JP2016015378A - Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide semiconductor device capable of reducing a forward resistance while keeping high breakdown voltage.SOLUTION: A p-type epitaxial region 3 has a trench TR having a side surface SS and a bottom part BS. An n-type epitaxial region 4 abuts the p-type epitaxial region 3 at the side surface SS and the bottom part BS of the trench TR, respectively. A semiconductor layer 2 covers both of a first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 and the n-type epitaxial region 4. A first electrode 16 is provided on the semiconductor layer 2. A second electrode 20 is provided on a second main surface 3b side of the p-type epitaxial region 3. The first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is a silicon plane or a plane 8° off the silicon plane. The side surface SS of the trench TR is a plane more than 50° and less than 70° off the silicon plane.

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関し、特定的には、p型エピタキシャル領域とn型エピタキシャル領域とを備えた炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a silicon carbide semiconductor device including a p-type epitaxial region and an n-type epitaxial region and a manufacturing method thereof.

近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。   In recent years, in order to enable a semiconductor device to have a high breakdown voltage, low loss, use under a high temperature environment, etc., silicon carbide is being adopted as a material constituting the semiconductor device. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon that has been widely used as a material for forming semiconductor devices. Therefore, by adopting silicon carbide as a material constituting the semiconductor device, it is possible to achieve high breakdown voltage of the semiconductor device, reduction of on-resistance, and the like. In addition, a semiconductor device that employs silicon carbide as a material has an advantage that a decrease in characteristics when used in a high temperature environment is small as compared with a semiconductor device that employs silicon as a material.

Y.Takeuchi、外4名、「SiCマイグレーションエンハンスト埋込エピタキシャル(ME3)成長技術」、Materials Science Forum Vols. 527-529、2006年、251-254ページ(非特許文献1)には、表面に溝が形成され、かつn型の導電型を有する炭化珪素基板の表面および溝の内部にp型エピタキシャル層を形成する方法が記載されている。当該方法によれば、p型エピタキシャル層が溝を埋めるように成長するため、局所的にアルミニウムなどの不純物が添加されたp型領域を形成することができる。 Y. Takeuchi, 4 others, “SiC migration enhanced embedded epitaxial (ME 3 ) growth technology”, Materials Science Forum Vols. 527-529, 2006, pp. 251-254 (Non-Patent Document 1) A method is described in which a p-type epitaxial layer is formed on the surface of a silicon carbide substrate having a groove and having an n-type conductivity and inside the groove. According to this method, since the p-type epitaxial layer grows so as to fill the trench, a p-type region to which an impurity such as aluminum is locally added can be formed.

Y.Takeuchi、外4名、「SiCマイグレーションエンハンスト埋込エピタキシャル(ME3)成長技術」、Materials Science Forum Vols. 527-529、2006年、251-254ページY.Takeuchi, 4 others, "SiC migration enhanced embedded epitaxial (ME3) growth technology", Materials Science Forum Vols. 527-529, 2006, pp. 251-254

上記溝を埋めたp型領域と炭化珪素基板のn型領域とによってスーパージャンクション構造を形成すると、pn接合に起因する空乏層の働きによって逆方向電圧の印加時において高い耐圧を実現することができる。しかしながら、上記文献に記載の方法よれば、p型領域の不純物濃度を十分に高くすることができないために、pn接合を形成するn型領域の不純物濃度を十分に高くすることができない。そのため、順方向電圧印加時における炭化珪素半導体装置の順方向抵抗を十分に低減することができない。結果として、高い耐圧を維持しつつ、順方向抵抗を低減することができる炭化珪素半導体装置を得ることが困難であった。   When a super junction structure is formed by the p-type region filling the groove and the n-type region of the silicon carbide substrate, a high breakdown voltage can be realized when a reverse voltage is applied due to the depletion layer caused by the pn junction. . However, according to the method described in the above document, since the impurity concentration of the p-type region cannot be sufficiently increased, the impurity concentration of the n-type region forming the pn junction cannot be sufficiently increased. Therefore, the forward resistance of the silicon carbide semiconductor device at the time of forward voltage application cannot be sufficiently reduced. As a result, it has been difficult to obtain a silicon carbide semiconductor device capable of reducing the forward resistance while maintaining a high breakdown voltage.

本発明の一態様に係る目的は、高い耐圧を維持しつつ、順方向抵抗を低減可能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することである。   The objective which concerns on 1 aspect of this invention is to provide the silicon carbide semiconductor device which can reduce a forward resistance, and its manufacturing method, maintaining a high proof pressure.

本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、p型エピタキシャル領域と、n型エピタキシャル領域と、半導体層と、第1電極と、第2電極とを備えている。p型エピタキシャル領域は、第1の主面と、第1の主面と反対側の第2の主面とを有し、第1の主面に連接する側面と、側面と連接する底部とを有するトレンチが設けられ、かつ炭化珪素からなる。n型エピタキシャル領域は、トレンチの側面および底部の各々においてp型エピタキシャル領域に接し、かつ炭化珪素からなる。半導体層は、p型エピタキシャル領域の第1の主面およびn型エピタキシャル領域の双方を覆う。第1電極は、半導体層上に設けられている。第2電極は、p型エピタキシャル領域の第2の主面側に設けられている。p型エピタキシャル領域の第1の主面は、珪素面または珪素面から8°以下オフした面である。トレンチの側面は、珪素面から50°以上70°以下オフした面である。   A silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a p-type epitaxial region, an n-type epitaxial region, a semiconductor layer, a first electrode, and a second electrode. The p-type epitaxial region has a first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, a side surface connected to the first main surface, and a bottom portion connected to the side surface. The trench is provided and is made of silicon carbide. The n-type epitaxial region is in contact with the p-type epitaxial region at each of the side surface and the bottom of the trench and is made of silicon carbide. The semiconductor layer covers both the first main surface of the p-type epitaxial region and the n-type epitaxial region. The first electrode is provided on the semiconductor layer. The second electrode is provided on the second main surface side of the p-type epitaxial region. The first main surface of the p-type epitaxial region is a silicon surface or a surface off by 8 ° or less from the silicon surface. The side surface of the trench is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface.

本発明の一態様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の主面と、第1の主面と反対側の第2の主面とを有し、かつ炭化珪素からなるp型エピタキシャル領域が形成される。p型エピタキシャル領域の第1の主面に、第1の主面に連接する側面と、側面と連接する底部とを有するトレンチが形成される。トレンチの側面および底部の双方においてp型エピタキシャル領域に接し、かつ炭化珪素からなるn型エピタキシャル領域が形成される。p型エピタキシャル領域の第1の主面およびn型エピタキシャル領域の双方を覆う半導体層が形成される。半導体層に接する第1電極が形成される。p型エピタキシャル領域の第2の主面側に第2電極が形成される。p型エピタキシャル領域の第1の主面は、珪素面または珪素面から8°以下オフした面である。トレンチの側面は、珪素面から50°以上70°以下オフした面である。   A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes the following steps. A p-type epitaxial region having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and made of silicon carbide is formed. A trench having a side surface connected to the first main surface and a bottom portion connected to the side surface is formed on the first main surface of the p-type epitaxial region. An n-type epitaxial region made of silicon carbide is formed in contact with the p-type epitaxial region on both the side and bottom of the trench. A semiconductor layer covering both the first main surface of the p-type epitaxial region and the n-type epitaxial region is formed. A first electrode in contact with the semiconductor layer is formed. A second electrode is formed on the second main surface side of the p-type epitaxial region. The first main surface of the p-type epitaxial region is a silicon surface or a surface off by 8 ° or less from the silicon surface. The side surface of the trench is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface.

本発明の一態様によれば、高い耐圧を維持しつつ、順方向抵抗を低減可能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a silicon carbide semiconductor device capable of reducing forward resistance while maintaining a high breakdown voltage, and a method for manufacturing the same.

本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分斜視図である。1 is a partial perspective view schematically showing a configuration of a silicon carbide semiconductor device in a first embodiment of the present invention. 図1の領域II−IIにおける部分断面図である。It is a fragmentary sectional view in area | region II-II of FIG. 図2の領域IIIの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region III of FIG. 図1の領域IV−IVにおける部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view in a region IV-IV in FIG. 1. 珪素面からのオフ角とエッチングレートおよびドナー濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the off angle from a silicon surface, an etching rate, and donor concentration. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。It is a flowchart which shows schematically the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第1工程を概略的に示すA面側部分断面図である。It is an A surface side partial sectional view schematically showing a first step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第2工程を概略的に示すA面側部分断面図である。It is an A surface side partial sectional view schematically showing a second step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第3工程を概略的に示すA面側部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view on the A surface side, schematically showing a third step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第4工程を概略的に示すA面側部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross sectional view on the A side showing schematically a fourth step in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第5工程を概略的に示すA面側部分断面図である。FIG. 9 is a partial cross sectional view on the A surface side schematically showing a fifth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第6工程のA面側部分断面図(A)およびB面側部分断面図(B)である。It is A surface side partial sectional drawing (A) and B surface side partial sectional view (B) of the 6th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第7工程のA面側部分断面図(A)およびB面側部分断面図(B)である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view (A) on the A side and a partial cross-sectional view (B) on the B side of the seventh step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第8工程のA面側部分断面図(A)およびB面側部分断面図(B)である。It is A surface side partial sectional view (A) and B surface side partial sectional view (B) of the 8th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第9工程のA面側部分断面図(A)およびB面側部分断面図(B)である。It is A surface side partial sectional view (A) and B surface side partial sectional view (B) of the 9th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法の第10工程を概略的に示すB面側部分断面図である。It is a B surface side fragmentary sectional view which shows roughly the 10th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置のスーパージャンクション構造の製造方法の第1の変形例の第1工程を概略的に示すA面側部分断面図である。It is A surface side partial sectional drawing which shows schematically the 1st process of the 1st modification of the manufacturing method of the super junction structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置のスーパージャンクション構造の製造方法の第1の変形例の第2工程を概略的に示すA面側部分断面図である。It is A surface side partial sectional drawing which shows schematically the 2nd process of the 1st modification of the manufacturing method of the super junction structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置のスーパージャンクション構造の製造方法の第2の変形例の第1工程を概略的に示すA面側部分断面図である。It is A surface side partial sectional drawing which shows roughly the 1st process of the 2nd modification of the manufacturing method of the super junction structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置のスーパージャンクション構造の製造方法の第2の変形例の第2工程を概略的に示すA面側部分断面図である。It is A surface side partial sectional drawing which shows schematically the 2nd process of the 2nd modification of the manufacturing method of the super junction structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置のスーパージャンクション構造の製造方法の第2の変形例の第3工程を概略的に示すA面側部分断面図である。It is A surface side partial sectional drawing which shows schematically the 3rd process of the 2nd modification of the manufacturing method of the super junction structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。FIG. 10 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration of a silicon carbide semiconductor device in a fifth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態6における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 6 of this invention.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

発明者らは、高い耐圧を維持しつつ、順方向抵抗を低減可能な炭化珪素半導体装置を実現するための方策について鋭意研究の結果、以下の知見を得て本発明を見出した。   As a result of intensive studies on measures for realizing a silicon carbide semiconductor device capable of reducing the forward resistance while maintaining a high breakdown voltage, the inventors have obtained the following knowledge and found the present invention.

まず、発明者らは、炭化珪素の面方位と、面を構成する元素に注目した。結晶学上、炭化珪素の面方位と、各面方位における炭素および珪素の比率は、理論的に計算できる。この各面方位における炭素および珪素の比率を、発明者らは、炭化珪素のエッチングレートを実測することにより実験的に求めた。図5を参照して、図5に示すグラフは、各面方位における炭化珪素のエッチングレートの実測値を示している。珪素は炭素よりも化学的な反応性が低い。そのため、珪素の比率が高い面方位の面ではエッチングレートが低くなり、炭素の比率が高い面方位の面ではエッチングレートが高くなる。Si面からのオフ角が90°の面は、(11−20)面である。Si面からのオフ角が90°の面において、珪素の比率は、炭素の比率と等しい。図5においてエッチングレートの実測値から、Si面からのオフ角が90°である面におけるエッチングレートと同じエッチングレートを有する面は、Si面からのオフ角が約47°の面であることが分かった。つまり、Si面からのオフ角が約47°より大きく90°より小さい範囲における面は、炭素の比率が珪素の比率よりも高いことが分かった。反対に、Si面からのオフ角が0°以上約47°未満の範囲における面は、炭素の比率が珪素の比率よりも低いことが分かった。   First, the inventors paid attention to the plane orientation of silicon carbide and the elements constituting the plane. In crystallography, the plane orientation of silicon carbide and the ratio of carbon and silicon in each plane orientation can be calculated theoretically. The inventors experimentally obtained the ratio of carbon and silicon in each plane orientation by actually measuring the etching rate of silicon carbide. Referring to FIG. 5, the graph shown in FIG. 5 shows the actual measured values of the etching rate of silicon carbide in each plane orientation. Silicon is less chemically reactive than carbon. For this reason, the etching rate is low on a plane having a high silicon ratio, and the etching rate is high on a plane having a high carbon ratio. A surface having an off angle of 90 ° from the Si surface is a (11-20) surface. In the plane where the off angle from the Si plane is 90 °, the silicon ratio is equal to the carbon ratio. In FIG. 5, from the measured value of the etching rate, a surface having the same etching rate as the surface having an off angle of 90 ° from the Si surface is a surface having an off angle from the Si surface of about 47 °. I understood. In other words, it was found that the carbon ratio of the surface in the range where the off angle from the Si surface is larger than about 47 ° and smaller than 90 ° is higher than that of silicon. On the other hand, it was found that the carbon ratio of the surface in the range where the off angle from the Si surface is 0 ° or more and less than about 47 ° is lower than that of silicon.

次に、発明者は、炭化珪素のエッチングレートの実測値に基づいて、炭化珪素が含むドナー濃度を理論的に計算した。以下において、炭化珪素のエッチングレートの実測値から炭化珪素が含むドナー濃度を計算する方法について説明する。   Next, the inventor theoretically calculated the donor concentration contained in silicon carbide based on the actually measured value of the etching rate of silicon carbide. Hereinafter, a method for calculating the donor concentration contained in silicon carbide from the actually measured value of the etching rate of silicon carbide will be described.

炭素面と比較して、珪素面は、アルミニウムまたはホウ素などのp型不純物を取り込みやすい性質を有する。周囲が炭素で囲まれている珪素原子の位置には、p型不純物が入り込みやすい。占有されていない珪素原子の位置にp型不純物が入り込むことによりp型不純物はアクセプタとして機能する。反対に、珪素面と比較して、炭素面は、窒素またはリンなどのn型不純物を取り込みやすい性質を有する。周囲が珪素で囲まれている炭素原子の位置には、n型不純物が入り込みやすい。占有されていない炭素原子の位置にn型不純物が入り込むことによりn型不純物はドナーとして機能する。それゆえ、珪素の比率が炭素の比率よりも高い面上に形成される炭化珪素エピタキシャル領域は、ドナー濃度が低くなり、珪素の比率が炭素の比率よりも低い面上に形成される炭化珪素エピタキシャル領域は、ドナー濃度が高くなると考えられる。つまり、珪素の比率が高い面は、エッチングレートが低く、かつドナー濃度が低い。反対に、炭素の比率が高い面は、エッチングレートが高く、かつドナー濃度が高い。以上の考え方に基づいて、エッチングレートのグラフは、ドナー濃度と同じであるとして、ドナー濃度を理論計算により求めた。   Compared to the carbon surface, the silicon surface has the property of easily taking in p-type impurities such as aluminum or boron. A p-type impurity is likely to enter a position of a silicon atom surrounded by carbon. The p-type impurity functions as an acceptor when the p-type impurity enters the position of the silicon atom that is not occupied. On the other hand, compared with the silicon surface, the carbon surface has a property of easily taking in n-type impurities such as nitrogen or phosphorus. An n-type impurity is likely to enter a position of a carbon atom surrounded by silicon. The n-type impurity functions as a donor when the n-type impurity enters the position of the carbon atom that is not occupied. Therefore, the silicon carbide epitaxial region formed on the surface where the silicon ratio is higher than the carbon ratio has a low donor concentration, and the silicon carbide epitaxial region formed on the surface where the silicon ratio is lower than the carbon ratio. The region is believed to have a higher donor concentration. That is, the surface with a high silicon ratio has a low etching rate and a low donor concentration. On the other hand, the surface with a high carbon ratio has a high etching rate and a high donor concentration. Based on the above concept, assuming that the etching rate graph is the same as the donor concentration, the donor concentration was obtained by theoretical calculation.

図5を参照して、図5に示すグラフは、各面方位における炭化珪素が含むドナー濃度の計算値を示している。   Referring to FIG. 5, the graph shown in FIG. 5 shows the calculated value of the donor concentration contained in silicon carbide in each plane orientation.

ドナー濃度の計算値から、Si面からのオフ角が約68°付近において、n型エピタキシャル領域のドナー濃度は極大値を示し、Si面からのオフ角が約120°付近において、n型エピタキシャル領域のドナー濃度は極小値を示すことが分かった。またSi面から約47°よりも大きく90°未満オフした面上に形成されたn型エピタキシャル領域のドナー濃度は、Si面から90°オフした面上に形成されたn型エピタキシャル領域のドナー濃度よりも高くなることが分かった。発明者らは、ドナー濃度の計算値から、n型エピタキシャル領域のドナー濃度の最適な範囲は、Si面からのオフ角が50°以上70°以下であることを見出した。   From the calculated value of the donor concentration, when the off angle from the Si surface is about 68 °, the donor concentration of the n-type epitaxial region shows a maximum value, and when the off angle from the Si surface is about 120 °, the n-type epitaxial region The donor concentration was found to be minimal. Further, the donor concentration of the n-type epitaxial region formed on the surface that is greater than about 47 ° and less than 90 ° from the Si surface is the donor concentration of the n-type epitaxial region formed on the surface that is 90 ° off from the Si surface. It turned out to be higher. The inventors have found from the calculated value of the donor concentration that the optimum range of the donor concentration in the n-type epitaxial region is that the off angle from the Si plane is 50 ° or more and 70 ° or less.

(1)本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、p型エピタキシャル領域3と、n型エピタキシャル領域4と、半導体層2と、第1電極16と、第2電極20とを備えている。p型エピタキシャル領域3は、第1の主面3aと、第1の主面3aと反対側の第2の主面3bとを有し、第1の主面3aに連接する側面と、側面と連接する底部とを有するトレンチが設けられ、かつ炭化珪素からなる。n型エピタキシャル領域4は、トレンチの側面および底部の各々においてp型エピタキシャル領域3に接し、かつ炭化珪素からなる。半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の双方を覆う。第1電極16は、半導体層2上に設けられている。第2電極20は、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3b側に設けられている。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aは、珪素面または珪素面から8°以下オフした面である。トレンチの側面は、珪素面から50°以上70°以下オフした面である。   (1) A silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a p-type epitaxial region 3, an n-type epitaxial region 4, a semiconductor layer 2, a first electrode 16, and a second electrode 20. . The p-type epitaxial region 3 has a first main surface 3a and a second main surface 3b opposite to the first main surface 3a, a side surface connected to the first main surface 3a, a side surface, A trench having a bottom portion connected to the trench is provided and is made of silicon carbide. N-type epitaxial region 4 is in contact with p-type epitaxial region 3 at each of the side surface and the bottom of the trench and is made of silicon carbide. The semiconductor layer 2 covers both the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 and the n-type epitaxial region 4. The first electrode 16 is provided on the semiconductor layer 2. The second electrode 20 is provided on the second main surface 3 b side of the p-type epitaxial region 3. First main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is a silicon surface or a surface that is off by 8 ° or less from the silicon surface. The side surface of the trench is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface.

