特許 7287405 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-29

(45)【発行日】2023-06-06

(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 20060101AFI20230530BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20230530BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20230530BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20230530BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20230530BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652H

H01L29/78 652T

H01L29/78 653A

H01L29/78 652J

H01L29/06 301D

H01L29/06 301V

H01L29/78 652F

H01L29/78 658A

H01L29/78 655A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020571083

(86)(22)【出願日】2020-01-22

(86)【国際出願番号】 JP2020002095

(87)【国際公開番号】W WO2020162175

(87)【国際公開日】2020-08-13

【審査請求日】2022-08-22

(31)【優先権主張番号】P 2019017745

(32)【優先日】2019-02-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】増田 健良

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 雄

【審査官】殿川 雅也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０６０８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１１０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８２０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２１７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１９３０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／１２

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と、前記第１主面と反対側の第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、
ｐ型不純物を含む第１不純物領域と、
前記第１不純物領域上に設けられ、かつｎ型不純物を含む第２不純物領域と、
前記第２不純物領域上に設けられ、かつｐ型不純物を含む第３不純物領域と、
前記第２不純物領域から隔てられるように前記第３不純物領域上に設けられ、かつｎ型不純物を含む第４不純物領域と、
前記第１不純物領域および前記第２不純物領域の各々に接し、かつｎ型不純物を含む第５不純物領域とを有し、
前記第１主面には、前記第２不純物領域、前記第３不純物領域および前記第４不純物領域の各々に接する側面と、前記側面に連なりかつ前記第２不純物領域に接する底面とを有するゲートトレンチが設けられており、
前記第１不純物領域および前記第３不純物領域の各々を通り、かつ前記第１主面から前記第２主面に向かう方向において、ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第１極大値と、前記第１極大値を示す位置よりも前記第１主面側に位置する第３極大値とを有し、
前記第２不純物領域および前記第４不純物領域の各々を通り、かつ前記第１主面から前記第２主面に向かう方向において、ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第２極大値と、前記第２極大値を示す位置よりも前記第１主面側に位置する第４極大値とを有し、
前記第４極大値は前記第３極大値よりも大きく、前記第３極大値は前記第２極大値よりも大きく、かつ前記第２極大値は前記第１極大値よりも大きい、炭化珪素半導体装置。

【請求項2】

前記第１不純物領域の厚みと、前記第２不純物領域の厚みと、前記第３不純物領域の厚みと、前記第４不純物領域の厚みとの合計は、１．５μｍ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3】

前記第１不純物領域の厚みは、０．５μｍ以下である、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4】

前記第２不純物領域の厚みは、０．５μｍ以下である、請求項１～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極大値は、５×１０^１６ｃｍ^－３よりも大きい、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項6】

前記第２極大値は、１×１０^１７ｃｍ^－３よりも大きい、請求項１～請求項５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３極大値は、１×１０^１８ｃｍ^－３よりも大きい、請求項１～請求項６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４極大値は、１×１０^１９ｃｍ^－３よりも大きい、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項9】

前記第２主面に対して垂直な方向から見て、前記第１不純物領域の少なくとも一部は、前記底面と重なるように配置されている、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項10】

前記第２主面に対して垂直な方向から見て、前記底面は、前記第２主面に平行な第１方向に沿って延在し、かつ前記第１不純物領域は、前記第２主面に平行でかつ前記第１方向に垂直な第２方向に沿って延在している、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項11】

前記第２主面に対して垂直な方向から見て、前記第１不純物領域は、前記第２主面に平行な第１方向に沿って延在し、かつ前記底面は、前記第１方向に沿って延在している、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項12】

前記第２主面に対して垂直な方向から見て、前記第１不純物領域は、前記底面と重ならないように配置されている、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項13】

前記第２主面に対して垂直な方向から見て、前記第１不純物領域は、前記第２主面に平行な第１方向に沿って延在し、かつ前記底面は、前記第１方向に沿って延在している、請求項１２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。本出願は、２０１９年２月４日に出願した日本特許出願である特願２０１９－０１７７４５号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

特開２０１４－０４１９９０号公報（特許文献１）には、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－０４１９９０号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示に係る炭化珪素半導体装置は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面とを有する炭化珪素基板を備えている。炭化珪素基板は、ｐ型不純物を含む第１不純物領域と、第１不純物領域上に設けられ、かつｎ型不純物を含む第２不純物領域と、第２不純物領域上に設けられ、かつｐ型不純物を含む第３不純物領域と、第２不純物領域から隔てられるように第３不純物領域上に設けられ、かつｎ型不純物を含む第４不純物領域と、第１不純物領域および第２不純物領域の各々に接し、かつｎ型不純物を含む第５不純物領域とを有している。第１主面には、第２不純物領域、第３不純物領域および第４不純物領域の各々に接する側面と、側面に連なりかつ第２不純物領域に接する底面とを有するゲートトレンチが設けられている。第１不純物領域および第３不純物領域の各々を通り、かつ第１主面から第２主面に向かう方向において、ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第１極大値と、第１極大値を示す位置よりも第１主面側に位置する第３極大値とを有している。第２不純物領域および第４不純物領域の各々を通り、かつ第１主面から第２主面に向かう方向において、ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第２極大値と、第２極大値を示す位置よりも第１主面側に位置する第４極大値とを有している。第４極大値は第３極大値よりも大きく、第３極大値は第２極大値よりも大きく、かつ第２極大値は第１極大値よりも大きい。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構造を示す縦断面模式図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った横断面模式図である。

【図3】図３は、炭化珪素基板の厚み方向における第１ｐ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。

【図4】図４は、炭化珪素基板の厚み方向における第２ｐ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。

【図5】図５は、炭化珪素基板の厚み方向におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。

【図6】図６は、炭化珪素基板の厚み方向における第１ｎ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。

【図7】図７は、炭化珪素基板の厚み方向における第２ｎ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。

【図8】図８は、炭化珪素基板の厚み方向における第３ｎ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。

【図9】図９は、炭化珪素基板の厚み方向におけるｎ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。

【図10】図１０は、炭化珪素基板の厚み方向におけるキャリア濃度のプロファイルを示す模式図である。

【図11】図１１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を示す縦断面模式図である。

【図12】図１２は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を示す縦断面模式図である。

【図13】図１３は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程を示す縦断面模式図である。

【図14】図１４は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第４工程を示す縦断面模式図である。

【図15】図１５は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構造を示す縦断面模式図である。

【図16】図１６は、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿った横断面模式図である。

【図17】図１７は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構造を示す縦断面模式図である。

【図18】図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿った横断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

[本開示が解決しようとする課題]
本開示の目的は、耐圧のばらつきを低減可能な炭化珪素半導体装置を提供することである。
[本開示の効果]
本開示によれば、耐圧のばらつきを低減可能な炭化珪素半導体装置を提供することができる。
［本開示の実施形態の概要］
まず本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書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｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”－”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。

