JP5741584B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、炭化珪素層に形成され所定の結晶面を含む傾斜面を利用した半導体装置の製造方法に関する。
従来、半導体装置の材料として炭化珪素（ＳｉＣ）を用いることが提案されている。たとえば、炭化珪素を用いてトレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴを形成することが提案されている（特開２００８−２３５５４６号公報（特許文献１）参照）。
特開２００８−２３５５４６号公報では、トレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴにおけるゲート絶縁膜の耐圧を向上させるため、ゲート電極およびゲート絶縁膜が内部に配置されるトレンチ（溝）の側壁をテーパ状にすることが提案されている。具体的には、開口パターンを有するエッチングマスクを用いて炭化珪素からなる半導体層を異方性エッチングにより部分的に除去した後、等方性エッチングを行うことで、半導体層に形成される溝の側壁をテーパ状にしている。
特開２００８−２３５５４６号公報
ここで、たとえば結晶型が六方晶の炭化珪素については、面方位が{０３−３−８}となっている面などの、いわゆる半極性面をＭＯＳＦＥＴといったの半導体装置のチャネルとして利用すると大きなチャネル移動度を実現できることが従来報告されている。しかし、上述のような半極性面を、トレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴのチャネルとして形成する（つまり溝の側壁を半極性面により構成する）ことは、上述した特許文献１には直接的に開示されておらず、また、溝の側壁を半極性面にする具体的な方法について上記特許文献１では言及されていない。つまり、特許文献１に開示されているように、溝の側壁を等方性エッチングにより単にテーパ状に加工するのみでは、形成された側壁が正確に上記半極性面とはならない。この場合、形成された半導体装置の特性（たとえばチャネル移動度）が十分向上しないという問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、特性の安定した高品質の半導体装置を得ることができる、半導体装置の製造方法を提供することである。
この発明に従った半導体装置の製造方法は、主表面を有する炭化珪素層を準備する工程と、炭化珪素層を部分的に除去することにより、主表面に溝を形成する工程と、熱エッチングにより溝の側壁を部分的に除去する工程とを備える。
このようにすれば、熱エッチングによって溝の側壁を部分的に除去することにより、溝の側壁を自己形成的に{０３−３−８}面といった半極性面にすることができる。さらに、熱エッチングを用いて溝の側壁を部分的に除去するため、加工後の溝の側壁に加工変質層などは形成されない。したがって、当該半極性面となった溝の側壁をチャネルとして利用した、高品質の半導体装置を製造することができる。
また、上記のような熱エッチングによって溝の側壁を部分的に除去するときに、除去される側壁表面の厚みを十分厚くする（たとえば０．１μｍ以上とする）ことで、当該側壁に加工変質層が発生していた場合であっても、当該加工変質層を除去することができる。
また、発明者は、鋭意研究を進めた結果、炭化珪素の単結晶について所定の条件で加工することで、いわゆる半極性面を自己形成面として形成することができ、このような自己形成された半極性面を半導体装置の能動領域（たとえばチャネル領域）として利用することで、電気的特性の優れた（たとえばチャネル移動度の大きい）半導体装置を実現できることを見出した。このような発明者の知見に基づき、この発明に従った半導体装置は、主表面を有する基板と、炭化珪素層とを備える。炭化珪素層は、基板の主表面上に形成される。炭化珪素層は、主表面に対して傾斜した端面を含む。端面は、炭化珪素層の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方を含み、炭化珪素層の結晶型が立方晶の場合には実質的に{１００}面を含む。
なお、ここで端面が実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方を含むとは、端面を構成する結晶面が{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方となっている場合、および端面を構成する結晶面について、＜１−１００＞方向における｛０３−３−８｝面または{０１−１−４}面に対するオフ角が−３°以上３°以下の面となっていることを意味する。なお、「＜１−１００＞方向における{０３−３−８}面または{０１−１−４}面に対するオフ角」とは、＜１−１００＞方向および＜０００１＞方向の張る平面への上記端面の法線の正射影と、{０３−３−８}面または{０１−１−４}面の法線とのなす角度であり、その符号は、上記正射影が＜１−１００＞方向に対して平行に近づく場合が正であり、上記正射影が＜０００１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。また、端面が実質的に{１００}面を含むとは、端面を構成する結晶面が{１００}面となっている場合、および端面を構成する結晶面が{１００}面から任意の結晶方位において−３°以上３°以下のオフ角を有する結晶面となっている場合を意味する。
このようにすれば、炭化珪素層の端面が実質的に上記{０３−３−８}面、{０１−１−４}面および{１００}面のいずれかになっているため、これらのいわゆる半極性面となっている端面を半導体装置の能動領域として利用することができる。そして、これらの端面は安定な結晶面であるため、当該端面をチャネル領域などの能動領域に利用した場合、他の結晶面（たとえば（０００１）面）を能動領域に利用した場合より、安定してリーク電流を十分低減できるとともに、高い耐圧を得ることができる。
また、発明者は、炭化珪素層（炭化珪素の単結晶層）に対して、酸素及び塩素を含有する反応ガスを接触させながら、当該炭化珪素層を加熱することで、炭化珪素においてエッチング速度の最も遅い結晶面が自己形成されるという知見を得た。そして、反応ガスの組成（たとえば酸素と塩素との割合）や加熱温度を調節することで、上述した{０３−３−８}面、{０１−１−４}面または{１００}面を自己形成できることを見出した。このような知見に基づき、この発明に従った半導体装置の製造方法は、炭化珪素層が形成された基板を準備する工程と、炭化珪素層の主表面に対して傾斜した端面を形成する工程と、当該端面を利用して、半導体装置に含まれる構造を形成する工程とを備える。端面を形成する工程では、炭化珪素層に、酸素および塩素を含有する反応ガスを接触させながら、炭化珪素層を加熱することにより、炭化珪素層の主表面を部分的にエッチングにより除去することにより、炭化珪素層の主表面に対して傾斜した端面を形成する。端面は、炭化珪素層の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方を含み、炭化珪素層の結晶型が立方晶の場合には実質的に{１００}面を含む。この場合、本発明による半導体装置を容易に製造することができる。また、上記のようにエッチング（熱エッチング）を行なうことで{０３−３−８}面、{０１−１−４}面または{１００}面を自己形成できるので、これらの結晶面を形成するために液相成長などを用いる必要がない。そのため、当該自己形成工程において上記結晶面での不純物濃度が変動する可能性は低い。したがって、当該結晶面での不純物濃度の制御をイオン注入などの方法で容易に行なうことができる。
本発明によれば、安定してリーク電流が低減され、また高耐圧である、優れた特性の半導体装置を得ることができる。