上記(1)に係る炭化珪素半導体装置によれば、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに形成されるトレンチTRの側面SSを、珪素面から50°以上70°以下オフした面とし、当該側面SS上にn型エピタキシャル領域4を形成することにより、当該側面SS上のn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を、トレンチTRの側面SSが炭素面または珪素面から90°オフした面上に形成したn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度よりも高くすることができる。n型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を高くすることで、n型エピタキシャル領域4と接するp型エピタキシャル領域3のp型不純物の濃度を高くすることが可能である。そのため、電流経路となるp型エピタキシャル領域3のp型不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素半導体装置1の順方向抵抗を低減することができる。結果として、n型エピタキシャル領域4とp型エピタキシャル領域3とで形成されるスーパージャンクション構造で炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   According to the silicon carbide semiconductor device according to (1) above, the side surface SS of the trench TR formed in the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface. By forming the n-type epitaxial region 4 on the side surface SS, the n-type impurity concentration in the n-type epitaxial region 4 on the side surface SS is reduced by 90 ° from the carbon surface or silicon surface of the side surface SS of the trench TR. The concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4 formed on the surface can be made higher. By increasing the concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4, the concentration of the p-type impurity in the p-type epitaxial region 3 in contact with the n-type epitaxial region 4 can be increased. As a result, the p-type impurity concentration in p-type epitaxial region 3 serving as a current path is increased, so that the forward resistance of silicon carbide semiconductor device 1 can be reduced. As a result, it is possible to reduce the forward resistance while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 with the super junction structure formed by n type epitaxial region 4 and p type epitaxial region 3.

(2)上記(1)に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、n型エピタキシャル領域4は、トレンチの底部においてp型エピタキシャル領域3に接する第1n型領域4cと、トレンチの側面においてp型エピタキシャル領域3に接する第2n型領域4dとを含む。第2n型領域4dは、第1n型領域4cよりも高い不純物濃度を有する。これにより、第2n型領域4dと接するp型エピタキシャル領域3の部分の不純物濃度は高くなり順方向抵抗を低減することができ、低損失な半導体装置になる。   (2) In the silicon carbide semiconductor device according to (1), preferably, n type epitaxial region 4 includes a first n type region 4c in contact with p type epitaxial region 3 at the bottom of the trench, and a p type epitaxial region at the side of the trench. 3 and a second n-type region 4d that is in contact with 3. The second n-type region 4d has a higher impurity concentration than the first n-type region 4c. As a result, the impurity concentration in the portion of the p-type epitaxial region 3 in contact with the second n-type region 4d is increased, the forward resistance can be reduced, and a low-loss semiconductor device is obtained.

(3)上記(2)に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、第2n型領域4dの不純物濃度は、5×1015cm-3以上1×1018cm-3以下である。第2n型領域4dの不純物濃度を5×1015cm-3以上とすることにより、順方向抵抗を低減することができる。また第2n型領域4dの不純物濃度を1×1018cm-3以下とすることにより、高い耐電圧を維持することができる。 (3) Preferably, in the silicon carbide semiconductor device according to (2) above, the impurity concentration of second n-type region 4d is not less than 5 × 10 15 cm −3 and not more than 1 × 10 18 cm −3 . The forward resistance can be reduced by setting the impurity concentration of the second n-type region 4d to 5 × 10 15 cm −3 or more. Further, by setting the impurity concentration of the second n-type region 4d to 1 × 10 18 cm −3 or less, a high withstand voltage can be maintained.

(4)上記(1)〜(3)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、半導体層2に接するn型エピタキシャル領域4の表面は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが延在する方向に沿って形成されている。これにより、スイッチング領域を確保することができる。   (4) Preferably in the silicon carbide semiconductor device according to any one of (1) to (3) above, the surface of n type epitaxial region 4 in contact with semiconductor layer 2 is the first main surface 3a of p type epitaxial region 3. Is formed along the extending direction. Thereby, a switching area | region can be ensured.

(5)上記(1)〜(4)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、トレンチの側面は、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに垂直な方向において第1の主面3aから0.2μm以内の第1側面部SS1と、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに垂直な方向においてトレンチの底部から0.2μm以内の第2側面部SS2と、第1側面部SS1と第2側面部SS2とを繋ぐ第3側面部SS3とを有する。第3側面部SS3における面方位のばらつきは3°以内である。これにより、電界の集中を緩和することができる。   (5) In the silicon carbide semiconductor device according to any one of (1) to (4), preferably, the side surface of the trench has a first main surface in a direction perpendicular to second main surface 3b of p-type epitaxial region 3. A first side surface portion SS1 within 0.2 μm from the surface 3a, a second side surface portion SS2 within 0.2 μm from the bottom of the trench in the direction perpendicular to the second main surface 3b of the p-type epitaxial region 3, and a first It has 3rd side part SS3 which connects side part SS1 and 2nd side part SS2. The variation of the plane orientation in the third side surface portion SS3 is within 3 °. Thereby, the concentration of the electric field can be relaxed.

(6)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、ゲート絶縁膜15をさらに備える。半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、n型エピタキシャル領域4とに接し、p型を有するドリフト領域12と、ドリフト領域12に接し、かつn型を有するベース領域13と、ベース領域13によってドリフト領域12から隔てられ、かつp型を有するソース領域14とを含む。ゲート絶縁膜15は、ドリフト領域12と、ベース領域13と、ソース領域14とに接する。第1電極16は、ソース領域14と接している。これにより、ゲート絶縁膜15を備える炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   (6) Preferably, the silicon carbide semiconductor device according to any one of (1) to (5) further includes a gate insulating film 15. Semiconductor layer 2 is in contact with first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and n-type epitaxial region 4, drift region 12 having p-type, and base region having n-type in contact with drift region 12 13 and a source region 14 which is separated from drift region 12 by base region 13 and has p-type. Gate insulating film 15 is in contact with drift region 12, base region 13, and source region 14. The first electrode 16 is in contact with the source region 14. Thereby, the forward resistance can be reduced while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 including gate insulating film 15.

(7)上記(6)に係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、半導体層2の表面には、ソース領域14およびベース領域13の双方を貫通し、ドリフト領域12に至るゲートトレンチGTが設けられている。ゲート絶縁膜15は、ゲートトレンチの側面においてソース領域14と、ベース領域13とに接し、かつゲートトレンチの底部においてドリフト領域12と接している。これにより、ゲートトレンチGTを有する炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   (7) Preferably, in the silicon carbide semiconductor device according to (6) above, a gate trench GT penetrating both source region 14 and base region 13 and reaching drift region 12 is provided on the surface of semiconductor layer 2. Yes. The gate insulating film 15 is in contact with the source region 14 and the base region 13 on the side surface of the gate trench, and is in contact with the drift region 12 at the bottom of the gate trench. Thereby, it is possible to reduce the forward resistance while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 having gate trench GT.

(8)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、半導体層2の導電型はn型である。第1電極16は、半導体層2とオーミック接合している。これにより、第1電極16が半導体層2とオーミック接合している炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   (8) Preferably in the silicon carbide semiconductor device according to any one of (1) to (5) above, the conductivity type of semiconductor layer 2 is n-type. The first electrode 16 is in ohmic contact with the semiconductor layer 2. Thereby, the forward resistance can be reduced while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 in which first electrode 16 is in ohmic contact with semiconductor layer 2.

(9)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、半導体層2の導電型はp型である。第1電極16は、半導体層2とショットキー接合している。これにより、第1電極16が半導体層2とショットキー接合している炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   (9) In the silicon carbide semiconductor device according to any one of (1) to (5), preferably, the conductivity type of semiconductor layer 2 is p-type. The first electrode 16 is in Schottky junction with the semiconductor layer 2. Thereby, the forward resistance can be reduced while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 in which first electrode 16 is in Schottky junction with semiconductor layer 2.

(10)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置において好ましくは、半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、n型エピタキシャル領域4とに接し、p型を有するドリフト領域12と、ドリフト領域12に接し、かつn型を有するベース領域13と、ベース領域13によってドリフト領域12から隔てられ、かつp型を有するエミッタ領域14とを含んでいる。炭化珪素半導体装置はさらに、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bと接し、かつn型を有するコレクタ領域19と、ドリフト領域12と、ベース領域13と、エミッタ領域14とに接するゲート絶縁膜15とを備えている。第1電極16は、エミッタ領域14と接しており、かつ第2電極20は、コレクタ領域19と接している。これにより、エミッタ領域14およびコレクタ領域19を備える炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   (10) In the silicon carbide semiconductor device according to any one of (1) to (5), preferably, semiconductor layer 2 is formed on first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and n-type epitaxial region 4. A drift region 12 in contact with p-type, a base region 13 in contact with drift region 12 and having an n-type, and an emitter region 14 having a p-type and separated from drift region 12 by base region 13. Yes. The silicon carbide semiconductor device is further in contact with the second main surface 3b of the p-type epitaxial region 3 and with the n-type collector region 19, the drift region 12, the base region 13 and the emitter region 14 in gate insulation. And a film 15. The first electrode 16 is in contact with the emitter region 14, and the second electrode 20 is in contact with the collector region 19. Thereby, the forward resistance can be reduced while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 including emitter region 14 and collector region 19.

(11)本発明の一態様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の主面3aと、第1の主面3aと反対側の第2の主面3bとを有し、かつ炭化珪素からなるp型エピタキシャル領域3が形成される。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに、第1の主面3aに連接する側面と、側面と連接する底部とを有するトレンチが形成される。トレンチの側面および底部の双方においてp型エピタキシャル領域3に接し、かつ炭化珪素からなるn型エピタキシャル領域4が形成される。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の双方を覆う半導体層2が形成される。半導体層2に接する第1電極16が形成される。p型エピタキシャル領域3の第2の主面3b側に第2電極20が形成される。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aは、珪素面または珪素面から8°以下オフした面である。トレンチの側面は、珪素面から50°以上70°以下オフした面である。   (11) A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present invention includes the following steps. A p-type epitaxial region 3 having a first main surface 3a and a second main surface 3b opposite to the first main surface 3a and made of silicon carbide is formed. A trench having a side surface connected to first main surface 3a and a bottom portion connected to the side surface is formed in first main surface 3a of p-type epitaxial region 3. N-type epitaxial region 4 made of silicon carbide is formed in contact with p-type epitaxial region 3 on both the side and bottom of the trench. Semiconductor layer 2 is formed to cover both first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and n-type epitaxial region 4. A first electrode 16 in contact with the semiconductor layer 2 is formed. A second electrode 20 is formed on the second main surface 3 b side of the p-type epitaxial region 3. First main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is a silicon surface or a surface that is off by 8 ° or less from the silicon surface. The side surface of the trench is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface.

上記(11)に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに形成されるトレンチTRの側面SSを、珪素面から50°以上70°以下オフした面とし、当該側面SS上にn型エピタキシャル領域4を形成することにより、当該側面SS上のn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を、トレンチTRの側面SSが炭素面または珪素面から90°オフした面上に形成したn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度よりも高くすることができる。n型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を高くすることで、n型エピタキシャル領域4と接するp型エピタキシャル領域3のp型不純物の濃度を高くすることが可能である。そのため、電流経路となるp型エピタキシャル領域3のp型不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素半導体装置1の順方向抵抗を低減することができる。結果として、n型エピタキシャル領域4とp型エピタキシャル領域3とで形成されるスーパージャンクション構造で炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to (11) above, side surface SS of trench TR formed in first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is turned off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface. By forming the n-type epitaxial region 4 on the side surface SS, the concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4 on the side surface SS is changed from the carbon surface or the silicon surface to the side surface SS of the trench TR. The n-type impurity concentration of the n-type epitaxial region 4 formed on the 90 ° off surface can be made higher. By increasing the concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4, the concentration of the p-type impurity in the p-type epitaxial region 3 in contact with the n-type epitaxial region 4 can be increased. As a result, the p-type impurity concentration in p-type epitaxial region 3 serving as a current path is increased, so that the forward resistance of silicon carbide semiconductor device 1 can be reduced. As a result, it is possible to reduce the forward resistance while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 with the super junction structure formed by n type epitaxial region 4 and p type epitaxial region 3.

(12)上記(11)に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、トレンチを形成する工程は、塩素および臭素の少なくともいずれかを含む雰囲気中でp型エピタキシャル領域3が熱エッチングされることにより行われる。これにより、効果的にトレンチTRを形成することができる。   (12) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to (11) above, the step of forming the trench is such that the p-type epitaxial region 3 is thermally etched in an atmosphere containing at least one of chlorine and bromine. Is done. Thereby, trench TR can be formed effectively.

(13)上記(12)に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、熱エッチングの温度は、700℃以上1300℃以下である。熱エッチングの温度が700℃未満の場合、エッチングレートが遅いためプロセス時間が長くなる。一方、熱エッチングの温度が1300℃よりも高い場合、エッチングレートが速すぎるため、トレンチTRの形状を精度よく制御することが困難となる。熱エッチングの温度を700℃以上1300℃以下とすることにより、プロセス時間を短縮しつつトレンチTRの形状を精度よく制御することができる。   (13) Preferably in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on said (12), the temperature of thermal etching is 700 degreeC or more and 1300 degrees C or less. When the temperature of the thermal etching is less than 700 ° C., the process time becomes long because the etching rate is slow. On the other hand, when the temperature of the thermal etching is higher than 1300 ° C., the etching rate is too fast, so that it is difficult to accurately control the shape of the trench TR. By setting the temperature of the thermal etching to 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, the shape of the trench TR can be accurately controlled while shortening the process time.

(14)上記(11)〜(13)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、ドーパントとして機能する窒素またはリンを含む原料を用いて行われる。これにより、高い不純物濃度を有するn型エピタキシャル領域4を形成することができる。   (14) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any of (11) to (13) above, the step of forming n-type epitaxial region 4 uses a raw material containing nitrogen or phosphorus that functions as a dopant. Done. Thereby, the n-type epitaxial region 4 having a high impurity concentration can be formed.

(15)上記(11)〜(14)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、トレンチを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aにカーボンマスク33を形成する工程と、カーボンマスク上に位置する第1部分と、トレンチの側面と、トレンチの底部とに接する第2部分とを含むn型エピタキシャル領域4を形成する工程と、n型エピタキシャル領域4の第2部分を残しつつ、カーボンマスク上のn型エピタキシャル領域4の第1部分を除去する工程とを含む。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々を効果的に平坦化することができる。   (15) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any of (11) to (14) above, the step of forming n-type epitaxial region 4 includes the step of forming a trench, followed by p-type epitaxial region 3 N-type epitaxial region 4 including a step of forming carbon mask 33 on first main surface 3a, a first portion located on the carbon mask, a second portion in contact with a side surface of the trench, and a bottom portion of the trench. And a step of removing the first portion of the n-type epitaxial region 4 on the carbon mask while leaving the second portion of the n-type epitaxial region 4. Thereby, each of first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and surface 4a of n-type epitaxial region 4 can be effectively planarized.

(16)上記(15)に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、カーボンマスクを形成する工程は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上にレジスト領域を形成する工程と、レジスト領域を炭化させる工程とを有する。これにより、効率的にカーボンマスク33を形成することができる。   (16) Preferably, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to (15), the step of forming the carbon mask includes a step of forming a resist region on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3; And carbonizing the resist region. Thereby, the carbon mask 33 can be formed efficiently.

(17)上記(15)に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、カーボンマスクを形成する工程は、トレンチを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上における珪素を選択的にエッチングして炭素を残すことにより行われる。これにより、効率的にカーボンマスク33を形成することができる。   (17) Preferably, in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to (15) above, the step of forming the carbon mask includes the step of forming the silicon on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 after the step of forming the trench. Is selectively etched to leave carbon. Thereby, the carbon mask 33 can be formed efficiently.

(18)上記(11)〜(14)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、トレンチを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、トレンチの側面と、トレンチの底部とに接するn型エピタキシャル領域4を形成する工程と、トレンチの側面および底部の各々に接するn型エピタキシャル領域4の部分を残しつつ、第1の主面3aが露出するまでn型エピタキシャル領域4に対して化学的機械研磨が行われる工程とを含む。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々を効果的に平坦化することができる。   (18) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of (11) to (14) above, the step of forming n-type epitaxial region 4 includes the step of forming a trench, followed by a step of forming p-type epitaxial region 3. Forming the n-type epitaxial region 4 in contact with the first main surface 3a, the side surface of the trench, and the bottom of the trench, and leaving the portion of the n-type epitaxial region 4 in contact with each of the side and bottom of the trench And chemical mechanical polishing is performed on the n-type epitaxial region 4 until the first main surface 3a is exposed. Thereby, each of first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and surface 4a of n-type epitaxial region 4 can be effectively planarized.

(19)上記(11)〜(14)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、トレンチを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、トレンチの側面と、トレンチの底部とに接するn型エピタキシャル領域4を形成する工程と、n型エピタキシャル領域4の表面全体にマスク層32を形成する工程と、n型エピタキシャル領域4の表面の一部が露出するまでマスク層32をエッチングする工程と、n型エピタキシャル領域4の表面に残ったマスク層32を用いて第1の主面3aが露出するまでn型エピタキシャル領域4をエッチングする工程と、n型エピタキシャル領域4をエッチングした後、マスク層32を除去する工程とを含む。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々を効果的に平坦化することができる。   (19) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of (11) to (14) above, the step of forming n-type epitaxial region 4 includes the step of forming a trench, followed by a step of forming p-type epitaxial region 3. Forming n-type epitaxial region 4 in contact with first main surface 3a, the side surface of the trench, and the bottom of the trench, forming a mask layer 32 over the entire surface of n-type epitaxial region 4, and n Etching the mask layer 32 until a part of the surface of the epitaxial region 4 is exposed, and using the mask layer 32 remaining on the surface of the n-type epitaxial region 4 until the first main surface 3a is exposed. A step of etching the epitaxial region 4 and a step of removing the mask layer 32 after etching the n-type epitaxial region 4 are included. Thereby, each of first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and surface 4a of n-type epitaxial region 4 can be effectively planarized.

(20)上記(11)〜(19)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、n型エピタキシャル領域4は、トレンチの底部においてp型エピタキシャル領域3に接する第1n型領域4cと、トレンチの側面においてp型エピタキシャル領域3に接する第2n型領域4dとを含む。第2n型領域4dは、第1n型領域4cよりも高い不純物濃度を有する。これにより、第2n型領域4dと接するp型エピタキシャル領域3の部分の不純物濃度を高くすることができる。
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、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。
(20) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of (11) to (19), n-type epitaxial region 4 includes first n-type region 4c in contact with p-type epitaxial region 3 at the bottom of the trench. And a second n-type region 4d in contact with the p-type epitaxial region 3 on the side surface of the trench. The second n-type region 4d has a higher impurity concentration than the first n-type region 4c. Thereby, the impurity concentration of the portion of the p-type epitaxial region 3 in contact with the second n-type region 4d can be increased.
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the crystallographic description in this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. In addition, a negative crystallographic index is usually expressed by adding a “-” (bar) above a number, but in this specification a negative sign is added before the number. Yes.

