JP6611943B2 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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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するものである。
インバーターなどのパワーエレクトロニクス機器に対しては、さらなる省エネルギー化が常に求められている。このため、それに用いられる電力用半導体素子の低損失化が求められている。具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）、ピン（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｎｅｇａｔｉｖｅ：ＰｉＮ）ダイオード、ショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＳＢＤ）などの低損失化が求められている。損失を低減するための効果的な方法として、最も一般的な半導体材料であるシリコン（Ｓｉ）に代わり炭化珪素（ＳｉＣ）を用いる方法が検討されてきており、たとえば鉄道分野などでは実用化が始まっている。ＳｉＣがＳｉに比して高い絶縁破壊電界を有していることを利用して、素子の厚さをより小さくすることができ、それにより損失を低減することができる。さらに、ＳｉＣを用いることで高温動作が可能となることから、半導体素子を冷却するための機器の小型化にも有用である。よって、ＳｉＣデバイスは、その低コスト化の進展とともに、市場に一層普及していくと考えられている。
ＳｉＣデバイスは数１００Ｖ〜数１０ｋＶの耐電圧領域での使用が見込まれている。そのようなデバイスには、十分な耐電圧を確保するために典型的には、フィールドリミッティングリング（Ｆｉｅｌｄ ｌｉｍｉｔｉｎｇ Ｒｉｎｇ：ＦＬＲ）またはガードリングと称される終端構造が設けられている。
ＳｉＣと、ＳｉＯ２（二酸化珪素）などの絶縁体との間の界面には、ある程度の固定電荷が存在し得ることが知られている。非特許文献１によれば、面方位（０００１）を有するｐ型ＳｉＣと、ドライ酸化で形成されたＳｉＯ２膜との間の界面に、＋２．４×１０１２ｃｍ−２の正電荷が存在すると述べられている。非特許文献２によれば、酸化膜をドライ酸化で形成した場合、面方位（０００１）を有するｎ型ＳｉＣとＳｉＯ２との間の界面に、−１．４×１０１２ｃｍ−２の負電荷が存在すると述べられている。
固定電荷は、デバイス特性に影響を与え得る。特許文献１では、ｐ型ガードリング層の間に低濃度のｐ型の表面電荷補償領域を設けることで、酸化物と半導体との間の正の表面電荷の影響が減らされている。特許文献２では、ドライ酸化によって正の固定電荷層が形成される点と、ウェット酸化およびウェット再酸化によって負の固定電荷層が形成される点とを利用することで、ＳｉＣと界面固定電荷層との間の空乏層により、電界緩和効果を得ている。
特開２０１３−６２５１８号公報 特開２００３−２８２８８８号公報
Ｍ．Ｎｏｂｏｒｉｏ ｅｔ ａｌ．， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ， ｖｏｌ．５６， ｎｏ．９，ｐｐ．１９５３−１９５８， Ｓｅｐ． ２００９． Ｔ．Ｋｉｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．４４， ｎｏ．３， ｐｐ．１２１３−１２１８， ２００５
固定電荷は、電力用半導体装置にとって重要な特性のひとつである耐電圧特性にも影響を与え得るものである。この点について我々は、終端構造としてのｐ型フィールドリミッティングリングを有するｎ型デバイスについて検討を行った。図１および図２の各々は、耐電圧と、フィールドリミッティングリングの形成のためのドーズ量との関係について、測定結果と、シミュレーション結果とを比較しているグラフ図である。シミュレーションにおいては、フィールドリミッティングリングとフィールド絶縁膜との間の界面に固定電荷がないと仮定されている。図１はフィールドリミッティングリング上のフィールド絶縁膜がＳｉＯ２の場合であり、図２はフィールドリミッティングリング上のフィールド絶縁膜がポリイミドの場合である。いずれの場合も測定結果はシミュレーション結果と相違していた。具体的には、シミュレーション結果に比して測定結果においては、正側（図中、右側）へのドーズ量のシフト（以下、「ドーズ量シフト」と称する）がみられた。図１の場合は約２．５×１０１２ｃｍ−２のドーズ量シフトが、図２の場合は約６．５×１０１２ｃｍ−２のドーズ量シフトがみられた。ドーズ量シフトに起因して、設計上の耐電圧値を得ることができるイオン注入量が変動してしまう。
このように、半導体材料としてＳｉＣを用いた場合には終端構造が固定電荷の影響を受ける。その結果、実際の耐電圧値が、固定電荷がないと仮定した場合の設計上の値とは異なってしまう。特に、低コスト化のためにウエハ当たりのチップ数を増すことができるよう終端構造領域が縮小されると、耐電圧のマージンが狭くなる。このため、固定電荷の影響がより大きくなる恐れがある。また、半導体装置中へ固定電荷が外部から取り込まれる場合があり、それにより耐電圧値が変動するおそれがある。外部からの固定電荷の取り込みは、半導体装置の製造中、製造された半導体装置を用いてのモジュールの組立中、および半導体装置の使用中のいずれにおいても生じ得る。
特許文献１の方法でも、酸化物と半導体との間の表面電荷を、ある程度は補償することができる。しかしながら、耐電圧設計の関係上で表面電荷補償領域を高濃度にはできないため、補償することができる正の表面電荷量が制限される。またガードリング層／絶縁膜界面の正の固定電荷は補償することができない。
特許文献２の方法では、固定電荷層が熱酸化膜で形成されると、固定電荷量の制御が困難であり、固定電荷層がＳｉＣ表面に一様に形成され、ｎ型層およびｐ型層上の固定電荷量を個別に制御することができない。このため、固定電荷を補償し過ぎてしまうことで、設計上の耐電圧が得られる最適なイオン注入量が変動し過ぎてしまうことがある。またｎ型デバイスの製造において、フィールド酸化膜がウェット酸化で形成されると、ピットの発生により表面が荒れることで半導体装置の信頼性が低下し得る。
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、耐電圧性能のロバスト性を向上させることができる炭化珪素半導体装置およびその製造方法の提供を目的としている。
本発明の炭化珪素半導体装置は、半導体基板と、半導体層と、複数のフィールドリミッティングリング領域と、フィールド絶縁膜とを有している。半導体層は、半導体基板上に設けられており、炭化珪素から作られており、素子領域と素子領域の外側の終端領域とを有しており、ｎ型を有している。複数のフィールドリミッティングリング領域は、半導体層の終端領域に設けられており、ｐ型を有しており、互いに離れて配置されている。フィールド絶縁膜は、半導体層の終端領域上に設けられており、フィールドリミッティングリング領域および半導体層に接している。フィールドリミッティングリング領域の各々は、フィールド絶縁膜に接しかつハロゲン族原子を含有するハロゲン含有フィールドリミッティングリング部を含む。
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、以下の工程を有している。半導体基板上に、炭化珪素から作られ、素子領域と素子領域の外側の終端領域とを有し、ｎ型を有する半導体層が形成される。半導体層の終端領域に、ｐ型を有し、互いに離れて配置された複数のフィールドリミッティングリング領域が、アクセプタイオンを注入することによって形成される。アクセプタイオンを電気的に活性化する活性化アニールが行われる。フィールドリミッティングリング領域の各々の一部にハロゲン族原子を注入することによってハロゲン含有フィールドリミッティングリング部が形成される。半導体層の終端領域上にフィールド絶縁膜が形成される。