【0007】

（１）本開示に係る炭化珪素半導体装置２００は、第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２とを有する炭化珪素基板１００を備えている。炭化珪素基板１００は、ｐ型不純物を含む第１不純物領域１０と、第１不純物領域１０上に設けられ、かつｎ型不純物を含む第２不純物領域２０と、第２不純物領域２０上に設けられ、かつｐ型不純物を含む第３不純物領域３０と、第２不純物領域２０から隔てられるように第３不純物領域３０上に設けられ、かつｎ型不純物を含む第４不純物領域４０と、第１不純物領域１０および第２不純物領域２０の各々に接し、かつｎ型不純物を含む第５不純物領域５０とを有している。第１主面１には、第２不純物領域２０、第３不純物領域３０および第４不純物領域４０の各々に接する側面５と、側面５に連なりかつ第２不純物領域２０に接する底面６とを有するゲートトレンチ７が設けられている。第１不純物領域１０および第３不純物領域３０の各々を通り、かつ第１主面１から第２主面２に向かう方向において、ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第１極大値Ｎ１と、第１極大値Ｎ１を示す位置よりも第１主面側に位置する第３極大値Ｎ３とを有している。第２不純物領域１０および第４不純物領域４０の各々を通り、かつ第１主面１から第２主面２に向かう方向において、ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第２極大値Ｎ２と、第２極大値Ｎ２を示す位置よりも第１主面側に位置する第４極大値Ｎ４とを有している。第４極大値Ｎ４は第３極大値Ｎ３よりも大きく、第３極大値Ｎ３は第２極大値Ｎ２よりも大きく、かつ第２極大値Ｎ２は第１極大値Ｎ１よりも大きい。

【0008】

（２）上記（１）に係る炭化珪素半導体装置２００において、第１不純物領域１０の厚みと、第２不純物領域２０の厚みと、第３不純物領域３０の厚みと、第４不純物領域４０の厚みとの合計は、１．５μｍ以下であってもよい。

【0009】

（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素半導体装置２００において、第１不純物領域１０の厚みは、０．５μｍ以下であってもよい。

【0010】

（４）上記（１）～（３）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００において、第２不純物領域２０の厚みは、０．５μｍ以下であってもよい。

【0011】

（５）上記（１）～（４）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００において、第１極大値Ｎ１は、５×１０^１６ｃｍ^－３よりも大きくてもよい。

【0012】

（６）上記（１）～（５）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００において、第２極大値Ｎ２は、１×１０^１７ｃｍ^－３よりも大きくてもよい。

【0013】

（７）上記（１）～（６）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００において、第３極大値Ｎ３は、１×１０^１８ｃｍ^－３よりも大きくてもよい。

【0014】

（８）上記（１）～（７）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００において、第４極大値Ｎ４は、１×１０^１９ｃｍ^－３よりも大きくてもよい。

【0015】

（９）上記（１）～（８）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００において、第２主面２に対して垂直な方向から見て、第１不純物領域１０の少なくとも一部は、底面６と重なるように配置されていてもよい。

【0016】

（１０）上記（９）に係る炭化珪素半導体装置２００において、第２主面２に対して垂直な方向から見て、第１不純物領域１０は、第２主面２に平行な第１方向１０１に沿って延在し、かつ底面６は、第２主面２に平行であってかつ第１方向１０１に垂直な第２方向１０２に沿って延在していてもよい。

【0017】

（１１）上記（９）に係る炭化珪素半導体装置２００において、第２主面２に対して垂直な方向から見て、第１不純物領域１０は、第２主面２に平行な第１方向１０１に沿って延在し、かつ底面６は、第１方向１０１に沿って延在していてもよい。

【0018】

（１２）上記（１）～（８）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００において、第２主面２に対して垂直な方向から見て、第１不純物領域１０は、底面６と重ならないように配置されていてもよい。

【0019】

（１３）上記（１２）に係る炭化珪素半導体装置２００において、第２主面２に対して垂直な方向から見て、底面６は、第２主面２に平行な第１方向１０１に沿って延在し、かつ第１不純物領域１０は、第２主面２に平行でかつ第１方向１０１に垂直な第２方向１０２に沿って延在している。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態の詳細について説明する。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。

【0020】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００としてのＭＯＳＦＥＴの構成について説明する。

【0021】

図１に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００は、炭化珪素基板１００と、ゲート電極６４と、ゲート絶縁膜７１と、層間絶縁膜７２と、ソース電極６０と、ドレイン電極６３とを主に有している。炭化珪素基板１００は、第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２とを有している。炭化珪素基板１００は、炭化珪素単結晶基板４と、炭化珪素単結晶基板４上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層３とを含んでいる。炭化珪素単結晶基板４は、第２主面２を構成している。炭化珪素エピタキシャル層３は、第１主面１を構成している。

【0022】

炭化珪素単結晶基板４は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素基板１００の第１主面１の最大径は、たとえば１５０ｍｍであり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。第１主面１は、たとえば｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下オフした面である。具体的には、第１主面１は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下オフした面である。第１主面１は、たとえば（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下オフした面であってもよい。炭化珪素単結晶基板４の厚みは、たとえば３５０μｍ５００μｍ以下である。

【0023】

炭化珪素エピタキシャル層３は、第１不純物領域１０と、第２不純物領域２０と、第３不純物領域３０と、第４不純物領域４０と、第５不純物領域５０と、コンタクト領域８とを主に有している。第１不純物領域１０は、たとえば電界緩和領域である。第２不純物領域２０は、たとえば電流拡散領域である。第３不純物領域３０は、たとえばチャネル層（ボディ領域）である。第４不純物領域４０は、たとえばソース領域である。第５不純物領域５０は、たとえばドリフト領域である。

【0024】

第１不純物領域１０は、ｐ型不純物（第１ｐ型不純物）を含んでいる。第１ｐ型不純物は、たとえばＡｌ（アルミニウム）またはＢ（ホウ素）などのｐ型を付与可能なｐ型不純物である。第１不純物領域１０は、ｐ型領域である。第１不純物領域１０の厚み（第１厚みＴ１）は、たとえば０．３５μｍである。第１厚みＴ１は、たとえば０．５μｍ以下であってもよいし、０．４μｍ以下であってもよい。第１厚みＴ１の下限は、特に限定されないが、たとえば０．１μｍ以上であってもよい。

【0025】

第２不純物領域２０は、ｎ型不純物（第１ｎ型不純物）を含んでいる。第２不純物領域２０は、第１不純物領域１０上に設けられている。第１ｎ型不純物は、たとえばＮ（窒素）またはＰ（リン）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物である。第２不純物領域２０は、ｎ型領域である。第２不純物領域２０の厚み（第２厚みＴ２）は、たとえば０．３μｍである。第２厚みＴ２は、たとえば０．５μｍ以下であってもよいし、０．４μｍ以下であってもよい。第２厚みＴ２の下限は、特に限定されないが、たとえば０．１μｍ以上であってもよい。第２厚みＴ２は、第１厚みＴ１よりも小さくてもよい。

【0026】

第３不純物領域３０は、ｐ型不純物（第２ｐ型不純物）を含んでいる。第３不純物領域３０は、第２不純物領域２０上に設けられている。第２ｐ型不純物は、たとえばＡｌ（アルミニウム）またはＢ（ホウ素）などのｐ型を付与可能なｐ型不純物である。第３不純物領域３０は、ｐ型領域である。第３不純物領域３０の厚み（第３厚みＴ３）は、たとえば０．２μｍである。第３厚みＴ３は、たとえば０．３μｍ以下であってもよいし、０．２５μｍ以下であってもよい。第３厚みＴ３の下限は、特に限定されないが、たとえば０．１μｍ以上であってもよい。第３厚みＴ３は、第２厚みＴ２よりも小さくてもよい。