本発明による半導体装置の実施の形態１を示す断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法の参考例を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の製造方法の参考例を説明するための断面模式図である。 図１に示した半導体装置の変形例を示す断面模式図である。 本発明による半導体装置の実施の形態２を示す断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 図１３に示した半導体装置の変形例を示す断面模式図である。 本発明による半導体装置の実施の形態３を示す断面模式図である。 図２３に示した半導体装置の変形例を示す断面模式図である。 炭化珪素層の側面の部分拡大断面模式図である。 試料１についての実験の結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。 試料２についての実験の結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。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返さない。また、本明細書中においては、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、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
（実施の形態１）
図１を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態１を説明する。
図１を参照して、本発明による半導体装置は、側面が傾斜した溝を利用した縦型のデバイスである縦型ＭＯＳＦＥＴである。図１に示した半導体装置は、炭化珪素からなる基板１と、炭化珪素からなり、導電型がｎ型であるエピタキシャル層である耐圧保持層２と、炭化珪素からなり、導電型がｐ型であるｐ型ボディ層３（ｐ型半導体層３）と、炭化珪素からなり、導電型がｎ型であるｎ型ソースコンタクト層４と、炭化珪素からなり、導電型がｐ型であるコンタクト領域５と、ゲート絶縁膜８と、ゲート電極９と、層間絶縁膜１０と、ソース電極１２と、ソース配線電極１３と、ドレイン電極１４と、裏面保護電極１５とを備える。
基板１は、結晶型が六方晶の炭化珪素あるいは結晶型が立方晶の炭化珪素からなる。耐圧保持層２は、基板１の一方の主表面上に形成されている。耐圧保持層２上にはｐ型ボディ層３が形成されている。ｐ型ボディ層３上には、ｎ型ソースコンタクト層４が形成されている。このｎ型ソースコンタクト層４に取り囲まれるように、ｐ型のコンタクト領域５が形成されている。ｎ型ソースコンタクト層４、ｐ型ボディ層３および耐圧保持層２を部分的に除去することにより溝６が形成されている。溝６の側壁は基板１の主表面に対して傾斜した端面になっている。傾斜した端面により囲まれた凸部（上部表面上にソース電極１２が形成された凸形状部）の平面形状は、基板１の結晶型が六方晶である場合にはたとえば六角形になっていてもよい。また、基板１の結晶型が立方晶である場合、上記凸部の平面形状はたとえば四角形状となっていてもよい。
この溝６の側壁および底壁上にはゲート絶縁膜８が形成されている。このゲート絶縁膜８はｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上にまで延在している。このゲート絶縁膜８上であって、溝６の内部を充填するようにゲート電極９が形成されている。ゲート電極９の上部表面は、ゲート絶縁膜８においてｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上に位置する部分の上面とほぼ同じ高さになっている。
ゲート絶縁膜８のうちｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上にまで延在する部分とゲート電極９とを覆うように層間絶縁膜１０が形成されている。層間絶縁膜１０とゲート絶縁膜８の一部とを除去することにより、ｎ型ソースコンタクト層４の一部とｐ型のコンタクト領域５とを露出するように開口部１１が形成されている。この開口部１１の内部を充填するとともに、ｐ型のコンタクト領域５およびｎ型ソースコンタクト層４の一部と接触するようにソース電極１２が形成されている。ソース電極１２の上部表面と接触するとともに、層間絶縁膜１０の上部表面上に延在するようにソース配線電極１３が形成されている。また、基板１において耐圧保持層２が形成された主表面とは反対側の裏面上には、ドレイン電極１４が形成されている。このドレイン電極１４はオーミック電極である。このドレイン電極１４において、基板１と対向する面とは反対側の面上に裏面保護電極１５が形成されている。
図１に示した半導体装置においては、溝６の側壁が傾斜するとともに、当該側壁は、耐圧保持層２などを構成する炭化珪素の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方となっている。また、耐圧保持層２などを構成する炭化珪素の結晶型が立方晶の場合には、当該溝６の傾斜した側壁は実質的に{１００}面となっている。図１から分かるように、これらのいわゆる半極性面となっている側壁を半導体装置の能動領域であるチャネル領域として利用することができる。そして、これらの側壁は安定な結晶面であるため、当該側壁をチャネル領域に利用した場合、他の結晶面（たとえば（０００１）面）をチャネル領域に利用した場合より、リーク電流を十分低減できるとともに、高い耐圧を得ることができる。
次に、図１に示した半導体装置の動作について簡単に説明する。図１を参照して、ゲート電極９にしきい値以下の電圧を与えた状態、すなわちオフ状態では、ｐ型ボディ層３と導電型がｎ型である耐圧保持層２との間が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極９に正の電圧を印加すると、ｐ型ボディ層３においてゲート絶縁膜８と接触する領域の近傍であるチャネル領域において、反転層が形成される。その結果、ｎ型ソースコンタクト層４と耐圧保持層２とが電気的に接続された状態となる。この結果、ソース電極１２とドレイン電極１４との間に電流が流れる。
次に、図２〜図９を参照して、図１に示した本発明による半導体装置の製造方法を説明する。
まず、図２を参照して、炭化珪素からなる基板１の主表面上に、導電型がｎ型である炭化珪素のエピタキシャル層を形成する。当該エピタキシャル層は耐圧保持層２となる。耐圧保持層２を形成するためのエピタキシャル成長は、たとえば原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）とプロパン（Ｃ３Ｈ８）との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素ガス（Ｈ２）を用いたＣＶＤ法により実施することができる。また、このとき導電型がｎ型の不純物としてたとえば窒素（Ｎ）やリン（Ｐ）を導入することが好ましい。この耐圧保持層２のｎ型不純物の濃度は、たとえば５×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１６ｃｍ−３以下とすることができる。
次に、耐圧保持層２の上部表面層にイオン注入を行なうことにより、ｐ型ボディ層３およびｎ型ソースコンタクト層４を形成する。ｐ型ボディ層３を形成するためのイオン注入においては、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などの導電型がｐ型の不純物をイオン注入する。このとき、注入するイオンの加速エネルギーを調整することによりｐ型ボディ層３が形成される領域の深さを調整することができる。
次に導電型がｎ型の不純物を、ｐ型ボディ層３が形成された耐圧保持層２へイオン注入することにより、ｎ型ソースコンタクト層４を形成する。ｎ型の不純物としてはたとえばリンなどを用いることができる。このようにして、図３に示す構造を得る。