本発明によれば、フィールドリミッティングリング領域の各々は、フィールド絶縁膜に接しかつハロゲン族原子を含有するハロゲン含有フィールドリミッティングリング部を含む。ハロゲン族原子は、大きな電気陰性度を有するので、負電荷を帯びやすい。この負電荷により、ｐ型のフィールドリミッティングリング領域とフィールド絶縁膜との間の界面に存在する正の固定電荷が補償される。これにより、この正の固定電荷が耐電圧に及ぼす影響が緩和される。よって耐電圧性能の変動を抑制することができる。言い換えれば、耐電圧性能のロバスト性を向上させることができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
フィールド絶縁膜の材料が二酸化珪素の場合において、フィールドリミッティングリングの形成のためのドーズ量と耐電圧との関係について、測定結果とシミュレーション結果とを比較しているグラフ図である。 フィールド絶縁膜の材料がポリイミドの場合において、フィールドリミッティングリングの形成のためのドーズ量と耐電圧との関係について、測定結果とシミュレーション結果とを比較しているグラフ図である。 本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置としてのＳＢＤの構成を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図１のＳＢＤの製造方法を説明するフロー図である。 実施の形態２における炭化珪素半導体装置としてのＳＢＤの製造方法を説明するフロー図である。 実施の形態２の変形例におけるＳＢＤの製造方法を説明するフロー図である。 本発明の実施の形態３における炭化珪素半導体装置としてのＳＢＤの構成を概略的に示す部分断面図である。 図１６のＳＢＤの製造方法を説明するフロー図である。 本発明の実施の形態４における炭化珪素半導体装置としてのＳＢＤの構成を概略的に示す部分断面図である。 図１８のＳＢＤの製造方法を説明するフロー図である。 本発明の実施の形態５における炭化珪素半導体装置としてのＳＢＤの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態５の変形例における炭化珪素半導体装置としてのＳＢＤの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態６における炭化珪素半導体装置としてのＳＢＤの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態６の変形例における炭化珪素半導体装置としてのＳＢＤの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態７における炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図２４のＭＯＳＦＥＴの製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態８における炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す部分断面図である。 図３７のＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するフロー図である。 本発明の実施の形態９における炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態９の変形例における炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１０における炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１０の変形例における炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴの構成を概略的に示す部分断面図である。
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。
＜実施の形態１＞
図３は、本実施の形態におけるＳＢＤ（炭化珪素半導体装置）１０１の構成を概略的に示す部分断面図である。ＳＢＤ１０１は、ドリフト層（半導体層）２と、複数のＦＬＲ領域（フィールドリミッティングリング領域）５と、フィールド絶縁膜７とを有している。
半導体基板１は、ＳｉＣから作られている。ＳｉＣは４Ｈのポリタイプを有するものであることが好ましい。半導体基板１はｎ型を有している。半導体基板１の不純物濃度は、たとえば１×１０１９ｃｍ−３程度である。半導体基板１は、上面（第１の面）と、下面（第１の面と反対の第２の面）とを有している。半導体基板１の厚さは、たとえば５０μｍ以上５００μｍ以下である。半導体基板１の上面は、たとえば、面方位（０００１）に対して、ある程度のオフ角をともなうものである。
ドリフト層２は半導体基板１の上面上に設けられている。ドリフト層２は、ＳｉＣから作られており、ｎ型を有している。ドリフト層２は、素子領域ＲＥと、素子領域ＲＥの外側の終端領域ＲＴとを有している。終端領域ＲＴは、素子領域ＲＥの外に配置されており、典型的には素子領域ＲＥを取り囲んでいる。ＳＢＤ１０１の素子自体としての機能、具体的にはダイオード素子としての機能、を得るための構造は、ドリフト層２の素子領域ＲＥに形成されている。ドリフト層２の不純物濃度および厚さは、耐電圧の仕様に応じて定められる。たとえば、不純物濃度は５×１０１４ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３以下であり、厚さは４μｍ以上１００μｍ以下である。
複数のＦＬＲ領域５はドリフト層２の終端領域ＲＴに設けられている。複数のＦＬＲ領域５は、互いに離れて配置されている。ＦＬＲ領域５の各々は半導体基板１から離れている。ＦＬＲ領域５の各々は平面レイアウトにおいてリング状の形状を有している。ＦＬＲ領域５はＳｉＣから作られている。ＦＬＲ領域５は、アクセプタが添加されることによってｐ型を有している。アクセプタとしては、たとえばアルミニウムまたはホウ素が用いられる。ＦＬＲ領域５は電界緩和層としての機能を有している。最内周のＦＬＲ領域５は平面レイアウトにおいて素子領域ＲＥを囲んでいる。最内周のＦＬＲ領域５は、ウェル状に設けられた高濃度領域５ａを有していてもよい。高濃度領域５ａは、ＦＬＲ領域５のうち高濃度領域５ａ以外の部分に比して、より高い不純物濃度を有している。
フィールド絶縁膜７は、終端領域ＲＴ上に設けられており、ＦＬＲ領域５およびドリフト層２に接している。フィールド絶縁膜７は、たとえば二酸化珪素から作られている。フィールド絶縁膜７の内側端部（図中、左端部）は、高濃度領域５ａ上に配置されており、高濃度領域５ａの両端から離れて配置されている。フィールド絶縁膜７の厚さは、たとえば０．５μｍ以上３μｍ以下程度である。
ＦＬＲ領域５の各々は、フィールド絶縁膜７に接しかつハロゲン族原子を含有するハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈを含む。ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈの深さは、ＦＬＲ領域５の深さよりも小さく、たとえば０．２μｍ以上１μ以下程度である。ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈは、高濃度領域５ａの一部であるハロゲン含有高濃度部５ａｈを含む。ハロゲン含有高濃度部５ａｈの内側端部（図中、左端部）は、高濃度領域５ａの内側端部よりも外側に配置されている。ハロゲン含有高濃度部５ａｈによって構成されているハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈの内側端部の位置は、フィールド絶縁膜７の内側端部の位置と一致している。ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈは、ハロゲン族原子を含有することによって負の固定電荷層６１を形成している。ハロゲン族原子としては、たとえばフッ素（Ｆ）原子または塩素（Ｃｌ）原子が用いられ得る。