【0027】

第４不純物領域４０は、ｎ型不純物（第２ｎ型不純物）を含んでいる。第４不純物領域４０は、第２不純物領域２０から隔てられるように第３不純物領域３０上に設けられている。第２ｎ型不純物は、たとえばＮ（窒素）またはＰ（リン）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物である。第４不純物領域４０は、ｎ型領域である。第４不純物領域４０の厚み（第４厚みＴ４）は、たとえば０．２５μｍである。第４厚みＴ４は、たとえば０．３５μｍ以下であってもよいし、０．３μｍ以下であってもよい。第４厚みＴ４の下限は、特に限定されないが、たとえば０．１μｍ以上であってもよい。第４厚みＴ４は、第３厚みＴ３よりも大きくてもよい。

【0028】

第５不純物領域５０は、ｎ型不純物（第３ｎ型不純物）を含んでいる。第５不純物領域５０は、第１不純物領域１０および第２不純物領域２０の各々に接している。第３ｎ型不純物は、たとえばＮ（窒素）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物である。第５不純物領域５０は、ｎ型領域である。第５不純物領域５０の厚み（第５厚みＴ５）は、第１不純物領域１０の厚み（第１厚みＴ１）よりも大きい。第５不純物領域５０の厚み（第５厚みＴ５）は、たとえば０．５μｍよりも大きくてもよい。

【0029】

コンタクト領域８は、第３ｐ型不純物を含んでいる。コンタクト領域８は、たとえば第３不純物領域３０および第４不純物領域４０の各々に接している。第３ｐ型不純物は、たとえばＡｌ（アルミニウム）またはＢ（ホウ素）などのｐ型を付与可能なｐ型不純物である。コンタクト領域８は、ｐ型領域である。コンタクト領域８の厚みは、第４不純物領域４０の厚み（第４厚みＴ４）よりも大きくてもよい。

【0030】

第１ｐ型不純物は、第２ｐ型不純物と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１ｐ型不純物がアルミニウムであり、かつ第２ｐ型不純物がアルミニウムであってもよい。第１ｐ型不純物がアルミニウムであり、かつ第２ｐ型不純物がホウ素であってもよい。同様に、第１ｐ型不純物は、第３ｐ型不純物と同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、第２ｐ型不純物は、第３ｐ型不純物と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0031】

第１ｎ型不純物は、第２ｎ型不純物と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１ｎ型不純物が窒素であり、かつ第２ｎ型不純物が窒素であってもよい。第１ｎ型不純物が窒素であり、かつ第２ｎ型不純物がリンであってもよい。同様に、第１ｎ型不純物は、第３ｎ型不純物と同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、第２ｎ型不純物は、第３ｎ型不純物と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0032】

第１不純物領域１０の厚み（第１厚みＴ１）と、第２不純物領域２０の厚み（第２厚みＴ２）と、第３不純物領域３０の厚み（第３厚みＴ３）と、第４不純物領域４０の厚み（第４厚みＴ４）との合計は、たとえば１．５μｍ以下である。第１厚みＴ１と、第２厚みＴ２と、第３厚みＴ３と、第４厚みＴ４との合計は、たとえば１．３５μｍ以下であってもよいし、１．１μｍ以下であってもよい。第１厚みＴ１と、第２厚みＴ２と、第３厚みＴ３と、第４厚みＴ４との合計の下限は、特に限定されないが、たとえば０．５μｍ以上である。

【0033】

第１主面１には、ゲートトレンチ７が設けられている。ゲートトレンチ７は、側面５と、底面６とを有している。底面６は、側面５に連なっている。側面５は、第１主面１に連なっている。側面５は、第１主面１に対してほぼ垂直な方向に沿って延在している。底面６は、第１主面１とほぼ平行である。側面５と底面６との境界は曲率を有するように形成されていてもよい。ゲートトレンチ７の深さは、たとえば０．５μｍ以上１．５μｍ以下である。側面５は、第２不純物領域２０、第３不純物領域３０および第４不純物領域４０の各々に接している。底面６は、第２不純物領域２０に接している。底面６は、第３不純物領域３０から離間している。底面６は、第１不純物領域１０から離間していてもよいし、第１不純物領域１０に接していてもよい。

【0034】

ゲート絶縁膜７１は、たとえば二酸化珪素から構成されている。ゲート絶縁膜７１は、ゲートトレンチ７の側面５と、底面６とに接するように設けられている。ゲート絶縁膜は、側面５において、第２不純物領域２０、第３不純物領域３０および第４不純物領域４０の各々に接している。ゲート絶縁膜は、底面６において、第２不純物領域２０に接している。ゲート絶縁膜７１に接する第３不純物領域３０には、チャネルが形成可能に構成されている。ゲート絶縁膜７１の厚みは、たとえば４０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。

【0035】

ゲート電極６４は、ゲート絶縁膜７１上に設けられている。ゲート電極６４は、ゲート絶縁膜７１に接触して配置されている。ゲート電極は、ゲート絶縁膜７１により形成される溝を埋めるように設けられている。ゲート電極６４は、たとえば不純物がドーピングされたポリシリコンなどの導電体から構成されている。

【0036】

ソース電極６０は、電極層６１と、ソース配線６２とを有している。電極層６１は、たとえばＮｉ合金により構成されている。ソース電極６０は、第４不純物領域４０に接している。ソース電極６０は、コンタクト領域８に接していてもよい。電極層６１は、たとえばＴｉとＡｌとＳｉを含む材料から構成されている。ソース配線６２は、たとえばＡｌＳｉＣｕを含む材料から構成されている。

【0037】

層間絶縁膜７２は、ゲート電極６４を覆うように設けられている。層間絶縁膜７２は、ゲート電極６４およびゲート絶縁膜７１の各々に接している。層間絶縁膜７２は、たとえばＮＳＧ（Ｎｏｎｅ－ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜またはＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜などにより構成されている。層間絶縁膜７２は、ゲート電極６４とソース電極６０とを電気的に絶縁している。

【0038】

ドレイン電極６３は、炭化珪素基板１００の第２主面２に接して設けられている。ドレイン電極６３は、第２主面２側において、第５不純物領域５０と電気的に接続されている。ドレイン電極６３は、たとえばＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）など、ｎ型の炭化珪素単結晶基板４とオーミック接合可能な材料から構成されている。ドレイン電極６３は、炭化珪素単結晶基板４と電気的に接続されている。

【0039】

図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った横断面模式図である。図２に示されるように、第２主面２に対して垂直な方向から見て、ゲートトレンチ７は、第１方向１０１に沿って延在している。第１方向１０１は、ゲートトレンチ７の長手方向である。第２方向１０２は、ゲートトレンチ７の短手方向である。第２主面２に対して垂直な方向から見て、ゲートトレンチ７は、実質的に長方形状である。

【0040】

第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向を第１主面１に投影した方向であってもよい。第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向を第１主面１に投影した方向であってもよい。第１方向１０１および第２方向１０２の各々は、第２主面２に平行である。

