JP2018046139A - 半導体装置、および、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願明細書に開示される技術は、トレンチゲート型の炭化珪素半導体装置の製造する際の、工程数を減少させることができる技術に関するものである。【解決手段】本技術に関する半導体装置は、第１のトレンチ（８０）と、第２のトレンチ（５０ａ）と、複数の第３のトレンチ（５０ｂ）と、第２の導電型の第１の保護拡散層（８３）と、第２の導電型の第２の保護拡散層（７０）と、それぞれの第３のトレンチ（５０ｂ）の下部に形成される、第２の導電型の第３の保護拡散層（７１）とを備え、それぞれの第３のトレンチ（５０ｂ）は、セル領域から離れるにつれて浅く形成され、それぞれの第３の保護拡散層（７１）の下面は、セル領域から離れるにつれて浅くなる。【選択図】図２

Description

本願明細書に開示される技術は、たとえば、トレンチゲート型の半導体装置およびその製造方法に関するものである。

シリコン（Ｓｉ）を用いたトレンチゲート型の半導体装置では、半導体層のアバランシェ電界強度が、ゲート絶縁膜の絶縁破壊電界強度よりも低い。そのため、半導体層のアバランシェ電界強度によって、半導体装置の耐圧が決定されていた。

一方、炭化珪素（ＳｉＣ）のアバランシェ電界強度はＳｉのアバランシェ電界強度の約１０倍となる。そのため、炭化珪素半導体装置では、ＳｉＣからなる半導体層のアバランシェ電界強度とゲート絶縁膜の絶縁破壊電界強度とが同等になる。

そして、トレンチゲート型の半導体装置では、半導体装置に電圧が印加されるとトレンチ下部の角部、すなわち、トレンチ角部に電界集中が発生する。そのため、トレンチゲート型の炭化珪素半導体装置では、トレンチ角部のゲート絶縁膜から先に絶縁破壊が生じることとなる。

したがって、トレンチゲート型の炭化珪素半導体装置では、ゲート絶縁膜の電界強度によって、耐圧が制限されていた。

そこで、従来のトレンチゲート型の炭化珪素半導体装置では、たとえば、特開２００１−２６７５７０号公報（特許文献１）に例示されるように、ｎチャネル型の場合、トレンチ下部のドリフト層においてｐ型不純物が高濃度に注入された保護拡散層を設けることが提案されている。

また、従来のトレンチゲート型の半導体装置では、たとえば、特開２００７−２４２８５２号公報（特許文献２）に例示されるように、複数のトレンチを設け、それぞれのトレンチ下部に保護拡散層が設けることが知られている。このようにトレンチ下部に保護拡散層を設けることで、トレンチ角部における電界集中を緩和し、耐圧を向上させることができる。

上述のように、トレンチ下部に保護拡散層を設ける場合、トレンチ角部の電界集中を十分に緩和するためには、保護拡散層の不純物濃度を高くする必要がある。

しかしながら、保護拡散層の不純物濃度を高くすると、保護拡散層とドリフト層との間のＰＮ接合部分で発生する電界が増大する。その結果、トレンチ角部のゲート絶縁膜の破壊よりも先に、保護拡散層がアバランシェ降伏により破壊されることとなる。そうすると、保護拡散層においてアバランシェ降伏が発生する電圧、すなわち、アバランシェ電圧によって、半導体装置の耐圧が制限されることとなる。

また、複数のトレンチを設け、それぞれのトレンチ下部に保護拡散層を設けた場合には、保護拡散層に生じる電界は隣り合う保護拡散層によって緩和されることとなる。しかしながら、複数の保護拡散層のうち最外周の保護拡散層は、隣り合う保護拡散層が一方にしか設けられていないため、最外周の保護拡散層における電界が最も高くなる。

その結果、最外周の保護拡散層からアバランシェ降伏が生じることとなり、最外周の保護拡散層におけるアバランシェ電圧によって、半導体装置の耐圧が制限されることとなる。

上記問題に対して、国際公開第２０１５／０７２０５２号（特許文献３）に開示されたトレンチゲート型の炭化珪素半導体装置では、活性領域と活性領域の周囲の領域である終端領域とに形成された第１の導電型のドリフト層と、活性領域においてドリフト層の上部に形成された第２の導電型のベース領域と、ベース領域内の上部に形成された第１の導電型のソース領域と、活性領域においてソース領域およびベース領域を貫通して形成された活性領域トレンチと、終端領域のドリフト層において活性領域トレンチを囲むように形成された終端トレンチと、活性領域トレンチの底面および活性領域トレンチの側面に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して活性領域トレンチ内に形成されたゲート電極と、活性領域トレンチの下部に形成され、かつ、第２の導電型の不純物濃度が第１の不純物濃度である第２の導電型の保護拡散層と、終端トレンチの下部に形成され、かつ、第２の導電型の不純物濃度が第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度である第２の導電型の終端拡散層とを備えるものが提案されている。