(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。
(Embodiment 1)
First, the configuration of MOSFET as silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1を参照して、実施の形態1に係るMOSFET1は、炭化珪素基板10と、ゲート絶縁膜15と、ゲート電極27と、層間絶縁膜21と、ソース電極16(第1電極)と、ドレイン電極20(第2電極)とを主に有する。炭化珪素基板10は、第3の主面10aと、第3の主面10aと反対側の第4の主面10bとを有する。炭化珪素基板10は、第4の主面10bを構成する炭化珪素単結晶基板11と、炭化珪素単結晶基板11上に設けられたスーパージャンクション構造5と、スーパージャンクション構造5上に設けられた半導体層2とを主に有する。炭化珪素単結晶は、たとえば六方晶炭化珪素からなり、好ましくはポリタイプ4Hを有する。炭化珪素単結晶基板11は、たとえばアルミニウムなどの不純物を有しており、p型を有する。炭化珪素基板10の第3の主面10a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り、好ましくは(0001)面または(0001)面から8°以下程度オフした面である。   Referring to FIG. 1, MOSFET 1 according to the first embodiment includes a silicon carbide substrate 10, a gate insulating film 15, a gate electrode 27, an interlayer insulating film 21, a source electrode 16 (first electrode), and a drain. It mainly has an electrode 20 (second electrode). Silicon carbide substrate 10 has a third main surface 10a and a fourth main surface 10b opposite to the third main surface 10a. Silicon carbide substrate 10 includes a silicon carbide single crystal substrate 11 constituting fourth main surface 10b, a super junction structure 5 provided on silicon carbide single crystal substrate 11, and a semiconductor provided on super junction structure 5. Layer 2 mainly. The silicon carbide single crystal is made of, for example, hexagonal silicon carbide, and preferably has polytype 4H. Silicon carbide single crystal substrate 11 has impurities such as aluminum and has p-type. Third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is, for example, a plane that is off by about 8 ° or less from the {0001} plane or {0001} plane, and preferably about 8 ° or less from the (0001) plane or (0001) plane. It is a surface that has been turned off.

図2を参照して、スーパージャンクション構造5は、p型エピタキシャル領域3と、n型エピタキシャル領域4とを主に有している。p型エピタキシャル領域3は、炭化珪素からなるエピタキシャル層であり、第1の主面3aと、第1の主面3aと反対側の第2の主面3bとを有する。p型エピタキシャル領域3は、たとえばアルミニウムまたはホウ素などのp型不純物を含んでおり、p型の導電型を有する。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aには、第1の主面3aに連接する側面SSと、側面SSと連接する底部BSとを有するトレンチTRが設けられている。トレンチTRの底部BSは、たとえば第1の主面3aとほぼ平行な平面である。トレンチTRの側面SSは、底部BSに対して傾斜している。n型エピタキシャル領域4は、炭化珪素からなるエピタキシャル層であり、トレンチTRの側面SSおよび底部BTの各々においてp型エピタキシャル領域3に接している。n型エピタキシャル領域4は、たとえば窒素またはリンなどのn型不純物を含んでおり、n型の導電型を有する。n型エピタキシャル領域4の裏面4bは、トレンチTRの底部BTにおいてp型エピタキシャル領域3に接している。言い換えれば、n型エピタキシャル領域4は、トレンチTRの内部を埋めるように設けられている。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aは、珪素面または珪素面から8°以下オフした面である。トレンチTRの側面SSは、珪素面から50°以上70°以下オフした面である。なお、珪素面は、(0001)面のことである。オフ方向は、<11−20>方向であってもよいし、<1−100>方向であってもよい。   Referring to FIG. 2, super junction structure 5 mainly has a p-type epitaxial region 3 and an n-type epitaxial region 4. The p-type epitaxial region 3 is an epitaxial layer made of silicon carbide, and has a first main surface 3a and a second main surface 3b opposite to the first main surface 3a. P-type epitaxial region 3 contains a p-type impurity such as aluminum or boron, and has p-type conductivity. The first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is provided with a trench TR having a side surface SS connected to the first main surface 3a and a bottom portion BS connected to the side surface SS. Bottom portion BS of trench TR is, for example, a plane substantially parallel to first main surface 3a. Side surface SS of trench TR is inclined with respect to bottom portion BS. N type epitaxial region 4 is an epitaxial layer made of silicon carbide, and is in contact with p type epitaxial region 3 at each of side surface SS and bottom portion BT of trench TR. N type epitaxial region 4 includes an n type impurity such as nitrogen or phosphorus, and has an n type conductivity type. Back surface 4b of n-type epitaxial region 4 is in contact with p-type epitaxial region 3 at bottom BT of trench TR. In other words, n type epitaxial region 4 is provided so as to fill the inside of trench TR. First main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is a silicon surface or a surface that is off by 8 ° or less from the silicon surface. Side surface SS of trench TR is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface. The silicon surface is the (0001) surface. The off direction may be the <11-20> direction or the <1-100> direction.

図1、図2および図4に示すように、p型エピタキシャル領域3とn型エピタキシャル領域4とは、ゲート電極27が延在する方向に沿って交互に配置されている。つまり、p型エピタキシャル領域3およびn型エピタキシャル領域4の各々の長手方向は、ゲート電極27の長手方向とほぼ垂直に交差する。p型エピタキシャル領域3およびn型エピタキシャル領域4の各々は、ゲート電極27の長手方向に沿って複数設けられている。p型エピタキシャル領域3上には、p型を有するドリフト領域12が設けられている。n型エピタキシャル領域4上には、n型を有する接続領域17が設けられている。ドリフト領域12および接続領域17の各々の長手方向は、ゲート電極27の長手方向とほぼ垂直に交差する。ドリフト領域12および接続領域17の各々は、ゲート電極27の長手方向に沿って複数設けられている。   As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the p-type epitaxial regions 3 and the n-type epitaxial regions 4 are alternately arranged along the direction in which the gate electrode 27 extends. That is, the longitudinal direction of each of the p-type epitaxial region 3 and the n-type epitaxial region 4 intersects the longitudinal direction of the gate electrode 27 substantially perpendicularly. A plurality of p-type epitaxial regions 3 and n-type epitaxial regions 4 are provided along the longitudinal direction of the gate electrode 27. A p-type drift region 12 is provided on the p-type epitaxial region 3. On the n-type epitaxial region 4, a connection region 17 having n-type is provided. The longitudinal direction of each of drift region 12 and connection region 17 intersects the longitudinal direction of gate electrode 27 substantially perpendicularly. A plurality of drift regions 12 and connection regions 17 are provided along the longitudinal direction of the gate electrode 27.

次に、トレンチTR近傍の構成の詳細について説明する。
図3を参照して、n型エピタキシャル領域4は、トレンチTRの底部BSにおいてp型エピタキシャル領域3に接する第1n型領域4cと、トレンチTRの側面SSにおいてp型エピタキシャル領域3に接する第2n型領域4dとを含む。第2n型領域4dは、第1n型領域4cよりも高い不純物濃度を有する。第2n型領域4dが含むn型不純物の濃度は、たとえば5×1015cm-3以上1×1018cm-3以下である。第2n型領域4dと接するp型エピタキシャル領域3の部分が含むp型不純物の濃度は、たとえば5×1015cm-3以上1×1018cm-3以下である。第2n型領域4dが含むn型不純物の濃度は、p型エピタキシャル領域3が含むp型不純物の濃度とほぼ同じである。好ましくは、接続領域17に接するn型エピタキシャル領域4の表面4aは、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが延在する方向に沿って形成されている。n型エピタキシャル領域4の表面4aは、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが延在する方向に沿って形成されているとは、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに垂直な方向において、n型エピタキシャル領域4の表面4aと、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aとの距離が0.5μm以内であることを意味する。n型エピタキシャル領域4の表面4aは、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと連接する。断面視(第2の主面3bに平行な方向に沿って見た視野)において、p型エピタキシャル領域3とドリフト領域12との境界面3aは、n型エピタキシャル領域4と接続領域17との境界面4aに沿うように形成されている。断面視において、第1n型領域4cは、第2n型領域4dと、トレンチTRの底部BSとに挟まれて設けられている。
Next, the details of the configuration near the trench TR will be described.
Referring to FIG. 3, n-type epitaxial region 4 includes a first n-type region 4c in contact with p-type epitaxial region 3 at bottom BS of trench TR and a second n-type region in contact with p-type epitaxial region 3 on side surface SS of trench TR. Region 4d. The second n-type region 4d has a higher impurity concentration than the first n-type region 4c. The concentration of the n-type impurity included in the second n-type region 4d is, for example, not less than 5 × 10 15 cm −3 and not more than 1 × 10 18 cm −3 . The concentration of the p-type impurity contained in the portion of the p-type epitaxial region 3 in contact with the second n-type region 4d is, for example, 5 × 10 15 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less. The concentration of the n-type impurity included in the second n-type region 4d is substantially the same as the concentration of the p-type impurity included in the p-type epitaxial region 3. Preferably, surface 4a of n-type epitaxial region 4 in contact with connection region 17 is formed along the direction in which first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 extends. The surface 4a of the n-type epitaxial region 4 is formed along the direction in which the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 extends. It means that the distance between the surface 4a of the n-type epitaxial region 4 and the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is within 0.5 μm in the vertical direction. Surface 4 a of n type epitaxial region 4 is connected to first main surface 3 a of p type epitaxial region 3. In a cross-sectional view (a visual field viewed along a direction parallel to the second main surface 3 b), the boundary surface 3 a between the p-type epitaxial region 3 and the drift region 12 is a boundary between the n-type epitaxial region 4 and the connection region 17. It is formed along the surface 4a. In a cross-sectional view, the first n-type region 4c is provided between the second n-type region 4d and the bottom BS of the trench TR.

断面視において、ゲート電極27の長手方向に沿って、複数のトレンチTRが周期的に設けられている。平面視(第2の主面3bに対して垂直な方向に沿って見た視野)において、複数のトレンチTRの各々の底部BSの形状は、たとえば長方形状である。トレンチTRの底部BSの長手方向は、ゲート電極27の長手方向に対してほぼ垂直に交差している。断面視において、複数のトレンチTRのピッチPは、たとえば1.3μm以上23μm以下であり、好ましくは8.2μm以上23μm以下である。断面視において、トレンチTRの深さHは、たとえば0.8μm以上15μm以下であり、好ましくは1μm以上15μm以下である。断面視において、トレンチTRの底部BSの幅W1は、たとえば0.1μm以上5μm以下であり、トレンチTRの開口部の幅W2は、たとえば1μm以上18μm以下である。   In the cross-sectional view, a plurality of trenches TR are periodically provided along the longitudinal direction of the gate electrode 27. In a plan view (a visual field viewed along a direction perpendicular to the second main surface 3b), the shape of the bottom BS of each of the plurality of trenches TR is, for example, rectangular. The longitudinal direction of the bottom BS of the trench TR intersects the longitudinal direction of the gate electrode 27 substantially perpendicularly. In cross-sectional view, the pitch P of the plurality of trenches TR is, for example, not less than 1.3 μm and not more than 23 μm, and preferably not less than 8.2 μm and not more than 23 μm. In cross-sectional view, the depth H of the trench TR is, for example, not less than 0.8 μm and not more than 15 μm, and preferably not less than 1 μm and not more than 15 μm. In cross-sectional view, the width W1 of the bottom BS of the trench TR is, for example, 0.1 μm or more and 5 μm or less, and the width W2 of the opening of the trench TR is, for example, 1 μm or more and 18 μm or less.

断面視において、トレンチTRの側面SSは、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに垂直な方向において第1の主面3aから0.2μm以内の第1側面部SS1と、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに垂直な方向においてトレンチの底部から0.2μm以内の第2側面部SS2と、第1側面部SS1と第2側面部SS2とを繋ぐ第3側面部SS3とを有する。好ましくは、第3側面部SS3における面方位のばらつきは3°以内である。面方位のばらつきとは、断面視において、第3側面部SS3における最大の角度を有する部分と、第3側面部SS3における最小の角度を有する部分との差が3°以下であることを意味する。たとえばSEM(scanning electron microscope)によってトレンチTRの断面を観察してトレンチTRの第3側面部SS3を10等分した各領域の第1の主面3aに対する角度を測定し、当該角度の最大値から最小値を除した値が3°以下である場合に、第3側面部SS3の面方位のばらつきが3°以下であると判断される。   In cross-sectional view, the side surface SS of the trench TR has a first side surface portion SS1 within 0.2 μm from the first main surface 3a in the direction perpendicular to the second main surface 3b of the p-type epitaxial region 3, and the p-type epitaxial region. A second side surface portion SS2 within 0.2 μm from the bottom of the trench in a direction perpendicular to the second main surface 3b of the region 3, and a third side surface portion SS3 connecting the first side surface portion SS1 and the second side surface portion SS2. Have Preferably, the variation in the plane orientation in the third side surface portion SS3 is within 3 °. The variation in the plane orientation means that the difference between the portion having the maximum angle in the third side surface portion SS3 and the portion having the minimum angle in the third side surface portion SS3 is 3 ° or less in a sectional view. . For example, the cross section of the trench TR is observed by SEM (scanning electron microscope), and the angle of each region obtained by dividing the third side surface portion SS3 of the trench TR into 10 equal parts is measured with respect to the maximum value of the angle. When the value excluding the minimum value is 3 ° or less, it is determined that the variation in the plane orientation of the third side surface portion SS3 is 3 ° or less.

図3を参照して、Si面(珪素面)からのオフ角と、n型エピタキシャル領域のドナー濃度との関係について説明する。   With reference to FIG. 3, the relationship between the off-angle from the Si surface (silicon surface) and the donor concentration in the n-type epitaxial region will be described.

上述の通り、Si面(珪素面)からのオフ角と、n型エピタキシャル領域のドナー濃度との関係は、実線で示す曲線になると考えられる。つまり、n型エピタキシャル領域のn型不純物の濃度(つまりドナー濃度)は、オフ角が0°(つまりSi面)で最小値を示し、オフ角が約68°において極大値を示す。オフ角が約68°よりも大きくなると、n型不純物の濃度は低減し、オフ角が約120°において極小値を示す。オフ角が約120°よりも大きくなるとn型不純物の濃度は増加し、オフ角が180°(つまりC面)で最大値を示す。なお、Si面からのオフ角が約68°の場合は、炭素の比率が珪素の比率よりも高く、Si面からのオフ角が約120°の場合は、炭素の比率が珪素の比率よりも低い。Si面からのオフ角が90°の場合、言い換えれば(11−20)面の場合、珪素の比率は、炭素の比率と同じである。   As described above, the relationship between the off-angle from the Si surface (silicon surface) and the donor concentration in the n-type epitaxial region is considered to be a curve indicated by a solid line. That is, the n-type impurity concentration (that is, donor concentration) in the n-type epitaxial region has a minimum value when the off angle is 0 ° (that is, Si surface), and has a maximum value when the off angle is about 68 °. When the off angle is larger than about 68 °, the concentration of the n-type impurity is reduced, and shows a minimum value when the off angle is about 120 °. When the off angle is larger than about 120 °, the concentration of the n-type impurity increases, and shows a maximum value when the off angle is 180 ° (that is, the C plane). When the off angle from the Si surface is about 68 °, the carbon ratio is higher than the silicon ratio, and when the off angle from the Si surface is about 120 °, the carbon ratio is higher than the silicon ratio. Low. When the off angle from the Si plane is 90 °, in other words, in the case of the (11-20) plane, the silicon ratio is the same as the carbon ratio.

図5に示すように、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに形成されるトレンチTRの側面SSを、珪素面から50°以上70°以下オフした面とし、当該側面SS上にn型エピタキシャル領域4を形成することにより、当該側面SS上のn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を、トレンチTRの側面SSが炭素面または珪素面から90°オフした面上に形成したn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度よりも高くすることができる。好ましくは、トレンチTRの側面SSは、珪素面から55°以上70°以下オフした面であり、より好ましくは、炭素面から60°以上70°以下オフした面である。   As shown in FIG. 5, the side surface SS of the trench TR formed in the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface, and n on the side surface SS. By forming the type epitaxial region 4, the n type impurity concentration of the n type epitaxial region 4 on the side surface SS is formed on the surface where the side surface SS of the trench TR is 90 ° off from the carbon surface or the silicon surface. The concentration of the n-type impurity in the type epitaxial region 4 can be made higher. Preferably, side surface SS of trench TR is a surface turned off by 55 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface, and more preferably a surface turned off by 60 ° or more and 70 ° or less from the carbon surface.

再び図1、図2および図4を参照して、半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の双方を覆う。具体的には、半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、n型エピタキシャル領域4の表面4aに接する。半導体層2は、p型を有するドリフト領域12と、ドリフト領域12に接し、かつn型を有するベース領域13と、ベース領域13によってドリフト領域12から隔てられ、かつp型を有するソース領域14と、n型を有する接続領域17とを主に有する。ドリフト領域12は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに接している。ドリフト領域12は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでいるp型不純物領域である。ドリフト領域12の不純物濃度は、炭化珪素単結晶基板11の不純物濃度よりも低いことが好ましい。ドリフト領域12が含むアルミニウムなどのp型不純物の濃度は、たとえば3×1015cm-3以上2×1016cm-3以下である。ドリフト領域12の厚みは、たとえば15μm程度である。 Referring to FIGS. 1, 2, and 4 again, semiconductor layer 2 covers both first main surface 3 a of p-type epitaxial region 3 and n-type epitaxial region 4. Specifically, the semiconductor layer 2 is in contact with the first main surface 3 a of the p-type epitaxial region 3 and the surface 4 a of the n-type epitaxial region 4. The semiconductor layer 2 includes a drift region 12 having p-type, a base region 13 in contact with the drift region 12 and having n-type, and a source region 14 having p-type and separated from the drift region 12 by the base region 13. And a connection region 17 having an n-type. Drift region 12 is in contact with first main surface 3 a of p type epitaxial region 3. Drift region 12 is a p-type impurity region containing a p-type impurity such as aluminum. The impurity concentration of drift region 12 is preferably lower than the impurity concentration of silicon carbide single crystal substrate 11. The concentration of p-type impurities such as aluminum included in drift region 12 is, for example, 3 × 10 15 cm −3 or more and 2 × 10 16 cm −3 or less. The thickness of drift region 12 is, for example, about 15 μm.

図2に示すように、ドリフト領域12は、ゲート絶縁膜15とp型エピタキシャル領域3とに挟まれている領域を有する。図4に示すように、ドリフト領域12は、ベース領域13とp型エピタキシャル領域3とに挟まれている領域を有する。接続領域17は、たとえば窒素などのn型不純物を含んでいるn型不純物領域である。図2に示すように、接続領域17は、ゲート絶縁膜15とn型エピタキシャル領域4とに挟まれている領域を有する。図1に示すように、接続領域17は、コンタクト領域18とn型エピタキシャル領域4とに挟まれている領域を有する。つまり、接続領域17は、コンタクト領域18とn型エピタキシャル領域4とを電気的に繋いでいる。結果として、n型エピタキシャル領域4は、ソース電極16と電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, drift region 12 has a region sandwiched between gate insulating film 15 and p type epitaxial region 3. As shown in FIG. 4, drift region 12 has a region sandwiched between base region 13 and p type epitaxial region 3. Connection region 17 is an n-type impurity region containing an n-type impurity such as nitrogen. As shown in FIG. 2, connection region 17 has a region sandwiched between gate insulating film 15 and n-type epitaxial region 4. As shown in FIG. 1, connection region 17 has a region sandwiched between contact region 18 and n-type epitaxial region 4. That is, the connection region 17 electrically connects the contact region 18 and the n-type epitaxial region 4. As a result, the n-type epitaxial region 4 is electrically connected to the source electrode 16.

ベース領域13は、たとえばリンなどのn型不純物を含んでいるn型不純物領域である。ベース領域13はドリフト領域12上に設けられている。ベース領域13が含むリンなどのn型不純物の濃度は、ドリフト領域12が含むアルミニウムなどのp型不純物の濃度よりも高くてもよい。ベース領域13が含むリンなどのn型不純物の濃度は、たとえば1×1017cm-3以上5×1018cm-3以下である。 Base region 13 is an n-type impurity region containing an n-type impurity such as phosphorus. The base region 13 is provided on the drift region 12. The concentration of n-type impurities such as phosphorus included in the base region 13 may be higher than the concentration of p-type impurities such as aluminum included in the drift region 12. The concentration of n-type impurities such as phosphorus included in the base region 13 is, for example, 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3 or less.

