩに対応する。図３は、図２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４では、バリアメタル膜８４を省略している。

【0021】

図１から図４に示されるように、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とを有する。

【0022】

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。

【0023】

図１に示されるように、炭化珪素基板１０は、活性領域１１０と、終端領域１２０とを有する。活性領域１１０は、例えば第１主面１に垂直な平面視で角丸正方形の形状を有する。活性領域１１０が、平面視で角丸長方形の形状を有してもよい。終端領域１２０は平面視で活性領域１１０を囲む。終端領域１２０は平面視で活性領域１１０の周囲に設けられている。終端領域１２０は、Ｙ軸に平行な方向で活性領域１１０に接する第１終端領域１２１と、Ｘ軸に平行な方向で活性領域１１０に接する第２終端領域１２２と、第１終端領域１２１および第２終端領域１２２に接する第３終端領域１２３とを有する。第１終端領域１２１は活性領域１１０の＋Ｙ側および－Ｙ側に設けられ、第２終端領域１２２は活性領域１１０の＋Ｘ側および－Ｘ側に設けられ、第３終端領域１２３は炭化珪素基板１０の４隅に設けられている。

【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、スーパージャンクション用のｐ型領域１４と、コンタクト領域１６と、接合終端構造（ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ：ＪＴＥ）１７と、コンタクト領域１８とを有する。

【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は活性領域１１０内にある。ボディ領域１２はドリフト領域１１の上に設けられている。ボディ領域１２の下端面とドリフト領域１１の上端面とが互いに接する。

【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は活性領域１１０内にある。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は活性領域１１０内に形成されている。ゲートトレンチ５は、例えばＹ軸に沿って延びる。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（第１ピッチＰ１）で設けられている。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３０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。

【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は活性領域１１０内にある。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、第１主面１に垂直な平面視で、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、コンタクト領域１８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、コンタクト領域１８がＹ軸に沿って断続的に設けられていてもよい。

【0031】

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てもよい。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場合、コンタクト領域１８の一部が、Ｙ軸に沿って隣り合うゲートトレンチ５の間にあってもよい。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。

【0032】

コンタクト領域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。コンタクト領域１６は活性領域１１０内にある。コンタクト領域１６はコンタクト領域１８と同時に形成され、コンタクト領域１８と同じ材料から構成され、コンタクト領域１８と同じ深さを有する。コンタクト領域１６も第１主面１を構成する。平面視で、コンタクト領域１６は環状に設けられており、後述の複数のゲートトレンチ５およびゲート電極８２がコンタクト領域１６の内側に位置する。また、コンタクト領域１６の外縁が活性領域１１０と終端領域１２０との境界である。本開示において環状とは、角丸長方形状等の、円環状または楕円環状以外の単一閉曲線状の形状を含む。コンタクト領域１６は第３半導体領域の一例である。

【0033】

ＪＴＥ１７は、アルミニウム等のｐ型不純物をコンタクト領域１６よりも低い実効濃度で含み、ｐ型の導電型を有する。ＪＴＥ１７はコンタクト領域１６に接するように環状に設けられている。平面視で、コンタクト領域１６がＪＴＥ１７の内側に位置する。ＪＴＥ１７は終端領域１２０内にある。ＪＴＥ１７も第１主面１を構成する。ＪＴＥ１７は炭化珪素基板１０の外縁よりも内側に設けられており、炭化珪素基板１０の外縁での第１主面１はドリフト領域１１により構成される。ＪＴＥ１７は第８半導体領域の一例である。

【0034】

ｐ型領域１４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。ｐ型領域１４は活性領域１１０および終端領域１２０にある。ｐ型領域１４はドリフト領域１１内に設けられている。ｐ型領域１４はＹ軸に沿って延びていてもよい。複数のｐ型領域１４はＸ軸に沿って並ぶ。Ｘ軸に沿って複数のｐ型領域１４が一定のピッチで設けられていてもよい。複数のｐ型領域１４がストライプ状に設けられていてもよい。ｐ型領域１４は、第２主面２に対向する下端面１４Ｃを有する。例えば、第１主面１と下端面１４Ｃとの間の距離は１μｍ以上である。ｐ型領域１４は第２半導体領域の一例である。Ｘ軸は第１軸の一例であり、Ｙ軸は第２軸の一例である。