特開２００１−２６７５７０号公報 特開２００７−２４２８５２号公報 国際公開第２０１５／０７２０５２号

従来のトレンチゲート型の炭化珪素半導体装置においては、上記の構造を形成するために、複数のマスクが必要となっていた。すなわち、活性領域トレンチおよび終端トレンチを形成するためのトレンチ形成マスク、活性領域トレンチの下部において保護拡散層を形成するためのイオン注入マスク、さらに、終端トレンチの下部において終端拡散層を形成するためのイオン注入マスクが必要となっていた。

そして、これらのマスクを用いて、写真製版を３回行う必要があった。写真製版の回数は製造コストに直結するため、写真製版の回数が多いと製造コストが上昇してしまう。

本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、トレンチゲート型の炭化珪素半導体装置の製造する際の、工程数を減少させることができる技術に関するものである。

本願明細書に開示される技術の第１の態様は、セル領域を有する第１の導電型のドリフト層と、前記セル領域における前記ドリフト層の表層に形成される第１のトレンチと、前記セル領域を平面視において囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に形成される第２のトレンチと、前記第２のトレンチを平面視において少なくとも部分的に囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に形成される複数の第３のトレンチと、前記第１のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第１の保護拡散層と、前記第２のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第２の保護拡散層と、それぞれの前記第３のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第３の保護拡散層とを備え、それぞれの前記第３のトレンチは、前記セル領域から離れるにつれて浅く形成され、それぞれの前記第３の保護拡散層の下面は、前記セル領域から離れるにつれて浅くなる。

また、本願明細書に開示される技術の第２の態様は、セル領域を有する第１の導電型のドリフト層を形成し、前記セル領域における前記ドリフト層の表層に第１のトレンチを形成し、前記セル領域を平面視において囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に位置する第２のトレンチと、前記第２のトレンチを平面視において少なくとも部分的に囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に位置する複数の第３のトレンチとを同時に形成し、前記第１のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第１の保護拡散層と、前記第２のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第２の保護拡散層と、それぞれの前記第３のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第３の保護拡散層とを同時に形成し、それぞれの前記第３のトレンチは、前記セル領域から離れるにつれて浅く形成され、それぞれの前記第３の保護拡散層の下面は、前記セル領域から離れるにつれて浅くなる。

本願明細書に開示される技術の第１の態様は、セル領域を有する第１の導電型のドリフト層と、前記セル領域における前記ドリフト層の表層に形成される第１のトレンチと、前記セル領域を平面視において囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に形成される第２のトレンチと、前記第２のトレンチを平面視において少なくとも部分的に囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に形成される複数の第３のトレンチと、前記第１のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第１の保護拡散層と、前記第２のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第２の保護拡散層と、それぞれの前記第３のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第３の保護拡散層とを備え、それぞれの前記第３のトレンチは、前記セル領域から離れるにつれて浅く形成され、それぞれの前記第３の保護拡散層の下面は、前記セル領域から離れるにつれて浅くなる。このような構成によれば、第３のトレンチがセル領域から離れるにつれて浅く形成され、それに伴ってそれぞれの第３の保護拡散層の下面がセル領域から離れるにつれて浅くなる。そのため、第１の保護拡散層、第２の保護拡散層、および、第３の保護拡散層を同時に形成する場合であっても、セル領域から離れるにしたがって保護拡散層に生じる電界が緩和されるので、終端領域における耐圧を十分に保つことができる。したがって、たとえば、第３の保護拡散層の不純物濃度を低くするためのマスクを別途用意する必要がなくなり、トレンチゲート型の炭化珪素半導体装置の製造する際の工程数を減少させることができる。

また、本願明細書に開示される技術の第２の態様は、セル領域を有する第１の導電型のドリフト層を形成し、前記セル領域における前記ドリフト層の表層に第１のトレンチを形成し、前記セル領域を平面視において囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に位置する第２のトレンチと、前記第２のトレンチを平面視において少なくとも部分的に囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に位置する複数の第３のトレンチとを同時に形成し、前記第１のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第１の保護拡散層と、前記第２のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第２の保護拡散層と、それぞれの前記第３のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第３の保護拡散層とを同時に形成し、それぞれの前記第３のトレンチは、前記セル領域から離れるにつれて浅く形成され、それぞれの前記第３の保護拡散層の下面は、前記セル領域から離れるにつれて浅くなる。このような構成によれば、第３のトレンチがセル領域から離れるにつれて浅く形成され、それに伴ってそれぞれの第３の保護拡散層の下面がセル領域から離れるにつれて浅くなる。そのため、セル領域から離れるにしたがって保護拡散層に生じる電界が緩和されるので、第１の保護拡散層、第２の保護拡散層、および、第３の保護拡散層を同時に形成しつつ、終端領域における耐圧を十分に保つことができる。したがって、たとえば、第３の保護拡散層の不純物濃度を低くするためのマスクを別途用意する必要がなくなり、トレンチゲート型の炭化珪素半導体装置の製造する際の工程数を減少させることができる。

