WO2013105353A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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WO2013105353A1
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増田　健良
和田　圭司
透 日吉
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住友電気工業株式会社
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    • H01L29/45—Ohmic electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more specifically to a semiconductor device having improved breakdown voltage characteristics and reduced on-resistance and a method for manufacturing the same.
  • silicon carbide is being adopted as a material constituting the semiconductor device.
  • Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon that has been widely used as a material constituting a semiconductor device. Therefore, by adopting silicon carbide as a material constituting the semiconductor device, it is possible to achieve a high breakdown voltage and a low on-resistance of the semiconductor device.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • a MOSFET is a semiconductor device that controls whether or not an inversion layer is formed in a channel region with a predetermined threshold voltage as a boundary, and conducts and cuts off current.
  • a trench characterized by forming a channel region along a trench wall surface A gate type MOSFET and the like have been studied.
  • the trench gate type MOSFET it is possible to reduce the on-resistance, but there is a problem that the breakdown voltage characteristic is lowered due to the electric field concentration on the gate insulating film formed at the bottom of the trench.
  • a p-type deep region extending to a region equivalent to or deeper than the trench is formed on the substrate, and the depletion layer is extended from the pn junction between the p-type deep region and the n-type drift region. Therefore, it has been proposed to alleviate the electric field concentration at the bottom of the trench (see, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-117593 (Patent Document 1)).
  • the trench and the deep region are formed to extend in parallel to the thickness direction of the substrate. Therefore, when the MOSFET is miniaturized, the region between the trench and the deep region is narrowed, so that the carrier passage path is narrowed, resulting in an increase in the on-resistance of the MOSFET.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device with improved withstand voltage characteristics and reduced on-resistance, and a method for manufacturing the same.
  • a semiconductor device has a first trench formed on one main surface side, a substrate made of silicon carbide, a gate insulating film disposed in contact with the wall surface of the first trench, a gate And a gate electrode disposed in contact with the insulating film.
  • the substrate includes a first conductivity type source region including the main surface of the substrate and the wall surface of the first trench, a second conductivity type body region in contact with the source region and including the wall surface of the first trench, and a body.
  • a first conductivity type drift region that contacts the region and includes the wall surface of the first trench; and a second conductivity type deep region that contacts the body region and extends to a region deeper than the first trench. It is out.
  • the first trench is formed such that the distance between the wall surface and the deep region increases as the distance from the main surface of the substrate increases.
  • the deep region of the second conductivity type extending to the deeper region than the first trench is formed in the substrate. Therefore, electric field concentration on the gate insulating film can be suppressed by the depletion layer extending from the pn junction between the deep region and the first conductivity type drift region.
  • the first trench is formed such that the distance from the deep region increases as the distance from the main surface of the substrate increases. Therefore, it is possible to secure a wider carrier passage region in the substrate, and as a result, the on-resistance of the semiconductor device can be further reduced.
  • an angle formed by the wall surface of the first trench and the main surface of the substrate may be an obtuse angle. This makes it easier to secure a wide carrier passage area in the substrate.
  • the substrate may be formed with a second trench that reaches the body region while penetrating the source region, opens to the main surface side, and is shallower than the first trench.
  • the semiconductor device may further include a contact electrode disposed in contact with the wall surface of the second trench. This facilitates carrier injection from the contact electrode into the body region, and as a result, the response speed of the semiconductor device can be improved.
  • a second trench that is shallower than a contact surface between the body region and the drift region may be formed in the substrate. This makes it easier to avoid the occurrence of punch-through in the body region.
  • the contact electrode may be disposed on the main surface of the substrate without contacting. This facilitates avoiding a short circuit between the contact electrode and the gate electrode.
  • the surface constituting the wall surface of the second trench may be a surface intersecting the ⁇ 0001 ⁇ plane. This facilitates diffusion of the metal constituting the contact electrode into the substrate, and as a result, the contact resistance between the contact electrode and the substrate can be further reduced.
  • an imaginary straight line extending in parallel with the ⁇ 0001 ⁇ plane from the bottom wall surface of the second trench is the second You may cross
  • the imaginary straight line does not intersect the drift region and is formed on the wall surface of the first trench facing the second trench. You may cross. Thereby, the fall of the pressure
  • the surface constituting the main surface of the substrate may be a surface having an off angle of 8 ° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the surface constituting the wall surface of the first trench may be a surface having an off angle of 50 ° to 65 ° with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the channel mobility of the semiconductor device can be further improved.
  • a method of manufacturing a semiconductor device includes a step of preparing a substrate made of silicon carbide and having a main surface, a step of forming an active region in the substrate, and a first trench opening on the main surface side of the substrate. , Forming a gate insulating film so as to be in contact with the wall surface of the first trench, and arranging a gate electrode so as to be in contact with the gate insulating film.
  • a first conductivity type source region including the main surface of the substrate, a second conductivity type body region in contact with the source region, and a first conductivity type drift region in contact with the body region. And a deep region of the second conductivity type in contact with the body region.
  • a first trench having a wall surface exposing the source region, the body region, and the drift region is formed. Further, the deep region and the first trench are formed such that the deep region is deeper than the first trench and the distance between the wall surface of the first trench and the deep region increases as the distance from the main surface of the substrate increases. .
  • the semiconductor device according to the present invention with improved breakdown voltage characteristics and reduced on-resistance can be manufactured.
  • the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention it is possible to provide a semiconductor device with improved breakdown voltage characteristics and reduced on-resistance and a manufacturing method thereof.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET. It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of MOSFET.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a MOSFET according to a second embodiment.
  • 5 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a MOSFET according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET according to the second embodiment.
  • MOSFET 1 is made of silicon carbide and has a substrate 10 having a main surface 10A, a gate insulating film 20, a gate electrode 30, an interlayer insulating film 40, a source electrode 50, and a source pad electrode 60.
  • the substrate 10 includes a base substrate 11 and a semiconductor layer 12, and a drift region 13, a body region 14, a source region 15, and a deep region 16 are formed in the semiconductor layer 12.
  • the substrate 10 is formed with a first trench 17 having an opening on the main surface 10A side and having a wall surface 17A and a bottom surface 17B.
  • Base substrate 11 is made of silicon carbide, and has an n-type conductivity (first conductivity type) by containing an n-type impurity such as N (nitrogen).
  • Drift region 13 is formed on main surface 11 ⁇ / b> A of base substrate 11.
  • Drift region 13 has an n-type conductivity by containing an n-type impurity such as N (nitrogen), for example, similar to base substrate 11, and its concentration is lower than that of base substrate 11.
  • the body region 14 is formed on the drift region 13 (on the side opposite to the base substrate 11 side).
  • Body region 14 has a p-type conductivity (second conductivity type) by including a p-type impurity such as Al (aluminum) or B (boron).
  • Source region 15 is formed on the body region 14 (on the side opposite to the drift region 13 side).
  • Source region 15 includes an n-type impurity such as P (phosphorus), for example, and has n-type conductivity like base substrate 11 and drift region 13. Further, the concentration of the n-type impurity contained in the source region 15 is higher than that of the drift region 13.
  • the deep region 16 is formed so as to extend to a region deeper than the first trench 17 in the semiconductor layer 12 while being in contact with the source region 15, the body region 14, and the drift region 13. Specifically, the deep region 16 contacts the source electrode 50, penetrates the source region 15 and the body region 14, and the contact surface 16B with the drift region 13 is more drain electrode 70 than the bottom surface 17B of the first trench 17. It is formed to be located on the side. Similarly to body region 14, deep region 16 has a p-type conductivity by including a p-type impurity such as Al (aluminum), and its concentration is higher than that of body region 14. .
