特許 7395972 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】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(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 20060101AFI20231205BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20231205BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20231205BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652J

H01L29/78 652T

H01L29/78 653A

H01L29/78 652K

H01L29/78 658E

H01L29/78 658G

H01L29/78 655A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019204195

(22)【出願日】2019-11-11

(65)【公開番号】P2021077787

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-07-21

(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】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

【審査官】石塚 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１０１７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８９８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０４９８１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１４１９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１５５７８３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／１２

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、
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導電型を有する電流拡散領域と、
前記電流拡散領域上に設けられ、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、
前記電流拡散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、かつ前記第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、前記ボディ領域および前記電流拡散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により規定されるゲートトレンチが設けられており、
前記側面および前記底面に接するゲート絶縁膜をさらに有し、
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さらに有し、
前記電流拡散領域は、
前記側面に接し、第１実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第１領域と、
前記側面との間に前記第１領域を挟み、第２実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第２領域と、
を有し、
前記第１実効濃度は、前記第２実効濃度よりも低く、
前記第１主面に垂直な方向から平面視したときに、
前記電界緩和領域は、前記電流拡散領域と前記ボディ領域と前記側面とが互いに接する第１位置よりも前記ゲートトレンチから離間する側に側端面を有し、
前記第１領域と前記第２領域との境界面は、前記第１位置と前記側端面との間に位置し、
前記ドリフト領域は、前記電流拡散領域と前記電界緩和領域との間に設けられ、第３実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第３領域を有し、
前記第２実効濃度は、前記第３実効濃度よりも高い炭化珪素半導体装置。

【請求項2】

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、
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導電型を有する電流拡散領域と、
前記電流拡散領域上に設けられ、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、
前記電流拡散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、かつ前記第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、前記ボディ領域および前記電流拡散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により規定されるゲートトレンチが設けられており、
前記側面および前記底面に接するゲート絶縁膜をさらに有し、
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さらに有し、
前記電流拡散領域は、
前記側面に接し、第１実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第１領域と、
前記側面との間に前記第１領域を挟み、第２実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第２領域と、
を有し、
前記第１実効濃度は、前記第２実効濃度よりも低く、
前記第１主面に垂直な方向から平面視したときに、
前記電界緩和領域は、前記電流拡散領域と前記ボディ領域と前記側面とが互いに接する第１位置よりも前記ゲートトレンチから離間する側に側端面を有し、
前記第１領域と前記第２領域との境界面は、前記第１位置と前記側端面との間に位置し、
前記ドリフト領域は、前記電流拡散領域と前記電界緩和領域との間に設けられ、第３実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第３領域を有し、
前記第１実効濃度は、前記第３実効濃度よりも高い炭化珪素半導体装置。

【請求項3】

前記第１実効濃度をｎ１（ｃｍ^－３）、前記第２実効濃度をｎ２（ｃｍ^－３）、前記第３実効濃度をｎ３（ｃｍ^－３）、前記第２主面に対して垂直な方向において、前記電流拡散領域の下端面と前記電界緩和領域の上端面との間の距離をＨ１（μｍ）、炭化珪素の比誘電率をε_ｓｉｃ（Ｆ／ｍ）、真空誘電率をε_０（Ｆ／ｍ）、炭化珪素の拡散電位をＶ_ｄ（Ｖ）、電気素量をｑ（Ｃ）としたとき、次の関係が成り立つ請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
８（ε_ｓｉｃε_０Ｖ_ｄ／ｑＨ１^２）＜ｎ３＜ｎ１＜ｎ２ 式（１）

【請求項4】

前記第２実効濃度は、前記第１実効濃度の５倍以上２０倍以下である請求項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】

前記電界緩和領域の上端面は、前記ゲートトレンチの前記底面を含む請求項１から請求項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５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、ゲートトレンチの下方に電界シールド領域が設けられ、ベース領域とドリフト領域との間に電流拡散層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（たとえば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－２６７５７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の電流拡散層が設けられた炭化珪素半導体装置では、オン抵抗と短絡電流とがトレードオフの関係にある。すなわち、オン抵抗を低くしようとすると、短絡電流が大きくなり、短絡電流を小さくしようとすると、オン抵抗が高くなる。

【0005】

そこで、本開示は、オン抵抗および短絡電流の両方を低減することが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】

本実施形態の一観点によれば、炭化珪素半導体装置は、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る。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導電型を有する電流拡散領域と、前記電流拡散領域上に設けられ、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、前記電流拡散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、かつ前記第１導電型を有するソース領域と、を有する。前記第１主面には、前記ソース領域、前記ボディ領域および前記電流拡散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により規定されるゲートトレンチが設けられており、前記側面および前記底面に接するゲート絶縁膜をさらに有し、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さらに有する。前記電流拡散領域は、前記側面に接し、第１実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第１領域と、前記側面との間に前記第１領域を挟み、第２実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第２領域と、を有し、前記第１実効濃度は、前記第２実効濃度よりも低い。前記第１主面に垂直な方向から平面視したときに、前記電界緩和領域は、前記電流拡散領域と前記ボディ領域と前記側面とが互いに接する第１位置よりも前記ゲートトレンチから離間する側に側端面を有し、前記第１領域と前記第２領域との境界面は、前記第１位置と前記側端面との間に位置する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、オン抵抗および短絡電流の両方を低減することができる。

【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の構成を示す断面図である。

【図2A】図２Ａ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2B】図２Ｂ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2C】図２Ｃ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2D】図２Ｄ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。

