JPWO2017126472A1 - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

半導体装置１は、半導体層の第１主面の表層部に形成されたトレンチゲート構造６を含む。トレンチゲート構造６の側方において、半導体層の第１主面の表層部には、ソース領域１０およびウェル領域１１が形成されている。ウェル領域１１は、ソース領域１０に対して半導体層の第２主面側の領域に形成されている。ウェル領域１１においてトレンチゲート構造６に沿う部分には、チャネルが形成されている。半導体層においてトレンチゲート構造６およびソース領域１０の間の領域には、積層領域２２が形成されている。積層領域２２は、半導体層の第１主面の表層部に形成されたｐ型不純物領域２０、および、第２導電型不純物領域２０に対して半導体層の第２主面側に形成されたｎ型不純物領域２１を有している。

Description

本発明は、半導体装置に関する。
負荷に接続され、当該負荷に対して所定のスイッチング動作を提供する半導体素子としてＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が知られている。ＭＯＳＦＥＴを備えた半導体装置の一例が、特許文献１に開示されている。
特許文献１に係る半導体装置は、ｎ型の半導体層と、半導体層の表層部に形成されたｐ型のウェル領域と、ウェル領域の周縁から間隔を空けてウェル領域の表層部に形成されたｎ型のソース領域と、ウェル領域の周縁およびソース領域の周縁の間のチャネルに対向するように、半導体層の上に形成されたゲート電極とを含む。
特開２０１１−１５９７９７号公報
半導体装置がオン状態の時に負荷が短絡すると、当該負荷に印加されていた電圧が短絡電圧として半導体装置に印加されることがある。この場合、半導体装置に比較的大きい短絡電流が流れ込む。その結果、短絡電圧および短絡電流に起因するジュール熱によって、たとえば数μ秒〜数十μ秒という短い時間で、半導体装置が破壊に至る可能性がある。
短絡電流が流れ始めてから半導体装置が破壊に至るまでの間の時間は、短絡耐量として知られている。半導体装置が破壊に至るまでの時間が長いほど、短絡耐量が優れているといえる。
チャネルを形成するウェル領域の不純物濃度を低くすると、短絡電流を抑制できる。したがって、ジュール熱が低減するから、短絡耐量が向上すると考えられる。しかし、ウェル領域の不純物濃度を低くした場合には、キャリア移動度の低下に起因してオン抵抗が増加するというトレードオフの問題がある。
そこで、本発明は、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の第１局面に係る半導体装置は、第１主面および第２主面を有する第１導電型の半導体層と、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成されたゲートトレンチ、および、絶縁膜を挟んで前記ゲートトレンチに埋設されたゲート電極を含むトレンチゲート構造と、前記トレンチゲート構造の側方において、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成された第１導電型のソース領域と、前記トレンチゲート構造の側方において、前記ソース領域に対して前記半導体層の前記第２主面側の領域に前記トレンチゲート構造に沿って形成され、かつ、前記トレンチゲート構造に沿う部分にチャネルが形成される第２導電型のウェル領域と、前記半導体層において前記トレンチゲート構造および前記ソース領域の間の領域に形成された積層領域であって、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成された第２導電型不純物領域、および、前記第２導電型不純物領域に対して前記半導体層の前記第２主面側に形成された第１導電型不純物領域を有する積層領域とを含む。
本発明の第２局面に係る半導体装置は、第１主面および第２主面を有する第１導電型の半導体層と、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成されたゲートトレンチ、および、絶縁膜を挟んで前記ゲートトレンチに埋設されたゲート電極を含むトレンチゲート構造と、前記トレンチゲート構造の側方において、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成された第１導電型のソース領域と、前記トレンチゲート構造の側方において、前記ソース領域に対して前記半導体層の前記第２主面側の領域に前記トレンチゲート構造に沿って形成され、かつ、前記トレンチゲート構造に沿う部分にチャネルが形成される第２導電型のウェル領域と、前記半導体層において前記トレンチゲート構造および前記ソース領域の間の領域に前記半導体層の前記第１主面から露出するように形成され、かつ、前記ウェル領域と電気的に接続された第１導電型不純物領域と、前記半導体層の前記第１主面の上に形成され、前記ソース領域および前記第１導電型不純物領域と電気的に接続されたソース電極であって、前記第１導電型不純物領域との間でショットキー接合を形成しているソース電極とを含む。
本発明の第３局面に係る半導体装置は、第１主面および第２主面を有する第１導電型の半導体層と、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成された第２導電型のウェル領域と、前記ウェル領域の周縁から間隔を空けて、前記ウェル領域の表層部に形成された第１導電型のソース領域と、前記ウェル領域の周縁および前記ソース領域の周縁の間のチャネルに対向するように、前記半導体層の前記第１主面の上に絶縁膜を挟んで形成されたゲート電極と、前記ウェル領域の表層部において前記チャネルおよび前記ソース領域の間の領域に形成された積層領域であって、前記ウェル領域の表層部に形成された第１導電型不純物領域、および、前記第１導電型不純物領域の表層部に形成された第２導電型不純物領域を有する積層領域とを含む。
本発明の第１局面に係る半導体装置では、第２導電型不純物領域および第１導電型不純物領域の間にｐｎ接合部が形成されている。また、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間にｐｎ接合部が形成されている。
半導体層およびソース領域の間に短絡電圧が印加されると、第２導電型不純物領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層が拡がる。また、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層が拡がる。これにより、短絡状態において第１導電型不純物領域内の電流経路を狭めることができるから、第１導電型不純物領域において短絡電流を阻害することができる。
一方、非短絡状態では、第２導電型不純物領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層は殆ど拡がらない。また、非短絡状態では、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層は殆ど拡がらない。したがって、非短絡状態では、第１導電型不純物領域内を流れる電流が空乏層により阻害されることは殆どない。
このように、第１局面に係る半導体装置では、チャネル（ウェル領域）およびソース領域の間の領域に、電流狭窄部が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において、短絡電流を低減させることができるから、短絡電圧および短絡電流に起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置を提供できる。
本発明の第２局面に係る半導体装置では、ソース電極および第１導電型不純物領域の間にショットキー接合部が形成されている。また、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間にｐｎ接合部が形成されている。
半導体層およびソース領域の間に短絡電圧が印加されると、ソース電極および第１導電型不純物領域の間のショットキー接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層が拡がる。また、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層が拡がる。これにより、短絡状態において第１導電型不純物領域内の電流経路を狭めることができるから、第１導電型不純物領域において短絡電流を阻害することができる。
一方、非短絡状態では、ソース電極および第１導電型不純物領域の間にショットキー接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層は殆ど拡がらない。また、非短絡状態では、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層は殆ど拡がらない。したがって、非短絡状態では、第１導電型不純物領域内を流れる電流が空乏層により阻害されることは殆どない。
このように、第２局面に係る半導体装置では、チャネル（ウェル領域）およびソース領域の間の領域に、電流狭窄部が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において短絡電流を低減させることができるから、短絡電圧および短絡電流に起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置を提供できる。
本発明の第３局面に係る半導体装置では、第２導電型不純物領域および第１導電型不純物領域の間にｐｎ接合部が形成されている。また、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間にｐｎ接合部が形成されている。
半導体層およびソース領域の間に短絡電圧が印加されると、第２導電型不純物領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層が拡がる。また、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層が拡がる。これにより、短絡状態において第１導電型不純物領域内の電流経路を狭めることができるから、第１導電型不純物領域において短絡電流を阻害することができる。
一方、非短絡状態では、第２導電型不純物領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層は殆ど拡がらない。また、非短絡状態では、第２導電型のウェル領域および第１導電型不純物領域の間に形成されたｐｎ接合部から第１導電型不純物領域内に空乏層は殆ど拡がらない。したがって、非短絡状態では、第１導電型不純物領域内を流れる電流が空乏層により阻害されることは殆どない。
このように、第３局面に係る半導体装置では、チャネル（ウェル領域）およびソース領域の間の領域に、電流狭窄部が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において短絡電流を低減させることができるから、短絡電圧および短絡電流に起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置を提供できる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図２Ａは、図１に示すIIA-IIA線に沿う断面図である。 図２Ｂは、図１に示すIIB-IIB線に沿う断面図である。 図３は、図２Ａに示す破線IIIで囲まれた領域の拡大図であって、非短絡状態である場合が示されている。 図４は、図３に対応する領域の拡大図であって、短絡状態である場合が示されている。 図５は、参考例に係る半導体装置を示す断面図である。 図６は、ドレイン電流−ドレイン電圧特性を示すグラフである。 図７Ａは、図１に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図７Ｂは、図７Ａの後の工程を示す断面図である。 図７Ｃは、図７Ｂの後の工程を示す断面図である。 図７Ｄは、図７Ｃの後の工程を示す断面図である。 図７Ｅは、図７Ｄの後の工程を示す断面図である。 図７Ｆは、図７Ｅの後の工程を示す断面図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図９は、ドレイン電流−ドレイン電圧特性を示すグラフである。 図１０は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図１１Ａは、図１０に示すXIA-XIA線に沿う断面図である。 図１１Ｂは、図１０に示すXIB-XIB線に沿う断面図である。 図１２は、ドレイン電流−ドレイン電圧特性を示すグラフである。 図１３Ａは、図１０に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１３Ｂは、図１３Ａの後の工程を示す断面図である。 図１３Ｃは、図１３Ｂの後の工程を示す断面図である。 図１３Ｄは、図１３Ｃの後の工程を示す断面図である。 図１３Ｅは、図１３Ｄの後の工程を示す断面図である。 図１３Ｆは、図１３Ｅの後の工程を示す断面図である。 図１４は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図１５Ａは、図１４に示すXVA-XVA線に沿う断面図である。 図１５Ｂは、図１４に示すXVB-XVB線に沿う断面図である。 図１６は、図１５Ａに示す破線XVIで囲まれた領域の拡大図であって、非短絡状態である場合が示されている。 図１７は、図１６に対応する領域の拡大図であって、短絡状態である場合が示されている。 図１８Ａは、図１４に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図１８Ｂは、図１８Ａの後の工程を示す断面図である。 図１８Ｃは、図１８Ｂの後の工程を示す断面図である。 図１８Ｄは、図１８Ｃの後の工程を示す断面図である。 図１８Ｅは、図１８Ｄの後の工程を示す断面図である。 図１８Ｆは、図１８Ｅの後の工程を示す断面図である。 図１９は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図２０Ａは、図１９に示すXXA-XXA線に沿う断面図である。 図２０Ｂは、図１９に示すXXB-XXB線に沿う断面図である。 図２１は、図２０に示す破線XXIで囲まれた領域の拡大図であって、非短絡状態である場合が示されている。 図２２は、図２１に対応する領域の拡大図であって、短絡状態である場合が示されている。 図２３は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図２４は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図２５は、本発明の第８実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図２６は、本発明の第９実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図２７は、本発明の第１０実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図２８は、本発明の第１１実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図２９は、本発明の第１２実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図３０は、ドレイン電流−ドレイン電圧特性を示すグラフである。 図３１は、本発明の第１３実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図３２は、本発明の第１４実施形態に係る半導体装置の断面図である。 図３３は、本発明の第１５実施形態に係る半導体装置の断面図である。
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
以下では、ｎ型不純物またはｎ型というときには、５価の元素が主たる不純物として含まれるものとして説明する。５価の元素としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）等を例示できる。また、ｐ型不純物またはｐ型というときには、３価の元素が主たる不純物として含まれるものとして説明する。３価の元素としては、燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を例示できる。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１の平面図である。図２Ａは、図１に示すIIA-IIA線に沿う断面図である。図２Ｂは、図１に示すIIB-IIB線に沿う断面図である。
