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JP5742657B2 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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Description

この発明は炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関し、より特定的には、平面視において、半導体素子が設けられている素子領域と、素子領域を取り囲んでいる終端領域とを有する炭化珪素半導体装置、およびその製造方法に関する。
特開２０１０−１４７２２２号公報（特許文献１）によれば、ＳｉＣ半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴが形成されたセル領域と、セル領域を囲む外周領域とを有する。外周領域では、凹部にて構成されたメサ構造部が形成されている。セル領域と外周領域との境界部には、メサ構造部の段差部の側壁面から底面に至るようにセル領域の外周を囲むｐ型リサーフ層が形成されていると共に、ｐ型リサーフ層の周囲を囲むように複数にｐ型ガードリング層が形成されている。そして、ｐ型リサーフ層およびｐ型ガードリング層の周囲を囲むようにｎ+型層およびｎ+型層に電気的に接続された同電位リング電極が形成されることで外周耐圧構造が構成されている。また基板の表面側および裏面側のそれぞれにソース電極およびドレイン電極が設けられている。
特開２０１０−１４７２２２号公報
上記外周領域（終端領域）においては基板（炭化珪素基板）上に、通常、パッシベーションのための絶縁膜が形成されている。したがって、外周領域において、基板（炭化珪素基板）と絶縁膜との界面が形成されている。この界面に沿った電流が流れやすいほどソース電極およびドレイン電極（第１および第２の電極）の間にリーク電流が流れやすくなる。本発明者らの検討によれば、終端領域における炭化珪素基板の結晶学的な面方位が不適切であると、炭化珪素基板と絶縁膜との界面における界面準位密度が高くなり、この結果、第１および第２の電極の間にリーク電流が流れやすくなることがわかった。
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、電極間におけるリーク電流を抑制することができる炭化珪素半導体装置およびその製造方法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、平面視において、半導体素子が設けられている素子領域と、素子領域を取り囲んでいる終端領域とを有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、次の工程を有する。六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られ、厚さ方向において互いに反対の側である第１の側および第２の側を有する炭化珪素基板が準備される。終端領域において炭化珪素基板に、素子領域を取り囲みかつ面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有する側壁と、素子領域および側壁を含む領域を取り囲みかつ面方位{０００−１}を有する底面とが形成されるように、炭化珪素基板の第１の側において熱エッチングが行われる。側壁および底面の上に絶縁膜が形成される。素子領域において炭化珪素基板の第１の側の上に第１の電極が形成される。炭化珪素基板の第２の側の上に第２の電極が形成される。
この製造方法によれば、炭化珪素基板の表面のうち第１および第２の電極の間の部分に側壁および底面が熱エッチングにより設けられる。熱エッチングを用いることで、側壁の面方位を{０−３３−８}または{０−１１−４}とし、また底面の面方位を{０００−１}とすることができる。これにより炭化珪素基板の側壁および底面の各々と絶縁膜との界面における界面準位密度が低くなる。よって界面準位の存在に起因した電流の生成が抑制されるので、第１および第２の電極の間におけるリーク電流を抑制することができる。
好ましくは熱エッチングを行う工程は、素子領域において炭化珪素基板に、面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有するチャネル面を形成する工程を含む。これにより、チャネル面に沿ったキャリアの移動度を高めることができるので、チャネル抵抗を抑制することができる。よって炭化珪素半導体装置のオン抵抗を小さくすることができる。さらに好ましくはチャネル面を形成する工程は、チャネル面を含む内壁が設けられたトレンチを形成することによって行われる。トレンチ構造を採用することにより、同一面積内に高密度にチャネルを配置することができる。これにより、より大きな電流を得ることが可能となる。
