特許 7642947 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-03

(45)【発行日】2025-03-11

(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】

   H10D 30/66 20250101AFI20250304BHJP

   H10D 30/01 20250101ALI20250304BHJP

   H10D 12/00 20250101ALI20250304BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 652H

H01L29/78 652T

H01L29/78 652K

H01L29/78 652J

H01L29/78 653A

H01L29/78 652M

H01L29/78 652F

H01L29/78 658E

H01L29/78 658G

H01L29/78 655A

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021554269

(86)(22)【出願日】2020-10-09

(86)【国際出願番号】 JP2020038231

(87)【国際公開番号】W WO2021085078

(87)【国際公開日】2021-05-06

【審査請求日】2023-04-18

(31)【優先権主張番号】P 2019196257

(32)【優先日】2019-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(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】畑山 智亮

(72)【発明者】

【氏名】増田 健良

(72)【発明者】

【氏名】原田 信介

【審査官】杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５２０７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２６９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９９４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００６９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０６４２５６（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、前記第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、前記第１主面の少なくとも一部を構成し前記第１不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、前記第１不純物領域から隔てられるように前記第２不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型を有する第３不純物領域とを有する炭化珪素基板と、
前記第１主面において前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々に接する第１電極と、
前記第２主面において前記第１不純物領域に接する第２電極とを備え、
前記第２不純物領域は、第１領域と、前記第１領域と前記第２主面との間にありかつ前記第１領域に接する第２領域とを含み、
前記第１領域の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であり、
２５℃から１７５℃の温度条件において、ドレイン電圧を変化させつつドレイン電流密度を測定した場合、温度が上昇するにつれて、前記ドレイン電圧に対する前記ドレイン電流密度の傾きが小さくなり、
温度が２５℃から１７５℃まで上昇した場合、前記ドレイン電圧に対する前記ドレイン電流密度の傾きの変化量は２０Ａ／(ｃｍ ² ×Ｖ）以下である、炭化珪素半導体装置。

【請求項2】

前記第２領域の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項3】

第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、前記第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、前記第１主面の少なくとも一部を構成し前記第１不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、前記第１不純物領域から隔てられるように前記第２不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型を有する第３不純物領域とを有する炭化珪素基板と、
前記第１主面において前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々に接する第１電極と、
前記第２主面において前記第１不純物領域に接する第２電極とを備え、
前記第２不純物領域は、第１領域と、前記第１領域と前記第２主面との間にありかつ前記第１領域に接する第２領域とを含み、
前記第１領域の点欠陥密度は、６×１０¹²ｃｍ^-3以上であり、
２５℃から１７５℃の温度条件において、ドレイン電圧を変化させつつドレイン電流密度を測定した場合、温度が上昇するにつれて、前記ドレイン電圧に対する前記ドレイン電流密度の傾きが小さくなり、
温度が２５℃から１７５℃まで上昇した場合、前記ドレイン電圧に対する前記ドレイン電流密度の傾きの変化量は２０Ａ／(ｃｍ ² ×Ｖ）以下である、炭化珪素半導体装置。

【請求項4】

前記第１領域の点欠陥密度は、１×１０¹⁴ｃｍ^-3以下である、請求項３に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項5】

前記炭化珪素半導体装置は、プレナー型である、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】

前記炭化珪素基板には、トレンチが設けられおり、
前記トレンチは、前記第１不純物領域、前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々と接する側面と、前記側面に連なりかつ前記第１不純物領域に接する底面とを有している、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7】

前記第１主面に垂直な断面において、前記トレンチの形状は、Ｕ型である、請求項６に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項8】

前記第１主面に垂直な断面において、前記トレンチの形状は、Ｖ型である、請求項６に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項9】

前記第１主面は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である、請求項１から請求項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１領域の不純物濃度は、前記第２領域の不純物濃度よりも高い、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項11】

前記第１領域の不純物濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下である、請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置。

【請求項12】

第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、前記第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、前記第１主面の少なくとも一部を構成し前記第１不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、前記第１不純物領域から隔てられるように前記第２不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型を有する第３不純物領域とを有する炭化珪素基板を準備する工程と、
前記第１主面において前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々に接する第１電極を形成する工程と、
前記第２主面において前記第１不純物領域に接する第２電極を形成する工程とを備え、
前記第２不純物領域は、第１領域と、前記第１領域と前記第２主面との間にありかつ前記第１領域に接する第２領域とを含み、
前記第１領域の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であり、
前記第１領域は、イオン注入により形成され、
２５℃から１７５℃の温度条件において、ドレイン電圧を変化させつつドレイン電流密度を測定した場合、温度が上昇するにつれて、前記ドレイン電圧に対する前記ドレイン電流密度の傾きが小さくなり、
温度が２５℃から１７５℃まで上昇した場合、前記ドレイン電圧に対する前記ドレイン電流密度の傾きの変化量は２０Ａ／(ｃｍ ² ×Ｖ）以下である、炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項13】

前記第２領域は、イオン注入により形成される、請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項14】

前記第１不純物領域は、１５００℃以上１７５０℃以下の温度条件において、エピタキシャル成長により形成される、請求項１２または請求項１３に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項15】

前記炭化珪素基板を準備する工程は、活性化アニール工程を含み、
前記活性化アニール工程は、１６００℃以上１８５０℃以下の温度条件で行われる、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の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】

本開示は、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。本出願は、２０１９年１０月２９日に出願した日本特許出願である特願２０１９－１９６２５７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】