【0041】

図２に示されるように、第２主面２に対して垂直な方向から見て、第１不純物領域１０の少なくとも一部は、ゲートトレンチ７の底面６と重なるように配置されていてもよい。好ましくは、第２主面２に対して垂直な方向から見て、底面６の全面は、第１不純物領域１０と重なるように配置されている。第２主面２に対して垂直な方向から見て、第１不純物領域１０は、第１方向１０１に沿って延在している。別の観点から言えば、第１不純物領域１０の長手方向は第１方向１０１であり、第１不純物領域１０の短手方向は第２方向１０２である。第１方向１０１における第１不純物領域１０の幅は、第２方向１０２における第１不純物領域１０の幅（第１幅Ｗ１）よりも長い。第１幅Ｗ１は、たとえば０．５μｍ以上２．０μｍ以下である。第１幅Ｗ１は、第１厚みＴ１よりも大きくてもよい。

【0042】

図２に示されるように、第２主面２に対して垂直な方向から見て、ゲートトレンチ７の底面６は、第１方向１０１に沿って延在している。別の観点から言えば、底面６の長手方向は第１方向１０１であり、底面６の短手方向は第２方向１０２である。第１方向１０１における底面６の幅は、第２方向１０２における底面６の幅（第２幅Ｗ２）よりも長い。第２幅Ｗ２は、たとえば０．１μｍ以上１．５μｍ以下である。第２幅Ｗ２は、第１幅Ｗ１よりも小さくてもよい。ゲートトレンチ７は、第２方向１０２において、周期的に設けられていてもよい。同様に、第１不純物領域１０は、第２方向１０２において、周期的に設けられていてもよい。隣り合う２つの第１不純物領域１０の間隔Ｗ３は、たとえば０．５μｍ以上５．０μｍ以下である。

【0043】

図３は、炭化珪素基板の厚み方向における第１ｐ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。図３の横軸は、厚み方向の位置を示している。図３の縦軸は、第１ｐ型不純物濃度を示している。第１ｐ型不純物濃度は、たとえば図１の矢印１０３に沿った方向に測定されたものである。

【0044】

図３に示されるように、第１主面１から第２主面２に向かう方向において、第１ｐ型不純物の濃度プロファイル（第１濃度プロファイル１１）は、第１極大値Ｎ１を有する。第１ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第１位置Ａ１において、第１極大値Ｎ１を示す。第１位置Ａ１から第１主面１に向かうにつれて、第１ｐ型不純物の濃度は、単調に減少する。同様に、第１位置Ａ１から第２主面２に向かうにつれて、第１ｐ型不純物の濃度は、単調に減少する。第１極大値Ｎ１は、第１不純物領域１０における第１ｐ型不純物の濃度の最大値である。第１極大値Ｎ１は、たとえば５×１０^１６ｃｍ^－３よりも大きい。第１極大値Ｎ１は、たとえば１×１０^１７ｃｍ^－３よりも大きくてもよいし、１×１０^１８ｃｍ^－３よりも大きくてもよい。第１極大値Ｎ１の上限は、特に限定されないが、たとえば５×１０^１８ｃｍ^－３以下であってもよい。

【0045】

図４は、炭化珪素基板の厚み方向における第２ｐ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。図４の横軸は、厚み方向の位置を示している。図４の縦軸は、第２ｐ型不純物濃度を示している。第２ｐ型不純物濃度は、たとえば図１の矢印１０３に沿った方向に測定されたものである。

【0046】

図４に示されるように、第１主面１から第２主面２に向かう方向において、第２ｐ型不純物の濃度プロファイル（第３濃度プロファイル１３）は、第３極大値Ｎ３を有する。第２ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第３位置Ａ３において、第３極大値Ｎ３を示す。第３位置Ａ３から第１主面１に向かうにつれて、第２ｐ型不純物の濃度は、単調に減少する。同様に、第３位置Ａ３から第２主面２に向かうにつれて、第２ｐ型不純物の濃度は、単調に減少する。第３極大値Ｎ３は、第３不純物領域３０における第２ｐ型不純物の濃度の最大値である。第３極大値Ｎ３は、第１極大値Ｎ１よりも大きい。第３極大値Ｎ３は、たとえば１×１０^１８ｃｍ^－３よりも大きい。第３極大値Ｎ３は、たとえば２×１０^１８ｃｍ^－３よりも大きくてもよいし、５×１０^１８ｃｍ^－３よりも大きくてもよい。第３極大値Ｎ３の上限は、特に限定されないが、たとえば１×１０^１９ｃｍ^－３以下であってもよい。図４に示されるように、第２ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第１主面１に達していてもよい。第１主面１における第２ｐ型不純物の濃度（第２濃度Ｎ６）は、第３極大値Ｎ３よりも小さい。

【0047】

図５は、炭化珪素基板の厚み方向におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。図５の横軸は、厚み方向の位置を示している。図５の縦軸は、ｐ型不純物濃度を示している。ｐ型不純物濃度は、たとえば図１の矢印１０３に沿った方向に測定されたものである。図５に示される濃度プロファイルは、図３に示される濃度プロファイルと、図４に示される濃度プロファイルとが重ね合わされて形成されている。図５に示されるように、第１不純物領域１０および第３不純物領域３０の各々を通り、かつ第１主面１から第２主面２に向かう方向において、ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第１極大値Ｎ１と、第１極大値Ｎ１を示す位置（第１位置Ａ１）よりも第１主面側に位置（第３位置Ａ３）する第３極大値Ｎ３とを有している。

【0048】

図５に示されるように、ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第１極小値Ｎ７を有する。ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第５位置Ａ５において、第１極小値Ｎ７を有する。第５位置Ａ５は、第１位置Ａ１と、第３位置Ａ３との間に位置している。第１極小値Ｎ７は、第１極大値Ｎ１よりも小さい。

【0049】

図６は、炭化珪素基板の厚み方向における第１ｎ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。図６の横軸は、厚み方向の位置を示している。図６の縦軸は、第１ｎ型不純物濃度を示している。第１ｎ型不純物濃度は、たとえば図１の矢印１０３に沿った方向に測定されたものである。

【0050】

図６に示されるように、第１主面１から第２主面２に向かう方向において、第１ｎ型不純物の濃度プロファイル（第２濃度プロファイル１２）は、第２極大値Ｎ２を有する。第１ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第２位置Ａ２において、第２極大値Ｎ２を示す。第２位置Ａ２から第１主面１に向かうにつれて、第１ｎ型不純物の濃度は、単調に減少する。同様に、第２位置Ａ２から第２主面２に向かうにつれて、第１ｎ型不純物の濃度は、単調に減少する。第２極大値Ｎ２は、第２不純物領域２０における第１ｎ型不純物の濃度の最大値である。第２極大値Ｎ２は、第１極大値Ｎ１よりも大きい。第２極大値Ｎ２は、たとえば１×１０^１７ｃｍ^－３よりも大きい。第２極大値Ｎ２は、たとえば２×１０^１７ｃｍ^－３よりも大きくてもよいし、５×１０^１７ｃｍ^－３よりも大きくてもよい。第２極大値Ｎ２の上限は、特に限定されないが、たとえば１×１０^１８ｃｍ^－３以下であってもよい。

【0051】

図７は、炭化珪素基板の厚み方向における第２ｎ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。図７の横軸は、厚み方向の位置を示している。図７の縦軸は、第２ｎ型不純物濃度を示している。第２ｎ型不純物濃度は、たとえば図１の矢印１０３に沿った方向に測定されたものである。