【図2E】図２Ｅ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５）である。

【図2F】図２Ｆ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６）である。

【図2G】図２Ｇ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７）である。

【図2H】図２Ｈ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８）である。

【図2I】図２Ｉ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９）である。

【図2J】図２Ｊ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１０）である。

【図2K】図２Ｋ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１１）である。

【図2L】図２Ｌ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１２）である。

【図2M】図２Ｍ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１３）である。

【図2N】図２Ｎ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１４）である。

【図3A】図３Ａは、第１参考例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3B】図３Ｂは、第２参考例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4】図４は、実施形態、第１参考例および第２参考例の特性を示す図である。

【図5】図５は、実施形態の変形例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、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。

【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、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導電型を有する電流拡散領域と、前記電流拡散領域上に設けられ、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、前記電流拡散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、かつ前記第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、前記ボディ領域および前記電流拡散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により規定されるゲートトレンチが設けられており、前記側面および前記底面に接するゲート絶縁膜をさらに有し、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さらに有し、前記電流拡散領域は、前記側面に接し、第１実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第１領域と、前記側面との間に前記第１領域を挟み、第２実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第２領域と、を有し、前記第１実効濃度は、前記第２実効濃度よりも低く、前記第１主面に垂直な方向から平面視したときに、前記電界緩和領域は、前記電流拡散領域と前記ボディ領域と前記側面とが互いに接する第１位置よりも前記ゲートトレンチから離間する側に側端面を有し、前記第１領域と前記第２領域との境界面は、前記第１位置と前記側端面との間に位置する。

【0012】

ゲートトレンチの底面と第２主面との間に電界緩和領域が設けられ、電界緩和領域は、第１主面に垂直な方向から平面視したときに、第１位置よりもゲートトレンチから離間する側に側端面を有する。従って、底面の近傍での電界集中を緩和し、ゲート絶縁膜の絶縁破壊を抑制することができる。また、ソース電極とドレイン電極との間で、ボディ領域と電流拡散領域とのｐｎ接合により生成される空乏層と、電界緩和領域と第３領域とのｐｎ接合により生成される空乏層との間の狭窄領域を電流が流れる。電流拡散領域が設けられているため、狭窄領域のオン抵抗を低減することができる。また、第１実効濃度が第２実効濃度よりも低く、第１主面に垂直な方向から平面視したときに、第１領域と第２領域との間の境界面が第１位置と側端面との間に位置している。このため、短絡電流を低減することもできる。

【0013】

〔２〕 〔１〕において、前記ドリフト領域は、前記電流拡散領域と前記電界緩和領域との間に設けられ、第３実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第３領域を有し、前記第２実効濃度は、前記第３実効濃度よりも高くてもよい。第２実効濃度が第３実効濃度よりも高いことで、より確実にオン抵抗を低減することができる。

【0014】

〔３〕 〔１〕において、前記ドリフト領域は、前記電流拡散領域と前記電界緩和領域との間に設けられ、第３実効濃度で前記第１導電型の不純物を含有する第３領域を有し、前記第１実効濃度は、前記第３実効濃度よりも高くてもよい。第１実効濃度が第３実効濃度よりも高いことで、より確実にオン抵抗を低減することができる。

【0015】

〔４〕 〔２〕または〔３〕において、前記第１実効濃度をｎ１（ｃｍ^－３）、前記第２実効濃度をｎ２（ｃｍ^－３）、前記第３実効濃度をｎ３（ｃｍ^－３）、前記第２主面に対して垂直な方向において、前記電流拡散領域の下端面と前記電界緩和領域の上端面との間の距離をＨ１（μｍ）、炭化珪素の比誘電率をε_ｓｉｃ（Ｆ／ｍ）、真空誘電率をε_０（Ｆ／ｍ）、炭化珪素の拡散電位をＶ_ｄ（Ｖ）、電気素量をｑ（Ｃ）としたとき、次の式（１）の関係が成り立ってもよい。式（１）の関係が成り立つことで、安定して優れたオン抵抗および短絡電流を得ることができる。

【0016】

８（ε_ｓｉｃε_０Ｖ_ｄ／ｑＨ１^２）＜ｎ３＜ｎ１＜ｎ２ 式（１）

【0017】

〔５〕 〔１〕～〔４〕において、前記第２実効濃度は、前記第１実効濃度の５倍以上２０倍以下であってもよい。第２実効濃度が第１実効濃度の５倍以上２０倍以下であることで、安定して優れたオン抵抗および短絡電流を得ることができる。

【0018】

〔６〕 〔１〕～〔５〕において、前記電界緩和領域の上端面は、前記ゲートトレンチの前記底面を含んでもよい。電界緩和領域の上端面がゲートトレンチの底面を含むことで、より優れた耐圧を得ることができる。

【0019】

〔７〕 〔１〕～〔６〕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することができる。

【0020】

［本開示の実施形態］
本開示の実施形態は、いわゆる縦型のＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）に関する。図１は、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。

【0021】

図１に示されるように、本実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００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、パッシベーション膜８５とを主に有している。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。炭化珪素基板１０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、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。炭化珪素単結晶基板５０は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含みｎ型（第１導電型）を有する。炭化珪素基板１０の第１主面１の最大径は、たとえば１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。

【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、たとえば＜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、たとえば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、電流拡散領域１４と、ボディ領域１２と、ソース領域１３と、電界緩和領域１６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、たとえば窒素またはリン（Ｐ）などの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、たとえば第３領域１１Ｃと、第４領域１１Ｄと、第５領域１１Ｅとを主に有している。

