WO2014171210A1 - 炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置 - Google Patents

炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置 Download PDF

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健二 平塚
雄 斎藤
増田　健良
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住友電気工業株式会社
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    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H01L29/045—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device and a silicon carbide semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a trench and a silicon carbide semiconductor device.
  • Patent Document 1 discloses a trench gate type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) using a silicon carbide substrate. According to this publication, in order to prevent the dielectric breakdown of the gate oxide film at the bottom of the trench, the thickness of the gate thermal oxide film at the bottom is made larger than that at the side.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the depletion layer extends further from the bottom surface of the wrench into the semiconductor layer, thereby narrowing the current path in the semiconductor layer. This increases the on-resistance of the silicon carbide semiconductor device.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of reducing on-resistance while preventing dielectric breakdown, and its A silicon carbide semiconductor device is provided.
  • the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of this invention has the following processes.
  • a silicon carbide substrate including a third semiconductor layer having a first conductivity type separated from the first semiconductor layer by the layer is prepared.
  • a trench is formed in the silicon carbide substrate.
  • the trench includes a bottom surface made of the first semiconductor layer and a side wall surface having first to third side surfaces made of the first to third semiconductor layers.
  • the trench has a corner portion formed by combining the first side surface and the bottom surface.
  • a gate insulating film is formed on the trench.
  • the gate insulating film has a bottom portion that covers the bottom surface and a sidewall portion that is connected to the bottom portion and covers the sidewall surface. Bottom has a minimum thickness d 0.
  • a portion of the side wall portion on the second side surface has a minimum thickness d 1 .
  • Portion connected to the bottom on a first side surface of the side wall portion has a thickness d 2.
  • d 2 > d 1 and d 2 > d 0 are satisfied.
  • the step of forming the gate insulating film includes a step of forming a corner insulating film that covers the corner and exposes at least a part of the second side surface of the trench, and thermally oxidizes the trench after the corner insulating film is formed. Process.
  • a gate electrode is formed on the trench through the gate insulating film.
  • the silicon carbide semiconductor device of the present invention has a silicon carbide substrate, a gate insulating film, and a gate electrode.
  • the silicon carbide substrate is provided on the first semiconductor layer having the first conductivity type, the second semiconductor layer having the second conductivity type provided on the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer. And a third semiconductor layer having a first conductivity type and separated from the first semiconductor layer by the second semiconductor layer.
  • the silicon carbide substrate is provided with a trench.
  • the trench includes a bottom surface made of the first semiconductor layer and a side wall surface having first to third side surfaces made of the first to third semiconductor layers.
  • the gate insulating film is provided on the trench.
  • the gate insulating film has a bottom portion that covers the bottom surface and a sidewall portion that is connected to the bottom portion and covers the sidewall surface.
  • Bottom has a minimum thickness d 0.
  • a portion of the side wall portion on the second side surface has a minimum thickness d 1 .
  • Portion connected to the bottom on a first side surface of the side wall portion has a thickness d 2.
  • d 2 > d 1 and d 2 > d 0 are satisfied.
  • the gate electrode is provided on the trench through the gate insulating film.
  • the on-resistance can be reduced while preventing dielectric breakdown.
  • FIG. 1 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration of a silicon carbide semiconductor device in a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a shape of a silicon carbide substrate included in the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1, in which a region of a second conductivity type is hatched for easy understanding of the drawing. It is an enlarged view of FIG.
  • FIG. 8 is a partial cross sectional view schematically showing a first step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a partial cross sectional view schematically showing a second step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration of a silicon carbide semiconductor device in a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a shape of a silicon carbide substrate included in the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1, in which a region of a second conduct
  • FIG. 8 is a partial cross sectional view schematically showing a third step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a partial cross sectional view schematically showing a fourth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a partial cross sectional view schematically showing a fifth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a partial cross sectional view schematically showing a sixth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a partial cross sectional view schematically showing a seventh step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing an eighth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing a ninth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing a tenth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing an eleventh step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing a twelfth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 14 is a partial cross sectional view schematically showing a thirteenth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 14 is a partial cross sectional view schematically showing a fourteenth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 16 is a partial cross sectional view schematically showing a fifteenth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1. It is a fragmentary sectional view which shows schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device in Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 11 is a partial cross sectional view schematically showing one step of a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a crystal structure of a (000-1) plane in polytype 4H hexagonal crystal.
  • FIG. 23 is a view showing a crystal structure of a (11-20) plane along line XXIII-XXIII in FIG.
  • FIG. 22 is a view showing a crystal structure in the vicinity of the surface of the composite surface in FIG. 21 in the (11-20) plane.
  • FIG. 22 is a diagram when the composite surface of FIG. 21 is viewed from the (01-10) plane.
  • FIG. 3 is a diagram showing a crystal structure of a (000-1) plane in polytype 4H hexagonal crystal.
  • FIG. 23 is a view showing a crystal structure of a (11-20) plane along line XXIII-XXIII in FIG.
  • FIG. 22 is a view showing a crystal structure in the vicinity of the surface of the composite surface in FIG. 21 in the (11-20) plane.
  • FIG. 22 is a diagram when the composite surface of FIG. 21 is viewed from the (01
  • FIG. 5 is a graph showing an example of a relationship between a channel surface and a (000-1) plane viewed macroscopically and channel mobility when a thermal etching is performed and when it is not performed. It is. It is a graph which shows an example of the relationship between the angle between a channel direction and the ⁇ 0-11-2> direction, and channel mobility. It is a figure which shows the modification of FIG.
  • the method for manufacturing silicon carbide semiconductor devices 501 and 502 includes the following steps.
  • Silicon carbide substrate 100 including a third semiconductor layer 123 having a first conductivity type and separated from first semiconductor layer 121 by second semiconductor layer 122 is prepared.
  • Trench TR is formed in silicon carbide substrate 100.
  • Trench TR includes a bottom surface BT made of first semiconductor layer 121 and side wall surface SW having first to third side faces SW1 to SW3 made of first to third semiconductor layers 121 to 123, respectively.
  • Trench TR has a corner CR formed by combining first side surface SW1 and bottom surface BT.
  • Gate insulating film 201 is formed on trench TR.
  • Gate insulating film 201 has a bottom portion 201B that covers bottom surface BT, and a side wall portion 201S that is connected to bottom portion 201B and covers side wall surface SW.
  • Bottom 201B has a minimum thickness d 0.
  • a portion of the side wall portion 201S on the second side surface SW2 has a minimum thickness d 1 .
  • Portion connected to the bottom 201B on the first side surface SW1 of the side wall portion 201S has a thickness d 2.
  • d 2 > d 1 and d 2 > d 0 are satisfied.
  • the step of forming the gate insulating film 201 includes the step of forming the corner insulating film 201R that covers the corner portion CR and exposes at least a part of the second side surface SW2 of the trench TR, and the corner insulating film 201R is formed. And a step of thermally oxidizing the trench TR later.
  • a gate electrode 230 is formed on trench TR via gate insulating film 201.
  • the gate insulating film 201 satisfying d 2 > d 1 and d 2 > d 0 can be obtained by forming the corner insulating film 201R.
  • d 2 > d 1 both gate control at a low voltage and prevention of dielectric breakdown of the gate insulating film 201 near the corner CR of the trench TR are possible.
  • the bottom portion 201B of the gate insulating film 201 has a portion thinner than the thickness d 2 , so that the depletion layer is prevented from extending from the bottom surface BT of the trench TR into the first semiconductor layer 121. be able to. Therefore, the degree to which this depletion layer narrows the current path in the first semiconductor layer 121 can be suppressed. Therefore, the on-resistance of silicon carbide semiconductor devices 501 and 502 can be reduced.
  • the step of forming the corner insulating film 201R includes the step of forming the covering insulating films 251 and 252 covering the trench TR and the step of etching back the covering insulating films 251 and 252. Is preferred.
  • the corner insulating film 201R can be easily formed.
  • the step of etching back the coating insulating films 251 and 252 is preferably performed by wet etching.
  • etch back is performed by chemical etching instead of physical etching. Therefore, physical damage to silicon carbide substrate 100 during etch back does not occur.
  • the step of forming the coating insulating film 251 may include the following steps.
  • a first insulating film 201P is formed on the trench TR. After the first insulating film 201P is formed, the portion of the first insulating film 201P that covers the portion located at the corner CR and the portion of the first insulating film 201P that is located on the second side surface SW2 A second insulating film 202 exposing at least a part is formed.
  • the covering insulating film 251 in which the portion as the corner insulating film 201R is likely to remain after the etch back is formed.
  • the step of forming the second insulating film 202 may include the following steps.
  • the portion of the first insulating film 201P that covers the portion located at the corner CR and the portion of the first insulating film 201P that is located on the second side surface SW2 A silicon film 302 exposing at least a part is formed.
  • the silicon film 302 is oxidized.
  • the second insulating film 202 of the covering insulating film 251 can be formed from the silicon film 302.
  • the step of forming the silicon film 302 may include the following steps.
  • a deposited film 302P covering the trench TR is formed.
  • the resist layer 402 is formed by applying a resist solution so as to fill the trench TR via the deposited film 302P. By etching back the resist layer 402, the resist layer 402 is patterned so that the resist layer 402 partially remains in the trench TR. After the resist layer 402 is patterned, the deposited film 302P is etched using the resist layer 402 as a mask.
  • the silicon film 302 to be the second insulating film 202 can be easily patterned.
  • the coating insulating film 252 has a bottom portion 252B located on the bottom surface BT and a side wall portion 252S located on the side wall surface SW so as to be connected to the bottom portion 252B. May be.
  • the step of forming the covering insulating film 252 may be performed by forming a thermal oxide film on the trench TR so that the side wall portion 252S has the maximum thickness at the position connected to the bottom portion 252B.
  • the covering insulating film 252 in which the portion as the corner insulating film 201R is likely to remain after the etch back is formed.
  • the thermal oxide film may be formed by thermal oxidation at a temperature lower than 1300 ° C.
  • Silicon carbide semiconductor devices 501 and 502 include silicon carbide substrate 100, gate insulating film 201, and gate electrode 230.
  • the silicon carbide substrate 100 includes a first semiconductor layer 121 having a first conductivity type, a second semiconductor layer 122 provided on the first semiconductor layer 121 and having a second conductivity type, and a second semiconductor A third semiconductor layer 123 provided on the layer 122 and separated from the first semiconductor layer 121 by the second semiconductor layer 122 and having the first conductivity type.
  • Silicon carbide substrate 100 is provided with a trench TR.
  • Trench TR includes a bottom surface BT made of first semiconductor layer 121 and side wall surface SW having first to third side faces SW1 to SW3 made of first to third semiconductor layers 121 to 123, respectively.
  • Gate insulating film 201 is provided on trench TR.
  • Gate insulating film 201 has a bottom portion 201B that covers bottom surface BT, and a side wall portion 201S that is connected to bottom portion 201B and covers side wall surface SW.