  • the first trench 17 is formed so as to reach the drift region 13 while penetrating the source region 15 and the body region 14. Specifically, the first trench 17 is formed such that the bottom surface 17B is located closer to the source electrode 50 than the contact surface 16B between the deep region 16 and the drift region 13. The first trench 17 is formed such that the distance between the wall surface 17A and the deep region 16 increases as the distance from the main surface 10A of the substrate 10 increases. For example, the first trench 17 is formed so that the angle formed by the wall surface 17A and the main surface 10A of the substrate 10 is an obtuse angle as shown in FIG.
  • the substrate 10 includes the n-type source region 15 including the main surface 10A of the substrate 10 and the wall surface 17A of the first trench 17 and the p including the wall surface 17A of the first trench 17 in contact with the source region 15.
  • a p-type deep region 16 extending up to.
  • Gate insulating film 20 is made of, for example, SiO 2 (silicon dioxide), and is disposed in contact with wall surface 17A and bottom surface 17B of first trench 17 and main surface 10A of substrate 10.
  • the gate electrode 30 is made of a conductor such as polysilicon to which impurities are added, for example, and is disposed in contact with the gate insulating film 20 so as to fill the first trench 17.
  • Interlayer insulating film 40 is made of, for example, SiO 2 (silicon dioxide), and is disposed on and in contact with gate insulating film 20 and gate electrode 30. Specifically, the interlayer insulating film 40 is disposed so as to surround the gate electrode 30 together with the gate insulating film 20, and electrically insulates the gate electrode 30 from the source electrode 50.
  • SiO 2 silicon dioxide
  • Source electrode 50 is formed in contact with source region 15 and deep region 16 on main surface 10 ⁇ / b> A of substrate 10.
  • the source electrode 50 is made of a material capable of making ohmic contact with the source region 15, for example, Ni x Si y (nickel silicide), Ti x Si y (titanium silicide), Al x Si y (aluminum silicide). ) and Ti x Al y Si z (titanium aluminum silicide) a like, and is electrically connected to the source region 15.
  • the drain electrode 70 is formed in contact with the main surface 11B opposite to the main surface 11A of the base substrate 11.
  • the drain electrode 70 is made of, for example, the same material as that of the source electrode 50 and is electrically connected to the base substrate 11.
  • the source pad electrode 60 is disposed on and in contact with the interlayer insulating film 40 and the source electrode 50.
  • source pad electrode 60 is made of a conductor such as Al (aluminum), for example, and is electrically connected to source region 15 through source electrode 50.
  • the drain pad electrode 80 is disposed in contact with the drain electrode 70.
  • the drain pad electrode 80 is made of a conductor such as Al (aluminum) like the source pad electrode 60 and is electrically connected to the base substrate 11 via the drain electrode 70.
  • MOSFET 1 as a semiconductor device according to the present embodiment.
  • body region 14 drifts in a state where the voltage applied to gate electrode 30 is less than the threshold voltage, that is, in the off state, even if a voltage is applied between source electrode 50 and drain electrode 70.
  • the pn junction formed with the region 13 is reverse-biased and becomes non-conductive.
  • a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 30
  • carriers accumulate along the wall surface 17A of the first trench 17 in the body region 14, and an inversion layer is formed.
  • the source region 15 and the drift region 13 are electrically connected, and a current flows between the source electrode 50 and the drain electrode 70.
  • the MOSFET 1 operates.
  • MOSFET 1 as a semiconductor device according to the present embodiment, p-type deep region 16 extending to a region deeper than first trench 17 is formed in semiconductor layer 12 of substrate 10. . Therefore, electric field concentration on the gate insulating film 20 can be suppressed by the depletion layer extending from the pn junction between the deep region 16 and the n-type drift region 13.
  • first trench 17 is formed such that the distance from deep region 16 increases as the distance from main surface 10 ⁇ / b> A of substrate 10 increases.
  • MOSFET 1 as a semiconductor device according to the present embodiment is a semiconductor device with improved breakdown voltage characteristics and reduced on-resistance.
  • the surface constituting main surface 10A of substrate 10 may be a surface having an off angle of 8 ° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • Silicon carbide can be easily grown in the ⁇ 0001> direction. Therefore, substrate 10 made of silicon carbide can be more easily prepared by making the surface constituting main surface 10A of substrate 10 a surface having an off angle in the above range with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the surface constituting the wall surface 17A of the first trench 17 may be a surface having an off angle of 50 ° or more and 65 ° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ surface. Thereby, the channel mobility of MOSFET1 can be improved more.
  • MOSFET 1 as the semiconductor device according to the present embodiment can be manufactured.
  • substrate preparation process is first implemented as process (S10).
  • substrate (10) made of silicon carbide is prepared by performing step (S11) and step (S12) described below.
  • a base substrate preparation step is performed.
  • an ingot (not shown) made of 4H—SiC is sliced to prepare a base substrate 11 made of silicon carbide as shown in FIG.
  • step (S12) an epitaxial growth layer forming step is performed.
  • semiconductor layer 12 is formed on main surface 11A of base substrate 11 by epitaxial growth. In this manner, the substrate 10 including the base substrate 11 and the semiconductor layer 12 and having the main surface 10A is prepared.
  • an active region forming step is performed.
  • an active region is formed in the substrate 10 by performing steps (S21) and (S22) described below.
  • an ion implantation step is performed.
  • this step (S21) referring to FIG. 4, first, for example, Al (aluminum) ions are implanted into semiconductor layer 12 to form p type body region.
  • P (phosphorus) ions are implanted in the semiconductor layer 12 so as to be shallower than the implantation depth of the Al ions, whereby the source region 15 having the n conductivity type is formed.
  • Al (aluminum) ions are implanted deeper in the semiconductor layer 12 than the implantation depth of the Al ions, thereby forming a deep region 16 having a p-type conductivity.
  • an activation annealing step is performed as a step (S22).
  • the impurities introduced in the step (S21) are activated by heating the substrate 10.
  • desired carriers are generated in the region where the impurity is introduced, and an active region is formed in the substrate 10.
  • a first trench formation step is performed as a step (S30).
  • first trench 17 opening to main surface 10A is formed in substrate 10.
  • an opening is formed in a region where first trench 17 is to be formed in main surface 10A of substrate 10 by, for example, P-CVD (Plasma-Chemical Vapor Deposition).
  • a mask 90 made of SiO 2 (silicon dioxide) is formed.
  • the etching of the substrate 10 is advanced by, for example, inductive junction type reactive ion etching (ICP-RIE) in an atmosphere containing SF 6 (sulfur hexafluoride) gas and oxygen. .
  • ICP-RIE inductive junction type reactive ion etching
  • thermal etching is performed in an atmosphere containing a halogen-based gas such as chlorine and oxygen. Then, after the etching process is completed, the mask 90 is removed. In this way, the first trench 17 having the wall surface 17 ⁇ / b> A from which the source region 15, the body region 14 and the drift region 13 are exposed, and the bottom surface 17 ⁇ / b> B is formed in the substrate 10.
  • a halogen-based gas such as chlorine and oxygen
  • the deep region 16 and the first trench 17 are specifically contact surfaces of the deep region 16 and the drift region 13 so that the deep region 16 is deeper than the first trench 17.
  • 16B is formed so as to be located closer to the drain electrode 70 side (see FIG. 1) than the bottom surface 17B of the first trench 17.
  • the deep region 16 and the first trench 17 are formed such that the distance between the wall surface 17A of the first trench 17 and the deep region 16 increases as the distance from the main surface 10A of the substrate 10 increases.
  • first trench 17 is formed such that the angle formed between wall surface 17 ⁇ / b> A and main surface 10 ⁇ / b> A of substrate 10 is an obtuse angle.
  • a gate insulating film forming step is performed.
  • the substrate 10 is heated in an atmosphere containing oxygen, for example, to contact the main surface 10A of the substrate 10 and the wall surface 17A and the bottom surface 17B of the first trench 17.