【0025】

電流拡散領域１４はドリフト領域１１上に設けられている。電流拡散領域１４は、たとえばリンなどのｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を有する。電流拡散領域１４は、たとえば第１領域１４Ａと、第２領域１４Ｂとを主に有している。

【0026】

ボディ領域１２は電流拡散領域１４上に設けられている。ボディ領域１２は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などのｐ型不純物を含み、ｐ型（第２導電型）の導電型を有する。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以上である。短チャネル効果（パンチスルー）は、ｐｎ接合領域からチャネル領域内に空乏層が広がってチャネル領域全体が空乏層になることによって発生し得る。ボディ領域１２におけるｐ型不純物の実効濃度を高くすることによって、チャネル領域に形成される空乏層の広がりを低減することができる。ボディ領域１２の厚さは、たとえば０．７μｍよりも小さくてもよい。ボディ領域１２のｐ型不純物の実効濃度は、たとえば１×１０^１８ｃｍ^－３程度である。

【0027】

ソース領域１３は、ボディ領域１２によってドリフト領域１１から隔てられるようにボディ領域１２上に設けられている。ソース領域１３は、たとえば窒素またはリンなどの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、第１主面１を構成する。ソース領域１３のｎ型不純物の実効濃度は、ボディ領域１２の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のｎ型不純物の実効濃度は、たとえば１×１０^１９ｃｍ^－３程度である。

【0028】

コンタクト領域１８は、たとえばアルミニウムなどの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のｐ型不純物の実効濃度は、たとえばボディ領域１２のｐ型不純物の実効濃度よりも高い。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のｐ型不純物の実効濃度は、たとえば１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である。

【0029】

第１主面１には、側面３と底面４とにより規定されるゲートトレンチ５が設けられている。側面３は、ソース領域１３、ボディ領域１２、電流拡散領域１４およびドリフト領域１１を貫通して電界緩和領域１６に至る。底面４は、側面３と連なる。底面４は、電界緩和領域１６に位置する。底面４は、たとえば第２主面２と平行な平面である。底面４を含む平面に対する側面３の角度θ１は、たとえば４５°以上６５°以下である。角度θ１は、たとえば５０°以上であってもよい。角度θ１は、たとえば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。ゲートトレンチ５は、たとえば第１主面１と平行な方向に沿ってストライプ状に伸長している。ゲートトレンチ５は、ハニカム状に伸長していてもよいし、アイランド状に点在していてもよい。

【0030】

電界緩和領域１６は、たとえばＡｌなどの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、たとえばゲートトレンチ５の底面４を含む。電界緩和領域１６の上端面の一部は、電流拡散領域１４の下端面の一部に対向している。電界緩和領域１６は、ソース電極６０に電気的に接続されていてもよい。電界緩和領域１６のｐ型不純物の実効濃度ｐ１は、たとえば５×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１８ｃｍ^－３以下である。

【0031】

ドリフト領域１１の第３領域１１Ｃは、電流拡散領域１４と電界緩和領域１６とに挟まれている。第３領域１１Ｃは、電流拡散領域１４および電界緩和領域１６の各々と接している。第３領域１１Ｃは、電流拡散領域１４よりも第２主面２側にある。第３領域１１Ｃは、電界緩和領域１６よりも第１主面１側にある。第３領域１１Ｃのｎ型不純物の第３実効濃度ｎ３は、たとえば５×１０^１５ｃｍ^－３以上５×１０^１６ｃｍ^－３以下である。

【0032】

第４領域１１Ｄは、第３領域１１Ｃよりも第２主面２側にある。第４領域１１Ｄは、第３領域１１Ｃと連なっている。第４領域１１Ｄは、第２主面２と平行な方向において電界緩和領域１６と接している。第４領域１１Ｄと電界緩和領域１６とは、第２主面２と平行な同一平面に位置していてもよい。第４領域１１Ｄのｎ型不純物の実効濃度は、第３実効濃度ｎ３よりも高くてもよい。第４領域１１Ｄのｎ型不純物の実効濃度は、たとえば５×１０^１６ｃｍ^－３以上５×１０^１７ｃｍ^－３以下である。

【0033】

第５領域１１Ｅは、第４領域１１Ｄよりも第２主面２側にある。第５領域１１Ｅは、第４領域１１Ｄと連なっている。第５領域１１Ｅは、電界緩和領域１６と接している。第５領域１１Ｅは、電界緩和領域１６よりも第２主面２側にある。第５領域１１Ｅは、第４領域１１Ｄと炭化珪素単結晶基板５０とに挟まれていてもよい。第５領域１１Ｅは、炭化珪素単結晶基板５０に連なっていてもよい。第５領域１１Ｅのｎ型不純物の実効濃度は、第４領域１１Ｄのｎ型不純物の実効濃度よりも低くてもよい。第５領域１１Ｅのｎ型不純物の実効濃度は、たとえば５×１０^１５ｃｍ^－３以上５×１０^１６ｃｍ^－３以下である。