次に、図４に示すように、ｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上にマスク層１７を形成する。マスク層１７として、たとえばシリコン酸化膜などの絶縁膜を用いることができる。マスク層１７の形成方法としては、たとえば以下のような工程を用いることができる。すなわち、ｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上に、ＣＶＤ法などを用いてシリコン酸化膜を形成する。そして、このシリコン酸化膜上にフォトリソグラフィ法を用いて所定の開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。このレジスト膜をマスクとして用いて、シリコン酸化膜をエッチングにより除去する。その後レジスト膜を除去する。この結果、図４に示した溝１６が形成されるべき領域に開口パターンを有するマスク層１７が形成される。なお、マスク層１７の開口パターンの幅は、たとえば０．１μｍ以上２μｍ以下とすることができる。このような微細な開口パターンを用いる場合、当該開口パターン内に残渣が発生しやすいため、本発明が特に有効である。
そして、このマスク層１７をマスクとして用いて、ｎ型ソースコンタクト層４、ｐ型ボディ層３および耐圧保持層２の一部をエッチングにより除去する。エッチングの方法としてはたとえば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、特に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ＲＩＥを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてＳＦ6またはＳＦ6とＯ2との混合ガスを用いたＩＣＰ−ＲＩＥを用いることができる。このようなエッチングにより、図１の溝６が形成されるべき領域に、側壁が基板１の主表面に対してほぼ垂直な溝１６を形成することができる。このようにして、図４に示す構造を得る。
次に、耐圧保持層２、ｐ型ボディ層３およびｎ型ソースコンタクト層４において所定の結晶面を表出させる熱エッチング工程を実施する。具体的には、図４に示した溝１６の側壁を、酸素ガスと塩素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度をたとえば７００℃以上１０００℃以下としたエッチング(熱エッチング）を行なうことにより、図５に示すように基板１の主表面に対して傾斜した側面２０を有する溝６を形成することができる。なお、溝１６の側壁において加工変質層が存在していた場合には、上記熱エッチング工程の時間を十分長くすることにより当該加工変質層は除去される。
ここで、上記熱エッチング工程の条件は、たとえば酸素ガスに対する塩素ガスの流量比率（（塩素ガス流量）／（酸素ガス流量））を、０．５以上４．０以下、より好ましくは１．０以上２．０以下、とすることができる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素（Ｎ２）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。そして、上述のように熱処理温度を７００℃以上１０００℃以下とした場合、ＳｉＣのエッチング速度はたとえば７０μｍ／ｈｒ程度になる。また、この場合にマスク層１７として酸化珪素（ＳｉＯ２）を用いると、ＳｉＯ２に対するＳｉＣの選択比を極めて大きくすることができるので、ＳｉＣのエッチング中にＳｉＯ2からなるマスク層１７は実質的にエッチングされない。
なお、この側面２０に表出する結晶面はたとえば{０３−３−８}面となっている。つまり、上述した条件のエッチングにおいては、エッチング速度の最も遅い結晶面である{０３−３−８}面が溝６の側面２０として自己形成される。この結果、図５に示すような構造を得る。なお、側面２０を構成する結晶面は{０１−１−４}面となっていてもよい。また、耐圧保持層２などを構成する炭化珪素の結晶型が立方晶である場合には、側面２０を構成する結晶面は{１００}面であってもよい。
次に、マスク層１７をエッチングなど任意の方法により除去する。その後、溝６の内部からｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上にまで延在するように、所定のパターンを有するレジスト膜（図示せず）を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。レジスト膜としては、溝６の底部およびｎ型ソースコンタクト層４の上部表面の一部に開口パターンが形成されているものを用いる。そして、このレジスト膜をマスクとして用いて、導電型がｐ型の不純物をイオン注入することにより、溝６の底部に電界緩和領域７を形成し、ｎ型ソースコンタクト層４の一部領域に導電型がｐ型のコンタクト領域５を形成する。その後レジスト膜を除去する。この結果、図６に示すような構造を得る。
そして、上述したイオン注入により注入された不純物を活性化するための活性化アニール工程を実施する。この活性化アニール工程においては、炭化珪素からなるエピタキシャル層の表面に特にキャップ層を形成することなくアニール処理を実施する。ここで、発明者らは、上述した{０３−３−８}面については、キャップ層などの保護膜を表面に形成することなく活性化アニール処理を行なっても表面性状が劣化することがなく、十分な表面平滑性を維持できることを見出した。このため、従来必要と考えられていた活性化アニール処理前の保護膜（キャップ層）の形成工程を省略して、直接活性化アニール工程を実施している。なお、上述したキャップ層を形成したうえで活性化アニール工程を実施してもよい。また、たとえばｎ型ソースコンタクト層４およびｐ型のコンタクト領域５の上部表面上のみにキャップ層を設けた構成として、活性化アニール処理を実施してもよい。
次に、図７に示すように、溝６の内部からｎ型ソースコンタクト層４およびｐ型のコンタクト領域５の上部表面上にまで延在するようにゲート絶縁膜８を形成する。ゲート絶縁膜８としては、たとえば炭化珪素からなるエピタキシャル層を熱酸化することにより得られる酸化膜（酸化ケイ素膜）を用いることができる。このようにして、図７に示す構造を得る。
次に、図８に示すように、溝６の内部を充填するように、ゲート絶縁膜８上にゲート電極９を形成する。ゲート電極９の形成方法としては、たとえば以下のような方法を用いることができる。まず、ゲート絶縁膜８上において、溝６の内部およびｐ型のコンタクト領域５上の領域にまで延在するゲート電極となるべき導電体膜を、スパッタリング法などを用いて形成する。導電体膜の材料としては導電性を有する材料であれば金属など任意の材料を用いることができる。その後、エッチバックあるいはＣＭＰ法など任意の方法を用いて、溝６の内部以外の領域に形成された導電体膜の部分を除去する。この結果、溝６の内部を充填するような導電体膜が残存し、当該導電体膜によりゲート電極９が構成される。このようにして、図８に示す構造を得る。
次に、ゲート電極９の上部表面、およびｐ型のコンタクト領域５上において露出しているゲート絶縁膜８の上部表面上を覆うように層間絶縁膜１０（図９参照）を形成する。層間絶縁膜としては、絶縁性を有する材料であれば任意の材料を用いることができる。そして、層間絶縁膜１０上に、パターンを有するレジスト膜を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。当該レジスト膜（図示せず）にはｐ型のコンタクト領域５上に位置する領域に開口パターンが形成されている。
そして、このレジスト膜をマスクとして用いて、エッチングにより層間絶縁膜１０およびゲート絶縁膜８を部分的にエッチングにより除去する。この結果、層間絶縁膜１０およびゲート絶縁膜８には開口部１１（図９参照）が形成される。この開口部１１の底部においては、ｐ型のコンタクト領域５およびｎ型ソースコンタクト層４の一部が露出した状態となる。その後、当該開口部１１の内部を充填するとともに、上述したレジスト膜の上部表面上を覆うようにソース電極１２（図９参照）となるべき導電体膜を形成する。その後、薬液などを用いてレジスト膜を除去することにより、レジスト膜上に形成されていた導電体膜の部分を同時に除去する（リフトオフ）。この結果、開口部１１の内部に充填された導電体膜によりソース電極１２を形成できる。このソース電極１２はｐ型のコンタクト領域５およびｎ型ソースコンタクト層４とオーミック接触したオーミック電極である。
また、基板１の裏面側（耐圧保持層２が形成された主表面と反対側の表面側）に、ドレイン電極１４（図９参照）を形成する。ドレイン電極１４としては、基板１とオーミック接触が可能な材料であれば任意の材料を用いることができる。このようにして、図９に示す構造を得る。