半導体装置１は、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）を含む。半導体装置１は、表面（第１主面）とその反対側に位置する裏面（第２主面）とを有するｎ型の半導体層を含む。半導体層は、ＳｉＣを含むｎ＋型のＳｉＣ半導体基板２と、ＳｉＣを含むｎ−型のＳｉＣエピタキシャル層３とを含む。ＳｉＣエピタキシャル層３は、ＳｉＣ半導体基板２の表面の上に形成されている。
半導体層の裏面には、ドレイン電極４が接続されている。ＳｉＣ半導体基板２およびＳｉＣエピタキシャル層３は、ドレイン領域５として形成されている。以下では、半導体層の表面を、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面という。
図１、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面の表層部には、複数のトレンチゲート構造６が形成されている。図１では、クロスハッチングによって、トレンチゲート構造６が示されている。
複数のトレンチゲート構造６は、平面視において同一の方向に沿って帯状に延びており、かつ、互いに間隔を空けて形成されている。トレンチゲート構造６は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部を選択的に掘り下げて形成されたゲートトレンチ７にゲート絶縁膜８を挟んで埋設されたゲート電極９を含む。
ゲート絶縁膜８は、ＳｉＣエピタキシャル層３側の一方表面およびその反対の他方表面がゲートトレンチ７の内壁面に沿うように形成されている。ゲートトレンチ７の内壁面は、側面および底面を含む。ゲート絶縁膜８は、ほぼ一様な厚さを有していてもよい。
図１および図２Ａを参照して、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部には、ｎ＋型のソース領域１０およびｐ−型のウェル領域１１が形成されている。ｎ＋型のソース領域１０およびｐ−型のウェル領域１１は、トレンチゲート構造６の側方において、半導体層の表面側から裏面側に向けてこの順に形成されている。
ソース領域１０は、トレンチゲート構造６に沿って帯状に延びており、かつ、トレンチゲート構造６から間隔を空けて形成されている。本実施形態では、ソース領域１０が、隣り合うトレンチゲート構造６の間の中央部に形成されている。ソース領域１０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面から露出している。
図２Ａおよび図２Ｂを参照して、ソース領域１０は、ＳｉＣエピタキシャル層３（半導体層）の深さ方向においてウェル領域１１に接続されている。ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向とは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に直交する方向である。ソース領域１０のｎ型不純物濃度は、ＳｉＣエピタキシャル層３のｎ型不純物濃度よりも高い。
図２Ａおよび図２Ｂを参照して、ウェル領域１１は、ソース領域１０に対して半導体層の裏面側の領域において、トレンチゲート構造６に沿うように形成されている。ウェル領域１１は、ＳｉＣエピタキシャル層３との境界部がトレンチゲート構造６の側面に接する深さで形成されている。
ウェル領域１１は、隣り合うトレンチゲート構造６の間の領域に形成されている。ウェル領域１１は、隣り合う一方側のトレンチゲート構造６および他方側のトレンチゲート構造６により共有されている。ウェル領域１１のうち、トレンチゲート構造６の側面に沿う部分がチャネル形成領域１２である。チャネル形成領域１２におけるチャネルの形成は、トレンチゲート構造６（ゲート電極９）により制御される。
ＳｉＣエピタキシャル層３、トレンチゲート構造６、ソース領域１０およびウェル領域１１の各数値について補足する。
ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴは、たとえば０．５μｍ以上２．０μｍ以下（本実施形態では、１．０μｍ程度）である。
ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ソース領域１０の厚さＴＳは、たとえば０．１μｍ以上０．２μｍ以下（本実施形態では、０．１５μｍ程度）である。
ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ウェル領域１１の厚さＴＷは、たとえば０．４μｍ以上０．６μｍ以下（本実施形態では、０．５μｍ程度）である。
ＳｉＣエピタキシャル層３のｎ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０１４ｃｍ−３以上１．０×１０１６ｃｍ−３以下（本実施形態では、８．０×１０１５ｃｍ−３程度）である。
ソース領域１０のｎ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０１８ｃｍ−３以上１．０×１０２０ｃｍ−３以下（本実施形態では、６．０×１０１９ｃｍ−３程度）である。
ウェル領域１１のｐ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０１７ｃｍ−３以上１．０×１０１９ｃｍ−３以下（本実施形態では、２．０×１０１８ｃｍ−３程度）である。
本実施形態に係る半導体装置１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部においてトレンチゲート構造６およびソース領域１０の間の領域に形成された積層領域２２を含む。
積層領域２２は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、半導体層の表面側から裏面側に向けてこの順に形成されたｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１を含む。半導体装置１は、積層領域２２を備えることによって、オン抵抗の増加の抑制を図り、かつ、優れた短絡耐量を実現しようとするものである。
図１および図２Ａを参照して、積層領域２２は、トレンチゲート構造６に沿って帯状に形成されている。積層領域２２は、ソース領域１０の深さとほぼ等しい深さで形成されている。積層領域２２において、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にソース領域１０およびトレンチゲート構造６の側面に接するように形成されている。
ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向とは、帯状のトレンチゲート構造６と交差する方向でもある。帯状のトレンチゲート構造６と交差する方向は、帯状のトレンチゲート構造６と直交する方向であってもよい。
ｐ型不純物領域２０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面から露出するようにＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に形成されている。ｐ型不純物領域２０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向においてｎ型不純物領域２１の全域に接している。ｐ型不純物領域２０は、ｎ型不純物領域２１との間でｐｎ接合部を形成している。ｐ型不純物領域２０のｐ型不純物濃度は、ウェル領域１１のｐ型不純物濃度よりも高い。
ｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、ｐ型不純物領域２０に対して半導体層の裏面側の領域に形成されている。ｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向においてウェル領域１１と接している。ｎ型不純物領域２１は、ウェル領域１１との間でｐｎ接合部を形成している。
ｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向において、ｐ型不純物領域２０の幅と、ほぼ等しい幅Ｌｎを有している。ｎ型不純物領域２１のｎ型不純物濃度は、ＳｉＣエピタキシャル層３のｎ型不純物濃度よりも高く、かつ、ソース領域１０のｎ型不純物濃度よりも低い。ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ｎ型不純物領域２１の厚さＴｎは、ｐ型不純物領域２０の厚さＴｐ以上（Ｔｎ≧Ｔｐ）であることが好ましい。
ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の各数値について補足する。
ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ｐ型不純物領域２０の厚さＴｐは、たとえば０．０４μｍ以上０．０８μｍ以下（本実施形態では、０．０６μｍ程度）である。
ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ｎ型不純物領域２１の厚さＴｎは、たとえば０．０６μｍ以上０．１２μｍ以下（本実施形態では、０．０９μｍ程度）である。
ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に関して、ｎ型不純物領域２１の幅Ｌｎは、たとえば０．１μｍ以上０．８μｍ以下（本実施形態では、０．４μｍ程度）である。
ｐ型不純物領域２０のｐ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０１９ｃｍ−３以上１．０×１０２１ｃｍ−３以下（本実施形態では、４．０×１０２０ｃｍ−３程度）である。
ｎ型不純物領域２１のｎ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０１７ｃｍ−３以上１．０×１０１９ｃｍ−３以下（本実施形態では、１．０×１０１８ｃｍ−３程度）である。
図１および図２Ｂを参照して、積層領域２２には、ｎ型不純物領域２１が存在しない部分（図１の破線参照）が選択的に形成されている。ｎ型不純物領域２１が存在しない部分は、ｐ型のコンタクト領域２３として形成されている。
積層領域２２は、ｎ型不純物領域２１が存在する部分と、ｎ型不純物領域２１が存在しない部分とがトレンチゲート構造６に沿って交互に形成された領域２４を含んでいてもよい。
ｐ型不純物領域２０は、コンタクト領域２３においてウェル領域１１と電気的に接続されている。これにより、ｐ型不純物領域２０は、ウェル領域１１と同電位に設定されている。
図２Ａおよび図２Ｂを参照して、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上には、表面絶縁膜３０が形成されている。表面絶縁膜３０は、トレンチゲート構造６を被覆している。表面絶縁膜３０には、ソース領域１０およびｐ型不純物領域２０を選択的に露出させるコンタクト孔３１が形成されている。
表面絶縁膜３０の上には、ソース電極３２が形成されている。ソース電極３２は、表面絶縁膜３０の上からコンタクト孔３１に入り込んでいる。ソース電極３２は、コンタクト孔３１内で、ソース領域１０およびｐ型不純物領域２０に電気的に接続されている。これにより、ソース領域１０およびｐ型不純物領域２０が短絡されて同電位とされている。
一つの形態として、ソース電極３２は、ソース領域１０との間でオーミック接合を形成し、かつ、ｐ型不純物領域２０との間でオーミック接合を形成していてもよい。他の形態として、ソース電極３２は、ソース領域１０との間でオーミック接合を形成し、かつ、ｐ型不純物領域２０との間でショットキー接合を形成していてもよい。
次に、図３および図４を参照して、半導体装置１の電気的構造について説明する。図３は、図２Ａに示す破線IIIで囲まれた領域の拡大図であって、非短絡状態である場合が示されている。図４は、図３に対応する領域の拡大図であって、短絡状態である場合が示されている。
半導体装置１の非短絡状態とは、ゲート電極９に所定の駆動電圧が印加される定常状態のことをいう。半導体装置１の短絡状態とは、ゲート電極９に所定の駆動電圧が印加された状態で、ドレイン電極４およびソース電極３２間に所定の短絡電圧（たとえば２００Ｖ〜１０００Ｖ）が印加された状態のことをいう。
図３および図４を参照して、トレンチゲート構造６の側方には、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ（Junction Gate Field-Effect Transistor）４１が形成されている。
ＭＩＳＦＥＴ４０は、ＳｉＣエピタキシャル層３（ドレイン領域５）、トレンチゲート構造６（ゲート電極９）およびソース領域１０（具体的には、ソース領域１０に電気的に接続されたｎ型不純物領域２１）によって形成されている。
図３および図４では、説明の便宜上、ＳｉＣエピタキシャル層３（ドレイン領域５）、トレンチゲート構造６（ゲート電極９）およびｎ型不純物領域２１に、ＭＩＳＦＥＴ４０のゲート端子ＧＭ、ドレイン端子ＤＭおよびソース端子ＳＭをそれぞれ示している。
ＪＦＥＴ４１は、ｐ−型のウェル領域１１、ｎ型不純物領域２１およびｐ型不純物領域２０を含むｐｎｐ積層構造に加えて、ｎ＋型のソース領域１０によって形成されている。ウェル領域１１およびｐ型不純物領域２０は、同電位を成しており、ＪＦＥＴ４１のゲートを構成している。
図３および図４では、説明の便宜上、ｐ型不純物領域２０、ｎ型不純物領域２１およびソース領域１０に、ＪＦＥＴ４１のゲート端子ＧＪ、ドレイン端子ＤＪおよびソース端子ＳＪをそれぞれ示している。
ＭＩＳＦＥＴ４０のソース端子ＳＭ、および、ＪＦＥＴ４１のドレイン端子ＤＪは、互いに電気的に接続されている。これにより、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１を含む直列回路が形成されている。ＪＦＥＴ４１のゲート端子ＧＪおよびソース端子ＳＪは、ソース電極３２によって短絡されている。
ゲート電極９に所定の駆動電圧が印加されると、チャネル形成領域１２にチャネルが形成される。これにより、半導体装置１がオン状態となり、ＳｉＣエピタキシャル層３、ウェル領域１１（チャネル形成領域１２）、ｎ型不純物領域２１およびソース領域１０を介して、ドレイン電極４からソース電極３２に電流ＩＤが流れる。一方、半導体装置１のオフ状態では、チャネル形成領域１２にチャネルが形成されないので、ドレイン電極４およびソース電極３２間に電流ＩＤは流れない。
図３および図４を参照して、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間には、ｐｎ接合部が形成されている。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間には、ｐｎ接合部が形成されている。
ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部によって、第１空乏層ＤＬ１が形成される。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部によって、第２空乏層ＤＬ２が形成される。
図３を参照して、半導体装置１の非短絡状態では、第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２は、ｎ型不純物領域２１内に殆ど拡がらない。これにより、ドレイン電極４およびソース電極３２間に、比較的に広い電流経路が形成されている。したがって、非短絡状態では、ｎ型不純物領域２１内を流れる電流が、第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２により阻害されることは殆どない。
一方、図４を参照して、半導体装置１の短絡状態では、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域２１内に第１空乏層ＤＬ１が拡がる。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域２１内に第２空乏層ＤＬ２が拡がる。