ソース領域14は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでいるp型不純物領域である。ソース領域14は、ベース領域13によってドリフト領域12から隔てられるようにベース領域13上に設けられている。ソース領域14が含むアルミニウムなどのp型不純物の濃度は、たとえば1×1019cm-3以上2×1020cm-3以下である。コンタクト領域18は、たとえばリンなどのn型不純物を含んでいるn型不純物領域である。コンタクト領域18は、ソース領域14を貫通してベース領域13につながっている。コンタクト領域18の不純物濃度は、ベース領域13の不純物濃度よりも高い。コンタクト領域18が含むリンなどのn型不純物の濃度は、たとえば5×1018cm-3以上2×1020cm-3以下である。ソース領域14およびコンタクト領域18の各々は、炭化珪素基板10の第3の主面10aを構成している。 Source region 14 is a p-type impurity region containing a p-type impurity such as aluminum. The source region 14 is provided on the base region 13 so as to be separated from the drift region 12 by the base region 13. The concentration of the p-type impurity such as aluminum included in the source region 14 is, for example, 1 × 10 19 cm −3 or more and 2 × 10 20 cm −3 or less. Contact region 18 is an n-type impurity region containing an n-type impurity such as phosphorus. The contact region 18 passes through the source region 14 and is connected to the base region 13. The impurity concentration of the contact region 18 is higher than the impurity concentration of the base region 13. The concentration of n-type impurities such as phosphorus included in the contact region 18 is, for example, 5 × 10 18 cm −3 or more and 2 × 10 20 cm −3 or less. Each of source region 14 and contact region 18 constitutes third main surface 10a of silicon carbide substrate 10.

半導体層2の表面(つまり、炭化珪素基板10の第3の主面10a)には、ソース領域14およびベース領域13の双方を貫通し、ドリフト領域12に至るゲートトレンチGTが設けられている。ゲートトレンチGTは、炭化珪素基板10の第3の主面10aに連接し、ソース領域14と、ベース領域13とを貫通してドリフト領域12に至る側面SWと、ドリフト領域12に位置する底部BTとを有する。ゲート絶縁膜15は、ゲートトレンチGTの側面SWにおいてソース領域14と、ベース領域13と、ドリフト領域12とに接し、かつゲートトレンチの底部においてドリフト領域12と接している。側面SWに接するベース領域13上において、MOSFET1のチャネルCH(図4参照)が形成される。側面SWは炭化珪素基板10の第3の主面10aに対して垂直であってもよいし、傾斜していてもよい。   A gate trench GT that penetrates both the source region 14 and the base region 13 and reaches the drift region 12 is provided on the surface of the semiconductor layer 2 (that is, the third main surface 10a of the silicon carbide substrate 10). Gate trench GT is connected to third main surface 10a of silicon carbide substrate 10, side surface SW that penetrates source region 14 and base region 13 to drift region 12, and bottom portion BT located in drift region 12. And have. The gate insulating film 15 is in contact with the source region 14, the base region 13, and the drift region 12 on the side surface SW of the gate trench GT, and is in contact with the drift region 12 at the bottom of the gate trench. On the base region 13 in contact with the side surface SW, the channel CH (see FIG. 4) of the MOSFET 1 is formed. Side SW may be perpendicular to third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 or may be inclined.

ゲート絶縁膜15は、ゲートトレンチGTの側面SWにおいて、ドリフト領域12と、ベース領域13と、ソース領域14とに接し、かつゲートトレンチGTの底部BTにおいてドリフト領域12接する。ゲート絶縁膜15は、たとえば二酸化珪素を含む。   The gate insulating film 15 is in contact with the drift region 12, the base region 13, and the source region 14 on the side surface SW of the gate trench GT, and is in contact with the drift region 12 at the bottom BT of the gate trench GT. Gate insulating film 15 includes, for example, silicon dioxide.

ゲート電極27は、ゲートトレンチGTの内部において、ゲート絶縁膜15上に設けられている。ゲート電極27は、ゲート絶縁膜15を介して、ソース領域14、ベース領域13およびドリフト領域12の各々と接している。ゲート電極27は、たとえば不純物を含むポリシリコンなどの導電性材料からなる。   The gate electrode 27 is provided on the gate insulating film 15 inside the gate trench GT. The gate electrode 27 is in contact with each of the source region 14, the base region 13, and the drift region 12 through the gate insulating film 15. The gate electrode 27 is made of a conductive material such as polysilicon containing impurities.

ソース電極16は、半導体層2上に設けられている。具体的には、ソース電極16は、炭化珪素基板10の第3の主面10aにおいて、ソース領域14と、コンタクト領域18とに接している。ソース電極16は、たとえばTiAlSiを含む。ソース電極16は、半導体層2のソース領域14およびコンタクト領域18の各々とオーミック接合していることが好ましい。層間絶縁膜21は、ゲートトレンチGTを覆うように、ゲート絶縁膜15と、ゲート電極27とに接している。層間絶縁膜21はゲート電極27とソース電極16との間を絶縁している。ドレイン電極20は、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3b側に設けられている。具体的には、ドレイン電極20は、炭化珪素基板10の第4の主面10bにおいて炭化珪素単結晶基板11と接している。ドレイン電極20は、たとえばTiAlSiを含む材料からなる。ドレイン電極20は、n型を有する炭化珪素単結晶基板11とオーミック接合していることが好ましい。   The source electrode 16 is provided on the semiconductor layer 2. Specifically, source electrode 16 is in contact with source region 14 and contact region 18 on third main surface 10a of silicon carbide substrate 10. The source electrode 16 includes, for example, TiAlSi. The source electrode 16 is preferably in ohmic contact with each of the source region 14 and the contact region 18 of the semiconductor layer 2. The interlayer insulating film 21 is in contact with the gate insulating film 15 and the gate electrode 27 so as to cover the gate trench GT. The interlayer insulating film 21 insulates between the gate electrode 27 and the source electrode 16. The drain electrode 20 is provided on the second main surface 3 b side of the p-type epitaxial region 3. Specifically, drain electrode 20 is in contact with silicon carbide single crystal substrate 11 at fourth main surface 10 b of silicon carbide substrate 10. The drain electrode 20 is made of a material containing, for example, TiAlSi. Drain electrode 20 is preferably in ohmic contact with n-type silicon carbide single crystal substrate 11.

なお、トレンチTRの側面SSは、p型エピタキシャル領域3を貫通し、炭化珪素単結晶基板11に至っていてもよい。この場合、トレンチTRの底部BSは、炭化珪素単結晶基板11に位置する。トレンチTRの側面SSが炭化珪素単結晶基板11に至っている場合、ドリフト領域12は、n型エピタキシャル領域4を介して、炭化珪素単結晶基板11と電気的に接続される。この場合、炭化珪素単結晶基板11と、ドリフト領域12と、ソース領域14とが、n型の導電型を有し、かつベース領域13と、コンタクト領域18とが、p型の導電型を有していてもよい。   Note that side surface SS of trench TR may penetrate p type epitaxial region 3 and reach silicon carbide single crystal substrate 11. In this case, bottom portion BS of trench TR is located on silicon carbide single crystal substrate 11. When side surface SS of trench TR reaches silicon carbide single crystal substrate 11, drift region 12 is electrically connected to silicon carbide single crystal substrate 11 through n type epitaxial region 4. In this case, silicon carbide single crystal substrate 11, drift region 12, and source region 14 have n-type conductivity, and base region 13 and contact region 18 have p-type conductivity. You may do it.

次に、本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET1の製造方法について説明する。なお、図の説明において、A面側部分断面図とは、図1のA面側の部分断面図を意味しており、B面側部分断面図とは、図1のB面側の部分断面図を意味している。   Next, a method for manufacturing MOSFET 1 as the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. In addition, in description of a figure, A surface side partial sectional drawing means the partial sectional view by the side of A surface of FIG. 1, B surface side partial sectional drawing is a partial cross section by the side of B surface of FIG. Means the figure.

まず、p型エピタキシャル領域形成工程(S10:図6)が実施される。図7を参照して、上面および下面を有する炭化珪素単結晶基板11が準備される。上面は、{0001}面から8°以内のオフ角を有することが好ましく、4°以内のオフ角を有することがより好ましい。この場合に{0001}面は(0001)面であることがより好ましい。炭化珪素単結晶基板11は、たとえばポリタイプ4Hを有する六方晶炭化珪素単結晶からなる。   First, a p-type epitaxial region forming step (S10: FIG. 6) is performed. Referring to FIG. 7, silicon carbide single crystal substrate 11 having an upper surface and a lower surface is prepared. The upper surface preferably has an off angle of 8 ° or less from the {0001} plane, and more preferably has an off angle of 4 ° or less. In this case, the {0001} plane is more preferably a (0001) plane. Silicon carbide single crystal substrate 11 is made of, for example, a hexagonal silicon carbide single crystal having polytype 4H.

次に、炭化珪素単結晶基板11の上面上にエピタキシャル成長によってp型エピタキシャル領域3が形成される。p型エピタキシャル領域3は、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。原料ガスとしては、たとえば、シラン(SiH4)とプロパン(C38)との混合ガスを用い得る。エピタキシャル成長において、たとえばアルミニウム(Al)またはホウ素(B)などのp型不純物が炭化珪素に導入されることにより、炭化珪素からなるp型エピタキシャル領域3が形成される。以上により、第1の主面3aと、第1の主面3aと反対側の第2の主面3bとを有し、かつ炭化珪素からなるp型エピタキシャル領域3が形成される。p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bは、炭化珪素単結晶基板11の上面に接する。 Next, p type epitaxial region 3 is formed on the upper surface of silicon carbide single crystal substrate 11 by epitaxial growth. The p-type epitaxial region 3 is formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. As the source gas, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) can be used. In epitaxial growth, a p-type epitaxial region 3 made of silicon carbide is formed by introducing a p-type impurity such as aluminum (Al) or boron (B) into silicon carbide. Thus, p type epitaxial region 3 having first main surface 3a and second main surface 3b opposite to first main surface 3a and made of silicon carbide is formed. Second main surface 3 b of p type epitaxial region 3 is in contact with the upper surface of silicon carbide single crystal substrate 11.

次に、トレンチ形成工程(S20:図6)が実施される。たとえば、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上に、開口部を有するエッチングマスク30が形成される。図8を参照して、エッチングマスク30は、断面視において一定の間隔で周期的に複数設けられる。エッチングマスク30は、たとえばp型エピタキシャル領域3の第1の主面3aを熱酸化することによりシリコン酸化膜を形成した後、当該シリコン酸化膜をパターニングすることにより形成され得る。   Next, a trench formation step (S20: FIG. 6) is performed. For example, etching mask 30 having an opening is formed on first main surface 3 a of p-type epitaxial region 3. Referring to FIG. 8, a plurality of etching masks 30 are periodically provided at regular intervals in a sectional view. The etching mask 30 can be formed, for example, by forming a silicon oxide film by thermally oxidizing the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3, and then patterning the silicon oxide film.

次に、エッチングマスク30が設けられたp型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに対して、物理的作用を有するエッチングが行われる。これによりエッチングマスク30の開口部において、p型エピタキシャル領域3の一部がエッチングにより除去されることにより、第1の主面3aに凹部が形成される。凹部は第1の主面3aに対してほぼ垂直な側壁面と、第1の主面3aに対してほぼ平行な底面とを有する。物理的作用を有するエッチングとしては、反応性イオンエッチング(RIE)が好ましく、誘導結合プラズマ(ICP)RIEがより好ましい。RIEの反応ガスとしては、SF6またはSF6とO2との混合ガスを用いることができる。 Next, etching having a physical action is performed on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 provided with the etching mask 30. Thereby, in the opening of the etching mask 30, a part of the p-type epitaxial region 3 is removed by etching, whereby a recess is formed in the first main surface 3a. The recess has a side wall surface substantially perpendicular to the first main surface 3a and a bottom surface substantially parallel to the first main surface 3a. As the etching having a physical action, reactive ion etching (RIE) is preferable, and inductively coupled plasma (ICP) RIE is more preferable. As a reactive gas for RIE, SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 can be used.

次に、エッチングマスク30が設けられかつ凹部が形成されたp型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに対して、熱エッチングが行われる。たとえば、塩素ガスまたは臭素ガスなどのハロゲンガスを用いてp型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが熱エッチングされる。これにより、第1の主面3aに連接する側面SSと、側面SSと連接する底部BSとを有するトレンチTRが形成される(図9参照)。トレンチTRの底部BSは、p型エピタキシャル領域3内に位置していてもよいし、炭化珪素単結晶基板11内に位置していてもよい。トレンチTRの底部BSが炭化珪素単結晶基板11内に位置している場合、トレンチTRは、p型エピタキシャル領域3を貫通するように形成される。好ましくは、塩素および臭素の少なくともいずれかを含む雰囲気中でp型エピタキシャル領域3を熱エッチングすることによりトレンチTRが形成される。好ましくは、断面視において、一定の間隔を隔てて周期的に複数のトレンチTRが形成される。断面視において、複数のトレンチTRのピッチPは、たとえば1.3μm以上23μm以下である。断面視において、トレンチTRの深さHは、たとえば7μm以上15μm以下である(図3参照)。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aは、珪素面または珪素面から8°以下オフした面であり、好ましくは、珪素面から4°以下オフした面である。トレンチTRの側面SSは、珪素面から50°以上70°以下オフした面である。好ましくは、トレンチTRの側面SSは、炭素面から55°以上70°以下オフした面であり、より好ましくは、炭素面から60°以上70°以下オフした面である。   Next, thermal etching is performed on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 in which the etching mask 30 is provided and the recess is formed. For example, the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is thermally etched using a halogen gas such as chlorine gas or bromine gas. Thereby, a trench TR having a side surface SS connected to the first main surface 3a and a bottom portion BS connected to the side surface SS is formed (see FIG. 9). Bottom portion BS of trench TR may be located in p type epitaxial region 3 or may be located in silicon carbide single crystal substrate 11. When bottom portion BS of trench TR is located in silicon carbide single crystal substrate 11, trench TR is formed so as to penetrate p type epitaxial region 3. Preferably, trench TR is formed by thermally etching p type epitaxial region 3 in an atmosphere containing at least one of chlorine and bromine. Preferably, in a cross-sectional view, a plurality of trenches TR are formed periodically with a constant interval. In cross-sectional view, the pitch P of the plurality of trenches TR is, for example, not less than 1.3 μm and not more than 23 μm. In a cross-sectional view, the depth H of the trench TR is, for example, 7 μm or more and 15 μm or less (see FIG. 3). First main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is a silicon surface or a surface off by 8 ° or less from the silicon surface, and preferably a surface off by 4 ° or less from the silicon surface. Side surface SS of trench TR is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface. Preferably, side surface SS of trench TR is a surface turned off by 55 ° or more and 70 ° or less from the carbon surface, and more preferably a surface turned off by 60 ° or more and 70 ° or less from the carbon surface.

熱エッチングに用いられるガスは、塩素ガスまたは臭素ガスに加えて、酸素ガスを含んでいてもよく、さらに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、ヘリウムガスなどを用いることができる。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気下において、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが、たとえば800℃で熱エッチングされる。好ましくは、熱エッチングにおけるp型エピタキシャル領域3の温度は、700℃以上1300℃以下である。   The gas used for the thermal etching may contain oxygen gas in addition to chlorine gas or bromine gas, and may further contain a carrier gas. As the carrier gas, for example, nitrogen gas, argon gas, helium gas or the like can be used. For example, in a mixed gas atmosphere of chlorine gas and oxygen gas, first main surface 3a of p type epitaxial region 3 is thermally etched at 800 ° C., for example. Preferably, the temperature of the p-type epitaxial region 3 in the thermal etching is 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.

次に、n型エピタキシャル領域形成工程(S30:図6)が実施される。図10を参照して、n型エピタキシャル領域4は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに接し、かつトレンチTRを埋めるように形成される。断面視において、n型エピタキシャル領域4の表面4aは、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上において高くなり、トレンチTRの底部BS上において低くなるように、周期的に高さが変化していてもよい。n型エピタキシャル領域4は、たとえばCVD法により形成される。原料ガスとしては、たとえば、シラン(SiH4)とプロパン(C38)との混合ガスを用い得る。エピタキシャル成長において、たとえば窒素(N)またはリン(P)などのn型不純物が炭化珪素に導入されることによりn型エピタキシャル領域4が形成される。つまり、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、ドーパントとして機能する窒素またはリンを含む原料を用いて行われる。窒素またはリンを含む原料は、液相であってもよいし、気相であってもよい。窒素またはリンを含む原料は、たとえばアンモニア(NH3)またはホスフィン(PH3)などである。 Next, an n-type epitaxial region forming step (S30: FIG. 6) is performed. Referring to FIG. 10, n type epitaxial region 4 is formed to be in contact with first main surface 3a of p type epitaxial region 3 and to fill trench TR. In a cross-sectional view, the surface 4a of the n-type epitaxial region 4 periodically changes in height so as to be higher on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 and lower on the bottom BS of the trench TR. You may do it. N type epitaxial region 4 is formed by, for example, a CVD method. As the source gas, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) can be used. In epitaxial growth, n-type epitaxial region 4 is formed by introducing n-type impurities such as nitrogen (N) or phosphorus (P) into silicon carbide. That is, the step of forming the n-type epitaxial region 4 is performed using a raw material containing nitrogen or phosphorus that functions as a dopant. The raw material containing nitrogen or phosphorus may be a liquid phase or a gas phase. The raw material containing nitrogen or phosphorus is, for example, ammonia (NH 3 ) or phosphine (PH 3 ).

次に、平坦化工程が実施される。たとえば、n型エピタキシャル領域4の表面4aに対して化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)が実施されることにより、n型エピタキシャル領域4の表面4aが平坦化される。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが露出するまで、n型エピタキシャル領域4の一部が除去される。n型エピタキシャル領域4とともに、p型エピタキシャル領域3の一部が除去されてもよい。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々が平坦化される(図11参照)。n型エピタキシャル領域4の表面4aは、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが延在する方向に沿うように形成される。以上のように、トレンチTRを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、トレンチTRの側面SSと、トレンチTRの底部BSとに接するn型エピタキシャル領域4が形成された後、トレンチTRの側面SSおよび底部BSの各々に接するn型エピタキシャル領域4の部分を残しつつ、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが露出するまでn型エピタキシャル領域4に対して化学的機械研磨が行われる。これにより、トレンチTRの側面SSおよび底部BSの双方においてp型エピタキシャル領域3に接し、かつ炭化珪素からなるn型エピタキシャル領域4が形成される。   Next, a planarization process is performed. For example, the surface 4a of the n-type epitaxial region 4 is planarized by performing chemical mechanical polishing (CMP) on the surface 4a of the n-type epitaxial region 4. A portion of n-type epitaxial region 4 is removed until first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is exposed. A part of the p-type epitaxial region 3 may be removed together with the n-type epitaxial region 4. Thereby, each of first main surface 3a of p type epitaxial region 3 and surface 4a of n type epitaxial region 4 is planarized (see FIG. 11). Surface 4a of n-type epitaxial region 4 is formed along the direction in which first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 extends. As described above, after the step of forming trench TR, n-type epitaxial region 4 in contact with first main surface 3a of p-type epitaxial region 3, side surface SS of trench TR, and bottom portion BS of trench TR is formed. After that, with respect to the n-type epitaxial region 4 until the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is exposed, leaving a portion of the n-type epitaxial region 4 in contact with each of the side surface SS and the bottom BS of the trench TR. Chemical mechanical polishing is performed. Thereby, n type epitaxial region 4 made of silicon carbide is formed in contact with p type epitaxial region 3 on both side surface SS and bottom portion BS of trench TR.