  • the gate insulating film 20 made of SiO 2 (silicon dioxide) is disposed.
  • a gate electrode forming step is performed.
  • a polysilicon film doped with impurities so as to fill the first trench 17 is formed by, for example, LP (Low Pressure) CVD.
  • LP Low Pressure
  • interlayer insulating film forming step is performed.
  • interlayer insulating film 40 made of SiO 2 (silicon dioxide) is formed so as to surround gate electrode 30 together with gate insulating film 20 by, eg, CVD.
  • an ohmic electrode forming step is performed.
  • this step (S70) referring to FIG. 9, first, in a region where source electrode 50 is to be formed, interlayer insulating film 40 and gate insulating film 20 are removed, and source region 15 and deep region 16 are exposed. Is formed. Then, a metal film made of, for example, Ni is formed in the region. On the other hand, a metal film made of Ni is similarly formed on main surface 11B opposite to main surface 11A of base substrate 11. Then, by heating the metal film, at least a part of the metal film is silicided, and the source electrode 50 and the drain electrode 70 electrically connected to the substrate 10 are formed.
  • a pad electrode forming step is performed.
  • source pad electrode 60 made of a conductor such as Al (aluminum) is formed so as to cover source electrode 50 and interlayer insulating film 40, for example, by vapor deposition.
  • drain electrode 70 similarly to the source pad electrode 60, a drain pad electrode 80 made of a conductor such as Al (aluminum) is formed by vapor deposition, for example.
  • MOSFET 1 is manufactured by performing the above steps (S10) to (S80), and the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment is completed.
  • MOSFET 1 as the semiconductor device according to the present embodiment can be manufactured with improved breakdown voltage characteristics and reduced on-resistance. .
  • MOSFET 2 basically has the same structure as MOSFET 1 of the first embodiment, operates in the same manner, and produces the same effects.
  • the second trench 18 different from the first trench 17 is formed in the substrate 10
  • the source electrode 50 as the contact electrode is formed by the wall surface 18A of the second trench 18 and It differs from MOSFET 1 in that it is disposed so as to be in contact with bottom surface 18B.
  • second trench 18 opens to main surface 10A side, and has a wall surface 18A and a bottom surface 18B. Specifically, the second trench 18 is formed so as to penetrate the source region 15 and reach the body region 14, that is, shallower than the first trench 17.
  • the source electrode 50 is disposed in contact with the wall surface 18A and the bottom surface 18B of the second trench 18.
  • the source electrode 50 is made of a material that can make ohmic contact with the source region 15 as in the first embodiment, and is in contact with the source region 15, the body region 14, and the deep region 16. Are arranged.
  • MOSFET 2 as the semiconductor device according to the present embodiment, source electrode 50 is in contact with wall surface 18 ⁇ / b> A and bottom surface 18 ⁇ / b> B of second trench 18 that reaches body region 14 while penetrating source region 15. Therefore, unlike MOSFET 1, it is in direct contact with body region 14 without going through deep region 16. Therefore, the MOSFET 2 can inject carriers from the source electrode 50 to the body region 14 without being affected by the depletion layer extending from the pn junction between the source region 15 and the deep region 16, and as a result, the MOSFET 2. It becomes easy to switch the operation state.
  • MOSFET 2 as the semiconductor device according to the present embodiment is a semiconductor device with improved response speed.
  • a second trench 18 shallower than the contact surface 14 ⁇ / b> A between the body region 14 and the drift region 13 may be formed in the substrate 10.
  • the substrate 10 may be formed with the second trench 18 in which the bottom surface 18B is located closer to the source electrode 50 than the contact surface 14A without penetrating the body region 14.
  • the second trench 18 is formed through the body region 14
  • the body region 14 becomes thin in a region near the wall surface 18 ⁇ / b> A and the bottom surface 18 ⁇ / b> B, and as a result, punch-through is likely to occur in the region.
  • the second trench 18 without penetrating the body region 14 as described above, it becomes easier to avoid the occurrence of punch-through in the body region 14.
  • source electrode 50 may be disposed on the wall surface 18 ⁇ / b> A and bottom surface 18 ⁇ / b> B of second trench 18 as shown in FIG. 10 and without contacting on main surface 10 ⁇ / b> A of substrate 10. .
  • the distance between the source electrode 50 and the gate electrode 30 becomes larger than when the source electrode 50 is disposed in contact with the main surface 10A of the substrate 10.
  • the MOSFET 2 when the MOSFET 2 is miniaturized, it is easy to avoid a short circuit between the source electrode 50 and the gate electrode 30.
  • the surface constituting the wall surface 18A of the second trench 18 may be a surface intersecting the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the substrate 10 made of silicon carbide has a characteristic that metal is easily diffused in a direction parallel to the ⁇ 0001 ⁇ plane. Therefore, by making the wall surface 18A of the second trench 18 in contact with the source electrode 50 a plane intersecting the ⁇ 0001 ⁇ plane, diffusion of the metal constituting the source electrode 50 into the substrate 10 is facilitated, and as a result, the source The contact resistance between the electrode 50 and the substrate 10 can be further reduced.
  • the straight line AA may intersect the wall surface 17 A of the first trench 17 that faces the second trench 18.
  • the straight line AA may intersect the wall surface 17 A of the first trench 17 facing the second trench 18 without intersecting the drift region 13.
  • MOSFET 2 as the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.
  • a substrate preparation step is performed.
  • the base substrate preparation step (S11) and the epitaxial growth layer formation step (S12) are performed as in the first embodiment, so that the base substrate is made of silicon carbide.
  • a substrate 10 including a substrate 11 and a semiconductor layer 12 is prepared.
  • step (S20) an active region forming step is performed.
  • steps (S21) to (S23) described below are performed, whereby an active region is formed on the substrate 10.
  • process (S22) and (S23) are implemented after process (S30) and (S40) are completed.
  • a source / body region forming step is performed.
  • Al (aluminum) ions are first implanted into semiconductor layer 12 to form p type body region.
  • P (phosphorus) ions are implanted in the semiconductor layer 12 to be shallower than the implantation depth of the Al ions, whereby the n-type source region 15 is formed.
  • a first trench formation step is performed.
  • first trench 17 having an opening on main surface 10A side and having wall surface 17A and bottom surface 17B is formed in substrate 10 as in the first embodiment. Is done.
  • a second trench formation step is performed.
  • this step (S40) referring to FIG. 16, by etching the substrate 10 by, for example, ICP-RIE, the second trench having an opening on the main surface 10A side and having a wall surface 18A and a bottom surface 18B is formed. 18 is formed.
  • a deep region forming step is performed.
  • Al (aluminum) ions are implanted into a region including the bottom surface 18B of the second trench 18 in the semiconductor layer 12, so A p-type deep region 16 extending to the deep region is formed.
  • an activation annealing step is performed as a step (S23).
  • the substrate 10 is heated in the same manner as in the first embodiment, whereby the impurities introduced in the above steps (S21) and (S22) are activated, and a desired region is introduced in the region where the impurities are introduced.
  • a carrier generates.
  • a gate insulating film forming step is performed.
  • substrate 10 is heated in an atmosphere containing oxygen, for example, so that main surface 10A of substrate 10 and the wall surface of first trench 17 are formed.
  • Gate insulating film 20 made of SiO 2 (silicon dioxide) is formed so as to be in contact with 17A and bottom surface 17B, and wall surface 18A and bottom surface 18B of second trench 18.
  • a gate electrode forming step is performed.
  • gate electrode 30 in contact with gate insulating film 20 is formed as in the first embodiment.
  • interlayer insulating film forming step is performed.
  • interlayer insulating film 40 is formed so as to surround gate electrode 30 together with gate insulating film 20, as in the first embodiment.
  • an ohmic electrode forming step is performed.