第１空乏層ＤＬ１の幅Ｗ１は、ソース領域１０側からトレンチゲート構造６側に向かって漸増している。したがって、トレンチゲート構造６側の第１空乏層ＤＬ１の幅Ｗ１は、ソース領域１０側の第１空乏層ＤＬ１の幅Ｗ１よりも相対的に大きい。
同様に、第２空乏層ＤＬ２の幅Ｗ２は、ソース領域１０側からトレンチゲート構造６側に向かって漸増している。したがって、トレンチゲート構造６側の第２空乏層ＤＬ２の幅Ｗ２は、ソース領域１０側の第２空乏層ＤＬ２の幅Ｗ２よりも相対的に大きい。
半導体装置１の短絡状態では、ｎ型不純物領域２１に形成される電流経路の面積が、第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２によって狭められている。この状態において、ｎ型不純物領域２１では、チャネル形成領域１２側に形成される電流経路の面積が、ソース領域１０側に形成される電流経路の面積よりも狭くなっている。このように、半導体装置１の短絡状態では、ｎ型不純物領域２１に形成される電流経路の面積が狭められるため、短絡電流ＩＤの流れが阻害される。
一つの形態として、ウェル領域１１、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１は、ｎ型不純物領域２１の厚さＴｎ、第１空乏層ＤＬ１の幅Ｗ１および第２空乏層ＤＬ２の幅Ｗ２が、Ｔｎ＞Ｗ１＋Ｗ２の式を満たすように形成されていてもよい。
他の形態として、ウェル領域１１、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１は、ｎ型不純物領域２１の厚さＴｎ、第１空乏層ＤＬ１の幅Ｗ１および第２空乏層ＤＬ２の幅Ｗ２が、Ｔｎ≦Ｗ１＋Ｗ２の式を満たすように形成されていてもよい。
他の形態では、第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２が、ｎ型不純物領域２１内で重なるため、短絡電流ＩＤの流れを効果的に阻害することが可能となる。前記一つの形態と前記他の形態とが組み合わされて、Ｔｎ＞Ｗ１＋Ｗ２の式を満たす部分と、Ｔｎ≦Ｗ１＋Ｗ２の式を満たす部分とを含むように、ウェル領域１１、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１が形成されてもよい。
ＪＦＥＴ４１の有無によるドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性の相異を比較するため、図５に示される半導体装置１０１を別に用意した。ドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性は、短絡電流ＩＤ−短絡電圧ＶＤ特性でもある。図５には、参考例に係る半導体装置１０１の断面図が示されている。
参考例に係る半導体装置１０１は、積層領域２２が存在せず、ＪＦＥＴ４１を含まない構造を有している。図５において、前述の図２Ａ等に示された構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図６は、０Ｖから１０００Ｖのドレイン電圧ＶＤをドレイン電極４に印加し、ドレイン電極４およびソース電極３２間を流れるドレイン電流ＩＤをシミュレーションにより求めた結果を示している。
図６において、縦軸は、ドレイン電流ＩＤ［Ａ／ｃｍ２］であり、横軸は、ドレイン電圧ＶＤ［Ｖ］である。
図６には、曲線Ｌ１と、曲線Ｌ２とが示されている。曲線Ｌ１は、参考例に係る半導体装置１０１のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性である。曲線Ｌ２は、本実施形態に係る半導体装置１のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性である。
曲線Ｌ１を参照して、参考例に係る半導体装置１０１では、ドレイン電圧ＶＤの増加に伴ってドレイン電流ＩＤも増加しており、ドレイン電圧ＶＤが５０Ｖを超えると、ドレイン電流ＩＤが１００００Ａ／ｃｍ２を超える。
一方、曲線Ｌ２を参照して、本実施形態に係る半導体装置１では、ドレイン電圧ＶＤが５０Ｖを超えると、ドレイン電流ＩＤが５０００Ａ／ｃｍ２以上１００００Ａ／ｃｍ２未満の範囲で飽和する。
ドレイン電圧ＶＤが６００Ｖの時、本実施形態に係る半導体装置１のドレイン電流ＩＤは、参考例に係る半導体装置１０１のドレイン電流ＩＤよりも７０％程度減少している。しかも、本実施形態に係る半導体装置１では、オン抵抗の増加は殆ど見受けられない。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置１では、チャネル形成領域１２（ウェル領域１１）およびソース領域１０の間の領域に、電流狭窄部（つまりＪＦＥＴ４１）が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において短絡電流ＩＤを低減させることができるから、短絡電圧ＶＤおよび短絡電流ＩＤに起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路の面積は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置１を提供できる。
次に、半導体装置１の製造方法の一例について説明する。図７Ａ〜図７Ｆは、図１に示す半導体装置１の製造方法を示す断面図である。図７Ａ〜図７Ｆは、図２Ａに対応する領域の断面図である。
図７Ａを参照して、まず、ＳｉＣ半導体基板２が準備される。次に、ＳｉＣ半導体基板２の表面からＳｉＣがエピタキシャル成長される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層３がＳｉＣ半導体基板２の上に形成される。
次に、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部にｐ型不純物が注入される。ｐ型不純物の注入は、ウェル領域１１を形成すべき領域に選択的に開口を有し、かつ、ＳｉＣエピタキシャル層３の上に形成されたイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部にウェル領域１１が形成される。ウェル領域１１が形成された後、イオン注入マスクが除去される。
次に、図７Ｂを参照して、ハードマスク５０がＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上に形成される。ハードマスク５０は、ゲートトレンチ７を形成すべき領域に選択的に開口５０ａを有している。ハードマスク５０は、絶縁膜（たとえばシリコン酸化膜）であってもよい。
次に、ハードマスク５０を介するエッチングにより、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部が選択的に除去される。これにより、複数のゲートトレンチ７が形成される。ゲートトレンチ７が形成された後、ハードマスク５０が除去される。
次に、図７Ｃを参照して、たとえば熱酸化法により、ゲートトレンチ７の内壁面に酸化シリコンからなるゲート絶縁膜８が形成される。ゲート絶縁膜８は、たとえばＣＶＤ法によってゲートトレンチ７の内壁面に絶縁材料（たとえば酸化シリコンおよび／または窒化シリコン）を堆積させることによって形成されてもよい。
次に、たとえばＣＶＤ法により、ゲートトレンチ７を埋めてＳｉＣエピタキシャル層３を被覆するように、電極材料（たとえばポリシリコン）が堆積される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層３を被覆する電極材料層が形成される。
次に、電極材料層が選択的にエッチバックされる。これにより、ゲートトレンチ７内の電極材料層によってゲート電極９が形成される。
次に、図７Ｄを参照して、ソース領域１０、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１がウェル領域１１の表層部に選択的に形成される。
ソース領域１０は、ウェル領域１１の表層部に対するｎ型不純物の注入によって形成される。ｎ型不純物の注入は、たとえばソース領域１０を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。
ｐ型不純物領域２０は、ウェル領域１１の表層部に対するｐ型不純物の注入によって形成される。ｐ型不純物の注入は、たとえばｐ型不純物領域２０を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。
ｎ型不純物領域２１は、ウェル領域１１の表層部に対するｎ型不純物の注入によって形成される。ｎ型不純物の注入は、たとえばｎ型不純物領域２１を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。
次に、図７Ｅを参照して、たとえばＣＶＤ法によって、絶縁材料（本実施形態では、酸化シリコン）がＳｉＣエピタキシャル層３の上に堆積される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層３の上に表面絶縁膜３０が形成される。
次に、たとえばエッチングにより、表面絶縁膜３０が選択的に除去される。これにより、ソース領域１０およびｐ型不純物領域２０を選択的に露出させるコンタクト孔３１が、表面絶縁膜３０に形成される。
次に、図７Ｆを参照して、たとえばめっき法またはスパッタ法により、電極材料（たとえば銅、アルミニウムおよび／またはチタン）が表面絶縁膜３０の上に堆積される。これにより、ソース電極３２が形成される。
また、たとえばめっき法またはスパッタ法により、電極材料（たとえば銅、アルミニウムおよび／またはチタン）がＳｉＣ半導体基板２の裏面側に堆積されて、ドレイン電極４が形成される。以上の工程を経て、半導体装置１が製造される。
前述の図７Ｄでは、トレンチゲート構造６の形成工程の後に、積層領域２２（ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１）が形成される例について説明した。しかし、これらの工程を入れ替えて、積層領域２２（ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１）の形成工程の後に、トレンチゲート構造６が形成されてもよい。
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置５１の断面図である。図８において、前述の第１実施形態に示された構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る半導体装置５１は、前述の第１実施形態と同様、積層領域２２を含む。積層領域２２において、ｎ型不純物領域２１は、ソース領域１０の下方の領域に延在する延部２１ａを有している。
延部２１ａを含むｎ型不純物領域２１の幅Ｌｎは、前述の第１実施形態と同様である。ｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向において、ｐ型不純物領域２０よりも幅広に形成されている。
ソース領域１０は、ｎ型不純物領域２１の延部２１ａを挟んでウェル領域１１に対向する部分を有している。本実施形態では、ソース領域１０の下方の全域にｎ型不純物領域２１の延部２１ａが形成されている。したがって、ソース領域１０の全域は、ｎ型不純物領域２１の延部２１ａを挟んでウェル領域１１に対向している。
本実施形態に係るソース領域１０は、ｐ型不純物領域２０の厚さＴｐとほぼ等しい厚さＴＳを有している。ソース領域１０は、前述の第１実施形態と異なり、ウェル領域１１に接していない。
したがって、本実施形態では、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に関して、ｐ型不純物領域２０がソース領域１０と接している一方で、ｎ型不純物領域２１はソース領域１０と接していない。
トレンチゲート構造６の側方には、前述のＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１が形成されている。ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間には、ｐｎ接合部が形成されている。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間には、ｐｎ接合部が形成されている。
ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部によって、第１空乏層ＤＬ１が形成される。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部によって、第２空乏層ＤＬ２が形成される。
半導体装置５１の非短絡状態では、第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２はｎ型不純物領域２１内に殆ど拡がらない。これにより、ドレイン電極４およびソース電極３２の間において、比較的広い電流経路が形成される。したがって、非短絡状態では、ｎ型不純物領域２１内を流れる電流が、第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２により阻害されることは殆どない。
一方、半導体装置５１の短絡状態では、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域２１内に第１空乏層ＤＬ１が拡がる。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域２１内に第２空乏層ＤＬ２が拡がる。
第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２は、前述の半導体装置１と同様の態様でｎ型不純物領域２１内に拡がる。したがって、半導体装置５１の短絡状態では、ｎ型不純物領域２１内の電流経路の面積が第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２によって狭められる。これにより、短絡状態では、ｎ型不純物領域２１において、短絡電流ＩＤの流れが阻害される。
本実施形態に係る半導体装置５１のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性が図９に示されている。図９のグラフは、前述の図６のグラフに対応している。図９には、曲線Ｌ３と、前述の曲線Ｌ１とが示されている。曲線Ｌ３は、本実施形態に係る半導体装置５１のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性である。
図９の曲線Ｌ３を参照して、本実施形態に係る半導体装置５１は、前述の半導体装置１とほぼ同様のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性を有していることが理解される（図６も併せて参照）。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置５１では、チャネル形成領域１２（ウェル領域１１）およびソース領域１０の間の領域に、電流狭窄部（つまりＪＦＥＴ４１）が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において短絡電流ＩＤを低減させることができるから、短絡電圧ＶＤおよび短絡電流ＩＤに起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路の面積は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置５１を提供できる。
本実施形態に係る半導体装置５１は、前述の第１実施形態に係る半導体装置１の製造方法と同様の製造方法により製造される。たとえば、図７Ｄの工程において、ソース領域１０がＳｉＣエピタキシャル層３の表層部の浅い領域に形成されるように、ｎ型不純物の注入エネルギを調整すればよい。
＜第３実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置６１の平面図である。図１１Ａは、図１０に示すXIA-XIA線に沿う断面図である。図１１Ｂは、図１０に示すXIB-XIB線に沿う断面図である。図１０、図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、前述の第１実施形態に示された構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図１０、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、本実施形態では、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に、前述のトレンチゲート構造６に加えて、複数のトレンチソース構造６２が形成されている。図１０では、クロスハッチングによって、トレンチゲート構造６およびトレンチソース構造６２が示されている。