好ましくは熱エッチングを行う工程は、ハロゲン元素を含有するプロセスガスを用いて行われる。これによりトレンチの側壁が所望の面に自己形成される。また、ＳｉＯ2をマスクに用いることでＳｉＣに対して高い選択比が得られるので、トレンチを確実に形成することが可能になる。より好ましくは、ハロゲン元素は塩素である。塩素ガスを用いることで、上記と同様の理由で、所望の面をより確実に形成することが可能となる。プロセスガスは、四フッ化炭素および六フッ化硫黄の少なくともいずれかを含有してもよい。これによってもトレンチの側壁が所望の面に自己形成される。好ましくはプロセスガスは酸素ガスを含有する。これにより熱エッチング中に酸素が導入されるので、ＳｉＣ表面に形成される炭素の薄膜層（ＳｉＣ中のＣ原子が残留したもの）をＳｉＣと同時に除去することが可能である。
本発明の炭化珪素半導体装置は、平面視において、半導体素子が設けられている素子領域と、素子領域を取り囲んでいる終端領域とを有するものである。この炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、第１および第２の電極と、絶縁膜とを有する。炭化珪素基板は、六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られ、厚さ方向において互いに反対の側である第１の側および第２の側を有する。炭化珪素基板の第１の側には、終端領域において素子領域を取り囲みかつ面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有する側壁と、側壁を取り囲みかつ面方位{０００−１}を有する底面とが設けられている。絶縁膜は側壁および底面の上に設けられている。第１の電極は素子領域において炭化珪素基板の第１の側の上に設けられている。第２の電極は炭化珪素基板の第２の側の上に設けられている。
この装置によれば、炭化珪素基板の表面のうち第１および第２の電極の間の部分に側壁と底面とが設けられる。側壁の面方位が{０−３３−８}または{０−１１−４}とされまた底面の面方位が{０００−１}とされることで、側壁および底面の各々と絶縁膜との界面における界面準位密度が低くなる。よって界面準位の存在に起因した電流の生成が抑制されるので、第１および第２の電極の間におけるリーク電流を抑制することができる。
好ましくは、素子領域において炭化珪素基板の第１の側には、面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有するチャネル面が設けられている。これにより、チャネル面に沿ったキャリアの移動度を高めることができるので、チャネル抵抗を抑制することができる。よって炭化珪素半導体装置のオン抵抗を小さくすることができる。さらに好ましくは、チャネル面は、素子領域において炭化珪素基板の第１の側に設けられたトレンチの内壁の一部である。
本発明によれば、上述したように、電極間におけるリーク電流を抑制することができる。
本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の平面レイアウトを概略的に示す図（Ａ）、その破線部ＩＢにおける一部拡大図（Ｂ）、およびこの一部拡大図に対応する部分平面図（Ｃ）である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う概略部分断面図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を、図２に対応する視野において概略的に示す部分断面図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を、図２に対応する視野において概略的に示す部分断面図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程を、図２に対応する視野において概略的に示す部分断面図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第４工程を、図２に対応する視野において概略的に示す部分断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、面の指数が負であることを示す際に、数字の上に”−”（バー）を付す代わりに、数字の前に負の符号を付けている。また角度の記載には、全方位角を３６０度とする系を用いている。
はじめに本実施の形態の炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴの構成の概要について、以下に説明する。