【0034】

電流拡散領域１４の第１領域１４Ａは、第２主面２に対して垂直な方向において、ボディ領域１２と第３領域１１Ｃとに挟まれている。第１領域１４Ａは、ボディ領域１２および第３領域１１Ｃの各々と接している。第１領域１４Ａは、ボディ領域１２よりも第２主面２側にある。第１領域１４Ａは、第３領域１１Ｃよりも第１主面１側にある。第１領域１４Ａは、側面３にも接している。第１領域１４Ａのｎ型不純物の第１実効濃度ｎ１は、たとえば５×１０^１５ｃｍ^－３以上５×１０^１６ｃｍ^－３以下である。第１実効濃度ｎ１は、第３実効濃度ｎ３よりも高くてもよく、第３実効濃度ｎ３と等しくてもよい。

【0035】

第２領域１４Ｂは、側面３との間に第１領域１４Ａを挟む。つまり、第１領域１４Ａは、第１主面１と平行な方向において、側面３と第２領域１４Ｂとに挟まれている。第２領域１４Ｂは、第１領域１４Ａよりもゲートトレンチ５から離間する側にある。第２領域１４Ｂは、ボディ領域１２、第３領域１１Ｃおよび第１領域１４Ａの各々と接している。第２領域１４Ｂは、ボディ領域１２よりも第２主面２側にある。第２領域１４Ｂは、第３領域１１Ｃよりも第１主面１側にある。第２領域１４Ｂのｎ型不純物の第２実効濃度ｎ２は、たとえば５×１０^１６ｃｍ^－３以上５×１０^１７ｃｍ^－３以下である。第１実効濃度ｎ１は、第２実効濃度ｎ２よりも低い。また、第２実効濃度ｎ２は、第３実効濃度ｎ３よりも高くてもよい。

【0036】

図１に示されるように、電界緩和領域１６は、第１主面１に垂直な方向から平面視したときに、電流拡散領域１４とボディ領域１２と側面３とが互いに接する第１位置９１よりもゲートトレンチ５から離間する側に側端面９２を有する。また、第１主面１に垂直な方向から平面視したときに、第１領域１４Ａと第２領域１４Ｂとの境界面９３は、第１位置９１と側端面９２との間に位置する。別の観点からいえば、第１主面１に垂直な方向から平面視したときに、境界面９３は、第１位置９１よりもゲートトレンチ５から離間する側に位置し、側端面９２は、境界面９３よりもゲートトレンチ５から離間する側に位置する。たとえば、第１主面１に垂直な方向から平面視したときに、２つの側面３上の２つの第１位置９１の間の距離Ｗ１は、２つの境界面９３の間の距離Ｗ２よりも小さくてもよく、距離Ｗ２は、２つの側端面９２の間の幅Ｗ３よりも小さくてもよい。第１位置Ａは、ボディ領域１２と電流拡散領域１４との境界面５４と、ゲートトレンチ５の側面３との接点である。

【0037】

第２主面２に対して垂直な方向において、電流拡散領域１４の下端面と電界緩和領域１６の上端面との間の距離Ｈ１（μｍ）は、式（１）で表される関係を満たすことが好ましい。この関係が満たされることで、安定して優れたオン抵抗および短絡電流を得ることができる。ここで、ε_ｓｉｃは炭化珪素の比誘電率（Ｆ／ｍ）であり、ε_０は真空誘電率（Ｆ／ｍ）であり、Ｖ_ｄは炭化珪素の拡散電位（Ｖ）であり、ｑは電気素量（Ｃ）である。

【0038】

８（ε_ｓｉｃε_０Ｖ_ｄ／ｑＨ１^２）＜ｎ３＜ｎ１＜ｎ２ 式（１）

【0039】

ゲート絶縁膜８１は、たとえば酸化膜である。ゲート絶縁膜８１は、たと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において電界緩和領域１６と接する。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、第１領域１４Ａおよび第３領域１１Ｃの各々と接している。ゲート絶縁膜８１は、第１主面１においてソース領域１３と接していてもよい。

【0040】

ゲート電極８２は、ゲート絶縁膜８１上に設けられている。ゲート電極８２は、たと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の一部は、第１主面１上に配置されていてもよい。

【0041】

層間絶縁膜８３は、ゲート電極８２およびゲート絶縁膜８１に接して設けられている。層間絶縁膜８３は、たと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。

【0042】

バリアメタル膜８４は、層間絶縁膜８３の上面および側面と、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、たとえば窒化チタン（ＴｉＮ）を含む材料から構成されている。

【0043】

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に接していてもよい。コンタクト電極６１は、たと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、Ａｌと、Ｓｉ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とオーミック接合している。コンタクト電極６１は、コンタクト領域１８とオーミック接合していてもよい。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、たとえばＡｌを含む材料から構成されている。

【0044】

パッシベーション膜８５は、ソース配線６２の上面を覆う。パッシベーション膜８５は、ソース配線６２と接している。パッシベーション膜８５は、たとえばポリイミドを含む材料から構成されている。

【0045】

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、たとえばＮｉＳｉを含む材料から構成されている。ドレイン電極７０がＴｉと、Ａｌと、Ｓｉ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。

【0046】

第２主面２に対して垂直な方向において、電界緩和領域１６の上端面が底面４から離間していてもよい。この場合、たとえば、底面４がドリフト領域１１に位置してもよく、側面３が、ソース領域１３、ボディ領域１２および電流拡散領域１４を貫通してドリフト領域１１に至ってもよい。たとえば、電界緩和領域１６の上端面と底面４との間に、第３領域１１Ｃがあってもよい。

【0047】

炭化珪素単結晶基板５０と第５領域１１Ｅとの間に、たとえば窒素などの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。バッファ層のｎ型不純物の実効濃度は、第５領域１１Ｅのｎ型不純物の実効濃度よりも高くてもよい。