  • this step (S80) referring to FIG. 20, first, in region where source electrode 50 is to be formed, interlayer insulating film 40 and gate insulating film 20 are removed, and source region 15, body region 14 and deep region 16 are removed. An exposed region is formed. Then, a metal film made of, for example, Ni is formed in the region. On the other hand, a metal film made of Ni is similarly formed on main surface 11B opposite to main surface 11A of base substrate 11. Then, by heating the metal film, at least a part of the metal film is silicided, and the source electrode 50 and the drain electrode 70 electrically connected to the substrate 10 are formed.
  • a pad electrode forming step is performed.
  • a source pad electrode 60 covering source electrode 50 and interlayer insulating film 40 and a drain pad electrode 80 covering drain electrode 70 are formed as in the first embodiment. Is done.
  • MOSFET 2 is manufactured by performing the above steps (S10) to (S90), and the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment is completed.
  • the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can be particularly advantageously applied to a semiconductor device and a manufacturing method thereof that require improvement in breakdown voltage characteristics and reduction in on-resistance.

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Abstract

　ＭＯＳＦＥＴ（１）は、主表面（１０Ａ）側に開口する第１トレンチ（１７）が形成され、炭化珪素からなる基板（１０）と、ゲート絶縁膜（２０）と、ゲート電極（３０）とを備えている。基板（１０）は、基板（１０）の主表面（１０Ａ）および第１トレンチ（１７）の壁面（１７Ａ）を含むｎ型のソース領域（１５）と、ソース領域（１５）に接触し、第１トレンチ（１７）の壁面（１７Ａ）を含むｐ型のボディ領域（１４）と、ボディ領域（１４）に接触し、第１トレンチ（１７）の壁面（１７Ａ）を含むｎ型のドリフト領域（１３）と、ボディ領域（１４）に接触し、第１トレンチ（１７）よりも深い領域にまで延在するｐ型のディープ領域（１６）とを含んでいる。第１トレンチ（１７）は、基板（１０）の主表面（１０Ａ）から離れるに従い、壁面（１７Ａ）とディープ領域（１６）との距離が大きくなるように形成されている。

Description

半導体装置およびその製造方法
　本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものであり、より特定的には、耐圧特性が向上し、かつオン抵抗が低減された半導体装置およびその製造方法に関するものである。
　近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料としての炭化珪素の採用が進められている。炭化珪素は、従来より半導体装置を構成する材料として広く用いられている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。
　炭化珪素を材料として採用した半導体装置としては、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などがある。ＭＯＳＦＥＴは、所定の閾値電圧を境としてチャネル領域における反転層の形成の有無を制御し、電流の導通および遮断をする半導体装置であり、たとえばトレンチ壁面に沿ったチャネル領域の形成を特徴とするトレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴなどについて検討されている。
　トレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴにおいては、オン抵抗の低減が可能になる一方で、トレンチ底部に形成されたゲート絶縁膜への電界集中に起因する耐圧特性の低下が問題となる。これに対しては、たとえばトレンチと同等または深い領域にまで延在するｐ型ディープ領域を基板に形成し、ｐ型ディープ領域とｎ型ドリフト領域との間のｐｎ接合から空乏層を伸張させることにより、トレンチ底部への電界集中を緩和することが提案されている（たとえば、特開２００９－１１７５９３号公報（特許文献１）参照）。
特開２００９－１１７５９３号公報
　特許文献１において提案されているＭＯＳＦＥＴでは、トレンチとディープ領域とは、基板の厚み方向に平行に延在するように互いに形成されている。そのため、ＭＯＳＦＥＴの微細化の際には、トレンチとディープ領域との間の領域が狭くなることによりキャリアの通過経路が狭窄され、その結果ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗が上昇するという問題がある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐圧特性が向上し、かつオン抵抗が低減された半導体装置およびその製造方法を提供することである。
　本発明に従った半導体装置は、一方の主表面側に開口する第１トレンチが形成され、炭化珪素からなる基板と、第１トレンチの壁面上に接触して配置されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に接触して配置されたゲート電極とを備えている。基板は、基板の上記主表面および第１トレンチの上記壁面を含む第１導電型のソース領域と、ソース領域に接触し、第１トレンチの上記壁面を含む第２導電型のボディ領域と、ボディ領域に接触し、第１トレンチの上記壁面を含む第１導電型のドリフト領域と、ボディ領域に接触し、第１トレンチよりも深い領域にまで延在する第２導電型のディープ領域とを含んでいる。第１トレンチは、基板の上記主表面から離れるに従い、上記壁面とディープ領域との距離が大きくなるように形成されている。
　本発明に従った半導体装置では、第１トレンチよりも深い領域にまで延在する第２導電型のディープ領域が基板に形成されている。そのため、ディープ領域と、第１導電型のドリフト領域との間のｐｎ接合から伸張する空乏層により、ゲート絶縁膜への電界集中を抑制することができる。また、本発明に従った半導体装置では、第１トレンチは、基板の上記主表面から離れるに従いディープ領域との距離が大きくなるように形成されている。そのため、基板内におけるキャリアの通過領域をより広く確保することが可能となり、結果として半導体装置のオン抵抗をより低減することができる。このように、本発明に従った半導体装置によれば、耐圧特性が向上し、かつオン抵抗が低減された半導体装置を提供することができる。
　上記半導体装置において、第１トレンチの上記壁面と基板の上記主表面とのなす角は、鈍角であってもよい。これにより、基板内におけるキャリアの通過領域を広く確保することがより容易となる。
　上記半導体装置において、基板には、ソース領域を貫通しつつボディ領域に達し、上記主表面側に開口し、第１トレンチよりも浅い第２トレンチが形成されていてもよい。そして、上記半導体装置は、第２トレンチの壁面上に接触して配置されたコンタクト電極をさらに備えていてもよい。これにより、コンタクト電極からボディ領域へのキャリアの注入が容易となり、その結果半導体装置の応答速度を向上させることができる。
　上記半導体装置において、基板には、ボディ領域とドリフト領域との接触面よりも浅い第２トレンチが形成されていてもよい。これにより、ボディ領域におけるパンチスルーの発生を回避することがより容易になる。
　上記半導体装置において、コンタクト電極は、基板の上記主表面上に接触することなく配置されていてもよい。これにより、コンタクト電極とゲート電極との短絡を回避することが容易となる。
　上記半導体装置において、第２トレンチの上記壁面を構成する面は、｛０００１｝面に交差する面であってもよい。これにより、コンタクト電極を構成する金属の基板への拡散が容易となり、その結果コンタクト電極と基板との接触抵抗をより低減することができる。