その後、ソース電極１２の上部表面に接触するとともに、層間絶縁膜１０の上部表面上に延在するソース配線電極１３（図１参照）、およびドレイン電極１４の表面に形成された裏面保護電極１５（図１参照）をそれぞれスパッタリング法などの任意の方法を用いて形成する。この結果、図１に示す半導体装置を得ることができる。
次に、図１０および図１１を参照して、図１に示した本発明による半導体装置の製造方法の参考例を説明する。
本発明による半導体装置の製造方法の参考例では、まず図２〜図４に示した工程を実施する。その後、図４に示したマスク層１７を除去する。次に、溝１６の内部からｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上にまで延在するように珪素からなるＳｉ被膜２１（図１０参照）を形成する。この状態で、熱処理を行なうことにより、溝１６の内周面およびｎ型ソースコンタクト層４の上部表面のＳｉ被膜２１と接触した領域において炭化珪素の再構成が起きる。このようにして、図１０に示すように、溝の側壁が所定の結晶面（{０３−３−８}面）となるように炭化珪素の再構成層２２が形成される。この結果、図１０に示すような構造を得る。
この後、残存しているＳｉ被膜２１を除去する。Ｓｉ被膜２１の除去方法としては、たとえばＨＮＯ3とＨＦ等の混合液（ガス）を用いたエッチングを用いることができる。その後、さらに上述した再構成層２２をエッチングにより除去する。再構成層２２を除去するためのエッチングとしては、ＩＣＰ−ＲＩＥを用いることができる。この結果、図１１に示すように傾斜した側面を有する溝６を形成できる。
この後、先に説明した図６〜図９に示した工程を実施することにより、図１に示した半導体装置を得ることができる。
次に、図１２を参照して、図１に示した半導体装置の変形例を説明する。図１２に示した半導体装置は、基本的には図１に示した半導体装置と同様の構成を備えるが、溝６の形状が図１に示した半導体装置とは異なっている。具体的には、図１２に示した半導体装置では、溝６の断面形状がＶ字状となっている。また、異なる観点から言えば、図１２に示した半導体装置の溝６は、基板１の主表面に対して傾斜し互いに対向する側面が、その下部で直接接続された状態になっている。溝６の底部（対向する側壁の下部が互いに接続された部分）には、電界緩和領域７が形成されている。このような構成の半導体装置によっても、図１に示した半導体装置と同様の効果を得ることができる。さらに、図１２に示した半導体装置では、溝６において図１に示したような平坦な底面が形成されていないため、図１２に示した溝６の幅は図１に示した溝６の幅より狭くなっている。この結果、図１２に示した半導体装置では、図１に示した半導体装置よりサイズを小さくすることが可能であり、半導体装置の微細化および高集積化に有利である。
（実施の形態２）
図１３を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態２を説明する。
図１３を参照して、本発明による半導体装置は、側面が傾斜した溝を利用した縦型のデバイスであるＩＧＢＴである。図１３に示した半導体装置は、炭化珪素からなる導電型がｐ型の基板３１と、炭化珪素からなり、導電型がｐ型であるバッファ層としてのｐ型エピタキシャル層３６と、炭化珪素からなり、導電型がｎ型である耐圧保持層としてのｎ型エピタキシャル層３２と、炭化珪素からなり、導電型がｐ型であるウェル領域に対応するｐ型半導体層３３と、炭化珪素からなり、導電型がｎ型であるエミッタ領域に対応するｎ型ソースコンタクト層３４と、炭化珪素からなり、導電型がｐ型であるコンタクト領域３５と、ゲート絶縁膜８と、ゲート電極９と、層間絶縁膜１０と、エミッタ電極に対応するソース電極１２と、ソース配線電極１３と、コレクタ電極に対応するドレイン電極１４と、裏面保護電極１５とを備える。
ｐ型エピタキシャル層３６は、基板３１の一方の主表面上に形成されている。ｐ型エピタキシャル層３６上にはｎ型エピタキシャル層３２が形成されている。ｎ型エピタキシャル層３２上にはｐ型半導体層３３が形成されている。ｐ型半導体層３３上には、ｎ型ソースコンタクト層３４が形成されている。このｎ型ソースコンタクト層３４に取り囲まれるように、ｐ型のコンタクト領域３５が形成されている。ｎ型ソースコンタクト層３４、ｐ型半導体層３３およびｎ型エピタキシャル層３２を部分的に除去することにより溝６が形成されている。溝６の側壁は基板３１の主表面に対して傾斜した端面になっている。傾斜した端面により囲まれた凸部（上部表面上にソース電極１２が形成された凸形状部）の平面形状はたとえば六角形になっている。
この溝６の側壁および底壁上にはゲート絶縁膜８が形成されている。このゲート絶縁膜８はｎ型ソースコンタクト層３４の上部表面上にまで延在している。このゲート絶縁膜８上であって、溝６の内部を充填するようにゲート電極９が形成されている。ゲート電極９の上部表面は、ゲート絶縁膜８においてｎ型ソースコンタクト層３４の上部表面上に位置する部分の上面とほぼ同じ高さになっている。
ゲート絶縁膜８のうちｎ型ソースコンタクト層３４の上部表面上にまで延在する部分とゲート電極９とを覆うように層間絶縁膜１０が形成されている。層間絶縁膜１０とゲート絶縁膜８の一部とを除去することにより、ｎ型ソースコンタクト層３４の一部とｐ型のコンタクト領域３５とを露出するように開口部１１が形成されている。この開口部１１の内部を充填するとともに、ｐ型のコンタクト領域３５およびｎ型ソースコンタクト層３４の一部と接触するようにソース電極１２が形成されている。ソース電極１２の上部表面と接触するとともに、層間絶縁膜１０の上部表面上に延在するようにソース配線電極１３が形成されている。
また、基板１において耐圧保持層２が形成された主表面とは反対側の裏面上には、図１に示した半導体装置と同様に、ドレイン電極１４および裏面保護電極１５が形成されている。
図１３に示した半導体装置においても、図１に示した半導体装置と同様に、溝６の側壁が傾斜するとともに、当該側壁は、ｎ型エピタキシャル層３２などを構成する炭化珪素の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方となっている。また、ｎ型エピタキシャル層３２などを構成する炭化珪素の結晶型が立方晶の場合には、当該溝６の傾斜した側壁は実質的に{１００}面となっている。この場合も、図１に示した半導体装置と同様の効果を得ることができる。
次に、図１３に示した半導体装置の動作を簡単に説明する。図１３を参照して、ゲート電極９に負の電圧を印加し、当該負の電圧が閾値を超えると、ゲート電極９側方のゲート絶縁膜８に接するｐ型半導体層３３の溝６に対向する端部領域（チャネル領域）に反転層が形成され、エミッタ領域であるｎ型ソースコンタクト層３４と耐圧保持層であるｎ型エピタキシャル層３２とが電気的に接続される。これにより、エミッタ領域であるｎ型ソースコンタクト層３４から耐圧保持層であるｎ型エピタキシャル層３２に正孔が注入され、これに対応して基板３１からバッファ層であるｐ型エピタキシャル層３６を介して電子がｎ型エピタキシャル層３２に供給される。その結果、ＩＧＢＴがオン状態となり、ｎ型エピタキシャル層３２に伝導度変調が生じてエミッタ電極であるソース電極１２-コレクタ電極であるドレイン電極１４間の抵抗が低下した状態で電流が流れる。一方、ゲート電極９に印加される上記負の電圧が閾値以下の場合、上記チャネル領域に反転層が形成されないため、ｎ型エピタキシャル層３２とｐ型半導体層３３との間が、逆バイアスの状態に維持される。その結果、ＩＧＢＴがオフ状態となり、電流は流れない。
図１４〜図２１を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態２の製造方法を説明する。