なおＳＢＤ１０１はさらに、半導体基板１と、裏面オーミック電極３と、カソード電極４と、ショットキー電極８と、アノード電極９と、保護絶縁膜１０とを有している。ショットキー電極８はドリフト層２の素子領域ＲＥにショットキー接合されている。ショットキー電極８の端部は、終端領域ＲＴ内まで延びており、フィールド絶縁膜７上に配置されている。アノード電極９はショットキー電極８上に直接設けられている。アノード電極９は、ショットキー電極８の面積よりも大きな面積を有しており、ショットキー電極８を覆っている。保護絶縁膜１０は、アノード電極９の縁部と、フィールド絶縁膜７と、ドリフト層２の縁部とを覆っている。裏面オーミック電極３は半導体基板１の下面にオーミック接合されている。カソード電極４は裏面オーミック電極３に接している。
本実施の形態のＳＢＤ１０１によれば、ＦＬＲ領域５の各々は、フィールド絶縁膜７に接しかつハロゲン族原子を含有するハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈを含む。ハロゲン族原子は、大きな電気陰性度を有するので、負電荷を帯びやすい。この負電荷により形成される固定電荷層６１によって、ｐ型のＦＬＲ領域５とフィールド絶縁膜７との間の界面に存在する正の固定電荷が補償される。これにより、この正の固定電荷が耐電圧に及ぼす影響が緩和される。具体的には、ドーズ量シフト（図１および図２参照）が抑制されることで、固定電荷がないと仮定された場合の設計耐電圧に近い耐電圧が得られる。よって、製造プロセスまたは製造環境に起因しての、耐電圧性能の変動を抑制することができる。言い換えれば、耐電圧性能のロバスト性を向上させることができる。
次にＳＢＤ１０１の製造方法について、以下に説明する。
図４を参照して、半導体基板１上にドリフト層２が形成される。そのために、たとえば、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法によるエピタキシャル成長が行われる。
図５を参照して、ＦＬＲ領域５が形成される。そのために、ドリフト層２の表面側上に、アルミニウムまたはホウ素などの、ｐ型を得るための不純物イオン、すなわちアクセプタイオン、が注入される。イオン注入の深さは、ドリフト層２の厚さを超えず、たとえば０．２μｍ以上３μｍ以下程度とされる。
図６を参照して、最内周のＦＬＲ領域５上に高濃度領域５ａが形成される。そのために、ＦＬＲ領域５が形成されたドリフト層２の表面上へ、注入マスクを用いての局所的なイオン注入が行われる（図１３：ステップＳ１０）。このイオン注入の深さは、ＦＬＲ領域５の深さよりも小さくされる。注入マスクとしては、写真製版により形成されたレジストマスクまたはハードマスクを用い得る。ハードマスクは、ＣＶＤ法による二酸化珪素膜の成膜と、ドライエッチングによるパターニングとにより形成され得る。注入されるイオンは、たとえばアルミニウムまたはホウ素である。高濃度領域５ａは特に高い不純物濃度を有しており、よってそのためのイオン注入温度は１５０℃以上であることが好ましい。これにより、低いシート抵抗を有する高濃度領域５ａを形成することができる。
次に、上記のように注入された導電型不純物を電気的に活性化するための高温アニール（活性化アニール）が行われる（図１３：ステップＳ２０）。活性化アニールは、たとえば、アルゴン雰囲気などの不活性化雰囲気で、１５００℃〜２０００℃の温度範囲で、３０秒から１時間の期間行う。活性化アニールの際に、表面荒れを防ぐためにドリフト層２の表面がカーボン膜で覆われてもよい。
図７を参照して、ＦＬＲ領域５の表層部にハロゲン族原子が注入される（図１３：ステップＳ３０）。これによりハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈが形成される。ハロゲン族原子をＦＬＲ領域５上に選択的に注入するためには、注入マスクが用いられればよい。注入マスクは写真製版によって形成され得る。注入はイオン注入によって行わる。イオン注入の加速電圧は、たとえば３０ｋｅＶ以上７００ｋｅＶ以下である。イオン注入量は、注入されたハロゲン族原子による負の固定電荷密度が１×１０１２ｃｍ−２以上１×１０１３ｃｍ−２となるように、好ましくは２×１０１２ｃｍ−２程度となるように定められる。ハロゲン族原子の注入深さは、ＦＬＲ領域５の厚さを超えず、０．２μｍ以上１μｍ以下程度とされる。負の固定電荷の導入量によっては、イオン注入温度が１５０℃以上とされてもよい。
図８を参照して、フィールド絶縁膜７が形成される（図１３：ステップＳ４０）。そのために、ＣＶＤ法による堆積工程と、写真製版工程と、エッチング工程とが行われる。
図９を参照して、次に、半導体基板１の下面上に裏面オーミック電極３が形成される。具体的には、Ｎｉなどの金属膜が形成され、オーミック接続を得るためにこの金属膜に対して６００℃以上１１００℃以下の熱処理が施される。この熱処理は、上述したハロゲン原子のイオン注入によって損傷した半導体の結晶性を回復させることにも寄与し得る。
図１０を参照して、次に、ショットキー電極８が形成される。そのために、ドリフト層２の表面上にＴｉ、ＮｉまたはＭｏなどがスパッタ法により堆積され、写真製版処理と、エッチング処理とが行われる。
図１１を参照して、次に、ショットキー電極８上にアノード電極９が形成される。そのために、ショットキー電極８上にＡｌなどがスパッタ法により堆積され、写真製版処理と、エッチング処理とが行われる。
図１２を参照して、次に、アノード電極９の一部とドリフト層２とを覆うように保護絶縁膜１０が形成される。そのために、絶縁体の堆積と、写真製版処理と、エッチング処理とが行われる。
再び図３を参照して、次に、裏面オーミック電極３上にカソード電極４が形成される。具体的には、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｇ、ＡｕまたはＡｌなどの金属膜が、スパッタ法または蒸着法によって形成される。これによりＳＢＤ１０１が完成される。
本製造方法によれば、ハロゲン族原子のイオン注入（図１３：ステップＳ３０）が、高温かつ長時間の熱処理である活性化アニール（図１３：ステップＳ２０）の後に行われる。これにより、注入されたハロゲン族原子が活性化アニール時に脱離してしまうことが避けられる。
なお、ＳｉＣから作られている領域とフィールド絶縁膜７との界面に形成される固定電荷密度は、フィールド絶縁膜７の材料に依存する。このため、ハロゲン族原子のイオン注入量は、フィールド絶縁膜７の材料に応じて調整される。
＜実施の形態２＞
上述した実施の形態１においては、ハロゲン族原子のイオン注入（図１３：ステップＳ３０）が活性化アニール（図１３：ステップＳ２０）の後に行われるが、この順番は変更されてもよい。その場合においても、固定電荷層６１（図３）を形成し、それによる効果を得ることができる。具体的には、図１４を参照して、ハロゲン族原子のイオン注入（ステップＳ３０）が、導電型不純物の注入（ステップＳ１０）の後、活性化アニール（ステップＳ２０）の前に行われてもよい。あるいは、図１５を参照して、ハロゲン族原子のイオン注入（ステップＳ３０）が、導電型不純物の注入（ステップＳ１０）および活性化アニール（ステップＳ２０）の後に行われてもよい。
＜実施の形態３＞