　上記半導体装置では、第１および第２トレンチを含む基板の厚み方向に沿った断面において、第２トレンチの最底部の上記壁面から｛０００１｝面に平行に延在する仮想の直線は、第２トレンチに対向する第１トレンチの上記壁面に交差してもよい。これにより、半導体装置の耐圧特性の低下を抑制することができる。
　上記半導体装置において、第１および第２トレンチを含む基板の厚み方向に沿った断面において、上記仮想の直線は、ドリフト領域に交差することなく、第２トレンチに対向する第１トレンチの上記壁面に交差してもよい。これにより、半導体装置の耐圧特性の低下をより効果的に抑制することができる。
　上記半導体装置において、基板の上記主表面を構成する面は、｛０００１｝面に対して８°以下のオフ角を有する面であってもよい。これにより、炭化珪素からなる基板をより容易に準備することができる。
　上記半導体装置において、第１トレンチの上記壁面を構成する面は、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する面であってもよい。これにより、半導体装置のチャネル移動度をより向上させることができる。
　本発明に従った半導体装置の製造方法は、炭化珪素からなり、主表面を有する基板を準備する工程と、基板に活性領域を形成する工程と、基板の上記主表面側に開口する第１トレンチを形成する工程と、第１トレンチの壁面上に接触するようにゲート絶縁膜を配置する工程と、ゲート絶縁膜上に接触するようにゲート電極を配置する工程とを備えている。活性領域を形成する工程では、基板の上記主表面を含む第１導電型のソース領域と、ソース領域に接触する第２導電型のボディ領域と、ボディ領域に接触する第１導電型のドリフト領域と、ボディ領域に接触する第２導電型のディープ領域とが形成される。第１トレンチを形成する工程では、ソース領域、ボディ領域およびドリフト領域が露出する壁面を有する第１トレンチが形成される。また、ディープ領域と第１トレンチとは、第１トレンチよりもディープ領域が深く、かつ基板の上記主表面から離れるに従い第１トレンチの上記壁面とディープ領域との距離が大きくなるように形成される。
　本発明に従った半導体装置の製造方法によれば、耐圧特性が向上し、かつオン抵抗が低減された上記本発明に従った半導体装置を製造することができる。
　以上の説明から明らかなように、本発明に従った半導体装置およびその製造方法によれば、耐圧特性が向上し、かつオン抵抗が低減された半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
ＭＯＳＦＥＴの構造を示す概略断面図である。 ＭＯＳＦＥＴの製造方法を概略的に示すフローチャートである。 ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの構造を示す概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２に係るＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。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｛｝でそれぞれ示す。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）
　まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。はじめに、本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１の構造について説明する。図１を参照して、ＭＯＳＦＥＴ１は、炭化珪素からなり、主表面１０Ａを有する基板１０と、ゲート絶縁膜２０と、ゲート電極３０と、層間絶縁膜４０と、ソース電極５０と、ソースパッド電極６０と、ドレイン電極７０と、ドレインパッド電極８０とを備えている。基板１０は、ベース基板１１と、半導体層１２とを含み、半導体層１２にはドリフト領域１３と、ボディ領域１４と、ソース領域１５と、ディープ領域１６とが形成されている。また、基板１０には、主表面１０Ａ側に開口し、壁面１７Ａおよび底面１７Ｂを有する第１トレンチ１７が形成されている。
　ベース基板１１は、炭化珪素からなり、たとえばＮ（窒素）などのｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型（第１導電型）となっている。ドリフト領域１３は、ベース基板１１の主表面１１Ａ上に形成されている。ドリフト領域１３は、ベース基板１１と同様に、たとえばＮ（窒素）などのｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型となっており、その濃度はベース基板１１よりも低くなっている。
　ボディ領域１４は、ドリフト領域１３上（ベース基板１１側とは反対側）に形成されている。ボディ領域１４は、たとえばＡｌ（アルミニウム）やＢ（硼素）などのｐ型不純物を含むことにより導電型がｐ型（第２導電型）となっている。
　ソース領域１５は、ボディ領域１４上（ドリフト領域１３側とは反対側）に形成されている。ソース領域１５は、たとえばＰ（リン）などのｎ型不純物を含むことにより、ベース基板１１およびドリフト領域１３と同様に導電型がｎ型となっている。また、ソース領域１５に含まれるｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域１３よりも高くなっている。
　ディープ領域１６は、ソース領域１５、ボディ領域１４およびドリフト領域１３に接触しつつ、半導体層１２内において第１トレンチ１７よりも深い領域にまで延在するように形成されている。具体的には、ディープ領域１６は、ソース電極５０に接触し、ソース領域１５およびボディ領域１４を貫通しつつ、ドリフト領域１３との接触面１６Ｂが第１トレンチ１７の底面１７Ｂよりもドレイン電極７０側に位置するように形成されている。また、ディープ領域１６は、ボディ領域１４と同様に、たとえばＡｌ（アルミニウム）などのｐ型不純物を含むことにより導電型がｐ型となっており、その濃度はボディ領域１４よりも高くなっている。
　第１トレンチ１７は、ソース領域１５およびボディ領域１４を貫通しつつ、ドリフト領域１３に達するように形成されている。具体的には、第１トレンチ１７は、底面１７Ｂがディープ領域１６とドリフト領域１３との接触面１６Ｂよりもソース電極５０側に位置するように形成されている。また、第１トレンチ１７は、基板１０の主表面１０Ａから離れるに従い、壁面１７Ａとディープ領域１６との距離が大きくなるように形成されている。たとえば、第１トレンチ１７は、図１に示すように壁面１７Ａと基板１０の主表面１０Ａとのなす角が鈍角となるように形成されている。
　このように、基板１０には、基板１０の主表面１０Ａおよび第１トレンチ１７の壁面１７Ａを含むｎ型のソース領域１５と、ソース領域１５に接触し、第１トレンチ１７の壁面１７Ａを含むｐ型のボディ領域１４と、ボディ領域１４に接触し、第１トレンチ１７の壁面１７Ａおよび底面１７Ｂを含むｎ型のドリフト領域１３と、ボディ領域１４に接触し、第１トレンチ１７よりも深い領域にまで延在するｐ型のディープ領域１６とが形成されている。
　ゲート絶縁膜２０は、たとえばＳｉＯ２（二酸化珪素）からなり、第１トレンチ１７の壁面１７Ａおよび底面１７Ｂ、ならびに基板１０の主表面１０Ａ上に接触して配置されている。
　ゲート電極３０は、たとえば不純物が添加されたポリシリコンなどの導電体からなっており、第１トレンチ１７内を充填するようにゲート絶縁膜２０上に接触して配置されている。
　層間絶縁膜４０は、たとえばＳｉＯ２（二酸化珪素）からなっており、ゲート絶縁膜２０およびゲート電極３０上に接触して配置されている。具体的には、層間絶縁膜４０は、ゲート絶縁膜２０とともにゲート電極３０を取り囲むように配置されており、ゲート電極３０をソース電極５０に対して電気的に絶縁している。
　ソース電極５０は、基板１０の主表面１０Ａ上において、ソース領域１５およびディープ領域１６に接触して形成されている。具体的には、ソース電極５０は、ソース領域１５に対してオーミック接触することができる材料、たとえばＮｉｘＳｉｙ（ニッケルシリサイド）、ＴｉｘＳｉｙ（チタンシリサイド）、ＡｌｘＳｉｙ（アルミシリサイド）およびＴｉｘＡｌｙＳｉｚ（チタンアルミシリサイド）などからなり、ソース領域１５に対して電気的に接続されている。
　ドレイン電極７０は、ベース基板１１の主表面１１Ａとは反対側の主表面１１Ｂ上に接触して形成されている。ドレイン電極７０は、たとえばソース電極５０と同様の材料からなっており、ベース基板１１に対して電気的に接続されている。
　ソースパッド電極６０は、層間絶縁膜４０およびソース電極５０上に接触して配置されている。具体的には、ソースパッド電極６０は、たとえばＡｌ（アルミニウム）などの導電体からなり、ソース電極５０を介してソース領域１５と電気的に接続されている。
　ドレインパッド電極８０は、ドレイン電極７０上に接触して配置されている。具体的には、ドレインパッド電極８０は、ソースパッド電極６０と同様にたとえばＡｌ（アルミニウム）などの導電体からなり、ドレイン電極７０を介してベース基板１１に電気的に接続されている。