図3に示すように、n型エピタキシャル領域4は、トレンチTRの底部BSにおいてp型エピタキシャル領域3に接する第1n型領域4cと、トレンチTRの側面SSにおいてp型エピタキシャル領域3に接する第2n型領域4dとを含む。第2n型領域4dは、第1n型領域4cよりも高い不純物濃度を有する。つまり、第2n型領域4dが含む窒素などのn型不純物の濃度は、第1n型領域4cが含む窒素などのn型不純物の濃度よりも高い。好ましくは、第2n型領域4dの不純物濃度は、5×1015cm-3以上1×1018cm-3以下である。以上により、断面視において、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bと平行な方向に沿って、p型エピタキシャル領域3と、n型エピタキシャル領域4とが交互に配置されたスーパージャンクション構造5が形成される。 As shown in FIG. 3, the n-type epitaxial region 4 includes a first n-type region 4c in contact with the p-type epitaxial region 3 at the bottom BS of the trench TR and a second n-type region in contact with the p-type epitaxial region 3 at the side surface SS of the trench TR. Region 4d. The second n-type region 4d has a higher impurity concentration than the first n-type region 4c. That is, the concentration of the n-type impurity such as nitrogen contained in the second n-type region 4d is higher than the concentration of the n-type impurity such as nitrogen contained in the first n-type region 4c. Preferably, the impurity concentration of the second n-type region 4d is not less than 5 × 10 15 cm −3 and not more than 1 × 10 18 cm −3 . As described above, the super junction structure 5 in which the p-type epitaxial regions 3 and the n-type epitaxial regions 4 are alternately arranged along the direction parallel to the second main surface 3b of the p-type epitaxial region 3 in a cross-sectional view. Is formed.

次に、半導体層形成工程(S40:図6)が実施される。半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの双方を覆うように形成される。具体的には、たとえばCVD法により形成される。原料ガスとしては、たとえば、シラン(SiH4)とプロパン(C38)との混合ガスを用い得る。エピタキシャル成長において、たとえばアルミニウム(Al)またはホウ素(B)などのp型不純物が炭化珪素に導入されることにより、炭化珪素からなり、p型を有するドリフト領域12が形成される。図12(A)および図12(B)を参照して、ドリフト領域12は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの双方を覆うように形成される。 Next, a semiconductor layer forming step (S40: FIG. 6) is performed. The semiconductor layer 2 is formed so as to cover both the first main surface 3 a of the p-type epitaxial region 3 and the surface 4 a of the n-type epitaxial region 4. Specifically, it is formed by, for example, a CVD method. As the source gas, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) can be used. In epitaxial growth, a p-type impurity such as aluminum (Al) or boron (B) is introduced into silicon carbide, so that drift region 12 made of silicon carbide and having p-type is formed. Referring to FIGS. 12A and 12B, drift region 12 is formed to cover both first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and surface 4a of n-type epitaxial region 4. The

次に、接続領域17が形成される。図13(A)および(B)を参照して、たとえば、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上のドリフト領域12の部分を覆い、n型エピタキシャル領域4の表面4a上に開口を有するイオン注入マスク(図示せず)が設けられる。当該イオン注入マスクを用いて、リンなどのn型不純物が、ドリフト領域12に対してイオン注入される。これにより、n型エピタキシャル領域4の表面4a上に接続領域17が形成される。p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上にはドリフト領域12が残される。   Next, the connection region 17 is formed. Referring to FIGS. 13A and 13B, for example, a portion of drift region 12 on first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is covered, and an opening is formed on surface 4a of n-type epitaxial region 4. An ion implantation mask (not shown) is provided. An n-type impurity such as phosphorus is ion-implanted into the drift region 12 using the ion implantation mask. Thereby, a connection region 17 is formed on the surface 4a of the n-type epitaxial region 4. Drift region 12 is left on first main surface 3 a of p-type epitaxial region 3.

次に、ベース領域13が形成される。図14(A)および(B)を参照して、たとえば、エピタキシャル成長によって、窒素などのn型不純物が炭化珪素に導入されながら、n型を有するベース領域13が形成される。ベース領域13は、ドリフト領域12および接続領域17の双方を覆うように形成される。   Next, the base region 13 is formed. Referring to FIGS. 14A and 14B, base region 13 having n-type is formed while n-type impurities such as nitrogen are introduced into silicon carbide by, for example, epitaxial growth. Base region 13 is formed to cover both drift region 12 and connection region 17.

次に、ソース領域14が形成される。たとえばベース領域13の表面全体に対して、たとえばアルミニウムなどのp型不純物がイオン注入されることにより、ベース領域13に接するソース領域14が形成される。ソース領域14は、炭化珪素基板10の第3の主面10aを構成する。なおイオン注入に代わり、不純物の添加をともなうにエピタキシャル成長が用いられることにより、ソース領域14が形成されてもよい。   Next, the source region 14 is formed. For example, a p-type impurity such as aluminum is ion-implanted into the entire surface of base region 13 to form source region 14 in contact with base region 13. Source region 14 constitutes third main surface 10a of silicon carbide substrate 10. Note that the source region 14 may be formed by using epitaxial growth with addition of impurities instead of ion implantation.

次に、コンタクト領域18が形成される。図15(A)および(B)を参照して、たとえば、ソース領域14の表面の一部に対して、リンなどのn型不純物がイオン注入されることにより、ソース領域14およびベース領域13の各々を貫通して、接続領域17に接するコンタクト領域18が形成される。コンタクト領域18は、ドリフト領域12に接するように形成されてもよい。   Next, the contact region 18 is formed. Referring to FIGS. 15A and 15B, for example, an n-type impurity such as phosphorus is ion-implanted into a part of the surface of source region 14 so that source region 14 and base region 13 are A contact region 18 is formed in contact with the connection region 17 through each of them. Contact region 18 may be formed in contact with drift region 12.

次に、半導体層2にイオン注入された不純物を活性化するための活性化アニールが行われる。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。以上により、p型を有するドリフト領域12と、ドリフト領域12上に設けられn型を有するベース領域13と、ベース領域13上に設けられp型を有するソース領域14と、ソース領域14を貫通してベース領域13に接し、かつn型を有するコンタクト領域を含む半導体層2が形成される。ソース領域14およびコンタクト領域18は、炭化珪素基板10の第3の主面10aを構成する。   Next, activation annealing for activating the impurities implanted into the semiconductor layer 2 is performed. The temperature of activation annealing is preferably 1500 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower, for example, about 1700 ° C. The activation annealing time is, for example, about 30 minutes. The atmosphere of activation annealing is preferably an inert gas atmosphere, for example, an Ar atmosphere. As described above, the p-type drift region 12, the n-type base region 13 provided on the drift region 12, the p-type source region 14 provided on the base region 13, and the source region 14 are penetrated. Thus, the semiconductor layer 2 is formed which is in contact with the base region 13 and includes an n-type contact region. Source region 14 and contact region 18 constitute third main surface 10a of silicon carbide substrate 10.

次に、ゲートトレンチ形成工程が実施される。たとえば、炭化珪素基板10の第3の主面10a上に、開口部を有するエッチングマスク31が形成される。開口部はゲートトレンチGT(図1)の位置に対応して形成される。図11を参照して、エッチングマスク31は、第3の主面10aにおいてコンタクト領域18と、ソース領域14とに接して形成される。エッチングマスク31は、たとえば炭化珪素基板10の第3の主面10aを熱酸化することによりシリコン酸化膜を形成した後、当該シリコン酸化膜をパターニングすることにより形成され得る。   Next, a gate trench formation step is performed. For example, etching mask 31 having an opening is formed on third main surface 10a of silicon carbide substrate 10. The opening is formed corresponding to the position of the gate trench GT (FIG. 1). Referring to FIG. 11, etching mask 31 is formed in contact with contact region 18 and source region 14 on third main surface 10a. Etching mask 31 can be formed, for example, by forming a silicon oxide film by thermally oxidizing third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 and then patterning the silicon oxide film.

次に、エッチングマスク31が設けられた炭化珪素基板10の第3の主面10aに対して、物理的作用を有するエッチングが行われる。これによりエッチングマスク31の開口部において、ソース領域14と、ベース領域13と、ドリフト領域12の、接続領域17の一部とがエッチングにより除去されることにより、第3の主面10aにゲートトレンチGTが形成される(図16参照)。ゲートトレンチGTは第3の主面10aに対してほぼ垂直な側面SWと、第3の主面10aにほぼ平行な底部BTとを有する。物理的作用を有するエッチングとしては、反応性イオンエッチング(RIE)が好ましく、誘導結合プラズマ(ICP)RIEがより好ましい。RIEの反応ガスとしては、SF6またはSF6とO2との混合ガスを用いることができる。 Next, etching having a physical action is performed on third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 provided with etching mask 31. As a result, the source region 14, the base region 13, and a part of the connection region 17 of the drift region 12 are removed by etching in the opening of the etching mask 31, so that a gate trench is formed in the third main surface 10 a. A GT is formed (see FIG. 16). Gate trench GT has a side surface SW substantially perpendicular to third main surface 10a and a bottom portion BT substantially parallel to third main surface 10a. As the etching having a physical action, reactive ion etching (RIE) is preferable, and inductively coupled plasma (ICP) RIE is more preferable. As a reactive gas for RIE, SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 can be used.

次に、ゲート酸化膜形成工程が実施される。炭化珪素基板10の第3の主面10aと、ゲートトレンチGTの側面SWおよび底部BTの各々とを覆うゲート絶縁膜15が形成される。より詳細には、ゲートトレンチGTの側面SWにおいて、ドリフト領域12と、ベース領域13と、ソース領域14とに接し、かつゲートトレンチGTの底部BTにおいてドリフト領域12と接するゲート絶縁膜15が形成される。ゲート絶縁膜15は、たとえば熱酸化により形成される。好ましくは、1300℃以下で炭化珪素基板10を酸化することにより、ゲート絶縁膜15がゲートトレンチGTの側面SWおよび底部BTの各々に接して形成される。ゲート絶縁膜15は、ゲートトレンチGTの側面SWおよび底部BTの各々において接続領域17と接していてもよい。   Next, a gate oxide film forming step is performed. Gate insulating film 15 is formed to cover third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 and each of side surface SW and bottom portion BT of gate trench GT. More specifically, the gate insulating film 15 is formed on the side surface SW of the gate trench GT, in contact with the drift region 12, the base region 13, and the source region 14, and in contact with the drift region 12 at the bottom BT of the gate trench GT. The The gate insulating film 15 is formed by, for example, thermal oxidation. Preferably, by oxidizing silicon carbide substrate 10 at 1300 ° C. or lower, gate insulating film 15 is formed in contact with each of side surface SW and bottom portion BT of gate trench GT. The gate insulating film 15 may be in contact with the connection region 17 on each of the side surface SW and the bottom portion BT of the gate trench GT.

ゲート酸化膜形成後に、雰囲気ガスとして一酸化窒素(NO)ガスを用いるNOアニールが行われてもよい。温度プロファイルは、たとえば、温度1100℃以上1300℃以下、保持時間1時間程度の条件を有する。これにより、ゲート絶縁膜15とベース領域13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。なお、このような窒素原子の導入が可能であれば、NOガス以外のガスが雰囲気ガスとして用いられてもよい。NOアニールの後にさらに、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、上記NOアニールの加熱温度よりも高く、ゲート絶縁膜15の融点よりも低いことが好ましい。この加熱温度が保持される時間は、たとえば1時間程度である。これにより、ゲート絶縁膜15とベース領域13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。   After the gate oxide film is formed, NO annealing using nitrogen monoxide (NO) gas as the atmospheric gas may be performed. The temperature profile has, for example, conditions of a temperature of 1100 ° C. to 1300 ° C. and a holding time of about 1 hour. Thereby, nitrogen atoms are introduced into the interface region between the gate insulating film 15 and the base region 13. As a result, the formation of interface states in the interface region is suppressed, so that channel mobility can be improved. As long as such nitrogen atoms can be introduced, a gas other than NO gas may be used as the atmospheric gas. Ar annealing using argon (Ar) as an atmospheric gas may be further performed after the NO annealing. The heating temperature for Ar annealing is preferably higher than the heating temperature for NO annealing and lower than the melting point of the gate insulating film 15. The time during which this heating temperature is maintained is, for example, about 1 hour. Thereby, the formation of interface states in the interface region between the gate insulating film 15 and the base region 13 is further suppressed. Note that other inert gas such as nitrogen gas may be used as the atmospheric gas instead of Ar gas.

次に、ゲート電極形成工程が実施される。図1を参照して、ゲート絶縁膜15上にゲート電極27が形成される。たとえば、ゲート電極27は、ゲート絶縁膜15上に、導体または不純物がドープされたポリシリコンを成膜することにより形成される。ゲート電極27は、トレンチTRの内部を埋めるように形成される。次に、ゲート電極27およびゲート絶縁膜15上に層間絶縁膜21が形成される。次に、層間絶縁膜21に開口部が形成されるようにエッチングが行われる。当該開口部によって、炭化珪素基板10の第3の主面10a上において、ソース領域14と、コンタクト領域18とが層間絶縁膜21から露出される。   Next, a gate electrode formation step is performed. Referring to FIG. 1, gate electrode 27 is formed on gate insulating film 15. For example, the gate electrode 27 is formed by depositing a conductor or impurity doped polysilicon on the gate insulating film 15. Gate electrode 27 is formed to fill the inside of trench TR. Next, the interlayer insulating film 21 is formed on the gate electrode 27 and the gate insulating film 15. Next, etching is performed so that an opening is formed in the interlayer insulating film 21. Through the opening, source region 14 and contact region 18 are exposed from interlayer insulating film 21 on third main surface 10a of silicon carbide substrate 10.

次に、第1電極形成工程(S50:図6)が実施される。図1を参照して、半導体層2に接する第1電極(ソース電極16)が形成される。具体的には、炭化珪素基板10の第3の主面10aにおいて、ソース領域14と、コンタクト領域18とに接するソース電極16が形成される。ソース電極16は、たとえばTiAlSiを含む材料からなる。次に、ソース電極16が形成された炭化珪素基板10が、たとえば1000℃程度に加熱されることにより、ソース電極16が炭化珪素基板10のソース領域14とオーミック接合する。   Next, a first electrode formation step (S50: FIG. 6) is performed. Referring to FIG. 1, a first electrode (source electrode 16) in contact with semiconductor layer 2 is formed. Specifically, source electrode 16 in contact with source region 14 and contact region 18 is formed on third main surface 10a of silicon carbide substrate 10. The source electrode 16 is made of a material containing, for example, TiAlSi. Next, silicon carbide substrate 10 on which source electrode 16 is formed is heated to about 1000 ° C., for example, so that source electrode 16 is in ohmic contact with source region 14 of silicon carbide substrate 10.

次に、第2電極形成工程(S60:図6)が実施される。p型エピタキシャル領域3の第2の主面3b側に第2電極(ドレイン電極20)が形成される。具体的には、炭化珪素単結晶基板11の第4の主面10bに、たとえばTiAlSiを含む材料からなるドレイン電極20が形成される。次に、たとえばレーザーアニールによりドレイン電極20が加熱されることにより、炭化珪素単結晶基板11とオーミック接合するドレイン電極20が形成される。以上により、図1に示すMOSFET1の製造が完成する。   Next, a second electrode formation step (S60: FIG. 6) is performed. A second electrode (drain electrode 20) is formed on the second main surface 3b side of the p-type epitaxial region 3. Specifically, drain electrode 20 made of, for example, a material containing TiAlSi is formed on fourth main surface 10b of silicon carbide single crystal substrate 11. Next, drain electrode 20 that is in ohmic contact with silicon carbide single crystal substrate 11 is formed by heating drain electrode 20 by laser annealing, for example. Thus, the manufacture of MOSFET 1 shown in FIG. 1 is completed.

次に、スーパージャンクション構造5の製造方法の第1の変形例について説明する。
まず、図9に示すように、熱エッチングにより、p型エピタキシャル領域3の第3の主面10aと連接する側面SSと、側面SSと連接する底部BSとを有するトレンチTRが形成される。次に、エッチングマスク30が任意の方法により除去される。
Next, a first modification of the method for manufacturing the super junction structure 5 will be described.
First, as shown in FIG. 9, a trench TR having a side surface SS connected to the third main surface 10a of the p-type epitaxial region 3 and a bottom portion BS connected to the side surface SS is formed by thermal etching. Next, the etching mask 30 is removed by an arbitrary method.

次に、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上にカーボンマスク33が形成される。たとえば、まずp型エピタキシャル領域3の全面上にレジスト領域が形成される。レジスト領域は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、トレンチTRの側面SSおよび底部BTの各々に接し、トレンチTRを埋めるように形成される。次に、レジスト領域に対してパターニングが行われる。たとえば、トレンチTRの内部に形成されたレジスト領域の部分を選択的に除去することにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上のレジスト領域が残される。次に、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上に形成されたレジスト領域を炭化させる。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上にカーボンマスク33が形成される(図17参照)。なお、カーボンマスク33の形成は、トレンチTRを形成した後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上における珪素を選択的にエッチングして炭素を残すことにより行われてもよい。たとえば、第1の主面3aにトレンチTRが形成されたp型エピタキシャル領域3に対して熱エッチングを行って珪素を選択的にエッチングすることにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、トレンチTRの側面SSと、トレンチTRの底部BSとに接するカーボン層が形成される。次に、たとえばRIEによって、トレンチTRの側面SSと底部BSとに接するカーボン層を選択的に除去することにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上にカーボンマスク33が形成されてもよい(図17参照)。   Next, a carbon mask 33 is formed on first main surface 3 a of p type epitaxial region 3. For example, a resist region is first formed on the entire surface of p type epitaxial region 3. The resist region is formed to be in contact with first main surface 3a of p-type epitaxial region 3, each of side surface SS and bottom portion BT of trench TR, and fill trench TR. Next, patterning is performed on the resist region. For example, a resist region on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is left by selectively removing a portion of the resist region formed in the trench TR. Next, the resist region formed on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is carbonized. Thereby, a carbon mask 33 is formed on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 (see FIG. 17). Carbon mask 33 may be formed by selectively etching silicon on first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 to leave carbon after forming trench TR. For example, the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 is selectively etched by performing thermal etching on the p-type epitaxial region 3 having the trench TR formed in the first main surface 3a. Then, a carbon layer in contact with the side surface SS of the trench TR and the bottom portion BS of the trench TR is formed. Next, a carbon mask 33 is formed on first main surface 3a of p type epitaxial region 3 by selectively removing the carbon layer in contact with side surface SS and bottom portion BS of trench TR, for example, by RIE. It is also possible (see FIG. 17).

次に、n型エピタキシャル領域形成工程(S30:図6)が実施される。n型エピタキシャル領域4は、たとえばCVD法により形成される。原料ガスとしては、たとえば、シラン(SiH4)とプロパン(C38)との混合ガスを用い得る。エピタキシャル成長において、たとえば窒素(N)またはリン(P)などのn型不純物が炭化珪素に導入されることによりn型エピタキシャル領域4が形成される。図18を参照して、n型エピタキシャル領域4は、カーボンマスク33上に位置する第1部分4eと、トレンチTRの側面SSと、トレンチTRの底部BSとに接する第2部分4fとを含む。n型エピタキシャル領域4の第2部分4fは、トレンチTRの内部を埋めるように形成される。 Next, an n-type epitaxial region forming step (S30: FIG. 6) is performed. N type epitaxial region 4 is formed by, for example, a CVD method. As the source gas, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) can be used. In epitaxial growth, n-type epitaxial region 4 is formed by introducing n-type impurities such as nitrogen (N) or phosphorus (P) into silicon carbide. Referring to FIG. 18, n type epitaxial region 4 includes a first portion 4e located on carbon mask 33, a side portion SS of trench TR, and a second portion 4f in contact with bottom portion BS of trench TR. Second portion 4f of n-type epitaxial region 4 is formed so as to fill the inside of trench TR.

