WO2017145595A1 - 化合物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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deep
trench
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compound semiconductor
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竹内　有一
敦也 秋葉
鈴木　克己
侑佑 山下
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method of manufacturing a compound semiconductor device and a compound semiconductor device using a compound semiconductor such as silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) or gallium nitride (hereinafter referred to as GaN).
  • a compound semiconductor such as silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) or gallium nitride (hereinafter referred to as GaN).
  • Patent Document 1 proposes an SiC semiconductor device including a vertical MOSFET having an inverted trench gate structure as a vertical switching element having a trench gate structure.
  • a gate voltage is applied to the gate electrode in the gate trench to form a channel in the p-type base region located on the side surface of the gate trench, and the drain / Current flows between sources.
  • a vertical MOSFET having a trench gate structure when a high electric field is applied to the gate insulating film provided in the trench gate structure, dielectric breakdown occurs and the device breakdown voltage decreases.
  • the process window of the growth condition is narrow, and the corner of the bottom of the deep trench may become n-type.
  • the p-type deep layer does not provide a sufficient effect of suppressing the entry of the electric field to the trench gate structure side, and the drain-source breakdown voltage at the time of OFF is low. It can no longer be obtained.
  • n-type dopant atoms for example, nitrogen
  • the SiC raw material it is possible to prevent the bottom corners of the deep trench from becoming n-type, but it is difficult to prepare the high-purity material and the cost is increased.
  • the p-type deep layer may be epitaxially grown in a high-temperature hydrogen atmosphere, but etching by hydrogen or high temperature and SiC deposition are in an equilibrium state, and SiC is formed at the corners of the deep trench even before the introduction of the SiC source gas. The phenomenon of crystal growth occurs.
  • a semiconductor substrate having a first conductivity type underlayer composed of a compound semiconductor is prepared, and a deep trench is formed in the underlayer. And introducing a dopant gas containing a second conductivity type dopant into the epitaxial growth apparatus, introducing a compound semiconductor source gas, and epitaxially growing a second conductivity type deep layer in the deep trench.
  • the temperature raising period of the epitaxial growth apparatus is set to a temperature raising period to a temperature at which the deep layer is epitaxially grown, and after the introduction of the dopant gas containing the second conductivity type dopant from the temperature raising period, A deep layer is also formed at the corner of the bottom of the deep trench by introducing the source gas later. Formation to.
  • the source gas is introduced after the temperature raising period.
  • a deep layer can be formed from the corner
  • a method of manufacturing a compound semiconductor device includes providing a semiconductor substrate having a first conductivity type base layer made of a compound semiconductor, and forming a deep trench in the base layer. And introducing a source gas of a compound semiconductor while introducing a dopant gas containing a second conductivity type dopant in the epitaxial growth apparatus, and epitaxially growing a second conductivity type deep layer in the deep trench, In forming the deep layer, the temperature of the epitaxial growth apparatus is raised to a temperature at which the deep layer is epitaxially grown, and the temperature is raised after introducing a dopant gas containing a second conductivity type dopant from the temperature raising period. By introducing the source gas after the introduction of the dopant gas during the period, deep also form a deep layer on the bottom corner of the wrench.
  • the source gas may be introduced after the dopant gas is introduced during the temperature rising period.
  • the deep layer can be formed from the corner, that is, the corner on the bottom side of the deep trench. Therefore, the effect of suppressing the entry of the electric field to the trench gate structure side by the deep layer can be exhibited accurately. It is possible to obtain a drain-source breakdown voltage when the transistor is off.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the SiC semiconductor device shown in FIG. 1. It is the time chart which showed the growth program of the p-type deep layer in the deep trench concerning 1st Embodiment. It is the time chart which showed the growth program of the p-type deep layer in the deep trench concerning 2nd Embodiment. It is sectional drawing of the SiC semiconductor device provided with the vertical MOSFET concerning 3rd Embodiment. It is the time chart which showed the growth program of the p-type deep layer in the deep trench concerning 3rd Embodiment.
  • the SiC semiconductor device shown in FIG. 1 has a structure in which a vertical MOSFET having a trench gate structure is formed in a cell region, and an outer peripheral breakdown voltage structure is provided in an outer peripheral region surrounding the cell region.
  • the SiC semiconductor device is a semiconductor in which an n ⁇ type drift layer 2 made of SiC having a lower impurity concentration than the n + type substrate 1 is formed on the surface side of the n + type substrate 1 constituting the high concentration impurity layer made of SiC. It is formed using a substrate.
  • the n + type substrate 1 has, for example, an n type impurity concentration of 1.0 ⁇ 10 19 / cm 3 and a surface that is a (0001) Si surface.
  • the n ⁇ type drift layer 2 has an n type impurity concentration of 0.5 to 2.0 ⁇ 10 16 / cm 3 .
  • Base region 3 is formed in the upper layer portion of n ⁇ type drift layer 2.
  • the base region 3 is composed of p-type SiC having a higher impurity concentration than the n ⁇ -type drift layer 2, and a high-concentration base region 3 a having a relatively high p-type impurity concentration,
  • a low-concentration base region 3b having a lower p-type impurity concentration is sequentially stacked.
  • the high concentration base region 3a has, for example, a p-type impurity concentration of 5 ⁇ 10 17 / cm 3 or more, for example, 1 ⁇ 10 18 / cm 3, and a thickness of 50 to 200 nm.
  • the low concentration base region 3b has, for example, a p-type impurity concentration of 1.0 ⁇ 10 16 / cm 3 or less and a thickness of 0.2 to 1.0 ⁇ m.
  • an n + type source region 4 is formed in the upper layer portion of the base region 3. Further, through the n + -type source region n + -type source region 4 and the base region 3 from the surface of the 4, n - p-type deep layer 5 is formed so as to reach the type drift layer 2. Specifically, the n + -type source region 4 and the base region 3 through the surface of the n + -type source region 4, n - -type drift layer 2 deep trench 15 reaching are formed, the deep trench 15 The p-type deep layer 5 is embedded in For example, the deep trench 15 has an aspect ratio of 2 or more.
  • the n + type source regions 4 are arranged on both sides of a trench gate structure described later.
  • the p-type deep layer 5 is formed to a position deeper than the trench gate structure on the opposite side of the trench gate structure with the n + -type source region 4 interposed therebetween, and is embedded up to the corner at the bottom of the deep trench 15. That is, the corner of the bottom of the deep trench 15 is not n-type, and the deep trench 15 is embedded with the p-type deep layer 5.
  • the n + -type source region 4 has an n-type impurity concentration in the surface layer portion of, for example, 2.5 ⁇ 10 18 to 1.0 ⁇ 10 19 / cm 3 and a thickness of about 0.5 ⁇ m.
  • the p-type deep layer 5 has a higher impurity concentration than that of the base region 3, and the p-type impurity concentration is, for example, 1.0 ⁇ 10 17 to 1.0 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • the p-type deep layer 5 also serves as a contact region in which electrical connection is made with a source electrode 9 described later.
  • a trench 6 having a longitudinal direction in the plane of the drawing as a longitudinal direction is formed so as to penetrate the base region 3 and the n + type source region 4 and reach the n ⁇ type drift layer 2.
  • the high-concentration base region 3a, the low-concentration base region 3b, and the n + -type source region 4 in the base region 3 are arranged so as to be in contact with the side surface of the trench 6.
  • a surface layer portion of the base region 3 located between the n + type source region 4 and the n ⁇ type drift layer 2 is used as a channel region, and a gate insulating film is formed on the inner wall surface of the trench 6 including the channel region. 7 is formed.