トレンチソース構造６２は、平面視において、一方のトレンチゲート構造６および他方のトレンチゲート構造６の間の領域に形成されている。トレンチソース構造６２は、トレンチゲート構造６に沿って帯状に延びている。
トレンチソース構造６２は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部を選択的に掘り下げて形成されたソーストレンチ６３に前述のソース電極３２の一部３２ａが埋設された構造を有している。本実施形態では、ソース電極３２の一部３２ａが、ソース絶縁膜６４を挟んでソーストレンチ６３に埋設されている。トレンチソース構造６２は、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴとほぼ等しい深さＤＳＴで形成されている。
トレンチゲート構造６の側方（トレンチゲート構造６およびトレンチソース構造６２の間の領域）には、前述のソース領域１０（図１０の破線部参照）およびウェル領域１１が形成されている。
ソース領域１０は、トレンチゲート構造６と同一の方向に沿って帯状に延びており、かつ、トレンチゲート構造６から間隔を空けて形成されている。ソース領域１０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向において、トレンチソース構造６２の側面に接している。ソース領域１０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向においてウェル領域１１に接している。
ウェル領域１１は、ソース領域１０に対して半導体層の裏面側の領域において、トレンチゲート構造６に沿うように形成されている。ウェル領域１１は、ＳｉＣエピタキシャル層３との境界部がトレンチゲート構造６の側面に接する深さで形成されている。
ウェル領域１１は、隣り合うトレンチゲート構造６およびトレンチソース構造６２の間の領域に形成されている。ウェル領域１１は、隣り合うトレンチゲート構造６およびトレンチソース構造６２により共有されている。前述のチャネル形成領域１２は、トレンチゲート構造６の側面に沿う部分に形成される。
ウェル領域１１は、本実施形態では、ソーストレンチ６３（トレンチソース構造６２）の側面および底面に沿って形成されたソーストレンチ側領域６５を一体的に有している。ソーストレンチ側領域６５の底部は、ＳｉＣ半導体基板２とトレンチソース構造６２の底面との間の領域に位置している。
ソーストレンチ側領域６５は、ウェル領域１１のｐ型不純物濃度とほぼ等しいｐ型不純物濃度を有していてもよい。ソーストレンチ側領域６５のｐ型不純物濃度は、ウェル領域１１のｐ型不純物濃度以上であってもよいし、ウェル領域１１のｐ型不純物濃度以下であってもよい。
トレンチソース構造６２において、ソース絶縁膜６４は、ＳｉＣエピタキシャル層３およびウェル領域１１を被覆し、かつ、ソース領域１０を露出させるように形成されている。ソース電極３２の一部３２ａは、ソーストレンチ６３内において当該ソーストレンチ６３から露出するソース領域１０に直接電気的に接続されている。
図１０および図１１Ａを参照して、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部においてトレンチゲート構造６およびトレンチソース構造６２の間の領域には、前述の積層領域２２が形成されている。
より具体的には、積層領域２２は、トレンチゲート構造６およびソース領域１０の間の領域に形成されている。積層領域２２は、トレンチゲート構造６に沿って帯状に延びている。積層領域２２は、前述のｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１を有している。
ｐ型不純物領域２０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面から露出するように、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に形成されている。ｐ型不純物領域２０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向において、ｎ型不純物領域２１よりも幅広に形成されている。ｐ型不純物領域２０は、ソース領域１０およびｎ型不純物領域２１を被覆している。
より具体的には、ｐ型不純物領域２０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に、トレンチゲート構造６およびトレンチソース構造６２に接している。したがって、ｐ型不純物領域２０は、ソース領域１０の全域およびｎ型不純物領域２１の全域を被覆している。
ｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、ｐ型不純物領域２０に対して半導体層の裏面側の領域に形成されている。ｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向においてウェル領域１１と接している。
ｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に、トレンチゲート構造６およびソース領域１０に接している。ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ｎ型不純物領域２１の厚さＴｎは、ソース領域１０の厚さＴＳとほぼ等しい。ｎ型不純物領域２１の幅Ｌｎは、前述の第１実施形態において述べた通りである。
トレンチソース構造６２において、ソース絶縁膜６４は、ソース領域１０に加えてｐ型不純物領域２０を露出させている。したがって、ソース電極３２の一部３２ａは、ソーストレンチ６３内において、ソース領域１０に加えて、ｐ型不純物領域２０に直接電気的に接続されている。
図１０および図１１Ｂを参照して、積層領域２２には、前述のコンタクト領域２３（図１０の破線部参照）が選択的に形成されている。ｐ型不純物領域２０は、コンタクト領域２３においてウェル領域１１と電気的に接続されている。これにより、ｐ型不純物領域２０は、ウェル領域１１と同電位に設定されている。
図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、ＳｉＣエピタキシャル層３の上には、前述の表面絶縁膜３０が形成されている。表面絶縁膜３０は、ｐ型不純物領域２０を選択的に露出させるコンタクト孔３１を有している。表面絶縁膜３０の上には、前述のソース電極３２が形成されている。
トレンチゲート構造６の側方には、前述のＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１が形成されている。ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間には、ｐｎ接合部が形成されている。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間には、ｐｎ接合部が形成されている。
ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部によって、第１空乏層ＤＬ１が形成される。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部によって、第２空乏層ＤＬ２が形成される。
半導体装置６１の非短絡状態では、第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２はｎ型不純物領域２１内に殆ど拡がらない。これにより、ドレイン電極４およびソース電極３２の間において、比較的広い電流経路が形成される。したがって、非短絡状態では、ｎ型不純物領域２１内を流れる電流が、第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２により阻害されることは殆どない。
一方、半導体装置６１の短絡状態では、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域２１内に第１空乏層ＤＬ１が拡がる。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域２１の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域２１内に第１空乏層ＤＬ１が拡がる。
第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２は、前述の半導体装置１と同様の態様でｎ型不純物領域２１内に拡がる。したがって、半導体装置６１の短絡状態では、ｎ型不純物領域２１内の電流経路の面積が第１空乏層ＤＬ１および第２空乏層ＤＬ２によって狭められる。これにより、短絡状態では、ｎ型不純物領域２１において、短絡電流ＩＤの流れが阻害される。
本実施形態に係る半導体装置６１のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性が図１２に示されている。図１２のグラフは、前述の図６のグラフに対応している。図１２には、曲線Ｌ４と、前述の曲線Ｌ１とが示されている。曲線Ｌ４は、本実施形態に係る半導体装置６１のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性である。
図１２の曲線Ｌ４を参照して、本実施形態に係る半導体装置６１は、前述の半導体装置１とほぼ同様のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性を有していることが理解される（図６も併せて参照）。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置６１では、チャネル形成領域１２（ウェル領域１１）およびソース領域１０の間の領域に、電流狭窄部（つまりＪＦＥＴ４１）が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において短絡電流ＩＤを低減させることができるから、短絡電圧ＶＤおよび短絡電流ＩＤに起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路の面積は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置５１を提供できる。
次に、半導体装置６１の製造方法の一例について説明する。図１３Ａ〜図１３Ｆは、図１０に示す半導体装置６１の製造方法を示す断面図である。図１３Ａ〜図１３Ｆは、図１１Ａに対応する領域の断面図である。
まず、図１３Ａを参照して、ＳｉＣ半導体基板２が準備される。次に、ＳｉＣ半導体基板２の表面からＳｉＣがエピタキシャル成長される。これにより、ＳｉＣ半導体基板２上にＳｉＣエピタキシャル層３が形成される。
次に、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に、ウェル領域１１、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１が形成される。
ウェル領域１１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に対するｎ型不純物の注入によって形成される。ｎ型不純物の注入は、たとえばウェル領域１１を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。
ｐ型不純物領域２０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に対するｐ型不純物の注入によって形成される。ｐ型不純物の注入は、たとえばｐ型不純物領域２０を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。
ｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に対するｎ型不純物の注入によって形成される。ｎ型不純物の注入は、たとえばｎ型不純物領域２１を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。
次に、図１３Ｂを参照して、ハードマスク５０がＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上に形成される。ハードマスク５０は、開口５０ａおよび開口５０ｂを有している。開口５０ａは、ゲートトレンチ７を形成すべき領域を選択的に露出させている。開口５０ｂは、ソーストレンチ６３を形成すべき領域を選択的に露出させている。
次に、ハードマスク５０を介するエッチングにより、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部が選択的に除去される。これにより、複数のゲートトレンチ７および複数のソーストレンチ６３が形成される。ゲートトレンチ７およびソーストレンチ６３が形成された後、ハードマスク５０が除去される。
次に、図１３Ｃを参照して、ソーストレンチ６３の底部から露出するＳｉＣエピタキシャル層３にｐ型不純物が選択的に注入される。これにより、ウェル領域１１の一部としてのソーストレンチ側領域６５が形成される。ソーストレンチ側領域６５は、たとえば当該ソーストレンチ側領域６５を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介するｐ型不純物の注入によって形成される。
次に、たとえば熱酸化法により、ゲートトレンチ７の内壁面に酸化シリコンからなるゲート絶縁膜８が形成され、ソーストレンチ６３の内壁面に酸化シリコンからなるソース絶縁膜６４が形成される。ゲート絶縁膜８およびソース絶縁膜６４は、ＣＶＤ法によって形成されてもよい。この場合、ゲートトレンチ７の内壁面およびソーストレンチ６３の内壁面に絶縁材料（たとえば酸化シリコンおよび／または窒化シリコン）が堆積される。
次に、たとえばＣＶＤ法により、ゲートトレンチ７を埋めてＳｉＣエピタキシャル層３を被覆するように、電極材料（たとえばポリシリコン）が堆積される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層３を被覆する電極材料層が形成される。
次に、電極材料層が選択的にエッチバックされる。これにより、ゲートトレンチ７内の電極材料層によってゲート電極９が形成される。
次に、図１３Ｄを参照して、たとえばエッチバックにより、ソーストレンチ６３の内壁面に形成されたソース絶縁膜６４の一部が選択的に除去される。
次に、ソース絶縁膜６４から露出するソーストレンチ６３の内壁面に向けて、ｎ型不純物が斜め照射によって注入される。これにより、ソーストレンチ６３の内壁面から露出するソース領域１０が形成される。ｎ型不純物の斜め照射注入によれば、ソーストレンチ６３に対するソース領域１０の位置ずれを効果的に抑制できる。これにより、良好なスイッチング特性を有するＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１を形成できる。
次に、図１３Ｅを参照して、たとえばＣＶＤ法により、絶縁材料（本実施形態では、酸化シリコン）がＳｉＣエピタキシャル層３の上に堆積される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層３の上に表面絶縁膜３０が形成される。
次に、たとえばエッチングによって、表面絶縁膜３０が選択的に除去される。これにより、ｐ型不純物領域２０を選択的に露出させるコンタクト孔３１が、表面絶縁膜３０に形成される。
次に、図１３Ｆを参照して、たとえばめっき法またはスパッタ法により、電極材料（たとえば銅、アルミニウムおよび／またはチタン）が、ソーストレンチ６３を埋めて表面絶縁膜３０を被覆するように堆積される。これにより、ソース電極３２が形成される。
また、たとえばめっき法またはスパッタ法により電極材料（たとえば銅、アルミニウムおよび／またはチタン）がＳｉＣ半導体基板２の裏面側に堆積されて、ドレイン電極４が形成される。以上の工程を経て、半導体装置６１が製造される。
＜第４実施形態＞