まず、図１４を参照して、炭化珪素からなる基板３１の主表面上に、導電型がｐ型であって炭化珪素からなるｐ型エピタキシャル層３６を形成する。そして、ｐ型エピタキシャル層３６上に導電型がｎ型である炭化珪素のｎ型エピタキシャル層３２を形成する。当該ｎ型エピタキシャル層３２は耐圧保持層となる。ｐ型エピタキシャル層３６およびｎ型エピタキシャル層３２を形成するためのエピタキシャル成長は、たとえば原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素ガス（Ｈ2）を用いたＣＶＤ法により実施することができる。また、このとき、導電型がｐ型の不純物としては、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などを導入し、導電型がｎ型の不純物としてたとえば窒素（Ｎ）やリン（Ｐ）を導入することが好ましい。
次に、ｎ型エピタキシャル層３２の上部表面層にイオン注入を行なうことにより、ｐ型半導体層３３およびｎ型ソースコンタクト層３４を形成する。ｐ型半導体層３３を形成するためのイオン注入においては、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などの導電型がｐ型の不純物をイオン注入する。このとき、注入するイオンの加速エネルギーを調整することによりｐ型半導体層３３が形成される領域の深さを調整することができる。
次に導電型がｎ型の不純物を、ｐ型半導体層３３が形成されたｎ型エピタキシャル層３２へイオン注入することにより、ｎ型ソースコンタクト層３４を形成する。ｎ型の不純物としてはたとえばリンなどを用いることができる。このようにして、図１５に示す構造を得る。
次に、図１６に示すように、ｎ型ソースコンタクト層３４の上部表面上にマスク層１７を形成する。マスク層１７として、たとえばシリコン酸化膜などの絶縁膜を用いることができる。マスク層１７の形成方法としては、図４において説明したマスク層１７の製造方法と同様の方法を用いることができる。この結果、図１６に示した溝１６が形成されるべき領域に開口パターンを有するマスク層１７が形成される。
そして、このマスク層１７をマスクとして用いて、ｎ型ソースコンタクト層３４、ｐ型半導体層３３およびｎ型エピタキシャル層３２の一部をエッチングにより除去する。エッチングの方法などは、図４に示した工程と同様の方法を用いることができる。このようにして、図１６に示す構造を得る。
次に、ｎ型エピタキシャル層３２、ｐ型半導体層３３およびｎ型ソースコンタクト層３４において所定の結晶面を表出させる熱エッチング工程を実施する。この熱エッチング工程の条件は、図５を参照して説明した熱エッチング工程の条件と同様の条件を用いることができる。この結果、図１７に示すように基板３１の主表面に対して傾斜した側面２０を有する溝６を形成することができる。なお、この側面２０に表出する結晶面の面方位はたとえば{０３−３−８}となっている。このようにして、図１７に示すような構造を得る。
次に、マスク層１７をエッチングなど任意の方法により除去する。その後、図６に示した工程と同様に、溝６の内部からｎ型ソースコンタクト層３４の上部表面上にまで延在するように、所定のパターンを有するレジスト膜（図示せず）を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。レジスト膜としては、溝６の底部およびｎ型ソースコンタクト層３４の上部表面の一部に開口パターンが形成されているものを用いる。そして、このレジスト膜をマスクとして用いて、導電型がｐ型の不純物をイオン注入することにより、溝６の底部に電界緩和領域７を形成し、ｎ型ソースコンタクト層３４の一部領域に導電型がｐ型のコンタクト領域３５を形成する。その後レジスト膜を除去する。この結果、図１８に示すような構造を得る。
そして、上述したイオン注入により注入された不純物を活性化するための活性化アニール工程を実施する。この活性化アニール工程においては、すでに説明した本発明の実施の形態１の場合と同様に、炭化珪素からなるエピタキシャル層の表面（具体的には溝６の側面２０上）に特にキャップ層を形成することなくアニール処理を実施する。なお、上述したキャップ層を形成したうえで活性化アニール工程を実施してもよい。また、たとえばｎ型ソースコンタクト層３４およびｐ型のコンタクト領域３５の上部表面上のみにキャップ層を設けた構成として、活性化アニール処理を実施してもよい。
次に、図１９に示すように、溝６の内部からｎ型ソースコンタクト層３４およびｐ型のコンタクト領域３５の上部表面上にまで延在するようにゲート絶縁膜８を形成する。ゲート絶縁膜８の材質や形成方法は、図７におけるゲート絶縁膜８の材質や形成方法と同様である。このようにして、図１９に示す構造を得る。
次に、図２０に示すように、溝６の内部を充填するように、ゲート絶縁膜８上にゲート電極９を形成する。ゲート電極９の形成方法としては、図８に示したゲート電極９の形成方法と同様の形成方法を用いることができる。このようにして、図２０に示す構造を得る。
次に、ゲート電極９の上部表面、およびｐ型のコンタクト領域３５上において露出しているゲート絶縁膜８の上部表面上を覆うように層間絶縁膜１０（図２１参照）を形成する。層間絶縁膜１０としては、絶縁性を有する材料であれば任意の材料を用いることができる。そして、図９に示した工程と同様に、層間絶縁膜１０およびゲート絶縁膜８には開口部１１（図２１参照）が形成される。当該開口部１１の形成方法は、図９における開口部の形成方法と同様である。この開口部１１の底部においては、ｐ型のコンタクト領域３５およびｎ型ソースコンタクト層３４の一部が露出した状態となる。
その後、図９において説明した方法と同様の方法を用いて、開口部１１の内部に充填された導電体膜によりソース電極１２を形成する。このソース電極１２はｐ型のコンタクト領域３５およびｎ型ソースコンタクト層３４とオーミック接触したオーミック電極である。
また、基板３１の裏面側（ｎ型エピタキシャル層３２が形成された主表面と反対側の表面側）に、ドレイン電極１４（図２１参照）を形成する。ドレイン電極１４としては、基板３１とオーミック接触が可能な材料であれば任意の材料を用いることができる。このようにして、図２１に示す構造を得る。
その後、ソース電極１２の上部表面に接触するとともに、層間絶縁膜１０の上部表面上に延在するソース配線電極１３（図１３参照）、およびドレイン電極１４の表面に形成された裏面保護電極１５（図１３参照）をそれぞれスパッタリング法などの任意の方法を用いて形成する。この結果、図１３に示す半導体装置を得ることができる。
次に、図２２を参照して、図１３に示した半導体装置の変形例を説明する。図２２に示した半導体装置は、基本的には図１３に示した半導体装置と同様の構成を備えるが、溝６の形状が図１３に示した半導体装置とは異なっている。具体的には、図２２に示した半導体装置では、溝６の断面形状が図１２に示した半導体装置と同様に、Ｖ字状となっている。溝６の底部（対向する側壁の下部が互いに接続された部分）には、電界緩和領域７が形成されている。このような構成の半導体装置によっても、図１３に示した半導体装置と同様の効果を得ることができる。さらに、図２２に示した半導体装置では、溝６において図１３に示したような平坦な底面が形成されていないため、図２２に示した溝６の幅は図１３に示した溝６の幅より狭くなっている。この結果、図２２に示した半導体装置では、図１３に示した半導体装置よりサイズを小さくすることが可能であり、半導体装置の微細化および高集積化に有利である。
（実施の形態３）
図２３を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態３を説明する。
図２３を参照して、本発明による半導体装置は、ＰｉＮダイオードであって、炭化珪素からなる基板１と、導電型がｎ型であって、基板１における導電性不純物の濃度よりも低い導電性不純物濃度を有し、表面にリッジ構造を有するｎ-エピタキシャル層４２と、ｎ-エピタキシャル層４２の表面に形成されたリッジ構造４４中に形成され、ｎ-エピタキシャル層４２と接続されたｐ+半導体層４３と、リッジ構造４４の周囲に形成されたガードリング４５とを備える。基板１は、炭化珪素からなり、導電型がｎ型である。ｎ-エピタキシャル層４２は、基板１の主表面上に形成されている。ｎ-エピタキシャル層４２の表面には、側面２０が基板１の主表面に対して傾斜しているリッジ構造４４が形成されている。リッジ構造４４の上部表面を含む層には導電型がｐ型であるｐ+半導体層４３が形成されている。このリッジ構造４４の周囲を取囲むように、導電型がｐ型の領域であるガードリング４５が形成されている。ガードリング４５は、リッジ構造４４を囲むように環状に形成されている。リッジ構造４４の側面２０は、特定の結晶面（たとえば{０３−３−８}面）により構成されている。つまり、リッジ構造４４は、上述した特定の結晶面（{０３−３−８}面）と等価な６つの面によって構成されている。このため、リッジ構造４４の上部表面や底部の平面形状は六角形状となっている。