図１（Ａ）に示すように、平面視においてＭＯＳＦＥＴ１００は、トランジスタ素子（半導体素子）が設けられている素子領域ＣＬと、素子領域ＣＬを取り囲んでいる終端領域ＴＭとを有する。図１（Ｂ）に示すように、素子領域ＣＬと終端領域ＴＭとの境界は、ジグザグ形状を含んでもよい。このジグザグ形状において、素子領域ＣＬから終端領域ＴＭへ突き出た部分の角度ＤＣは好ましくは６０°である。またこのジグザグ形状において、終端領域ＴＭから素子領域ＣＬへ突き出た部分の角度ＤＴは好ましくは６０°である。なお６０°が好ましいのは、ＭＯＳＦＥＴ１００において、後述するように六方晶系の結晶構造が用いられており、この結晶構造が６回対称性を有することに起因している。好ましくは図１（Ｃ）に示すように、上記のジグザグ形状に沿って側壁ＳＴが配置され、このジグザグ形状に側壁ＳＴを介して隣り合うように底面ＢＴが設けられている。なお側壁ＳＴおよび底面ＢＴの詳細は後述する。
図２に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１００はゲートトレンチ型である。ＭＯＳＦＥＴ１００は、炭化珪素基板ＳＢと、絶縁膜８Ｔと、ゲート絶縁膜８Ｃと、ゲート電極９と、層間絶縁膜１０と、ソース電極１２と、ソース配線電極１３と、ドレイン電極１４と、裏面保護電極１５とを有する。
炭化珪素基板ＳＢは、六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られ、厚さ方向において互いに反対の側である表側（第１の側）および裏側（第２の側）を有する。炭化珪素基板ＳＢの表側には素子領域ＣＬにおいて、表側に向かってテーパ状に拡がるトレンチ６Ｃが設けられている。また炭化珪素基板ＳＢの表側には終端領域ＴＭにおいてテラス６Ｔが設けられている。テラス６Ｔは、炭化珪素基板ＳＢの裏側の部分が炭化珪素基板ＳＢの外周方向に張り出すことによって構成されている。
トレンチ６Ｃの内壁の一部により、素子領域ＣＬにおいて炭化珪素基板ＳＢの表側に、面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有するチャネル面ＳＣが設けられている。チャネル面ＳＣは、ＭＯＳＦＥＴ１００のチャネル電流がそれに沿って流れる面であり、後述するｐ型ボディ層３の表面によって構成されている。チャネル面ＳＣは、面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有しており、好ましくは、面方位（０−３３−８）、（３０−３−８）、（−３３０−８）、（０３−３−８）、（−３０３−８）および（３−３０−８）の少なくともいずれかを有する。
テラス６Ｔにより、終端領域ＴＭにおいて炭化珪素基板ＳＢの表側に、側壁ＳＴと、側壁ＳＴを取り囲む底面ＢＴとが設けられている。逆に言えば、側壁ＳＴおよび底面ＢＴによってテラス６Ｔが構成されている。側壁ＳＴは、面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有しており、好ましくは、面方位（０−３３−８）、（３０−３−８）、（−３３０−８）、（０３−３−８）、（−３０３−８）および（３−３０−８）の少なくともいずれかを有する。好ましくは、炭化珪素基板ＳＢに側壁ＳＴとして上記６つの面方位のすべてが設けられる。この場合、六角形が有する６つの辺のそれぞれに接するように、（０−３３−８）面、（３０−３−８）面、（−３３０−８）面、（０３−３−８）面、（−３０３−８）面および（３−３０−８）面を、側壁ＳＴとして配置し得る。底面ＢＴは、面方位{０００−１}を有し、好ましくは面方位（０００−１）を有する。
ソース電極１２は素子領域ＣＬにおいて炭化珪素基板ＳＢの表側の上に設けられている。ドレイン電極１４は炭化珪素基板ＳＢの裏側の上に設けられている。絶縁膜８Ｔは側壁ＳＴおよび底面ＢＴの上に設けられている。
次にＭＯＳＦＥＴ１００の詳細な構成について、以下に説明する。
図２に示すように、炭化珪素基板ＳＢは、炭化珪素からなる単結晶基板１と、単結晶基板１の主表面ＭＳ上にエピタキシャルに形成された炭化珪素層とを有する。
単結晶基板１は、ｎ型の導電型を有し、六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られている。単結晶基板１の主表面ＭＳの面方位は、｛０００−１｝から５度以内のオフ角を有し、より好ましくは（０００−１）から５度以内のオフ角を有する。
上記炭化珪素層は、単結晶基板１の主表面ＭＳとほぼ平行な主表面ＴＳを有する。この炭化珪素層は、導電型がｎ型であるエピタキシャル層である耐圧保持層２と、導電型がｐ型であるｐ型ボディ層３と、導電型がｎ型であるｎ型ソースコンタクト層４と、導電型がｐ型であるコンタクト領域５と、導電型がｐ型である電界緩和領域７と、ＪＴＥ（Junction Termination Extension）領域２１と、ガードリング領域２２と、フィールドストップ領域２３とを有する。ｐ型ボディ層３と、ｎ型ソースコンタクト層４と、コンタクト領域５とは、素子領域ＣＬに設けられている。