本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。

実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の構造を例示する平面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の製造方法を例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の製造方法を例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の製造方法を例示する図である。 実施の形態に関する、ＭＯＳＦＥＴセル領域における構造を例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の構造を例示する断面図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の構造を例示する断面図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の構造を例示する断面図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の製造方法を例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の製造方法を例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置の製造方法を例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置のプロセスフローのうち、トレンチを形成する工程から終端拡散層を形成する工程までを例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置のプロセスフローのうち、トレンチを形成する工程から終端拡散層を形成する工程までを例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置のプロセスフローのうち、トレンチを形成する工程から終端拡散層を形成する工程までを例示する図である。 実施の形態に関する、炭化珪素半導体装置のプロセスフローのうち、トレンチを形成する工程から終端拡散層を形成する工程までを例示する図である。

以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。

なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。

また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。

また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。

また、以下に記載される説明において、「第１の」、または、「第２の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。

＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する半導体装置、および、半導体装置の製造方法について説明する。説明の便宜上、まず、炭化珪素半導体装置のプロセスフローについて説明する。

なお、以下の説明においては、第１の導電型がｎ型であり、第２の導電型がｐ型であるとする。

図１３、図１４、図１５、および図１６は、炭化珪素半導体装置のプロセスフローのうち、トレンチを形成する工程から終端拡散層を形成する工程までを例示する図である。

まず、図１３に例示されるように、半導体層２の上面に酸化珪素層からなるトレンチ形成マスク１０を形成する。

ここで、半導体層２は、ｎ＋型のＳｉＣ基板１と、ＳｉＣ基板１の上面に形成されたエピタキシャル層であるｎ−型のドリフト層４と、ドリフト層４の表層に形成されたｐ型のベース領域６と、ベース領域６の表層に形成されたｎ型のソース領域３と、ベース領域６の表層に形成されたｐ型のコンタクト領域８とを備える。

続いて、トレンチ形成マスク１０を用いて反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、すなわち、ＲＩＥ）を行うことによって、半導体層２をエッチングする。そして、終端トレンチ５ａ、および、終端トレンチ５ｂを形成する。

これによって、図１４に例示されるように、活性領域との境界に位置する終端領域において、ｎ型のソース領域３からｐ型のベース領域６を貫通する終端トレンチ５ａが形成される。また、さらに外側の終端領域において、ドリフト層４に終端トレンチ５ｂが形成される。

終端トレンチ５ｂは、図１４に例示されるように、終端トレンチ５ａの周囲において、終端トレンチ５ａを囲むように形成される。

次に、図１５に例示されるように、半導体層２の上面にイオン注入マスク２０を形成する。そして、イオン注入マスク２０を介して、ｐ型の不純物としてＡｌイオンを注入する。

イオン注入マスク２０は、図１５においては終端トレンチ５ａを囲む領域、すなわち、終端トレンチ５ｂが形成される領域とその外側の領域を覆うように形成される。これによって、イオン注入マスク２０の開口に対応して、終端トレンチ５ａの下部におけるドリフト層４に、ｐ型の保護拡散層７が形成される。

続いて、イオン注入マスク２０を除去した後、図１６に例示されるように、新たに半導体層２の上面にイオン注入マスク２１を形成する。そして、イオン注入マスク２１を介して、ｐ型の不純物としてＡｌイオンを注入する。

イオン注入マスク２１は、図１６に例示されるように、少なくとも、終端トレンチ５ａの下部における保護拡散層７を覆うように形成される。また、図１６に例示されるように、イオン注入マスク２１には、終端トレンチ５ｂが形成される領域に対応する箇所に複数の開口部２２が形成される。

そして、イオン注入マスクを介して、ｐ型の不純物を注入することによって、終端拡散層９が形成される。

＜半導体装置の構成について＞
図１は、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置（半導体チップ）の構造を例示する平面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。なお、以下の実施の形態においては、炭化珪素半導体装置の場合が例示されるが、半導体装置であればよく、炭化珪素半導体装置に限られるものではない。