  • a gate electrode 8 made of doped Poly-Si is formed on the surface of the gate insulating film 7, and the trench 6 is filled with the gate insulating film 7 and the gate electrode 8.
  • a trench gate structure is configured.
  • This trench gate structure is extended with the vertical direction in FIG. 1 as the longitudinal direction, and a plurality of trench gate structures are arranged in the left-right direction in FIG. 1 to form a stripe shape.
  • the n + -type source region 4 and the p-type deep layer 5 described above also have a layout structure extending along the longitudinal direction of the trench gate structure.
  • a source electrode 9 and a gate wiring are formed on the surface of the n + type source region 4 and the p type deep layer 5 and the surface of the gate electrode 8.
  • the source electrode 9 and the gate wiring are made of a plurality of metals such as Ni / Al.
  • the plurality of metals at least the n-type SiC, specifically, the n + -type source region 4 or the portion in contact with the gate electrode 8 in the case of n-type doping is made of a metal capable of ohmic contact with the n-type SiC. Yes.
  • the plurality of metals that contacts the p-type SiC is made of a metal that can make ohmic contact with the p-type SiC.
  • the source electrode 9 and the gate wiring are electrically insulated by being formed on an interlayer insulating film (not shown).
  • the source electrode 9 is in electrical contact with the n + type source region 4 and the p type deep layer 5 through the contact hole formed in the interlayer insulating film, and the gate wiring is in electrical contact with the gate electrode 8. ing.
  • n + -type substrate 1 electrically connected to a drain electrode 10 are formed.
  • an n-channel type inverted MOSFET having a trench gate structure is formed.
  • the SiC semiconductor device concerning this embodiment is comprised by providing the outer peripheral pressure
  • the corners of the deep trench 15 are buried with the p-type deep layer 5 so that the n-type layer is not formed in the corner of the deep trench 15. I have to.
  • the base region 3 is constituted by the high concentration base region 3a and the low concentration base region 3b, and a channel is formed by the high concentration base region 3a and the low concentration base region 3b. .
  • the high concentration base region 3a spreading of the depletion layer in the base region 3 can be suppressed by the high concentration base region 3a. Therefore, it is possible to prevent the base region 3 from being completely depleted and punch-through, to ensure the element breakdown voltage, and to prevent the gate insulating film 7 at the bottom of the trench 6 from being deteriorated.
  • the threshold voltage depends on the p-type impurity concentration of the high-concentration base region 3a, it is possible to obtain a high threshold voltage.
  • the channel mobility is increased in the portion of the low concentration base region 3b, even if the high concentration base region 3a is provided, the on-resistance can be reduced. Therefore, it is possible to obtain a vertical MOSFET having a trench gate structure that can reduce the on-resistance and ensure the element withstand voltage and obtain a high threshold voltage.
  • the presence of the high concentration base region 3a enhances the effect of extracting carriers generated from the junction between the n ⁇ -type drift layer 2 and the base region 3 at the time of off, so that the drain leakage current can be reduced.
  • the base region 3 that are in contact with the n ⁇ type drift layer 2 are high concentration base regions 3a having a high p type impurity concentration, the PN between the n ⁇ type drift layer 2 and the base region 3 The rising voltage when a current flows through the built-in diode formed by the junction can be reduced. For this reason, the on-voltage of the built-in diode is reduced, and it is possible to reduce the loss during the synchronous rectification drive using the built-in diode positively.
  • the depletion layer extending from the high-concentration base region 3a side to the n ⁇ -type drift layer 2 side can prevent the equipotential lines from entering below the trench gate structure. For this reason, the electric field concentration applied to the gate insulating film 7 on the bottom surface of the trench 6 can be relaxed, and the life of the gate insulating film 7 and the reverse bias life can be improved.
  • a so-called epi substrate in which an n ⁇ type drift layer 2 made of SiC is epitaxially grown on the surface of an n + type substrate 1 made of SiC is prepared. Then, this epi substrate is placed in an epitaxial growth apparatus, and a high concentration base region 3a, a low concentration base region 3b, and an n + type source region 4 are epitaxially grown on the surface of the n ⁇ type drift layer 2 in this order.
  • Step shown in FIG. 2 (b) After a mask material (not shown) is arranged on the surface of the n + -type source region 4, a planned formation position of the p-type deep layer 5 in the mask material is opened by photolithography. Then, anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) is performed in a state where the mask material is arranged, thereby forming the deep trench 15 at a position where the p-type deep layer 5 is to be formed.
  • RIE Reactive Ion Etching
  • Step shown in FIG. 2 (c) The process of forming the p-type deep layer 5 is continuously performed using an epitaxial growth apparatus (not shown).
  • the temperature in the epitaxial growth apparatus is raised to, for example, 1575 ° C. as a temperature raising period.
  • the temperature raising period is, for example, about 40 minutes.
  • pre-doping is performed in which a dopant gas containing a p-type dopant is introduced in advance.
  • the p-type deep layer 5 is epitaxially grown by introducing a SiC source gas.
  • SiC source gas for example, silane (SiH 4 ) as a Si source, propane (C 3 H 8 ) as a C source, or the like can be used.
  • a dopant gas when forming the p-type deep layer 5 TMA (trimethylaluminum) containing a p-type dopant is used.
  • hydrogen (H 2 ) is also introduced as an etching gas as necessary.
  • the p-type deep layer 5 can be formed without the corner of the bottom of the deep trench 15 being made n-type. That is, the p-type dopant previously introduced at the time of pre-doping based on the Si element or C element existing by sublimation into the atmosphere or the like before the introduction of the SiC source gas, or at the initial stage when the SiC source gas is introduced SiC is crystal-grown by the incorporation of. For this reason, the p-type deep layer 5 can be formed from the corner of the bottom of the deep trench 15. Therefore, it becomes possible to accurately suppress the SiC at the corners of the deep trench 15 from becoming n-type.
  • an etching gas is introduced as necessary to raise the temperature in an etching gas atmosphere, for example, a hydrogen gas atmosphere
  • the etching and SiC deposition are in an equilibrium state during the temperature raising period.
  • a phenomenon occurs in which SiC grows at the corners of the deep trench 15 even before the introduction of the SiC source gas.
  • by performing the pre-doping of the p-type dopant it is possible to more accurately suppress the SiC at the corners of the deep trench 15 from becoming n-type.
  • the impurity concentration of the p-type deep layer 5 can be appropriately controlled by controlling the pre-doping time and the amount of TMA introduced, so that the p-type deep layer 5 has a desired p-type impurity concentration. Can be formed.
  • the p-type deep layer 5 is formed so as to embed the deep trench 15 using the period in which the gas ratio is stable as a steady growth period.
  • the p-type impurity layer formed on the n + -type source region 4 during the formation of the p-type deep layer 5 is removed by planarization by grinding or CMP (Chemical Mechanical Polishing), and the n + -type source. The surface of region 4 is exposed. Thereby, a structure in which the p-type deep layer 5 is disposed only in the deep trench 15 is formed.
  • Step shown in FIG. 2 (d) After disposing a mask material (not shown) on the surface of the n + -type source region 4 and the p-type deep layer 5, the formation planned position of the trench 6 in the mask material is opened by photolithography. Then, the trench 6 is formed in the cell region by performing anisotropic etching such as RIE with the mask material disposed. Thereafter, the mask material is removed.
  • a mask material not shown
  • the subsequent steps are the same as in the prior art. That is, a step of forming an interlayer insulating film, a step of forming a contact hole by photo-etching, a step of forming a source electrode 9 and a gate wiring layer by patterning after depositing an electrode material, a drain on the back surface of the n + type substrate 1 A process of forming the electrode 10 is performed. Thereby, the SiC semiconductor device in which the vertical MOSFET having the trench gate structure shown in FIG. 1 is provided in the cell region is completed.