図１６は、本実施の形態におけるＳＢＤ（炭化珪素半導体装置）１０２の構成を概略的に示す部分断面図である。ＳＢＤ１０２においては、フィールド絶縁膜７は熱酸化膜７ａとＣＶＤ膜７ｂ（堆積膜）とを有している。熱酸化膜７ａは、終端領域ＲＴ上に設けられており、ＦＬＲ領域５およびドリフト層２に接している。ＣＶＤ膜７ｂは熱酸化膜７ａ上に設けられている。
図１７を参照して、本実施の形態においては、フィールド絶縁膜７を形成する工程は、熱酸化膜７ａを形成する工程（ステップＳ４１）と、ＣＶＤ膜７ｂを形成する工程（ステップＳ４２）とを含む。たとえば、ステップＳ４１にて、膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍの熱酸化膜７ａが、ドライ雰囲気中での熱酸化によってドリフト層２上に形成される。この熱酸化工程は１０００℃〜１２００℃の温度範囲で行われる。この熱酸化工程は、固定電荷層６１を形成するためのハロゲン族原子のイオン注入に起因して損傷した結晶性を回復する工程を兼ねている。ステップＳ４２にて、ＣＶＤ法により、二酸化珪素からなるＣＶＤ膜７ｂが熱酸化膜７ａ上に堆積される。その後、写真製版処理およびエッチングによって、熱酸化膜７ａおよびＣＶＤ膜７ｂの積層体にパターンが付与される。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１または２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
＜実施の形態４＞
図１８は、本実施の形態におけるＳＢＤ（炭化珪素半導体装置）１０３の構成を概略的に示す部分断面図である。ＳＢＤ１０２（図１６：実施の形態３）と同様に、ＳＢＤ１０３においてもフィールド絶縁膜７は熱酸化膜７ａを有している。本実施の形態においては、実施の形態３と異なり、熱酸化膜７ａはハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈを有している。ハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈは、ハロゲン族原子を含有しており、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈ上に位置している。よってＳＢＤ１０３においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層６２は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈによって形成されている部分と、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈ上のハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈによって形成されている部分とを有している。
図１９を参照して、本実施の形態においては、実施の形態３と異なり、ハロゲン族原子の注入（ステップＳ３０）が熱酸化膜７ａの形成（ステップＳ４１）の後に行われる。よってハロゲン族原子はドリフト層２中へ熱酸化膜７ａを介して注入される。その結果、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈが形成されるだけでなく、熱酸化膜７ａ中にハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈが形成される。その後、熱酸化膜７ａ上にＣＶＤ膜７ｂが形成される。その後、写真製版処理およびエッチングによって、熱酸化膜７ａおよびＣＶＤ膜７ｂの積層体にパターンが付与される。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態３の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、フィールド絶縁膜７は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈ上に位置しかつハロゲン族原子を含有するハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈを含む。この場合、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈを、フィールド絶縁膜７、具体的には熱酸化膜７ａ、を介してのイオン注入によって形成することができる。これにより、フィールド絶縁膜７を形成する際の影響、特に熱処理の影響、によって、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈからハロゲン族原子が脱離することが避けられる。
なお、本実施の形態においては、熱酸化膜７ａを形成するための熱処理は、ハロゲン族原子のイオン注入に起因して損傷した結晶性を回復する工程を兼ねることができない。一方で、裏面オーミック電極３の形成のための熱処理は、ハロゲン族原子の注入後に行われることから、本実施の形態においても結晶性の回復に寄与し得る。
＜実施の形態５＞
図２０は、本実施の形態におけるＳＢＤ（炭化珪素半導体装置）１０４の構成を概略的に示す部分断面図である。ＳＢＤ１０４においては、ドリフト層２はハロゲン含有半導体部２ｈを有している。ハロゲン含有半導体部２ｈは、ハロゲン族原子を含有しており、ＦＬＲ領域５間でフィールド絶縁膜７に接している。よってＳＢＤ１０４においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層６３は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈによって形成されている部分と、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈに隣接したハロゲン含有半導体部２ｈによって形成されている部分とを有している。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。本実施の形態によっても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
さらに本実施の形態によれば、ハロゲン族原子による負の固定電荷層６３は、ドリフト層２中のハロゲン含有半導体部２ｈを有している。これにより、ドリフト層２中のドナーイオンに起因した正電荷が補償される。よってドリフト層２中のドナー濃度が実効的に低くなる。よってドリフト層２中へ空乏層が広がりやすくなる。よって、ＦＬＲ領域５の各々のエッジ部での電界集中が緩和される。ＦＬＲ領域５のエッジ部での電界集中は、イオン注入ばらつきによってＦＬＲ領域５の不純物濃度が高くなった時に特に起こりやすく、本実施の形態によれば、このようなプロセスばらつきに対するロバスト性が向上する。
また、フィールド絶縁膜７とドリフト層２との間の界面に外部から正電荷が入ってきても、この正電荷からの電気力線がハロゲン含有半導体部２ｈ中の負電荷によって終端される。これにより、ＦＬＲ領域５を構成するアクセプタイオンの注入量を変えることなく、外部からの正電荷に起因した耐電圧の変動を抑制することができる。
図２１を参照して、変形例のＳＢＤ（炭化珪素半導体装置）１０５は、実施の形態４と同様に、フィールド絶縁膜７が熱酸化膜７ａおよびＣＶＤ膜７ｂを有しており、熱酸化膜７ａがハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈを有している。よってＳＢＤ１０５においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層６４は、ハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈによって形成されている部分を有している。なお、実施の形態３と同様に、熱酸化膜７ａにハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈが設けられなくてもよい。