このような構造の半導体装置においても、リッジ構造４４の側面２０が図１に示した溝６の側面２０と同様に安定な結晶面となっていることから、他の結晶面が当該側面２０となっている場合より、当該側面２０からのリーク電流を十分低減できる。
次に、図２３に示した半導体装置の製造方法を説明する。図２３に示した半導体装置の製造方法としては、まず炭化珪素からなる基板１を準備する。基板１としてはたとえば結晶型が六方晶の炭化珪素からなる基板を用いる。この基板１の主表面上にエピタキシャル成長法を用いてｎ-エピタキシャル層４２を形成する。このｎ-エピタキシャル層４２の表面層に導電型がｐ型の不純物をイオン注入することにより、ｐ+半導体層４３となるべきｐ型の半導体層を形成する。
その後、リッジ構造４４（図２３参照）となるべき領域にシリコン酸化膜からなる島状のマスクパターンを形成する。このマスクパターンの平面形状はたとえば六角形状としてもよいが、他の任意の形状（たとえば丸や四角など）としてもよい。そして、このマスクパターンが形成された状態で、ｐ+半導体層４３およびｎ-エピタキシャル層４２を部分的にエッチングにより除去する。この結果、マスクパターンの下にリッジ構造４４となるべき凸部が形成された状態となる。
そして、上述した本発明の実施の形態１における図５に示した工程と同様に熱エッチング工程を実施することにより、凸部の側面をエッチングにより除去し、図２３に示した傾斜する側面２０を得る。その後、マスクパターンを除去する。さらに、全体を覆うように所定のパターンを有するレジスト膜を形成する。当該レジスト膜には、ガードリング４５となるべき領域に開口パターンが形成されている。このレジスト膜をマスクとして用いて、ｎ-エピタキシャル層４２に導電型がｐ型の不純物を注入することにより、ガードリング４５を形成する。その後、レジスト膜を除去する。そして、ガードリング４５を形成するための上記イオン注入後に、活性化アニール処理を行なう、当該活性化アニール処理においては、少なくとも側面２０を覆うようなキャップ層を形成することなく加熱処理をおこなってもよい。この結果、図２３に示す半導体装置を得ることができる。
次に、図２４を参照して、図２３に示した半導体装置の変形例を説明する。
図２４に示した半導体装置は、基本的には図２３に示した半導体装置と同様の構造を備えるが、ガードリング４５（図２３参照）に代えてＪＴＥ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）領域４６が形成されている点が異なる。ＪＴＥ領域４６は、導電型がｐ型の領域である。このようなＪＴＥ領域４６も、図２３に示したガードリング４５と同様にイオン注入および活性化アニールを実施することにより形成することができる。そして、図２３に示した半導体装置の製造方法と同様に、図２４に示した半導体装置の製造方法においても、ＪＴＥ領域４６を形成するためのイオン注入後の活性化アニール処理においては、少なくとも側面２０を覆うようなキャップ層を形成することなく活性化アニール処理を実施する。このようにしても、側面２０は安定な結晶面（たとえば{０３−３−８}面）によって構成されているため、当該活性アニールによっても側面２０の表面が荒れるといった問題は発生しない。
上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を以下に列挙する。
この発明に従った半導体装置の製造方法は、主表面を有する炭化珪素層（図１の耐圧保持層２、半導体層３、ｎ型ソースコンタクト層４、およびｐ型のコンタクト領域５、あるいは図１３のｎ型エピタキシャル層３２、ｐ型半導体層３３、ｎ型ソースコンタクト層３４、ｐ型のコンタクト領域３５、あるいは図２３および図２４のｎ-エピタキシャル層４２およびｐ+半導体層４３）を準備する工程と、炭化珪素層を部分的に除去することにより、主表面に溝１６を形成する工程と、熱エッチングにより溝１６の側壁を部分的に除去する工程とを備える。
このようにすれば、熱エッチングによって溝１６の側壁を部分的に除去することにより、溝の側壁（側面２０）を自己形成的に{０３−３−８}面といった半極性面にすることができる。さらに、熱エッチングを用いて溝１６の側壁を部分的に除去するため、加工後の溝６の側壁（側面２０）に加工変質層などは形成されない。したがって、当該半極性面となった溝６の側壁をチャネルとして利用した、高品質の半導体装置を製造することができる。
また、上記のような熱エッチングによって溝１６の側壁を部分的に除去するときに、除去される側壁表面の厚みを十分厚くする（たとえば０．１μｍ以上とする）ことで、当該側壁に加工変質層が発生していた場合であっても、当該加工変質層を除去することができる。
上記半導体装置の製造方法において、記溝１６を形成する工程は、炭化珪素層の主表面上に開口パターンを有するマスク層１７を形成する工程と、マスク層１７をマスクとして用いて溝１６を形成するように、エッチングにより炭化珪素層を部分的に除去する工程とを含んでいてもよい。エッチングとしてはたとえば反応性イオンエッチングを用いてもよい。なお、溝１６を形成するため、ミリングなどの物理的加工方法を用いてもよい。
この場合、マスク層１７の開口パターン中に残渣が発生していた場合であっても、溝１６を形成する工程において溝１６を形成するときに当該残渣も炭化珪素層の一部とともに除去されるため、溝１６の側壁を部分的に除去する工程を実施するときには当該残渣は存在しない。このため、当該残渣の存在に起因して、側壁を部分的に除去する工程を実施した後の溝６の側壁の形状が設計時の形状からずれるといった問題の発生を防止できる。
なお、マスク層の開口パターンの形状は、線状（たとえばストライプ状）、あるいは曲線状など任意の形状とすることができる。たとえば、マスク層の形状として平面形状が正六角形の複数の島状パターンが、開口パターンを介して整列配置されている（たとえば三角格子を形成するように配置される）ようにしてもよい。さらに、島状パターンの平面形状は正六角形以外の任意の形状（たとえば多角形状、円形状、楕円形状など）であってもよい。
上記半導体装置の製造方法において、除去する工程では、マスク層１７が炭化珪素層の主表面上に残存した状態で熱エッチングを行なってもよい。この場合、熱エッチングを行なうときに、炭化珪素層の主表面であって溝１６に隣接する領域をマスク層１７が覆った状態となるので、当該熱エッチングによって炭化珪素層の主表面がダメージを受けることを防止できる。
上記半導体装置の製造方法において、マスク層１７における開口パターンの幅は２μｍ以下であってもよい。ここで、開口パターンの幅が２μｍ以下であると、開口パターンの内部に残渣が発生しやすく、当該マスク層１７をマスクとして熱エッチングだけを実施しても開口パターン下の炭化珪素層をうまく除去することができず、結果的に溝が形成されない場合がある。しかし、本発明のようにまず溝１６を形成してから、その後熱エッチングを行なうことにより、最初の溝１６を形成するときに当該残渣を除去することができるので、このような問題の発生を確実に防止することができる。
上記半導体装置の製造方法において、除去する工程では、溝１６の側壁における加工変質層を除去してもよい。この場合、除去する工程を実施した後の溝６の側壁をチャネル領域として利用する半導体装置において、当該チャネル領域におけるキャリアの移動度が加工変質層の存在に起因して低下するといった問題の発生を防止できる。このため、高性能な半導体装置を得ることができる。
上記半導体装置の製造方法において、除去する工程では、溝１６の側壁を部分的に除去することにより、炭化珪素層の主表面に対して傾斜した端面（側面２０）を形成してもよい。この場合、主表面がＳｉ面やＣ面となっている炭化珪素層において、半極性面を含む端面を形成することができる。