次に、カーボンマスク33上にn型エピタキシャル領域4の第1部分4eが形成され、かつトレンチTR内にn型エピタキシャル領域4の第2部分4fが形成された中間基板が酸化炉(図示せず)内に配置される。酸化炉内において、カーボンマスク33を焼いて二酸化炭素にすることにより、カーボンマスク33とともにカーボンマスク33上のn型エピタキシャル領域4の第1部分4eが、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上から除去される。つまり、カーボンマスク33を高温で酸化することにより、n型エピタキシャル領域4の第2部分4fをトレンチTRの内部に残しつつ、カーボンマスク33上のn型エピタキシャル領域4の第1部分4eが除去される。以上により、図11に示すように、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに形成されたトレンチTRの内部にn型エピタキシャル領域4が配置され、かつp型エピタキシャル領域3の第1の主面3aがn型エピタキシャル領域4から露出するようにn型エピタキシャル領域4が形成される。   Next, an intermediate substrate in which the first portion 4e of the n-type epitaxial region 4 is formed on the carbon mask 33 and the second portion 4f of the n-type epitaxial region 4 is formed in the trench TR is an oxidation furnace (not shown). ). In the oxidation furnace, the carbon mask 33 is baked to carbon dioxide, so that the first portion 4e of the n-type epitaxial region 4 on the carbon mask 33 together with the carbon mask 33 becomes the first main surface of the p-type epitaxial region 3. 3a is removed from above. That is, by oxidizing the carbon mask 33 at a high temperature, the first portion 4e of the n-type epitaxial region 4 on the carbon mask 33 is removed while leaving the second portion 4f of the n-type epitaxial region 4 inside the trench TR. The As described above, as shown in FIG. 11, n-type epitaxial region 4 is arranged inside trench TR formed in first main surface 3 a of p-type epitaxial region 3, and first type of p-type epitaxial region 3 is arranged. N type epitaxial region 4 is formed such that main surface 3a is exposed from n type epitaxial region 4.

次に、スーパージャンクション構造5の製造方法の第2の変形例について説明する。
まず、図10を参照して、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aにトレンチTRが形成された後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに接し、かつトレンチTRを埋めるようにトレンチTRの側面SSとトレンチTRの底部BSとに接するn型エピタキシャル領域4が形成される。断面視において、n型エピタキシャル領域4の表面4aは、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上において高くなり、トレンチTRの底部BS上において低くなるように、周期的に高さが変化していてもよい。n型エピタキシャル領域4は、たとえばCVD法により形成される。原料ガスとしては、たとえば、シラン(SiH4)とプロパン(C38)との混合ガスを用い得る。エピタキシャル成長において、たとえば窒素(N)またはリン(P)などのn型不純物が炭化珪素に導入されることによりn型エピタキシャル領域4が形成される。つまり、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、ドーパントとして機能する窒素またはリンを含む原料を用いて行われる。
Next, a second modification of the method for manufacturing the super junction structure 5 will be described.
First, referring to FIG. 10, after trench TR is formed in first main surface 3a of p-type epitaxial region 3, it is in contact with first main surface 3a of p-type epitaxial region 3, and trench TR is filled. Thus, n type epitaxial region 4 in contact with side surface SS of trench TR and bottom portion BS of trench TR is formed. In a cross-sectional view, the surface 4a of the n-type epitaxial region 4 periodically changes in height so as to be higher on the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 and lower on the bottom BS of the trench TR. You may do it. N type epitaxial region 4 is formed by, for example, a CVD method. As the source gas, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) can be used. In epitaxial growth, n-type epitaxial region 4 is formed by introducing n-type impurities such as nitrogen (N) or phosphorus (P) into silicon carbide. That is, the step of forming the n-type epitaxial region 4 is performed using a raw material containing nitrogen or phosphorus that functions as a dopant.

次に、図19を参照して、n型エピタキシャル領域4の表面4a全体にマスク層32が形成される。マスク層32は、たとえばレジストである。次に、マスク層32の表面全体に対してエッチングが行われる。n型エピタキシャル領域4の表面4aの一部が露出するまでマスク層32がエッチングされる。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aの上方に位置するマスク層32の部分が除去され、トレンチTRの底部BSの上方に位置するマスク層32の部分が残される(図20参照)。   Next, referring to FIG. 19, mask layer 32 is formed on the entire surface 4 a of n type epitaxial region 4. The mask layer 32 is a resist, for example. Next, the entire surface of the mask layer 32 is etched. Mask layer 32 is etched until part of surface 4a of n-type epitaxial region 4 is exposed. Thereby, the portion of mask layer 32 located above first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is removed, and the portion of mask layer 32 located above bottom portion BS of trench TR is left (FIG. 20). reference).

次に、図21を参照して、n型エピタキシャル領域4の表面4aに残ったマスク層32を用いて、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが露出するまでn型エピタキシャル領域4がエッチングされる。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上のn型エピタキシャル領域4の部分が除去される。当該エッチングにより、マスク層32直下のn型エピタキシャル領域4の一部が除去されてもよい。n型エピタキシャル領域4がエッチングされた後、マスク層32がn型エピタキシャル領域4の表面4aから除去される。以上により、図9に示すように、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに形成されたトレンチTRの内部にn型エピタキシャル領域4が配置され、かつp型エピタキシャル領域3の第1の主面3aがn型エピタキシャル領域4から露出するようにn型エピタキシャル領域4が形成される。   Next, referring to FIG. 21, n-type epitaxial region 4 is formed using mask layer 32 remaining on surface 4 a of n-type epitaxial region 4 until first main surface 3 a of p-type epitaxial region 3 is exposed. Etched. Thereby, the portion of n type epitaxial region 4 on first main surface 3a of p type epitaxial region 3 is removed. A part of the n-type epitaxial region 4 directly under the mask layer 32 may be removed by the etching. After the n-type epitaxial region 4 is etched, the mask layer 32 is removed from the surface 4 a of the n-type epitaxial region 4. As described above, as shown in FIG. 9, n-type epitaxial region 4 is arranged inside trench TR formed in first main surface 3 a of p-type epitaxial region 3, and first type of p-type epitaxial region 3 is provided. N type epitaxial region 4 is formed such that main surface 3a is exposed from n type epitaxial region 4.

次に、実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置およびその製造方法の作用効果について説明する。   Next, functions and effects of the silicon carbide semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the first embodiment will be described.

実施の形態1に係るMOSFET1によれば、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに形成されるトレンチTRの側面SSを、珪素面から50°以上70°以下オフした面とし、当該側面SS上にn型エピタキシャル領域4を形成することにより、当該側面SS上のn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を、トレンチTRの側面SSが炭素面または珪素面から90°オフした面上に形成したn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度よりも高くすることができる。n型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を高くすることで、n型エピタキシャル領域4と接するp型エピタキシャル領域3のp型不純物の濃度を高くすることが可能である。そのため、電流経路となるp型エピタキシャル領域3のp型不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素半導体装置1の順方向抵抗を低減することができる。結果として、n型エピタキシャル領域4とp型エピタキシャル領域3とで形成されるスーパージャンクション構造でMOSFET1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   According to MOSFET 1 according to the first embodiment, side surface SS of trench TR formed in first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is a surface off from 50 ° to 70 ° from the silicon surface. By forming the n-type epitaxial region 4 on the SS, the concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4 on the side surface SS is reduced on the surface where the side surface SS of the trench TR is 90 ° off from the carbon surface or the silicon surface. The concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4 formed in the above can be made higher. By increasing the concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4, the concentration of the p-type impurity in the p-type epitaxial region 3 in contact with the n-type epitaxial region 4 can be increased. As a result, the p-type impurity concentration in p-type epitaxial region 3 serving as a current path is increased, so that the forward resistance of silicon carbide semiconductor device 1 can be reduced. As a result, it is possible to reduce the forward resistance while increasing the breakdown voltage of the MOSFET 1 with the super junction structure formed by the n-type epitaxial region 4 and the p-type epitaxial region 3.

また実施の形態1に係るMOSFET1によれば、n型エピタキシャル領域4は、トレンチTRの底部BSにおいてp型エピタキシャル領域3に接する第1n型領域4cと、トレンチTRの側面SSにおいてp型エピタキシャル領域3に接する第2n型領域4dとを含む。第2n型領域4dは、第1n型領域4cよりも高い不純物濃度を有する。これにより、第2n型領域4dと接するp型エピタキシャル領域3の部分の不純物濃度は高くなり順方向抵抗を低減することができ、低損失なMOSFET1になる。   According to MOSFET 1 according to the first embodiment, n-type epitaxial region 4 includes first n-type region 4c in contact with p-type epitaxial region 3 at bottom BS of trench TR, and p-type epitaxial region 3 at side surface SS of trench TR. And a second n-type region 4d in contact with. The second n-type region 4d has a higher impurity concentration than the first n-type region 4c. As a result, the impurity concentration in the portion of the p-type epitaxial region 3 in contact with the second n-type region 4d is increased, the forward resistance can be reduced, and the MOSFET 1 has a low loss.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1によれば、第2n型領域4dの不純物濃度は、5×1015cm-3以上1×1018cm-3以下である。第2n型領域4dの不純物濃度を5×1015cm-3以上とすることにより、順方向の抵抗を低減することができる。また第2n型領域4dの不純物濃度を1×1018cm-3以下とすることにより、高い耐電圧を維持することができる。 Furthermore, according to MOSFET 1 according to the first embodiment, the impurity concentration of second n-type region 4d is not less than 5 × 10 15 cm −3 and not more than 1 × 10 18 cm −3 . The forward resistance can be reduced by setting the impurity concentration of the second n-type region 4d to 5 × 10 15 cm −3 or more. Further, by setting the impurity concentration of the second n-type region 4d to 1 × 10 18 cm −3 or less, a high withstand voltage can be maintained.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1によれば、半導体層2に接するn型エピタキシャル領域4の表面は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aが延在する方向に沿って形成されている。これにより、スイッチング領域を確保することができる。   Furthermore, according to MOSFET 1 according to the first embodiment, the surface of n type epitaxial region 4 in contact with semiconductor layer 2 is formed along the direction in which first main surface 3a of p type epitaxial region 3 extends. . Thereby, a switching area | region can be ensured.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1によれば、トレンチの側面は、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに垂直な方向において第1の主面3aから0.2μm以内の第1側面部SS1と、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに垂直な方向においてトレンチの底部から0.2μm以内の第2側面部SS2と、第1側面部SS1と第2側面部SS2とを繋ぐ第3側面部SS3とを有する。第3側面部SS3における面方位のばらつきは3°以内である。これにより、電界の集中を緩和することができる。   Furthermore, according to MOSFET 1 according to the first embodiment, the side surface of the trench is a first side surface portion within 0.2 μm from first main surface 3a in the direction perpendicular to second main surface 3b of p-type epitaxial region 3. SS1, the second side surface portion SS2 within 0.2 μm from the bottom of the trench in the direction perpendicular to the second main surface 3b of the p-type epitaxial region 3, and the first side surface portion SS1 and the second side surface portion SS2 are connected. And a third side surface portion SS3. The variation of the plane orientation in the third side surface portion SS3 is within 3 °. Thereby, the concentration of the electric field can be relaxed.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1によれば、ゲート絶縁膜15をさらに備える。半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、n型エピタキシャル領域4とに接し、p型を有するドリフト領域12と、ドリフト領域12に接し、かつn型を有するベース領域13と、ベース領域13によってドリフト領域12から隔てられ、かつp型を有するソース領域14とを含む。ゲート絶縁膜15は、ドリフト領域12と、ベース領域13と、ソース領域14とに接する。第1電極16は、ソース領域14と接している。これにより、ゲート絶縁膜15を備える炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   Further, the MOSFET 1 according to the first embodiment further includes the gate insulating film 15. Semiconductor layer 2 is in contact with first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and n-type epitaxial region 4, drift region 12 having p-type, and base region having n-type in contact with drift region 12 13 and a source region 14 which is separated from drift region 12 by base region 13 and has p-type. Gate insulating film 15 is in contact with drift region 12, base region 13, and source region 14. The first electrode 16 is in contact with the source region 14. Thereby, the forward resistance can be reduced while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 including gate insulating film 15.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1によれば、半導体層2の表面には、ソース領域14およびベース領域13の双方を貫通し、ドリフト領域12に至るゲートトレンチGTが設けられている。ゲート絶縁膜15は、ゲートトレンチの側面においてソース領域14と、ベース領域13とに接し、かつゲートトレンチの底部においてドリフト領域12と接している。これにより、ゲートトレンチGTを有する炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   Furthermore, according to MOSFET 1 according to the first embodiment, the surface of semiconductor layer 2 is provided with gate trench GT that penetrates both source region 14 and base region 13 and reaches drift region 12. The gate insulating film 15 is in contact with the source region 14 and the base region 13 on the side surface of the gate trench, and is in contact with the drift region 12 at the bottom of the gate trench. Thereby, it is possible to reduce the forward resistance while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 having gate trench GT.

実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aに形成されるトレンチTRの側面SSを、珪素面から50°以上70°以下オフした面とし、当該側面SS上にn型エピタキシャル領域4を形成することにより、当該側面SS上のn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を、トレンチTRの側面SSが炭素面または珪素面から90°オフした面上に形成したn型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度よりも高くすることができる。n型エピタキシャル領域4のn型不純物の濃度を高くすることで、n型エピタキシャル領域4と接するp型エピタキシャル領域3のp型不純物の濃度を高くすることが可能である。そのため、電流経路となるp型エピタキシャル領域3のp型不純物の濃度が高くなるので、炭化珪素半導体装置1の順方向抵抗を低減することができる。結果として、n型エピタキシャル領域4とp型エピタキシャル領域3とで形成されるスーパージャンクション構造で炭化珪素半導体装置1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   According to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, side surface SS of trench TR formed in first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from the silicon surface. By forming the n-type epitaxial region 4 on the side surface SS, the n-type impurity concentration in the n-type epitaxial region 4 on the side surface SS is reduced by 90 ° from the carbon surface or silicon surface of the side surface SS of the trench TR. The concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4 formed on the surface can be made higher. By increasing the concentration of the n-type impurity in the n-type epitaxial region 4, the concentration of the p-type impurity in the p-type epitaxial region 3 in contact with the n-type epitaxial region 4 can be increased. As a result, the p-type impurity concentration in p-type epitaxial region 3 serving as a current path is increased, so that the forward resistance of silicon carbide semiconductor device 1 can be reduced. As a result, it is possible to reduce the forward resistance while increasing the breakdown voltage of silicon carbide semiconductor device 1 with the super junction structure formed by n type epitaxial region 4 and p type epitaxial region 3.

また実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、トレンチを形成する工程は、塩素および臭素の少なくともいずれかを含む雰囲気中でp型エピタキシャル領域3が熱エッチングされることにより行われる。これにより、効果的にトレンチTRを形成することができる。   Further, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming the trench is performed by thermally etching p type epitaxial region 3 in an atmosphere containing at least one of chlorine and bromine. Thereby, trench TR can be formed effectively.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、熱エッチングの温度は、700℃以上1300℃以下である。熱エッチングの温度が700℃未満の場合、エッチングレートが遅いためプロセス時間が長くなる。一方、熱エッチングの温度が1300℃よりも高い場合、エッチングレートが速すぎるため、トレンチTRの形状を精度よく制御することが困難となる。熱エッチングの温度を700℃以上1300℃以下とすることにより、プロセス時間を短縮しつつトレンチTRの形状を精度よく制御することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the temperature of thermal etching is 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. When the temperature of the thermal etching is less than 700 ° C., the process time becomes long because the etching rate is slow. On the other hand, when the temperature of the thermal etching is higher than 1300 ° C., the etching rate is too fast, so that it is difficult to accurately control the shape of the trench TR. By setting the temperature of the thermal etching to 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, the shape of the trench TR can be accurately controlled while shortening the process time.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、ドーパントとして機能する窒素またはリンを含む原料を用いて行われる。これにより、高い不純物濃度を有するn型エピタキシャル領域4を形成することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming n-type epitaxial region 4 is performed using a raw material containing nitrogen or phosphorus that functions as a dopant. Thereby, the n-type epitaxial region 4 having a high impurity concentration can be formed.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、トレンチを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aにカーボンマスク33を形成する工程と、カーボンマスク上に位置する第1部分と、トレンチの側面と、トレンチの底部とに接する第2部分とを含むn型エピタキシャル領域4を形成する工程と、n型エピタキシャル領域4の第2部分を残しつつ、カーボンマスク上のn型エピタキシャル領域4の第1部分を除去する工程とを含む。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々を効果的に平坦化することができる。   Furthermore, according to the method of manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming n-type epitaxial region 4 includes the step of forming a carbon mask 33 on first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 after the step of forming a trench. Forming an n-type epitaxial region 4 including a step of forming, a first portion located on the carbon mask, a second portion in contact with a side surface of the trench, and a bottom of the trench; Removing the first portion of the n-type epitaxial region 4 on the carbon mask while leaving the second portion. Thereby, each of first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and surface 4a of n-type epitaxial region 4 can be effectively planarized.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、カーボンマスクを形成する工程は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上にレジスト領域を形成する工程と、レジスト領域を炭化させる工程とを有する。これにより、効率的にカーボンマスク33を形成することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming the carbon mask includes the step of forming a resist region on first main surface 3a of p-type epitaxial region 3, and carbonizing the resist region. Process. Thereby, the carbon mask 33 can be formed efficiently.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、カーボンマスクを形成する工程は、トレンチを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3a上における珪素を選択的にエッチングして炭素を残すことにより行われる。これにより、効率的にカーボンマスク33を形成することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming the carbon mask selectively etches silicon on first main surface 3a of p type epitaxial region 3 after the step of forming the trench. This is done by leaving carbon. Thereby, the carbon mask 33 can be formed efficiently.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、トレンチを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、トレンチの側面と、トレンチの底部とに接するn型エピタキシャル領域4を形成する工程と、トレンチの側面および底部の各々に接するn型エピタキシャル領域4の部分を残しつつ、第1の主面3aが露出するまでn型エピタキシャル領域4に対して化学的機械研磨が行われる工程とを含む。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々を効果的に平坦化することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming n-type epitaxial region 4 includes the step of forming the trench, the first main surface 3a of p-type epitaxial region 3, and the side surface of the trench. And a step of forming n-type epitaxial region 4 in contact with the bottom of the trench, and a portion of n-type epitaxial region 4 in contact with each of the side and bottom of the trench, while leaving the first main surface 3a exposed. A step of performing chemical mechanical polishing on the mold epitaxial region 4. Thereby, each of first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and surface 4a of n-type epitaxial region 4 can be effectively planarized.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、n型エピタキシャル領域4を形成する工程は、トレンチを形成する工程後、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、トレンチの側面と、トレンチの底部とに接するn型エピタキシャル領域4を形成する工程と、n型エピタキシャル領域4の表面全体にマスク層32を形成する工程と、n型エピタキシャル領域4の表面の一部が露出するまでマスク層32をエッチングする工程と、n型エピタキシャル領域4の表面に残ったマスク層32を用いて第1の主面3aが露出するまでn型エピタキシャル領域4をエッチングする工程と、n型エピタキシャル領域4をエッチングした後、マスク層32を除去する工程とを含む。これにより、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々を効果的に平坦化することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming n-type epitaxial region 4 includes the step of forming the trench, the first main surface 3a of p-type epitaxial region 3, and the side surface of the trench. A step of forming n-type epitaxial region 4 in contact with the bottom of the trench, a step of forming mask layer 32 on the entire surface of n-type epitaxial region 4, and a part of the surface of n-type epitaxial region 4 is exposed. Etching the mask layer 32 until the first main surface 3a is exposed using the mask layer 32 remaining on the surface of the n-type epitaxial region 4, and n-type epitaxial And a step of removing the mask layer 32 after etching the region 4. Thereby, each of first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and surface 4a of n-type epitaxial region 4 can be effectively planarized.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、n型エピタキシャル領域4は、トレンチの底部においてp型エピタキシャル領域3に接する第1n型領域4cと、トレンチの側面においてp型エピタキシャル領域3に接する第2n型領域4dとを含む。第2n型領域4dは、第1n型領域4cよりも高い不純物濃度を有する。これにより、第2n型領域4dと接するp型エピタキシャル領域3の部分の不純物濃度を高くすることができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, n-type epitaxial region 4 includes first n-type region 4c in contact with p-type epitaxial region 3 at the bottom of the trench, and p-type epitaxial region 3 on the side of the trench. And a second n-type region 4d in contact therewith. The second n-type region 4d has a higher impurity concentration than the first n-type region 4c. Thereby, the impurity concentration of the portion of the p-type epitaxial region 3 in contact with the second n-type region 4d can be increased.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。実施の形態2に係るMOSFETは、主にゲートトレンチGTの側面SWが底部BTに対して傾斜している点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、その他の構造については実施の形態1に係るMOSFETとほぼ同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。以下、実施の形態1に係るMOSFETの構造と異なる点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
Next, the structure of MOSFET as a silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. The MOSFET according to the second embodiment differs from the MOSFET according to the first embodiment mainly in that the side surface SW of the gate trench GT is inclined with respect to the bottom BT, and the other structures are the same as in the first embodiment. This is almost the same as the MOSFET according to FIG. Therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. The following description will focus on differences from the MOSFET structure according to the first embodiment.