ＪＴＥ領域２１と、ガードリング領域２２と、フィールドストップ領域２３とは、終端領域ＴＭにおいて炭化珪素基板ＳＢの表側に設けられている。ＪＴＥ領域２１と、ガードリング領域２２と、フィールドストップ領域２３との各々は、平面視において素子領域ＣＬを取り囲むように設けられている。図１（Ｂ）のジグザグ形状が設けられる場合、ＪＴＥ領域２１と、ガードリング領域２２と、フィールドストップ領域２３との各々は、このジグザグ形状に対応したジグザグ形状を有してもよく、あるいはこのジグザグ形状に厳密には沿わずに直線状に延びてもよい。ＪＴＥ領域２１は、ｐ型ボディ層３と同一の導電型を有し、かつｐ型ボディ層３とつながっている。ガードリング領域２２は、平面視においてＪＴＥ領域２１を取り囲んでおり、耐圧保持層２の導電型と異なる導電型を有する。フィールドストップ領域２３は、平面視においてガードリング領域２２を取り囲んでおり、耐圧保持層２の導電型と同じ導電型を有し、かつ耐圧保持層２の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する。
耐圧保持層２は、単結晶基板１の主表面ＭＳ上に形成されている。耐圧保持層２上にはｐ型ボディ層３が形成されている。ｐ型ボディ層３上には、ｎ型ソースコンタクト層４が形成されている。このｎ型ソースコンタクト層４に取囲まれるように、ｐ型のコンタクト領域５が形成されている。
トレンチ６Ｃの内壁上にはゲート絶縁膜８Ｃが形成されている。このゲート絶縁膜８Ｃはｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上にまで延在している。このゲート絶縁膜８Ｃ上に、トレンチ６Ｃの内部を充填するようにゲート電極９が形成されている。ゲート電極９の上部表面は、ゲート絶縁膜８Ｃにおいてｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上に位置する部分の上面とほぼ同じ高さになっている。
ゲート絶縁膜８Ｃのうちｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上にまで延在する部分とゲート電極９とを覆うように層間絶縁膜１０が形成されている。層間絶縁膜１０とゲート絶縁膜８Ｃの一部とを除去することにより、ｎ型ソースコンタクト層４の一部とｐ型のコンタクト領域５とを露出するように開口部が形成されている。この開口部の内部を充填するとともに、ｐ型のコンタクト領域５およびｎ型ソースコンタクト層４の一部と接触するようにソース電極１２が形成されている。ソース電極１２の上部表面と接触するとともに、層間絶縁膜１０の上部表面上に延在するようにソース配線電極１３が形成されている。また、単結晶基板１において耐圧保持層２が形成された主表面とは反対側の裏面上には、ドレイン電極１４が形成されている。このドレイン電極１４はオーミック電極である。このドレイン電極１４において、単結晶基板１と対向する面とは反対側の面上に裏面保護電極１５が形成されている。
次にＭＯＳＦＥＴ１００の動作について簡単に説明する。図２を参照して、ゲート電極９にしきい値以下の電圧を与えた状態、すなわちオフ状態では、ｐ型ボディ層３と導電型がｎ型である耐圧保持層２との間が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極９に正の電圧を印加すると、ｐ型ボディ層３においてゲート絶縁膜８Ｃと接触する領域の近傍であるチャネル領域において、反転層が形成される。その結果、ｎ型ソースコンタクト層４と耐圧保持層２とが電気的に接続された状態となる。この結果、ソース電極１２とドレイン電極１４との間に電流が流れる。
次にＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法について、以下に説明する。
図３に示すように、六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られ、厚さ方向において互いに反対の側である表側および裏側を有する炭化珪素基板ＳＢが準備される。具体的には、以下のとおりである。
まず、炭化珪素から作られた単結晶基板１が準備される。単結晶基板１は六方晶系の単結晶構造を有する。また単結晶基板１には、上述した主表面ＭＳが設けられている。
次に主表面ＭＳ上に、ｎ型の導電型を有する炭化珪素のエピタキシャル層が形成する。当該エピタキシャル層は耐圧保持層２となる。耐圧保持層２を形成するため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）法により実施することができる。また、このときドナー不純物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。この耐圧保持層２のｎ型不純物の濃度は、たとえば５×１０15ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下とすることができる。