【0052】

図７に示されるように、第１主面１から第２主面２に向かう方向において、第２ｎ型不純物の濃度プロファイル（第４濃度プロファイル１４）は、第４極大値Ｎ４を有する。第２ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第４位置Ａ４において、第４極大値Ｎ４を示す。第４位置Ａ４から第１主面１に向かうにつれて、第２ｎ型不純物の濃度は、単調に減少する。同様に、第４位置Ａ４から第２主面２に向かうにつれて、第２ｎ型不純物の濃度は、単調に減少する。第４極大値Ｎ４は、第４不純物領域４０における第２ｎ型不純物の濃度の最大値である。

【0053】

第４極大値Ｎ４は、第３極大値Ｎ３よりも大きい。第３極大値Ｎ３は、第２極大値Ｎ２よりも大きい。第４極大値Ｎ４は、たとえば１×１０^１９ｃｍ^－３よりも大きい。第４極大値Ｎ４は、たとえば２×１０^１９ｃｍ^－３よりも大きくてもよいし、５×１０^１９ｃｍ^－３よりも大きくてもよい。第４極大値Ｎ４の上限は、特に限定されないが、たとえば１×１０^２０ｃｍ^－３以下であってもよい。図７に示されるように、第２ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第１主面１に達していてもよい。第１主面１における第２ｎ型不純物の濃度（第４濃度Ｎ８）は、第４極大値Ｎ４よりも小さい。第４濃度Ｎ８は、第２濃度Ｎ６（図４参照）よりも大きい。

【0054】

図８は、炭化珪素基板の厚み方向における第３ｎ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。図８の横軸は、厚み方向の位置を示している。図８の縦軸は、第３ｎ型不純物濃度を示している。第３ｎ型不純物濃度は、たとえば図１の矢印１０３に沿った方向に測定されたものである。

【0055】

後述するように、炭化珪素エピタキシャル層は、１回のエピタキシャル成長によって形成される。図８に示されるように、第１主面１から第２主面２に向かう方向において、第３ｎ型不純物の濃度は、ほぼ一定（第１濃度Ｎ５）である。別の観点から言えば、第１主面１と第２主面２との間において、第３ｎ型不純物の濃度プロファイル（第５濃度プロファイル１５）は、ほぼフラットである。第１主面１と第２主面２との間において、第５濃度プロファイル１５は、連続的である。言い換えれば、第１主面１と第２主面２との間において、第５濃度プロファイル１５は、非連続な部分を有していない。第１濃度Ｎ５は、第１極大値Ｎ１よりも小さい。第１濃度Ｎ５は、たとえば５×１０^１６ｃｍ^－３よりも小さい。

【0056】

図９は、炭化珪素基板の厚み方向におけるｎ型不純物の濃度プロファイルを示す模式図である。図９の横軸は、厚み方向の位置を示している。図９の縦軸は、ｎ型不純物濃度を示している。ｎ型不純物濃度は、たとえば図１の矢印１０３に沿った方向に測定されたものである。図９に示される濃度プロファイルは、図６に示される濃度プロファイルと、図７に示される濃度プロファイルと、図８に示される濃度プロファイルとが重ね合わされて形成されている。図９に示されるように、第２不純物領域２０および第４不純物領域４０の各々を通り、かつ第１主面１から第２主面２に向かう方向において、ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第２極大値Ｎ２と、第２極大値Ｎ２を示す位置（第４位置Ａ４）よりも第１主面側に位置（第２位置Ａ２）する第４極大値Ｎ４とを有している。

【0057】

図９に示されるように、ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第２極小値Ｎ９を有する。ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第６位置Ａ６において、第２極小値Ｎ９を有する。第６位置Ａ６は、第２位置Ａ２と、第４位置Ａ４との間に位置している。第２極小値Ｎ９は、第２極大値Ｎ２よりも小さい。第２極小値Ｎ９は、第１濃度Ｎ５よりも大きくてもよい。

【0058】

図１０は、炭化珪素基板の厚み方向におけるキャリア濃度のプロファイルを示す模式図である。図１０の横軸は、厚み方向の位置を示している。図１０の縦軸は、キャリア濃度を示している。キャリア濃度は、ｎ型不純物濃度とｐ型不純物濃度との差の絶対値である。キャリア濃度は、たとえば図１の矢印１０３に沿った方向に測定されたものである。キャリア濃度プロファイルは、実線で示されている。

【0059】

図１０に示されるように、第１不純物領域の第１位置Ａ１において、キャリア濃度プロファイルは、第５極大値ｎ１を示す。同様に、第２不純物領域２０の第２位置Ａ２において、キャリア濃度プロファイルは、第６極大値ｎ２を示す。同様に、第３不純物領域３０の第３位置Ａ３において、キャリア濃度プロファイルは、第７極大値ｎ３を示す。同様に、第４不純物領域４０の第４位置Ａ４において、キャリア濃度プロファイルは、第８極大値ｎ４を示す。第８極大値ｎ４は、第７極大値ｎ３よりも大きい。第７極大値ｎ３は、第６極大値ｎ２よりも大きい。第６極大値ｎ２は、第５極大値ｎ１よりも大きい。第５極大値ｎ１は、第５不純物領域５０のキャリア濃度（第３濃度ｎ５）よりも大きい。

【0060】

第２主面２に対して垂直な方向において、第４位置Ａ４は、第３位置Ａ３と第１主面１との間に位置している。同様に、第２主面２に対して垂直な方向において、第３位置Ａ３は、第４位置Ａ４と第２位置Ａ２との間に位置している。同様に、第２主面２に対して垂直な方向において、第２位置Ａ２は、第３位置Ａ３と第１位置Ａ１との間に位置している。同様に、第２主面２に対して垂直な方向において、第１位置Ａ１は、第２位置Ａ２と第２主面２との間に位置している。

【0061】

第１不純物領域１０と第５不純物領域５０との境界において、キャリア濃度プロファイルは極小値を有する。第１不純物領域１０と第２不純物領域２０との境界において、キャリア濃度プロファイルは極小値を有する。第２不純物領域２０と第３不純物領域３０との境界において、キャリア濃度プロファイルは極小値を有する。第３不純物領域３０と第４不純物領域４０との境界において、キャリア濃度プロファイルは極小値を有する。

【0062】

図１０に示されるように、第１不純物領域１０においては、第１濃度プロファイル１１と、第２濃度プロファイル１２と、第５濃度プロファイル１５とが重なっていてもよい。別の観点から言えば、第１不純物領域１０は、第１ｎ型不純物と、第１ｐ型不純物と、第３ｎ型不純物とを有していてもよい。第２不純物領域２０においては、第１濃度プロファイル１１と、第２濃度プロファイル１２と、第３濃度プロファイル１３と、第５濃度プロファイル１５とが重なっていてもよい。別の観点から言えば、第２不純物領域２０は、第１ｎ型不純物と、第１ｐ型不純物と、第２ｎ型不純物と、第３ｎ型不純物とを有していてもよい。第３不純物領域３０においては、第１濃度プロファイル１１と、第２濃度プロファイル１２と、第３濃度プロファイル１３と、第４濃度プロファイル１４と、第５濃度プロファイル１５とが重なっていてもよい。別の観点から言えば、第３不純物領域３０は、第１ｎ型不純物と、第１ｐ型不純物と、第２ｎ型不純物と、第２ｐ型不純物と、第３ｎ型不純物とを有していてもよい。