高尾和人、外２名、「ＳｉＣ－ＰｉＮダイオードとＳｉ－ＩＥＧＴのハイブリッドペアによる高周波駆動大電力変換装置」、東芝レビュー、第６６巻、第５号、２０１１年（非特許文献１）には、ＳｉＣ－ＰｉＮダイオードのＩＶ特性が記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】高尾和人、外２名、「ＳｉＣ－ＰｉＮダイオードとＳｉ－ＩＥＧＴのハイブリッドペアによる高周波駆動大電力変換装置」、東芝レビュー、第６６巻、第５号、２０１１年

【発明の概要】

【0004】

本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、第１電極と、第２電極とを備えている。炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、第１主面の少なくとも一部を構成し第１不純物領域に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、第１不純物領域から隔てられるように第２不純物領域に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域とを有している。第１電極は、第１主面において第２不純物領域および第３不純物領域の各々に接する。第２電極は、第２主面において第１不純物領域に接する。第２不純物領域は、第１領域と、第１領域と第２主面との間にありかつ第１領域に接する第２領域とを含んでいる。第１領域の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。

【0005】

本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、第１電極と、第２電極とを備えている。炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、第１主面の少なくとも一部を構成し第１不純物領域に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、第１不純物領域から隔てられるように第２不純物領域に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域とを有している。第１電極は、第１主面において第２不純物領域および第３不純物領域の各々に接する。第２電極は、第２主面において第１不純物領域に接する。第２不純物領域は、第１領域と、第１領域と第２主面との間にありかつ第１領域に接する第２領域とを含んでいる。第１領域の点欠陥密度は、６×１０¹²ｃｍ^-3以上である。

【0006】

本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、第１主面の少なくとも一部を構成し第１不純物領域に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、第１不純物領域から隔てられるように第２不純物領域に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域とを有する炭化珪素基板が準備される。第１主面において第２不純物領域および第３不純物領域の各々に接する第１電極が形成される。第２主面において第１不純物領域に接する第２電極が形成される。第２不純物領域は、第１領域と、第１領域と第２主面との間にありかつ第１領域に接する第２領域とを含んでいる。第１領域の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第１領域は、イオン注入により形成される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【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成を示す断面模式図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。

【図3】図３は、図２の領域ＩＩＩの拡大模式図である。

【図4】図４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模式図である。

【図5】図５は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。

【図7】図７は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の炭化珪素基板を準備する工程の概略を示すフローチャートである。

【図8】図８は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。

【図9】図９は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。

【図10】図１０は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。

【図11】図１１は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第４工程を示す断面模式図である。

【図12】図１２は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第５工程を示す断面模式図である。

【図13】図１３は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第６工程を示す断面模式図である。

【図14】図１４は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第７工程を示す断面模式図である。

【図15】図１５は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第８工程を示す断面模式図である。

【図16】サンプル１に係る炭化珪素半導体装置における、ドレイン電流密度と、ドレイン電圧との関係を示す図である。

【図17】サンプル２に係る炭化珪素半導体装置における、ドレイン電流密度と、ドレイン電圧との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

[本開示が解決しようとする課題]
本開示の目的は、ダイオード特性の温度変化を抑制可能な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を提供することである。
[本開示の効果]
本開示によれば、ダイオード特性の温度変化を抑制可能な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を提供することができる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。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。

【0009】

（１）本開示に係る炭化珪素半導体装置２００は、炭化珪素基板１００と、第１電極６１と、第２電極６２とを備えている。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、第２主面２の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域１０と、第１主面１の少なくとも一部を構成し第１不純物領域１０に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域２０と、第１不純物領域１０から隔てられるように第２不純物領域２０に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域３０とを有している。第１電極６１は、第１主面１において第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々に接する。第２電極６２は、第２主面２において第１不純物領域１０に接する。第２不純物領域２０は、第１領域２１と、第１領域２１と第２主面２との間にありかつ第１領域２１に接する第２領域２２とを含んでいる。第１領域２１の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。

【0010】

（２）上記（１）に係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第２領域２２の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であってもよい。

【0011】

（３）本開示に係る炭化珪素半導体装置２００は、炭化珪素基板１００と、第１電極６１と、第２電極６２とを備えている。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、第２主面２の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域１０と、第１主面１の少なくとも一部を構成し第１不純物領域１０に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域２０と、第１不純物領域１０から隔てられるように第２不純物領域２０に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域３０とを有している。第１電極６１は、第１主面１において第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々に接する。第２電極６２は、第２主面２において第１不純物領域１０に接する。第２不純物領域２０は、第１領域２１と、第１領域２１と第２主面２との間にありかつ第１領域２１に接する第２領域２２とを含んでいる。第１領域２１の点欠陥密度は、６×１０¹²ｃｍ^-3以上である。

【0012】

（４）上記（３）に係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第１領域２１の点欠陥密度は、１×１０¹⁴ｃｍ^-3以下であってもよい。

【0013】

（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００によれば、炭化珪素半導体装置２００は、プレナー型であってもよい。

【0014】

（６）上記（１）から（４）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００によれば、炭化珪素基板１００には、トレンチ５が設けられていてもよい。トレンチ５は、第１不純物領域１０、第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々と接する側面３と、側面３に連なりかつ第１不純物領域１０に接する底面４とを有していてもよい。

【0015】

（７）上記（６）に係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第１主面１に垂直な断面において、トレンチ５の形状は、Ｕ型であってもよい。

【0016】

（８）上記（６）に係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第１主面１に垂直な断面において、トレンチ５の形状は、Ｖ型であってもよい。

【0017】

（９）上記（１）から（８）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第１主面１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。