図１４は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置７１の平面図である。図１５Ａは、図１４に示すXVA-XVA線に沿う断面図である。図１５Ｂは、図１４に示すXVB-XVB線に沿う断面図である。図１４、図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、前述の第１実施形態に示された構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図１４および図１５Ａを参照して、本実施形態に係る半導体装置７１は、ｎ型不純物領域７２を含む。ｎ型不純物領域７２は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面から露出するように、ウェル領域１１の表層部に形成されている。ｎ型不純物領域７２は、ウェル領域１１との間でｐｎ接合部を形成している。
ｎ型不純物領域７２は、トレンチゲート構造６およびソース領域１０の間の領域に形成され、かつ、トレンチゲート構造６に沿って帯状に延びている。ｎ型不純物領域７２は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に、ソース領域１０およびトレンチゲート構造６の側面に接している。ｎ型不純物領域７２は、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向においてウェル領域１１と接続されている。
ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ｎ型不純物領域７２の厚さＴｎは、ソース領域１０の厚さＴＳとほぼ等しい。ｎ型不純物領域７２のｎ型不純物濃度は、ＳｉＣエピタキシャル層３のｎ型不純物濃度よりも高く、かつ、ソース領域１０のｎ型不純物濃度よりも低い。
ｎ型不純物領域７２の厚さＴｎは、たとえば０．１μｍ以上０．２μｍ以下（本実施形態では、０．１５μｍ程度）である。ｎ型不純物領域７２の幅Ｌｎは、前述の第１実施形態において述べた通りである。
ｎ型不純物領域７２のｎ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下（本実施形態では、１．０×１０１８ｃｍ−３程度）である。
図１４および図１５Ｂを参照して、積層領域２２には、前述のコンタクト領域２３が選択的に形成されている。ｐ型不純物領域２０は、コンタクト領域２３においてウェル領域１１と電気的に接続されている。これにより、ｐ型不純物領域２０は、ウェル領域１１と同電位に設定されている。
図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して、ゲートトレンチ７に埋設されたゲート電極９の表面は、ゲートトレンチ７内に形成された表面絶縁膜７３により被覆されている。本実施形態では、表面絶縁膜７３の表面が、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面との間で、互いに平坦（より具体的には面一）な１つの表面を形成している例を示している。表面絶縁膜７３に代えて、前述の表面絶縁膜３０（図２Ａ等参照）が採用されてもよい。
図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して、前述のソース電極３２は、表面絶縁膜７３を被覆するように、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上に形成されている。
ソース電極３２は、ソース領域１０およびｎ型不純物領域７２に電気的に接続されている。ソース電極３２は、ｎ型不純物領域７２との間でショットキー接合を形成し、かつ、ソース領域１０との間でオーミック接合を形成している。
次に、図１６および図１７を参照して、半導体装置７１の電気的構造について説明する。図１６は、図１５Ａに示す破線XVIで囲まれた領域の拡大図であって、非短絡状態である場合が示されている。図１７は、図１６に対応する領域の拡大図であって、短絡状態である場合が示されている。
図１６および図１７を参照して、トレンチゲート構造６の側方には、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１が形成されている。図１６および図１７では、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１が破線で示されている。
ＭＩＳＦＥＴ４０は、ＳｉＣエピタキシャル層３（ドレイン領域５）、トレンチゲート構造６（ゲート電極９）およびソース領域１０（具体的には、ソース領域１０に電気的に接続されたｎ型不純物領域７２）によって形成されている。
図１６および図１７では、説明の便宜上、トレンチゲート構造６（ゲート電極９）、ＳｉＣエピタキシャル層３（ドレイン領域５）およびｎ型不純物領域７２に、ＭＩＳＦＥＴ４０のゲート端子ＧＭ、ドレイン端子ＤＭおよびソース端子ＳＭをそれぞれ示している。
ＪＦＥＴ４１は、ｎ型不純物領域７２との間でショットキー接合を形成するソース電極３２に加えて、ソース領域１０、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域７２によって形成されている。ソース電極３２およびウェル領域１１は、同電位を成しており、ＪＦＥＴ４１のゲートを構成している。
図１６および図１７では、説明の便宜上、ソース電極３２、ｎ型不純物領域７２、ソース領域１０に、ＪＦＥＴ４１のゲート端子ＧＪ、ドレイン端子ＤＪおよびソース端子ＳＪをそれぞれ示している。
ＭＩＳＦＥＴ４０のソース端子ＳＭ、および、ＪＦＥＴ４１のドレイン端子ＤＪは、互いに電気的に接続されている。これにより、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１を含む直列回路が形成されている。ＪＦＥＴ４１のゲート端子ＧＪおよびソース端子ＳＪは、ソース電極３２によって短絡されている。
ゲート電極９に所定の駆動電圧が印加されると、チャネル形成領域１２にチャネルが形成される。これにより、半導体装置７１がオン状態となり、ＳｉＣエピタキシャル層３、ウェル領域１１（チャネル形成領域１２）、ｎ型不純物領域７２およびソース領域１０を介して、ドレイン電極４からソース電極３２に電流ＩＤが流れる。一方、半導体装置７１のオフ状態では、チャネル形成領域１２にチャネルが形成されないので、ドレイン電極４およびソース電極３２間に電流ＩＤは流れない。
図１６および図１７を参照して、ソース電極３２およびｎ型不純物領域７２の間には、ショットキー接合が形成されている。ソース電極３２およびｎ型不純物領域７２の間に形成されたショットキー接合によって、第１空乏層ＤＬ１１が形成される。
また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域７２の間には、ｐｎ接合部が形成されている。ウェル領域１１およびｎ型不純物領域７２の間に形成されたｐｎ接合部によって、第２空乏層ＤＬ１２が形成される。
図１６を参照して、半導体装置７１の非短絡状態では、第１空乏層ＤＬ１１および第２空乏層ＤＬ１２は、いずれもｎ型不純物領域７２内に殆ど拡がらない。これにより、ドレイン電極４およびソース電極３２間に、比較的に広い電流経路が形成されている。したがって、非短絡状態では、ｎ型不純物領域７２内を流れる電流が、第１空乏層ＤＬ１１および第２空乏層ＤＬ１２により阻害されることは殆どない。
一方、図１７を参照して、半導体装置７１の短絡状態では、ソース電極３２およびｎ型不純物領域７２の間のショットキー接合部からｎ型不純物領域７２内に第１空乏層ＤＬ１１が拡がる。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域７２の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域７２内に第２空乏層ＤＬ１２が拡がる。
第１空乏層ＤＬ１１の幅Ｗ１１は、ソース領域１０側からトレンチゲート構造６側に向かって漸増している。したがって、トレンチゲート構造６側の第１空乏層ＤＬ１１の幅Ｗ１１は、ソース領域１０側の第１空乏層ＤＬ１１の幅Ｗ１１よりも相対的に大きい。
同様に、第２空乏層ＤＬ１２の幅Ｗ１２は、ソース領域１０側からトレンチゲート構造６側に向かって漸増している。したがって、トレンチゲート構造６側の第２空乏層ＤＬ１２の幅Ｗ１２は、ソース領域１０側の第２空乏層ＤＬ１２の幅Ｗ１２よりも相対的に大きい。
半導体装置７１の短絡状態では、ｎ型不純物領域７２に形成される電流経路の面積が、第１空乏層ＤＬ１１および第２空乏層ＤＬ１２によって狭められている。この状態において、ｎ型不純物領域７２では、チャネル形成領域１２側に形成される電流経路の面積が、ソース領域１０側に形成される電流経路の面積よりも狭くなっている。このように、半導体装置７１の短絡状態では、ｎ型不純物領域７２に形成される電流経路の面積が狭められるため、短絡電流ＩＤの流れが阻害される。
一つの形態として、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域７２は、ｎ型不純物領域７２の厚さＴｎ、第１空乏層ＤＬ１１の幅Ｗ１１および第２空乏層ＤＬ１２の幅Ｗ１２が、Ｔｎ＞Ｗ１１＋Ｗ１２の式を満たすように形成されていてもよい。
他の形態として、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域７２は、ｎ型不純物領域７２の厚さＴｎ、第１空乏層ＤＬ１１の幅Ｗ１１および第２空乏層ＤＬ１２の幅Ｗ１２が、Ｔｎ≦Ｗ１１＋Ｗ１２の式を満たすように形成されていてもよい。
他の形態では、第１空乏層ＤＬ１１および第２空乏層ＤＬ１２が、ｎ型不純物領域７２内で重なるため、短絡電流ＩＤの流れを効果的に阻害することが可能となる。前記一つの形態と前記他の形態とが組み合わされて、Ｔｎ＞Ｗ１１＋Ｗ１２の式を満たす部分と、Ｔｎ≦Ｗ１１＋Ｗ１２の式を満たす部分とを含むように、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域７２が形成されてもよい。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置７１では、チャネル形成領域１２（ウェル領域１１）およびソース領域１０の間の領域に、電流狭窄部（つまりＪＦＥＴ４１）が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において短絡電流ＩＤを低減させることができるから、短絡電圧ＶＤおよび短絡電流ＩＤに起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路の面積は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置７１を提供できる。
また、本実施形態に係る半導体装置７１では、ソース電極３２およびｎ型不純物領域７２の間のショットキー接合部により第１空乏層ＤＬ１１が形成される。したがって、前述の各実施形態と異なり、ｐ型不純物領域２０を形成する必要がない。したがって、工数を削減できるから、安価な半導体装置７１を提供できる。
次に、半導体装置７１の製造方法の一例について説明する。図１８Ａ〜図１８Ｆは、図１４に示す半導体装置７１の製造方法を示す断面図である。図１８Ａ〜図１８Ｆは、図１５Ａに対応する領域の断面図である。
まず、図１８Ａを参照して、ＳｉＣ半導体基板２が準備される。次に、ＳｉＣ半導体基板２の表面からＳｉＣがエピタキシャル成長される。これにより、ＳｉＣ半導体基板２の上にＳｉＣエピタキシャル層３が形成される。
次に、ｐ型不純物がＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に注入される。ｐ型不純物の注入は、ウェル領域１１を形成すべき領域に選択的に開口を有し、かつＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上に形成されたイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部にウェル領域１１が形成される。ウェル領域１１が形成された後、イオン注入マスクが除去される。
次に、図１８Ｂを参照して、ハードマスク５０がＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上に形成される。ハードマスク５０は、ゲートトレンチ７を形成すべき領域に選択的に開口５０ａを有している。
次に、ハードマスク５０を介するエッチングにより、半導体層の表層部が選択的に除去される。これにより、複数のゲートトレンチ７が形成される。ゲートトレンチ７が形成された後、ハードマスク５０が除去される。
次に、図１８Ｃを参照して、たとえば熱酸化法により、ゲートトレンチ７の内壁面に酸化シリコンからなるゲート絶縁膜８が形成される。ゲート絶縁膜８は、たとえばＣＶＤ法によってゲートトレンチ７の内壁面に絶縁材料（たとえば酸化シリコンおよび／または窒化シリコン）を堆積させることによって形成されてもよい。
次に、たとえばＣＶＤ法により、ゲートトレンチ７を埋めてＳｉＣエピタキシャル層３を被覆するように、電極材料（たとえばポリシリコン）が堆積される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層３を被覆する電極材料層が形成される。
次に、電極材料層が選択的にエッチバックされる。これにより、ゲートトレンチ７内の電極材料層によってゲート電極９が形成される。
次に、図１８Ｄを参照して、たとえば熱酸化法により、ゲートトレンチ７から露出するゲート電極９の表面が選択的に酸化される。これにより、表面絶縁膜７３が形成される。
次に、図１８Ｅを参照して、ソース領域１０およびｎ型不純物領域７２がウェル領域１１の表層部に選択的に形成される。
ソース領域１０は、ウェル領域１１の表層部に対するｎ型不純物の注入によって形成される。ｎ型不純物の注入は、たとえばソース領域１０を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。
ｎ型不純物領域７２は、ウェル領域１１の表層部に対するｎ型不純物の注入によって形成される。ｎ型不純物の注入は、たとえばｎ型不純物領域７２を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）を介して行われる。
次に、図１８Ｆを参照して、たとえばめっき法またはスパッタ法により、電極材料（たとえば銅、アルミニウムおよび／またはチタン）が表面絶縁膜７３およびＳｉＣエピタキシャル層３を被覆するように堆積される。これにより、ソース電極３２が形成される。
また、たとえばめっき法またはスパッタ法により、電極材料（たとえば銅、アルミニウムおよび／またはチタン）がＳｉＣ半導体基板２の裏面側に堆積される。これにより、ドレイン電極４が形成される。以上の工程を経て、半導体装置７１が製造される。
＜第５実施形態＞
図１９は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置８１の平面図である。図２０Ａは、図１９に示すXXA-XXA線に沿う断面図である。図２０Ｂは、図１９に示すXXB-XXB線に沿う断面図である。図１９、図２０Ａおよび図２０Ｂにおいて、前述の第１実施形態に示された構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図１９および図２０Ａを参照して、本実施形態に係る半導体装置８１では、前述のウェル領域１１が、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部に複数形成されている。複数のウェル領域１１は、平面視において同一の方向に沿って帯状に延びており、かつ、互いに間隔を空けて形成されている。各ウェル領域１１の表層部には、前述のソース領域１０が形成されている。
図１９では、ソース領域１０が、平面視においてウェル領域１１の内方領域の中央部に形成されている例が示されている。ソース領域１０は、ウェル領域１１に沿って帯状に延びており、かつ、当該ウェル領域１１の周縁から内方領域側に間隔を空けて形成されている。ソース領域１０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面から露出している。
本実施形態に係る半導体装置８１は、プレーナゲート構造を有しており、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上に形成されたゲート電極９を含む。ゲート電極９は、ゲート絶縁膜８を挟んで、ウェル領域１１の周縁およびソース領域１０の周縁の間のチャネル形成領域１２と対向している。図１９では、ドット状のハッチングによって、チャネル形成領域１２が示されている。チャネル形成領域１２におけるチャネルの形成は、ゲート電極９により制御される。