上記半導体装置の製造方法において、端面（側面２０）は、炭化珪素層の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方を含んでいてもよく、炭化珪素層の結晶型が立方晶の場合には実質的に{１００}面を含んでいてもよい。
この場合、炭化珪素層の端面（側面２０）が実質的に上記{０３−３−８}面、{０１−１−４}面および{１００}面のいずれかになっているため、これらのいわゆる半極性面となっている端面を半導体装置のチャネル領域といった能動領域として利用することができる。さらに、当該端面（側面２０）は安定な結晶面となっているので、当該端面をチャネル領域などに利用した場合、他の結晶面（たとえば（０００１）面）を能動領域に利用した場合より、安定してリーク電流を十分低減できるとともに、高い耐圧を得ることが可能な半導体装置を実現できる。
上記半導体装置の製造方法において、除去する工程では、熱エッチングとして、炭化珪素層に、酸素および塩素を含有する反応ガスを接触させながら、炭化珪素層を加熱することで、溝１６の側壁を部分的に除去してもよい。この場合、確実に炭化珪素層の端面を実質的に上記{０３−３−８}面、{０１−１−４}面および{１００}面のいずれかにすることができる。
また、この発明に従った半導体装置は、図１、図１３、図２３、図２４などに示すように、主表面を有する基板１、３１と、炭化珪素層（図１の耐圧保持層２、半導体層３、ｎ型ソースコンタクト層４、およびｐ型のコンタクト領域５、あるいは図１３のｎ型エピタキシャル層３２、ｐ型半導体層３３、ｎ型ソースコンタクト層３４、ｐ型のコンタクト領域３５、あるいは図２３および図２４のｎ-エピタキシャル層４２およびｐ+半導体層４３）とを備える。炭化珪素層は、基板１、３１の主表面上に形成される。炭化珪素層は、主表面に対して傾斜した端面である側面２０を含む。側面２０は、炭化珪素層の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方を含み、炭化珪素層の結晶型が立方晶の場合には実質的に{１００}面を含む。
このようにすれば、炭化珪素層に形成される側面２０が実質的に上記{０３−３−８}面、{０１−１−４}面および{１００}面のいずれかになっているため、これらのいわゆる半極性面となっている側面２０を半導体装置の能動領域（たとえばチャネル領域）として利用することができる。そして、これらの側面２０は安定な結晶面であるため、当該側面２０をチャネル領域などの能動領域に利用した場合、他の結晶面（たとえば（０００１）面）をチャネル領域に利用した場合より、リーク電流を十分低減できるとともに、高い耐圧を得ることができる。
なお、本明細書において、溝６の側面２０が上記{０３−３−８}面、{０１−１−４}面および{１００}面のいずれかになっているという場合には、当該溝６の側面を構成する結晶面が複数存在し、それらの複数の結晶面に上記{０３−３−８}面、{０１−１−４}面および{１００}面のいずれかが含まれる、という場合を含んでいる。以下、溝６の側面が{０３−３−８}面となっている場合を例にして具体的に説明する。
本発明において{０３−３−８}面とは、図２５に示すように、微視的には、たとえば溝６の側面において、面方位{０３−３−８}を有する面５６ａ（第１の面）と、面５６ａにつながりかつ面５６ａの面方位と異なる面方位を有する面５６ｂ（第２の面）とが交互に設けられることによって構成された、化学的に安定な面も含む。ここで「微視的」とは、原子間隔の２倍程度の寸法を少なくとも考慮する程度に詳細に、ということを意味する。好ましくは面５６ｂは面方位{０−１１−１}を有する。また、図２５における面５６ｂの長さ（幅）は、たとえばＳｉ原子（またはＣ原子）の原子間隔の２倍であってもよい。
また、溝の側面が{０１−１−４}面となっている場合を例にして説明すれば、本発明において{０１−１−４}面とは、図２５に示すように、微視的には、面方位{０１−１−４}を有する面５６ａ（第１の面）と、面５６ａにつながりかつ面５６ａの面方位と異なる面方位を有する面５６ｂ（第２の面）とが交互に設けられることによって構成された、化学的に安定な面も含む。また、溝の側面が{１００}面となっている場合を例にして説明すれば、本発明において{１００}面とは、図２５に示すように、微視的には、面方位{１００}を有する面５６ａ（第１の面）と、面５６ａにつながりかつ面５６ａの面方位と異なる面方位を有する面５６ｂ（第２の面）とが交互に設けられることによって構成された、化学的に安定な面も含む。
上記半導体装置において、側面２０は図１や図１３に示すように能動領域を含んでいてもよい。また、上記半導体装置において、具体的には能動領域はチャネル領域を含む。この場合、上述したリーク電流の低減や高耐圧といった特性を確実に得ることができる。
上記半導体装置において、炭化珪素層は、基板１、３１と対向する面と反対側に位置する主表面において、図２３および図２４に示すように、上記側面２０が側面を構成するメサ構造を含んでいてもよい。メサ構造中にＰＮ接合部（図２３や図２４のｎ-エピタキシャル層４２とｐ+半導体層４３との接合部）が形成されていてもよい。この場合、メサ構造の側壁である側面２０が上述した結晶面となっているので、当該側面２０からのリーク電流を低減できる。
上記半導体装置において、図２４に示すように、側面２０の少なくとも一部は終端構造（ＪＴＥ領域４６）を構成してもよい。この場合、側面２０に形成された終端構造におけるリーク電流を低減するとともに、当該終端構造の高耐圧化を図ることができる。
また、この発明に従った半導体装置の製造方法は、図３や図１５に示すように炭化珪素層が形成された基板１、３１を準備する工程と、図４および図５、あるいは図１６および図１７に示すように炭化珪素層の主表面に対して傾斜した端面（側面２０）を形成する工程と、図６〜図１１、あるいは図１８〜図２１に示すように、当該端面（側面２０）を利用して、半導体装置に含まれる構造を形成する工程とを備える。端面（側面２０）を形成する工程では、炭化珪素層に、酸素および塩素を含有する反応ガスを接触させながら、炭化珪素層を加熱して、炭化珪素層の主表面を部分的にエッチングにより除去することにより、炭化珪素層の主表面（たとえば図５、図１７のｎ型ソースコンタクト層４、３４の上部表面）に対して傾斜した端面（側面２０）を形成する。端面（側面２０）は、炭化珪素層の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方を含み、炭化珪素層の結晶型が立方晶の場合には実質的に{１００}面を含む。この場合、本発明による半導体装置を容易に製造することができる。
また、この発明に従った基板の加工方法は、図３や図１５に示すように炭化珪素層が形成された基板１、３１を準備する工程と、図４、図５または図１６および図１７に示すように炭化珪素層の主表面に対して傾斜した端面（側面２０）を形成する工程とを備える。端面（側面２０）を形成する工程では、炭化珪素層に、酸素および塩素を含有する反応ガスを接触させながら、炭化珪素層を加熱して、炭化珪素層の主表面を部分的にエッチングにより除去することにより、炭化珪素層の主表面に対して傾斜した側面２０を形成する。側面２０は、炭化珪素層の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方を含み、炭化珪素層の結晶型が立方晶の場合には実質的に{１００}面を含む。この場合、上述した結晶面を含む側面２０を有する炭化珪素層が形成された基板を容易に得ることができる。
上記半導体装置の製造方法または上記基板の加工方法は、端面（側面２０）を形成する工程に先立って、図４や図１６に示すように、炭化珪素層の主表面上に、パターンを有するマスク層１７を形成する工程をさらに備えていてもよい。端面（側面２０）を形成する工程では、マスク層１７をマスクとして用いてエッチングを行なってもよい。この場合、マスク層１７のパターンの位置によって、形成される側面２０の位置を制御することができる。このため、形成される半導体装置のレイアウトの自由度を高めることができる。