【0018】

（１０）上記（１）から（９）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第１領域２１の不純物濃度は、第２領域２２の不純物濃度よりも高くてもよい。

【0019】

（１１）上記（１０）に係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第１領域２１の不純物濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であってもよい。

【0020】

（１２）本開示に係る炭化珪素半導体装置２００の製造方法は以下の工程を備えている。第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２と、第２主面２の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域１０と、第１主面１の少なくとも一部を構成し第１不純物領域１０に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域２０と、第１不純物領域１０から隔てられるように第２不純物領域２０に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域３０とを有する炭化珪素基板１００が準備される。第１主面１において第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々に接する第１電極６１が形成される。第２主面２において第１不純物領域１０に接する第２電極６２が形成される。第２不純物領域２０は、第１領域２１と、第１領域２１と第２主面２との間にありかつ第１領域２１に接する第２領域２２とを含んでいる。第１領域２１の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第１領域２１は、イオン注入により形成される。

【0021】

（１３）上記（１２）に係る炭化珪素半導体装置２００の製造方法によれば、第２領域２２は、イオン注入により形成されてもよい。

【0022】

（１４）上記（１２）または（１３）に係る炭化珪素半導体装置２００の製造方法によれば、第１不純物領域１０は、１５００℃以上１７５０℃以下の温度条件において、エピタキシャル成長により形成されてもよい。

【0023】

（１５）上記（１２）から（１４）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２００の製造方法によれば、炭化珪素基板１００を準備する工程は、活性化アニール工程を含んでいてもよい。活性化アニール工程は、１６００℃以上１８５０℃以下の温度条件で行われてもよい。
［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。

【0024】

（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の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００の構成を示す断面模式図である。

【0025】

図１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２００は、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴであり、炭化珪素基板１００と、ゲート電極６３と、ゲート絶縁膜５１と、分離絶縁膜５２と、第１電極６１と、第２電極６２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。

【0026】

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（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。第１主面１は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。

【0027】

図１に示されるように、炭化珪素基板１００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とを含んでいる。第１不純物領域１０は、たとえばＮ（窒素）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物を含んでいる。第１不純物領域１０は、たとえばｎ型（第１導電型）を有している。第１不純物領域１０は、第２主面２の少なくとも一部を構成している。言い換えれば、第１不純物領域１０は、第２主面２の全面を構成していてもよいし、第２主面２の一部を構成していてもよい。

【0028】

第１不純物領域１０は、炭化珪素単結晶基板１５と、バッファ層１１と、第１スーパージャンクション領域１２と、第１ジョイント領域１３と、電流拡がり領域１４とを有している。炭化珪素単結晶基板１５は、第２主面２を構成している。炭化珪素単結晶基板１５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。バッファ層１１は、炭化珪素単結晶基板１５上に設けられている。バッファ層１１は、炭化珪素単結晶基板１５に接している。

【0029】

第１スーパージャンクション領域１２は、バッファ層１１上に設けられている。第１スーパージャンクション領域１２は、バッファ層１１に接している。第１方向１０１において、第１スーパージャンクション領域１２の幅は、バッファ層１１の幅よりも小さい。第３方向１０３における第１スーパージャンクション領域１２の高さは、第１方向１０１における第１スーパージャンクション領域１２の幅よりも大きくてもよい。第１スーパージャンクション領域１２におけるｎ型不純物の濃度は、バッファ層１１におけるｎ型不純物の濃度よりも低くてもよい。

【0030】

第１ジョイント領域１３は、第１スーパージャンクション領域１２上に設けられている。第１ジョイント領域１３は、第１スーパージャンクション領域１２に接している。第１ジョイント領域１３は、中央の幅が上下の各々の幅よりも小さくなるように狭窄していてもよい。電流拡がり領域１４は、第１ジョイント領域１３上に設けられている。電流拡がり領域１４は、第１ジョイント領域１３に接している。電流拡がり領域１４は、トレンチ５の底面４および側面３の各々に接している。

【0031】

第１不純物領域１０の不純物濃度は、たとえば６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。具体的には、第１不純物領域１０の第１スーパージャンクション領域１２のｎ型不純物の濃度は、たとえば６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第１不純物領域１０の第１スーパージャンクション領域１２のｎ型不純物の濃度は、たとえば８×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であってもよいし、１０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であってもよい。

【0032】

第１不純物領域１０の第１ジョイント領域１３のｎ型不純物の濃度は、たとえば６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第１不純物領域１０の電流拡がり領域１４のｎ型不純物の濃度は、たとえば６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第１スーパージャンクション領域１２、第１ジョイント領域１３および電流拡がり領域１４の各々のｎ型不純物の濃度は、たとえば６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であってもよい。

【0033】

第２不純物領域２０は、たとえばＡｌ（アルミニウム）などのｐ型を付与可能なｐ型不純物を含んでいる。第２不純物領域２０は、ｎ型と異なるｐ型（第２導電型）を有している。第２不純物領域２０は、第１不純物領域１０に接して設けられている。第２不純物領域２０と第１不純物領域１０とはＰＮダイオードを構成する。第２不純物領域２０は、第１主面１の少なくとも一部を構成している。言い換えれば、第２不純物領域２０は、第１主面１の全面を構成していてもよいし、第１主面１の一部を構成していてもよい。

【0034】

第２不純物領域２０は、第１領域２１と、第２領域２２とを有している。第２領域２２は、第１領域２１と第２主面２との間にある。第２領域２２は、第１領域２１に接している。第１領域２１は、第１主面１の少なくとも一部を構成している。第１領域２１は、たとえば、第１部分４１と、第２部分４２とを有していてもよい。第１部分４１は、第２部分４２上にある。第２部分４２は、第１部分４１に接している。第１部分４１におけるｐ型不純物の濃度は、第２部分４２におけるｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。第２部分４２は、たとえばチャネル層である。第１領域２１は、第１部分４１を有していなくてもよい。第２領域２２は、バッファ層１１に接していてもよい。