  • the p-type deep layer extends from the corner on the bottom side of the p-type deep layer 5, that is, from the corner on the bottom side of the deep trench 15. 5 is formed.
  • the effect of suppressing the entry of the electric field into the trench gate structure side by the p-type deep layer 5 can be exhibited accurately. It is possible to obtain a drain-source breakdown voltage when the transistor is off.
  • the p-type deep layer 5 when the p-type deep layer 5 is formed, the p-type dopant is pre-doped before introducing the SiC source gas. Thereby, the p-type deep layer 5 can be formed at the corner of the bottom of the deep trench 15 based on the Si element or C element existing by sublimation into the atmosphere or at the initial stage when the SiC source gas is introduced. . Therefore, it becomes possible to accurately suppress the SiC at the corners of the deep trench 15 from becoming n-type.
  • the SiC source gas is introduced from the middle of the temperature raising period.
  • the introduction amount of the SiC source gas is reduced at the initial stage of introduction, and then the introduction amount is gradually increased so as to obtain a desired introduction amount.
  • the period during which the amount of SiC source gas introduced is gradually increased is the transition period, and the period after the period is constant is the steady growth period.
  • the epitaxial growth is performed slowly, and a desired growth rate, for example, Epitaxial growth is performed at 4 ⁇ m / h.
  • the amount of silane introduced during the transition period is gradually increased from 50 ppm to 200 ppm, and the amount of propane introduced is gradually increased from 15 ppm to 60 ppm.
  • the SiC source gas by introducing the SiC source gas during the temperature rising period, it is possible to suppress the formation of step bunching on the exposed surface.
  • the amount of SiC source gas introduced is gradually increased. For this reason, while suppressing the deterioration of the crystallinity of the grown crystal by suddenly increasing the amount of SiC source gas introduced during the transition period, the epitaxial growth at the desired rate is performed once the growth has progressed to such a degree that the crystallinity is unlikely to occur. Can be done.
  • the flatness and crystallinity of the surface of the trench 6 are improved. it can. Therefore, the film quality of the gate insulating film 7 formed on the inner wall surface of the trench 6 can be improved, and the reliability of the gate insulating film 7 can be improved.
  • a third embodiment will be described.
  • the present embodiment is different from the first and second embodiments in the structure of the p-type deep layer 5 and the method of introducing the SiC source gas, and is otherwise the same as the first and second embodiments. Therefore, only different parts from the first and second embodiments will be described.
  • the introduction amount of the SiC source gas is changed will be described as an example, but the introduction amount of the SiC source gas may be constant as in the first embodiment.
  • angular part of the bottom part of the p-type deep layer 5 is made into the p ⁇ +> type
  • the p + -type region 5a is formed below the base region 3 and away from the base region 3, but may be in a connected state.
  • the p + -type region 5a has a p-type impurity concentration of, for example, 1.0 ⁇ 10 17 to 1.0 ⁇ 10 19 / cm 3 and has a triangular cross-section or a portion in contact with the p-type deep layer 5. It is a triangular round shape that is concave and curved.
  • the impurity concentration of the p + -type region 5 a does not need to be constant, and the impurity concentration gradually decreases as the distance from the corner of the deep trench 15 increases to the impurity concentration of other regions in the p-type deep layer 5.
  • the concentration distribution may be lowered.
  • the p-type deep layer 5 has the highest p-type impurity concentration due to the formation of the p + -type region 5a at the bottom corner.
  • the effect of suppressing the electric field from entering the trench gate structure side by the p-type deep layer 5 can be further exhibited. It is possible to further obtain the drain-source breakdown voltage at the off time. Further, it becomes possible to intentionally generate a breakdown in the p + type region 5a where the p-type impurity concentration is high, and to suppress the breakdown from occurring in the MOS structure portion, that is, the trench gate structure portion. it can.
  • the breakdown current flows not only in the outer peripheral region but also in the cell region so that the surge current can be received over the entire surface of the substrate. Is preferable. For this reason, the breakdown current does not flow in the MOS structure portion while allowing the breakdown current to flow in the cell region, thereby improving the reliability of the vertical MOSFET and improving the withstand capability against the L load. Can also be achieved.
  • the manufacturing method of the SiC semiconductor device of this embodiment is basically the same as that of the first and second embodiments, but the amount of dopant gas introduced during pre-doping is different.
  • the amount of dopant gas containing a p-type dopant is increased during pre-doping than during the steady growth period. Then, when the SiC source gas starts to be introduced and the transition period starts, the amount of dopant gas introduced is reduced during that period than before the introduction of the SiC source gas. Furthermore, the amount of dopant gas introduced is gradually reduced during the transition period, and is reduced to the amount introduced during the steady growth period.
  • the deep trench 15 is based on the Si element or C element present by sublimation into the atmosphere or at the initial stage when the SiC source gas is introduced.
  • a p + -type region 5a can be formed at the bottom of the substrate.
  • the p + -type region 5a at this time is formed with a higher impurity concentration by taking in a p-type dopant introduced in advance during pre-doping, and can be formed with a higher impurity concentration than the other regions of the p-type deep layer 5. . Since the amount of the dopant gas introduced into the pre-doping is larger than the subsequent period, the p-type impurity concentration in the p + -type region 5a can be further increased. For this reason, it becomes possible to more accurately suppress the SiC at the corners of the deep trench 15 from becoming n-type.
  • the amount of dopant gas introduced is increased during the temperature rise, but thereafter the amount of dopant gas introduced is reduced. For this reason, it is possible to prevent the entire region of the p-type deep layer 5 from becoming a region having an excessively high p-type impurity concentration, and to make the entire region of the p + -type region 5a in the p-type deep layer 5 have a uniform concentration. be able to. As a result, it is possible to suppress a decrease in device breakdown voltage as in the case where the concentration distribution in other regions of the p + type region 5a in the p type deep layer 5 increases.
  • the n + -type source region 4 is formed by epitaxial growth, but the n + -type source region 4 only needs to be formed in the upper layer portion of the base region 3. It can also be formed by other methods.
  • the base region 3 is divided into the high-concentration base region 3a and the low-concentration base region 3b, but may be configured with a single impurity concentration. Further, in the configuration in which the impurity concentration is different, the impurity concentration gradually changes at the boundary portion between the high concentration base region 3a and the low concentration base region 3b, and the p-type impurity concentration is different across the boundary portion. 3a and the low concentration base region 3b may be stacked. Further, the low-concentration base region 3b may be constituted by an i-type semiconductor that is non-doped, that is, in a state where almost no p-type dopant is doped.
  • the doping amount of the low-concentration base region 3b can be set to such an extent that the p-type dopant remaining in the atmosphere at the time of epitaxial growth is doped. In this case, it is possible to further realize a high channel mobility in the low concentration base region 3b, and to further reduce the on-resistance.
  • the n ⁇ type drift layer 2 is provided on the surface of the n + type substrate 1 as a semiconductor substrate in which the back side is a back layer having a high impurity concentration and the front side is a drift layer having a lower impurity concentration.
  • the structure formed is described as an example. However, this is merely an example of a semiconductor substrate.
  • a high-concentration impurity layer is formed by ion-implanting an n-type dopant on the back side of the substrate constituted by the n ⁇ -type drift layer 2 or by epitaxial growth. It may be a semiconductor substrate.
  • the n-channel type vertical MOSFET in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described as an example.
  • the conductivity type of each component is reversed.
  • the present disclosure can also be applied to a p-channel type vertical MOSFET.