また、マスク層１７をマスクとして用いた上記エッチングによって予め炭化珪素層の一部を除去しておき、その後、図５や図１７に示すように、酸素および塩素を含有する反応ガスを接触させながら、前記炭化珪素層を加熱することにより、前記炭化珪素層の主表面を部分的にエッチング（熱エッチング）により除去することが好ましい。この場合、側面２０を形成するための熱エッチングに要する時間を、マスク層１７をマスクとした上記エッチングを予め行なわない場合より短くできる。
上記半導体装置の製造方法または上記基板の加工方法にて、端面（側面２０）を形成する工程において用いる反応ガスでは、塩素の流量に対する酸素の流量の比率が０．２５以上２．０以下であってもよい。この場合、上記{０３−３−８}面、{０１−１−４}面または{１００}面を含む端面を確実に形成することができる。
上記半導体装置の製造方法または上記基板の加工方法では、端面（側面２０）を形成する工程において炭化珪素層を加熱する温度が７００℃以上１２００℃以下であってもよい。また、上記加熱する温度の下限は８００℃、より好ましくは９００℃とすることができる。また、上記加熱する温度の上限はより好ましくは１１００℃、さらに好ましくは１０００℃としてもよい。この場合、上記{０３−３−８}面、{０１−１−４}面または{１００}面を含む端面を形成する熱エッチング工程でのエッチング速度を十分実用的な値とすることができるので、当該工程の処理時間を十分短くすることができる。
また、炭化珪素層の上部表面がＣ面またはＳｉ面であってもよい。また、上記溝６の側面２０は、炭化珪素の結晶における６回対称となる等価な面方位のうちの少なくとも２面を含んでいてもよい。
（実施例）
本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。
（試料）
試料１〜３を形成するための炭化珪素からなる基板を３枚準備した。なお、当該基板の主表面は、（０００１）面からのオフ角が８°となっている。そして、当該基板の主表面上に、炭化珪素のエピタキシャル層を形成した。当該エピタキシャル層の厚みは１０μｍとした。
そして、当該エピタキシャル層の表面上に、ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜からなるマスク層を形成した。マスク層の厚みは０．０５μｍとした。そして、当該マスク層上に、フォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成した。レジスト膜のパターンは、平面形状が正六角形の島状パターンが、開口部を介して並んだ構成とした。正六角形の一辺の長さは４．０μｍとした。開口部の幅（隣接する島状パターンの間の距離）は、試料１では４μｍ、試料２、３では２μｍとした。
（実験内容）
実験１：
試料１および試料２について、マスク層をマスクとして用いて島状パターンの間において露出している炭化珪素層を除去するべく、熱エッチングを実施した。具体的には、酸素ガスと塩素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を９００℃とした。また、酸素ガスの流量を１．５ｓｌｍ、塩素ガスの流量を１．５ｓｌｍとした。また、処理時間は１５分とした。
実験２：
試料３について、マスク層をマスクとして用いて島状パターンの間において露出している炭化珪素層を除去し溝を形成するべく、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を実施した。ＲＩＥのプロセス条件はパワー：８００Ｗ、バイアス：１０Ｗ、ＳＦ６の流量を２０ｓｃｃｍとした。
さらに、上記ＲＩＥの後、熱エッチングを実施した。熱エッチングの条件は、基本的に上述した実験１の条件と同じであるが、処理時間が異なっている。具体的には、試料３に対して行なった熱エッチングの時間は１０分である。
（結果）
実験１の結果：
図２６および図２７を参照して、実験１の結果を説明する。図２６に示すように、試料１についてはマスク層１７の間において炭化珪素層がエッチングにより除去され、溝がきれいに形成されていることがわかる。マスク層１７の間の距離である開口部の幅Ｌが４μｍである試料１では、熱エッチングによりマスク層１７の間にて露出していた炭化珪素層が除去され、傾斜した側面を有する溝が形成されている。
一方、図２７に示すように、マスク層１７の間の開口部の幅Ｌが２μｍである試料２では、熱エッチングのみでは当該開口部から露出した炭化珪素層を十分に除去することができず、溝が形成されていない部分がのこっていた。
実験２の結果：
実験２において加工された試料３については、図２６に示した試料１と同様に、マスク層１７の間で露出していた炭化珪素層がほぼ除去され、マスク層１７の間にくまなく溝が形成されていた。このように、マスク層１７の開口部の幅が２μｍと比較的狭い条件であっても、本発明によれば溝を確実に形成することが可能であった。
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請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、炭化珪素層を利用した半導体装置に特に有利に適用される。
１，３１ 基板、２ 耐圧保持層、３ ｐ型ボディ層（ｐ型半導体層）、４，３４ ｎ型ソースコンタクト層、５，３５ コンタクト領域、６，１６ 溝、７ 電界緩和領域、８ ゲート絶縁膜、９ ゲート電極、１０ 層間絶縁膜、１１ 開口部、１２ ソース電極、１３ ソース配線電極、１４ ドレイン電極、１５ 裏面保護電極、１７ マスク層、２０ 側面、２１ Ｓｉ被膜、２２ ＳｉＣ再構成層、３２ ｎ型エピタキシャル層、３３ ｐ型半導体層、３６ ｐ型エピタキシャル層、４２ ｎ−エピタキシャル層、４３ ｐ＋半導体層、４４ リッジ構造、４５ ガードリング、４６ ＪＴＥ領域。

Claims (7)

  1. 主表面を有し、第１導電型の第１層と第２導電型の第２層とを含む積層構造を有する炭化珪素層を準備する工程と、
    前記炭化珪素層を部分的に除去することにより、前記主表面に該主表面に対して実質的に垂直な側壁を有する溝を形成する工程と、
    熱エッチングにより前記溝の側壁を部分的に除去することにより前記主表面に対して傾斜した端面を形成する工程と、
    前記端面上において前記第１層および前記第２層に直接接するように絶縁膜を設ける工程とを備える、半導体装置の製造方法。
  2. 前記溝を形成する工程は、
    前記炭化珪素層の前記主表面上に開口パターンを有するマスク層を形成する工程と、
    前記マスク層をマスクとして用いて前記溝を形成するように、エッチングにより前記炭化珪素層を部分的に除去する工程とを含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記除去する工程では、前記マスク層が前記炭化珪素層の前記主表面上に残存した状態で前記熱エッチングを行なう、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記マスク層における前記開口パターンの幅は２μｍ以下である、請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記除去する工程では、前記溝の側壁における加工変質層を除去する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記端面は、前記炭化珪素層の結晶型が六方晶の場合には実質的に{０３−３−８}面および{０１−１−４}面のいずれか一方を含み、前記炭化珪素層の結晶型が立方晶の場合には実質的に{１００}面を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記除去する工程では、熱エッチングとして、前記炭化珪素層に、酸素および塩素を含有する反応ガスを接触させながら、前記炭化珪素層を加熱することで、前記溝の側壁を部分的に除去する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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