図22を参照して、ゲートトレンチGTの側面SWは、底部BTに対して傾斜している。ゲートトレンチGTの側面SWと、底部BTと平行な面とがなす角度は、たとえば50°以上70°以下である。ゲートトレンチGTの側面SWは、炭素面から<11−20>方向に対して50°以上70°以下オフした面であってもよい。ゲート絶縁膜15は、炭化珪素基板10の第3の主面10aにおいてソース領域14と接し、ゲートトレンチGTの側面SWにおいてソース領域14と、ベース領域13と、ドリフト領域12とに接し、ゲートトレンチGTの底部BTにおいてドリフト領域12と接している。断面視において、複数のゲートトレンチGTが設けられていてもよい。断面視において、複数のゲートトレンチGTの各々の間隔は、スーパージャンクション構造5における複数のトレンチTRの各々の間隔よりも大きくてもよい。   Referring to FIG. 22, side surface SW of gate trench GT is inclined with respect to bottom portion BT. An angle formed between the side surface SW of the gate trench GT and a surface parallel to the bottom portion BT is, for example, 50 ° to 70 °. The side surface SW of the gate trench GT may be a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less with respect to the <11-20> direction from the carbon surface. Gate insulating film 15 is in contact with source region 14 on third main surface 10a of silicon carbide substrate 10, and is in contact with source region 14, base region 13, and drift region 12 on side surface SW of gate trench GT. The bottom region BT of GT is in contact with the drift region 12. In the sectional view, a plurality of gate trenches GT may be provided. In cross-sectional view, the intervals between the plurality of gate trenches GT may be larger than the intervals between the plurality of trenches TR in the super junction structure 5.

ゲート電極27は、ゲート絶縁膜15上に設けられている。ゲート電極27は、ゲート絶縁膜15を介して炭化珪素基板10の第3の主面10aと、トレンチTRの側面SSと、トレンチTRの底部BTとに接している。つまり、ゲート電極27は、トレンチTRの側面SSから第3の主面10aの上方に乗り上げるように形成されている。層間絶縁膜21は、ゲートトレンチGTの内部においてゲート電極27と接している。ゲート電極27は、たとえば不純物を含むポリシリコンからなる。   The gate electrode 27 is provided on the gate insulating film 15. Gate electrode 27 is in contact with third main surface 10a of silicon carbide substrate 10, side surface SS of trench TR, and bottom portion BT of trench TR via gate insulating film 15. That is, the gate electrode 27 is formed so as to run over the third main surface 10a from the side surface SS of the trench TR. The interlayer insulating film 21 is in contact with the gate electrode 27 inside the gate trench GT. The gate electrode 27 is made of polysilicon containing impurities, for example.

次に、本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの製造方法について説明する。実施の形態2に係るMOSFETは、ゲートトレンチGTを形成する際に熱エッチングが用いられる点において実施の形態1に係るMOSFETの製造方法と異なっており、その他の工程については実施の形態1に係るMOSFETの製造方法とほぼ同様である。以下、ゲートトレンチGTの形成方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a MOSFET as a silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. The MOSFET according to the second embodiment is different from the MOSFET manufacturing method according to the first embodiment in that thermal etching is used when forming the gate trench GT, and other steps are related to the first embodiment. This is almost the same as the MOSFET manufacturing method. Hereinafter, a method for forming the gate trench GT will be described.

図16を参照して、エッチングマスク31が設けられた炭化珪素基板10の第3の主面10aに対して、たとえばRIEが実施されることにより、ソース領域14と、ベース領域13と、ドリフト領域12の一部とがエッチングにより除去されることにより、第3の主面10aに連接する側面SWと、側面SWに連接する底部BTとを有するゲートトレンチGTが形成される。   Referring to FIG. 16, for example, RIE is performed on third main surface 10 a of silicon carbide substrate 10 provided with etching mask 31, so that source region 14, base region 13, drift region 12 is removed by etching, thereby forming a gate trench GT having a side surface SW connected to the third main surface 10a and a bottom portion BT connected to the side surface SW.

次に、エッチングマスク31が設けられた炭化珪素基板10の第3の主面10aに対して、熱エッチングが行われる。たとえば、塩素ガスまたは臭素ガスなどのハロゲンガスを用いて炭化珪素基板10の第3の主面10aが熱エッチングされる。これにより、ゲートトレンチGTの側面SSがエッチングされて、ゲートトレンチGTの開口部が広がるようにゲートトレンチGTの側面SWが底部BTに対して傾斜するように形成される。好ましくは、塩素および臭素の少なくともいずれかを含む雰囲気中で半導体層2を熱エッチングすることによりトレンチTRの側面SWが底部BTに対して傾斜する。熱エッチングに用いられるガスは、塩素ガスまたは臭素ガスに加えて、酸素ガスを含んでいてもよく、さらに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、ヘリウムガスなどを用いることができる。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気下において、炭化珪素基板10の第3の主面10aが、たとえば800℃で熱エッチングされる。好ましくは、熱エッチングにおける炭化珪素基板10の温度は、700℃以上1300℃以下であり、より好ましくは800℃以上900℃以下である。以上により、炭化珪素基板10の第3の主面10aにおいて、ソース領域14と、ベース領域13とを貫通してドリフト領域12に至る側面SWと、ドリフト領域12に位置する底部BTとを有するゲートトレンチGTが形成される。   Next, thermal etching is performed on third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 provided with etching mask 31. For example, third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is thermally etched using a halogen gas such as chlorine gas or bromine gas. Thereby, the side surface SS of the gate trench GT is etched, and the side surface SW of the gate trench GT is formed to be inclined with respect to the bottom portion BT so that the opening of the gate trench GT is expanded. Preferably, the side surface SW of the trench TR is inclined with respect to the bottom portion BT by thermally etching the semiconductor layer 2 in an atmosphere containing at least one of chlorine and bromine. The gas used for the thermal etching may contain oxygen gas in addition to chlorine gas or bromine gas, and may further contain a carrier gas. As the carrier gas, for example, nitrogen gas, argon gas, helium gas or the like can be used. For example, in a mixed gas atmosphere of chlorine gas and oxygen gas, third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is thermally etched at 800 ° C., for example. Preferably, the temperature of silicon carbide substrate 10 in the thermal etching is 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. As described above, in third main surface 10a of silicon carbide substrate 10, gate having source region 14, side surface SW that passes through base region 13 and reaches drift region 12, and bottom portion BT located in drift region 12. A trench GT is formed.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。実施の形態3に係るMOSFETは、主に炭化珪素基板10の第3の主面10aにゲートトレンチGTが形成されていない点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、その他の構造については実施の形態1に係るMOSFETとほぼ同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。以下、実施の形態1に係るMOSFETの構造と異なる点を中心に説明する。
(Embodiment 3)
Next, the structure of MOSFET as a silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described. The MOSFET according to the third embodiment is different from the MOSFET according to the first embodiment in that the gate trench GT is not mainly formed on the third main surface 10a of the silicon carbide substrate 10, and the other structures are as follows. This is almost the same as the MOSFET according to the first embodiment. Therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. The following description will focus on differences from the MOSFET structure according to the first embodiment.

図23を参照して、実施の形態3に係るMOSFET1は平面型MOSFETであり、炭化珪素基板10の第3の主面10aにゲートトレンチGTが形成されておらず、ゲート絶縁膜15は、炭化珪素基板10の第3の主面10a上に形成されている。第3の主面10aに対して垂直な方向から見て、ゲート電極27は、長手方向と短手方向とを有する長尺状の形状を有していてもよい。n型エピタキシャル領域4およびp型エピタキシャル領域3の各々の長手方向は、ゲート電極27の長手方向とほぼ平行であってもよい。n型エピタキシャル領域4は、ソース電極16と電気的に接続されている。   Referring to FIG. 23, MOSFET 1 according to the third embodiment is a planar MOSFET, gate trench GT is not formed in third main surface 10a of silicon carbide substrate 10, and gate insulating film 15 is carbonized. It is formed on third main surface 10a of silicon substrate 10. When viewed from a direction perpendicular to the third major surface 10a, the gate electrode 27 may have a long shape having a longitudinal direction and a short direction. The longitudinal direction of each of n type epitaxial region 4 and p type epitaxial region 3 may be substantially parallel to the longitudinal direction of gate electrode 27. N-type epitaxial region 4 is electrically connected to source electrode 16.

ゲート絶縁膜15は、一方のソース領域14の上部表面から他方のソース領域14の上部表面にまで延在するように炭化珪素基板10の第3の主面10aに接して形成されている。ゲート絶縁膜15は、炭化珪素基板10の第3の主面10aにおいてソース領域14、ベース領域13およびドリフト領域12の各々に接している。ゲート電極27は、一方のソース領域14上から他方のソース領域14上にまで延在するように、ゲート絶縁膜15に接触して配置されている。ゲート電極27は、炭化珪素基板10との間にゲート絶縁膜15を挟むようにゲート絶縁膜15上に設けられている。ゲート電極27は、ソース領域14、ベース領域13およびドリフト領域12の上方にゲート絶縁膜15を介して形成されている。層間絶縁膜21は、炭化珪素基板10の第3の主面10aに対向する位置に設けられている。具体的には、層間絶縁膜21は、ゲート電極27を覆うようにゲート電極27およびゲート絶縁膜15の各々に接して設けられている。層間絶縁膜21は、ゲート電極27とソース電極16とを電気的に絶縁している。   Gate insulating film 15 is formed in contact with third main surface 10a of silicon carbide substrate 10 so as to extend from the upper surface of one source region 14 to the upper surface of the other source region 14. Gate insulating film 15 is in contact with each of source region 14, base region 13, and drift region 12 on third main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. Gate electrode 27 is arranged in contact with gate insulating film 15 so as to extend from one source region 14 to the other source region 14. Gate electrode 27 is provided on gate insulating film 15 so as to sandwich gate insulating film 15 between silicon carbide substrate 10. The gate electrode 27 is formed above the source region 14, the base region 13 and the drift region 12 via the gate insulating film 15. Interlayer insulating film 21 is provided at a position facing third main surface 10a of silicon carbide substrate 10. Specifically, the interlayer insulating film 21 is provided in contact with each of the gate electrode 27 and the gate insulating film 15 so as to cover the gate electrode 27. The interlayer insulating film 21 electrically insulates the gate electrode 27 and the source electrode 16 from each other.

(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4に係る炭化珪素半導体装置としてのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の構成について説明する。
(Embodiment 4)
Next, the structure of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) as a silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

図24を参照して、実施の形態4に係るIGBT1は、炭化珪素基板10と、ゲート電極27と、ゲート絶縁膜15と、層間絶縁膜21と、エミッタ電極16と、コレクタ電極20とを主に有している。炭化珪素基板10は、スーパージャンクション構造5と、半導体層2と、コレクタ領域19とを主に有している。実施の形態4に係るスーパージャンクション構造5は、実施の形態1で説明したスーパージャンクション構造5とほぼ同じである。半導体層2は、ドリフト領域12と、ベース領域13と、エミッタ領域14と、コンタクト領域18とを主に有している。好ましくは、半導体層2は、炭化珪素層である。ドリフト領域12は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、n型エピタキシャル領域4とに接し、p型を有する。ベース領域13は、ドリフト領域12に接し、かつn型を有する。エミッタ領域14は、ベース領域13によってドリフト領域12から隔てられ、かつp型を有する。コンタクト領域18は、エミッタ領域14を貫通し、かつベース領域13に接する。ドリフト領域12の厚みは、たとえば100μm程度である。ドリフト領域12が含むアルミニウムなどのp型不純物の濃度は、たとえば5×1014cm-3以上1×1015cm-3以下程度である。 Referring to FIG. 24, IGBT 1 according to the fourth embodiment mainly includes silicon carbide substrate 10, gate electrode 27, gate insulating film 15, interlayer insulating film 21, emitter electrode 16, and collector electrode 20. Have. Silicon carbide substrate 10 mainly includes super junction structure 5, semiconductor layer 2, and collector region 19. The super junction structure 5 according to the fourth embodiment is substantially the same as the super junction structure 5 described in the first embodiment. The semiconductor layer 2 mainly has a drift region 12, a base region 13, an emitter region 14, and a contact region 18. Preferably, semiconductor layer 2 is a silicon carbide layer. Drift region 12 is in contact with first main surface 3a of p-type epitaxial region 3 and n-type epitaxial region 4, and has p-type. Base region 13 is in contact with drift region 12 and has an n-type. Emitter region 14 is separated from drift region 12 by base region 13 and has p-type. The contact region 18 passes through the emitter region 14 and contacts the base region 13. The thickness of drift region 12 is, for example, about 100 μm. The concentration of the p-type impurity such as aluminum included in the drift region 12 is, for example, about 5 × 10 14 cm −3 to 1 × 10 15 cm −3 .

コレクタ領域19は、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bと接し、かつn型を有する。コレクタ電極20は、コレクタ領域19と接している。コレクタ領域19は、p型エピタキシャル領域3と、コレクタ電極20とに挟まれて設けられている。炭化珪素基板10の第3の主面10aには、第3の主面10aと連接する側面SWと、側面SWと連接する底部BTとを有するゲートトレンチGTが設けられていてもよい。ゲート絶縁膜15は、炭化珪素基板10の第3の主面10aにおいてエミッタ領域14と接し、ゲートトレンチGTの側面SWにおいて、ドリフト領域12と、ベース領域13と、エミッタ領域14とに接し、かつゲートトレンチGTの底部BTにおいてドリフト領域12と接している。エミッタ電極16は、炭化珪素基板10の第3の主面10aにおいて、エミッタ領域14およびコンタクト領域18の各々と接している。好ましくは、エミッタ電極16は、エミッタ領域14とオーミック接合しており、かつコレクタ電極20は、コレクタ領域19とオーミック接合している。   Collector region 19 is in contact with second main surface 3b of p type epitaxial region 3 and has n type. The collector electrode 20 is in contact with the collector region 19. The collector region 19 is provided between the p-type epitaxial region 3 and the collector electrode 20. The third main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 may be provided with a gate trench GT having a side surface SW connected to the third main surface 10a and a bottom portion BT connected to the side surface SW. Gate insulating film 15 is in contact with emitter region 14 at third main surface 10a of silicon carbide substrate 10, is in contact with drift region 12, base region 13 and emitter region 14 at side surface SW of gate trench GT, and The bottom region BT of the gate trench GT is in contact with the drift region 12. Emitter electrode 16 is in contact with each of emitter region 14 and contact region 18 on third main surface 10a of silicon carbide substrate 10. Preferably, emitter electrode 16 is in ohmic contact with emitter region 14, and collector electrode 20 is in ohmic contact with collector region 19.

実施の形態4に係るIGBTによれば、半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aと、n型エピタキシャル領域4とに接し、p型を有するドリフト領域12と、ドリフト領域12に接し、かつn型を有するベース領域13と、ベース領域13によってドリフト領域12から隔てられ、かつp型を有するエミッタ領域14とを含んでいる。炭化珪素半導体装置はさらに、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bと接し、かつn型を有するコレクタ領域19と、ドリフト領域12と、ベース領域13と、エミッタ領域14とに接するゲート絶縁膜15とを備えている。エミッタ電極16は、エミッタ領域14と接しており、かつコレクタ電極20は、コレクタ領域19と接している。これにより、エミッタ領域14およびコレクタ領域19を備えるIGBT1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   According to the IGBT according to the fourth embodiment, the semiconductor layer 2 is in contact with the first main surface 3a of the p-type epitaxial region 3 and the n-type epitaxial region 4, and has a drift region 12 having p-type and a drift region. 12 and a base region 13 having an n-type and an emitter region 14 having a p-type and separated from the drift region 12 by the base region 13. The silicon carbide semiconductor device is further in contact with the second main surface 3b of the p-type epitaxial region 3 and with the n-type collector region 19, the drift region 12, the base region 13 and the emitter region 14 in gate insulation. And a film 15. The emitter electrode 16 is in contact with the emitter region 14, and the collector electrode 20 is in contact with the collector region 19. Thereby, it is possible to reduce the forward resistance while increasing the breakdown voltage of the IGBT 1 including the emitter region 14 and the collector region 19.

次に、本発明の実施の形態5に係る炭化珪素半導体装置としてのPNダイオードの構成について説明する。   Next, the configuration of a PN diode as a silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention will be described.

図25を参照して、実施の形態5に係るPNダイオード1は、炭化珪素基板10と、第1電極16と、第2電極20とを主に有している。炭化珪素基板10は、半導体層2と、スーパージャンクション構造5と、炭化珪素単結晶基板11とを主に有している。半導体層2は、たとえば炭化珪素からなり、窒素などのn型不純物を含んでいる。半導体層2の導電型はn型である。半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々に接して設けられている。第1電極16は、半導体層2とオーミック接合している。第1電極16は、たとえばTiAlSiを含んでいる。   Referring to FIG. 25, PN diode 1 according to the fifth embodiment mainly includes silicon carbide substrate 10, first electrode 16, and second electrode 20. Silicon carbide substrate 10 mainly includes semiconductor layer 2, super junction structure 5, and silicon carbide single crystal substrate 11. Semiconductor layer 2 is made of, for example, silicon carbide and includes an n-type impurity such as nitrogen. The conductivity type of the semiconductor layer 2 is n-type. The semiconductor layer 2 is provided in contact with each of the first main surface 3 a of the p-type epitaxial region 3 and the surface 4 a of the n-type epitaxial region 4. The first electrode 16 is in ohmic contact with the semiconductor layer 2. The first electrode 16 includes, for example, TiAlSi.

炭化珪素単結晶基板11は、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに接して設けられている。炭化珪素単結晶基板11は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでおり、p型の導電型を有する。第2電極20は、炭化珪素基板10の第4の主面10bに接して設けられている。第2電極20は、たとえばTiAlSiを含み、炭化珪素基板10の炭化珪素単結晶基板11とオーミック接合している。   Silicon carbide single crystal substrate 11 is provided in contact with second main surface 3 b of p type epitaxial region 3. Silicon carbide single crystal substrate 11 contains a p-type impurity such as aluminum and has p-type conductivity. Second electrode 20 is provided in contact with fourth main surface 10b of silicon carbide substrate 10. Second electrode 20 includes, for example, TiAlSi, and is in ohmic contact with silicon carbide single crystal substrate 11 of silicon carbide substrate 10.

なお、実施の形態5のPNダイオード1が有するスーパージャンクション構造5は、実施の形態1において説明したスーパージャンクション構造5とほぼ同じである。スーパージャンクション構造5は、炭化珪素単結晶基板11と半導体層2との間に配置されている。   The super junction structure 5 included in the PN diode 1 of the fifth embodiment is substantially the same as the super junction structure 5 described in the first embodiment. Super junction structure 5 is arranged between silicon carbide single crystal substrate 11 and semiconductor layer 2.