次に耐圧保持層２の上部表面層にイオン注入を行うことにより、ｐ型ボディ層３およびｎ型ソースコンタクト層４が形成される。ｐ型ボディ層３を形成するためのイオン注入においてはアクセプタ不純物が用いられ、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などが用いられる。またドナー不純物を、ｐ型ボディ層３が形成された耐圧保持層２へイオン注入することにより、ｎ型ソースコンタクト層４が形成される。ドナー不純物としてはたとえばリンなどを用いることができる。以上により炭化珪素基板ＳＢが形成される。
次に図４に示すように、素子領域ＣＬにおいて炭化珪素基板ＳＢの表側からｎ型ソースコンタクト層４およびｐ型ボディ層３を順に貫通するトレンチ１６Ｃが設けられる。トレンチ１６Ｃが設けられる位置は、トレンチ６Ｃ（図２）が設けられることになる位置に対応している。また終端領域ＴＭにおいて炭化珪素基板ＳＢの表側からｎ型ソースコンタクト層４およびｐ型ボディ層３を除去することで形成されたテラス１６Ｔが設けられる。テラス１６Ｔが設けられる位置は、テラス６Ｔ（図２）が設けられることになる位置に対応している。トレンチ１６Ｃおよびテラス１６Ｔの側壁は、図４に示すように、おおよそ厚さ方向に沿っている。以下に、トレンチ１６Ｃおよびテラス１６Ｔの形成方法について説明する。
まずｎ型ソースコンタクト層４の上部表面（図３における主表面ＴＳ）上にマスク層１７が形成される。マスク層１７として、たとえばシリコン酸化膜などの絶縁膜を用いることができる。マスク層１７の形成方法としては、たとえば次のような工程を用いることができる。まずｎ型ソースコンタクト層４の上部表面上に、ＣＶＤ法などを用いてシリコン酸化膜を形成する。そして、このシリコン酸化膜上にフォトリソグラフィ法を用いて所定の開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成する。このレジスト膜をマスクとして用いて、シリコン酸化膜をエッチングにより除去する。その後レジスト膜を除去する。この結果、図４に示すように、トレンチ１６Ｃおよびテラス１６Ｔが形成されるべき領域に開口パターンを有するマスク層１７が形成される。
そして、このマスク層１７をマスクとして用いて、ｎ型ソースコンタクト層４、ｐ型ボディ層３および耐圧保持層２の一部をエッチングにより除去する。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）またはイオンミリングを用いることができる。ＲＩＥとしては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１６Ｃおよびテラス１６Ｔが形成される。
次に図５に示すように、素子領域ＣＬにおいてトレンチ６Ｃが形成され、終端領域においてテラス６Ｔが形成される。これらは、炭化珪素基板ＳＢの表側における熱エッチングにより行われる。ここで熱エッチングとは、エッチングされる対象を高温下でエッチングガスにさらすことによって行われるものであり、物理的エッチング作用を実質的に有しないものである。トレンチ６Ｃの形成によって、素子領域ＣＬにおいて炭化珪素基板ＳＢに、トレンチ６Ｃの内壁の一部として、面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有するチャネル面ＳＣが自己形成される。またテラス６Ｔの形成によって、終端領域ＴＭにおいて炭化珪素基板ＳＢに、素子領域ＣＬを取り囲みかつ面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有する側壁ＳＴと、素子領域ＣＬおよび側壁ＳＴを含む領域を取り囲みかつ面方位{０００−１}を有する底面ＢＴとが自己形成される。
熱エッチングのプロセスガスはハロゲン元素を含有する。より好ましくはハロゲン元素は塩素である。塩素に代わって、または塩素とともに、プロセスガスは四フッ化炭素および六フッ化硫黄の少なくともいずれかを含有してもよい。プロセスガスは、ハロゲン元素を含有するガスに加えてさらに酸素ガスを含有することが好ましい。
プロセスガスが塩素ガスおよび酸素ガスの混合ガスの場合を例に、エッチングの進行過程について説明する。ＳｉＣ＋ｍＯ２＋ｎＣｌ２→ＳｉＣｌｘ＋ＣＯｙ（ただし、ｍ、ｎ、ｘ、ｙは正の数）と表される反応式において、０．５≦ｘ≦２．０、１．０≦ｙ≦２．０というｘおよびｙの条件が満たされる場合に反応が進みやすく、ｘ＝４、ｙ＝２という条件の場合が最も反応が進む。ただし上記ｍおよびｎは、実際に反応している酸素ガスおよび塩素ガスの量を表しており、プロセスガスとして供給される量とは異なる。本発明者らは、この熱エッチングにおいて供給される塩素の流量に対する酸素の流量の比率が０．１以上２．０以下となることが好ましく、より好ましくはこの比率の下限は０．２５である。この場合、炭化珪素基板ＳＢに{０−３３−８}または{０−１１−４}面、および{０００−１}面をより確実に自己形成することができる。