【0048】

次に、実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法について説明する。図２Ａ～図２Ｎは、実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法を示す断面図である。

【0049】

まず、図２Ａに示されるように、炭化珪素単結晶基板５０を準備する工程が実施される。たとえば昇華法によって製造された炭化珪素インゴット（図示せず）がスライスされることにより、炭化珪素単結晶基板５０が準備される。炭化珪素単結晶基板５０上にバッファ層（図示せず）が形成されてもよい。バッファ層は、たとえば原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ_４）とプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素（Ｈ_２）を用いた化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により形成することができる。バッファ層のエピタキシャル成長の際に、たとえば窒素などのｎ型不純物がバッファ層に導入されてもよい。

【0050】

次に、同じく図２Ａに示されるように、第１エピタキシャル層２１を形成する工程が実施される。たとえば原料ガスとしてシランとプロパンとの混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素を用いたＣＶＤ法により、炭化珪素単結晶基板５０上に第１エピタキシャル層２１が形成される。エピタキシャル成長の際、たとえば窒素などのｎ型不純物が第１エピタキシャル層２１に導入される。第１エピタキシャル層２１は、ｎ型の導電型を有する。第１エピタキシャル層２１のｎ型不純物の実効濃度は、バッファ層のｎ型不純物の実効濃度よりも低くてもよい。

【0051】

次に、図２Ｂに示されるように、電界緩和領域１６を形成する工程が実施される。たとえば、電界緩和領域１６が形成される領域上に開口部を有するマスク層（図示せず）が形成される。次に、たとえばアルミニウムイオンなどのｐ型を付与可能なｐ型不純物イオンが第１エピタキシャル層２１に注入される。これにより、電界緩和領域１６が形成される。

【0052】

次に、図２Ｃに示されるように、第４領域１１Ｄを形成する工程が実施される。たとえば、第４領域１１Ｄが形成される領域、つまり第２主面２と平行な方向において電界緩和領域１６の側方の領域上に開口部を有するマスク層（図示せず）が形成される。次に、窒素などのｎ型を付与可能なｎ型不純物イオンが第１エピタキシャル層２１に対して注入される。これにより、第４領域１１Ｄが形成される。第１エピタキシャル層２１のうち、電界緩和領域１６より炭化珪素単結晶基板５０側の部分と、第４領域１１Ｄより炭化珪素単結晶基板５０側の部分とが第５領域１１Ｅとなる。第４領域１１Ｄのｎ型不純物の実効濃度は、第５領域１１Ｅのｎ型不純物の実効濃度よりも高くなる。

【0053】

次に、図２Ｄに示されるように、第２エピタキシャル層２２を形成する工程が実施される。たとえば原料ガスとしてシランとプロパンとの混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素を用いたＣＶＤ法により、第１エピタキシャル層２１上に第２エピタキシャル層２２が形成される。エピタキシャル成長の際、たとえば窒素などのｎ型不純物が第２エピタキシャル層２２に導入される。第２エピタキシャル層２２は、ｎ型の導電型を有する。第２エピタキシャル層２２の厚さは、たとえば０．８μｍ以上１．２μｍ以下である。たとえば、第２エピタキシャル層２２のｎ型不純物の実効濃度は、第４領域１１Ｄのｎ型不純物の実効濃度よりも低くする。

【0054】

次に、図２Ｅに示されるように、ボディ領域１２を形成する工程が実施される。たとえばアルミニウムイオンなどのｐ型を付与可能なｐ型不純物イオンが第２エピタキシャル層２２の表面全体に対して注入される。これにより、ボディ領域１２が形成される。

【0055】

次に、同じく図２Ｅに示されるように、ソース領域１３を形成する工程が実施される。たとえば、リンなどのｎ型を付与可能なｎ型不純物イオンが第２エピタキシャル層２２の表面全体に対して注入される。これにより、ソース領域１３が形成される。

【0056】

次に、図２Ｆに示されるように、電流拡散領域１４を形成する工程が実施される。たとえば、リンなどのｎ型を付与可能なｎ型不純物イオンが第２エピタキシャル層２２の表面全体に対してボディ領域１２より深く注入される。次に、第２領域１４Ｂが形成される領域上に開口部を有するマスク層（図示せず）が形成される。次に、リンなどのｎ型を付与可能なｎ型不純物イオンが第２エピタキシャル層２２に対してボディ領域１２より深く注入される。これにより、第２領域１４Ｂが形成される。ｎ型不純物イオンがボディ領域１２より深く注入された領域のうち、第２領域１４Ｂの残部が第１領域１４Ａとなる。第１領域１４Ａおよび第２領域１４Ｂはボディ領域１２に接するように形成される。

【0057】

第２エピタキシャル層２２のうち、電流拡散領域１４より第１エピタキシャル層２１側の部分が第３領域１１Ｃとなる。たとえば、第３領域１１Ｃのｎ型不純物の第３実効濃度ｎ３は、第４領域１１Ｄのｎ型不純物の実効濃度よりも低くなる。

【0058】

次に、図２Ｇに示されるように、コンタクト領域１８を形成する工程が実施される。たとえば、コンタクト領域１８が形成される領域上に開口部を有するマスク層（図示せず）が形成される。次に、たとえばアルミニウムイオンなどのｐ型を付与可能なｐ型不純物イオンがソース領域１３およびボディ領域１２に注入される。これにより、ボディ領域１２と接するコンタクト領域１８が形成される。