本実施形態に係る半導体装置８１は、ウェル領域１１の表層部においてチャネル形成領域１２およびソース領域１０の間の領域に形成された積層領域８４を含む。積層領域８４は、ウェル領域１１の表層部に形成されたｎ型不純物領域８２と、ｎ型不純物領域８２の表層部に形成されたｐ型不純物領域８３とを含む。半導体装置８１は、積層領域８４を備えることによって、オン抵抗の増加の抑制を図り、かつ、優れた短絡耐量を実現しようとするものである。
図１９および図２０Ａを参照して、積層領域８４は、ウェル領域１１に沿って帯状に形成されている。積層領域８４は、ソース領域１０の深さとほぼ等しい深さで形成されている。
ｎ型不純物領域８２は、ソース領域１０の周縁およびウェル領域１１の周縁の間の領域において、ウェル領域１１の周縁から内方領域側に間隔を空けて形成されている。ｎ型不純物領域８２は、ウェル領域１１との間でｐｎ接合部を形成している。チャネル形成領域１２は、ｎ型不純物領域８２の周縁およびウェル領域１１の周縁の間の領域に形成されている。
ｎ型不純物領域８２は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にソース領域１０およびチャネル形成領域１２に接している。ｎ型不純物領域８２のｎ型不純物濃度は、半導体層のｎ型不純物濃度よりも高く、かつ、ソース領域１０のｎ型不純物濃度よりも低い。
前述のゲート電極９は、ゲート絶縁膜８を挟んで、ウェル領域１１の周縁およびｎ型不純物領域８２の周縁の間の領域（つまり、チャネル形成領域１２）と対向している。これにより、ウェル領域１１の周縁およびｎ型不純物領域８２の周縁の間の領域に、チャネルが形成される。
ｐ型不純物領域８３は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面から露出している。ｐ型不純物領域８３は、ソース領域１０の周縁およびｎ型不純物領域８２の周縁の間の領域において、ｎ型不純物領域８２の周縁から内方領域側に間隔を空けて形成されている。ｐ型不純物領域８３は、ｎ型不純物領域８２との間でｐｎ接合部を形成している。
ｐ型不純物領域８３は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にソース領域１０に接している。ｐ型不純物領域８３のｐ型不純物濃度は、ウェル領域１１のｐ型不純物濃度よりも高い。
ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３の各数値について補足する。
ｎ型不純物領域８２の幅Ｗｎは、たとえば０．０６μｍ以上０．１２μｍ以下（本実施形態では、０．０９μｍ程度）である。ｎ型不純物領域８２の幅Ｗｎは、当該ｎ型不純物領域８２の周縁およびｐ型不純物領域８３の周縁の間の距離で定義される。
ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ｐ型不純物領域８３の厚さＴｐは、たとえば０．０４μｍ以上０．０８μｍ以下（本実施形態では、０．０６μｍ程度）である。
ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に関して、ｎ型不純物領域８２の幅は、０．１μｍ以上０．８μｍ以下であってもよい。
ｎ型不純物領域８２のｎ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下（本実施形態では、１．０×１０１８ｃｍ−３程度）である。
ｐ型不純物領域８３のｐ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下（本実施形態では、４．０×１０２０ｃｍ−３程度）である。
図１９および図２０Ｂを参照して、積層領域８４には、ｎ型不純物領域８２が存在しない部分（図１９の破線参照）が選択的に形成されている。ｎ型不純物領域８２が存在しない部分は、コンタクト領域２３として形成されている。
積層領域８４は、ｎ型不純物領域８２が存在する部分と、ｎ型不純物領域８２が存在しない部分とが、ウェル領域１１が延びる方向に沿って交互に形成された領域８５を含んでいてもよい。
ｐ型不純物領域２０は、コンタクト領域２３においてウェル領域１１と電気的に接続されている。これにより、ｐ型不純物領域２０は、ウェル領域１１と同電位に設定されている。
図２０Ａおよび図２０Ｂを参照して、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上には、表面絶縁膜３０が形成されている。表面絶縁膜３０は、ゲート電極９を被覆している。表面絶縁膜３０には、ソース領域１０およびｐ型不純物領域８３を選択的に露出させるコンタクト孔３１が形成されている。
表面絶縁膜３０の上には、ソース電極３２が形成されている。ソース電極３２は、表面絶縁膜３０の上からコンタクト孔３１に入り込んでいる。ソース電極３２は、コンタクト孔３１内で、ソース領域１０およびｐ型不純物領域８３に電気的に接続されている。これにより、ソース領域１０およびｐ型不純物領域８３が短絡されて同電位とされている。
一つの形態として、ソース電極３２は、ソース領域１０との間でオーミック接合を形成し、かつ、ｐ型不純物領域８３との間でオーミック接合を形成していてもよい。他の形態として、ソース電極３２は、ソース領域１０との間でオーミック接合を形成し、かつ、ｐ型不純物領域８３との間でショットキー接合を形成していてもよい。
次に、図２１および図２２を参照して、半導体装置８１の電気的構造について説明する。図２１は、図２０Ａに示す破線XXIで囲まれた領域の拡大図であって、非短絡状態である場合が示されている。図２２は、図２１に対応する領域の拡大図であって、短絡状態である場合が示されている。
半導体装置８１の非短絡状態とは、ゲート電極９に所定の駆動電圧が印加される定常状態のことをいう。半導体装置１の短絡状態とは、ゲート電極９に所定の駆動電圧が印加された状態で、ドレイン電極４およびソース電極３２間に所定の短絡電圧（たとえば２００Ｖ〜１０００Ｖ）が印加された状態のことをいう。
図２１および図２２を参照して、ＳｉＣエピタキシャル層３には、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１が形成されている。図２１および図２２では、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１が破線で示されている。
ＭＩＳＦＥＴ４０は、ＳｉＣエピタキシャル層３（ドレイン領域５）、ゲート電極９およびソース領域１０（具体的には、ソース領域１０に電気的に接続されたｎ型不純物領域８２）によって形成されている。
図２１および図２２では、説明の便宜上、ゲート電極９、ＳｉＣエピタキシャル層３（ドレイン領域５）およびｎ型不純物領域８２に、ＭＩＳＦＥＴ４０のゲート端子ＧＭ、ドレイン端子ＤＭおよびソース端子ＳＭをそれぞれ示している。
ＪＦＥＴ４１は、ｐ−型のウェル領域１１、ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３を含むｐｎｐ積層構造に加えて、ｎ＋型のソース領域１０によって形成されている。ｐ型不純物領域８３およびウェル領域１１は、同電位を成しており、ＪＦＥＴ４１のゲートを構成している。
図２１および図２２では、説明の便宜上、ｐ型不純物領域８３、ｎ型不純物領域８２およびソース領域１０に、ＪＦＥＴ４１のゲート端子ＧＪ、ドレイン端子ＤＪおよびソース端子ＳＪをそれぞれ示している。
ＭＩＳＦＥＴ４０のソース端子ＳＭ、および、ＪＦＥＴ４１のドレイン端子ＤＪは、互いに電気的に接続されている。これにより、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１を含む直列回路が形成されている。ＪＦＥＴ４１のゲート端子ＧＪおよびソース端子ＳＪは、ソース電極３２により短絡されている。
ゲート電極９に所定の駆動電圧が印加されると、チャネル形成領域１２にチャネルが形成される。これにより、半導体装置８１がオン状態となり、ＳｉＣエピタキシャル層３、ウェル領域１１（チャネル形成領域１２）、ｎ型不純物領域８２およびソース領域１０を介して、ドレイン電極４からソース電極３２に電流ＩＤが流れる。一方、半導体装置８１のオフ状態では、チャネル形成領域１２にチャネルが形成されないので、ドレイン電極４およびソース電極３２間に電流ＩＤは流れない。
図２１および図２２を参照して、ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３の間には、ｐｎ接合部が形成されている。ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３の間に形成されたｐｎ接合部によって、第１空乏層ＤＬ２１が形成される。
また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域８２の間には、ｐｎ接合部が形成されている。ウェル領域１１およびｎ型不純物領域８２の間に形成されたｐｎ接合部によって、第２空乏層ＤＬ２２が形成される。
図２１を参照して、半導体装置８１の非短絡状態では、第１空乏層ＤＬ２１および第２空乏層ＤＬ２２は、いずれもｎ型不純物領域８２内に殆ど拡がらない。これにより、ドレイン電極４およびソース電極３２間に比較的広い電流経路が形成されている。したがって、非短絡状態では、ｎ型不純物領域８２内を流れる電流が、第１空乏層ＤＬ２１および第２空乏層ＤＬ２２により阻害されることは殆どない。
一方、図２２を参照して、半導体装置８１の短絡状態では、ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域２１内に第１空乏層ＤＬ２１が拡がっている。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域８２の間に形成されたｐｎ接合部からｎ型不純物領域２１内に第２空乏層ＤＬ２２が拡がっている。
第１空乏層ＤＬ２１の幅Ｗ２１は、ソース領域１０側からゲート電極９側に向かって漸増している。したがって、ゲート電極９側の第１空乏層ＤＬ２１の幅Ｗ２１は、ソース領域１０側の第１空乏層ＤＬ２１の幅Ｗ２１よりも相対的に大きい。
同様に、第２空乏層ＤＬ２２の幅Ｗ２２は、ソース領域１０側からゲート電極９側に向かって漸増している。したがって、ゲート電極９側の第２空乏層ＤＬ２２の幅Ｗ２２は、ソース領域１０側の第２空乏層ＤＬ２２の幅Ｗ２２よりも相対的に大きい。
半導体装置８１の短絡状態では、ｎ型不純物領域８２に形成される電流経路の面積が、第１空乏層ＤＬ２１および第２空乏層ＤＬ２２によって狭められている。この状態において、ｎ型不純物領域８２では、チャネル形成領域１２側に形成される電流経路の面積が、ソース領域１０側に形成される電流経路の面積よりも狭くなっている。このように、半導体装置８１の短絡状態では、ｎ型不純物領域８２に形成される電流経路の面積が狭められるため、短絡電流ＩＤの流れが阻害される。
一つの形態として、ウェル領域１１、ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３は、ｎ型不純物領域８２の幅Ｗｎ、第１空乏層ＤＬ２１の幅Ｗ２１および第２空乏層ＤＬ２２の幅Ｗ２２が、Ｗｎ＞Ｗ２１＋Ｗ２２の式を満たすように形成されていてもよい。
他の形態として、ウェル領域１１、ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３は、ｎ型不純物領域８２の幅Ｗｎ、第１空乏層ＤＬ２１の幅Ｗ２１および第２空乏層ＤＬ２２の幅Ｗ２２が、Ｗｎ≦Ｗ２１＋Ｗ２２の式を満たすように形成されていてもよい。
他の形態では、第１空乏層ＤＬ２１と第２空乏層ＤＬ２２とが、ｎ型不純物領域８２内で重なるため、短絡電流ＩＤの流れを効果的に阻害することが可能となる。前記一つの形態と前記他の形態とが組み合わされて、Ｗｎ＞Ｗ２１＋Ｗ２２の式を満たす部分と、Ｗｎ≦Ｗ２１＋Ｗ２２の式を満たす部分とを含むように、ウェル領域１１、ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３が形成されてもよい。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置８１では、チャネル形成領域１２（ウェル領域１１）およびソース領域１０の間の領域に、電流狭窄部（つまりＪＦＥＴ４１）が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において短絡電流ＩＤを低減させることができるから、短絡電圧ＶＤおよび短絡電流ＩＤに起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路の面積は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置８１を提供できる。
＜第６実施形態＞
図２３は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置９１の断面図である。図２３において、前述の第５実施形態に示された構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る半導体装置９１では、前述の第５実施形態と同様、ウェル領域１１の表層部に、積層領域８４が形成されている。積層領域８４は、チャネル形成領域１２およびソース領域１０の間の領域に形成されており、前述のｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３を含む。
本実施形態に係るｎ型不純物領域８２は、ソース領域１０の下方の領域に延在する延部８２ａを有している。ソース領域１０は、ｎ型不純物領域８２の延部８２ａを挟んでウェル領域１１に対向する部分を有している。
本実施形態では、ｎ型不純物領域８２の延部８２ａがソース領域１０の下方の全域に形成されている。したがって、ソース領域１０の全域がｎ型不純物領域８２の延部８２ａを挟んでウェル領域１１に対向している。前述の半導体装置８１と異なり、本実施形態に係る半導体装置９１では、ソース領域１０がウェル領域１１に接していない。
ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に関して、ｐ型不純物領域８３はソース領域１０と接している一方、ｎ型不純物領域８２はソース領域１０と接していない。ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ソース領域１０の厚さＴＳは、ｐ型不純物領域８３の厚さＴｐとほぼ等しい。
ＳｉＣエピタキシャル層３には、前述の半導体装置８１と同様、ＭＩＳＦＥＴ４０およびＪＦＥＴ４１が形成されている。ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３の間には、ｐｎ接合部が形成されている。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域８２の間には、ｐｎ接合部が形成されている。
ｎ型不純物領域８２およびｐ型不純物領域８３の間に形成されたｐｎ接合部によって、第１空乏層ＤＬ２１が形成される。また、ウェル領域１１およびｎ型不純物領域８２の間に形成されたｐｎ接合部によって、第２空乏層ＤＬ２２が形成される。
半導体装置９１の非短絡状態では、第１空乏層ＤＬ２１および第２空乏層ＤＬ２２はｎ型不純物領域８２内に殆ど拡がらない。これにより、ドレイン電極４およびソース電極３２間に、比較的広い電流経路が形成される。したがって、非短絡状態では、ｎ型不純物領域８２内を流れる電流が、第１空乏層ＤＬ２１および第２空乏層ＤＬ２２により阻害されることは殆どない。
一方、半導体装置９１の短絡状態では、第１空乏層ＤＬ２１および第２空乏層ＤＬ２２が、前述の半導体装置８１と同様の態様でｎ型不純物領域８２内に拡がる。したがって、半導体装置９１の短絡状態では、ｎ型不純物領域８２に形成される電流経路の面積が、第１空乏層ＤＬ２１および第２空乏層ＤＬ２２によって狭められる。このように、半導体装置９１の短絡状態では、ｎ型不純物領域８２に形成される電流経路の面積が狭められるため、短絡電流ＩＤの流れが阻害される。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置９１では、チャネル形成領域１２（ウェル領域１１）およびソース領域１０の間の領域に、電流狭窄部（つまりＪＦＥＴ４１）が形成されている。電流狭窄部は、短絡状態になると電流経路を狭め、かつ、短絡状態から非短絡状態に切り替わると電流経路を拡げる。