  • Bottom 201B has a minimum thickness d 0.
  • a portion of the side wall portion 201S on the second side surface SW2 has a minimum thickness d 1 .
  • Portion connected to the bottom 201B on the first side surface SW1 of the side wall portion 201S has a thickness d 2.
  • d 2 > d 1 and d 2 > d 0 are satisfied.
  • the gate electrode 230 is provided on the trench TR through the gate insulating film 201.
  • gate insulating film 201 satisfies d 2 > d 1 and d 2 > d 0 .
  • d 2 > d 1 both gate control at a low voltage and prevention of dielectric breakdown of the gate insulating film 201 near the corner CR of the trench TR are possible.
  • the bottom portion 201B of the gate insulating film 201 has a portion thinner than the thickness d 2 , so that the depletion layer is prevented from extending from the bottom surface BT of the trench TR into the first semiconductor layer 121. be able to. Therefore, the degree to which this depletion layer narrows the current path in the first semiconductor layer 121 can be suppressed. Therefore, the on-resistance of silicon carbide semiconductor devices 501 and 502 can be reduced.
  • the side wall portion 201S of the gate insulating film 201 is formed on the second side surface SW2 by the portion having a thickness smaller than the thickness d 2 in the first semiconductor layer 121.
  • the third semiconductor layer 123 is preferably connected.
  • the first semiconductor layer 121 and the third semiconductor layer 123 are connected by the channel path facing the gate electrode 230 only through the portion of the gate insulating film 201 having a thickness smaller than the thickness d 2. . Therefore, the gate voltage required for gate control can be further reduced.
  • the side wall portion 201S of the gate insulating film 201 is formed on the second side surface SW2 by the portion having the thickness d 1 and the third semiconductor layer 121 and the third semiconductor layer
  • the layers 123 are preferably connected.
  • the first semiconductor layer 121 and the third semiconductor layer 123 are connected by the channel path facing the gate electrode 230 through only the portion having the thickness d 1 in the gate insulating film 201. Therefore, the gate voltage required for gate control can be further reduced.
  • the side wall portion 201S of the gate insulating film 201 is formed on the second side surface SW1 by the portion having a thickness larger than the thickness d 1 on the first side surface SW1. And the bottom 201B are preferably connected.
  • the portion of the first side surface SW1 of the side wall portion 201S is, the thickness of thickness greater than d 1, has in a wider range. Therefore, the dielectric breakdown of the gate insulating film 201 in the vicinity of the corner CR of the trench TR can be more reliably prevented.
  • the portion of the first side surface SW1 of the side wall portion 201S is larger thickness d 2 than each of the thickness d 0 and d 1, has in a wider range. Therefore, the dielectric breakdown of the gate insulating film 201 near the corner CR of the trench TR can be more reliably prevented.
  • Embodiments 1 to 3 and supplementary items will be described below.
  • MOSFET 501 silicon carbide semiconductor device of the present embodiment includes epitaxial substrate 100 (silicon carbide substrate), gate insulating film 201, gate electrode 230, interlayer insulating film 203, and source electrode. 221, a drain electrode 211, a source wiring 222, and a protective electrode 212.
  • Epitaxial substrate 100 is made of silicon carbide, and has single crystal substrate 110 and an epitaxial layer provided thereon.
  • Single crystal substrate 110 has n-type (first conductivity type).
  • the plane orientation (hklm) of one main surface (upper surface in FIG. 1) of single crystal substrate 110 preferably has a negative m, more preferably approximately (000-1) plane.
  • the epitaxial layer of epitaxial substrate 100 includes an n ⁇ layer 121 (first semiconductor layer), a p-type body layer 122 (second semiconductor layer), and an n region 123 (third semiconductor layer). Semiconductor layer) and a contact region 124. Silicon carbide of epitaxial substrate 100 preferably has a hexagonal crystal structure, and more preferably has polytype 4H.
  • the n ⁇ layer 121 has an n-type by adding a donor. It is preferable that the donor is added to n ⁇ layer 121 not by ion implantation but by impurity addition during epitaxial growth of n ⁇ layer 121.
  • the donor concentration of n ⁇ layer 121 is preferably lower than the donor concentration of single crystal substrate 110.
  • the donor concentration of the n ⁇ layer 121 is preferably 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or more and 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less, for example, 8 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 .
  • the p-type body layer 122 is provided on the n ⁇ layer 121 and has p-type (second conductivity type different from the first conductivity type) by adding an acceptor.
  • the acceptor concentration of p-type body layer 122 is, for example, 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • N region 123 has n type. N region 123 is provided on p type body layer 122 and is separated from n ⁇ layer 121 by p type body layer 122.
  • Contact region 124 has a p-type. Contact region 124 is formed on part of p type body layer 122 so as to be connected to p type body layer 122.
  • trench TR is provided in the epitaxial layer of epitaxial substrate 100.
  • Trench TR includes a bottom surface BT made of n ⁇ layer 121 and side wall surface SW having side surfaces SW1 to SW3 (first to third side surfaces).
  • Each of side surfaces SW1 to SW3 includes n ⁇ layer 121, p-type body layer 122, and n region 123.
  • Bottom surface BT is a flat surface substantially parallel to the main surface of epitaxial substrate 100.
  • Trench TR has a corner CR formed by combining side surface SW1 and bottom surface BT.
  • the side surface SW2 functions as a MOSFET channel.
  • side wall surface SW in particular side surface SW2, has a predetermined crystal plane (also referred to as “special surface”). Details of the special surface will be described later.
  • the fact that the epitaxial substrate 100 has the trench TR corresponds to the fact that the epitaxial layer is partially removed on the upper surface of the single crystal substrate 110.
  • a large number of mesa structures are formed on the upper surface of single crystal substrate 110.
  • the mesa structure has a hexagonal shape at the top and bottom, and the side walls thereof are inclined with respect to the top surface of the single crystal substrate 110.
  • the trench TR expands toward the opening side.
  • the gate insulating film 201 is provided on the trench TR. Gate insulating film 201 separates epitaxial substrate 100 and gate electrode 230 in trench TR.
  • the gate insulating film 201 is preferably an oxide film, for example, a silicon oxide film.
  • Gate insulating film 201 has a bottom portion 201B that covers bottom surface BT, and a side wall portion 201S that is connected to bottom portion 201B and covers side wall surface SW.
  • Bottom 201B has a minimum thickness d 0.
  • Portions on the side SW2 of the side wall portion 201S has a minimum thickness d 1.
  • Portion connected to the bottom 201B on the side wall SW1 of the side wall portion 201S has a thickness d 2.
  • the portion having the thickness d 1 and the portion having the thickness d 2 are connected to each other at the boundary portion BP that is a region where the thickness changes.
  • boundary portion BP is located deeper (lower in the figure) than the boundary between side surfaces SW1 and SW2.
  • side wall portion 201S connects n ⁇ layer 121 and n region 123 by a portion having a thickness smaller than thickness d 2 on side surface SW2.
  • sidewall 201S connects n ⁇ layer 121 and n region 123 by a portion having thickness d 1 on side surface SW2.
  • the gate electrode 230 is provided on the trench TR through the gate insulating film 201. That is, the gate electrode 230 faces each of the side surfaces SW1 to SW3 and the bottom surface BT through the gate insulating film 201.
  • the source electrode 221 passes through the interlayer insulating film 203 and is in contact with each of the n region 123 and the contact region 124.
  • the source wiring 222 is provided on the source electrode 221 and the interlayer insulating film 203 so as to be in contact with the source electrode 221.
  • Drain electrode 211 is provided on the surface of epitaxial substrate 100 opposite to the surface on which trench TR is provided.
  • the protective electrode 212 covers the drain electrode 211.
  • n ⁇ layer 121 is formed on single crystal substrate 110 by epitaxial growth.
  • This epitaxial growth is performed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) as a source gas and using, for example, hydrogen gas (H 2 ) as a carrier gas.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • H 2 hydrogen gas
  • p type body layer 122 on n ⁇ layer 121 and n region 123 on p type body layer 122 are formed. Specifically, ion implantation is performed on the upper surface of n ⁇ layer 121. In ion implantation for forming p-type body layer 122, for example, an acceptor such as aluminum (Al) is ion-implanted. In ion implantation for forming n region 123, a donor such as phosphorus (P) is ion-implanted. Instead of ion implantation, epitaxial growth may be used with the addition of impurities. Next, the contact region 124 is formed by ion implantation.
  • activation heat treatment for activating the impurities added by ion implantation is performed.
  • the temperature of this heat treatment is preferably 1500 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower, for example, about 1700 ° C.
  • the heat treatment time is, for example, about 30 minutes.
  • the atmosphere of the heat treatment is preferably an inert gas atmosphere, for example, an Ar atmosphere.
  • the epitaxial substrate 100 is prepared as described above.
  • a mask 401 having an opening that partially exposes the n region 123 is formed on the epitaxial substrate 100.
  • the opening is arranged corresponding to the position of trench TR (FIG. 1).
  • a silicon oxide film formed by thermal oxidation can be used as the mask 401.
  • n region 123, p type body layer 122, and part of n ⁇ layer 121 are removed by etching in the opening of mask 401.
  • etching method for example, reactive ion etching (RIE), particularly inductively coupled plasma (ICP) RIE can be used.
  • ICP-RIE using SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 as a reaction gas can be used.
  • recess TQ having an inner surface SV whose side wall is substantially perpendicular to the main surface of single crystal substrate 110 can be formed in a region where trench TR (FIG. 1) is to be formed.
  • the epitaxial substrate 100 is etched using the mask 401. Specifically, thermal etching is performed on the epitaxial substrate 100 on the inner surface SV of the recess TQ.
  • the thermal etching can be performed, for example, by heating the epitaxial substrate 100 in an atmosphere containing a reactive gas having at least one kind of halogen atom.
  • the at least one or more types of halogen atom includes at least one of a chlorine (Cl) atom and a fluorine (F) atom.
  • This atmosphere is, for example, Cl 2 , BCL 3 , SF 6 , or CF 4 .
  • thermal etching is performed using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas as a reaction gas and a heat treatment temperature of, for example, 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less.
  • the reaction gas may contain a carrier gas.
  • the carrier gas for example, nitrogen (N 2 ) gas, argon gas, helium gas or the like can be used.
  • the SiC etching rate is, for example, about 70 ⁇ m / hour.
  • the mask 401 made of silicon oxide has a very high selectivity with respect to SiC, so that it is not substantially etched during the etching of SiC.
  • trench TR is formed in the epitaxial layer of silicon carbide substrate 100 by the above thermal etching.
  • epitaxial substrate 100 is etched so as to be side-etched from the opening of mask 401 as indicated by arrow SE.
  • a special surface is self-formed on the side wall surface SW of the trench TR, particularly on the side surface SW2.
  • the mask 401 is removed by, for example, wet etching (FIG. 8).
  • the wet etching can be performed using, for example, hydrofluoric acid.
  • a lower insulating film 201P (first insulating film) is formed on the trench TR.