【0035】

図３に示されるように、ｐ型領域１４の一部は、第１主面１に垂直な平面視で、Ｘ軸に沿って隣り合うゲートトレンチ５の間にある。ｐ型領域１４の一部であってＸ軸に沿って隣り合うゲートトレンチ５の間にあるｐ型領域１４５はゲートトレンチ５から離れている。ボディ領域１２はゲートトレンチ５の側面３に露出する。ｐ型領域１４５は、Ｘ軸に沿ってボディ領域１２よりもゲートトレンチ５から離れている。ｐ型領域１４５はボディ領域１２の下にあり、ボディ領域１２に接する。ｐ型領域１４５は、第１主面１に垂直な平面視で、コンタクト領域１８に重なり、コンタクト領域１６の内側に位置する。コンタクト領域１８がボディ領域１２を貫通し、ｐ型領域１４５がボディ領域１２およびコンタクト領域１８に接していてもよい。コンタクト領域１８、ボディ領域１２およびｐ型領域１４５が互いに電気的に接続されている。ｐ型領域１４５におけるｐ型不純物の実効濃度は、例えば、１×１０^１６ｃｍ^－３以上５×１０^１７ｃｍ^－３以下である。ｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度が均一である必要はない。ｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度の平均値である。ｐ型領域１４５は第５半導体領域の一例である。ｐ型不純物は第２導電型の第１不純物の一例である。

【0036】

図４に示されるように、ｐ型領域１４の一部であってコンタクト領域１６の下方にあるｐ型領域１４４はコンタクト領域１６に接している。ｐ型領域１４４は、ｐ型領域１４６と、ｐ型領域１４７とを有する。ｐ型領域１４６およびｐ型領域１４７は互いに接する。ｐ型領域１４６およびｐ型領域１４７はドリフト領域１１に接する。ｐ型領域１４７はｐ型領域１４６と第２主面２との間にある。ｐ型領域１４７に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４６に含まれるｐ型不純物の実効濃度よりも高い。また、ｐ型領域１４４に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度よりも低い。ｐ型領域１４６におけるｐ型不純物の実効濃度は、例えば５×１０^１５ｃｍ^－３以上３×１０^１７ｃｍ^－３以下である。ｐ型領域１４７におけるｐ型不純物の実効濃度は、例えば、１×１０^１６ｃｍ^－３以上５×１０^１７ｃｍ^－３以下である。ｐ型領域１４６およびｐ型領域１４７のいずれにおいても、ｐ型不純物の実効濃度が均一である必要はない。ｐ型領域１４６に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４６に含まれるｐ型不純物の実効濃度の平均値であり、ｐ型領域１４７に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４７に含まれるｐ型不純物の実効濃度の平均値である。ｐ型領域１４４は第４半導体領域の一例である。ｐ型領域１４６は第６半導体領域の一例であり、ｐ型領域１４７は第７半導体領域の一例である。

【0037】

ｐ型領域１４は終端領域１２０にも設けられている。終端領域１２０内のｐ型領域１４の一部であるｐ型領域１４９がＪＴＥ１７に接していてもよい。終端領域１２０内のｐ型領域の他の一部であるｐ型領域１４０がＪＴＥ１７に接していなくてもよい。終端領域１２０内において、ｐ型領域１４９がＪＴＥ１７に接し、ｐ型領域１４０がＪＴＥ１７から離れていてもよい。