これにより、短絡状態において短絡電流ＩＤを低減させることができるから、短絡電圧ＶＤおよび短絡電流ＩＤに起因するジュール熱を低減させることができる。一方、非短絡状態においては、電流経路の面積は殆ど狭まらないので、電流狭窄部に起因するオン抵抗の増加を抑制することができる。よって、オン抵抗の増加の抑制を図ることができ、かつ、優れた短絡耐量を実現できる半導体装置９１を提供できる。
＜第７実施形態＞
図２４は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置９２を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置９２は、前述の第１実施形態に係る半導体装置１（図２Ａ等参照）の変形例でもある。図２４において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
前述の第１実施形態では、ゲートトレンチ７の内壁面に沿ってゲート絶縁膜８が形成された例について説明した。これに対して、本実施形態に係る半導体装置９２では、図２４に示されるように、ゲート絶縁膜８が、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、厚膜部８Ａを含む。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、ゲート絶縁膜８の一部が、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に厚化された部分である。より具体的には、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、トレンチゲート構造６の側面からｐ型不純物領域２０に向けて延びるように当該ゲート絶縁膜８の一部が他の部分よりも厚化された部分である。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、他の部分と比べて、たとえば１．５倍以上の厚さを有している。ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にｐ型不純物領域２０に接している。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向にｎ型不純物領域２１に接していてもよい。また、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の境界部を横切るように形成されていてもよい。この場合、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にｎ型不純物領域２１に接していてもよい。ゲート絶縁膜８は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
以上、このような構成によっても、前述の第１実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第８実施形態＞
図２５は、本発明の第８実施形態に係る半導体装置９３を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置９３は、前述の第２実施形態に係る半導体装置５１（図８参照）の変形例でもある。図２５において、前述の第２実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
前述の第２実施形態では、ゲートトレンチ７の内壁面に沿ってゲート絶縁膜８が形成された例について説明した。これに対して、本実施形態に係る半導体装置９３では、図２５に示されるように、ゲート絶縁膜８が、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、厚膜部８Ａを含む。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、ゲート絶縁膜８の一部が、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に厚化された部分である。より具体的には、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、トレンチゲート構造６の側面からｐ型不純物領域２０に向けて延びるように当該ゲート絶縁膜８の一部が他の部分よりも厚化された部分である。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、他の部分と比べて、たとえば１．５倍以上の厚さを有している。ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にｐ型不純物領域２０に接している。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向にｎ型不純物領域２１に接していてもよい。また、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に、ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１の境界部を横切るように形成されていてもよい。この場合、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にｎ型不純物領域２１に接していてもよい。ゲート絶縁膜８は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
以上、このような構成によっても、前述の第２実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第９実施形態＞
図２６は、本発明の第９実施形態に係る半導体装置９４を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置９４は、前述の第３実施形態に係る半導体装置６１（図１１Ａ等参照）の変形例でもある。図２６において、前述の第３実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
前述の第３実施形態では、ゲートトレンチ７の内壁面に沿ってゲート絶縁膜８が形成された例について説明した。これに対して、本実施形態に係る半導体装置９４では、図２６に示されるように、ゲート絶縁膜８が、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、厚膜部８Ａを含む。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表層部において、ゲート絶縁膜８の一部が、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向に厚化された部分である。より具体的には、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、トレンチゲート構造６の側面からｐ型不純物領域２０に向けて延びるように当該ゲート絶縁膜８の一部が他の部分よりも厚化された部分である。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、他の部分と比べて、たとえば１．５倍以上の厚さを有している。ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にｐ型不純物領域２０に接している。
ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向にｎ型不純物領域２１に接していてもよい。また、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向にｐ型不純物領域２０とｎ型不純物領域２１との境界部を横切るように形成されていてもよい。この場合、ゲート絶縁膜８の厚膜部８Ａは、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にｎ型不純物領域２１に接していてもよい。ゲート絶縁膜８は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
以上、このような構成によっても、前述の第３実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第１０実施形態＞
図２７は、本発明の第１０実施形態に係る半導体装置９５を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置９５は、前述の第３実施形態に係る半導体装置６１（図１１Ａ等参照）の変形例でもある。図２７において、前述の第３実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
前述の第３実施形態では、ｐ型不純物領域２０がソース領域１０の全域を被覆している例について説明した。これに対して、本実施形態に係る半導体装置９５では、図２７に示されるように、ソーストレンチ６３の内面に加えて、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面から露出するソース領域１０が形成されている。
ソース領域１０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向においてウェル領域１１に接している。ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向に関して、ソース領域１０の厚さＴＳは、たとえば０．１μｍ以上０．２μｍ以下（この例では、０．１５μｍ程度）である。
ソース領域１０は、ソーストレンチ６３に埋設されたソース電極３２の一部３２ａに加えて、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面の上に形成されたソース電極３２に電気的に接続されている。
積層領域２２（ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１）は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向にソース領域１０に接している。ｐ型不純物領域２０は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面から露出しており、かつ、ＳｉＣエピタキシャル層３の深さ方向において、ｎ型不純物領域２１の全域に接している。ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に平行な横方向において、ほぼ等しい幅Ｌｎで形成されている。
以上、このような構成によっても、前述の第３実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
また、このような構成によれば、ソース領域１０に対するソース電極３２のコンタクト面積を増加させることができる。したがって、ＭＩＳＦＥＴ４０のスイッチング特性およびＪＦＥＴ４１のスイッチング特性を向上させることができる。むろん、図２７に示される構成に、図２６に示される構成が組み合わされて、ゲート絶縁膜８が厚膜部８Ａを有する構造が採用されてもよい。
＜第１１実施形態＞
図２８は、本発明の第１１実施形態に係る半導体装置９６の断面図である。本実施形態に係る半導体装置９６は、前述の第２実施形態に係る半導体装置５１のｎ型不純物領域２１（図８参照）が、前述の第３実施形態に係る半導体装置６１（図２７参照）に組み合わされた構造を有している。図２８において、前述の第２実施形態および第３実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図２８に示されるように、ｎ型不純物領域２１は、ソース領域１０の下方の領域に延在する延部２１ａを有している。ソース領域１０は、ｎ型不純物領域２１の延部２１ａを挟んでウェル領域１１に対向する部分を有している。
ｎ型不純物領域２１の延部２１ａは、ソース領域１０の下方の全域に形成されていてもよい。つまり、ソース領域１０は、その全域がｎ型不純物領域２１の延部２１ａを挟んでウェル領域１１に対向していてもよい。ｎ型不純物領域２１の延部２１ａは、トレンチソース構造６２（ソーストレンチ６３）に接していてもよい。
以上、このような構成によっても、前述の第２実施形態および第３実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第１２実施形態＞
図２９は、本発明の第１２実施形態に係る半導体装置９７を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置９７は、前述の第３実施形態に係る半導体装置６１（図１１Ａ等参照）の変形例でもある。図２９において、前述の第３実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
前述の第３実施形態では、トレンチソース構造６２が、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴと等しい深さＤＳＴを有している例について説明した。これに対して、本実施形態に係る半導体装置９７では、トレンチソース構造６２が、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴよりも大きい深さＤＳＴを有している。
本実施形態では、ウェル領域１１は、前述のソーストレンチ側領域６５を有していない。しかし、ウェル領域１１は、前述のソーストレンチ側領域６５を有していてもよい。
図３０は、図２９に示す半導体装置９７において、０Ｖから１０００Ｖのドレイン電圧ＶＤをドレイン電極４に印加し、ドレイン電極４およびソース電極３２間を流れるドレイン電流ＩＤをシミュレーションにより求めた結果を示している。
図３０において、縦軸は、ドレイン電流ＩＤ［Ａ／ｃｍ２］であり、横軸は、ドレイン電圧ＶＤ［Ｖ］である。
図３０には、曲線Ｌ１１と、曲線Ｌ１２とが示されている。曲線Ｌ１１は、図２９の構成から、積層領域２２（ｐ型不純物領域２０およびｎ型不純物領域２１）を取り除いた構造を有する半導体装置（以下、単に「参考例に係る半導体装置」という。）のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性である。曲線Ｌ１２は、本実施形態に係る半導体装置９７のドレイン電流ＩＤ−ドレイン電圧ＶＤ特性である。
曲線Ｌ１１を参照して、参考例に係る半導体装置では、ドレイン電圧ＶＤの増加に伴ってドレイン電流ＩＤも増加しており、ドレイン電圧ＶＤが１００Ｖを超えると、ドレイン電流ＩＤが８０００Ａ／ｃｍ２を超える。
一方、曲線Ｌ１２を参照して、本実施形態に係る半導体装置９７では、ドレイン電圧ＶＤが１００Ｖを超えると、ドレイン電流ＩＤが６０００Ａ／ｃｍ２以上７０００Ａ／ｃｍ２未満の範囲で飽和する。
ドレイン電圧ＶＤが６００Ｖの時、本実施形態に係る半導体装置９７のドレイン電流ＩＤは、参考例に係る半導体装置のドレイン電流ＩＤよりも４５％程度減少している。しかも、本実施形態に係る半導体装置９７では、オン抵抗の増加は殆ど見受けられない。
以上、このような構成によっても、前述の第３実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第１３実施形態＞
図３１は、本発明の第１３実施形態に係る半導体装置９８を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置９８は、前述の第１０実施形態に係る半導体装置９５（図２７参照）の変形例でもある。図３１において、前述の第１０実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
前述の第１０実施形態では、トレンチソース構造６２が、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴと等しい深さＤＳＴを有している例について説明した。これに対して、本実施形態に係る半導体装置９８では、トレンチソース構造６２が、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴよりも大きい深さＤＳＴを有している。
本実施形態では、ウェル領域１１は、前述のソーストレンチ側領域６５を有していない。しかし、ウェル領域１１は、前述のソーストレンチ側領域６５を有していてもよい。