＜実施の形態６＞
図２２は、本実施の形態におけるＳＢＤ（炭化珪素半導体装置）１０６の構成を概略的に示す部分断面図である。ＳＢＤ１０６においては、ハロゲン含有半導体部２ｈは、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈが有する負の固定電荷密度に比して、より大きな負の固定電荷密度を有している。よってＳＢＤ１０６においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層６５は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈによって形成されている部分と、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈに隣接したハロゲン含有半導体部２ｈによって形成されている部分とを有しており、後者の部分が、より高い負の固定電荷密度を有している。なお固定電荷層６５のいずれの部分の固定電荷密度も１×１０１２ｃｍ−２以上１×１０１３ｃｍ−２以下の範囲にあることが好ましい。
ハロゲン含有半導体部２ｈを形成するためのドーズ量は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈを形成するためのドーズ量よりも大きいことが好ましい。言い換えれば、ハロゲン含有半導体部２ｈにおける単位面積当たりのハロゲン族原子密度は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈにおける単位面積当たりのハロゲン族原子密度よりも大きいことが好ましい。
本実施の形態によれば、ハロゲン含有半導体部２ｈは、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈが有する負の固定電荷密度に比して、より大きな負の固定電荷密度を有している。これにより、実施の形態５で説明した、ＦＬＲ領域５の各々のエッジ部での電界集中の緩和効果を高めることができる。また、実施の形態５で説明した、外部からの正電荷に起因した耐電圧の変動の抑制効果を高めることができる。
図２３を参照して、変形例のＳＢＤ（炭化珪素半導体装置）１０７は、実施の形態４と同様に、フィールド絶縁膜７が熱酸化膜７ａおよびＣＶＤ膜７ｂを有している。熱酸化膜７ａは、ハロゲン族原子による負の固定電荷層６６の一部を形成するハロゲン含有フィールド絶縁部を有している。このハロゲン含有フィールド絶縁部は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈ上のハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈｐと、ハロゲン含有半導体部２ｈ上のハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈｎとを有している。ハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈｎの負の固定電荷密度は、ハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈｐの負の固定電荷密度よりも大きい。なお、実施の形態３と同様に、熱酸化膜７ａにハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈｐおよびハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈｎが設けられなくてもよい。
＜実施の形態７＞
図２４は、本実施の形態におけるＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）２０１の構成を概略的に示す部分断面図である。ＭＯＳＦＥＴ２０１は、ＳＢＤ１０１（図３：実施の形態１）とほぼ同様に、半導体基板１と、ドリフト層２と、裏面オーミック電極３と、複数のＦＬＲ領域５と、フィールド絶縁膜７と、保護絶縁膜１０とを有している。ＭＯＳＦＥＴ２０１においても、ＳＢＤ１０１と同様に、ＦＬＲ領域５中のハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈによって負の固定電荷層７１が形成されている。これにより、実施の形態１とほぼ同様に、耐電圧性能のロバスト性を向上させることができる。
なおＭＯＳＦＥＴ２０１はさらに、ウェル領域１１と、終端ウェル領域１２と、高濃度ウェル領域１３と、ソース領域１４と、ソースコンタクト電極１６と、層間絶縁膜１７と、ソース電極１９と、ゲート電極２０と、ゲート絶縁膜２１と、ゲート配線２２と、フィールドストップ領域２４と、ドレイン電極５４とを有している。
終端ウェル領域１２は、ドリフト層２の素子領域ＲＥのうち、終端領域ＲＴに隣接する部分の上に設けられている。終端ウェル領域１２は半導体基板１から離れており、０．２μｍ〜３μｍ程度の深さを有している。終端ウェル領域１２は、最内周のＦＬＲ領域５の内側に隣接して配置されている。終端ウェル領域１２はＳｉＣから作られている。終端ウェル領域１２は、アクセプタが添加されることによってｐ型を有している。アクセプタとしては、たとえばアルミニウムまたはホウ素が用いられる。終端ウェル領域１２は、ＦＬＲ領域５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有している。終端ウェル領域１２は、ウェル状に設けられた高濃度終端ウェル領域１２ａを有している。高濃度終端ウェル領域１２ａは、終端ウェル領域１２のうち高濃度終端ウェル領域１２ａ以外の部分に比して、より高い不純物濃度を有している。
負の固定電荷層７１は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈによって形成されている部分に加えて、ハロゲン含有終端ウェル部１２ｈによって形成されている部分を含んでいてよい。ハロゲン含有終端ウェル部１２ｈは、終端ウェル領域１２のうち、フィールド絶縁膜７に接しかつハロゲン族原子を含有する部分である。ハロゲン含有終端ウェル部１２ｈは、高濃度終端ウェル領域１２ａの一部であるハロゲン含有高濃度終端ウェル部１２ａｈを含んでいてよい。
ウェル領域１１は、ドリフト層２の素子領域ＲＥ上に設けられており、ＭＯＳＦＥＴの各ユニットセルに対応して配置されている。ウェル領域１１は、半導体基板１からは離れており、０．２μｍ〜３μｍ程度の深さを有している。ウェル領域１１はＳｉＣから作られている。ウェル領域１１は、アクセプタが添加されることによってｐ型を有している。アクセプタとしては、たとえばアルミニウムまたはホウ素が用いられる。ウェル領域１１は、ＦＬＲ領域５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有しており、たとえば１×１０１５ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲の値を有している。ウェル領域１１は、終端ウェル領域１２の不純物濃度と同じ不純物濃度を有していてよい。ウェル領域１１上には、ｐ型の高濃度ウェル領域１３と、ｎ型のソース領域１４とが選択的に形成されている。高濃度ウェル領域１３およびソース領域１４上にはソースコンタクト電極１６がオーミックに接続されている。ソース電極１９は、層間絶縁膜１７に設けられたソースコンタクトホール１８を通って、ウェル領域１１上のソースコンタクト電極１６に接続されている。またソース電極１９は、層間絶縁膜１７およびフィールド絶縁膜７に設けられた終端ウェルコンタクトホール１８ａを通って、終端ウェル領域１２上のソースコンタクト電極１６に接続されている。