図１においては、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置のトレンチの構造が概略的に例示される。図１における、トレンチ１００が格子状に形成される領域は、金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）セルの形成領域、すなわち、ＭＯＳＦＥＴセル領域を示す。ＭＯＳＦＥＴセル領域は、単に、セル領域、または、活性領域と称する場合がある。また、図５における、ＭＯＳＦＥＴセル領域の外周を取り囲む領域は終端領域を示す。ＭＯＳＦＥＴセル領域において、トレンチ１００にはゲート絶縁膜およびゲート電極が形成される。

次に、図２を参照しつつ、特に終端領域の構成に関して説明する。

図２においては、終端トレンチ５０ａよりも左側にＭＯＳＦＥＴセル領域が形成され、ＭＯＳＦＥＴセル領域の右側に終端領域が形成されている。図２に例示されるように、終端トレンチ５０ａは、ＭＯＳＦＥＴセル領域を囲うように形成される。終端トレンチ５０ａは、ベース領域６を貫通し、かつ、比較的幅の広いトレンチである。

また、ＭＯＳＦＥＴセル領域の活性領域トレンチの下部には、後述する保護拡散層が形成されている。また、終端トレンチ５０ａの下部には、保護拡散層７０が形成されている。終端トレンチ５０ａのチップ外周側には、終端トレンチ５０ｂが形成されている。

終端トレンチ５０ｂは、たとえば、０．５μｍ以上、かつ、５μｍ以下の幅で形成される。また、終端トレンチ５０ｂは、たとえば、０．５μｍ以上、かつ、５μｍ以下の間隔をあけて複数形成される。

終端トレンチ５０ｂの深さは、終端トレンチ５０ａに最も近いものが最も深く、かつ、チップ外周側に向けて浅くなるように形成されている。

また、終端トレンチ５０ｂの下部には、終端トレンチ５０ａの下部における保護拡散層７０と同等の不純物濃度である保護拡散層７１が形成されている。

保護拡散層７１がチップ外周側に向けて徐々に浅くなるように形成されるため、チップ外周側に向かうにしたがって電界が緩和されることとなる。これは、保護拡散層７１が浅い領域ほど、保護拡散層７１の底部からＳｉＣ基板１の上部までの距離が長くなり、電圧を保持する半導体層２の厚みがより大きく確保されることで、電界がより緩和されるからである。以上より、炭化珪素半導体装置の耐圧を適切に保持することができる。

＜半導体装置の製造方法について＞
次に、図３から図５を参照しつつ、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。ここで、図３から図５は、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法を例示する図である。

まず、図３に例示されるように、半導体層２の上面に酸化珪素層からなるトレンチ形成マスク３０を形成する。

ここで、トレンチ形成マスク３０は、ＭＯＳＦＥＴセル領域を囲む境界部、すなわち、終端トレンチ５０ａが形成される領域においては、開口部３１が形成される。また、トレンチ形成マスク３０は、ＭＯＳＦＥＴセル領域を囲む境界部をさらに囲む外周部においては、チップ外周側に向かうにつれて浅くなる溝部３２が形成される。

トレンチ形成マスク３０における溝部３２が、チップ外周側に向かうにつれて浅くなることによって、トレンチ形成マスク３０を介した写真製版の際に、チップ外周側に向かうにつれて溝部３２における露光量が小さくなる。

トレンチ形成マスク３０を介して写真製版を行うことによって、図４に例示されるように、終端トレンチ５０ａと終端トレンチ５０ｂとを同時に形成する。図４に例示されるように、終端トレンチ５０ｂは、チップ外周側に向かうにつれて、トレンチ深さが浅くなる。

次に、図５に例示されるように、終端トレンチ５０ａの下部と終端トレンチ５０ｂの下部とに、同一の不純物を注入することによって、保護拡散層７０および保護拡散層７１をそれぞれ形成する。この際、ＭＯＳＦＥＴセル領域における活性領域トレンチの下部にも同一の不純物が注入されることによって、保護拡散層が形成される。

図６は、ＭＯＳＦＥＴセル領域における構造を例示する図である。図６に例示されるように、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置は、ｎ＋型のＳｉＣ基板１と、ＳｉＣ基板１の上面に形成されたエピタキシャル層であるｎ−型のドリフト層４と、ドリフト層４の表層に形成されたｐ型のベース領域６と、ベース領域６の表層に形成されたｎ型のソース領域３と、ベース領域６の表層に形成されたｐ型のコンタクト領域８と、ソース領域３およびベース領域６を貫通して形成された活性領域トレンチ８０と、活性領域トレンチ８０内においてゲート絶縁膜８１を介して形成されたゲート電極８２と、活性領域トレンチ８０の下部に形成された保護拡散層８３と、ソース領域３の一部および活性領域トレンチ８０を覆って形成された層間絶縁膜８４と、層間絶縁膜８４に覆われないソース領域３の表層およびコンタクト領域８の表層に形成されたニッケルシリサイド８５と、層間絶縁膜８４およびニッケルシリサイド８５を覆って形成されたソース電極８６と、ＳｉＣ基板１の下面に形成されたニッケルシリサイド８７と、ニッケルシリサイド８７の下面に形成されたドレイン電極８８とを備える。