  • Lower insulating film 201P covers each of side surfaces SW1 to SW3 and bottom surface BT of trench TR. Formation of lower insulating film 201P is preferably performed by thermal oxidation of epitaxial substrate 100.
  • a deposited film 302P that covers the trench TR is formed via the lower insulating film 201P.
  • the deposited film 302P can be formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • a resist solution is applied so as to fill the trench TR through the deposited film 302P and the lower insulating film 201P. Thereby, a resist layer 402 is formed.
  • the resist layer 402 is patterned so that the resist layer 402 partially remains in the trench TR.
  • the remaining resist layer 402 covers a portion of the deposited film 302P located at the corner CR via the lower insulating film 201P.
  • the etch back can be performed without using an etching mask.
  • the deposited film 302P is etched using the resist layer 402 as a mask.
  • the silicon film 302 is formed from the deposited film 302P (FIG. 12) by the etching.
  • the silicon film 302 covers a portion of the lower insulating film 201P located at the corner CR, and exposes at least a part of the portion of the lower insulating film 201P located on the side surface SW2.
  • the resist layer 402 is removed (FIG. 14).
  • the upper insulating film 202 (second insulating film) is formed by oxidizing the silicon film 302 (FIG. 14).
  • Upper insulating film 202 covers a portion of lower insulating film 201P located at corner CR, and exposes at least a portion of a portion of lower insulating film 201P located on side surface SW2.
  • upper insulating film 202 exposes the entire portion of lower insulating film 201P located on side surface SW2.
  • the oxidation of the silicon film 302 can be performed, for example, by thermal oxidation at 800 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. In this manner, the covering insulating film 251 having the upper insulating film 202 and the lower insulating film 201P is formed so as to cover the trench TR.
  • the coating insulating film 251 (FIG. 15) is etched back.
  • a corner insulating film 201R that covers the corner CR and exposes at least a part of the side surface SW2 of the trench TR is formed. It is preferable that a part of the bottom surface BT is exposed during the etch back.
  • the etch back can be performed without using an etching mask. Etch back is preferably performed by wet etching. The wet etching can be performed using, for example, hydrofluoric acid.
  • trench TR is thermally oxidized. Thereby, the gate insulating film 201 (FIG. 17) is formed.
  • a gate electrode 230 is formed on the trench TR with a gate insulating film 201 interposed therebetween.
  • the formation method of the gate electrode 230 can be performed by, for example, film formation of a conductor or doped polysilicon and CMP (Chemical Mechanical Polishing).
  • interlayer insulating film 203 is formed on gate electrode 230 and gate insulating film 201 so as to cover the exposed surface of gate electrode 230. Etching is performed so that openings are formed in the interlayer insulating film 203 and the gate insulating film 201. By this opening, each of n region 123 and contact region 124 is exposed on the upper surface of the mesa structure.
  • source electrode 221 in contact with each of n region 123 and contact region 124 is formed on the upper surface of the mesa structure.
  • a source wiring 222, a drain electrode 211, and a protective electrode 212 are formed. Thereby, the MOSFET 501 is obtained.
  • d 2 > d 1 (FIG. 3) enables both gate control at a low voltage and prevention of dielectric breakdown of gate insulating film 201 in the vicinity of corner CR of trench TR.
  • d 2 > d 0 the bottom portion 201B of the gate insulating film 201 has a portion thinner than the thickness d 2 , so that the extension of the depletion layer from the bottom surface BT of the trench TR into the n ⁇ layer 121 can be suppressed. it can. Therefore, the degree to which this depletion layer narrows the current path in n ⁇ layer 121 can be suppressed. Therefore, the on-resistance of the MOSFETs 501 and 502 can be reduced.
  • side wall portion 201S of gate insulating film 201 preferably connects n ⁇ layer 121 and n region 123 by a portion having a thickness smaller than thickness d 2 on side surface SW2.
  • n ⁇ layer 121 and n region 123 are connected by the channel path facing gate electrode 230 only through the portion of gate insulating film 201 having a thickness smaller than thickness d 2 . Therefore, the gate voltage required for gate control can be further reduced.
  • Side wall portion 201S of gate insulating film 201 preferably connects n ⁇ layer 121 and n region 123 by a portion having thickness d 1 on side surface SW2.
  • n ⁇ layer 121 and n region 123 are connected by the channel path facing gate electrode 230 only through the portion having thickness d 1 in gate insulating film 201. Therefore, the gate voltage required for gate control can be further reduced.
  • the step of forming the corner insulating film 201R preferably includes the step of forming the covering insulating film 251 (FIG. 15) covering the trench TR and the step of etching back the covering insulating film 251.
  • the covering insulating film 251 is preferably etched back by wet etching. Thereby, the etch back is performed by chemical etching instead of physical etching. Therefore, physical damage to the epitaxial substrate 100 during etch back does not occur.
  • the coating insulating film 251 As a part of the coating insulating film 251, at least a portion of the lower insulating film 201P that covers the portion positioned on the corner CR and that is on the side surface SW2 of the lower insulating film 201P is covered. It is preferable to form an upper insulating film 202 that partially exposes. As a result, the covering insulating film 251 in which a portion as the corner insulating film 201R is likely to remain after the etch back is formed.
  • the silicon film 302 is etched using the resist layer 402 patterned by etch back (FIGS. 11 and 12) as a mask (FIG. 13). Thereby, the silicon film 302 to be the upper insulating film 202 can be easily patterned.
  • boundary portion BP is located on the boundary between side surfaces SW1 and SW2.
  • “located on the boundary” does not allow manufacturing errors at all, and specifically, an error of about ⁇ 0.1 ⁇ m is allowed.
  • the progress of the etch-back process (FIGS. 11 and 12) in the first embodiment may be suppressed. Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • the side wall portion 201S of the gate insulating film 201 has a p-type body layer 122 and a bottom portion 201B on the side surface SW1 by a portion having a thickness larger than the thickness d 1. Between the two. Thus, portions on the side SW1 of the side wall portion 201S is, the thickness of thickness greater than d 1, has in a wider range. Therefore, the dielectric breakdown of the gate insulating film 201 in the vicinity of the corner CR of the trench TR can be more reliably prevented.
  • Sidewall portions 201S of the gate insulating film 201, on the side SW1, may connect between the p-type body layer 122 and bottom 201B by a portion having a thickness d 2.
  • portions on the side SW1 of the side wall portion 201S is larger thickness d 2 than each of the thickness d 0 and d 1, has in a wider range. Therefore, the dielectric breakdown of the gate insulating film 201 in the vicinity of the corner CR of the trench TR can be more reliably prevented.
  • the bottom portion 252B located on the bottom surface BT, the sidewall portion 252S located on the sidewall surface SW so as to be connected to the bottom portion 252B, and the epitaxial substrate 100 are covered outside the trench TR.
  • a covering insulating film 252 having a surface portion 252T is formed.
  • the step of forming the covering insulating film 252 is performed by forming a thermal oxide film on the trench TR so that the side wall portion 252S has the maximum thickness at a position connected to the bottom portion 252B.
  • This thermal oxide film is preferably formed by thermal oxidation at a temperature below 1300 ° C.
  • the covering insulating film 252 is etched back in substantially the same manner as the covering insulating film 251 (FIG. 15) is etched back in the first embodiment.
  • the corner insulating film 201R (FIG. 16) is formed.
  • MOSFET 501 (FIG. 1) is obtained through the steps of FIGS. 17 and 18 in substantially the same manner as in the first embodiment.
  • side wall surface SW (FIG. 3) of trench TR, in particular, side surface SW2, preferably has a predetermined crystal surface (also referred to as a special surface).
  • a sidewall surface SW includes a surface S1 (first surface) having a surface orientation ⁇ 0-33-8 ⁇ as shown in FIG.
  • the plane S1 preferably has a plane orientation (0-33-8).
  • the side wall surface SW microscopically includes the surface S1, and the side wall surface SW further microscopically includes a surface S2 (second surface) having a surface orientation ⁇ 0-11-1 ⁇ .
  • “microscopic” means that the dimensions are as detailed as at least a dimension of about twice the atomic spacing.
  • TEM Transmission Electron Microscope
  • the plane S2 preferably has a plane orientation (0-11-1).
  • the surface S1 and the surface S2 of the sidewall surface SW constitute a composite surface SR having a surface orientation ⁇ 0-11-2 ⁇ . That is, the composite surface SR is configured by periodically repeating the surfaces S1 and S2. Such a periodic structure can be observed by, for example, TEM or AFM (Atomic Force Microscopy).
  • the composite surface SR has an off angle of 62 ° macroscopically with respect to the ⁇ 000-1 ⁇ plane.
  • “macroscopic” means ignoring a fine structure having a dimension on the order of atomic spacing. As such a macroscopic off-angle measurement, for example, a general method using X-ray diffraction can be used.
  • composite surface SR has a plane orientation (0-11-2). In this case, the composite surface SR has an off angle of 62 ° macroscopically with respect to the (000-1) plane.
  • the channel direction CD which is the direction in which carriers flow on the channel surface, is along the direction in which the above-described periodic repetition is performed.
  • Si atoms are atoms of the A layer (solid line in the figure), B layer atoms (broken line in the figure) located below, C layer atoms (dotted line in the figure) located below, and B layer atoms (not shown) located below this It is provided repeatedly. That is, a periodic laminated structure such as ABCBABCBABCB... Is provided with four layers ABCB as one period.
  • the atoms in each of the four layers ABCB constituting one cycle described above are (0-11-2) It is not arranged to be completely along the plane.
  • the (0-11-2) plane is shown so as to pass through the position of the atoms in the B layer. You can see that it is shifted. For this reason, even if the macroscopic plane orientation of the surface of the silicon carbide single crystal, that is, the plane orientation when ignoring the atomic level structure is limited to (0-11-2), the surface is microscopic. Can take various structures.
  • a surface S1 having a surface orientation (0-33-8) and a surface S2 connected to the surface S1 and having a surface orientation different from the surface orientation of the surface S1 are alternately provided. It is configured by being.
  • the length of each of the surface S1 and the surface S2 is twice the atomic spacing of Si atoms (or C atoms).
  • the surface obtained by averaging the surfaces S1 and S2 corresponds to the (0-11-2) surface (FIG. 23).
  • the single crystal structure periodically includes a structure (part of the surface S1) equivalent to a cubic crystal when viewed partially.
  • a surface S1 having a surface orientation (001) in a structure equivalent to the above-described cubic crystal and a surface S2 connected to the surface S1 and having a surface orientation different from the surface orientation of the surface S1 are alternated. It is comprised by being provided in.
  • polytypes other than 4H may constitute the surface according to S2).
  • the polytype may be 6H or 15R, for example.
  • the horizontal axis indicates the angle D1 formed by the macroscopic surface orientation of the side wall surface SW having the channel surface and the (000-1) plane
  • the vertical axis indicates the mobility MB.