【0063】

第４不純物領域４０においては、第２濃度プロファイル１２と、第３濃度プロファイル１３と、第４濃度プロファイル１４と、第５濃度プロファイル１５とが重なっていてもよい。別の観点から言えば、第４不純物領域４０は、第１ｐ型不純物と、第２ｎ型不純物と、第２ｐ型不純物と、第３ｎ型不純物とを有していてもよい。第５不純物領域５０においては、第１濃度プロファイル１１と、第５濃度プロファイル１５とが重なっていてもよい。別の観点から言えば、第５不純物領域５０は、第１ｎ型不純物と、第３ｎ型不純物とを有していてもよい。

【0064】

次に、各不純物領域におけるｐ型不純物の濃度およびｎ型不純物の濃度の測定方法について説明する。

【0065】

各不純物領域におけるｐ型不純物の濃度およびｎ型不純物の濃度は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定することができる。測定装置は、たとえばＣａｍｅｃａ製の二次イオン質量分析装置である。測定ピッチは、たとえば０．０１μｍである。検出するｎ型不純物が窒素の場合、一次イオンビーム(primary ion beam)は、セシウム（Ｃｓ）である。一次イオンエネルギーは、１４．５ｋｅＶである。二次イオンの極性(secondary ion polarity)は、負(negative)である。検出するｐ型不純物がアルミニウムまたはホウ素の場合、一次イオンビーム(primary ion beam)は、酸素（Ｏ_２）である。一次イオンエネルギーは、８ｋｅＶである。二次イオンの極性(secondary ion polarity)は、正(positive)である。ｐ型不純物の濃度およびｎ型不純物の濃度の測定位置は、炭化珪素エピタキシャル基板の中央である。

【0066】

次に、各不純物領域の厚みの測定方法について説明する。
ｐ型領域とｎ型領域との判別方法には、ＳＣＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が用いられる。測定装置は、たとえばブルカー・エイエックスエス社製のNanoScope IVである。ＳＣＭは、半導体中のキャリア濃度分布を可視化する方法である。具体的には、金属コートされたシリコン探針を用いて、試料の表面上が走査される。その際、試料に高周波電圧が印加される。多数キャリアを励振して系の静電容量に変調が加えられる。試料に印可される高周波電圧の周波数は、１００ｋＨｚであり、電圧は４．０Ｖである。各不純物領域の厚みは、ＳＣＭにより測定される。

【0067】

次に、本実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ２００の動作について説明する。ゲート電極６４に印加された電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちオフ状態では、ソース電極６０とドレイン電極６３との間に電圧が印加されても、第３不純物領域３０と第２不純物領域２０との間のｐｎ接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極６４に閾値電圧以上の電圧が印加されると、第３不純物領域３０のゲート絶縁膜７１と接触する付近であるチャネル領域において反転層が形成される。その結果、第４不純物領域４０と第２不純物領域２０とが電気的に接続され、ソース電極６０とドレイン電極６３との間に電流が流れる。以上のようにして、ＭＯＳＦＥＴ２００は動作する。

【0068】

次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素基板１００を準備する工程が実施される。たとえば改良レーリー法により成長させた炭化珪素単結晶インゴットをスライスして基板を切り出し、基板の表面に対して鏡面研磨を行うことにより、炭化珪素単結晶基板４が準備される。炭化珪素単結晶基板４は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素である。炭化珪素単結晶基板４の直径は、たとえば１５０ｍｍである。

【0069】

次に、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程が実施される。たとえば、炭化珪素単結晶基板４上に、水素を含むキャリアガスと、シラン、プロパンを含む原料ガスと、窒素を含むドーパントガスが供給され、１００ｍｂａｒ（１０ｋＰａ）の圧力下、炭化珪素単結晶基板４が、たとえば１５５０℃程度に加熱される。これにより、ｎ型を有する炭化珪素エピタキシャル層３が炭化珪素単結晶基板４上に形成される（図１１参照）。炭化珪素エピタキシャル層３にはｎ型不純物としての窒素がドーピングされている。ｎ型不純物の濃度は、たとえば８．０×１０¹⁵ｃｍ^-3である。以上により、炭化珪素単結晶基板４と、炭化珪素単結晶基板上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層３とを有する炭化珪素基板１００が準備される。炭化珪素基板１００は、第１主面１と、第２主面２とを有する。第１主面１は、たとえば｛０００１｝面または｛０００１｝面から８°以下程度オフした面である。

【0070】

次に、炭化珪素エピタキシャル層３に対してイオン注入が実施される。まず、第１主面１上に第１イオン注入マスク（図示せず）が設けられる。次に、第１ｐ型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層３に対してイオン注入される。これにより、ｐ型を有する第１不純物領域１０が形成される。第１ｐ型不純物は、たとえばアルミニウムである。イオン注入エネルギーは、たとえば９００ｋｅＶ以下である。次に、第１主面１上から第１イオン注入マスク（図示せず）が除去される。

【0071】

次に、第１主面１上に第２イオン注入マスク（図示せず）が設けられる。第２イオン注入マスクは、たとえばガードリング領域（図示せず）を覆っている。次に、第１ｎ型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層３に対してイオン注入される。これにより、ｎ型を有する第２不純物領域２０が形成される。第２不純物領域２０は、第１不純物領域１０に接するように形成される。第１ｎ型不純物は、たとえば窒素である。イオン注入エネルギーは、たとえば９００ｋｅＶ以下である。

【0072】

次に、第２ｐ型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層３に対してイオン注入される。これにより、ｐ型を有する第３不純物領域３０が形成される。第３不純物領域３０は、第２不純物領域２０に接するように形成される。第２ｐ型不純物は、たとえばアルミニウムである。イオン注入エネルギーは、たとえば９００ｋｅＶ以下である。

【0073】

次に、第２ｎ型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層３に対してイオン注入される。これにより、ｎ型を有する第４不純物領域４０が形成される。第４不純物領域４０は、第３不純物領域３０に接するように形成される。第２ｎ型不純物は、たとえばリンである。イオン注入エネルギーは、たとえば９００ｋｅＶ以下である。次に、第１主面１上から第２イオン注入マスク（図示せず）が除去される。

【0074】

次に、第１主面１上に第３イオン注入マスク（図示せず）が設けられる。次に、第３ｐ型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層３に対してイオン注入される。これにより、ｐ型を有するコンタクト領域８が形成される。コンタクト領域８は、第３不純物領域３０および第４不純物領域４０の各々に接するように形成される。第３ｐ型不純物は、たとえばアルミニウムである。イオン注入エネルギーは、たとえば９００ｋｅＶ以下である。次に、第１主面１上から第３イオン注入マスク（図示せず）が除去される。炭化珪素エピタキシャル層３において、イオン注入されなかった部分が第５不純物領域５０である。以上により、第１不純物領域１０と、第２不純物領域２０と、第３不純物領域３０と、第４不純物領域４０と、第５不純物領域５０と、コンタクト領域８とを有する炭化珪素基板１００が準備される（図１２参照）。

【0075】

次に、第１主面１上にエッチングマスク（図示せず）が形成される。エッチングマスクは、たとえば堆積酸化膜を含む材料から構成されている。エッチングマスクは、ゲートトレンチ７が形成される領域上に開口が形成されている。次に、エッチングマスクを用いて、炭化珪素基板１００に対してエッチングが行われる。たとえば、ＳＦ₆およびＯ₂雰囲気下において、第４不純物領域４０と第３不純物領域３０と第２不純物領域２０とに対して異方性エッチングが行われる。異方性エッチングは、たとえばＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマエッチングである。これにより、第１主面１にゲートトレンチ７が形成される（図１３参照）。ゲートトレンチ７は、側面５と、底面６とを有している。側面５は、第２不純物領域２０と、第３不純物領域３０と、第４不純物領域４０に接している。底面６は、第２不純物領域２０に接している。