ここで、ソース電極８６は、たとえば、層間絶縁膜８４およびニッケルシリサイド８５に接触する側から順に、Ｔｉ、Ａｌが積層された積層構造である。また、ドレイン電極８８は、たとえば、ＳｉＣ基板１に接触する側から順に、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕが積層された積層構造である。

また、活性領域トレンチ８０の下部に形成された保護拡散層８３は、保護拡散層７０および保護拡散層７１が形成される工程で、同時に形成される。

また、活性領域トレンチ８０は、終端トレンチ５０ａおよび終端トレンチ５０ｂが形成される工程で、同時に形成される。

保護拡散層７０、保護拡散層７１、および、保護拡散層８３が形成される工程においては、終端トレンチ５０ａおよび終端トレンチ５０ｂを形成する際に用いられたトレンチ形成マスク３０をそのまま用いて、イオン注入を行うことができる。

以上のように、本実施の形態に関する手法によれば、保護拡散層７０と、保護拡散層７０を囲んで形成される保護拡散層７１と、さらには、ＭＯＳＦＥＴセル領域における保護拡散層８３とを同一の工程で形成することができる。したがって、これらの保護拡散層を形成するためにそれぞれのマスクを用いる必要がないため、製造工程数を減らすことができる。それに伴い、製造コストを低減させることができる。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置、および、半導体装置の製造方法について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜半導体装置の構成について＞
図７は、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置の構造を例示する断面図である。図７に例示されるように、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置においては、ＭＯＳＦＥＴセル領域を囲うように、終端トレンチ５０ａが形成される。

また、セル領域の活性領域トレンチ８０の下部には、保護拡散層８３が形成されている。また、終端トレンチ５０ａの下部には、保護拡散層７０が形成されている。終端トレンチ５０ａのチップ外周側には、終端トレンチ５１ｂが形成されている。終端トレンチ５１ｂの下部には、保護拡散層７２が形成されている。

終端トレンチ５１ｂの深さは、終端トレンチ５０ａに最も近いものが最も深く、かつ、チップ外周側に向けて浅くなるように形成されている。また、終端トレンチ５０ａと終端トレンチ５１ｂとの間の間隔は、終端トレンチ５１ｂ同士の間の間隔よりも狭い。また、終端トレンチ５１ｂ同士の間の間隔は、チップ外周側に向かうにつれて広くなる。

終端トレンチ５０ａの下部に形成される保護拡散層７０の、最外周部の角部には、高電界がかかると考えられる。そのため、保護拡散層７０の最外周部の角部にかかる電圧が、終端トレンチ５１ｂに形成された保護拡散層７２にかかる電圧よりも低い電圧であっても、保護拡散層７０の最外周部の角部においてアバランシェが発生してしまう。それによって、耐圧が低下してしまう懸念がある。

一方で、保護拡散層同士の間の間隔が狭くなるにつれて、互いの空乏層によって相互に電界を緩和しやすくなる。したがって、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置によれば、終端トレンチ５０ａと終端トレンチ５１ｂとの間の間隔が終端トレンチ５１ｂ同士の間の間隔よりも狭いことによって、終端トレンチ５０ａの下部に形成される保護拡散層７０の、最外周部の角部にかかる電界を、効果的に緩和することができる。

よって、本実施の形態に炭化珪素半導体装置によれば、保護拡散層７０の最外周部に電界が集中することを防ぐことができるため、炭化珪素半導体装置の耐圧を高めることができる。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置、および、半導体装置の製造方法について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜半導体装置の構成について＞
図８は、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置の構造を例示する断面図である。図８に例示されるように、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置においては、ＭＯＳＦＥＴセル領域を囲うように、終端トレンチ５０ａが形成される。

また、セル領域の活性領域トレンチ８０の下部には、保護拡散層８３が形成されている。また、終端トレンチ５０ａの下部には、保護拡散層７０が形成されている。終端トレンチ５０ａのチップ外周側には、終端トレンチ５２ｂが形成されている。終端トレンチ５２ｂの下部には、保護拡散層７３が形成される。

終端トレンチ５２ｂの深さは、終端トレンチ５０ａに最も近いものが最も深く、チップ外周側に向けて浅くなるように形成されている。また、終端トレンチ５２ｂの幅は、チップ外周側に向かうにつれて狭くなる。