ゲート電極２０はウェル領域１１上にゲート絶縁膜２１を介して配置されている。ゲート電極２０は、フィールド絶縁膜７上に配置された部分を有している。この部分は、フィールド絶縁膜７を介してハロゲン含有終端ウェル部１２ｈ上に配置されており、より具体的には、フィールド絶縁膜７を介してハロゲン含有高濃度終端ウェル部１２ａｈ上に配置されている。ゲート絶縁膜２１の厚さは１００μｍ以下である。
層間絶縁膜１７はゲート電極２０上に設けられている。ゲート配線２２は、ゲート電極２０のうちフィールド絶縁膜７上に配置された部分にゲートコンタクトホール２３を介して接続されている。フィールドストップ領域２４はｎ型を有している。フィールドストップ領域２４はＭＯＳＦＥＴ２０１のチップ端部に設けられている。フィールドストップ領域２４は、最外周のＦＬＲ領域５から離れており、それを囲んでいる。保護絶縁膜１０は、本実施の形態においては、ソース電極１９と、フィールド絶縁膜７上の層間絶縁膜１７と、ゲート配線２２と、ドリフト層２とを覆っている。ドレイン電極５４は裏面オーミック電極３に接している。
次にＭＯＳＦＥＴ２０１の製造方法について、以下に説明する。
図２５を参照して、前述した実施の形態１と同様に、半導体基板１上にドリフト層２が形成される。次に、ドリフト層２の表面に、写真製版処理およびドライエッチングによってアライメントマーク（図示せず）が形成される。図２６を参照して、次に、ドリフト層２の表面に、写真製版処理によってレジストマスク（図示せず）が形成される。次に、このレジストマスクを注入マスクとして用いての局所的なイオン注入が、実施の形態１と同様に行われる。これによりＦＬＲ領域５が形成される。
図２７を参照して、注入マスク（図示せず）が作り直され、それを用いた局所的なイオン注入が行われる。これによりウェル領域１１および終端ウェル領域１２が形成される。両者は同時に形成されてよい。
図２８を参照して、注入マスク（図示せず）が作り直され、それを用いた局所的なイオン注入が行われる。これによりソース領域１４およびフィールドストップ領域２４が形成される。両者は同時に形成されてよい。注入されるイオンは、ドナーイオンであり、たとえば窒素またはリンである。注入されるイオンの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２１ｃｍ−３の範囲であり、反対の導電型を有するウェル領域１１の不純物濃度を超えるものとされる。またイオン注入の深さは、ウェル領域１１の厚さよりも小さいものとされる。
図２９を参照して、注入マスク（図示せず）が作り直され、それを用いた局所的なイオン注入が行われる。これにより高濃度ウェル領域１３および高濃度終端ウェル領域１２ａが形成される。両者は同時に形成されてよい。注入マスクとしては、写真製版処理によるレジストマスクを用いることもできるが、好ましくはハードマスクが用いられる。ハードマスクは、たとえば、ＣＶＤ法とドライエッチングとにより形成される二酸化珪素膜である。イオン注入温度は１５０℃以上が好ましく、これにより、シート抵抗の低い高濃度ウェル領域１３および高濃度終端ウェル領域１２ａが得られる。イオン注入の深さは、ウェル領域１１または終端ウェル領域１２の厚さを超えないものとされる。
次に、上記のように注入された導電型不純物を電気的に活性化させるための高温アニール（活性化アニール）が、実施の形態１と同様に行われる。なお、上述した複数のイオン注入工程の順番は任意である。
図３０を参照して、ＦＬＲ領域５の表層部と、終端ウェル領域１２のうちＦＬＲ領域５に隣接する部分の表層部とに、ハロゲン族原子が注入される。これによりハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈおよびハロゲン含有終端ウェル部１２ｈが形成される。注入はイオン注入によって行わる。イオン注入量は、注入されたハロゲン族原子による負の固定電荷密度が１×１０１２ｃｍ−２以上５×１０１２ｃｍ−２となるように、好ましくは２×１０１２ｃｍ−２程度となるように定められる。ハロゲン族原子の注入深さは、ＦＬＲ領域５または終端ウェル領域１２の厚さを超えず、０．２μｍ以上１μｍ以下程度とされる。負の固定電荷の導入量によっては、イオン注入温度が１５０℃以上とされてもよい。上述したハロゲン族原子の注入により負の固定電荷層７１が形成される。負の固定電荷層７１は、後述する工程によって形成されることになるフィールド絶縁膜７下にのみ配置される。このため、終端ウェル領域１２のうちの内周側には、固定電荷層７１は形成されない。このように固定電荷層７１が形成されない領域には、高濃度終端ウェル領域１２ａのうちの内周側が含まれる。
図３１を参照して、フィールド絶縁膜７が形成される。具体的には、ＣＶＤ法により二酸化珪素膜が堆積される。そしてこの膜に対して、写真製版処理およびエッチングによりパターンが付与される。
図３２を参照して、たとえば熱酸化またはＣＶＤ法を用いて、二酸化珪素からなるゲート絶縁膜２１が形成される。次にゲート電極２０が形成される。具体的には、ＣＶＤ法により多結晶珪素膜が堆積される。そしてこの膜に対して、写真製版処理およびエッチングによりパターンが付与される。
図３３を参照して、フィールド絶縁膜７、ゲート絶縁膜２１およびゲート電極２０が設けられた半導体層上に、たとえばＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１７が堆積される。そしてこの膜に対して写真製版処理およびエッチングによりパターンが付与される。それにより、ソースコンタクトホール１８が形成される。またこのパターニングにおいて、層間絶縁膜１７およびフィールド絶縁膜７を貫通して高濃度終端ウェル領域１２ａに至る終端ウェルコンタクトホール１８ａも形成される。
図３４を参照して、ソースコンタクトホール１８および終端ウェルコンタクトホール１８ａの底部に、ソースコンタクト電極１６が形成される。具体的には、まずＮｉなどの金属膜が成膜される。その後、６００℃〜１１００℃の熱処理により、ニッケルシリサイド膜が形成される。その後、層間絶縁膜１７上の未反応の金属膜がエッチングによって除去される。これによりソースコンタクト電極１６が得られる。同様の方法により、半導体基板１の裏面上に裏面オーミック電極３が形成される。
図３５を参照して、層間絶縁膜１７上にソース電極１９およびゲート配線２２が形成される。具体的には、まず、写真製版処理およびエッチングによってゲートコンタクトホール２３が形成される。その後、スパッタ法または蒸着法によって、たとえばアルミニウムからなる金属膜が形成される。再度、写真製版処理およびエッチングが行われることで、この金属膜にパターンが付与される。これによりソース電極１９およびゲート配線２２が得られる。
図３６を参照して、成膜と、写真製版処理およびエッチングを用いたよりパターニングとによって、保護絶縁膜１０が形成される。
再び図２４を参照して、裏面オーミック電極３上に、チタン、ニッケル、銀、金、アルミニウムなどの金属膜が、スパッタ法または蒸着法により成膜される。これによりドレイン電極５４が形成される。以上により、ＭＯＳＦＥＴ２０１が完成される。
本実施の形態によれば、実施の形態１とほぼ同様の効果が、ＭＯＳＦＥＴにおいて得られる。また、上述した製造方法によれば、ハロゲン族原子の注入工程（図３０）に起因しての結晶性の損傷が、その後に行われる、加熱をともなう工程によって回復される。結晶性の回復に有効な程度に加熱をともなう工程としては、ゲート絶縁膜２１を形成するための熱酸化工程、ソースコンタクト電極１６および裏面オーミック電極３を形成するためのシリサイド化工程などがあり得る。
＜実施の形態８＞