【0038】

ｐ型領域１４９は、ｐ型領域１４１０と、ｐ型領域１４１１とを有する。ｐ型領域１４１０およびｐ型領域１４１１は互いに接する。ｐ型領域１４１０およびｐ型領域１４１１はドリフト領域１１に接する。ｐ型領域１４１１はｐ型領域１４１０と第２主面２との間にある。ｐ型領域１４１１に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４１０に含まれるｐ型不純物の実効濃度よりも高い。また、ｐ型領域１４９に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度よりも低い。例えば、ｐ型領域１４１０におけるｐ型不純物の実効濃度はｐ型領域１４６におけるｐ型不純物の実効濃度と等しく、ｐ型領域１４１１におけるｐ型不純物の実効濃度はｐ型領域１４７におけるｐ型不純物の実効濃度と等しい。ｐ型領域１４１０およびｐ型領域１４１１のいずれにおいても、ｐ型不純物の実効濃度が均一である必要はない。ｐ型領域１４１０に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４１０に含まれるｐ型不純物の実効濃度の平均値であり、ｐ型領域１４１１に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４１１に含まれるｐ型不純物の実効濃度の平均値である。ｐ型領域１４９は第９半導体領域の一例である。

【0039】

例えば、ｐ型領域１４０におけるｐ型不純物の実効濃度はｐ型領域１４５におけるｐ型不純物の実効濃度と等しい。ｐ型領域１４０において、ｐ型不純物の実効濃度が均一である必要はない。ｐ型領域１４０に含まれるｐ型不純物の実効濃度は、ｐ型領域１４０に含まれるｐ型不純物の実効濃度の平均値である。

【0040】

ｐ型領域１４９および１４０は、例えば第１終端領域１２１、第２終端領域１２２および第３終端領域１２３に設けられている。ｐ型領域１４９および１４０が第１終端領域１２１および第２終端領域１２２のみに設けられていてもよく、ｐ型領域１４９および１４０が第１終端領域１２１または第２終端領域１２２のみに設けられていてもよい。

【0041】

活性領域１１０内において、ドリフト領域１１は側面３に露出し、かつボディ領域１２およびｐ型領域１４に接する。終端領域１２０内において、ドリフト領域１１は平面視でＪＴＥ１７の外側で第１主面１を構成する。ドリフト領域１１は炭化珪素単結晶基板５０に接してもよい。ドリフト領域１１におけるｎ型不純物の実効濃度は、例えば、１×１０^１６ｃｍ^－３以上５×１０^１７ｃｍ^－３以下である。ドリフト領域１１が、特にｎ型不純物の実効濃度が高い電流拡散領域を活性領域１１０内に含んでもよい。ドリフト領域１１は第１半導体領域の一例である。

【0042】

Ｚ軸に沿って、底面４と第２主面２との間には炭化珪素単結晶基板５０およびドリフト領域１１があり、底面４と第２主面２との間の炭化珪素基板１０の導電型はｎ型である。Ｚ軸に沿って、底面４と第２主面２との間に導電型がｐ型の半導体は存在しない。

【0043】

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に接する。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。

【0044】

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。

【0045】

コンタクト領域１６の上にもゲート絶縁膜８１が設けられ、その上に電極膜８５が形成されている。電極膜８５はゲート電極８２と同時に形成され、ゲート電極８２と同じ材料から構成される。

【0046】

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。

【0047】

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およびコンタクト領域１８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。

【0048】

コンタクト領域１６の上方において、ゲート絶縁膜８１および電極膜８５の上に層間絶縁膜８３が設けられている。層間絶縁膜８３に電極膜８５に達するコンタクトホール９１が形成され、層間絶縁膜８３およびゲート絶縁膜８１にコンタクト領域１６に達するコンタクトホール９２が形成されている。炭化珪素半導体装置１００は、ゲートランナー６３およびソースランナー６４を有する。ゲートランナー６３およびソースランナー６４はソース電極６０と同時に形成され、ソース電極６０と同じ材料から構成される。ゲートランナー６３は、ゲート電極８２および電極膜８５に電気的に接続される。ソースランナー６４は、ソース電極６０およびコンタクト領域１６に電気的に接続される。平面視で、ソースランナー６４は環状に設けられており、ソースランナー６４の外縁がコンタクト領域１６の外縁と一致してもよい。ゲートランナー６３は、ソース電極６０とソースランナー６４との間に設けられている。