トレンチを形成するＲＩＥでは、エッチングする際のパターン幅の縮小とともにエッチング速度が低下する現象、すなわち、マイクロローディング効果が知られており、終端トレンチ５２ｂの幅をチップ外周側に向けて狭くすることで、終端トレンチ５２ｂの深さを、チップ外周側に向けて浅くすることができる。

したがって、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置によれば、写真製版時の露光量調整を省略することができるため、製造プロセスを簡略化することができる。

なお、本実施の形態において、さらに、第２の実施の形態に例示されるように、終端トレンチ５２ｂ同士の間隔を、ＭＯＳＦＥＴセル領域から離れるにつれて広くすることも可能である。

＜第４の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置、および、半導体装置の製造方法について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜半導体装置の構成について＞
図９は、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置（半導体チップ）の構造を例示する平面図である。

図９においては、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置のトレンチの構造が概略的に例示される。図９における、活性領域トレンチ１０１が格子状に形成される領域は、ＭＯＳＦＥＴセル領域を示す。また、図９における、ＭＯＳＦＥＴセル領域の外周を取り囲む領域は終端領域を示す。

終端領域における終端トレンチ１０２は、ＭＯＳＦＥＴセル領域を囲む周方向において連続的に形成される。

一方で、終端トレンチ１０２をさらに囲む終端トレンチ１０３は、ＭＯＳＦＥＴセル領域を平面視において囲む周方向において断続的に形成される。すなわち、終端トレンチ１０３は、ＭＯＳＦＥＴセル領域を平面視において囲む周方向において部分的に形成される。

終端トレンチ１０３の平面視における形状は、図９に例示されるような矩形状であってもよいし、円形状であってもよい。

上記のマイクロローディング効果はエッチング面積に依存するため、トレンチの幅方向だけではなく、トレンチの長さ方向にも制限を設けることで、トレンチのより細かな深さ制御を実現することができる。

よって、本実施の形態に炭化珪素半導体装置によれば、終端領域における終端トレンチ１０３の深さを細かく制御することができるため、所望の耐圧を細かく設定することができる。

＜第５の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置、および、半導体装置の製造方法について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜半導体装置の製造方法について＞
図１０から図１２を参照しつつ、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。ここで、図１０から図１２は、本実施の形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法を例示する図である。

まず、イオン注入マスク３０を用いて終端トレンチ５０ａと終端トレンチ５０ｂとを同時に形成する。そして、終端トレンチ５０ａおよび終端トレンチ５０ｂを形成した後に、図１０に例示されるように、終端トレンチ５０ｂを覆うイオン注入マスク４０を形成する。

そして、イオン注入マスク４０およびイオン注入マスク３０を介して、終端トレンチ５０ａの箇所にイオン注入することによって保護拡散層７０ａを形成する。

次に、図１１に例示されるように、イオン注入マスク４０を除去し、かつ、イオン注入マスク３０を介して全面にイオン注入する。そして、終端トレンチ５０ａにおいて保護拡散層７０を形成し、終端トレンチ５０ｂにおいて保護拡散層７４を形成する。

そうすることで、図１２に例示されるように、終端トレンチ５０ａの下部と終端トレンチ５０ｂの下部とに異なる不純物濃度の保護拡散層７０および保護拡散層７４を形成することができる。具体的には、保護拡散層７４の不純物濃度を、保護拡散層７０の不純物濃度よりも低く設定することができる。

イオン注入マスク３０を介する２度目のイオン注入における注入量は、終端トレンチ５０ｂが所望の耐圧を保持することができるような注入量とする。

また、イオン注入マスク４０およびイオン注入マスク３０を介する１度目のイオン注入における注入量は、２度目のイオン注入で注入される注入量分を差し引いた注入量とする。

このようにすることで、終端トレンチ５０ｂの下部における保護拡散層７４に所望の不純物濃度のイオン注入を行うことができる。

よって、本実施の形態に炭化珪素半導体装置によれば、終端領域における保護拡散層７４の不純物濃度を調整することができるため、より細やかに耐圧を調整することができる。

＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果を例示する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。