　次に、本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１の動作について説明する。図１を参照して、ゲート電極３０に印加された電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちオフ状態では、ソース電極５０とドレイン電極７０との間に電圧が印加されても、ボディ領域１４とドリフト領域１３との間に形成されるｐｎ接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極３０に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ボディ領域１４において第１トレンチ１７の壁面１７Ａに沿うようにキャリアが蓄積し、反転層が形成される。その結果、ソース領域１５とドリフト領域１３とが電気的に接続され、ソース電極５０とドレイン電極７０との間に電流が流れる。以上のようにして、ＭＯＳＦＥＴ１は動作する。
　以上のように、本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１では、第１トレンチ１７よりも深い領域にまで延在するｐ型のディープ領域１６が基板１０の半導体層１２内に形成されている。そのため、ディープ領域１６と、ｎ型のドリフト領域１３との間のｐｎ接合から伸張する空乏層により、ゲート絶縁膜２０への電界集中を抑制することができる。また、ＭＯＳＦＥＴ１では、第１トレンチ１７は、基板１０の主表面１０Ａから離れるに従いディープ領域１６との距離が大きくなるように形成されている。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１では、ソース電極５０側からドレイン電極７０側に向かうに従い、第１トレンチ１７の壁面１７Ａとディープ領域１６とに挟まれる領域Ａがより広くなるように第１トレンチ１７が形成されている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ１では、基板１０内におけるキャリアの通過領域となる領域Ａをより広く確保することにより、ＭＯＳＦＥＴ１のオン抵抗をより低減することができる。このように、本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１は、耐圧特性が向上し、かつオン抵抗が低減された半導体装置となっている。
　また、ＭＯＳＦＥＴ１において、基板１０の主表面１０Ａを構成する面は、｛０００１｝面に対して８°以下のオフ角を有する面であってもよい。
　炭化珪素は、＜０００１＞方向において容易に成長させることができる。そのため、基板１０の主表面１０Ａを構成する面を｛０００１｝面に対して上記範囲のオフ角を有する面とすることにより、炭化珪素からなる基板１０をより容易に準備することができる。
　また、ＭＯＳＦＥＴ１において、第１トレンチ１７の壁面１７Ａを構成する面は、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する面であってもよい。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１のチャネル移動度をより向上させることができる。
　次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図１～図９を参照して説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法においては、上記本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１を製造することができる。図２を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として、基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、以下に説明する工程（Ｓ１１）および工程（Ｓ１２）が実施されることにより、炭化珪素からなる基板１０が準備される。
　まず、工程（Ｓ１１）として、ベース基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１１）では、たとえば４Ｈ－ＳｉＣからなるインゴット（図示しない）をスライスすることにより、図３に示すように炭化珪素からなるベース基板１１が準備される。
　次に、工程（Ｓ１２）として、エピタキシャル成長層形成工程が実施される。この工程（Ｓ１２）では、図３を参照して、エピタキシャル成長により、ベース基板１１の主表面１１Ａ上に半導体層１２が形成される。このようにして、ベース基板１１と半導体層１２とを含み、主表面１０Ａを有する基板１０が準備される。
　次に、工程（Ｓ２０）として、活性領域形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、以下に説明する工程（Ｓ２１）および（Ｓ２２）が実施されることにより、基板１０内に活性領域が形成される。
　まず、工程（Ｓ２１）として、イオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ２１）では、図４を参照して、まず、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンが、半導体層１２内に注入されることにより、ｐ型のボディ領域１４が形成される。次に、たとえばＰ（リン）イオンが、半導体層１２内において、上記Ａｌイオンの注入深さよりも浅く注入されることにより、導電型がｎ型のソース領域１５が形成される。そして、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンが、半導体層１２内において、上記Ａｌイオンの注入深さよりも深く注入されることにより、導電型がｐ型のディープ領域１６が形成される。また、半導体層１２において、ボディ領域１４、ソース領域１５およびディープ領域１６のいずれも形成されない領域は、ドリフト領域１３となる。このようにして、図４に示すように、基板１０の主表面１０Ａを含むｎ型のソース領域１５と、ソース領域１５に接触するｐ型のボディ領域１４と、ボディ領域１４に接触するｎ型のドリフト領域１３と、ソース領域１５、ボディ領域１４およびドリフト領域１３に接触するｐ型のディープ領域１６とが形成される。
　次に、工程（Ｓ２２）として活性化アニール工程が実施される。この工程（Ｓ２２）では、基板１０を加熱することにより、上記工程（Ｓ２１）において導入された不純物が活性化される。これにより、不純物が導入された領域において所望のキャリアが生成し、基板１０に活性領域が形成される。
　次に、工程（Ｓ３０）として、第１トレンチ形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図５および図６を参照して、主表面１０Ａ側に開口する第１トレンチ１７が基板１０に形成される。具体的には、図５を参照して、まず、たとえばＰ－ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ－Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、基板１０の主表面１０Ａのうち第１トレンチ１７を形成すべき領域に開口を有し、ＳｉＯ２（二酸化珪素）からなるマスク９０が形成される。次に、たとえばＳＦ６（六フッ化硫黄）ガスおよび酸素を含む雰囲気中において、誘導接合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ－ＲＩＥ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）などにより、基板１０のエッチングを進行させる。次に、図６を参照して、たとえば塩素などのハロゲン系ガスおよび酸素を含む雰囲気中において熱エッチングが施される。そして、上記エッチング処理が完了した後にマスク９０が除去される。このようにして、ソース領域１５、ボディ領域１４およびドリフト領域１３が露出する壁面１７Ａ、および底面１７Ｂを有する第１トレンチ１７が基板１０に形成される。
　また、図６に示すように、ディープ領域１６と第１トレンチ１７とは、第１トレンチ１７よりもディープ領域１６が深くなるように、具体的にはディープ領域１６とドリフト領域１３との接触面１６Ｂが第１トレンチ１７の底面１７Ｂよりもドレイン電極７０側（図１参照）に位置するように形成される。また、ディープ領域１６と第１トレンチ１７とは、第１トレンチ１７の壁面１７Ａとディープ領域１６との距離が、基板１０の主表面１０Ａから離れるに従い大きくなるように形成される。具体的には、図６に示すように、第１トレンチ１７は、壁面１７Ａと基板１０の主表面１０Ａとのなす角が鈍角になるように形成される。
　次に、工程（Ｓ４０）として、ゲート絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図７を参照して、たとえば酸素を含む雰囲気中において基板１０を加熱することにより、基板１０の主表面１０Ａ、ならびに第１トレンチ１７の壁面１７Ａおよび底面１７Ｂ上に接触するように、ＳｉＯ２（二酸化珪素）からなるゲート絶縁膜２０が配置される。
　次に、工程（Ｓ５０）として、ゲート電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図８を参照して、たとえばＬＰ（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ＣＶＤ法により、第１トレンチ１７内を充填するように不純物が添加されたポリシリコン膜が形成される。これにより、ゲート絶縁膜２０上に接触するゲート電極３０が配置される。