【0076】

次に、ゲート絶縁膜７１が形成される。具体的には、第１主面１と、側面５と、底面６とに接するゲート絶縁膜７１が形成される。ゲート絶縁膜７１は、側面５において、第４不純物領域４０と、第３不純物領域３０と、第２不純物領域２０とに接している。ゲート絶縁膜７１は、底面６において、第２不純物領域２０と接している。ゲート絶縁膜７１は、第１主面１において、第４不純物領域４０に接している。ゲート絶縁膜７１の厚みは、たとえば４０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。

【0077】

次に、ＮＯアニール工程が実施される。具体的には、窒素を含む雰囲気中において、ゲート絶縁膜７１が形成された炭化珪素基板１００が、たとえば１１００℃以上１３００℃以下の温度で熱処理される。窒素を含む気体とは、たとえば窒素で１０％希釈された一酸化窒素などである。炭化珪素基板１００が、窒素を含む気体中において、たとえば３０分以上３６０分以下の間アニールされる。

【0078】

次に、ゲート電極６４が形成される。具体的には、ゲート絶縁膜７１により形成された溝を埋めるようにゲート絶縁膜７１上にゲート電極６４が形成される。ゲート電極６４は、たとえば不純物を含むポリシリコンを含む材料から構成される。次に、ゲート電極６４を覆うように層間絶縁膜７２が形成される。層間絶縁膜７２は、たとえばＮＳＧ膜およびＰＳＧ膜の少なくともいずれかを含んでいる。

【0079】

次に、ソース電極６０が形成される。具体的には、ソース電極６０が形成される予定の領域において層間絶縁膜７２およびゲート絶縁膜７１が除去される。これにより、第４不純物領域４０の一部およびコンタクト領域８が、層間絶縁膜７２およびゲート絶縁膜７１から露出する（図１４参照）。次に、電極層６１が、第１主面１において、第４不純物領域４０およびコンタクト領域８の双方と接するように形成される。電極層６１は、たとえばスパッタリングにより形成される。電極層６１は、たとえばＴｉＡｌＳｉを含む材料から構成されている。

【0080】

次に、電極層６１が形成された炭化珪素基板１００に対して、たとえば９００℃以上１１００℃以下のＲＴＡ(Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ)が２分程度実施される。これにより、電極層６１の少なくとも一部が、炭化珪素基板１００が含む珪素と反応してシリサイド化する。これにより、電極層６１が第４不純物領域４０とオーミック接合する。好ましくは、電極層６１は、第４不純物領域４０およびコンタクト領域８の各々とオーミック接合する。

【0081】

次に、電極層６１に接し、かつ層間絶縁膜７２を覆うようにソース配線６２が形成される。ソース配線６２は、好ましくはＡｌを含む材料からなり、たとえばＡｌＳｉＣｕを含む材料からなる。次に、炭化珪素単結晶基板４に対して裏面研磨が行われる。これにより、炭化珪素単結晶基板４の厚みが低減される。次に、ドレイン電極６３が形成される。ドレイン電極６３は、炭化珪素基板１００の第２主面２に接して形成される。ドレイン電極６３は、たとえばＮｉＳｉを含む材料により構成されている。ドレイン電極６３は、たとえばＴｉＡｌＳｉなどであってもよい。

【0082】

ドレイン電極６３の形成は、好ましくはスパッタリング法により実施されるが、蒸着により実施されても構わない。ドレイン電極６３が形成された後、ドレイン電極６３がたとえばレーザーアニールにより加熱される。これにより、ドレイン電極６３の少なくとも一部がシリサイド化する。以上のように、図１に示すＭＯＳＦＥＴ２００が製造される。

【0083】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００の構成について説明する。第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００は、主に第１不純物領域１０がコンタクト領域８に対向している構成において、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００と異なっており、他の構成については、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００と異なる構成を中心に説明する。

【0084】

図１５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においては、第１不純物領域１０がコンタクト領域８に対向している。別の観点から言えば、第１不純物領域１０は、コンタクト領域８と第２主面２との間に位置している。別の観点から言えば、第１不純物領域１０は、ゲートトレンチ７の底面６に対向しないように配置されている。第１不純物領域１０は、第３不純物領域３０および第４不純物領域４０の各々に対向している。第１不純物領域１０は、電極層６１に対向している。

【0085】

図１６は、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿った横断面模式図である。図１６に示されるように、第２主面２に対して垂直な方向から見て、第１不純物領域１０およびゲートトレンチ７の各々は、第１方向１０１に沿って延在している。第２主面２に対して垂直な方向から見て、第１不純物領域１０は、ゲートトレンチ７に重ならないように配置されている。第２方向１０２において、ゲートトレンチ７と、第１不純物領域１０とは、交互に配置されている。第２主面２に対して垂直な方向から見て、ゲートトレンチ７は、隣り合う２つの第１不純物領域１０の間に位置している。

【0086】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００の構成について説明する。第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００は、主に第１不純物領域１０の延在方向がゲートトレンチ７の延在方向と直交している構成において、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００と異なっており、他の構成については、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００と異なる構成を中心に説明する。

【0087】

図１７に示されるように、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００においては、第１不純物領域１０は、ゲートトレンチ７の底面６と、第３不純物領域３０と、コンタクト領域８と、電極層６１とに対向している。別の観点から言えば、第１不純物領域１０は、ゲートトレンチ７の底面６、第３不純物領域３０、コンタクト領域８および電極層６１の各々と、第２主面２との間に位置している。

【0088】

図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿った横断面模式図である。図１８に示されるように、第２主面２に対して垂直な方向から見て、ゲートトレンチ７の底面６は、第２主面２に平行な第１方向１０１に沿って延在し、かつ第１不純物領域１０は、第２主面２に平行でかつ第１方向１０１に垂直な第２方向１０２に沿って延在している。別の観点から言えば、第１不純物領域１０の延在方向は、ゲートトレンチ７の延在方向と直交している。第１不純物領域１０の長手方向は、ゲートレンチの短手方向である。同様に、第１不純物領域１０の短手方向は、ゲートレンチの長手方向である。

【0089】

第１不純物領域１０は、第１方向１０１に沿って、周期的に設けられていてもよい。隣り合う２つの第１不純物領域１０の間には、第５不純物領域５０が配置されている。第２主面２に対して垂直な方向から見て、ゲートトレンチ７の底面６は、第１不純物領域１０と重なっている部分（第１部分）と、第１不純物領域１０と重なっていない部分（第２部分）とを有している。第５電流は、第５不純物領域５０を通ってドレイン電極６３に流れる。

【0090】

なお上記においては、ゲートトレンチ７を有するＭＯＳＦＥＴを例示して、本開示に係る炭化珪素半導体装置２００を説明したが、本開示に係る炭化珪素半導体装置２００はこれに限定されない。本開示に係る炭化珪素半導体装置２００は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であってもよい。