また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。

以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、第１の導電型のドリフト層４と、第１のトレンチと、第２のトレンチと、複数の第３のトレンチと、第２の導電型の第１の保護拡散層と、第２の導電型の第２の保護拡散層と、第２の導電型の第３の保護拡散層とを備える。ここで、第１のトレンチは、たとえば、活性領域トレンチ８０に対応するものである。また、第２のトレンチは、たとえば、終端トレンチ５０ａに対応するものである。また、第３のトレンチは、たとえば、終端トレンチ５０ｂに対応するものである。また、第１の保護拡散層は、たとえば、保護拡散層８３に対応するものである。また、第２の保護拡散層は、たとえば、保護拡散層７０に対応するものである。また、第３の保護拡散層は、たとえば、保護拡散層７１に対応するものである。第１の導電型のドリフト層４は、セル領域を有する。また、活性領域トレンチ８０は、セル領域におけるドリフト層４の表層に形成される。また、終端トレンチ５０ａは、セル領域を平面視において囲み、かつ、ドリフト層４の表層に形成される。また、複数の終端トレンチ５０ｂは、終端トレンチ５０ａを平面視において少なくとも部分的に囲み、かつ、ドリフト層４の表層に形成される。また、第２の導電型の保護拡散層８３は、活性領域トレンチ８０の下部に形成される。また、第２の導電型の保護拡散層７０は、終端トレンチ５０ａの下部に形成される。また、第２の導電型の保護拡散層７１は、それぞれの終端トレンチ５０ｂの下部に形成される。また、それぞれの終端トレンチ５０ｂは、セル領域から離れるにつれて浅く形成される。また、それぞれの保護拡散層７１の下面は、セル領域から離れるにつれて浅くなる。

このような構成によれば、終端トレンチ５０ｂがセル領域から離れるにつれて浅く形成され、それに伴ってそれぞれの保護拡散層７１の下面がセル領域から離れるにつれて浅くなる。そのため、保護拡散層８３、保護拡散層７０、および、保護拡散層７１を同時に形成する場合であっても、セル領域から離れるにしたがって保護拡散層に生じる電界が緩和されるので、終端領域における耐圧を十分に保つことができる。したがって、たとえば、保護拡散層７１の不純物濃度を低くするためのマスクを別途用意する必要がなくなり、トレンチゲート型の炭化珪素半導体装置の製造する際の工程数を減少させることができる。

なお、これらの構成以外の本願明細書に例示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、これらの構成のみで、以上に記載された効果を生じさせることができる。

しかしながら、本願明細書に例示される他の構成のうちの少なくとも１つを以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては記載されなかった本願明細書に例示される他の構成を以上に記載された構成に追加した場合でも、同様に以上に記載された効果を生じさせることができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、保護拡散層８３の不純物濃度と、保護拡散層７０の不純物濃度と、複数の保護拡散層７１の不純物濃度とが等しい。このような構成によれば、セル領域における保護拡散層８３と終端領域における保護拡散層７０とを同時に形成することができるため、製造工程数を減少させることができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、保護拡散層７０の不純物濃度と、複数の第３の保護拡散層の不純物濃度とが異なる。ここで、第３の保護拡散層は、たとえば、保護拡散層７４に対応するものである。このような構成によれば、終端領域における保護拡散層７４の不純物濃度を調整することができるため、より細やかに耐圧を調整することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、第３のトレンチ同士の間の間隔は、セル領域から離れるにつれて広くなる。ここで、第３のトレンチは、たとえば、終端トレンチ５１ｂに対応するものである。このような構成によれば、保護拡散層７０と隣接する保護拡散層７２と、保護拡散層７０との間の間隔が相対的に狭くなるため、保護拡散層７０の、最外周部の角部にかかる電界を、効果的に緩和することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、それぞれの第３のトレンチの幅は、セル領域から離れるにつれて狭くなる。ここで、第３のトレンチは、たとえば、終端トレンチ５２ｂに対応するものである。このような構成によれば、終端トレンチ５２ｂの幅の違いを利用して、マイクロローディング効果によってトレンチの深さを調整することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、それぞれの第３のトレンチは、第２のトレンチを平面視において囲む周方向において、部分的に形成される。ここで、第３のトレンチは、たとえば、終端トレンチ１０３に対応するものである。また、第２のトレンチは、たとえば、終端トレンチ１０２に対応するものである。このような構成によれば、終端トレンチ１０３の幅方向、すなわち、セル領域から離れる方向における調整だけでなく、終端トレンチ１０３の長さ方向、すなわち、セル領域を囲む周方向における調整も行うことによって、終端トレンチ１０３の深さ制御の精度が高まる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、ドリフト層４は、炭化珪素半導体からなる。このような構成によれば、高耐圧な半導体装置を形成することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、セル領域を有する第１の導電型のドリフト層４を形成する。そして、セル領域におけるドリフト層４の表層に位置する活性領域トレンチ８０と、セル領域を平面視において囲み、かつ、ドリフト層４の表層に位置する終端トレンチ５０ａと、終端トレンチ５０ａを平面視において少なくとも部分的に囲み、かつ、ドリフト層４の表層に位置する複数の終端トレンチ５０ｂとを同時に形成する。そして、活性領域トレンチ８０の下部に位置する、第２の導電型の保護拡散層８３と、終端トレンチ５０ａの下部に位置する、第２の導電型の保護拡散層７０と、それぞれの終端トレンチ５０ｂの下部に位置する、第２の導電型の保護拡散層７１とを同時に形成する。ここで、それぞれの終端トレンチ５０ｂは、セル領域から離れるにつれて浅く形成される。また、それぞれの保護拡散層７１の下面は、セル領域から離れるにつれて浅くなる。