  • the plot group CM corresponds to the case where the side wall surface SW is finished as a special surface by thermal etching
  • the plot group MC corresponds to the case where such thermal etching is not performed.
  • the mobility MB in the plot group MC was maximized when the macroscopic surface orientation of the channel surface was (0-33-8). This is because, when thermal etching is not performed, that is, when the microscopic structure of the channel surface is not particularly controlled, the macroscopic plane orientation is set to (0-33-8). This is probably because the ratio of the formation of the visual plane orientation (0-33-8), that is, the plane orientation (0-33-8) considering the atomic level, stochastically increased.
  • the mobility MB in the plot group CM was maximized when the macroscopic surface orientation of the channel surface was (0-11-2) (arrow EX).
  • the reason for this is that, as shown in FIGS. 24 and 25, a large number of surfaces S1 having a plane orientation (0-33-8) are regularly and densely arranged via the surface S2, so that the surface of the channel surface is fine. This is probably because the proportion of the visual plane orientation (0-33-8) has increased.
  • the mobility MB has an orientation dependency on the composite surface SR.
  • the horizontal axis indicates the angle D2 between the channel direction and the ⁇ 0-11-2> direction
  • the vertical axis indicates the mobility MB (arbitrary unit) of the channel surface.
  • a broken line is added to make the graph easier to see.
  • the angle D2 of the channel direction CD is preferably 0 ° or more and 60 ° or less, and more preferably substantially 0 °. all right.
  • the sidewall surface SW may further include a surface S3 (third surface) in addition to the composite surface SR. More specifically, the sidewall surface SW may include a composite surface SQ configured by periodically repeating the surface S3 and the composite surface SR.
  • the off angle of the side wall surface SW with respect to the ⁇ 000-1 ⁇ plane deviates from 62 ° which is the ideal off angle of the composite surface SR. This deviation is preferably small and preferably within a range of ⁇ 10 °.
  • a surface included in such an angle range for example, there is a surface whose macroscopic plane orientation is a ⁇ 0-33-8 ⁇ plane.
  • the off angle of the side wall surface SW with respect to the (000-1) plane deviates from 62 °, which is the ideal off angle of the composite surface SR.
  • This deviation is preferably small and preferably within a range of ⁇ 10 °.
  • a surface included in such an angle range for example, there is a surface whose macroscopic plane orientation is a (0-33-8) plane.
  • the silicon carbide semiconductor device may be a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) other than the MOSFET.
  • the silicon carbide semiconductor device is not limited to the MISFET, and may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • 100 epitaxial substrate (silicon carbide substrate), 110 single crystal substrate, 121 n ⁇ layer 121 (first semiconductor layer), 122 p-type body layer (second semiconductor layer), 123 n region (third semiconductor layer) , 124 contact region, 201 gate insulating film, 201P lower insulating film (first insulating film), 202 upper insulating film (second insulating film), 201B bottom, 201P lower insulating film (first insulating film), 201S Side wall portion 202 Upper insulating film (second insulating film) 203 Interlayer insulating film 211 Drain electrode 212 Protection electrode 221 Source electrode 222 Source wiring 230 Gate electrode 251 252 Covering insulating film 252B Bottom portion , 252S side wall portion, 252T surface portion, 302 silicon film, 302P deposited film, 401 mask, 402 resist layer, 501 and 502 M SFET (silicon carbide semiconductor device), BT bottom, CR corners, SW sidewall surface, SW1 ⁇ SW3 first

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Abstract

　炭化珪素基板（１００）は第１～第３の半導体層（１２１～１２３）を有する。第１および第３の半導層は第１の導電型を有し、第２の半導体層は第２の導電型を有する。トレンチ（ＴＲ）は、第１の半導体層（１２１）からなる底面（ＢＴ）と、第１～第３の半導体層（１２１～１２３）のそれぞれからなる第１～第３の側面（ＳＷ１～ＳＷ３）とを有する。トレンチ（ＴＲ）上には底部（２０１Ｂ）および側壁部（２０１Ｓ）を有するゲート絶縁膜（２０１）が設けられている。底部（２０１Ｂ）は最小厚さｄ0を有する。側壁部（２０１Ｓ）のうち第２の側面（ＳＷ２）上の部分は最小厚さｄ1を有する。側壁部（２０１Ｓ）のうち第１の側面（ＳＷ１）上で底部（２０１Ｂ）につながる部分は厚さｄ2を有する。ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0が満たされている。これにより、絶縁破壊を防止しつつオン抵抗を小さくする。

Description

炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置
　この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置に関するものであり、特に、トレンチを有する炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置に関するものである。
　炭化珪素半導体装置として、たとえば特開平７－３２６７５５号公報（特許文献１）は、炭化珪素基板を用いたトレンチゲート型ＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　Transistor）を開示している。この公報によれば、トレンチの底部のゲート酸化膜の絶縁破壊を防止するために、側部に比して底部でのゲート熱酸化膜の厚さが大きくされている。
特開平７－３２６７５５号公報
　上記のように単純にゲート酸化膜の底部を厚くした場合、レンチの底面から半導体層中へ空乏層がより延びることで、半導体層中の電流経路が狭窄される。これにより炭化珪素半導体装置のオン抵抗が大きくなってしまう。
　本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、絶縁破壊を防止しつつオン抵抗を小さくすることができる炭化珪素半導体装置の製造方法およびその炭化珪素半導体装置を提供することである。
　本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。
　第１の導電型を有する第１の半導体層と、第１の半導体層上に設けられ第２の導電型を有する第２の半導体層と、第２の半導体層上に設けられ第２の半導体層によって第１の半導体層と分離され第１の導電型を有する第３の半導体層とを含む炭化珪素基板が準備される。
　炭化珪素基板にトレンチが形成される。トレンチは、第１の半導体層からなる底面と、第１～第３の半導体層のそれぞれからなる第１～第３の側面を有する側壁面とを含む。トレンチは、第１の側面と底面とが合わさることで構成された角部を有する。
　トレンチ上にゲート絶縁膜が形成される。ゲート絶縁膜は、底面を覆う底部と、底部につながっておりかつ側壁面を覆う側壁部とを有する。底部は最小厚さｄ0を有する。側壁部のうち第２の側面上の部分は最小厚さｄ1を有する。側壁部のうち第１の側面上で底部につながる部分は厚さｄ2を有する。ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0が満たされている。ゲート絶縁膜を形成する工程は、角部を覆い、かつトレンチの第２の側面の少なくとも一部を露出する角絶縁膜を形成する工程と、角絶縁膜が形成された後にトレンチを熱酸化する工程とを含む。
　ゲート絶縁膜を介してトレンチ上にゲート電極が形成される。
　本発明の炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する。