なお、プロセスガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスなどの反応ガスに加えて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。
熱エッチングの熱処理温度は、好ましくは７００℃以上１２００℃以下である。この温度の下限は、より好ましくは８００℃、さらに好ましくは９００℃である。またこの温度の上限は、より好ましくは１１００℃、さらに好ましくは１０００℃である。この場合、エッチング速度を十分実用的な値とすることができる。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７０μｍ／ｈｒ程度になる。マスク層１７の材料として酸化珪素（ＳｉＯ２）を用いると、ＳｉＯ２に対するＳｉＣの選択比を極めて大きくすることができるので、ＳｉＣのエッチング中にＳｉＯ2からなるマスク層１７は実質的にエッチングされない。
熱エッチング後、マスク層１７がエッチングなどにより除去される。
次に図６に示すように、コンタクト領域５と、電界緩和領域７と、ＪＴＥ領域２１と、ガードリング領域２２と、フィールドストップ領域２３とが形成される。これらの形成は、マスクを用いることによる選択的なイオン注入によって行うことができる。
そして、上述したイオン注入により注入された不純物を活性化するための活性化アニールが行われる。活性化アニールは、炭化珪素からなるエピタキシャル層の表面上キャップ層を特に形成することなく行われてもよい。特に{０−３３−８}または{０−１１−４}面については、キャップ層などの保護膜を表面に形成することなく活性化アニール処理を行なっても表面性状が劣化することがなく、十分な表面平滑性を維持できる。
再び図２を参照して、終端領域ＴＭにおいて炭化珪素基板ＳＢ上に絶縁膜８Ｔが形成される。これにともなって側壁ＳＴおよび底面ＢＴの上に絶縁膜８Ｔが形成される。また素子領域ＣＬにおいて炭化珪素基板ＳＢ上にゲート絶縁膜８Ｃが形成される。絶縁膜８Ｔおよびゲート絶縁膜８Ｃは一括して形成されてもよい。絶縁膜８Ｔおよびゲート絶縁膜８Ｃは、たとえば、炭化珪素基板ＳＢの表側を熱酸化することによって形成され得る。
次に、トレンチ６Ｃの内部を充填するように、ゲート絶縁膜８Ｃ上にゲート電極９が形成される。ゲート電極９の形成方法としては、たとえば以下のような方法を用いることができる。まず、ゲート絶縁膜８Ｃ上において、トレンチ６Ｃの内部およびｐ型のコンタクト領域５上の領域にまで延在するゲート電極となるべき導電体膜を、スパッタリング法などを用いて形成する。導電体膜の材料としては導電性を有する材料であれば金属など任意の材料を用いることができる。その後、エッチバックあるいはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法など任意の方法を用いて、トレンチ６Ｃの内部以外の領域に形成された導電体膜の部分を除去する。この結果、トレンチ６Ｃの内部を充填するような導電体膜が残存し、当該導電体膜によりゲート電極９が構成される。
次に、ゲート電極９の上部表面、およびｐ型のコンタクト領域５上において露出しているゲート絶縁膜８Ｃの上部表面上を覆うように層間絶縁膜１０が形成される。層間絶縁膜１０としては、絶縁性を有する材料であれば任意の材料を用いることができる。そして、層間絶縁膜１０上に、パターンを有するレジスト膜（図示せず）を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。当該レジスト膜にはｐ型のコンタクト領域５上に位置する領域に開口パターンが形成されている。
そして、このレジスト膜をマスクとして用いて、エッチングにより層間絶縁膜１０およびゲート絶縁膜８Ｃを部分的にエッチングにより除去する。この結果、層間絶縁膜１０およびゲート絶縁膜８Ｃには開口部が形成される。この開口部の底部においては、コンタクト領域５およびｎ型ソースコンタクト層４の一部が露出した状態となる。その後、当該開口部の内部を充填するとともに、上述したレジスト膜の上部表面上を覆うようにソース電極１２となるべき導電体膜を形成する。その後、薬液などを用いてレジスト膜を除去することにより、レジスト膜上に形成されていた導電体膜の部分を同時に除去する（リストオフ）。この結果、開口部の内部に充填された導電体膜によりソース電極１２を形成できる。このソース電極１２はコンタクト領域５およびｎ型ソースコンタクト層４とオーミック接触したオーミック電極である。