このような構成によれば、終端トレンチ５０ｂがセル領域から離れるにつれて浅く形成され、それに伴ってそれぞれの保護拡散層７１の下面がセル領域から離れるにつれて浅くなる。そのため、セル領域から離れるにしたがって保護拡散層に生じる電界が緩和されるので、保護拡散層８３、保護拡散層７０、および、保護拡散層７１を同時に形成しつつ、終端領域における耐圧を十分に保つことができる。したがって、たとえば、保護拡散層７１の不純物濃度を低くするためのマスクを別途用意する必要がなくなり、トレンチゲート型の炭化珪素半導体装置の製造する際の工程数を減少させることができる。

なお、これらの構成以外の本願明細書に例示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、これらの構成のみで、以上に記載された効果を生じさせることができる。

しかしながら、本願明細書に例示される他の構成のうちの少なくとも１つを以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては記載されなかった本願明細書に例示される他の構成を以上に記載された構成に追加した場合でも、同様に以上に記載された効果を生じさせることができる。

また、特に制限がない限り、それぞれの処理が行われる順序は変更することができる。

＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。

したがって、例示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。

さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。

また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。

また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。

また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。

１ ＳｉＣ基板、２ 半導体層、３ ソース領域、４ ドリフト層、５ａ，５ｂ，５０ａ，５０ｂ，５１ｂ，５２ｂ，１０２，１０３ 終端トレンチ、６ ベース領域、７，７０，７０ａ，７１，７２，７３，７４，８３ 保護拡散層、８ コンタクト領域、９ 終端拡散層、１０，３０ トレンチ形成マスク、２０，２１，３０，４０ イオン注入マスク、２２，３１ 開口部、３２ 溝部、８０，１０１ 活性領域トレンチ、８１ ゲート絶縁膜、８２ ゲート電極、８４ 層間絶縁膜、８５，８７ ニッケルシリサイド、８６ ソース電極、８８ ドレイン電極、１００ トレンチ。

Claims (8)

1. セル領域を有する第１の導電型のドリフト層と、
   前記セル領域における前記ドリフト層の表層に形成される第１のトレンチと、
   前記セル領域を平面視において囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に形成される第２のトレンチと、
   前記第２のトレンチを平面視において少なくとも部分的に囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に形成される複数の第３のトレンチと、
   前記第１のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第１の保護拡散層と、
   前記第２のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第２の保護拡散層と、
   それぞれの前記第３のトレンチの下部に形成される、第２の導電型の第３の保護拡散層とを備え、
   それぞれの前記第３のトレンチは、前記セル領域から離れるにつれて浅く形成され、
   それぞれの前記第３の保護拡散層の下面は、前記セル領域から離れるにつれて浅くなる、
   半導体装置。
2. 前記第１の保護拡散層の不純物濃度と、前記第２の保護拡散層の不純物濃度と、複数の前記第３の保護拡散層の不純物濃度とが等しい、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第２の保護拡散層の不純物濃度と、複数の前記第３の保護拡散層の不純物濃度とが異なる、
   請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第３のトレンチ同士の間の間隔は、前記セル領域から離れるにつれて広くなる、
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
5. それぞれの前記第３のトレンチの幅は、前記セル領域から離れるにつれて狭くなる、
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
6. それぞれの前記第３のトレンチは、前記第２のトレンチを平面視において囲む周方向において、部分的に形成される、
   請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記ドリフト層は、炭化珪素半導体からなる、
   請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
8. セル領域を有する第１の導電型のドリフト層を形成し、
   前記セル領域における前記ドリフト層の表層に位置する第１のトレンチと、前記セル領域を平面視において囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に位置する第２のトレンチと、前記第２のトレンチを平面視において少なくとも部分的に囲み、かつ、前記ドリフト層の表層に位置する複数の第３のトレンチとを同時に形成し、
   前記第１のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第１の保護拡散層と、前記第２のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第２の保護拡散層と、それぞれの前記第３のトレンチの下部に位置する、第２の導電型の第３の保護拡散層とを同時に形成し、
   それぞれの前記第３のトレンチは、前記セル領域から離れるにつれて浅く形成され、
   それぞれの前記第３の保護拡散層の下面は、前記セル領域から離れるにつれて浅くなる、
   半導体装置の製造方法。

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