【0049】

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に接している。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。

【0050】

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、コンタクト領域１６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、コンタクト領域１６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に接している。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。

【0051】

炭化珪素半導体装置１００は、更に、窒化珪素膜８７およびポリイミド膜８８を有する。窒化珪素膜８７は層間絶縁膜８３の上面および側面を覆い、ポリイミド膜８８は窒化珪素膜８７の上面および側面を覆う。窒化珪素膜８７およびポリイミド膜８８には、ソース電極６０の一部を露出する開口部が形成されており、この開口部の内側にソース用のめっき膜８６が形成されている。また、窒化珪素膜８７およびポリイミド膜８８には、ゲートランナー６３に接続されたゲート電極（図示せず）の一部を露出する開口部（図示せず）も形成されており、この開口部の内側にゲート用のめっき膜（図示せず）が形成されている。

【0052】

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に接している。ドレイン電極７０は、ドリフト領域１１に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にオーミック接合している。

【0053】

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。

【0054】

コンタクト領域１６および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１６および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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

ドリフト領域１１はｎ型の導電型を有し、ボディ領域１２およびｐ型領域１４はｐ型の導電型を有する。このため、ドリフト領域１１とボディ領域１２との境界およびドリフト領域１１とｐ型領域１４との境界は明確である。

【0058】

次に、炭化珪素半導体装置１００の製造方法について説明する。図５から図８は、実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の製造方法を示す断面図である。

【0059】

まず、図５に示されるように、炭化珪素単結晶基板５０を準備する。次に、炭化珪素単結晶基板５０の上に炭化珪素エピタキシャル層４０を形成する。例えば、炭化珪素単結晶基板５０は、窒素等のｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を有する。例えば、炭化珪素エピタキシャル層４０は窒素等のｎ型不純物を添加したエピタキシャル成長により形成できる。

【0060】

次に、図６に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層４０へのイオン注入を行うことにより、ｐ型領域１４を形成する。ｐ型領域１４を形成するためのイオン注入においては、例えばアルミニウム等のｐ型不純物のチャネリング注入を行う。このとき、ｐ型領域１４の上端面が炭化珪素エピタキシャル層４０の上面から露出するようにしてよい。

【0061】

次に、図７に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層４０へのイオン注入を行うことにより、ボディ領域１２、ソース領域１３、コンタクト領域１６、ＪＴＥ１７およびコンタクト領域１８を形成する。

【0062】

次に、図８に示されるように、一部のｐ型領域１４へのリン（Ｐ）または窒素（Ｎ）等のｎ型不純物のイオン注入を行うことにより、ｐ型領域１４４および１４９を形成する。この時、隣り合う２つのｐ型領域１４４の間でドリフト領域１１にｎ型不純物が注入されてもよく、隣り合う２つのｐ型領域１４９の間でドリフト領域１１にｎ型不純物が注入されてもよく、隣り合うｐ型領域１４４とｐ型領域１４９の間でドリフト領域１１にｎ型不純物が注入されてもよい。ｎ型不純物の注入に伴って、ｐ型領域１４４および１４９のＸ軸に沿った寸法が、ｐ型領域１４４および１４９以外のｐ型領域１４（ｐ型領域１４５および１４０）のＸ軸に沿った寸法より大きくなってもよい。

【0063】

次に、複数のゲートトレンチ５を形成する。次に、ゲート絶縁膜８１、ゲート電極８２、電極膜８５、層間絶縁膜８３、バリアメタル膜８４、窒化珪素膜８７、ポリイミド膜８８およびめっき膜８６を形成する（図３および図４参照）。