　次に、工程（Ｓ６０）として、層間絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図９を参照して、たとえばＣＶＤ法により、ＳｉＯ２（二酸化珪素）からなる層間絶縁膜４０が、ゲート絶縁膜２０とともにゲート電極３０を取り囲むように形成される。
　次に、工程（Ｓ７０）として、オーミック電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、図９を参照して、まず、ソース電極５０を形成すべき領域において、層間絶縁膜４０およびゲート絶縁膜２０が除去され、ソース領域１５およびディープ領域１６が露出した領域が形成される。そして、当該領域にたとえばＮｉからなる金属膜が形成される。一方、ベース基板１１の主表面１１Ａとは反対側の主表面１１Ｂ上に、同様にＮｉからなる金属膜が形成される。そして、上記金属膜を加熱することにより、上記金属膜の少なくとも一部がシリサイド化され、基板１０に対して電気的に接続されたソース電極５０およびドレイン電極７０が形成される。
　次に、工程（Ｓ８０）として、パッド電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、図１を参照して、たとえば蒸着法により、Ａｌ（アルミニウム）などの導電体からなるソースパッド電極６０が、ソース電極５０および層間絶縁膜４０を覆うように形成される。また、ドレイン電極７０上において、ソースパッド電極６０と同様に、たとえば蒸着法によりＡｌ（アルミニウム）などの導電体からなるドレインパッド電極８０が形成される。以上の工程（Ｓ１０）～（Ｓ８０）が実施されることによりＭＯＳＦＥＴ１が製造され、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法が完了する。このように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、耐圧特性が向上し、かつオン抵抗が低減された上記本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１を製造することができる。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。まず、本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ２の構造について説明する。図１０を参照して、ＭＯＳＦＥＴ２は、基本的には、実施の形態１のＭＯＳＦＥＴ１と同様の構造を有し、同様に動作し、かつ同様の効果を奏する。しかし、ＭＯＳＦＥＴ２は、図１０に示すように、第１トレンチ１７とは別の第２トレンチ１８が基板１０に形成されており、コンタクト電極としてのソース電極５０が、第２トレンチ１８の壁面１８Ａおよび底面１８Ｂ上に接触するように配置されているという点において、ＭＯＳＦＥＴ１とは異なっている。
　図１０を参照して、第２トレンチ１８は、主表面１０Ａ側に開口し、壁面１８Ａと底面１８Ｂとを有している。具体的には、第２トレンチ１８は、ソース領域１５を貫通しつつボディ領域１４に達するように、すなわち第１トレンチ１７よりも浅く形成されている。
　ソース電極５０は、第２トレンチ１８の壁面１８Ａおよび底面１８Ｂ上に接触して配置されている。具体的には、ソース電極５０は、実施の形態１と同様に、ソース領域１５に対してオーミック接触することができる材料からなっており、ソース領域１５、ボディ領域１４およびディープ領域１６に接触して配置されている。
　以上のように、本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ２では、ソース電極５０は、ソース領域１５を貫通しつつボディ領域１４に達する第２トレンチ１８の壁面１８Ａおよび底面１８Ｂ上に接触して配置されるため、ＭＯＳＦＥＴ１とは異なり、ディープ領域１６を介することなく直接ボディ領域１４に接触している。そのため、ＭＯＳＦＥＴ２では、ソース領域１５とディープ領域１６との間のｐｎ接合より伸張する空乏層の影響を受けることなく、ソース電極５０からボディ領域１４へキャリアを注入することが可能となり、その結果ＭＯＳＦＥＴ２の動作状態の切替が容易となる。このように、本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ２は、応答速度が向上した半導体装置となっている。
　また、図１０に示すように、ＭＯＳＦＥＴ２において、基板１０にはボディ領域１４とドリフト領域１３との接触面１４Ａよりも浅い第２トレンチ１８が形成されていてもよい。具体的には、基板１０にはボディ領域１４を貫通することなく、より具体的には、底面１８Ｂが接触面１４Ａよりもソース電極５０側に位置する第２トレンチ１８が形成されていてもよい。第２トレンチ１８が、ボディ領域１４を貫通して形成される場合には、壁面１８Ａおよび底面１８Ｂの近傍の領域においてボディ領域１４が薄くなり、結果として当該領域においてパンチスルーが発生し易くなる。これに対して、上述のように第２トレンチ１８をボディ領域１４を貫通することなく形成することにより、ボディ領域１４におけるパンチスルーの発生を回避することがより容易になる。
　また、ＭＯＳＦＥＴ２において、ソース電極５０は、図１０に示すように第２トレンチ１８の壁面１８Ａおよび底面１８Ｂ上に接触し、かつ基板１０の主表面１０Ａ上に接触することなく配置されていてもよい。
　これにより、ソース電極５０が基板１０の主表面１０Ａ上に接触して配置される場合に比べて、ソース電極５０とゲート電極３０との距離がより大きくなる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ２を微細化した場合などにおいて、ソース電極５０とゲート電極３０との短絡を回避することが容易となる。
　また、ＭＯＳＦＥＴ２において、第２トレンチ１８の壁面１８Ａを構成する面は、｛０００１｝面に交差する面であってもよい。
　炭化珪素からなる基板１０は、｛０００１｝面に平行な方向において金属が拡散し易いという特性を有している。そのため、ソース電極５０に接触する第２トレンチ１８の壁面１８Ａを｛０００１｝面に交差する面とすることにより、ソース電極５０を構成する金属の基板１０内への拡散が容易となり、その結果ソース電極５０と基板１０との接触抵抗をより低減することができる。
　また、ＭＯＳＦＥＴ２において、第１および第２トレンチ１７，１８を含む基板１０の厚み方向に沿った断面において、第２トレンチ１８の最底部の壁面１８Ａから｛０００１｝面に平行に延在する仮想の直線Ａ－Ａは、第２トレンチ１８に対向する第１トレンチ１７の壁面１７Ａに交差してもよい。具体的には、図１０に示すように、直線Ａ－Ａは、ドリフト領域１３に交差することなく第２トレンチ１８に対向する第１トレンチ１７の壁面１７Ａに交差してもよい。
　これにより、ソース電極５０を構成する金属のドリフト領域１３への拡散、特に第１トレンチ１７の底面１７Ｂ下のドリフト領域１３への拡散をより効果的に抑制することができる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ２の耐圧特性の低下を抑制することができる。
　次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法においては、上記本実施の形態に係る半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ２が製造される。図１１を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として、基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図１２を参照して、実施の形態１と同様に、ベース基板準備工程（Ｓ１１）およびエピタキシャル成長層形成工程（Ｓ１２）が実施されることにより、炭化珪素からなり、ベース基板１１と半導体層１２とを含む基板１０が準備される。
　次に、工程（Ｓ２０）として、活性領域形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、以下に説明する工程（Ｓ２１）～（Ｓ２３）が実施されることにより、基板１０に活性領域が形成される。なお、図１１に示すように、工程（Ｓ２２）および（Ｓ２３）は、工程（Ｓ３０）および（Ｓ４０）が完了した後に実施される。
　まず、工程（Ｓ２１）として、ソース／ボディ領域形成工程が実施される。この工程（Ｓ２１）では、図１３を参照して、まず、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンが、半導体層１２内に注入されることにより、ｐ型のボディ領域１４が形成される。次に、たとえばＰ（リン）イオンが、半導体層１２内において、上記Ａｌイオンの注入深さよりも浅く注入されることにより、ｎ型のソース領域１５が形成される。
　次に、工程（Ｓ３０）として、第１トレンチ形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図１４および図１５を参照して、実施の形態１と同様に、主表面１０Ａ側に開口し、壁面１７Ａと底面１７Ｂとを有する第１トレンチ１７が基板１０に形成される。
　次に、工程（Ｓ４０）として、第２トレンチ形成工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図１６を参照して、たとえばＩＣＰ－ＲＩＥなどにより、基板１０のエッチングを進行させることにより、主表面１０Ａ側に開口し、壁面１８Ａと底面１８Ｂとを有する第２トレンチ１８が形成される。