【0035】

第２領域２２は、第２スーパージャンクション領域２５と、第２ジョイント領域２４と、第３ジョイント領域２３とを有している。第２スーパージャンクション領域２５は、バッファ層１１上に設けられている。第２スーパージャンクション領域２５は、バッファ層１１に接している。第１方向１０１において、第２スーパージャンクション領域２５の幅は、バッファ層１１の幅よりも小さい。第３方向１０３における第２スーパージャンクション領域２５の高さは、第１方向１０１における第２スーパージャンクション領域２５の幅よりも大きくてもよい。

【0036】

第１スーパージャンクション領域１２と第２スーパージャンクション領域２５とは、スーパージャンクションを構成する。第１スーパージャンクション領域１２は、第２スーパージャンクション領域２５に接している。第１方向１０１において、第１スーパージャンクション領域１２と第２スーパージャンクション領域２５とは、交互に配置されている。第２スーパージャンクション領域２５におけるｐ型不純物の濃度は、第１スーパージャンクション領域１２におけるｎ型不純物の濃度と同程度であってもよい。第１方向１０１において、第２スーパージャンクション領域２５の幅は、第１スーパージャンクション領域１２の幅と同程度であってもよい。

【0037】

第２ジョイント領域２４は、第２スーパージャンクション領域２５上に設けられている。第２ジョイント領域２４は、第２スーパージャンクション領域２５に接している。第２ジョイント領域２４は、中央の幅が上下の各々の幅よりも大きくなるように拡張していてもよい。第１方向１０１において、第２ジョイント領域２４の最大幅は、第２スーパージャンクション領域２５の幅よりも大きくてもよい。第２ジョイント領域２４は、第１ジョイント領域１３に接している。第１方向１０１において、第２ジョイント領域２４と、第１ジョイント領域１３とは、交互に配置されている。

【0038】

第３ジョイント領域２３は、第２ジョイント領域２４上に設けられている。第３ジョイント領域２３は、第２ジョイント領域２４および第１領域２１の各々に接している。第３方向１０３において、第３ジョイント領域２３は、第２ジョイント領域２４と第１領域２１との間に位置している。第１方向１０１において、第３ジョイント領域２３は、電流拡がり領域１４に接している。

【0039】

第２領域２２の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。具体的には、第２領域２２の第２スーパージャンクション領域２５のｐ型不純物の濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第２領域２２の第２スーパージャンクション領域２５のｐ型不純物の濃度は、８×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であってもよいし、１０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であってもよい。第２領域２２の第２スーパージャンクション領域２５のｐ型不純物の濃度の上限は、特に限定されないが、たとえば６×１０^1８ｃｍ^-3以下であってもよい。

【0040】

第２領域２２の第２ジョイント領域２４のｐ型不純物の濃度は、たとえば６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第２領域２２の第３ジョイント領域２３のｐ型不純物の濃度は、たとえば６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第２スーパージャンクション領域２５、第２ジョイント領域２４および第３ジョイント領域２３の各々のｐ型不純物の濃度は、たとえば６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であってもよい。

【0041】

第３不純物領域３０は、第１不純物領域１０から隔てられるように第２不純物領域２０に接して設けられている。第３不純物領域３０は、たとえばＰ（リン）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物を含んでいる。第３不純物領域３０は、たとえばｎ型を有している。第３不純物領域３０は、たとえばソース領域である。第３不純物領域３０は、第１主面１の一部を構成していてもよい。第３不純物領域３０が含むｎ型不純物の濃度は、第２部分４２が含むｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。

【0042】

第１領域２１の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。具体的には、第１領域２１のｐ型不純物の濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。第１領域２１の不純物濃度は、第２領域２２の不純物濃度よりも高くてもよい。具体的には、第１領域２１の第２部分４２のｐ型不純物の濃度は、第２領域２２のｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。第１領域２１の不純物濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であってもよい。具体的には、第１領域２１の第２部分４２のｐ型不純物の濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であってもよい。第１領域２１の第２部分４２のｐ型不純物の濃度は、８×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であってもよいし、６×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であってもよい。第１領域２１の第２部分４２のｐ型不純物の濃度の下限は、特に限定されないが、たとえば６×１０^1７ｃｍ^-3以上であってもよい。

【0043】

炭化珪素基板１００には、トレンチ５が設けられている。トレンチ５は、第１主面１に開口している。トレンチ５は、側面３と、底面４とを有している。底面４は、側面３に連なっている。側面３は、第１不純物領域１０、第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々と接している。具体的には、側面３は、電流拡がり領域１４、第２部分４２および第３不純物領域３０の各々と接している。底面４は、第１不純物領域１０に接している。具体的には、底面４は、電流拡がり領域１４に接している。

【0044】

第１主面１に垂直な断面において、トレンチ５の形状は、Ｖ型であってもよい。トレンチ５の形状がＶ型であるとは、トレンチ５の側面３と第１主面１とがなす角度θが、９０°より大きく１８０°未満であることである。角度θは、たとえば１１５°以上１３５°以下であってもよい。