【0059】

次に、炭化珪素基板１０に注入された不純物イオンを活性化するために活性化アニールが実施される。活性化アニールの温度は、好ましくは１５００℃以上１９００℃以下であり、たとえば１７００℃程度である。活性化アニールの時間は、たとえば３０分程度である。活性化アニールの雰囲気は、好ましくは不活性ガス雰囲気であり、たとえばＡｒ雰囲気である。

【0060】

次に、図２Ｈに示されるように、ゲートトレンチ５を形成する工程が実施される。たとえば、ソース領域１３およびコンタクト領域１８から構成される第１主面１上に、ゲートトレンチ５が形成される位置上に開口を有するマスク層（図示せず）が形成される。マスク層を用いて、ソース領域１３の一部と、ボディ領域１２の一部と、電流拡散領域１４の一部と、ドリフト領域１１の一部とがエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば反応性イオンエッチング、特に誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ_６）またはＳＦ_６と酸素（Ｏ_２）との混合ガスを用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。エッチングにより、ゲートトレンチ５が形成されるべき領域に、第１主面１に対してほぼ垂直な側部と、側部と連続的に設けられ、かつ第１主面１とほぼ平行な底部とを有する凹部（図示せず）が形成される。

【0061】

次に、凹部において熱エッチングが行われる。熱エッチングは、第１主面１上にマスク層が形成された状態で、たとえば、少なくとも１種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素（Ｃｌ）原子およびフッ素（Ｆ）原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、たとえば、塩素（Ｃｌ_２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、ＳＦ_６または四フッ化炭素（ＣＦ_４）を含む。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば８００℃以上９００℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガスなどを用いることができる。

【0062】

上記熱エッチングにより、炭化珪素基板１０の第１主面１にゲートトレンチ５が形成される。ゲートトレンチ５は、側面３と、底面４とにより規定される。側面３は、ソース領域１３と、ボディ領域１２と、電流拡散領域１４と、ドリフト領域１１とにより構成される。底面４は、電界緩和領域１６により構成される。側面３と、底面４を含む平面との間の角度θ１は、たとえば４５°以上６５°以下である。次に、マスク層が第１主面１から除去される。

【0063】

次に、図２Ｉに示されるように、ゲート絶縁膜８１を形成する工程が実施される。たとえば炭化珪素基板１０を熱酸化することにより、ソース領域１３と、ボディ領域１２と、電流拡散領域１４と、ドリフト領域１１と、電界緩和領域１６と、コンタクト領域１８とに接するゲート絶縁膜８１が形成される。具体的には、炭化珪素基板１０が、酸素を含む雰囲気中において、たとえば１３００℃以上１４００℃以下の温度で加熱される。これにより、第１主面１と、側面３および底面４に接するゲート絶縁膜８１が形成される。

【0064】

次に、一酸化窒素（ＮＯ）ガス雰囲気中において炭化珪素基板１０に対して熱処理（ＮＯアニール）が行われてもよい。ＮＯアニールにおいて、炭化珪素基板１０が、たとえば１１００℃以上１４００℃以下の条件下で１時間程度保持される。これにより、ゲート絶縁膜８１とボディ領域１２との界面領域に窒素原子が導入される。その結果、界面領域における界面準位の形成が抑制されることで、チャネル移動度を向上させることができる。

【0065】

ＮＯアニール後、雰囲気ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いるＡｒアニールが行われてもよい。Ａｒアニールの加熱温度は、たとえば上記ＮＯアニールの加熱温度以上である。Ａｒアニールの時間は、たとえば１時間程度である。これにより、ゲート絶縁膜８１とボディ領域１２との界面領域における界面準位の形成がさらに抑制される。なお、雰囲気ガスとして、Ａｒガスに代えて窒素ガスなどの他の不活性ガスが用いられてもよい。

【0066】

次に、図２Ｊに示されるように、ゲート電極８２を形成する工程が実施される。ゲート電極８２は、ゲート絶縁膜８１上に形成される。ゲート電極８２は、たとえば減圧ＣＶＤ（Low Pressure - Chemical Vapor Deposition：ＬＰ－ＣＶＤ）法により形成される。ゲート電極８２は、ソース領域１３と、ボディ領域１２と、電流拡散領域１４と、ドリフト領域１１との各々に対面するように形成される。

【0067】

次に、図２Ｋに示されるように、層間絶縁膜８３を形成する工程が実施される。具体的には、ゲート電極８２を覆い、かつゲート絶縁膜８１と接するように層間絶縁膜８３が形成される。層間絶縁膜８３は、たとえば、ＣＶＤ法により形成される。層間絶縁膜８３は、たとえば二酸化珪素を含む材料から構成される。層間絶縁膜８３の一部は、ゲートトレンチ５の内部に形成されてもよい。

【0068】

次に、図２Ｌに示されるように、バリアメタル膜８４、コンタクト電極６１およびドレイン電極７０を形成する工程が実施される。たとえば、層間絶縁膜８３およびゲート絶縁膜８１に開口部が形成されるようにエッチングが行われることにより、当該開口部にソース領域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から露出する。次に、層間絶縁膜の上面及び側面と、ゲート絶縁膜８１の側面とを覆うバリアメタル膜８４が形成される。バリアメタル膜８４は、たとえばＴｉＮを含む材料から構成される。バリアメタル膜８４は、たとえばスパッタリング法による成膜および反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）より形成される。次に、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に接するコンタクト電極６１用の金属膜（図示せず）が形成される。コンタクト電極６１用の金属膜は、たとえばスパッタリング法により形成される。コンタクト電極６１用の金属膜は、たとえばＮｉを含む材料から構成される。次に、第２主面２において炭化珪素単結晶基板５０に接するドレイン電極７０用の金属膜（図示せず）が形成される。ドレイン電極７０用の金属膜は、たとえばスパッタリング法により形成される。ドレイン電極７０用の金属膜は、たとえばＮｉを含む材料から構成される。