以上、このような構成によっても、前述の第１０実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第１４実施形態＞
図３２は、本発明の第１４実施形態に係る半導体装置９９を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置９９は、前述の第１１実施形態に係る半導体装置９６（図２８参照）の変形例でもある。図３２において、前述の第１１実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
前述の第１１実施形態では、トレンチソース構造６２が、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴと等しい深さＤＳＴを有している例について説明した。これに対して、本実施形態に係る半導体装置９８では、トレンチソース構造６２が、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴよりも大きい深さＤＳＴを有している。
本実施形態では、ウェル領域１１は、前述のソーストレンチ側領域６５を有していない。しかしウェル領域１１は、前述のソーストレンチ側領域６５を有していてもよい。
以上、このような構成によっても、前述の第１１実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第１５実施形態＞
図３３は、本発明の第１５実施形態に係る半導体装置１００を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置１００は、前述の第４実施形態に係る半導体装置７１（図１４参照）に、前述の第１２実施形態に係る半導体装置９７のトレンチソース構造６２（図２９参照）を組み合わせたものである。図３３において、前述の第４実施形態および第１２実施形態において述べた構成と同様の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、トレンチソース構造６２が、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴよりも大きい深さＤＳＴを有している。しかし、トレンチソース構造６２は、前述の第３実施形態のように、トレンチゲート構造６の深さＤＧＴと等しい深さＤＳＴを有していてもよい。
本実施形態では、ウェル領域１１は、前述のソーストレンチ側領域６５を有していない。しかし、ウェル領域１１は、前述の第３実施形態のように、ソーストレンチ側領域６５を有していてもよい。
以上、このような構成によっても、前述の第４実施形態および第１２実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
トレンチゲート構造６を含む実施形態において、ゲートトレンチ７は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に対してほぼ垂直を成す断面視四角形状に形成されていてもよい。
トレンチゲート構造６を含む実施形態において、ゲートトレンチ７は、その深さ方向に沿って開口幅が徐々に狭まる断面視テーパ形状に形成されていてもよい。
トレンチゲート構造６を含む実施形態において、ゲートトレンチ７の底部は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に対して平行に形成されていてもよい。
トレンチゲート構造６を含む実施形態において、ゲートトレンチ７の底部は、その側面から外方に向かって丸みを帯びるように形成されていてもよい。
トレンチゲート構造６を含む実施形態において、当該トレンチゲート構造６は、平面視格子状に形成されてもよい。この場合、第１方向に沿って帯状に延びる複数のトレンチゲート構造６と、当該第１方向に交差する第２方向に沿って延びる複数のトレンチゲート構造６とが一体的に形成された構造となる。
トレンチソース構造６２を含む実施形態において、ソーストレンチ６３は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に対してほぼ垂直を成す断面視四角形状に形成されていてもよい。
トレンチソース構造６２を含む実施形態において、ソーストレンチ６３は、その深さ方向に沿って開口幅が徐々に狭まる断面視テーパ形状に形成されていてもよい。
トレンチソース構造６２を含む実施形態において、ソーストレンチ６３の底部は、ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に対して平行に形成されていてもよい。
トレンチソース構造６２を含む実施形態において、ソーストレンチ６３の底部は、その側面から外方に向かって丸みを帯びるように形成されていてもよい。
前述の各実施形態において、半導体層は、ＳｉＣ半導体基板２およびＳｉＣエピタキシャル層３に代えて、Ｓｉを含むＳｉ半導体基板およびＳｉを含むＳｉエピタキシャル層を含んでいてもよい。
前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構成が採用されてもよい。つまり、ｐ型の部分がｎ型とされ、ｎ型の部分がｐ型とされてもよい。
前述の各実施形態において、ｎ＋型のＳｉＣ半導体基板２に代えてｐ＋型のＳｉＣ半導体基板２が採用されることにより、ＭＩＳＦＥＴ４０に代えてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が形成されていてもよい。
この場合、ＭＩＳＦＥＴ４０の「ソース」が、ＩＧＢＴの「エミッタ」に読み替えられる。また、ＭＩＳＦＥＴ４０の「ドレイン」が、ＩＧＢＴの「コレクタ」に読み替えられる。したがって、ＭＩＳＦＥＴ４０のドレイン電極４およびドレイン領域５が、ＩＧＢＴのコレクタ電極およびコレクタ領域となる。また、ＭＩＳＦＥＴ４０のソース電極３２およびソース領域１０が、ＩＧＢＴのエミッタ電極およびエミッタ領域となる。
前述の各実施形態に係る構成が選択的に組み合わされた構成が採用されてもよい。その一例として、前述の第４実施形態では、ゲート電極９を被覆する表面絶縁膜７３が形成された例について説明したが、前述の第１〜第３実施形態において、前述の表面絶縁膜３０に代えて表面絶縁膜７３が形成されてもよい。
前述の各実施形態に係る半導体装置１，５１，６１，７１，８１，９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９，１００は、たとえば、自動車（電気自動車を含む）、電車、産業用ロボット、空気調節装置、空気圧縮機、扇風機、掃除機、乾燥機、冷蔵庫等の動力源として利用される電動モータを駆動するインバータ回路に用いられるパワーモジュールに組み込むことができる。
また、前述の各実施形態に係る半導体装置１，５１，６１，７１，８１，９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９，１００は、太陽電池、風力発電機その他の発電装置等のインバータ回路に用いられるパワーモジュールにも組み込むことができる他、アナログ制御電源、デジタル制御電源等を構成する回路モジュールにも組み込むことができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この出願は、２０１６年１月２０日に日本国特許庁に提出された特願２０１６−００８８３４号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
１ 半導体装置
２ ＳｉＣ半導体基板
３ ＳｉＣエピタキシャル層
６ トレンチゲート構造
７ ゲートトレンチ
８ ゲート絶縁膜
９ ゲート電極
１０ ソース領域
１１ ウェル領域
１２ チャネル形成領域
２０ ｐ型不純物領域
２１ ｎ型不純物領域
２１ａ 延部
２２ 積層領域
３２ ソース電極
４０ ＭＩＳＦＥＴ
４１ ＪＦＥＴ
５１ 半導体装置
６１ 半導体装置
６２ トレンチソース構造
６３ ソーストレンチ
７１ 半導体装置
７２ ｎ型不純物領域
８１ 半導体装置
８２ ｎ型不純物領域
８２ａ 延部
８３ ｐ型不純物領域
８４ 積層領域
９１ 半導体装置
９２ 半導体装置
９３ 半導体装置
９４ 半導体装置
９５ 半導体装置
９６ 半導体装置
９７ 半導体装置
９８ 半導体装置
９９ 半導体装置
１００ 半導体装置

Claims (22)

  1. 第１主面および第２主面を有する第１導電型の半導体層と、
    前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成されたゲートトレンチ、および、絶縁膜を挟んで前記ゲートトレンチに埋設されたゲート電極を含むトレンチゲート構造と、
    前記トレンチゲート構造の側方において、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成された第１導電型のソース領域と、
    前記トレンチゲート構造の側方において、前記ソース領域に対して前記半導体層の前記第２主面側の領域に前記トレンチゲート構造に沿って形成され、かつ、前記トレンチゲート構造に沿う部分にチャネルが形成される第２導電型のウェル領域と、
    前記半導体層において前記トレンチゲート構造および前記ソース領域の間の領域に形成された積層領域であって、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成された第２導電型不純物領域、および、前記第２導電型不純物領域に対して前記半導体層の前記第２主面側に形成された第１導電型不純物領域を有する積層領域とを含む、半導体装置。
  2. 前記第２導電型不純物領域は、前記トレンチゲート構造に接している、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記ソース領域は、前記ウェル領域と接続されており、
    前記第２導電型不純物領域は、前記半導体層の前記第１主面に平行な横方向に前記ソース領域と接続されており、
    前記第１導電型不純物領域は、前記半導体層の前記第１主面に平行な横方向に前記ソース領域と接続されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記第１導電型不純物領域は、前記ソース領域の下方の領域に延在する延部を有している、請求項１または２に記載の半導体装置。
  5. 前記半導体層の前記第１主面の上に形成され、かつ、前記ソース領域および前記第２導電型不純物領域に電気的に接続されたソース電極をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記ソース領域は、前記半導体層の前記第１主面から露出しており、
    前記第２導電型不純物領域は、前記半導体層の前記第１主面から露出している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 前記トレンチゲート構造から間隔を空けて前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成されたソーストレンチ、および、前記ソーストレンチに埋設されたソース電極を含むトレンチソース構造をさらに含み、
    前記ソース領域は、前記トレンチソース構造に接している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 前記第２導電型不純物領域は、前記ソース領域を被覆している、請求項７に記載の半導体装置。
  9. 前記半導体層、前記トレンチゲート構造および前記積層領域を含むＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）が形成され、
    前記ソース領域、前記ウェル領域および前記積層領域を含むＪＦＥＴ（Junction Gate Field-Effect Transistor）が形成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記第２導電型不純物領域は、前記ウェル領域と同電位に設定されており、かつ、前記ＪＦＥＴのゲートを構成している、請求項９に記載の半導体装置。
  11. 前記トレンチゲート構造は、帯状に延びている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
  12. 複数の前記トレンチゲート構造が、同一の方向に沿って帯状に延びており、かつ、互いに間隔を空けて形成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 前記積層領域は、前記第１導電型不純物領域が存在しない部分を選択的に含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 前記積層領域は、前記第１導電型不純物領域が存在する部分と、前記第１導電型不純物領域が存在しない部分とが交互に形成された領域を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 前記半導体層の前記第２主面に接続されたドレイン電極をさらに含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  16. 前記半導体層は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成されたエピタキシャル層とを含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  17. 前記半導体層は、ＳｉＣ半導体基板と、前記ＳｉＣ半導体基板の上に形成されたＳｉＣエピタキシャル層とを含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  18. 第１主面および第２主面を有する第１導電型の半導体層と、
    前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成されたゲートトレンチ、および、絶縁膜を挟んで前記ゲートトレンチに埋設されたゲート電極を含むトレンチゲート構造と、
    前記トレンチゲート構造の側方において、前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成された第１導電型のソース領域と、
    前記トレンチゲート構造の側方において、前記ソース領域に対して前記半導体層の前記第２主面側の領域に前記トレンチゲート構造に沿って形成され、かつ、前記トレンチゲート構造に沿う部分にチャネルが形成される第２導電型のウェル領域と、
    前記半導体層において前記トレンチゲート構造および前記ソース領域の間の領域に前記半導体層の前記第１主面から露出するように形成され、かつ、前記ウェル領域と電気的に接続された第１導電型不純物領域と、
    前記半導体層の前記第１主面の上に形成され、前記ソース領域および前記第１導電型不純物領域と電気的に接続されたソース電極であって、前記第１導電型不純物領域との間でショットキー接合を形成しているソース電極とを含む、半導体装置。
  19. 前記ソース電極は、前記ソース領域との間でオーミック接合を形成している、請求項１８に記載の半導体装置。
  20. 第１主面および第２主面を有する第１導電型の半導体層と、
    前記半導体層の前記第１主面の表層部に形成された第２導電型のウェル領域と、
    前記ウェル領域の周縁から間隔を空けて、前記ウェル領域の表層部に形成された第１導電型のソース領域と、
    前記ウェル領域の周縁および前記ソース領域の周縁の間のチャネルに対向するように、前記半導体層の前記第１主面の上に絶縁膜を挟んで形成されたゲート電極と、
    前記ウェル領域の表層部において前記チャネルおよび前記ソース領域の間の領域に形成された積層領域であって、前記ウェル領域の表層部に形成された第１導電型不純物領域、および、前記第１導電型不純物領域の表層部に形成された第２導電型不純物領域を有する積層領域とを含む、半導体装置。
  21. 前記ソース領域は、前記ウェル領域と接続されており、
    前記第１導電型不純物領域は、前記半導体層の前記第１主面に平行な横方向に前記ソース領域と接続されており、
    前記第２導電型不純物領域は、前記半導体層の前記第１主面に平行な横方向に前記ソース領域と接続されている、請求項２０に記載の半導体装置。
  22. 前記第１導電型不純物領域は、前記ソース領域の下方の領域に延在する延部を有している、請求項２０に記載の半導体装置。
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