【0045】

ゲート絶縁膜５１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５１は、トレンチ５の内部に配置されている。ゲート絶縁膜５１は、トレンチ５の側面３において、第１不純物領域１０、第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々に接している。ゲート絶縁膜５１は、トレンチ５の底面４において、電流拡がり領域１４に接している。ゲート絶縁膜５１に接する第２不純物領域２０の第２部分４２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５１は、第１主面１において、第３不純物領域３０に接している。ゲート絶縁膜５１の厚みは、たとえば４０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。

【0046】

ゲート電極６３は、ゲート絶縁膜５１上に設けられている。ゲート絶縁膜５１に接触して配置されている。ゲート電極６３の少なくとも一部は、トレンチ５の内部に配置されている。ゲート電極６３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。

【0047】

分離絶縁膜５２は、ゲート電極６３を覆うように設けられている。分離絶縁膜５２は、ゲート電極６３およびゲート絶縁膜５１の各々に接している。分離絶縁膜５２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。分離絶縁膜５２は、ゲート電極６３と第１電極６１とを電気的に絶縁している。

【0048】

第１電極６１は、第１主面１に設けられている。第１電極６１は、たとえばソース電極である。第１電極６１は、電極層６０と、配線層６４とを有している。電極層６０は、たとえばＴｉ（チタン）とＡｌ（アルミニウム）とＳｉ（シリコン）を含む材料から構成されている。電極層６０はＮｉ（ニッケル）を含んでもよい。配線層６４は、たとえばＡｌを含む材料から構成されている。

【0049】

第１電極６１は、第１主面１において、第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々に接している。具体的には、電極層６０は、第１主面１において、第１部分４１および第３不純物領域３０の各々に接している。第１電極６１は、トレンチ５を跨ぐように配置されていてもよい。第１電極６１は、分離絶縁膜５２を覆っていてもよい。第１電極６１は、第２不純物領域２０と電気的に接続されている。第１電極６１は、第３不純物領域３０と電気的に接続されている。第１不純物領域１０がｎ型でありかつ第２不純物領域２０がｐ型である場合、第１電極６１はアノード電極として機能する。

【0050】

第２電極６２は、第２主面２に設けられている。第２電極６２は、たとえばドレイン電極である。第２電極６２は、第２主面２において、第１不純物領域１０に接している。具体的には、第２電極６２は、第２主面２において、炭化珪素単結晶基板１５に接している。第２電極６２は、第１不純物領域１０と電気的に接続されている。第１不純物領域１０がｎ型でありかつ第２不純物領域２０がｐ型である場合、第２電極６２はカソード電極として機能する。第２電極６２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１５とオーミック接合可能な材料から構成されている。

【0051】

なお、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００においては、逆方向特性における耐圧は、たとえば６００Ｖ以上であり、好ましくは１１００Ｖ以上である。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

次に、ｐ型領域とｎ型領域との判別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。

【0055】

図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。図２に示されるように、第２主面２に垂直な方向に見て、第２スーパージャンクション領域２５は、たとえば第２方向１０２に沿って延在している。別の観点から言えば、第２スーパージャンクション領域２５の長手方向は、たとえば第２方向１０２である。第２スーパージャンクション領域２５の短手方向は、たとえば第１方向１０１である。第２主面２に垂直な方向に見て、第２スーパージャンクション領域２５は、実質的に長方形状であってもよい。第２主面２に垂直な方向に見て、第１スーパージャンクション領域１２は、第２スーパージャンクション領域２５を取り囲んでいてもよい。

【0056】

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。第３方向１０３は、第２主面２に対して垂直である。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３方向１０３は、たとえば＜０００１＞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に射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に射影した方向であってもよい。第３方向１０３は、たとえば＜０００１＞方向に対して傾斜した方向であってもよい。

【0057】

図３は、図２の領域ＩＩＩの拡大模式図である。図３に示されるように、第２領域２２は、点欠陥９を有している。点欠陥９のエネルギー準位は、Ｅｃ（伝導帯の底のエネルギー）より０．５ｅＶ以上深く、Ｅｖ（価電子帯の頂上のエネルギー）より０．４ｅＶ以上高い。点欠陥９は、Ｚ_１／２センターと呼ばれる第１欠陥７と、ＥＨ_６／７センターと呼ばれる第２欠陥８とを有していてもよい。Ｚ_１／２センターのエネルギー準位は、Ｅｃ（伝導帯の底のエネルギー）－０．６５ｅＶである。ＥＨ_６／７センターのエネルギー準位は、Ｅｃ（伝導帯の底のエネルギー）－１．５５ｅＶである。第２領域２２は、第１欠陥７および第２欠陥８の双方を有していてもよいし、第１欠陥７のみを有していてもよいし、第２欠陥８のみを有していてもよい。

【0058】

第２領域２２の点欠陥密度は、６×１０¹²ｃｍ^-3以上である。第２領域２２の点欠陥密度は、たとえば８×１０¹²ｃｍ^-3以上であってもよいし、１０×１０¹²ｃｍ^-3以上であってもよい。第２領域２２の点欠陥密度は、たとえば１×１０¹⁴ｃｍ^-3以下であってもよい。第２領域２２の点欠陥密度は、たとえば０．８×１０¹⁴ｃｍ^-3以下であってもよいし、０．６×１０¹⁴ｃｍ^-3以下であってもよい。なお、第２領域２２が第１欠陥７と第２欠陥８とを有している場合には、第２領域２２の点欠陥密度とは、第１欠陥７および第２欠陥８の合計の点欠陥密度である。