【0069】

次に、合金化アニールが実施される。コンタクト電極６１用の金属膜およびドレイン電極７０用の金属膜が、たとえば９００℃以上１１００℃以下の温度で５分程度保持される。これにより、コンタクト電極６１用の金属膜の少なくとも一部およびドレイン電極７０用の金属膜の少なくとも一部が、炭化珪素基板１０が含む珪素と反応してシリサイド化する。これにより、ソース領域１３とオーミック接合するコンタクト電極６１と、炭化珪素単結晶基板５０とオーミック接合するドレイン電極７０とが形成される。コンタクト電極６１は、コンタクト領域１８とオーミック接合してもよい。コンタクト電極６１が、Ｔｉと、Ａｌと、Ｓｉとを含む材料から構成されてもよい。ドレイン電極７０が、Ｔｉと、Ａｌと、Ｓｉとを含む材料から構成されてもよい。

【0070】

次に、図２Ｍに示されるように、ソース配線６２を形成する工程が実施される。具体的には、コンタクト電極６１およびバリアメタル膜８４を覆うソース配線６２が形成される。ソース配線６２は、たとえばスパッタリング法による成膜およびＲＩＥにより形成される。ソース配線６２は、たとえばアルミニウムを含む材料から構成される。このようにして、コンタクト電極６１とソース配線６２とを有するソース電極６０が形成される。

【0071】

次に、図２Ｎに示されるように、パッシベーション膜８５を形成する工程が実施される。具体的には、ソース配線６２を覆うパッシベーション膜８５が形成される。パッシベーション膜８５は、たとえばポリイミドを含む材料から構成される。パッシベーション膜８５は、たとえば塗布法により形成される。

【0072】

このようにして、実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００が完成する。

【0073】

次に、本実施形態に係るＭＯＳＦＥＴの作用効果について説明する。

【0074】

本実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００では、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、電界緩和領域１６は、第１主面１に垂直な方向から平面視したときに、第１位置９１よりもゲートトレンチ５から離間する側に側端面９２を有する。従って、底面４の近傍での電界集中を緩和し、ゲート絶縁膜８１の絶縁破壊を抑制することができる。

【0075】

ソース電極６０とドレイン電極７０との間で、ボディ領域１２と電流拡散領域１４とのｐｎ接合により生成される空乏層と、電界緩和領域１６と第３領域１１Ｃとのｐｎ接合により生成される空乏層との間の狭窄領域を電流が流れる。本実施形態では、電流拡散領域１４が設けられているため、狭窄領域のオン抵抗を低減することができる。また、第１領域１４Ａに含まれるｎ型不純物の第１実効濃度ｎ１は、第２領域１４Ｂに含まれるｎ型不純物の第２実効濃度ｎ２よりも低く、第１主面１に垂直な方向から平面視したときに、第１領域１４Ａと第２領域１４Ｂとの間の境界面９３が第１位置９１と側端面９２との間に位置している。このため、短絡電流を低減することもできる。

【0076】

このように、本実施形態によれば、オン抵抗および短絡電流の両方を低減することができる。つまり、本実施形態によれば、オン抵抗の低減および短絡電流の低減を両立することができる。そして、短絡電流の低減により優れた短絡耐量を得ることができる。

【0077】

第２実効濃度ｎ２が第３実効濃度ｎ３より高いことで、より確実にオン抵抗を低減することができる。また、第１実効濃度ｎ１が第３実効濃度ｎ３より高いことで、より確実にオン抵抗を低減することができる。

【0078】

第２実効濃度ｎ２は、第１実効濃度ｎ１の５倍以上２０倍以下であることが好ましい。第２実効濃度ｎ２が第１実効濃度ｎ１の５倍未満であると、第２実効濃度ｎ２が高すぎるか、第１実効濃度ｎ１が低すぎるおそれがある。第２実効濃度ｎ２が高すぎるときには、優れた短絡電流が得にくく、第１実効濃度ｎ１が低すぎるときには、優れたオン抵抗が得にくい。第２実効濃度ｎ２が第１実効濃度ｎ１の２０倍超であると、第２実効濃度ｎ２が低すぎるか、第１実効濃度ｎ１が高すぎるおそれがある。第２実効濃度ｎ２が低すぎるときには、優れたオン抵抗が得にくく、第１実効濃度ｎ１が高すぎるときには、優れた短絡電流が得にくい。従って、第２実効濃度ｎ２は、第１実効濃度ｎ１の５倍以上２０倍以下であることが好ましく、第１実効濃度ｎ１の１０倍以上１５倍以下であることがより好ましい。

【0079】

電界緩和領域１６の上端面がゲートトレンチ５の底面４を含むことで、ゲート絶縁膜８１の絶縁破壊をより抑制することができ、より優れた耐圧を得ることができる。

【0080】

ゲートトレンチ５の側面３が｛０－３３－８｝面を含むことで、チャネルに優れた移動度を得ることができ、チャネル抵抗を低減することができる。

【0081】

ここで、参考例と比較しながら本実施形態の効果について更に説明する。図３Ａは、第１参考例に係るＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）の構成を示す断面図である。図３Ｂは、第２参考例に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図である。