また、単結晶基板１の裏面側（耐圧保持層２が形成された主表面ＭＳと反対側の表面側）に、ドレイン電極１４が形成される。ドレイン電極１４としては、単結晶基板１とオーミック接触が可能な材料であれば任意の材料を用いることができる。
その後、ソース電極１２の上部表面に接触するとともに、層間絶縁膜１０の上部表面上に延在するソース配線電極１３、およびドレイン電極１４の表面に形成された裏面保護電極１５がそれぞれスパッタリング法などによって形成される。
以上により、ＭＯＳＦＥＴ１００（図２）が製造される。
本実施の形態によれば、炭化珪素基板ＳＢの表面のうちソース電極１２およびドレイン電極１４の間の部分に側壁ＳＴと底面ＢＴとが、熱エッチングにより設けられる。よって炭化珪素基板ＳＢの表面を経路とする、ソース電極１２とドレイン電極１４との間のリーク電流は、側面ＳＴおよび底面ＢＴを通る。熱エッチングを用いることで、側壁ＳＴの面方位を{０−３３−８}または{０−１１−４}とし、また底面ＢＴの面方位を{０００−１}とすることができる。これにより側壁ＳＴおよび底面ＢＴの各々と絶縁膜８Ｔとの界面における界面準位密度が低くなる。よって界面準位の存在に起因した電流の生成が抑制されるので、ソース電極１２およびドレイン電極１４の電極の間におけるリーク電流を抑制することができる。
また熱エッチングを行う工程は、素子領域ＣＬにおいて炭化珪素基板ＳＢに、面方位{０−３３−８}または{０−１１−４}を有するチャネル面ＳＣを形成する工程を含む。これにより、チャネル面ＳＣに沿ったキャリアの移動度を高めることができるので、チャネル抵抗を抑制することができる。よってＭＯＳＦＥＴ１００のオン抵抗を小さくすることができる。
またチャネル面を形成する工程は、チャネル面を含む内壁が設けられたトレンチ６Ｃを形成することによって行われる。トレンチ構造を採用することにより、同一面積内に高密度にチャネルを配置することができる。これにより、より大きな電流を得ることが可能となる。またトレンチ６Ｃの最終形状が熱エッチングによって形成されるので、トレンチ６Ｃの角部ＮＲ（図５）に、局所的に掘り込まれた領域であるサブトレンチが形成されることを避けることができる。なおこのようなサブトレンチは、トレンチの最終形状が物理的エッチング作用を有するエッチング法によって形成された場合に生じやすく、たとえばＲＩＥによって形成された場合に観察され得る。
また熱エッチングを行う工程は、ハロゲン元素を含有するプロセスガスを用いて行われる。これによりトレンチ６Ｃの側壁が、所望の面である、{０−３３−８}面または｛０１−１−４｝面に自己形成される。
また、マスク層１７の材料にＳｉＯ2をに用いることでＳｉＣに対して高い選択比が得られるので、トレンチ６Ｃを確実に形成することが可能になる。
より好ましくは、上記ハロゲン元素は塩素である。塩素ガスを用いることで、上記と同様の理由で、所望の面をより確実に形成することが可能となる。プロセスガスは、四フッ化炭素および六フッ化硫黄の少なくともいずれかを含有してもよい。これによってもトレンチ６Ｃの側壁が所望の面に自己形成される。
好ましくはプロセスガスは酸素ガスを含有する。これにより熱エッチング中に酸素が導入されるので、ＳｉＣ表面に形成される炭素の薄膜層（ＳｉＣ中のＣ原子が残留したもの）をＳｉＣと同時に除去することが可能である。
なお本実施の形態においては終端領域ＴＭにおける絶縁膜８Ｔと素子領域ＣＬにおけるゲート絶縁膜８Ｃとが同時に形成されるが、終端領域における絶縁膜と素子領域におけるゲート絶縁膜とは別個に形成されてもよい。
また終端領域ＴＭにおいて、ＪＴＥ領域２１と、ガードリング領域２２と、フィールドストップ領域２３とが設けられているが、これらの少なくともいずれかが省略されてもよい。
またＭＯＳＦＥＴ１００はｎチャネル型であるが、ｎチャネル型ほどのキャリア移動度を必要としない場合は、炭化珪素半導体装置はｐチャネル型であってもよい。この場合、上述した実施の形態においてｐ型とｎ型とが入れ替えられた構成を用いることができる。
また炭化珪素半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ以外のＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよく、またＭＩＳＦＥＴ以外のものであってもよい。ＭＩＳＦＥＴ以外の炭化珪素半導体装置としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）がある。
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。本発明の特許請求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、特許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。