　次に、工程（Ｓ２２）として、ディープ領域形成工程が実施される。この工程（Ｓ２２）では、図１６を参照して、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンが、半導体層１２内の第２トレンチ１８の底面１８Ｂを含む領域に注入されることにより、第１トレンチ１７よりも深い領域にまで延在するｐ型のディープ領域１６が形成される。
　次に、工程（Ｓ２３）として、活性化アニール工程が実施される。この工程（Ｓ２３）では、実施の形態１と同様に基板１０を加熱することにより、上記工程（Ｓ２１）および（Ｓ２２）において導入された不純物が活性化され、不純物が導入された領域において所望のキャリアが生成する。
　次に、工程（Ｓ５０）として、ゲート絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図１７を参照して、実施の形態１と同様に、たとえば酸素を含む雰囲気中において基板１０を加熱することにより、基板１０の主表面１０Ａ、第１トレンチ１７の壁面１７Ａおよび底面１７Ｂ、ならびに第２トレンチ１８の壁面１８Ａおよび底面１８Ｂ上に接触するように、ＳｉＯ２（二酸化珪素）からなるゲート絶縁膜２０が形成される。
　次に、工程（Ｓ６０）として、ゲート電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図１８を参照して、実施の形態１と同様に、ゲート絶縁膜２０上に接触するゲート電極３０が形成される。
　次に、工程（Ｓ７０）として、層間絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、図１９を参照して、実施の形態１と同様に、ゲート絶縁膜２０とともにゲート電極３０を取り囲むように層間絶縁膜４０が形成される。
　次に、工程（Ｓ８０）として、オーミック電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、図２０を参照して、まず、ソース電極５０を形成すべき領域において、層間絶縁膜４０およびゲート絶縁膜２０が除去され、ソース領域１５、ボディ領域１４およびディープ領域１６が露出した領域が形成される。そして、当該領域にたとえばＮｉからなる金属膜が形成される。一方、ベース基板１１の主表面１１Ａとは反対側の主表面１１Ｂ上に、同様にＮｉからなる金属膜が形成される。そして、上記金属膜が加熱されることにより、上記金属膜の少なくとも一部がシリサイド化され、基板１０に対して電気的に接続されたソース電極５０およびドレイン電極７０が形成される。
　次に、工程（Ｓ９０）として、パッド電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、図１０を参照して、実施の形態１と同様に、ソース電極５０および層間絶縁膜４０を覆うソースパッド電極６０と、ドレイン電極７０を覆うドレインパッド電極８０とが形成される。上記工程（Ｓ１０）～（Ｓ９０）が実施されることによりＭＯＳＦＥＴ２が製造され、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法が完了する。
　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。
　本発明の半導体装置およびその製造方法は、耐圧特性の向上およびオン抵抗の低減が要求される半導体装置およびその製造方法において、特に有利に適用され得る。
　１，２　ＭＯＳＦＥＴ、１０　基板、１１　ベース基板、１０Ａ，１１Ａ，１１Ｂ　主表面、１２　半導体層、１３　ドリフト領域、１４　ボディ領域、１５　ソース領域、１６　ディープ領域、１４Ａ，１６Ｂ　接触面、１７　第１トレンチ、１８　第２トレンチ、１７Ａ，１８Ａ　壁面、１７Ｂ，１８Ｂ　底面、２０　ゲート絶縁膜、３０　ゲート電極、４０　層間絶縁膜、５０　ソース電極、６０　ソースパッド電極、７０　ドレイン電極、８０　ドレインパッド電極、９０　マスク。

Claims (11)

  1. 　一方の主表面（１０Ａ）側に開口する第１トレンチ（１７）が形成され、炭化珪素からなる基板（１０）と、
    　前記第１トレンチ（１７）の壁面（１７Ａ）上に接触して配置されたゲート絶縁膜（２０）と、
    　前記ゲート絶縁膜（２０）上に接触して配置されたゲート電極（３０）とを備え、
    　前記基板（１０）は、
    　前記基板（１０）の前記主表面（１０Ａ）および前記第１トレンチ（１７）の前記壁面（１７Ａ）を含む第１導電型のソース領域（１５）と、
    　前記ソース領域（１５）に接触し、前記第１トレンチ（１７）の前記壁面（１７Ａ）を含む第２導電型のボディ領域（１４）と、
    　前記ボディ領域（１４）に接触し、前記第１トレンチ（１７）の前記壁面（１７Ａ）を含む第１導電型のドリフト領域（１３）と、
    　前記ボディ領域（１４）に接触し、前記第１トレンチ（１７）よりも深い領域にまで延在する第２導電型のディープ領域（１６）とを含み、
    　前記第１トレンチ（１７）は、前記基板（１０）の前記主表面（１０Ａ）から離れるに従い、前記壁面（１７Ａ）と前記ディープ領域（１６）との距離が大きくなるように形成されている、半導体装置（１，２）。
  2. 　前記第１トレンチ（１７）の前記壁面（１７Ａ）と前記基板（１０）の前記主表面（１０Ａ）とのなす角は、鈍角である、請求項１に記載の半導体装置（１，２）。
  3. 　前記基板（１０）には、前記ソース領域（１５）を貫通しつつ前記ボディ領域（１４）に達し、前記主表面（１０Ａ）側に開口し、前記第１トレンチ（１７）よりも浅い第２トレンチ（１８）が形成されており、
    　前記第２トレンチ（１８）の壁面（１８Ａ）上に接触して配置されたコンタクト電極（５０）をさらに備える、請求項１または２に記載の半導体装置（２）。
  4. 　前記基板（１０）には、前記ボディ領域（１４）と前記ドリフト領域（１３）との接触面（１４Ａ）よりも浅い前記第２トレンチ（１８）が形成されている、請求項３に記載の半導体装置（２）。
  5. 　前記コンタクト電極（５０）は、前記基板（１０）の前記主表面（１０Ａ）上に接触することなく配置されている、請求項３または４に記載の半導体装置（２）。
  6. 　前記第２トレンチ（１８）の前記壁面（１８Ａ）を構成する面は、｛０００１｝面に交差する面である、請求項３～５のいずれか１項に記載の半導体装置（２）。
  7. 　前記第１および第２トレンチ（１７，１８）を含む前記基板（１０）の厚み方向に沿った断面において、前記第２トレンチ（１８）の最底部の前記壁面（１８Ａ）から｛０００１｝面に平行に延在する仮想の直線（Ａ－Ａ）は、前記第２トレンチ（１８）に対向する前記第１トレンチ（１７）の前記壁面（１７Ａ）に交差する、請求項３～６のいずれか１項に記載の半導体装置（２）。
  8. 　前記第１および第２トレンチ（１７，１８）を含む前記基板（１０）の厚み方向に沿った断面において、前記仮想の直線（Ａ－Ａ）は、前記ドリフト領域（１３）に交差することなく、前記第２トレンチ（１８）に対向する前記第１トレンチ（１７）の前記壁面（１７Ａ）に交差する、請求項７に記載の半導体装置（２）。
  9. 　前記基板（１０）の前記主表面（１０Ａ）を構成する面は、｛０００１｝面に対して８°以下のオフ角を有する面である、請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体装置（１，２）。
  10. 　前記第１トレンチ（１７）の前記壁面（１７Ａ）を構成する面は、｛０００１｝面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する面である、請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体装置（１，２）。
  11. 　炭化珪素からなり、主表面（１０Ａ）を有する基板（１０）を準備する工程と、
    　前記基板（１０）に活性領域を形成する工程と、
    　前記基板（１０）の前記主表面（１０Ａ）側に開口する第１トレンチ（１７）を形成する工程と、
    　前記第１トレンチ（１７）の壁面（１７Ａ）上に接触するようにゲート絶縁膜（２０）を配置する工程と、
    　前記ゲート絶縁膜（２０）上に接触するようにゲート電極（３０）を配置する工程とを備え、
    　前記活性領域を形成する工程では、前記基板（１０）の前記主表面（１０Ａ）を含む第１導電型のソース領域（１５）と、前記ソース領域（１５）に接触する第２導電型のボディ領域（１４）と、前記ボディ領域（１４）に接触する第１導電型のドリフト領域（１３）と、前記ボディ領域（１４）に接触する第２導電型のディープ領域（１６）とが形成され、
    　前記第１トレンチ（１７）を形成する工程では、前記ソース領域（１５）、前記ボディ領域（１４）および前記ドリフト領域（１３）が露出する壁面（１７Ａ）を有する前記第１トレンチ（１７）が形成され、
    　前記ディープ領域（１６）と前記第１トレンチ（１７）とは、前記第１トレンチ（１７）よりも前記ディープ領域（１６）が深く、かつ前記基板（１０）の前記主表面（１０Ａ）から離れるに従い前記第１トレンチ（１７）の前記壁面（１７Ａ）と前記ディープ領域（１６）との距離が大きくなるように形成される、半導体装置の製造方法。
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