【0082】

図３Ａに示されるように、第１参考例に係るＭＯＳＦＥＴ２０１は、電流拡散領域１４が設けられていない点で実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００と相違する。ＭＯＳＦＥＴ２０１では、ドリフト領域１１の第３領域１１Ｃが、ボディ領域１２と電界緩和領域１６とに挟まれている。第３領域１１Ｃは、ボディ領域１２および電界緩和領域１６の各々と接している。ＭＯＳＦＥＴ２０１の第３領域１１Ｃの厚さは、ＭＯＳＦＥＴ１００の第３領域１１Ｃの厚さと電流拡散領域１４の厚さとの和に等しい。他の構成はＭＯＳＦＥＴ１００の構成と同様である。

【0083】

図３Ｂに示されるように、第２参考例に係るＭＯＳＦＥＴ２０２は、電流拡散領域１４が第２領域１４Ｂのみから構成される点で実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００と相違する。ＭＯＳＦＥＴ２０２では、電流拡散領域１４の第２領域１４Ｂが側面３にも接している。他の構成はＭＯＳＦＥＴ１００の構成と同様である。

【0084】

図４は、実施形態、第１参考例および第２参考例の特性を示す図である。図４の横軸はオン抵抗を示し、図４の縦軸は短絡電流を示す。図４に示されるように、第１参考例では、短絡電流が１８Ａ／ｍｍ程度であるが、オン抵抗が４．８ｍΩ・ｃｍ^２程度と高い。また、第２参考例では、オン抵抗が１．８ｍΩ・ｃｍ^２程度であるが、短絡電流が５３Ａ／ｍｍ程度と高い。一方、実施形態のオン抵抗は２．２ｍΩ・ｃｍ^２程度であり、短絡電流は３２Ａ／ｍｍ程度である。つまり、実施形態のオン抵抗は第１参考例のオン抵抗の１／２以下であり、実施形態の短絡電流は第２参考例の短絡電流の２／３以下である。このように、実施形態によれば、オン抵抗の低減および短絡電流の低減を両立することができる。

【0085】

なお、電界緩和領域１６は、ゲートトレンチ５が形成された後に形成されてもよい。たとえば、ゲートトレンチ５が形成された後に、ゲートトレンチ５の底部近傍で第１エピタキシャル層２１にｐ型不純物イオンが注入されてもよい。また、電流拡散領域１４は、ボディ領域１２が形成される前に形成されてもよい。たとえば、ボディ領域１２が形成される前に、第２エピタキシャル層２２にｎ型不純物イオンが注入されて第１領域１４Ａおよび第２領域１４Ｂが形成されてもよい。

【0086】

［変形例］
次に、実施形態の変形例について説明する。変形例は、主にゲートトレンチの形状の点で実施形態と相違する。図５は、実施形態の変形例に係るＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）の構成を示す断面図である。

【0087】

図５に示されるように、変形例に係るＭＯＳＦＥＴ３００では、ゲートトレンチ５が垂直トレンチである。つまり、底面４を含む平面に対する側面３の角度θ１は、９０°であってもよい。この場合、２つの側面３上の２つの第１位置９１の間の距離Ｗ１は、第２主面２に平行な方向において、ゲートトレンチ５の底面４の幅や、ゲートトレンチ５の開口部の幅とほぼ同じである。他の構成は実施形態と同様である。

【0088】

このような変形例によっても実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0089】

上記実施形態および参考例では、ｎ型を第１導電型とし、かつｐ型を第２導電型して説明したが、ｐ型を第１導電型とし、かつｎ型を第２導電型としてもよい。上記実施形態および参考例では、炭化珪素半導体装置としてＭＯＳＦＥＴを例に挙げて説明したが、炭化珪素半導体装置は、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）などであってもよい。上記各不純物領域におけるｐ型不純物の実効濃度およびｎ型不純物の実効濃度は、たとえば走査型静電容量顕微鏡（Scanning Capacitance Microscope：ＳＣＭ）法または二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）法などにより測定可能である。ｐ型領域とｎ型領域との境界面（つまりｐｎ接合界面）の位置は、たとえばＳＣＭ法またはＳＩＭＳ法などにより特定することができる。電流拡散領域中の多数キャリアの実効濃度の分布は、実効濃度を測定せずとも、たとえば電流拡散領域とボディ領域とのｐｎ接合により生成される空乏層の厚さの分布に基づいて特定することができる。空乏層の厚さは、たとえばＳＣＭ法またはＳＩＭＳ法などにより特定することができる。

【0090】

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】

【0091】

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
１１Ｃ 第３領域
１１Ｄ 第４領域
１１Ｅ 第５領域
１２ ボディ領域
１３ ソース領域
１４ 電流拡散領域
１４Ａ 第１領域
１４Ｂ 第２領域
１６ 電界緩和領域
１８ コンタクト領域
２１ 第１エピタキシャル層
２２ 第２エピタキシャル層
４０ 炭化珪素エピタキシャル層
５０ 炭化珪素単結晶基板
５４ 境界面
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
８５ パッシベーション膜
９１ 第１位置
９２ 側端面
９３ 境界面
１００、２０１、２０２、３００ 炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｈ１、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 距離
θ１ 角度

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図2H】

【図2I】

【図2J】

【図2K】

【図2L】

【図2M】

【図2N】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】