１ 単結晶基板、２ 耐圧保持層、３ ｐ型ボディ層、４ ｎ型ソースコンタクト層、５ コンタクト領域、６Ｃ トレンチ、６Ｔ テラス、７ 電界緩和領域、８Ｃ ゲート絶縁膜、８Ｔ 絶縁膜、９ ゲート電極、１０ 層間絶縁膜、１２ ソース電極、１３ ソース配線電極、１４ ドレイン電極、１５ 裏面保護電極、１７ マスク層、２１ ＪＴＥ領域、２２ ガードリング領域、２３ フィールドストップ領域、ＢＴ 底面、ＣＬ 素子領域、ＳＢ 炭化珪素基板、ＳＣ チャネル面、ＳＴ 側壁、ＴＭ 終端領域。

Claims (10)

  1. 平面視において、半導体素子が設けられている素子領域と、前記素子領域を取り囲んでいる終端領域とを有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
    六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られ、厚さ方向において互いに反対の側である第１の側および第２の側を有する炭化珪素基板を準備する工程と、
    前記終端領域において前記炭化珪素基板に、前記素子領域を取り囲みかつ面方位{０−３３−８}および{０−１１−４}のいずれかを有する側壁と、前記素子領域および前記側壁を含む領域を取り囲みかつ面方位{０００−１}を有する底面とが形成されるように、前記炭化珪素基板の前記第１の側において熱エッチングを行う工程と、
    前記側壁および前記底面の上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記素子領域において前記炭化珪素基板の前記第１の側の上に第１の電極を形成する工程と、
    前記炭化珪素基板の前記第２の側の上に第２の電極を形成する工程とを備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。
  2. 前記熱エッチングを行う工程は、前記素子領域において前記炭化珪素基板に、面方位{０−３３−８}および{０−１１−４}のいずれかを有するチャネル面を形成する工程を含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  3. 前記チャネル面を形成する工程は、前記チャネル面を含む内壁が設けられたトレンチを形成することによって行われる、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  4. 前記熱エッチングを行う工程は、ハロゲン元素を含有するプロセスガスを用いて行われる、請求項１〜３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. 前記ハロゲン元素は塩素である、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  6. 前記プロセスガスは、四フッ化炭素および六フッ化硫黄の少なくともいずれかを含有する、請求項４または５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  7. 前記プロセスガスは酸素ガスを含有する、請求項４〜６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. 平面視において、半導体素子が設けられている素子領域と、前記素子領域を取り囲んでいる終端領域とを有する炭化珪素半導体装置であって、
    六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られ、厚さ方向において互いに反対の側である第１の側および第２の側を有する炭化珪素基板を備え、前記炭化珪素基板の前記第１の側には、前記終端領域において前記素子領域を取り囲みかつ面方位{０−３３−８}および{０−１１−４}のいずれかを有する側壁と、前記側壁を取り囲みかつ面方位{０００−１}を有する底面とが設けられており、さらに
    前記側壁および前記底面の上に設けられた絶縁膜と、
    前記素子領域において前記炭化珪素基板の前記第１の側の上に設けられた第１の電極と、
    前記炭化珪素基板の前記第２の側の上に設けられた第２の電極とを備える、炭化珪素半導体装置。
  9. 前記素子領域において前記炭化珪素基板の前記第１の側には、面方位{０−３３−８}および{０−１１−４}のいずれかを有するチャネル面が設けられている、請求項８に記載の炭化珪素半導体装置。
  10. 前記チャネル面は、前記素子領域において前記炭化珪素基板の前記第１の側に設けられたトレンチの内壁の一部である、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。
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