【0059】

次に、点欠陥密度の測定方法について説明する。
点欠陥密度は、ＤＬＴＳ（Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法および／またはＩＣＴＳ法（Ｉｓｏｔｈeｒｍａｌ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって測定することができる。ＤＬＴＳ法においては、パルス幅を一定にして温度を変えて、接合容量の時間変化が得られる。ＩＣＴＳ法においては、温度を一定にしてパルス幅を変えて、接合容量の時間変化が得られる。ＤＬＴＳ法およびＩＣＴＳ法のいずれか一方の方法で点欠陥の情報が得られるが、双方を行うことで、点欠陥の情報がより正確に得られる。測定装置としては、たとえばＰｈｙｓｔｅｃｈ社製ＦＴ１２３０を使用することができる。試料の温度は７７Ｋ～７７３Ｋの範囲であり、パルス電圧を印加して接合容量の時間変化を得る。パルスは＋２０Ｖ～－２０Ｖの電圧を使い、１μｓ～６０ｓのパルス幅を使う。接合容量の過渡変化をフーリエ変換やラプラス変換して、点欠陥密度とそのエネルギー準位を得ることができる。

【0060】

（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、トレンチ５の形状がＵ型である構成において、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、その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。

【0061】

図４は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００の構成を示す断面模式図である。図４に示されるように、第１主面１に垂直な断面において、トレンチ５の形状は、Ｕ型である。具体的には、トレンチ５は、側面３と、底面４とを有している。第１主面１と側面３とがなす角度θは、９０°である。側面３は、第１主面１に対してほぼ垂直に延在している。底面４は、第１主面１にほぼ平行に延在している。側面３と底面４との境界は、丸まっていてもよい。

【0062】

（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、プレナー型である構成において、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、その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。

【0063】

図５は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００の構成を示す断面模式図である。図５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は、プレナー型である。ゲート絶縁膜５１は、第１主面１上に設けられている。ゲート絶縁膜５１は、第１主面１において、第３不純物領域３０、第２部分４２および電流拡がり領域１４の各々に接していてもよい。第２部分４２は、第１主面１の一部を構成していてもよい。電流拡がり領域１４は、第１主面１の一部を構成していてもよい。ゲート電極６３は、第３不純物領域３０、第２部分４２および電流拡がり領域１４の各々に対向していてもよい。

【0064】

（炭化珪素半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。

【0065】

図６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の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１０：図６）と、第１電極を形成する工程（Ｓ２０：図６）と、第２電極を形成する工程（Ｓ３０：図６）とを主に有している。図７に示されるように、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１０：図６）は、炭化珪素単結晶基板を準備する工程（Ｓ１１：図７）と、第２領域を形成する工程（Ｓ１２：図７）と、活性化アニール工程（Ｓ１３：図７）とを主に有している。

【0066】

まず、炭化珪素単結晶基板を準備する工程（Ｓ１１：図７）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１５が準備される。図８に示されるように、炭化珪素単結晶基板１５は、第３主面６と、第２主面２とを有している。第２主面２は、第３主面６の反対側にある。炭化珪素単結晶基板１５を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。ポリタイプは、６Ｈであってもよいし、１５Ｒであってもよいし、３Ｃであってもよい。６Ｈは、六方晶である。１５Ｈは、菱面体晶である。３Ｃは、立方晶である。

【0067】

次に、バッファ層１１が形成される。たとえば原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）とプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素（Ｈ₂）を用いたＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、炭化珪素単結晶基板１５上にバッファ層１１が形成される（図９参照）。エピタキシャル成長の際、たとえば窒素などのｎ型不純物がバッファ層１１に導入される。

【0068】

次に、第２領域２２を形成する工程（Ｓ１２：図７）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、バッファ層１１上に第１エピタキシャル層７０が形成される（図１０参照）。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７０に導入される。第１エピタキシャル層７０は、ｎ型の導電型を有する。第１エピタキシャル層７０のｎ型不純物の濃度は、バッファ層１１のｎ型不純物の濃度よりも低くてもよい。

【0069】

次に、第１エピタキシャル層７０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７０に注入される。これにより、第１ｐ型領域２５１が形成される（図１１参照）。第１エピタキシャル層７０において、第１ｐ型領域２５１が形成されていない領域は、第１ｎ型領域１２１となる。第１ｐ型領域２５１は、第１ｎ型領域１２１と接している。第１ｐ型領域２５１は、第２領域２２の一部となる。

【0070】

次に、第２エピタキシャル層７１が形成される。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７０上に第２エピタキシャル層７１が形成される（図１２参照）。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７１に導入される。第２エピタキシャル層７１は、ｎ型の導電型を有する。

【0071】

次に、ｐ型不純物イオンを注入する工程が実施される。たとえば、第２エピタキシャル層７１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２エピタキシャル層７１に注入される。これにより、第２ｐ型領域２５２が形成される。第２ｐ型領域２５２は、第１ｐ型領域２５１と繋がるように形成される（図１３参照）。第２ｐ型領域２５２は、第２領域２２の一部となる。第２エピタキシャル層７１において、第２ｐ型領域２５２が形成されていない領域は、第２ｎ型領域１２２となる。

【0072】

以上のように、ｎ型を有するエピタキシャル層の形成工程とｐ型不純物のイオン注入工程とが、交互に行われる。これにより、第１スーパージャンクション領域１２と第２スーパージャンクション領域２５とを有するスーパージャンクション構造が形成される。同様の方法により、第１ジョイント領域１３と、第２ジョイント領域２４と、第３ジョイント領域２３と、電流拡がり領域１４とが形成される。