  • a p-type limiting layer can be predominantly epitaxially grown on the side surface of the deep trench, and the n-type is formed at the bottom of the deep trench.
  • the deep layer can be epitaxially grown predominantly.
  • SiC is taken as an example of the compound semiconductor, and as an example of epitaxially growing a second conductivity type deep layer in the deep trench, a p-type deep layer is formed on the n ⁇ -type drift layer 2 serving as a base layer.
  • the case of forming 5 has been described as an example. However, this is just an example. That is, for a structure in which a deep trench is formed in a first conductive type underlying layer composed of a compound semiconductor and a deep layer composed of a second conductive type compound semiconductor is epitaxially grown in the deep trench. The disclosure can be applied.

Abstract

ｐ型ディープ層(５)の底部側の角部、つまりディープトレンチ(１５)における底部側の角部からｐ型ディープ層(５)が形成されるようにする。すなわち、ディープトレンチ(１５)の底部の角部がｎ型化することを抑制する。例えば、ｐ型ディープ層（５）をエピタキシャル成長させる温度までエピタキシャル成長装置を昇温させる期間を昇温期間として、昇温期間中からｐ型ドーパントを含むドーパントガスを導入したのち、昇温期間後に原料ガスを導入する。これにより、ディープトレンチ（１５）の底部の角部にもｐ型ディープ層（５）を形成できる。したがって、ｐ型ディープ層(５)によるトレンチゲート構造側への電界の入り込み抑制効果を的確に発揮させることが可能となり。オフ時におけるドレイン－ソース間耐圧を得ることができる。

Description

化合物半導体装置およびその製造方法 関連出願への相互参照
　本出願は、２０１６年２月２３日に出願された日本特許出願番号２０１６－３２２９３号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
　本開示は、例えば炭化珪素（以下、ＳｉＣという）や窒化ガリウム（以下、ＧａＮという）などの化合物半導体を用いた化合物半導体装置の製造方法および化合物半導体装置に関する。
　従来、特許文献１に、トレンチゲート構造の縦型スイッチング素子として、反転型のトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴを備えたＳｉＣ半導体装置が提案されている。反転型のトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴでは、ゲートトレンチ内のゲート電極に対してゲート電圧を印加することで、ゲートトレンチ側面に位置するｐ型ベース領域にチャネルを形成し、このチャネルを通じてドレイン・ソース間に電流を流す。このようなトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴでは、トレンチゲート構造に備えられるゲート絶縁膜に対して高電界が加わると絶縁破壊が生じて素子耐圧が低下してしまう。
　このため、特許文献１に記載のＳｉＣ半導体装置では、トレンチゲート構造を挟んだ両側に、ｎ+型ソース領域およびｐ型ベース領域を貫通してｎ-型ドリフト層に達するディープトレンチを形成し、このトレンチ内にｐ型ディープ層を備えるようにしている。このようなｐ型ディープ層を備えることで電界がゲート絶縁膜に入り込むことを抑制でき、ゲート絶縁膜を高電界から保護できる。したがって、ゲート絶縁膜の絶縁破壊が起こり難くなり、素子耐圧を向上することが可能となる。
特開２０１４－２３６１８９号公報
　エピタキシャル成長によってディープトレンチ内に均一濃度でｐ型ディープ層を形成しようとすると、成長条件のプロセスウィンドウが狭く、ディープトレンチの底部の角部がｎ型化することがあった。このように、ディープトレンチの底部の角部がｎ型化した場合、ｐ型ディープ層によるトレンチゲート構造側への電界の入り込み抑制効果が十分に得られず、オフ時におけるドレイン－ソース間耐圧が得られなくなる。
　例えば、表面がＳｉ面となるＳｉＣ基板を用いた場合、ディープトレンチの角部に相当する部分の結晶面方位においてｎ型ドーパント原子（例えば窒素）が取り込まれ易い。このため、エピタキシャル成長装置内やＳｉＣ原料ガスに含まれる微量のｎ型ドーパント原子が取り込まれてディープトレンチの底部の角部がｎ型化することがあると考えられる。ＳｉＣ原料として高純度材料を用いれば、ディープトレンチの底部の角部がｎ型化することを抑制できるが、高純度材料を準備することが難しく、コスト高にもなる。また、高温水素雰囲気においてｐ型ディープ層をエピタキシャル成長させるようにしても良いが、水素や高温によるエッチングとＳｉＣのデポジションとが平衡状態となり、ＳｉＣ原料ガス導入前でもディープトレンチの角部にＳｉＣが結晶成長する現象が起こる。
　本開示は、ドレイン－ソース間の耐圧の低下を抑制できる化合物半導体装置の製造方法および化合物半導体装置を提供することを目的とする。
　本開示の１つの観点における化合物半導体装置の製造方法では、化合物半導体にて構成される第１導電型の下地層を有する半導体基板を用意することと、下地層に対してディープトレンチを形成することと、エピタキシャル成長装置内に第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入しつつ、化合物半導体の原料ガスを導入し、ディープトレンチ内に第２導電型のディープ層をエピタキシャル成長させることと、を含み、ディープ層を形成することでは、ディープ層をエピタキシャル成長させる温度までエピタキシャル成長装置を昇温させる期間を昇温期間として、該昇温期間中から第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入したのち、昇温期間後に原料ガスを導入することで、ディープトレンチの底部の角部にもディープ層を形成する。
　このように、昇温期間中から第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入したのち、昇温期間後に原料ガスを導入している。これにより、ディープ層の底部側の角部、つまりディープトレンチにおける底部側の角部からディープ層が形成されるようにできる。したがって、ディープ層によるトレンチゲート構造側への電界の入り込み抑制効果を的確に発揮させることが可能となり。オフ時におけるドレイン－ソース間耐圧を得ることができる。
　本開示のもう１つの観点における化合物半導体装置の製造方法では、化合物半導体にて構成される第１導電型の下地層を有する半導体基板を用意することと、下地層に対してディープトレンチを形成することと、エピタキシャル成長装置内に第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入しつつ、化合物半導体の原料ガスを導入し、ディープトレンチ内に第２導電型のディープ層をエピタキシャル成長させることと、を含み、ディープ層を形成することでは、ディープ層をエピタキシャル成長させる温度までエピタキシャル成長装置を昇温させる期間を昇温期間として、該昇温期間中から第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入したのち、昇温期間中におけるドーパントガスの導入後に原料ガスを導入することで、ディープトレンチの底部の角部にもディープ層を形成する。