図３７は、本実施の形態におけるＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）２０２の構成を概略的に示す部分断面図である。ＭＯＳＦＥＴ２０２においては、ＭＯＳＥＴ２０１（図２４：実施の形態７）と異なり、フィールド絶縁膜７はハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈを有している。ハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈは、ハロゲン族原子を含有しており、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈおよびハロゲン含有終端ウェル部１２ｈ上に位置している。よってＭＯＳＦＥＴ２０２においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層７２は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈによって形成されている部分と、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈ上のハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈによって形成されている部分とを有している。
さらに図３８を参照して、ＭＯＳＦＥＴ２０２の製造において、ハロゲン族原子の注入（ステップＳ３０）は、フィールド絶縁膜７の形成（ステップＳ４０）と、ゲート絶縁膜２１およびゲート電極２０の形成（ステップＳ４５）との後、かつ層間絶縁膜１７の形成（ステップＳ５０）の前に行われる。なお前述した実施の形態７においては、ハロゲン族原子の注入（ステップＳ３０）がフィールド絶縁膜７の形成（ステップＳ４０）の前に行われる。フィールド絶縁膜７の形成後に行われるハロゲン族原子の注入工程においては、注入されるハロゲン族原子の一部がフィールド絶縁膜７を貫通する必要がある。このため本実施の形態においてはフィールド絶縁膜７は、ハロゲン族原子が十分に貫通可能な程度に薄い必要があり、たとえば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度の厚さを有することが好ましい。
本実施の形態によれば、実施の形態７と異なり、ハロゲン族原子の注入後に、ゲート絶縁膜２１およびゲート電極２０を形成する工程が行われない。これにより、当該工程に起因してのハロゲン族原子の脱離を避けることができる。特に、長時間の高温処理をともなう熱酸化工程がゲート絶縁膜２１を形成するために用いられる場合、それ以前にハロゲン族原子が注入されていたとすると、ハロゲン族原子の脱離が生じやすい。
なお本実施の形態においては、ゲート絶縁膜２１を形成するための熱酸化工程は、ハロゲン族原子の注入工程に起因しての結晶性の損傷の回復に寄与できない。しかしながら、ソースコンタクト電極１６および裏面オーミック電極３を形成するためのシリサイド化工程における加熱により、結晶性の損傷は、ある程度回復される。
＜実施の形態９＞
図３９は、本実施の形態におけるＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）２０３の構成を概略的に示す部分断面図である。ＭＯＳＦＥＴ２０３においては、ＳＢＤ１０４（図２０：実施の形態５）と同様に、ドリフト層２はハロゲン含有半導体部２ｈを有している。よってＭＯＳＦＥＴ２０３においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層７３は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈに隣接したハロゲン含有半導体部２ｈによって形成されている部分を含む。この構成により、実施の形態５とほぼ同様の効果が、ＭＯＳＦＥＴにおいて得られる。
図４０を参照して、変形例のＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）２０４のフィールド絶縁膜７は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈおよびハロゲン含有半導体部２ｈの上においてハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈを有している。よってＭＯＳＦＥＴ２０４においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層７４は、ハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈによって形成されている部分を含む。ＭＯＳＦＥＴ２０４は、実施の形態８で説明した製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。よって、注入されたハロゲン族原子の脱離を抑制することができる。
＜実施の形態１０＞
図４１は、本実施の形態におけるＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）２０５の構成を概略的に示す部分断面図である。ＭＯＳＦＥＴ２０４においては、ＳＢＤ１０６（図２２：実施の形態６）と同様に、ハロゲン含有半導体部２ｈは、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈが有する負の固定電荷密度に比して、より大きな負の固定電荷密度を有している。よってＭＯＳＦＥＴ２０５においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層７５は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈによって形成されている部分と、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈに隣接したハロゲン含有半導体部２ｈによって形成されている部分とを有しており、後者の部分が、より高い負の固定電荷密度を有している。この構成により、実施の形態６とほぼ同様の効果が、ＭＯＳＦＥＴにおいて得られる。
図４２を参照して、変形例のＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）２０６のフィールド絶縁膜７は、ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部５ｈおよびハロゲン含有終端ウェル部１２ｈの上において、ハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈｐを有している。またフィールド絶縁膜７は、ハロゲン含有半導体部２ｈの上においてハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈｎを有している。よってＭＯＳＦＥＴ２０６においては、ハロゲン族原子による負の固定電荷層７６は、ハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈｐおよびハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈｎを含む。ハロゲン含有フィールド絶縁部７ｈｎの負の固定電荷密度は、ハロゲン含有フィールド絶縁部７ａｈｐの負の固定電荷密度よりも大きい。ＭＯＳＦＥＴ２０４は、実施の形態８で説明した製造方法とほぼ同様の方法によって製造することができる。よって、注入されたハロゲン族原子の脱離を抑制することができる。