【0073】

第２スーパージャンクション領域２５と、第２ジョイント領域２４と、第３ジョイント領域２３とは、第２領域２２を構成する。第２領域２２は、イオン注入により形成される。第２領域２２の不純物濃度は、６×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。具体的には、第２スーパージャンクション領域２５は、イオン注入により形成される。第２ジョイント領域２４は、イオン注入により形成されてもよい。第３ジョイント領域２３は、イオン注入により形成されてもよい。ｐ型不純物をイオン注入で形成することにより、第２領域２２の点欠陥密度が高くなる。

【0074】

次に、電流拡がり領域１４および第３ジョイント領域２３上にｎ型エピタキシャル層が形成される。ｎ型エピタキシャル層に対して、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ｎ型エピタキシャル層の表面全体に対して注入される。これにより、第１領域２１の第２部分４２が形成される。

【0075】

電流拡がり領域１４と、第１ジョイント領域１３と、第１スーパージャンクション領域１２とは、第１不純物領域１０を構成する。第１不純物領域１０は、たとえば１５００℃以上１７５０℃以下の温度条件において、エピタキシャル成長により形成される。第１不純物領域１０のエピタキシャル成長の温度は、たとえば１５５０℃以上であってもよいし、１６００℃以上であってもよい。第１不純物領域１０のエピタキシャル成長の温度は、たとえば１７２５℃以下であってもよいし、１７００℃以下であってもよい。高温でエピタキシャル成長を行うことにより、第２領域２２の点欠陥密度が高くなる。

【0076】

次に、たとえばリン（Ｐ）などのｎ型不純物がエピタキシャル層の表面全体に対してイオン注入される。これにより、第３不純物領域３０が形成される。次に、第１領域２１の第１部分４１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３不純物領域３０に注入される。これにより第３不純物領域３０と接する第１部分４１が形成される。以上により、第１部分４１と第２部分４２とを有する第１領域２１が形成される。第１領域２１は、イオン注入により形成されてもよい。具体的には、第１部分４１は、イオン注入により形成されてもよい。同様に、第２部分４２は、イオン注入により形成されてもよい。

【0077】

次に、活性化アニール工程（Ｓ１３：図７）が実施される。活性化アニール工程は、１６００℃以上１８５０℃以下の温度条件で行われてもよい。活性化アニール工程の温度は、１６５０℃以上であってもよいし、１７００℃以上であってもよい。活性化アニール工程の温度は、１８００℃以下であってもよいし、１７５０℃以下であってもよい。高温で活性化アニールを行うことにより、第２領域２２の点欠陥密度が高くなる。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。

【0078】

以上のように、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、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とを有している。第２主面２は、第１主面１と反対側にある。第１不純物領域１０は、第２主面２の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する。第２不純物領域２０は、第１主面１の少なくとも一部を構成し第１不純物領域１０に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する。第３不純物領域３０は、第１不純物領域１０から隔てられるように第２不純物領域２０に接して設けられかつ第１導電型を有する。第２不純物領域２０は、第１領域２１と、第２領域２２とを含んでいる。第２領域２２は、第１領域２１と第２主面２との間にありかつ第１領域２１に接している（図１４参照）。

【0079】

次に、トレンチ５を形成する工程が実施される。たとえば、第３不純物領域３０および第１部分４１から構成される第１主面１上に、マスク（図示せず）が形成される。マスクを用いて、第３不純物領域３０の一部と、第２部分４２の一部と、電流拡がり領域１４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（ＳＦ₆）またはＳＦ₆と酸素（Ｏ₂）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、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が形成される。

【0080】

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（Ｃｌ₂）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）、ＳＦ₆または四フッ化炭素（ＣＦ₄）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。

【0081】

上記熱エッチングにより、炭化珪素基板１００の第１主面１にトレンチ５が形成される（図１５参照）。トレンチ５は、側面３と、底面４とを有する。側面３は、第３不純物領域３０と、第２部分４２と、電流拡がり領域１４とにより構成される。底面４は、電流拡がり領域１４により構成される。第１主面１と、側面３とがなす角度θは、たとえば１１５°以上１３５°以下である。次に、マスクが第１主面１から除去される。

【0082】

次に、ゲート絶縁膜５１を形成する工程が実施される。たとえば炭化珪素基板１００を熱酸化することにより、第３不純物領域３０と、第２部分４２と、電流拡がり領域１４と、第１部分４１とに接するゲート絶縁膜５１が形成される。具体的には、炭化珪素基板１００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５１が形成される。

【0083】

次に、一酸化窒素（ＮＯ）ガス雰囲気中において炭化珪素基板１００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１００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５１と第２部分４２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。

【0084】

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５１と第２部分４２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。

【0085】

次に、ゲート電極６３を形成する工程が実施される。ゲート電極６３は、ゲート絶縁膜５１上に形成される。ゲート電極６３は、たとえばＬＰ－ＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。ゲート電極６３は、第３不純物領域３０と、第２部分４２と、電流拡がり領域１４との各々に対面するように形成される。

【0086】

次に、分離絶縁膜５２が形成する工程が実施される。具体的には、ゲート電極６３を覆い、かつゲート絶縁膜５１と接するように分離絶縁膜５２が形成される。分離絶縁膜５２は、たとえば、ＣＶＤ法により形成される。分離絶縁膜５２は、たとえば二酸化珪素を含む材料である。分離絶縁膜５２の一部は、トレンチ５の内部に形成されてもよい。

【0087】

次に、第１電極を形成する工程（Ｓ２０：図６）が実施される。たとえば、分離絶縁膜５２およびゲート絶縁膜５１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、当該開口部に第３不純物領域３０および第１部分４１が分離絶縁膜５２およびゲート絶縁膜５１から露出する。次に、第１主面１において第３不純物領域３０および第１部分４１に接する電極層６０が形成される。電極層６０は、たとえばスパッタリング法により形成される。電極層６０は、たとえばＴｉ、ＡｌおよびＳｉを含む材料から構成される。