　炭化珪素基板は、第１の導電型を有する第１の半導体層と、第１の半導体層上に設けられ第２の導電型を有する第２の半導体層と、第２の半導体層上に設けられ第２の半導体層によって第１の半導体層と分離され第１の導電型を有する第３の半導体層とを含む。炭化珪素基板にはトレンチが設けられている。トレンチは、第１の半導体層からなる底面と、第１～第３の半導体層のそれぞれからなる第１～第３の側面を有する側壁面とを含む。
　ゲート絶縁膜はトレンチ上に設けられている。ゲート絶縁膜は、底面を覆う底部と、底部につながっておりかつ側壁面を覆う側壁部とを有する。底部は最小厚さｄ0を有する。側壁部のうち第２の側面上の部分は最小厚さｄ1を有する。側壁部のうち第１の側面上で底部につながる部分は厚さｄ2を有する。ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0が満たされている。
　ゲート電極はゲート絶縁膜を介してトレンチ上に設けられている。
　本発明によれば絶縁破壊を防止しつつオン抵抗を小さくすることができる。
本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置が有する炭化珪素基板の形状を概略的に示す斜視図であり、図を見やすくするために第２の導電型の領域にハッチングを付した図である。 図１の拡大図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第４工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第５工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第６工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第７工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第８工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第９工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第１０工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第１１工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第１２工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第１３工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第１４工程を概略的に示す部分断面図である。 図１の炭化珪素半導体装置の製造方法の第１５工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態２における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態３における炭化珪素半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 炭化珪素半導体装置が有する炭化珪素基板の表面の微細構造を概略的に示す部分断面図である。 ポリタイプ４Ｈの六方晶における（０００－１）面の結晶構造を示す図である。 図２２の線ＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩに沿う（１１－２０）面の結晶構造を示す図である。 図２１の複合面の表面近傍における結晶構造を（１１－２０）面内において示す図である。 図２１の複合面を（０１－１０）面から見た図である。 巨視的に見たチャネル面および（０００－１）面の間の角度と、チャネル移動度との関係の一例を、熱エッチングが行われた場合と行われなかった場合との各々について示すグラフ図である。 チャネル方向および＜０－１１－２＞方向の間の角度と、チャネル移動度との関係の一例を示すグラフ図である。 図２１の変形例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”－”（バー）を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
　はじめに、実施の形態の概要について、以下の(i)～(xiv)に記す。
　(i)　炭化珪素半導体装置５０１，５０２の製造方法は、以下の工程を有する。
　第１の導電型を有する第１の半導体層１２１と、第１の半導体層１２１上に設けられ第２の導電型を有する第２の半導体層１２２と、第２の半導体層１２２上に設けられ第２の半導体層１２２によって第１の半導体層１２１と分離され第１の導電型を有する第３の半導体層１２３とを含む炭化珪素基板１００が準備される。
　炭化珪素基板１００にトレンチＴＲが形成される。トレンチＴＲは、第１の半導体層１２１からなる底面ＢＴと、第１～第３の半導体層１２１～１２３のそれぞれからなる第１～第３の側面ＳＷ１～ＳＷ３を有する側壁面ＳＷとを含む。トレンチＴＲは、第１の側面ＳＷ１と底面ＢＴとが合わさることで構成された角部ＣＲを有する。
　トレンチＴＲ上にゲート絶縁膜２０１が形成される。ゲート絶縁膜２０１は、底面ＢＴを覆う底部２０１Ｂと、底部２０１Ｂにつながっておりかつ側壁面ＳＷを覆う側壁部２０１Ｓとを有する。底部２０１Ｂは最小厚さｄ0を有する。側壁部２０１Ｓのうち第２の側面ＳＷ２上の部分は最小厚さｄ1を有する。側壁部２０１Ｓのうち第１の側面ＳＷ１上で底部２０１Ｂにつながる部分は厚さｄ2を有する。ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0が満たされている。ゲート絶縁膜２０１を形成する工程は、角部ＣＲを覆い、かつトレンチＴＲの第２の側面ＳＷ２の少なくとも一部を露出する角絶縁膜２０１Ｒを形成する工程と、角絶縁膜２０１Ｒが形成された後にトレンチＴＲを熱酸化する工程とを含む。
　ゲート絶縁膜２０１を介してトレンチＴＲ上にゲート電極２３０が形成される。
　この製造方法によれば、角絶縁膜２０１Ｒを形成することで、ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0を満たすゲート絶縁膜２０１が得られる。ｄ2＞ｄ1により、低い電圧でのゲート制御と、トレンチＴＲの角部ＣＲ近傍でのゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊防止との両方が可能となる。さらにｄ2＞ｄ0により、ゲート絶縁膜２０１の底部２０１Ｂが厚さｄ2よりも薄い部分を有するので、トレンチＴＲの底面ＢＴから第１の半導体層１２１中への空乏層の延びを抑制することができる。よってこの空乏層が第１の半導体層１２１中の電流経路を狭窄する程度を抑制することができる。よって炭化珪素半導体装置５０１，５０２のオン抵抗を小さくすることができる。
　(ii)　上記(i)において、角絶縁膜２０１Ｒを形成する工程は、トレンチＴＲを覆う被覆絶縁膜２５１，２５２を形成する工程と、被覆絶縁膜２５１，２５２をエッチバックする工程とを含むことが好ましい。
　これにより、角絶縁膜２０１Ｒを容易に形成することができる。
　(iii)　上記(ii)において、被覆絶縁膜２５１，２５２をエッチバックする工程は、ウエットエッチングによって行なわれることが好ましい。
　これにより、エッチバックが、物理的エッチングではなく化学的エッチングにより行なわれる。よってエッチバックにおける炭化珪素基板１００への物理的ダメージが生じない。
　(iv)　上記(ii)または(iii)において、被覆絶縁膜２５１を形成する工程は、以下の工程を含んでもよい。
　トレンチＴＲ上に第１の絶縁膜２０１Ｐが形成される。第１の絶縁膜２０１Ｐが形成された後に、第１の絶縁膜２０１Ｐのうち角部ＣＲに位置する部分を覆い、かつ第１の絶縁膜２０１Ｐのうち第２の側面ＳＷ２上に位置する部分の少なくとも一部を露出する第２の絶縁膜２０２が形成される。
　これにより、エッチバック後に角絶縁膜２０１Ｒとしての部分が残りやすい被覆絶縁膜２５１が形成される。
　(v)　上記(iv)において、第２の絶縁膜２０２を形成する工程は、以下の工程を含んでもよい。
　第１の絶縁膜２０１Ｐが形成された後に、第１の絶縁膜２０１Ｐのうち角部ＣＲに位置する部分を覆い、かつ第１の絶縁膜２０１Ｐのうち第２の側面ＳＷ２上に位置する部分の少なくとも一部を露出するシリコン膜３０２が形成される。シリコン膜３０２が酸化される。
　これにより、被覆絶縁膜２５１のうち第２の絶縁膜２０２をシリコン膜３０２から形成することができる。
　(vi)　上記(v)において、シリコン膜３０２を形成する工程は、以下の工程を含んでもよい。
　シリコンを堆積することによって、トレンチＴＲを被覆する堆積膜３０２Ｐが形成される。堆積膜３０２Ｐを介してトレンチＴＲを埋めるようにレジスト液を塗布することでレジスト層４０２が形成される。レジスト層４０２をエッチバックすることによって、トレンチＴＲ内にレジスト層４０２が部分的に残るように、レジスト層４０２がパターニングされる。レジスト層４０２がパターニングされた後に、レジスト層４０２をマスクとして用いて堆積膜３０２Ｐがエッチングされる。
　これにより、第２の絶縁膜２０２となるシリコン膜３０２のパターニングを容易に行なうことができる。
　(vii)　上記(ii)または(iii)において、被覆絶縁膜２５２は、底面ＢＴ上に位置する底部分２５２Ｂと、底部分２５２Ｂにつながるように側壁面ＳＷ上に位置する側壁部分２５２Ｓとを有してもよい。被覆絶縁膜２５２を形成する工程は、底部分２５２Ｂにつながる位置において側壁部分２５２Ｓが最大の厚さを有するようにトレンチＴＲ上に熱酸化膜を形成することによって行なわれてもよい。
　これにより、エッチバック後に角絶縁膜２０１Ｒとしての部分が残りやすい被覆絶縁膜２５２が形成される。
　(viii)　上記(vii)において、熱酸化膜は１３００℃未満の温度での熱酸化によって形成されてもよい。
　これにより、エッチバック後に角絶縁膜２０１Ｒとしての部分が残りやすい被覆絶縁膜２５２を、熱酸化を用いて容易に形成することができる。
　(ix)　炭化珪素半導体装置５０１，５０２は、炭化珪素基板１００と、ゲート絶縁膜２０１と、ゲート電極２３０とを有する。
　炭化珪素基板１００は、第１の導電型を有する第１の半導体層１２１と、第１の半導体層１２１上に設けられ第２の導電型を有する第２の半導体層１２２と、第２の半導体層１２２上に設けられ第２の半導体層１２２によって第１の半導体層１２１と分離され第１の導電型を有する第３の半導体層１２３とを含む。炭化珪素基板１００にはトレンチＴＲが設けられている。トレンチＴＲは、第１の半導体層１２１からなる底面ＢＴと、第１～第３の半導体層１２１～１２３のそれぞれからなる第１～第３の側面ＳＷ１～ＳＷ３を有する側壁面ＳＷとを含む。
　ゲート絶縁膜２０１はトレンチＴＲ上に設けられている。ゲート絶縁膜２０１は、底面ＢＴを覆う底部２０１Ｂと、底部２０１Ｂにつながっておりかつ側壁面ＳＷを覆う側壁部２０１Ｓとを有する。底部２０１Ｂは最小厚さｄ0を有する。側壁部２０１Ｓのうち第２の側面ＳＷ２上の部分は最小厚さｄ1を有する。側壁部２０１Ｓのうち第１の側面ＳＷ１上で底部２０１Ｂにつながる部分は厚さｄ2を有する。ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0が満たされている。
　ゲート電極２３０はゲート絶縁膜２０１を介してトレンチＴＲ上に設けられている。
　この炭化珪素半導体装置５０１，５０２によれば、ゲート絶縁膜２０１がｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0を満たす。ｄ2＞ｄ1により、低い電圧でのゲート制御と、トレンチＴＲの角部ＣＲ近傍でのゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊防止との両方が可能となる。さらにｄ2＞ｄ0により、ゲート絶縁膜２０１の底部２０１Ｂが厚さｄ2よりも薄い部分を有するので、トレンチＴＲの底面ＢＴから第１の半導体層１２１中への空乏層の延びを抑制することができる。よってこの空乏層が第１の半導体層１２１中の電流経路を狭窄する程度を抑制することができる。よって炭化珪素半導体装置５０１，５０２のオン抵抗を小さくすることができる。
　(x)　上記(ix)において、ｄ0＞ｄ1が満たされていることが好ましい。
　これにより、ゲート絶縁膜２０１の底部２０１Ｂに、過度に薄い部分が形成されない。よってゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊をより確実に防止することができる。
　(xi)　上記(ix)または(x)において、ゲート絶縁膜２０１の側壁部２０１Ｓは、第２の側面ＳＷ２上において、厚さｄ2よりも小さい厚さを有する部分によって第１の半導体層１２１および第３の半導体層１２３をつないでいることが好ましい。