【0064】

このようにして、炭化珪素半導体装置１００を製造できる。

【0065】

炭化珪素半導体装置１００においては、上記のように、ｐ型領域１４４に含まれるｐ型不純物の実効濃度はｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度よりも低い。このため、ｐ型領域１４４に含まれるｐ型不純物の実効濃度がｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度と同等である場合と比べて、ｐ型領域１４４の近傍における空乏化が促進され、ｐ型領域１４４にかかる電界が緩和される。従って、耐圧を向上できる。特に、コンタクト領域１６に接する複数のｐ型領域１４４のうちで最も終端領域１２０に近い部分にかかる電界が緩和される。

【0066】

ｐ型領域１４をチャネリング注入により形成する場合、ｐ型領域１４の上端面の近傍でｐ型不純物の濃度が高くなり、ｐ型領域１４４に含まれるｐ型不純物の実効濃度がｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度と同等であると、ｐ型領域１４４に電界が集中するおそれがある。これに対し、本実施形態によれば、このような電界集中を緩和できる。特に、ｐ型領域１４７に含まれるｐ型不純物の実効濃度がｐ型領域１４６に含まれるｐ型不純物の実効濃度よりも高い場合、ｐ型領域１４６の近傍における空乏化が促進されやすく、ｐ型領域１４６にかかる電界が緩和されやすい。例えば、ｐ型領域１４７におけるｐ型不純物の実効濃度の最小値は、ｐ型領域１４６におけるｐ型不純物の実効濃度の最大値よりも５×１０^１５ｃｍ^－３以上大きい。この場合、ｐ型領域１４６にかかる電界が特に緩和されやすい。ｐ型領域１４７におけるｐ型不純物の実効濃度の最小値がｐ型領域１４６におけるｐ型不純物の実効濃度の最大値よりも７×１０^１５ｃｍ^－３以上大きくてもよく、１×１０^１６ｃｍ^－３以上大きくてもよい。

【0067】

また、製造誤差によりｐ型領域１４における不純物濃度の分布が設計値からずれることがあるが、その場合でも高い耐圧が得られる許容幅（マージン）が広い。

【0068】

ｐ型領域１４９に含まれるｐ型不純物の実効濃度がｐ型領域１４５に含まれるｐ型不純物の実効濃度よりも低い場合、ｐ型領域１４９にかかる電界も緩和され、耐圧を向上しやすい。ｐ型領域１４４に含まれるｐ型不純物の実効濃度とｐ型領域１４９に含まれるｐ型不純物の実効濃度とが互いに等しくてもよい。

【0069】

複数のｐ型領域１４がＸ軸に沿って一定のピッチで設けられる場合、炭化珪素半導体装置１００内での耐圧に高い均一性を得やすい。複数のｐ型領域１４がＹ軸に沿って延びる場合、ｐ型領域１４を均一に形成しやすい。

【0070】

第１主面１と下端面１４Ｃとの間の距離がドリフト領域１１の厚さの１／２以上である場合、活性領域１１０内でドリフト領域１１のｎ型不純物の濃度を比較的高くしても高い耐圧を得やすい。従って、オン抵抗を低減しやすい。

【0071】

第１主面１と下端面１４Ｃとの間の距離がドリフト領域１１の厚さの１／２未満であってもよい。この場合、下端面１４Ｃと第２主面２との間のドリフト領域１１を厚くしやすいため、高い耐圧を得やすい。

【0072】

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】

【0073】

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
１３ ソース領域
１４、１４０、１４４、１４５、１４６、１４７、１４９、１４１０、１４１１ ｐ型領域
１４Ｃ 下端面
１６ コンタクト領域
１７ 接合終端構造
１８ コンタクト領域
３０ 仮想平面
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
６３ ゲートランナー
６４ ソースランナー
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
８５ 電極膜
８６ めっき膜
８７ 窒化珪素膜
８８ ポリイミド膜
９０、９１、９２ コンタクトホール
１００ 炭化珪素半導体装置
１１０ 活性領域
１２０ 終端領域
１２１ 第１終端領域
１２２ 第２終端領域
１２３ 第３終端領域
Ｐ１ 第１ピッチ
θ１ 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】