【0088】

次に、合金化アニールが実施される。第３不純物領域３０および第１部分４１と接する電極層６０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、電極層６０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、第３不純物領域３０とオーミック接合する電極層６０が形成される。電極層６０は、第１部分４１とオーミック接合してもよい。以上により、第１主面１において、第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々に接する第１電極６１が形成される。

【0089】

次に、第２電極を形成する工程（Ｓ３０：図６）が実施される。たとえばスパッタリング法により、第２主面２上に第２電極６２が形成される。第２電極６２は、たとえばドレイン電極である。第２電極６２は、第２主面２において第１不純物領域１０に接している。第２電極６２は、たとえばＮｉＳｉまたはＴｉＡｌＳｉを含む材料から構成されている。以上により、第１実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ２００（図１）が完成する。

【0090】

なお上記においては、第１導電型はｎ型でありかつ第２導電型はｐ型であるとして説明したが、第１導電型はｐ型でありかつ第２導電型はｎ型であってもよい。この場合、ｐ型不純物はｎ型不純物と読み替えかつｎ型不純物はｐ型不純物と読み替える。また上記においては、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ＭＯＳＦＥＴ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ＰＮダイオード、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であってもよい。

【実施例】

【0091】

（サンプル準備）
次に、実施例について説明する。まず、サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００と、サンプル２に係る炭化珪素半導体装置２００とを準備した。サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００は、スーパージャンクション構造を有するＶ型トレンチＭＯＳＦＥＴとした。具体的には、サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００は、第１実施形態に係るＶ型トレンチＭＯＳＦＥＴとした。サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００においては、第２スーパージャンクション領域２５のｐ型不純物の濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、かつチャネル領域（第２部分４２）のｐ型不純物の濃度は、２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００においては、特性オン抵抗は０．６３ｍΩｃｍ²であり、かつ耐圧は１１７０Ｖであった。サンプル２に係る炭化珪素半導体装置２００は、スーパージャンクション構造を有しないＶ型トレンチＭＯＳＦＥＴとした。サンプル２に係る炭化珪素半導体装置２００においては、チャネル領域（第２部分４２）のｐ型不純物の濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3とした。

【0092】

（評価方法）
次に、ドレイン電極（第２電極６２）およびソース電極（第１電極６１）の間におけるダイオード特性を測定した。具体的には、複数の温度条件において、ドレイン電圧を変化させつつドレイン電流密度を測定した。サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００においては、温度条件を、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃および１７５℃とした。サンプル２に係る炭化珪素半導体装置２００においては、温度条件を、２５℃、９３℃、１２２℃および１６２℃とした。

【0093】

（評価結果）
図１６は、サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００における、ドレイン電流密度と、ドレイン電圧との関係を示す図である。図１７は、サンプル２に係る炭化珪素半導体装置２００における、ドレイン電流密度と、ドレイン電圧との関係を示す図である。図１７に示されるように、サンプル２に係る炭化珪素半導体装置２００においては、温度が上昇するにつれて、ドレイン電圧に対するドレイン電流密度の傾きは大きくなった。一方、図１６に示されるように、サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００においては、温度が上昇した場合であっても、ドレイン電圧に対するドレイン電流密度の傾きはあまり変化しなかった。つまり、サンプル２に係る炭化珪素半導体装置２００と比較して、サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００においては、ダイオード特性の温度変化を抑制可能であることが確認された。

【0094】

なお、炭化珪素基板１００に存在する基底面転位は、少数キャリア同士の再結合のエネルギーによって積層欠陥になることがある。炭化珪素半導体装置２００に積層欠陥があると、炭化珪素半導体装置２００の耐圧が大幅に低下する。少数キャリア同士を再結合させないようにするためには、少数キャリアを少なくすることが望ましい。サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００にようにダイオード特性の温度変化が少ない（つまり抵抗の温度変化が少ない）ということは、伝導度変調がほとんど起こっていないということである。そのため、サンプル１に係る炭化珪素半導体装置２００においては、少数キャリアが非常に少ないと考えられる。従って、サンプル１に係るような炭化珪素半導体装置２００においては、積層欠陥の発生を抑制し、耐圧の低下を抑制することができるという副次的な効果が期待され得る。

【0095】

今回開示された実施形態および実施例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】

【0096】

１ 第１主面、２ 第２主面、３ 側面、４ 底面、５ トレンチ、６ 第３主面、７ 第１欠陥、８ 第２欠陥、９ 点欠陥、１０ 第１不純物領域、１１ バッファ層、１２ 第１スーパージャンクション領域、１３ 第１ジョイント領域、１４ 電流拡がり領域、１５ 単結晶基板、２０ 第２不純物領域、２１ 第１領域、２２ 第２領域、２３ 第３ジョイント領域、２４ 第２ジョイント領域、２５ 第２スーパージャンクション領域、３０ 第３不純物領域、４１ 第１部分、４２ 第２部分、５１ ゲート絶縁膜、５２ 分離絶縁膜、６０ 電極層、６１ 第１電極、６２ 第２電極、６３ ゲート電極、６４ 配線層、７０ 第１エピタキシャル層、７１ 第２エピタキシャル層、１００ 炭化珪素基板、１０１ 第１方向、１０２ 第２方向、１０３ 第３方向、１２１ 第１ｎ型領域、１２２ 第２ｎ型領域、２００ 炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）、２５１ 第１ｐ型領域、２５２ 第２ｐ型領域。

【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】