　これにより、ゲート絶縁膜２０１のうち厚さｄ2よりも小さい厚さを有する部分のみを介してゲート電極２３０と対向するチャネル経路によって第１の半導体層１２１および第３の半導体層１２３がつながれる。よってゲート制御に必要なゲート電圧をより低くすることができる。
　(xii)　上記(ix)～(xi)において、ゲート絶縁膜２０１の側壁部２０１Ｓは、第２の側面ＳＷ２上において、厚さｄ1を有する部分によって第１の半導体層１２１および第３の半導体層１２３をつないでいることが好ましい。
　これにより、ゲート絶縁膜２０１のうち厚さｄ1を有する部分のみを介してゲート電極２３０と対向するチャネル経路によって第１の半導体層１２１および第３の半導体層１２３がつながれる。よってゲート制御に必要なゲート電圧をより低くすることができる。
　(xiii)　上記(ix)～(xii)において、ゲート絶縁膜２０１の側壁部２０１Ｓは、第１の側面ＳＷ１上において、厚さｄ1よりも大きい厚さを有する部分によって第２の半導体層１２２と底部２０１Ｂとの間をつないでいることが好ましい。
　これにより、側壁部２０１Ｓのうち第１の側面ＳＷ１上の部分が、厚さｄ1よりも大きい厚さを、より広い範囲において有する。よってトレンチＴＲの角部ＣＲ近傍でのゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊をより確実に防止することができる。
　(xiv)　上記(ix)～(xiii)において、ゲート絶縁膜２０１の側壁部２０１Ｓは、第１の側面ＳＷ１上において、厚さｄ2を有する部分によって第２の半導体層１２２と底部２０１Ｂとの間をつないでいることが好ましい。
　これにより、側壁部２０１Ｓのうち第１の側面ＳＷ１上の部分が、厚さｄ0およびｄ1の各々よりも大きい厚さｄ2を、より広い範囲において有する。よってトレンチＴＲの角部ＣＲ近傍でのゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊をより確実に防止することができる。
　次により詳細な説明として、以下において、実施の形態１～３と、その補足事項とについて説明する。
　（実施の形態１）
　図１に示すように、本実施の形態のＭＯＳＦＥＴ５０１（炭化珪素半導体装置）は、エピタキシャル基板１００（炭化珪素基板）と、ゲート絶縁膜２０１と、ゲート電極２３０と、層間絶縁膜２０３と、ソース電極２２１と、ドレイン電極２１１と、ソース配線２２２と、保護電極２１２とを有する。
　エピタキシャル基板１００は、炭化珪素から作られており、単結晶基板１１０およびその上に設けられたエピタキシャル層を有する。単結晶基板１１０はｎ型（第１の導電型）を有する。単結晶基板１１０の一方主面（図１における上面）の面方位（ｈｋｌｍ）は、好ましくは負のｍを有し、より好ましくはおおよそ（０００－１）面である。
　さらに図２を参照して、エピタキシャル基板１００のエピタキシャル層は、ｎ-層１２１（第１の半導体層）と、ｐ型ボディ層１２２（第２の半導体層）と、ｎ領域１２３（第３の半導体層）と、コンタクト領域１２４とを有する。エピタキシャル基板１００の炭化珪素は、好ましくは六方晶の結晶構造を有し、より好ましくはポリタイプ４Ｈを有する。
　ｎ-層１２１は、ドナーが添加されていることでｎ型を有する。ｎ-層１２１へのドナーの添加は、イオン注入によってではなく、ｎ-層１２１のエピタキシャル成長時の不純物添加によって行われていることが好ましい。ｎ-層１２１のドナー濃度は、単結晶基板１１０のドナー濃度よりも低いことが好ましい。ｎ-層１２１のドナー濃度は、好ましくは１×１０15ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下であり、たとえば８×１０15ｃｍ-3である。
　ｐ型ボディ層１２２は、ｎ-層１２１上に設けられており、アクセプタが添加されていることでｐ型（第１の導電型と異なる第２の導電型）を有する。ｐ型ボディ層１２２のアクセプタ濃度は、たとえば１×１０18ｃｍ-3である。
　ｎ領域１２３はｎ型を有する。ｎ領域１２３は、ｐ型ボディ層１２２上に設けられており、ｐ型ボディ層１２２によってｎ-層１２１と分離されている。
　コンタクト領域１２４はｐ型を有する。コンタクト領域１２４は、ｐ型ボディ層１２２につながるようにｐ型ボディ層１２２の一部の上に形成されている。
　図３を参照して、エピタキシャル基板１００のエピタキシャル層にはトレンチＴＲが設けられている。トレンチＴＲは、ｎ-層１２１からなる底面ＢＴと、側面ＳＷ１～ＳＷ３（第１～第３の側面）を有する側壁面ＳＷとを含む。側面ＳＷ１～ＳＷ３のそれぞれは、ｎ-層１２１、ｐ型ボディ層１２２およびｎ領域１２３からなる。底面ＢＴは、エピタキシャル基板１００の主面とほぼ平行な平坦面である。トレンチＴＲは、側面ＳＷ１と底面ＢＴとが合わさることで構成された角部ＣＲを有する。側面ＳＷ２は、ＭＯＳＦＥＴのチャネルとしての機能を有する。好ましくは、側壁面ＳＷ、特に側面ＳＷ２は、所定の結晶面（「特殊面」とも称する）を有する。特殊面の詳細については後述する。
　エピタキシャル基板１００がトレンチＴＲを有するということは、単結晶基板１１０の上面上においてエピタキシャル層が部分的に除去されていることに対応している。本実施の形態においては、単結晶基板１１０の上面上において多数のメサ構造が形成されている。具体的には、メサ構造は上面および底部が六角形状となっており、その側壁は単結晶基板１１０の上面に対して傾斜している。これによりトレンチＴＲは開口側に向かって拡がっている。
　ゲート絶縁膜２０１はトレンチＴＲ上に設けられている。ゲート絶縁膜２０１はトレンチＴＲ内においてエピタキシャル基板１００とゲート電極２３０とを隔てている。ゲート絶縁膜２０１は、酸化膜であることが好ましく、たとえばシリコン酸化膜である。
　ゲート絶縁膜２０１は、底面ＢＴを覆う底部２０１Ｂと、底部２０１Ｂにつながっておりかつ側壁面ＳＷを覆う側壁部２０１Ｓとを有する。底部２０１Ｂは最小厚さｄ0を有する。側壁部２０１Ｓのうち側面ＳＷ２上の部分は最小厚さｄ1を有する。側壁部２０１Ｓのうち側面ＳＷ１上で底部２０１Ｂにつながる部分は厚さｄ2を有する。本実施の形態においては、厚さｄ1を有する部分と、厚さｄ2を有する部分とが、厚さが変化している領域である境界部ＢＰで互いにつながっている。境界部ＢＰは、本実施の形態においては、側面ＳＷ１およびＳＷ２の境界よりも深くに（図中、下方に）位置している。
　上述した厚さに関して、ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0が満たされている。好ましくはｄ0＞ｄ1が満たされている。好ましくは、側壁部２０１Ｓは、側面ＳＷ２上において、厚さｄ2よりも小さい厚さを有する部分によってｎ-層１２１およびｎ領域１２３をつないでいる。好ましくは、側壁部２０１Ｓは、側面ＳＷ２上において、厚さｄ1を有する部分によってｎ-層１２１およびｎ領域１２３をつないでいる。
　ゲート電極２３０はゲート絶縁膜２０１を介してトレンチＴＲ上に設けられている。すなわちゲート電極２３０は、ゲート絶縁膜２０１を介して、側面ＳＷ１～ＳＷ３の各々と、底面ＢＴとに対向している。
　ソース電極２２１は、層間絶縁膜２０３を貫通してｎ領域１２３およびコンタクト領域１２４の各々に接している。ソース配線２２２はソース電極２２１に接するようにソース電極２２１および層間絶縁膜２０３上に設けられている。ドレイン電極２１１は、エピタキシャル基板１００の、トレンチＴＲが設けられた面と反対の面の上に設けられている。保護電極２１２はドレイン電極２１１を被覆している。
　次にＭＯＳＦＥＴ５０１（図１）の製造方法について説明する。
　図４を参照して、単結晶基板１１０上にｎ-層１２１がエピタキシャル成長により形成される。このエピタキシャル成長は、たとえば原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素ガス（Ｈ2）を用いたＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）法により行うことができる。また、このときドナーとしてたとえば窒素（Ｎ）やリン（Ｐ）を導入することが好ましい。
　次に、ｎ-層１２１上のｐ型ボディ層１２２と、ｐ型ボディ層１２２上のｎ領域１２３とが形成される。具体的には、ｎ-層１２１の上面にイオン注入が行われる。ｐ型ボディ層１２２を形成するためのイオン注入においては、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などのアクセプタがイオン注入される。またｎ領域１２３を形成するためのイオン注入においては、たとえばリン（Ｐ）などのドナーがイオン注入される。なおイオン注入に代わり、不純物の添加をともなうにエピタキシャル成長が用いられてもよい。次に、イオン注入によってコンタクト領域１２４が形成される。
　次に、イオン注入により添加された不純物を活性化するための活性化熱処理が行われる。この熱処理の温度は、好ましくは１５００℃以上１９００℃以下であり、たとえば１７００℃程度である。熱処理の時間は、たとえば３０分程度である。熱処理の雰囲気は、好ましくは不活性ガス雰囲気であり、たとえばＡｒ雰囲気である。以上のようにしてエピタキシャル基板１００が準備される。
　図５に示すように、エピタキシャル基板１００上に、ｎ領域１２３を部分的に露出する開口部を有するマスク４０１が形成される。開口部はトレンチＴＲ（図１）の位置に対応して配置される。マスク４０１としては、たとえば、熱酸化によって形成されたシリコン酸化膜を用いることができる。
　図６に示すように、マスク４０１の開口部において、ｎ領域１２３と、ｐ型ボディ層１２２と、ｎ-層１２１の一部とがエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、特に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ＲＩＥを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてＳＦ6またはＳＦ6とＯ2との混合ガスを用いたＩＣＰ－ＲＩＥを用いることができる。このようなエッチングにより、トレンチＴＲ（図１）が形成されるべき領域に、側壁が単結晶基板１１０の主表面に対してほぼ垂直な内面ＳＶを有する凹部ＴＱを形成することができる。
　次に、マスク４０１を用いてエピタキシャル基板１００がエッチングされる。具体的には、エピタキシャル基板１００に対して、凹部ＴＱの内面ＳＶにおいて熱エッチングが行われる。熱エッチングは、たとえば、少なくとも１種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中で、エピタキシャル基板１００を加熱することによって行い得る。少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素（Ｃｌ）原子およびフッ素（Ｆ）原子の少なくともいずれかを含む。この雰囲気は、たとえば、Ｃｌ2、ＢＣＬ3、ＳＦ6、またはＣＦ4である。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば７００℃以上１０００℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスはキャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素（Ｎ2）ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。そして、上述のように熱処理温度を７００℃以上１０００℃以下とした場合、ＳｉＣのエッチング速度は、たとえば約７０μｍ／時になる。また、この場合に、酸化珪素から作られたマスク４０１は、ＳｉＣに対する選択比が極めて大きいので、ＳｉＣのエッチング中に実質的にエッチングされない。
　図７に示すように、上記の熱エッチングにより炭化珪素基板１００のエピタキシャル層にトレンチＴＲが形成される。トレンチＴＲの形成の際、エピタキシャル基板１００は、矢印ＳＥで示すようにマスク４０１の開口部からサイドエッチングされるようにエッチングされる。またこの熱エッチングの際、トレンチＴＲの側壁面ＳＷ上、特に側面ＳＷ２上に、特殊面が自己形成される。次に、たとえばウエットエッチングにより、マスク４０１が除去される（図８）。ウエットエッチングは、たとえばフッ化水素酸を用いて行ない得る。
　図９に示すように、トレンチＴＲ上に下部絶縁膜２０１Ｐ（第１の絶縁膜）が形成される。下部絶縁膜２０１Ｐは、トレンチＴＲの側面ＳＷ１～ＳＷ３および底面ＢＴの各々を覆っている。下部絶縁膜２０１Ｐの形成は、エピタキシャル基板１００の熱酸化によって行なわれることが好ましい。
　図１０に示すように、シリコンを堆積することによって、下部絶縁膜２０１Ｐを介してトレンチＴＲを被覆する堆積膜３０２Ｐが形成される。堆積膜３０２Ｐの形成は、たとえば化学気相成長（ＣＶＤ）法により行ない得る。