　このように、昇温期間中から第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入したのち、昇温期間中におけるドーパントガスの導入後に原料ガスを導入するようにしても、ディープ層の底部側の角部、つまりディープトレンチにおける底部側の角部からディープ層が形成されるようにできる。したがって、ディープ層によるトレンチゲート構造側への電界の入り込み抑制効果を的確に発揮させることが可能となり。オフ時におけるドレイン－ソース間耐圧を得ることができる。
第１実施形態にかかる縦型ＭＯＳＦＥＴを備えたＳｉＣ半導体装置の断面図である。 図１に示すＳｉＣ半導体装置の製造工程を示した断面図である。 第１実施形態にかかるディープトレンチ内へのｐ型ディープ層の成長プログラムを示したタイムチャートである。 第２実施形態にかかるディープトレンチ内へのｐ型ディープ層の成長プログラムを示したタイムチャートである。 第３実施形態にかかる縦型ＭＯＳＦＥＴを備えたＳｉＣ半導体装置の断面図である。 第３実施形態にかかるディープトレンチ内へのｐ型ディープ層の成長プログラムを示したタイムチャートである。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　本実施形態にかかるトレンチゲート構造の反転型の縦型ＭＯＳＦＥＴが形成されたＳｉＣ半導体装置について、図１を参照して説明する。
　図１に示すＳｉＣ半導体装置は、セル領域にトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴが形成され、図示していないが、セル領域を囲む外周領域に外周耐圧構造が備えられた構成とされている。
　ＳｉＣ半導体装置は、ＳｉＣからなる高濃度不純物層を構成するｎ+型基板１の表面側に、ｎ+型基板１よりも低不純物濃度のＳｉＣからなるｎ-型ドリフト層２が形成された半導体基板を用いて形成されている。ｎ+型基板１は、例えばｎ型不純物濃度が１．０×１０19／ｃｍ3とされ、表面が（０００１）Ｓｉ面とされている。ｎ-型ドリフト層２は、例えばｎ型不純物濃度が０．５～２．０×１０16／ｃｍ3とされている。
　ｎ-型ドリフト層２の上層部にはベース領域３が形成されている。本実施形態の場合、ベース領域３は、ｎ-型ドリフト層２よりも高不純物濃度のｐ型ＳｉＣで構成されており、ｐ型不純物濃度が比較的高くされた高濃度ベース領域３ａと、それよりもｐ型不純物濃度が低くされた低濃度ベース領域３ｂとが順に積層された構造とされている。
　高濃度ベース領域３ａは、例えばｐ型不純物濃度が５×１０17／ｃｍ3以上、例えば１×１０18／ｃｍ3とされ、厚みが５０～２００ｎｍとされている。低濃度ベース領域３ｂは、例えばｐ型不純物濃度が１．０×１０16／ｃｍ3以下とされ、厚みが０．２～１．０μｍとされている。
　さらに、ベース領域３の上層部分にはｎ+型ソース領域４が形成されている。また、ｎ+型ソース領域４の表面からｎ+型ソース領域４およびベース領域３を貫通し、ｎ-型ドリフト層２に達するようにｐ型ディープ層５が形成されている。具体的には、ｎ+型ソース領域４の表面からｎ+型ソース領域４およびベース領域３を貫通し、ｎ-型ドリフト層２に達するディープトレンチ１５が形成されており、このディープトレンチ１５内にｐ型ディープ層５が埋め込まれている。例えば、ディープトレンチ１５は、アスペクト比が２以上の深さとされている。
　ｎ+型ソース領域４は、後述するトレンチゲート構造の両側に配置されている。ｐ型ディープ層５は、ｎ+型ソース領域４を挟んでトレンチゲート構造と反対側においてトレンチゲート構造よりも深い位置まで形成されており、ディープトレンチ１５の底部の角部まで埋め込まれている。すなわち、ディープトレンチ１５の底部の角部がｎ型化されておらず、ディープトレンチ１５内がｐ型ディープ層５で埋め込まれた構造とされている。ｎ+型ソース領域４は、表層部におけるｎ型不純物濃度が例えば２．５×１０18～１．０×１０19／ｃｍ3、厚さ０．５μｍ程度で構成されている。また、ｐ型ディープ層５は、ベース領域３よりも高不純物濃度とされ、ｐ型不純物濃度が例えば１．０×１０17～１．０×１０19／ｃｍ3とされている。本実施形態では、ｐ型ディープ層５は、後述するソース電極９と電気的接続が行われるコンタクト領域も兼ねている。
　また、ベース領域３およびｎ+型ソース領域４を貫通してｎ-型ドリフト層２に達するように、紙面垂直方向を長手方向とするトレンチ６が形成されている。このトレンチ６の側面と接するように上述したベース領域３における高濃度ベース領域３ａや低濃度ベース領域３ｂおよびｎ+型ソース領域４が配置されている。
　さらに、ベース領域３のうちｎ+型ソース領域４とｎ-型ドリフト層２との間に位置する部分の表層部をチャネル領域として、このチャネル領域を含むトレンチ６の内壁面にはゲート絶縁膜７が形成されている。そして、ゲート絶縁膜７の表面にはドープドＰｏｌｙ－Ｓｉにて構成されたゲート電極８が形成されており、これらゲート絶縁膜７およびゲート電極８によってトレンチ６内が埋め尽くされている。
　このようにして、トレンチゲート構造が構成されている。このトレンチゲート構造は、図１の紙面垂直方向を長手方向として延設されており、複数のトレンチゲート構造が図１中の左右方向に並べられることでストライプ状とされている。また、上述したｎ+型ソース領域４およびｐ型ディープ層５もトレンチゲート構造の長手方向に沿って延設されたレイアウト構造とされている。
　また、ｎ+型ソース領域４およびｐ型ディープ層５の表面やゲート電極８の表面には、ソース電極９や図示しないゲート配線が形成されている。ソース電極９およびゲート配線は、複数の金属、例えばＮｉ／Ａｌ等にて構成されている。そして、複数の金属のうち少なくともｎ型ＳｉＣ、具体的にはｎ+型ソース領域４やｎ型ドープの場合のゲート電極８と接触する部分はｎ型ＳｉＣとオーミック接触可能な金属で構成されている。また、複数の金属のうち少なくともｐ型ＳｉＣ、具体的にはｐ型ディープ層５と接触する部分はｐ型ＳｉＣとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、これらソース電極９およびゲート配線は、図示しない層間絶縁膜上に形成されることで電気的に絶縁されている。そして、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを通じて、ソース電極９はｎ+型ソース領域４およびｐ型ディープ層５と電気的に接触させられ、ゲート配線はゲート電極８と電気的に接触させられている。
　さらに、ｎ+型基板１の裏面側にはｎ+型基板１と電気的に接続されたドレイン電極１０が形成されている。このような構造により、ｎチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴが構成されている。そして、この縦型ＭＯＳＦＥＴが形成されたセル領域の外周領域に、図示しない外周耐圧構造が備えられることで、本実施形態にかかるＳｉＣ半導体装置が構成されている。
　このようなＳｉＣ半導体装置に備えられる反転型のトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴは、ゲート電極８にゲート電圧を印加すると、ベース領域３のうちトレンチ６に接している表面にチャネルが形成される。これにより、ソース電極９から注入された電子がｎ+型ソース領域４からベース領域３に形成されたチャネルを通った後、ｎ-型ドリフト層２に到達し、ソース電極９とドレイン電極１０との間に電流を流すという動作が行われる。
　このとき、本実施形態のＳｉＣ半導体装置では、ディープトレンチ１５の角部がｐ型ディープ層５で埋め込まれるようにしており、ディープトレンチ１５の角部にｎ型化したｎ型層が形成されないようにしている。このような構造とすることにより、ｐ型ディープ層５によるトレンチゲート構造側への電界の入り込み抑制効果を的確に発揮させることが可能となり。オフ時におけるドレイン－ソース間耐圧を得ることができる。