上述した実施の形態１〜６ではＳＢＤ１０１〜１０７について説明したが、変形例として、ＳＢＤ以外のダイオード素子が構成されてもよい。具体的には、活性領域であるショットキー電極８下のドリフト層２の一部にｐ型半導体層領域を設けることによってジャンクションバリアショットキー（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ：ＪＢＳ）ダイオードが構成されてもよい。あるいは、ドリフト層２にショットキー接合された部分とオーミック接合された部分との両方をショットキー電極８が有する混合ピンショットキー（Ｍｅｒｇｅｄ ＰｉＮ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ：ＭＰＳ）ダイオードが構成されてもよい。あるいは、活性領域であるショットキー電極８下のドリフト層２にｐ型半導体領域を設け、かつショットキー電極８に代わりオーミックコンタクト電極を設けることで、ピン（ＰｉＮ）ダイオードが構成されてもよい。
上述した実施の形態７〜１０ではプレーナ型ＭＯＳＦＥＴ２０１〜２０５について説明したが、変形例として、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴが構成されてもよい。あるいはＭＯＳＦＥＴ以外の金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＩＳＦＥＴ）が構成されてもよい。あるいは、ＭＩＳＦＥＴに代わり、ジャンクションＦＥＴ（ＪＦＥＴ）、または金属半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＥＳＦＥＴ）が構成されてもよい。あるいはＦＥＴに代わりＩＧＢＴが構成されてもよい。
また上記各実施の形態においては、半導体材料としてＳｉＣを用いた半導体装置について説明したが、半導体／絶縁膜の界面に固定電荷が存在する限り、ＳｉＣ以外の他の半導体材料が適用されてもよく、たとえば、ＧａＮなどの化合物半導体材料が適用され得る。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
ＲＥ 素子領域、ＲＴ 終端領域、１０１〜１０７ ＳＢＤ（炭化珪素半導体装置）、２０１〜２０６ ＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）、１ 半導体基板、２ ドリフト層（半導体層）、２ｈ ハロゲン含有半導体部、３ 裏面オーミック電極、４ カソード電極、５ ＦＬＲ領域（フィールドリミッティングリング領域）、５ａ 高濃度領域、５ｈ ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部、５ａｈ ハロゲン含有高濃度部、７ フィールド絶縁膜、７ａ 熱酸化膜、７ｂ ＣＶＤ膜（堆積膜）、７ｈ，７ａｈ，７ｈｎ，７ｈｐ，７ａｈｎ，７ａｈｐ ハロゲン含有フィールド絶縁部、８ ショットキー電極、９ アノード電極、１０ 保護絶縁膜、１１ ウェル領域、１２ 終端ウェル領域、１２ａ 高濃度終端ウェル領域、１２ｈ ハロゲン含有終端ウェル部、１２ａｈ ハロゲン含有高濃度終端ウェル部、１３ 高濃度ウェル領域、１４ ソース領域、１６ ソースコンタクト電極、１７ 層間絶縁膜、１８ ソースコンタクトホール、１８ａ 終端ウェルコンタクトホール、１９ ソース電極、２０ ゲート電極、２１ ゲート絶縁膜、２２ ゲート配線、２３ ゲートコンタクトホール、２４ フィールドストップ領域、５４ ドレイン電極、６１〜６６，７１〜７６ 固定電荷層。

Claims (9)

  1. 半導体基板（１）と、
    前記半導体基板（１）上に設けられ、炭化珪素から作られ、素子領域（ＲＥ）と前記素子領域（ＲＥ）の外側の終端領域（ＲＴ）とを有し、ｎ型を有する半導体層（２）と、
    前記半導体層（２）の前記終端領域（ＲＴ）に設けられ、ｐ型を有し、互いに離れて配置された複数のフィールドリミッティングリング領域（５）と、
    前記半導体層（２）の前記終端領域（ＲＴ）上に設けられ、前記フィールドリミッティングリング領域（５）および前記半導体層（２）に接するフィールド絶縁膜（７）と、
    を備え、
    前記フィールドリミッティングリング領域（５）の各々は、前記フィールド絶縁膜（７）に接しかつハロゲン族原子を含有するハロゲン含有フィールドリミッティングリング部（５ｈ）を含む、炭化珪素半導体装置。
  2. 前記フィールド絶縁膜（７）は、前記ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部（５ｈ）上に位置しかつハロゲン族原子を含有するハロゲン含有フィールド絶縁部（７ｈ，７ａｈ，７ｈｎ，７ｈｐ，７ａｈｎ，７ａｈｐ）を含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
  3. 前記半導体層（２）は、前記フィールドリミッティングリング領域（５）間で前記フィールド絶縁膜（７）に接しかつハロゲン族原子を含有するハロゲン含有半導体部（２ｈ）を含む、請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置。
  4. 前記ハロゲン含有半導体部（２ｈ）は、前記ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部（５ｈ）が有する負の固定電荷密度に比して、より大きな負の固定電荷密度を有している、請求項３に記載の炭化珪素半導体装置。
  5. 半導体基板（１）上に、炭化珪素から作られ、素子領域（ＲＥ）と前記素子領域（ＲＥ）の外側の終端領域（ＲＴ）とを有し、ｎ型を有する半導体層（２）を形成する工程と、
    前記半導体層（２）の前記終端領域（ＲＴ）に、ｐ型を有し、互いに離れて配置された複数のフィールドリミッティングリング領域（５）を、アクセプタイオンを注入することによって形成する工程と、
    前記アクセプタイオンを電気的に活性化する活性化アニールを行う工程と、
    前記フィールドリミッティングリング領域（５）の各々の一部にハロゲン族原子を注入することによってハロゲン含有フィールドリミッティングリング部（５ｈ）を形成する工程と、
    前記半導体層（２）の前記終端領域（ＲＴ）上にフィールド絶縁膜（７）を形成する工程と、
    を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
  6. 前記アクセプタイオンを電気的に活性化する活性化アニールを行う工程は、前記ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部（５ｈ）を形成する工程の前に行われる、請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  7. 前記アクセプタイオンを電気的に活性化する活性化アニールを行う工程は、前記ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部（５ｈ）を形成する工程の後に行われる、請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  8. 前記フィールド絶縁膜（７）は熱酸化膜（７ａ）である、請求項５から７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。
  9. 前記ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部（５ｈ）を形成する工程の前に前記フィールド絶縁膜（７）の少なくとも一部が形成され、前記ハロゲン含有フィールドリミッティングリング部（５ｈ）を形成する工程において、前記ハロゲン族原子は前記フィールド絶縁膜（７）の少なくとも一部を介して注入される、請求項５から８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。
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