　図１１に示すように、堆積膜３０２Ｐおよび下部絶縁膜２０１Ｐを介してトレンチＴＲを埋めるようにレジスト液が塗布される。これによりレジスト層４０２が形成される。
　図１２に示すように、レジスト層４０２をエッチバックすることによって、トレンチＴＲ内にレジスト層４０２が部分的に残るように、レジスト層４０２がパターニングされる。残されたレジスト層４０２は、堆積膜３０２Ｐのうち、下部絶縁膜２０１Ｐを介して角部ＣＲに位置する部分を覆っている。エッチバックはエッチングマスクを用いることなく行なわれ得る。次にレジスト層４０２がパターニングされた後に、レジスト層４０２をマスクとして用いて堆積膜３０２Ｐがエッチングされる。
　図１３に示すように、上記エッチングによって、堆積膜３０２Ｐ（図１２）からシリコン膜３０２が形成される。シリコン膜３０２は、下部絶縁膜２０１Ｐのうち角部ＣＲに位置する部分を覆っており、かつ下部絶縁膜２０１Ｐのうち側面ＳＷ２上に位置する部分の少なくとも一部を露出している。次にレジスト層４０２が除去される（図１４）。
　図１５に示すように、シリコン膜３０２（図１４）が酸化されることで、上部絶縁膜２０２（第２の絶縁膜）が形成される。上部絶縁膜２０２は、下部絶縁膜２０１Ｐのうち角部ＣＲに位置する部分を覆っており、かつ下部絶縁膜２０１Ｐのうち側面ＳＷ２上に位置する部分の少なくとも一部を露出している。本実施の形態においては、上部絶縁膜２０２は、下部絶縁膜２０１Ｐのうち側面ＳＷ２上に位置する部分の全体を露出している。シリコン膜３０２の酸化は、たとえば８００℃以上９５０℃以下での熱酸化により行ない得る。このようにして、上部絶縁膜２０２および下部絶縁膜２０１Ｐを有する被覆絶縁膜２５１がトレンチＴＲを覆うように形成される。
　図１６に示すように、被覆絶縁膜２５１（図１５）がエッチバックされる。これにより、角部ＣＲを覆い、かつトレンチＴＲの側面ＳＷ２の少なくとも一部を露出する角絶縁膜２０１Ｒが形成される。エッチバックの際に、底面ＢＴの一部が露出されることが好ましい。エッチバックはエッチングマスクを用いることなく行なわれ得る。エッチバックは、ウエットエッチングによって行なわれることが好ましい。ウエットエッチングは、たとえばフッ化水素酸を用いて行ない得る。次にトレンチＴＲが熱酸化される。これによりゲート絶縁膜２０１（図１７）が形成される。
　図１８に示すように、トレンチＴＲ上にゲート絶縁膜２０１を介してゲート電極２３０が形成される。ゲート電極２３０の形成方法は、たとえば、導体またはドープトポリシリコンの成膜とＣＭＰ（Chemical　Mechanical　Polishing）とによって行い得る。
　再び図１を参照して、ゲート電極２３０の露出面を覆うようにゲート電極２３０およびゲート絶縁膜２０１上に層間絶縁膜２０３が形成される。層間絶縁膜２０３およびゲート絶縁膜２０１に開口部が形成されるようにエッチングが行われる。この開口部により、メサ構造の上面においてｎ領域１２３およびコンタクト領域１２４の各々が露出される。次に、メサ構造の上面においてｎ領域１２３およびコンタクト領域１２４の各々に接するソース電極２２１が形成される。ソース配線２２２、ドレイン電極２１１および保護電極２１２が形成される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ５０１が得られる。
　本実施の形態によれば、ｄ2＞ｄ1（図３）により、低い電圧でのゲート制御と、トレンチＴＲの角部ＣＲ近傍でのゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊防止との両方が可能となる。さらにｄ2＞ｄ0により、ゲート絶縁膜２０１の底部２０１Ｂが厚さｄ2よりも薄い部分を有するので、トレンチＴＲの底面ＢＴからｎ-層１２１中への空乏層の延びを抑制することができる。よってこの空乏層がｎ-層１２１中の電流経路を狭窄する程度を抑制することができる。よってＭＯＳＦＥＴ５０１，５０２のオン抵抗を小さくすることができる。
　またｄ0＞ｄ1が満たされている場合、ゲート絶縁膜２０１の底部２０１Ｂに、過度に薄い部分が形成されない。よってゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊をより確実に防止することができる。
　またゲート絶縁膜２０１の側壁部２０１Ｓは、側面ＳＷ２上において、厚さｄ2よりも小さい厚さを有する部分によってｎ-層１２１およびｎ領域１２３をつないでいることが好ましい。これにより、ゲート絶縁膜２０１のうち厚さｄ2よりも小さい厚さを有する部分のみを介してゲート電極２３０と対向するチャネル経路によってｎ-層１２１およびｎ領域１２３がつながれる。よってゲート制御に必要なゲート電圧をより低くすることができる。
　ゲート絶縁膜２０１の側壁部２０１Ｓは、側面ＳＷ２上において、厚さｄ1を有する部分によってｎ-層１２１およびｎ領域１２３をつないでいることが好ましい。これにより、ゲート絶縁膜２０１のうち厚さｄ1を有する部分のみを介してゲート電極２３０と対向するチャネル経路によってｎ-層１２１およびｎ領域１２３がつながれる。よってゲート制御に必要なゲート電圧をより低くすることができる。
　角絶縁膜２０１Ｒ（図１６）を形成する工程は、トレンチＴＲを覆う被覆絶縁膜２５１（図１５）を形成する工程と、被覆絶縁膜２５１をエッチバックする工程とを含むことが好ましい。これにより、角絶縁膜２０１Ｒを容易に形成することができる。被覆絶縁膜２５１はウエットエッチングによってエッチバックされることが好ましい。これにより、エッチバックが、物理的エッチングではなく化学的エッチングにより行なわれる。よってエッチバックにおけるエピタキシャル基板１００への物理的ダメージが生じない。
　また、図１５に示すように、被覆絶縁膜２５１の一部として、下部絶縁膜２０１Ｐのうち角部ＣＲに位置する部分を覆い、かつ下部絶縁膜２０１Ｐのうち側面ＳＷ２上に位置する部分の少なくとも一部を露出する上部絶縁膜２０２が形成されることが好ましい。これにより、エッチバック後に角絶縁膜２０１Ｒとしての部分が残りやすい被覆絶縁膜２５１が形成される。
　また、エッチバック（図１１および図１２）によりパターニングされたレジスト層４０２をマスクとして用いてシリコン膜３０２がエッチングされることが好ましい（図１３）。これにより、上部絶縁膜２０２となるシリコン膜３０２のパターニングを容易に行なうことができる。
　（実施の形態２）
　図１９に示すように、本実施の形態のＭＯＳＦＥＴ５０２（炭化珪素半導体装置）においては、実施の形態１（図３）と異なり、境界部ＢＰが側面ＳＷ１およびＳＷ２の境界上に位置している。ここでの「境界上に位置し」とは製造誤差を全く許容しないものではなく、具体的には±０．１μｍ程度の誤差は許容される。境界部ＢＰをこのように位置させるためには、たとえば、実施の形態１におけるエッチバック工程（図１１および図１２）の進行の程度を抑えればよい。なお上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
　境界部ＢＰが上記のように位置することで、ゲート絶縁膜２０１の側壁部２０１Ｓは、側面ＳＷ１上において、厚さｄ1よりも大きい厚さを有する部分によってｐ型ボディ層１２２と底部２０１Ｂとの間をつないでいる。これにより、側壁部２０１Ｓのうち側面ＳＷ１上の部分が、厚さｄ1よりも大きい厚さを、より広い範囲において有する。よってトレンチＴＲの角部ＣＲ近傍でのゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊をより確実に防止することができる。
　ゲート絶縁膜２０１の側壁部２０１Ｓは、側面ＳＷ１上において、厚さｄ2を有する部分によってｐ型ボディ層１２２と底部２０１Ｂとの間をつないでいてもよい。これにより、側壁部２０１Ｓのうち側面ＳＷ１上の部分が、厚さｄ0およびｄ1の各々よりも大きい厚さｄ2を、より広い範囲において有する。よってトレンチＴＲの角部ＣＲ近傍でのゲート絶縁膜２０１の絶縁破壊をより確実に防止することができる。
　（実施の形態３）
　本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、まず、実施の形態１の図４～図８と同様の工程が行われる。
　次に、図２０に示すように、底面ＢＴ上に位置する底部分２５２Ｂと、底部分２５２Ｂにつながるように側壁面ＳＷ上に位置する側壁部分２５２Ｓと、トレンチＴＲの外側においてエピタキシャル基板１００を覆う表面部分２５２Ｔとを有する被覆絶縁膜２５２が形成される。被覆絶縁膜２５２を形成する工程は、底部分２５２Ｂにつながる位置において側壁部分２５２Ｓが最大の厚さを有するようにトレンチＴＲ上に熱酸化膜を形成することによって行なわれる。この熱酸化膜は１３００℃未満の温度での熱酸化によって形成されることが好ましい。
　次に、実施の形態１において被覆絶縁膜２５１（図１５）がエッチバックされるのとほぼ同様に、被覆絶縁膜２５２がエッチバックされる。これにより角絶縁膜２０１Ｒ（図１６）が形成される。以降、実施の形態１とほぼ同様に、図１７および図１８の工程を経てＭＯＳＦＥＴ５０１（図１）が得られる。
　本実施の形態によれば、エッチバック後に角絶縁膜２０１Ｒとしての部分が残りやすい被覆絶縁膜２５２を、熱酸化を用いて容易に形成することができる。
　（特殊面を有する表面）
　上述したように、トレンチＴＲの側壁面ＳＷ（図３）、特に側面ＳＷ２は、所定の結晶面（特殊面とも称する）を有することが好ましい。このような側壁面ＳＷは、図２１に示すように、面方位｛０－３３－８｝を有する面Ｓ１（第１の面）を含む。面Ｓ１は好ましくは面方位（０－３３－８）を有する。
　より好ましくは、側壁面ＳＷは面Ｓ１を微視的に含み、側壁面ＳＷはさらに、面方位｛０－１１－１｝を有する面Ｓ２（第２の面）を微視的に含む。ここで「微視的」とは、原子間隔の２倍程度の寸法を少なくとも考慮する程度に詳細に、ということを意味する。このように微視的な構造の観察方法としては、たとえばＴＥＭ（Transmission　Electron　Microscope）を用いることができる。面Ｓ２は好ましくは面方位（０－１１－１）を有する。
　好ましくは、側壁面ＳＷの面Ｓ１および面Ｓ２は、面方位｛０－１１－２｝を有する複合面ＳＲを構成している。すなわち複合面ＳＲは、面Ｓ１およびＳ２が周期的に繰り返されることによって構成されている。このような周期的構造は、たとえば、ＴＥＭまたはＡＦＭ（Atomic　Force　Microscopy）により観察し得る。この場合、複合面ＳＲは｛０００－１｝面に対して巨視的に６２°のオフ角を有する。ここで「巨視的」とは、原子間隔程度の寸法を有する微細構造を無視することを意味する。このように巨視的なオフ角の測定としては、たとえば、一般的なＸ線回折を用いた方法を用い得る。好ましくは複合面ＳＲは面方位（０－１１－２）を有する。この場合、複合面ＳＲは（０００－１）面に対して巨視的に６２°のオフ角を有する。
　好ましくは、チャネル面上においてキャリアが流れる方向であるチャネル方向ＣＤは、上述した周期的繰り返しが行われる方向に沿っている。
　次に、複合面ＳＲの詳細な構造について説明する。
　一般に、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶を（０００－１）面から見ると、図２２に示すように、Ｓｉ原子（またはＣ原子）は、Ａ層の原子（図中の実線）と、この下に位置するＢ層の原子（図中の破線）と、この下に位置するＣ層の原子（図中の一点鎖線）と、この下に位置するＢ層の原子（図示せず）とが繰り返し設けられている。つまり４つの層ＡＢＣＢを１周期としてＡＢＣＢＡＢＣＢＡＢＣＢ・・・のような周期的な積層構造が設けられている。
　図２３に示すように、（１１－２０）面（図２２の線ＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩの断面）において、上述した１周期を構成する４つの層ＡＢＣＢの各層の原子は、（０－１１－２）面に完全に沿うようには配列されていない。図２３においてはＢ層の原子の位置を通るように（０－１１－２）面が示されており、この場合、Ａ層およびＣ層の各々の原子は（０－１１－２）面からずれていることがわかる。このため、炭化珪素単結晶の表面の巨視的な面方位、すなわち原子レベルの構造を無視した場合の面方位が（０－１１－２）に限定されたとしても、この表面は、微視的には様々な構造をとり得る。
　図２４に示すように、複合面ＳＲは、面方位（０－３３－８）を有する面Ｓ１と、面Ｓ１につながりかつ面Ｓ１の面方位と異なる面方位を有する面Ｓ２とが交互に設けられることによって構成されている。面Ｓ１および面Ｓ２の各々の長さは、Ｓｉ原子（またはＣ原子）の原子間隔の２倍である。なお面Ｓ１および面Ｓ２が平均化された面は、（０－１１－２）面（図２３）に対応する。