　また、本実施形態では、ベース領域３を高濃度ベース領域３ａと低濃度ベース領域３ｂによって構成しており、これら高濃度ベース領域３ａと低濃度ベース領域３ｂによってチャネルが形成されるようにしている。このため、高濃度ベース領域３ａによってベース領域３内における空乏層の拡がりを抑制できる。したがって、ベース領域３内が完全空乏化してパンチスルーしてしまうことを防止でき、素子耐圧確保が可能になると共にトレンチ６の底部のゲート絶縁膜７の劣化防止も可能になる。また、閾値電圧が高濃度ベース領域３ａのｐ型不純物濃度に依存することになるため、高閾値電圧を得ることも可能となる。
　また、低濃度ベース領域３ｂの部分においてチャネル移動度が高められるため、高濃度ベース領域３ａを備えていたとしても、オン抵抗低減を図ることが可能となる。したがって、オン抵抗低減および素子耐圧確保が可能で、かつ、高閾値電圧が得られるトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴとすることができる。
　また、高濃度ベース領域３ａが存在することで、オフ時においては、ｎ-型ドリフト層２とベース領域３との接合から発生するキャリアの引き抜き効果が高められるため、ドレインリーク電流を低減できる。
　また、ベース領域３のうちｎ-型ドリフト層２と接触する部分がすべてｐ型不純物濃度が高い高濃度ベース領域３ａとされていることから、ｎ-型ドリフト層２とベース領域３とのＰＮ接合にて構成される内蔵ダイオードに電流が流れる際の立上り電圧が低減できる。このため、内蔵ダイオードのオン電圧が低減され、内蔵ダイオードを積極的に用いた同期整流駆動時の損失低減を図ることも可能となる。
　さらに、オフ時において、高濃度ベース領域３ａ側からｎ-型ドリフト層２側に延びる空乏層によって、トレンチゲート構造の下方に等電位線が入り込み難くなるようにできる。このため、トレンチ６の底面においてゲート絶縁膜７に印加される電界集中を緩和でき、ゲート絶縁膜７の寿命向上、逆バイアス寿命向上を図ることが可能となる。
　続いて、図１のように構成された本実施形態にかかるＳｉＣ半導体装置の製造方法について、図２および図３を参照して説明する。
　〔図２（ａ）に示す工程〕
　まず、半導体基板として、ＳｉＣからなるｎ+型基板１の表面上にＳｉＣからなるｎ-型ドリフト層２がエピタキシャル成長させられた、いわゆるエピ基板を用意する。そして、このエピ基板をエピタキシャル成長装置内に配置し、ｎ-型ドリフト層２の表面に高濃度ベース領域３ａ、低濃度ベース領域３ｂ、ｎ+型ソース領域４を順にエピタキシャル成長する。
　〔図２（ｂ）に示す工程〕
　ｎ+型ソース領域４の表面にマスク材（図示せず）を配置したのち、フォトリソグラフィによってマスク材のうちのｐ型ディープ層５の形成予定位置を開口させる。そして、マスク材を配置した状態でＲＩＥ（Reactive IonEtching）などの異方性エッチングを行うことで、ｐ型ディープ層５の形成予定位置にディープトレンチ１５を形成する。
　〔図２（ｃ）に示す工程〕
　図示しないエピタキシャル成長装置を用いて、ｐ型ディープ層５を形成する工程を連続して行う。
　具体的には、図３に示すように、まず昇温期間としてエピタキシャル成長装置内の温度を例えば１５７５℃まで上昇させる。昇温期間については、例えば４０分以内程度の時間としている。また、このときにＳｉＣ原料ガスの導入に先立ち、前もってｐ型ドーパントを含むドーパントガスを導入するプレドープを行う。そして、プレドープ後に、ＳｉＣ原料ガスを導入することでｐ型ディープ層５をエピタキシャル成長させる。
　ＳｉＣ原料ガスとしては、例えばＳｉ原料となるシラン（ＳｉＨ4）やＣ原料となるプロパン（Ｃ3Ｈ8）等を用いることができる。また、ｐ型ディープ層５を形成する際のドーパントガスとしては、ｐ型ドーパントを含むＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用いている。さらに、必要に応じて、エッチングガスとして、例えば水素（Ｈ2）も導入している。
　このとき、ＳｉＣ原料ガスを導入する前にｐ型ドーパントをプレドープしておくと、ディープトレンチ１５の底部の角部がｎ型化されることなくｐ型ディープ層５を形成できる。すなわち、ＳｉＣ原料ガスの導入前に雰囲気中への昇華などによって存在するＳｉ元素やＣ元素に基づいて、もしくは、ＳｉＣ原料ガスが導入された初期時に、プレドープ時に予め導入しておいたｐ型ドーパントが取り込まれることによってＳｉＣが結晶成長する。このため、ディープトレンチ１５の底部の角部からｐ型ディープ層５を形成できる。したがって、ディープトレンチ１５の角部のＳｉＣがｎ型化することを的確に抑制することが可能となる。
　特に、必要に応じてエッチングガスを導入してエッチングガス雰囲気、例えば水素ガス雰囲気での昇温が行われるようにすると、昇温期間中にエッチングとＳｉＣデポジションの平衡状態となる。これにより、ＳｉＣ原料ガスの導入前でもディープトレンチ１５の角部にＳｉＣが成長する現象が起こる。このような場合に、ｐ型ドーパントのプレドープを行うことで、ディープトレンチ１５の角部のＳｉＣがｎ型化することをより的確に抑制することが可能となる。
　なお、ｐ型ドーパントのように有機金属材料がドーパントとされる場合、そのドーパントがガス導入初期時にエピタキシャル成長装置のチャンバ内壁面に貼り付いて所望のｐ型不純物濃度となるまでに時間が掛かる立上り遅れが発生する。このため、プレドープを行う場合、そのプレドープ時間およびＴＭＡの導入量を制御することで、ｐ型ディープ層５の不純物濃度を適宜制御でき、ｐ型ディープ層５を所望のｐ型不純物濃度となるように形成できる。
　そして、ＳｉＣ原料ガスの導入後には、ドーパントガスとＳｉＣ原料ガスおよび必要に応じて導入されるエッチングガスの比率が所望値にて安定する。このガス比率が安定した期間を定常成長期間として、ディープトレンチ１５を埋め込むようにｐ型ディープ層５が形成される。
　この後、研削やＣＭＰ（Chemical MechanicalPolishing）などによる平坦化によって、ｐ型ディープ層５の形成の際にｎ+型ソース領域４の上に形成されたｐ型不純物層を除去し、ｎ+型ソース領域４の表面を露出させる。これにより、ディープトレンチ１５内にのみｐ型ディープ層５が配置された構造が形成される。
　〔図２（ｄ）に示す工程〕
　ｎ+型ソース領域４やｐ型ディープ層５の表面に図示しないマスク材を配置したのち、フォトリソグラフィによってマスク材のうちのトレンチ６の形成予定位置を開口させる。そして、マスク材を配置した状態でＲＩＥなどの異方性エッチングを行うことにより、セル領域においてトレンチ６を形成する。その後、マスク材を除去する。
　そして、必要に応じて、１６００℃以上の減圧下における水素雰囲気、例えば１６２５℃、２．７×１０4Ｐａ（＝２００Ｔｏｒｒ）の高温水素雰囲気での熱処理による水素エッチングを実施する。この水素エッチングによってトレンチ６の内壁面の丸め処理が行われ、トレンチ６の開口入口やコーナー部を丸められると共に、トレンチエッチングのダメージ除去が行われる。
　〔図２（ｅ）に示す工程〕
　ウェット雰囲気による熱酸化によってゲート絶縁膜７を形成したのち、ゲート絶縁膜７の表面にドープドＰｏｌｙ－Ｓｉ層を成膜し、このドープドＰｏｌｙ－Ｓｉ層をパターニングすることでトレンチ６内に残し、ゲート電極８を形成する。
　この後の工程については、従来と同様である。すなわち、層間絶縁膜の形成工程、フォト・エッチングによるコンタクトホール形成工程、電極材料をデポジションしたのちパターニングすることでソース電極９やゲート配線層を形成する工程、ｎ+型基板１の裏面にドレイン電極１０を形成する工程等を行う。これにより、図１に示すトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴがセル領域に備えられたＳｉＣ半導体装置が完成する。
　以上説明したように、本実施形態で説明した縦型ＭＯＳＦＥＴを備えたＳｉＣ半導体装置では、ｐ型ディープ層５の底部側の角部、つまりディープトレンチ１５における底部側の角部からｐ型ディープ層５が形成されるようにしている。これにより、ｐ型ディープ層５によるトレンチゲート構造側への電界の入り込み抑制効果を的確に発揮させることが可能となり。オフ時におけるドレイン－ソース間耐圧を得ることができる。