実施の形態5に係るPNダイオード1によれば、半導体層2の導電型はn型である。第1電極16は、半導体層2とオーミック接合している。これにより、第1電極16が半導体層2とオーミック接合しているPNダイオード1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   According to the PN diode 1 according to the fifth embodiment, the conductivity type of the semiconductor layer 2 is n-type. The first electrode 16 is in ohmic contact with the semiconductor layer 2. Thereby, the forward resistance can be reduced while increasing the breakdown voltage of the PN diode 1 in which the first electrode 16 is in ohmic contact with the semiconductor layer 2.

(実施の形態6)
次に、本発明の実施の形態6に係る炭化珪素半導体装置としてのショットキーバリアダイオードの構成について説明する。
(Embodiment 6)
Next, the configuration of a Schottky barrier diode as a silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention will be described.

図26を参照して、実施の形態6に係るショットキーバリアダイオード1は、炭化珪素基板10と、第1電極16と、第2電極20とを主に有している。炭化珪素基板10は、半導体層2と、スーパージャンクション構造5と、炭化珪素単結晶基板11とを主に有している。半導体層2は、たとえば炭化珪素からなり、アルミニウムなどのp型不純物を含んでいる。半導体層2の導電型はp型である。半導体層2は、p型エピタキシャル領域3の第1の主面3aおよびn型エピタキシャル領域4の表面4aの各々に接して設けられている。第1電極16は、半導体層2とショットキー接合している。第1電極16は、たとえばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)、窒化チタン(TiN)、金(Au)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)または白金(Pt)などである。   Referring to FIG. 26, Schottky barrier diode 1 according to the sixth embodiment mainly includes silicon carbide substrate 10, first electrode 16, and second electrode 20. Silicon carbide substrate 10 mainly includes semiconductor layer 2, super junction structure 5, and silicon carbide single crystal substrate 11. Semiconductor layer 2 is made of, for example, silicon carbide and contains p-type impurities such as aluminum. The conductivity type of the semiconductor layer 2 is p-type. The semiconductor layer 2 is provided in contact with each of the first main surface 3 a of the p-type epitaxial region 3 and the surface 4 a of the n-type epitaxial region 4. The first electrode 16 is in Schottky junction with the semiconductor layer 2. The first electrode 16 is made of, for example, titanium (Ti), nickel (Ni), titanium nitride (TiN), gold (Au), molybdenum (Mo), tungsten (W), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tantalum ( Ta) or platinum (Pt).

炭化珪素単結晶基板11は、p型エピタキシャル領域3の第2の主面3bに接して設けられている。炭化珪素単結晶基板11は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでおり、p型の導電型を有する。第2電極20は、炭化珪素基板10の第4の主面10bに接して設けられている。第2電極20は、たとえばTiAlSiを含み、炭化珪素基板10の炭化珪素単結晶基板11とオーミック接合している。   Silicon carbide single crystal substrate 11 is provided in contact with second main surface 3 b of p type epitaxial region 3. Silicon carbide single crystal substrate 11 contains a p-type impurity such as aluminum and has p-type conductivity. Second electrode 20 is provided in contact with fourth main surface 10b of silicon carbide substrate 10. Second electrode 20 includes, for example, TiAlSi, and is in ohmic contact with silicon carbide single crystal substrate 11 of silicon carbide substrate 10.

なお、実施の形態6のショットキーバリアダイオード1が有するスーパージャンクション構造5は、実施の形態1において説明したスーパージャンクション構造5とほぼ同じである。スーパージャンクション構造5は、炭化珪素単結晶基板11と半導体層2との間に配置されている。   The super junction structure 5 included in the Schottky barrier diode 1 of the sixth embodiment is substantially the same as the super junction structure 5 described in the first embodiment. Super junction structure 5 is arranged between silicon carbide single crystal substrate 11 and semiconductor layer 2.

実施の形態6に係るショットキーバリアダイオード1によれば、半導体層2の導電型はp型である。第1電極16は、半導体層2とショットキー接合している。これにより、第1電極16が半導体層2とショットキー接合しているショットキーバリアダイオード1の耐圧を高めつつ、順方向抵抗を低減することができる。   According to the Schottky barrier diode 1 according to the sixth embodiment, the conductivity type of the semiconductor layer 2 is p-type. The first electrode 16 is in Schottky junction with the semiconductor layer 2. Thereby, the forward resistance can be reduced while increasing the breakdown voltage of the Schottky barrier diode 1 in which the first electrode 16 is in Schottky junction with the semiconductor layer 2.

今回開示された実施の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特許請求の範囲によって示され、特許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。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 炭化珪素半導体装置(MOSFET、IGBT、PNダイオード、ショットキーバリアダイオード)
2 半導体層
3 n型エピタキシャル領域
3a 第1の主面(境界面)
3b 第2の主面
4 p型エピタキシャル領域
4a 表面(境界面)
4b 裏面
4c 第1p型領域
4d 第2p型領域
4e 第1部分
4f 第2部分
5 スーパージャンクション構造
10 炭化珪素基板
10a 第3の主面
10b 第4の主面
11 単結晶基板
12 ドリフト領域
13 ベース領域
14 エミッタ領域(ソース領域)
15 ゲート絶縁膜
16 第1電極(エミッタ電極、ソース電極)
17 接続領域
18 コンタクト領域
19 コレクタ領域
20 第2電極(コレクタ電極、ドレイン電極)
21 層間絶縁膜
27 ゲート電極
30,31 エッチングマスク
32 マスク層
33 カーボンマスク
BS,BT 底部
GT ゲートトレンチ
P ピッチ
SS,SW 側面
SS1 第1側面部
SS2 第2側面部
SS3 第3側面部
TR トレンチ
W1,W2 幅
1 Silicon carbide semiconductor device (MOSFET, IGBT, PN diode, Schottky barrier diode)
2 Semiconductor layer 3 n-type epitaxial region 3a First main surface (boundary surface)
3b Second main surface 4 p-type epitaxial region 4a surface (boundary surface)
4b Back surface 4c First p-type region 4d Second p-type region 4e First portion 4f Second portion 5 Super junction structure 10 Silicon carbide substrate 10a Third main surface 10b Fourth main surface 11 Single crystal substrate 12 Drift region 13 Base region 14 Emitter region (source region)
15 Gate insulating film 16 First electrode (emitter electrode, source electrode)
17 connection region 18 contact region 19 collector region 20 second electrode (collector electrode, drain electrode)
21 Interlayer insulating film 27 Gate electrode 30, 31 Etching mask 32 Mask layer 33 Carbon mask BS, BT Bottom GT Gate trench P Pitch SS, SW Side surface SS1 First side surface portion SS2 Second side surface portion SS3 Third side surface portion TR Trench W1, W2 width

Claims (20)

第1の主面と、前記第1の主面と反対側の第2の主面とを有し、前記第1の主面に連接する側面と、前記側面と連接する底部とを有するトレンチが設けられ、かつ炭化珪素からなるp型エピタキシャル領域と、
前記トレンチの前記側面および前記底部の各々において前記p型エピタキシャル領域に接し、かつ炭化珪素からなるn型エピタキシャル領域と、
前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面および前記n型エピタキシャル領域の双方を覆う半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第1電極と、
前記p型エピタキシャル領域の前記第2の主面側に設けられた第2電極とを備え、
前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面は、珪素面または珪素面から8°以下オフした面であり、
前記トレンチの前記側面は、珪素面から50°以上70°以下オフした面である、炭化珪素半導体装置。
A trench having a first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, a side surface connected to the first main surface, and a bottom portion connected to the side surface. A p-type epitaxial region provided and made of silicon carbide;
An n-type epitaxial region in contact with the p-type epitaxial region at each of the side surface and the bottom of the trench and made of silicon carbide;
A semiconductor layer covering both the first main surface of the p-type epitaxial region and the n-type epitaxial region;
A first electrode provided on the semiconductor layer;
A second electrode provided on the second main surface side of the p-type epitaxial region,
The first main surface of the p-type epitaxial region is a silicon surface or a surface off by 8 ° or less from the silicon surface,
The silicon carbide semiconductor device, wherein the side surface of the trench is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from a silicon surface.
前記n型エピタキシャル領域は、前記トレンチの前記底部において前記p型エピタキシャル領域に接する第1n型領域と、前記トレンチの前記側面において前記p型エピタキシャル領域に接する第2n型領域とを含み、
前記第2n型領域は、前記第1n型領域よりも高い不純物濃度を有する、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
The n-type epitaxial region includes a first n-type region in contact with the p-type epitaxial region at the bottom of the trench, and a second n-type region in contact with the p-type epitaxial region at the side surface of the trench,
2. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein said second n-type region has a higher impurity concentration than said first n-type region.
前記第2n型領域の不純物濃度は、5×1015cm-3以上1×1018cm-3以下である、請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。 3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 2, wherein an impurity concentration of said second n-type region is not less than 5 × 10 15 cm −3 and not more than 1 × 10 18 cm −3 . 前記半導体層に接する前記n型エピタキシャル領域の表面は、前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面が延在する方向に沿って形成されている、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。   4. The surface of the n-type epitaxial region in contact with the semiconductor layer is formed along a direction in which the first main surface of the p-type epitaxial region extends. 5. The silicon carbide semiconductor device according to item. 前記トレンチの前記側面は、前記n型エピタキシャル領域の前記第2の主面に垂直な方向において前記第1の主面から0.2μm以内の第1側面部と、前記n型エピタキシャル領域の前記第2の主面に垂直な方向において前記トレンチの前記底部から0.2μm以内の第2側面部と、前記第1側面部と前記第2側面部とを繋ぐ第3側面部とを有し、
前記第3側面部における面方位のばらつきは3°以内である、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。
The side surface of the trench includes a first side surface portion within 0.2 μm from the first main surface in a direction perpendicular to the second main surface of the n-type epitaxial region, and the first side surface of the n-type epitaxial region. A second side surface portion within 0.2 μm from the bottom of the trench in a direction perpendicular to the main surface of the second surface, and a third side surface portion connecting the first side surface portion and the second side surface portion,
The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein a variation in a plane orientation in the third side surface portion is within 3 °.
前記半導体層は、
前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面と、前記n型エピタキシャル領域とに接し、p型を有するドリフト領域と、
前記ドリフト領域に接し、かつn型を有するベース領域と、
前記ベース領域によって前記ドリフト領域から隔てられ、かつp型を有するソース領域とを含み、さらに、
前記ドリフト領域と、前記ベース領域と、前記ソース領域とに接するゲート絶縁膜とを備え、
前記第1電極は、前記ソース領域と接している、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。
The semiconductor layer is
A drift region having a p-type in contact with the first main surface of the p-type epitaxial region and the n-type epitaxial region;
A base region in contact with the drift region and having an n-type;
A source region separated from the drift region by the base region and having a p-type, and
A gate insulating film in contact with the drift region, the base region, and the source region;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrode is in contact with the source region.
前記半導体層の表面には、前記ソース領域および前記ベース領域の双方を貫通し、前記ドリフト領域に至るゲートトレンチが設けられており、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲートトレンチの側面において前記ソース領域と、前記ベース領域とに接し、かつ前記ゲートトレンチの底部において前記ドリフト領域と接している、請求項6に記載の炭化珪素半導体装置。
On the surface of the semiconductor layer, a gate trench that penetrates both the source region and the base region and reaches the drift region is provided,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 6, wherein the gate insulating film is in contact with the source region and the base region on a side surface of the gate trench, and is in contact with the drift region at a bottom of the gate trench.
前記半導体層の導電型はn型であり、
前記第1電極は、前記半導体層とオーミック接合している、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。
The conductivity type of the semiconductor layer is n-type,
The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first electrode is in ohmic contact with the semiconductor layer.
前記半導体層の導電型はp型であり、
前記第1電極は、前記半導体層とショットキー接合している、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。
The conductivity type of the semiconductor layer is p-type,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrode is in Schottky junction with the semiconductor layer.
前記半導体層は、
前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面と、前記n型エピタキシャル領域とに接し、p型を有するドリフト領域と、
前記ドリフト領域に接し、かつn型を有するベース領域と、
前記ベース領域によって前記ドリフト領域から隔てられ、かつp型を有するエミッタ領域とを含み、さらに、
前記n型エピタキシャル領域の前記第2の主面と接し、かつn型を有するコレクタ領域と、さらに、
前記ドリフト領域と、前記ベース領域と、前記エミッタ領域とに接するゲート絶縁膜とを備え、
前記第1電極は、前記エミッタ領域と接しており、かつ前記第2電極は、前記コレクタ領域と接している、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。
The semiconductor layer is
A drift region having a p-type in contact with the first main surface of the p-type epitaxial region and the n-type epitaxial region;
A base region in contact with the drift region and having an n-type;
An emitter region that is separated from the drift region by the base region and has a p-type, and
A collector region in contact with the second main surface of the n-type epitaxial region and having an n-type; and
A gate insulating film in contact with the drift region, the base region, and the emitter region;
6. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein said first electrode is in contact with said emitter region, and said second electrode is in contact with said collector region.
第1の主面と、前記第1の主面と反対側の第2の主面とを有し、かつ炭化珪素からなるp型エピタキシャル領域を形成する工程と、
前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面に、前記第1の主面に連接する側面と、前記側面と連接する底部とを有するトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの前記側面および前記底部の双方において前記p型エピタキシャル領域に接し、かつ炭化珪素からなるn型エピタキシャル領域を形成する工程と、
前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面および前記n型エピタキシャル領域の双方を覆う半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に接する第1電極を形成する工程と、
前記p型エピタキシャル領域の前記第2の主面側に第2電極を形成する工程とを備え、
前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面は、珪素面または珪素面から8°以下オフした面であり、
前記トレンチの前記側面は、珪素面から50°以上70°以下オフした面である、炭化珪素半導体装置の製造方法。
Forming a p-type epitaxial region having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and made of silicon carbide;
Forming a trench having a side surface connected to the first main surface and a bottom portion connected to the side surface on the first main surface of the p-type epitaxial region;
Forming an n-type epitaxial region made of silicon carbide and in contact with the p-type epitaxial region on both the side surface and the bottom of the trench;
Forming a semiconductor layer covering both the first main surface of the p-type epitaxial region and the n-type epitaxial region;
Forming a first electrode in contact with the semiconductor layer;
Forming a second electrode on the second main surface side of the p-type epitaxial region,
The first main surface of the p-type epitaxial region is a silicon surface or a surface off by 8 ° or less from the silicon surface,
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the side surface of the trench is a surface that is off by 50 ° or more and 70 ° or less from a silicon surface.
前記トレンチを形成する工程は、塩素および臭素の少なくともいずれかを含む雰囲気中で前記p型エピタキシャル領域が熱エッチングされることにより行われる、請求項11に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   12. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 11, wherein the step of forming the trench is performed by thermally etching the p-type epitaxial region in an atmosphere containing at least one of chlorine and bromine. 前記熱エッチングの温度は、700℃以上1300℃以下である、請求項12に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 12, wherein a temperature of the thermal etching is 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. 前記n型エピタキシャル領域を形成する工程は、ドーパントとして機能する窒素またはリンを含む原料を用いて行われる、請求項11〜請求項13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。   14. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 11, wherein the step of forming the n-type epitaxial region is performed using a raw material containing nitrogen or phosphorus functioning as a dopant. 前記n型エピタキシャル領域を形成する工程は、
前記トレンチを形成する工程後、前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面にカーボンマスクを形成する工程と、
前記カーボンマスク上に位置する第1部分と、前記トレンチの前記側面と、前記トレンチの前記底部とに接する第2部分とを含む前記n型エピタキシャル領域を形成する工程と、
前記n型エピタキシャル領域の前記第2部分を残しつつ、前記カーボンマスク上の前記n型エピタキシャル領域の前記第1部分を除去する工程とを含む、請求項11〜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。
The step of forming the n-type epitaxial region includes
After the step of forming the trench, forming a carbon mask on the first main surface of the p-type epitaxial region;
Forming the n-type epitaxial region including a first portion located on the carbon mask, a second portion in contact with the side surface of the trench, and the bottom of the trench;
And removing the first portion of the n-type epitaxial region on the carbon mask while leaving the second portion of the n-type epitaxial region. The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of description.
前記カーボンマスクを形成する工程は、
前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面上にレジスト領域を形成する工程と、
前記レジスト領域を炭化させる工程とを有する、請求項15に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step of forming the carbon mask includes:
Forming a resist region on the first main surface of the p-type epitaxial region;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 15, further comprising: carbonizing the resist region.
前記カーボンマスクを形成する工程は、
前記トレンチを形成する工程後、前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面上における珪素を選択的にエッチングして炭素を残すことにより行われる、請求項15に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step of forming the carbon mask includes:
16. The manufacturing of a silicon carbide semiconductor device according to claim 15, which is performed by selectively etching silicon on the first main surface of the p-type epitaxial region to leave carbon after the step of forming the trench. Method.
前記n型エピタキシャル領域を形成する工程は、
前記トレンチを形成する工程後、前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面と、前記トレンチの前記側面と、前記トレンチの前記底部とに接する前記n型エピタキシャル領域を形成する工程と、
前記トレンチの前記側面および前記底部の各々に接する前記n型エピタキシャル領域の部分を残しつつ、前記第1の主面が露出するまで前記n型エピタキシャル領域に対して化学的機械研磨が行われる工程とを含む、請求項11〜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。
The step of forming the n-type epitaxial region includes
After the step of forming the trench, forming the n-type epitaxial region in contact with the first main surface of the p-type epitaxial region, the side surface of the trench, and the bottom of the trench;
Chemical mechanical polishing is performed on the n-type epitaxial region until the first main surface is exposed, leaving a portion of the n-type epitaxial region in contact with each of the side surface and the bottom of the trench. The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 11-14 containing this.
前記n型エピタキシャル領域を形成する工程は、
前記トレンチを形成する工程後、前記p型エピタキシャル領域の前記第1の主面と、前記トレンチの前記側面と、前記トレンチの前記底部とに接する前記n型エピタキシャル領域を形成する工程と、
前記n型エピタキシャル領域の表面全体にマスク層を形成する工程と、
前記n型エピタキシャル領域の表面の一部が露出するまで前記マスク層をエッチングする工程と、
前記n型エピタキシャル領域の表面に残った前記マスク層を用いて前記第1の主面が露出するまで前記n型エピタキシャル領域をエッチングする工程と、
前記n型エピタキシャル領域をエッチングした後、前記マスク層を除去する工程とを含む、請求項11〜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。
The step of forming the n-type epitaxial region includes
After the step of forming the trench, forming the n-type epitaxial region in contact with the first main surface of the p-type epitaxial region, the side surface of the trench, and the bottom of the trench;
Forming a mask layer over the entire surface of the n-type epitaxial region;
Etching the mask layer until a portion of the surface of the n-type epitaxial region is exposed;
Etching the n-type epitaxial region using the mask layer remaining on the surface of the n-type epitaxial region until the first main surface is exposed;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 11, further comprising: removing the mask layer after etching the n-type epitaxial region.
前記n型エピタキシャル領域は、前記トレンチの前記底部において前記p型エピタキシャル領域に接する第1n型領域と、前記トレンチの前記側面において前記p型エピタキシャル領域に接する第2n型領域とを含み、
前記第2n型領域は、前記第1n型領域よりも高い不純物濃度を有する、請求項11〜請求項19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。
The n-type epitaxial region includes a first n-type region in contact with the p-type epitaxial region at the bottom of the trench, and a second n-type region in contact with the p-type epitaxial region at the side surface of the trench,
20. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 11, wherein said second n-type region has an impurity concentration higher than that of said first n-type region.
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