　図２５に示すように、複合面ＳＲを（０１－１０）面から見て単結晶構造は、部分的に見て立方晶と等価な構造（面Ｓ１の部分）を周期的に含んでいる。具体的には複合面ＳＲは、上述した立方晶と等価な構造における面方位（００１）を有する面Ｓ１と、面Ｓ１につながりかつ面Ｓ１の面方位と異なる面方位を有する面Ｓ２とが交互に設けられることによって構成されている。このように、立方晶と等価な構造における面方位（００１）を有する面（図２５においては面Ｓ１）と、この面につながりかつこの面方位と異なる面方位を有する面（図２５においては面Ｓ２）とによって表面を構成することは４Ｈ以外のポリタイプにおいても可能である。ポリタイプは、たとえば６Ｈまたは１５Ｒであってもよい。
　次に図２６を参照して、側壁面ＳＷの結晶面と、チャネル面の移動度ＭＢとの関係について説明する。図２６のグラフにおいて、横軸は、チャネル面を有する側壁面ＳＷの巨視的な面方位と（０００－１）面とのなす角度Ｄ１を示し、縦軸は移動度ＭＢを示す。プロット群ＣＭは側壁面ＳＷが熱エッチングによる特殊面として仕上げられた場合に対応し、プロット群ＭＣはそのような熱エッチングがなされない場合に対応する。
　プロット群ＭＣにおける移動度ＭＢは、チャネル面の表面の巨視的な面方位が（０－３３－８）のときに最大となった。この理由は、熱エッチングが行われない場合、すなわち、チャネル表面の微視的な構造が特に制御されない場合においては、巨視的な面方位が（０－３３－８）とされることによって、微視的な面方位（０－３３－８）、つまり原子レベルまで考慮した場合の面方位（０－３３－８）が形成される割合が確率的に高くなったためと考えられる。
　一方、プロット群ＣＭにおける移動度ＭＢは、チャネル面の表面の巨視的な面方位が（０－１１－２）のとき（矢印ＥＸ）に最大となった。この理由は、図２４および図２５に示すように、面方位（０－３３－８）を有する多数の面Ｓ１が面Ｓ２を介して規則正しく稠密に配置されることで、チャネル面の表面において微視的な面方位（０－３３－８）が占める割合が高くなったためと考えられる。
　なお移動度ＭＢは複合面ＳＲ上において方位依存性を有する。図２７に示すグラフにおいて、横軸はチャネル方向と＜０－１１－２＞方向との間の角度Ｄ２を示し、縦軸はチャネル面の移動度ＭＢ（任意単位）を示す。破線はグラフを見やすくするために補助的に付してある。このグラフから、チャネル移動度ＭＢを大きくするには、チャネル方向ＣＤ（図２１）が有する角度Ｄ２は、０°以上６０°以下であることが好ましく、ほぼ０°であることがより好ましいことがわかった。
　図２８に示すように、側壁面ＳＷは複合面ＳＲに加えてさらに面Ｓ３（第３の面）を含んでもよい。より具体的には、面Ｓ３および複合面ＳＲが周期的に繰り返されることによって構成された複合面ＳＱを側壁面ＳＷが含んでもよい。この場合、側壁面ＳＷの｛０００－１｝面に対するオフ角は、理想的な複合面ＳＲのオフ角である６２°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±１０°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が{０－３３－８}面となる表面がある。より好ましくは、側壁面ＳＷの（０００－１）面に対するオフ角は、理想的な複合面ＳＲのオフ角である６２°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±１０°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が（０－３３－８）面となる表面がある。
　このような周期的構造は、たとえば、ＴＥＭまたはＡＦＭにより観察し得る。
　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て請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。たとえば、炭化珪素半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ以外のＭＩＳＦＥＴ（Metal　Insulator　Semiconductor　Field　Effect　Transistor）であってもよい。また炭化珪素半導体装置はＭＩＳＦＥＴに限定されず、たとえばＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）であってもよい。また第１および第２の導電型のそれぞれはｎ型およびｐ型に限定されず、これらが入れ替えられてもよい。
　１００　エピタキシャル基板（炭化珪素基板）、１１０　単結晶基板、１２１　ｎ-層１２１（第１の半導体層）、１２２　ｐ型ボディ層（第２の半導体層）、１２３　ｎ領域（第３の半導体層）、１２４　コンタクト領域、２０１　ゲート絶縁膜、２０１Ｐ　下部絶縁膜（第１の絶縁膜）、２０２　上部絶縁膜（第２の絶縁膜）、２０１Ｂ　底部、２０１Ｐ　下部絶縁膜（第１の絶縁膜）、２０１Ｓ　側壁部、２０２　上部絶縁膜（第２の絶縁膜）、２０３　層間絶縁膜、２１１　ドレイン電極、２１２　保護電極、２２１　ソース電極、２２２　ソース配線、２３０　ゲート電極、２５１，２５２　被覆絶縁膜、２５２Ｂ　底部分、２５２Ｓ　側壁部分、２５２Ｔ　表面部分、３０２　シリコン膜、３０２Ｐ　堆積膜、４０１　マスク、４０２　レジスト層、５０１，５０２　ＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）、ＢＴ　底面、ＣＲ　角部、ＳＷ　側壁面、ＳＷ１～ＳＷ３　第１～第３の側面、ＴＲ　トレンチ。

Claims (14)

  1. 　第１の導電型を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に設けられ第２の導電型を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に設けられ前記第２の半導体層によって前記第１の半導体層と分離され前記第１の導電型を有する第３の半導体層とを含む炭化珪素基板を準備する工程と、
    　前記炭化珪素基板にトレンチを形成する工程とを備え、前記トレンチは、前記第１の半導体層からなる底面と、前記第１～第３の半導体層のそれぞれからなる第１～第３の側面を有する側壁面とを含み、前記トレンチは前記第１の側面と前記底面とが合わさることで構成された角部を有し、
    　前記トレンチ上にゲート絶縁膜を形成する工程を備え、前記ゲート絶縁膜は、前記底面を覆う底部と、前記底部につながっておりかつ前記側壁面を覆う側壁部とを有し、前記底部は最小厚さｄ0を有し、前記側壁部のうち前記第２の側面上の部分は最小厚さｄ1を有し、前記側壁部のうち前記第１の側面上で前記底部につながる部分は厚さｄ2を有し、ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0が満たされており、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記角部を覆い、かつ前記トレンチの前記第２の側面の少なくとも一部を露出する角絶縁膜を形成する工程と、前記角絶縁膜が形成された後に前記トレンチを熱酸化する工程とを含み、さらに
    　前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチ上にゲート電極を形成する工程を備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。
  2. 　前記角絶縁膜を形成する工程は、
    　前記トレンチを覆う被覆絶縁膜を形成する工程と、
    　前記被覆絶縁膜をエッチバックする工程とを含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  3. 　前記被覆絶縁膜を前記エッチバックする工程はウエットエッチングによって行なわれる、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  4. 　前記被覆絶縁膜を形成する工程は、
    　前記トレンチ上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
    　前記第１の絶縁膜を形成する工程の後に、前記第１の絶縁膜のうち前記角部に位置する部分を覆い、かつ前記第１の絶縁膜のうち第２の側面上に位置する部分の少なくとも一部を露出する第２の絶縁膜を形成する工程とを含む、請求項２または３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  5. 　前記第２の絶縁膜を形成する工程は、
    　前記第１の絶縁膜を形成する工程の後に、前記第１の絶縁膜のうち角部に位置する部分を覆い、かつ前記第１の絶縁膜のうち第２の側面上に位置する部分の少なくとも一部を露出するシリコン膜を形成する工程と、
    　前記シリコン膜を酸化する工程とを含む、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  6. 　前記シリコン膜を形成する工程は、
    　シリコンを堆積することによって、前記トレンチを被覆する堆積膜を形成する工程と、
    　前記堆積膜を介して前記トレンチを埋めるようにレジスト液を塗布することでレジスト層を形成する工程と、
    　前記レジスト層をエッチバックすることによって、前記トレンチ内に前記レジスト層が部分的に残るように、前記レジスト層をパターニングする工程と、
    　前記レジスト層をパターニングする工程の後に、前記レジスト層をマスクとして用いて前記堆積膜をエッチングする工程とを含む、請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  7. 　前記被覆絶縁膜は、前記底面上に位置する底部分と、前記底部分につながるように前記側壁面上に位置する側壁部分とを有し、
    　前記被覆絶縁膜を形成する工程は、前記底部分につながる位置において前記側壁部分が最大の厚さを有するように前記トレンチ上に熱酸化膜を形成することによって行なわれる、請求項２または３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  8. 　前記熱酸化膜を形成する工程は、１３００℃未満の温度での熱酸化によって行なわれる、請求項７に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  9. 　炭化珪素半導体装置であって、
    　第１の導電型を有する第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に設けられ第２の導電型を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に設けられ前記第２の半導体層によって前記第１の半導体層と分離され前記第１の導電型を有する第３の半導体層とを含む炭化珪素基板を備え、前記炭化珪素基板にはトレンチが設けられており、前記トレンチは、前記第１の半導体層からなる底面と、前記第１～第３の半導体層のそれぞれからなる第１～第３の側面を有する側壁面とを含み、前記炭化珪素半導体装置はさらに
    　前記トレンチ上に設けられたゲート絶縁膜を備え、前記ゲート絶縁膜は、前記底面を覆う底部と、前記底部につながっておりかつ前記側壁面を覆う側壁部とを有し、前記底部は最小厚さｄ0を有し、前記側壁部のうち前記第２の側面上の部分は最小厚さｄ1を有し、前記側壁部のうち前記第１の側面上で前記底部につながる部分は厚さｄ2を有し、ｄ2＞ｄ1かつｄ2＞ｄ0が満たされており、前記炭化珪素半導体装置はさらに
    　前記ゲート絶縁膜を介して前記トレンチ上に設けられたゲート電極を備える、炭化珪素半導体装置。
  10. 　ｄ0＞ｄ1が満たされている、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。
  11. 　前記ゲート絶縁膜の前記側壁部は、前記第２の側面上において、厚さｄ2よりも小さい厚さを有する部分によって前記第１および第３の半導体層をつないでいる、請求項９または１０に記載の炭化珪素半導体装置。
  12. 　前記ゲート絶縁膜の前記側壁部は、前記第２の側面上において、厚さｄ1を有する部分によって前記第１および第３の半導体層をつないでいる、請求項９～１１のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
  13. 　前記ゲート絶縁膜の前記側壁部は、前記第１の側面上において、厚さｄ1よりも大きい厚さを有する部分によって前記第２の半導体層と前記底部との間をつないでいる、請求項９～１２のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
  14. 　前記ゲート絶縁膜の前記側壁部は、前記第１の側面上において、厚さｄ2を有する部分によって前記第２の半導体層と前記底部との間をつないでいる、請求項９～１３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
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