　また、本実施形態にかかるＳｉＣ半導体装置の製造方法として、ｐ型ディープ層５の形成時に、ＳｉＣ原料ガスを導入する前にｐ型ドーパントをプレドープしている。これにより、雰囲気中への昇華などによって存在するＳｉ元素やＣ元素に基づいて、もしくは、ＳｉＣ原料ガスが導入された初期時に、ディープトレンチ１５の底部の角部にｐ型ディープ層５を形成できる。したがって、ディープトレンチ１５の角部のＳｉＣがｎ型化することを的確に抑制することが可能となる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してＳｉＣ原料ガスの導入方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図４に示すように、昇温期間の途中からＳｉＣ原料ガスの導入を行うようにしている。そしてＳｉＣ原料ガスの導入量について、導入初期時には導入量を少なくしておき、それから徐々に導入量を増やして所望の導入量となるようにしている。ＳｉＣ原料ガスの導入量を徐々に増やす期間を遷移期間、一定になった後を定常成長期間として、遷移期間中には緩やかにエピタキシャル成長が行われ、定常生長期間中に所望の成長レート、例えば～４μｍ／ｈでエピタキシャル成長が行われるようにしている。例えば、遷移期間を３０秒として、遷移期間中のシランの導入量については５０ｐｐｍから２００ｐｐｍに徐々に増加させ、プロパンの導入量については１５ｐｐｍから６０ｐｐｍに徐々に増加させるようにしている。
　このように、昇温期間中からＳｉＣ原料ガスを導入することで、露出している表面にステップバンチングが形成されることを抑制することが可能となる。また、ＳｉＣ原料ガスの導入量を徐々に増やすようにしている。このため、遷移期間中に急にＳｉＣ原料ガスの導入量を増やすことによる成長結晶の結晶性の悪化を抑制しつつ、結晶性悪化が起こり難い程度に成長が進んだら所望のレートでのエピタキシャル成長を行うことが可能となる。そして、露出している表面にステップバンチングが形成されることを抑制できると共に成長結晶の結晶性の悪化を抑制することが可能になることから、トレンチ６の表面の平坦性および結晶性を良好にできる。したがって、トレンチ６の内壁面に形成されるゲート絶縁膜７の膜質を向上でき、ゲート絶縁膜７の信頼性を向上することが可能となる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対してｐ型ディープ層５の構造およびＳｉＣ原料ガスの導入方法を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは、第２実施形態と同様にＳｉＣ原料ガスの導入量を変化させる場合を例に挙げて説明するが、第１実施形態のようにＳｉＣ原料ガスの導入量を一定としても良い。
　図５に示すように、本実施形態では、ｐ型ディープ層５のうちの底部の角部、換言すればディープトレンチ１５の底部における角部がｐ+型領域５ａとされている。このｐ+型領域５ａは、ベース領域３よりも下方において、ベース領域３から離れて形成されているが接続された状態とされていても良い。ｐ+型領域５ａは、ｐ型不純物濃度が例えば１．０×１０17～１．０×１０19／ｃｍ3とされていて、断面形状が三角形状、もしくはｐ型ディープ層５と接する部分が凹んで曲面となった三角ラウンド形状とされている。ただし、ｐ+型領域５ａの不純物濃度は一定である必要はなく、ディープトレンチ１５の角部から離れるほど徐々に不純物濃度が低下していき、ｐ型ディープ層５における他の領域の不純物濃度まで低下するような濃度分布であっても良い。このように、ｐ型ディープ層５は、底部の角部においてｐ+型領域５ａが形成されることによりｐ型不純物濃度が最も高くなっている。
　このような構造とされているため、本実施形態のＳｉＣ半導体装置によれば、ｐ型ディープ層５によるトレンチゲート構造側への電界の入り込み抑制効果をより発揮させることが可能となり。オフ時におけるドレイン－ソース間耐圧を更に得ることが可能となる。また、ｐ型不純物濃度が高くなっているｐ+型領域５ａの部分で意図的にブレークダウンを発生させることが可能となり、ＭＯＳ構造部分、つまりトレンチゲート構造部分でブレークダウンが発生することを抑制できる。特に、Ｌ負荷のようなスイッチングサージが大きなもののスイッチング素子としてＳｉＣ半導体装置を適用する場合には、外周領域だけでなくセル領域でもブレークダウン電流が流れるようにしてサージ電流を基板全面で受けられるようにするのが好ましい。このため、セル領域にブレークダウン電流が流れるようにしつつ、ＭＯＳ構造部分にはブレークダウン電流が流れないようにすることで、縦型ＭＯＳＦＥＴの信頼性を向上させられると共に、Ｌ負荷に対する耐量の向上を図ることも可能となる。
　続いて、本実施形態のＳｉＣ半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態のＳｉＣ半導体装置の製造方法は、基本的には第１、第２実施形態と同様であるが、プレドープ中におけるドーパントガスの導入量などが異なっている。
　例えば、図６に示すように、プレドープ中においてｐ型ドーパントを含むドーパントガスの導入量を定常成長期間中よりも多くしている。そして、ＳｉＣ原料ガスを導入し始めて遷移期間になると、その期間中にＳｉＣ原料ガスの導入前よりもドーパントガスの導入量を低下させる。さらに、この遷移期間中にドーパントガスの導入量を徐々に低下させていき、定常成長期間のときの導入量まで低下させるようにしている。
　このように、プレドープ中においてドーパントガスの導入量を最も多くすると、雰囲気中への昇華などによって存在するＳｉ元素やＣ元素に基づいて、もしくは、ＳｉＣ原料ガスが導入された初期時に、ディープトレンチ１５の底部にｐ+型領域５ａを形成できる。
　このときのｐ+型領域５ａは、プレドープ時に予め導入しておいたｐ型ドーパントが取り込まれることによって高不純物濃度で形成され、ｐ型ディープ層５の他の領域よりも高不純物濃度で形成できる。そして、プレドープ中のドーパントガスの導入量をその後の期間よりも多くしていることから、よりｐ+型領域５ａのｐ型不純物濃度を増大させることが可能となる。このため、ディープトレンチ１５の角部のＳｉＣがｎ型化することをより的確に抑制することが可能となる。
　また、昇温中にはドーパントガスの導入量を多くしているが、その後はドーパントガスの導入量を低減している。このため、ｐ型ディープ層５の全域が過剰にｐ型不純物濃度の高い領域になることを防止できると共に、ｐ型ディープ層５におけるｐ+型領域５ａの他の領域全域を均一な濃度にすることができる。これにより、ｐ型ディープ層５におけるｐ+型領域５ａの他の領域の濃度分布が増大する場合のような素子耐圧低下を抑制することができる。
　（他の実施形態）
　本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
　例えば、上記各実施形態では、ｎ+型ソース領域４をエピタキシャル成長によって形成しているが、ｎ+型ソース領域４についてはベース領域３の上層部に形成されていれば良いため、イオン注入などの他の手法によって形成することもできる。
　また、第１、第２実施形態では、ベース領域３を高濃度ベース領域３ａと低濃度ベース領域３ｂに分けたが、単一の不純物濃度で構成しても良い。また、不純物濃度を異ならせる構成では、高濃度ベース領域３ａと低濃度ベース領域３ｂの境界部において不純物濃度が徐々に変化し、その境界部を挟んでｐ型不純物濃度が異なった高濃度ベース領域３ａと低濃度ベース領域３ｂとが積層された形態でも良い。また、低濃度ベース領域３ｂについては、ノンドープ、つまりほとんどｐ型ドーパントがドープされていない状態であるｉ型半導体によって構成されていても構わない。例えば、低濃度ベース領域３ｂのドープ量について、エピタキシャル成長時に雰囲気中に残留しているｐ型ドーパントがドープされる程度とすることができる。その場合、低濃度ベース領域３ｂでの高チャネル移動度化を更に実現することが可能となり、更なる低オン抵抗化が可能になる。
　さらに、上記各実施形態では、裏面側が高不純物濃度の裏面層、表面側がそれよりも低不純物濃度なドリフト層とされた半導体基板として、ｎ+型基板１の表面にｎ-型ドリフト層２を形成した構造を例に挙げて説明した。しかしながら、これは半導体基板の一例を示したに過ぎず、例えばｎ-型ドリフト層２にて構成される基板の裏面側にｎ型ドーパントをイオン注入すること、もしくはエピタキシャル成長によって高濃度不純物層を構成した半導体基板であっても良い。