【0091】

次に、上記実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００の作用効果について説明する。
第１不純物領域１０（埋込ｐ型領域）、第２不純物領域２０（ｎ型電流拡散領域）および第３不純物領域３０（ｐ型チャネル領域）の各々がイオン注入によって形成された炭化珪素半導体装置２００においては、第２不純物領域２０における第１ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第１不純物領域１０における第１ｐ型不純物の濃度プロファイルと、第３不純物領域３０における第２ｐ型不純物の濃度プロファイルと挟まれている。そのため、第２不純物領域２０には、第１ｐ型不純物の濃度プロファイルのテール部分における第１ｐ型不純物と、第２ｐ型不純物の濃度プロファイルのテール部分における第２ｐ型不純物とが入り混んでいる。

【0092】

第１不純物領域１０と第３不純物領域３０との間隔が小さい場合（言い換えれば、第２不純物領域２０の厚みが小さい場合）には、第２不純物領域２０における第１ｎ型不純物は、第１不純物領域１０における第１ｐ型不純物の濃度プロファイルのテールの部分との重なりと、第３不純物領域３０における第２ｐ型不純物の濃度プロファイルのテールの部分との重なりにより打ち消される。この場合、第２不純物領域２０がｎ型にならず、炭化珪素半導体装置２００として機能しない。第２不純物領域２０をｎ型にするためには、第２不純物領域２０の厚みを大きくする必要がある。第２不純物領域２０の厚みを大きくすると、炭化珪素エピタキシャル層３の厚みが大きくなる。そのため、炭化珪素エピタキシャル層３は、通常２回に分けたエピタキシャル成長により形成される。

【0093】

具体的には、まず、第１炭化珪素層がエピタキシャル成長により形成される。次に、第１炭化珪素層に対してイオン注入が行われるより、第１不純物領域１０が形成される。次に、第１炭化珪素層上に第２炭化珪素層がエピタキシャル成長により形成される。次に、第２炭化珪素層に対してイオン注入が行われることにより、第２不純物領域２０、第３不純物領域３０および第４不純物領域４０が形成される。次に、第２炭化珪素層にゲートトレンチ７が形成される。

【0094】

第１回目のエピタキシャル成長により形成された第１炭化珪素層は、第１の厚みばらつきを有している。第１炭化珪素層の厚みは、ドリフト層（第５不純物領域５０）の厚みに対応する。ドリフト層の厚みが大きいと、炭化珪素半導体装置２００の耐圧は高くなる。反対に、ドリフト層の厚みが小さいと、炭化珪素半導体装置２００の耐圧は低くなる。つまり、第１炭化珪素層の厚みのばらつきが大きくなると、炭化珪素半導体装置２００の耐圧のばらつきも大きくなる。

【0095】

第２回目のエピタキシャル成長により形成された第２炭化珪素層は、第２の厚みばらつきを有している。第２炭化珪素層の厚みが大きくなると、ゲートトレンチ７の底面６と第４不純物領域４０との距離が長くなる。当該距離が長くなると、炭化珪素半導体装置２００の耐圧は低くなる。反対に、第２炭化珪素層の厚みが小さくなると、ゲートトレンチ７の底面６と第４不純物領域４０との距離が短くなる。当該距離が短くなると、炭化珪素半導体装置２００の耐圧は高くなる。つまり、第２炭化珪素層の厚みのばらつきが大きくなると、炭化珪素半導体装置２００の耐圧のばらつきも大きくなる。

【0096】

一方、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第１主面１から第２主面２に向かう方向において、第１ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第１極大値Ｎ１を有する。第１主面１から第２主面２に向かう方向において、第１ｎ型不純物の濃度プロファイルは、第２極大値Ｎ２を有する。第１主面１から第２主面２に向かう方向において、第２ｐ型不純物の濃度プロファイルは、第３極大値Ｎ３を有する。第３極大値Ｎ３は第２極大値Ｎ２よりも大きく、かつ第２極大値Ｎ２は第１極大値Ｎ１よりも大きい。

【0097】

第２極大値Ｎ２が第１極大値Ｎ１よりも小さい場合と比較して、第２極大値Ｎ２が第１極大値Ｎ１よりも大きい場合には、第２不純物領域２０の第１ｎ型不純物が第１不純物領域１０の第１ｐ型不純物によって打ち消されづらくなる。そのため、第２極大値Ｎ２が第１極大値Ｎ１よりも小さい場合と比較して、第２極大値Ｎ２が第１極大値Ｎ１よりも大きい場合には、第２不純物領域２０の厚みを小さくすることができる。結果として、炭化珪素エピタキシャル層を１回のエピタキシャル成長により形成することができる。従って、炭化珪素エピタキシャル層を２回のエピタキシャル成長により形成する場合と比較して、炭化珪素エピタキシャル層の厚みのばらつきを低減することができる。結果として、炭化珪素半導体装置２００の耐圧のばらつきを低減することができる。

【0098】

また炭化珪素エピタキシャル層を２回のエピタキシャル成長により形成する場合と比較して、炭化珪素エピタキシャル層を形成するためのリードタイムを短縮することができる。結果として、炭化珪素半導体装置２００のコストを低減することができる。

【0099】

さらに第２回目のエピタキシャル成長後の炭化珪素基板１００は、第１回目のエピタキシャル成長後の炭化珪素基板１００に対して変形している場合がある。炭化珪素エピタキシャル層を２回のエピタキシャル成長により形成する場合には、炭化珪素基板１００の変形の影響により露光不良が発生する場合がある。炭化珪素エピタキシャル層を１回のエピタキシャル成長により形成することにより、上記露光不良の発生を抑制することができる。

【0100】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0101】

１ 第１主面、２ 第２主面、３ 炭化珪素エピタキシャル層、４ 炭化珪素単結晶基板、５ 側面、６ 底面、７ ゲートトレンチ、８ コンタクト領域、１０ 第１不純物領域、１１ 第１濃度プロファイル、１２ 第２濃度プロファイル、１３ 第３濃度プロファイル、１４ 第４濃度プロファイル、１５ 第５濃度プロファイル、２０ 第２不純物領域、３０ 第３不純物領域、４０ 第４不純物領域、５０ 第５不純物領域、６０ ソース電極、６１ 電極層、６２ ソース配線、６３ ドレイン電極、６４ ゲート電極、７１ ゲート絶縁膜、７２ 層間絶縁膜、１００ 炭化珪素基板、１０１ 第１方向、１０２ 第２方向、１０３ 矢印、２００ ＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）、Ａ１ 第１位置、Ａ２ 第２位置、Ａ３ 第３位置、Ａ４ 第４位置、Ａ５ 第５位置、Ａ６ 第６位置、Ｎ１ 第１極大値、Ｎ２ 第２極大値、Ｎ３ 第３極大値、Ｎ４ 第４極大値、Ｎ５ 第１濃度、Ｎ６ 第２濃度、Ｎ７ 第１極小値、Ｎ８ 第４濃度、Ｎ９ 第２極小値、Ｔ１ 第１厚み、Ｔ２ 第２厚み、Ｔ３ 第３厚み、Ｔ４ 第４厚み、Ｔ５ 第５厚み、Ｗ１ 第１幅、Ｗ２ 第２幅、Ｗ３ 間隔、ｎ１ 第５極大値、ｎ２ 第６極大値、ｎ３ 第７極大値、ｎ４ 第８極大値、ｎ５ 第３濃度。

【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】

【図17】

【図18】