　また、上記各実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたｎチャネルタイプの縦型ＭＯＳＦＥＴを例に挙げて説明したが、各構成要素の導電型を反転させたｐチャネルタイプの縦型ＭＯＳＦＥＴに対しても本開示を適用することができる。その場合、半導体基板の面方位を上記各実施形態の場合に対して９０度ずらすことで、ディープトレンチの側面にはｐ型の制限層を優位にエピタキシャル成長させられ、ディープトレンチの底部にはｎ型のディープ層を優位にエピタキシャル成長させることができる。
　さらに、上記各実施形態では、化合物半導体としてＳｉＣを例に挙げ、ディープトレンチ内に第２導電型のディープ層をエピタキシャル成長させる一例として下地層となるｎ-型ドリフト層２の上にｐ型ディープ層５を形成する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これも単なる一例を示したに過ぎない。すなわち、化合物半導体にて構成される第１導電型の下地層に対してディープトレンチを形成し、そのディープトレンチに第２導電型の化合物半導体にて構成されるディープ層をエピタキシャル成長する構造について、本開示を適用することができる。

Claims (11)

  1. 　化合物半導体装置の製造方法であって、
    　化合物半導体にて構成される第１導電型の下地層（２）を有する半導体基板（１、２）を用意することと、
    　前記下地層に対してディープトレンチ（１５）を形成することと、
    　エピタキシャル成長装置内に第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入しつつ、前記化合物半導体の原料ガスを導入し、前記ディープトレンチ内に第２導電型のディープ層（５）をエピタキシャル成長させることと、を含み、
    　前記ディープ層を形成することでは、前記ディープ層をエピタキシャル成長させる温度まで前記エピタキシャル成長装置を昇温させる期間を昇温期間として、該昇温期間中から第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入したのち、前記昇温期間後に前記原料ガスを導入することで、前記ディープトレンチの底部の角部にも前記ディープ層を形成することである化合物半導体装置の製造方法。
  2. 　化合物半導体装置の製造方法であって、
    　化合物半導体にて構成される第１導電型の下地層（２）を有する半導体基板（１、２）を用意することと、
    　前記下地層に対してディープトレンチ（１５）を形成することと、
    　エピタキシャル成長装置内に第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入しつつ、前記化合物半導体の原料ガスを導入し、前記ディープトレンチ内に第２導電型のディープ層（５）をエピタキシャル成長させることと、を含み、
    　前記ディープ層を形成することでは、前記ディープ層をエピタキシャル成長させる温度まで前記エピタキシャル成長装置を昇温させる期間を昇温期間として、該昇温期間中から第２導電型ドーパントを含むドーパントガスを導入したのち、前記昇温期間中における前記ドーパントガスの導入後に前記原料ガスを導入することで、前記ディープトレンチの底部の角部にも前記ディープ層を形成することである化合物半導体装置の製造方法。
  3. 　トレンチゲート構造のスイッチング素子を有する化合物半導体装置の製造方法であって、
    　裏面側に備えられた裏面層（１）と、表面側に備えられ前記下地層を構成すると共に前記裏面層よりも低不純物濃度とされた第１導電型のドリフト層（２）と、を有する前記半導体基板（１、２）を用意することと、
    　前記ドリフト層（２）の上に第２導電型のベース領域（３）を形成することと、
    　前記ベース領域の上層部に、前記ドリフト層よりも高不純物濃度の第１導電型のソース領域（４）を形成することと、
    　前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深くまでゲートトレンチ（６）を形成することと、
    　前記ゲートトレンチの内壁面にゲート絶縁膜（７）を形成すると共に、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極（８）を形成することでトレンチゲート構造を構成することと、
    　前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極（９）を形成することと、
    　前記半導体基板の裏面側における前記裏面層と電気的に接続されるドレイン電極（１０）を形成することと、を含み、
    　前記ディープトレンチを形成することとして、前記ドリフト層に対して前記ゲートトレンチよりも深く前記ディープトレンチを形成することを行う請求項１または２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  4. 　前記ディープ層を形成することでは、前記化合物のエッチングガスを導入しつつ前記エピタキシャル成長装置内の昇温を行う請求項１ないし３のいずれか１つに記載の化合物半導体装置の製造方法。
  5. 　前記ディープ層を形成することでは、前記原料ガスの導入するときには、該原料ガスの導入前よりも前記ドーパントガスの導入量を低下させる請求項１ないし４のいずれか１つに記載の化合物半導体装置の製造方法。
  6. 　前記ディープ層を形成することでは、前記原料ガスの導入量を徐々に増加させたのち、該原料ガスの導入量を一定とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の化合物半導体装置の製造方法。
  7. 　前記ドーパントガスとしてトリメチルアルミニウムを用いる請求項１ないし６のいずれか１つに記載の化合物半導体装置の製造方法。
  8. 　前記ディープ層を形成することでは、前記ディープ層のうち前記ディープトレンチの底部の角部の第２導電型不純物濃度を最も高くする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の化合物半導体装置の製造方法。
  9. 　化合物半導体装置であって、
    　化合物半導体にて構成される第１導電型の下地層（２）を有する半導体基板（１、２）と、
    　前記下地層に対して形成されたディープトレンチ（１５）の底部の角部を含めて該ディープトレンチ内に形成された第２導電型のディープ層（５）と、を有している化合物半導体装置。
  10. 　前記ディープ層は、該ディープ層の中で前記ディープトレンチの底部の角部に位置している部分（５ａ）が最も第２導電型不純物濃度が高くなっている請求項９に記載の化合物半導体装置。
  11. 　裏面側に備えられた高不純物濃度となる裏面層（１）と、表面側に備えられ前記下地層を構成すると共に前記裏面層よりも低不純物濃度とされた第１導電型のドリフト層（２）と、を有する前記半導体基板（１、２）と、
    　前記ドリフト層の上に形成された第２導電型のベース領域（３）と、
    　前記ベース領域の上層部に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度の第１導電型のソース領域（４）と、
    　前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深くまで形成されたゲートトレンチ（６）内に形成され、該ゲートトレンチの内壁面に形成されたゲート絶縁膜（７）と、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極（８）と、を有して構成されたトレンチゲート構造と、
    　前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極（９）と、
    　前記半導体基板の裏面側における前記高濃度不純物層と電気的に接続されるドレイン電極（１０）とを有する縦型ＭＯＳＦＥＴを備え、
    　前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記ドリフト層に至るように前記ディープトレンチが形成され、該ディープトレンチ内に前記ディープ層が配置されている請求項９または１０に記載の化合物半導体装置。
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