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JP6318914B2 - Silicon carbide semiconductor device manufacturing method and silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Silicon carbide semiconductor device manufacturing method and silicon carbide semiconductor device Download PDF

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JP6318914B2
JP6318914B2 JP2014133912A JP2014133912A JP6318914B2 JP 6318914 B2 JP6318914 B2 JP 6318914B2 JP 2014133912 A JP2014133912 A JP 2014133912A JP 2014133912 A JP2014133912 A JP 2014133912A JP 6318914 B2 JP6318914 B2 JP 6318914B2
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Description

本発明は、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。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device and a silicon carbide semiconductor device.

従来、半導体装置を構成する材料として珪素が広く使用されてきた。近年、半導体装置を構成する材料として、炭化珪素の採用が進められつつある。   Conventionally, silicon has been widely used as a material constituting semiconductor devices. In recent years, adoption of silicon carbide is being promoted as a material constituting a semiconductor device.

炭化珪素は、珪素のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するワイドバンドギャップ半導体である。半導体装置を構成する材料に炭化珪素を採用することによって、半導体装置の高耐圧化および低損失化を図ることができるとともに、高温環境下で半導体装置を使用できる。   Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a band gap larger than that of silicon. By adopting silicon carbide as a material constituting the semiconductor device, the semiconductor device can have a high breakdown voltage and a low loss and can be used in a high temperature environment.

炭化珪素半導体装置の応用例として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)あるいはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などといった、ゲート電極を有するトランジスタが提案されている。さらに、低オン抵抗および大電流化の観点から、トランジスタを、トレンチゲートを有する縦型素子によって構成することが提案されている。   As an application example of a silicon carbide semiconductor device, a transistor having a gate electrode such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) has been proposed. Furthermore, from the viewpoint of low on-resistance and large current, it has been proposed that the transistor is constituted by a vertical element having a trench gate.

たとえば特開2000−312003号公報(特許文献1)は、炭化珪素半導体基板にトレンチを形成するための方法を開示する。この方法は、β−SiCの(111)Si面またはα−SiCの(0001)Si面である炭化珪素基板の表面をエッチングして前記表面に凹部を形成する工程と、前記表面の上方から粒子線を照射することにより、少なくとも前記凹部の底面に損傷層を形成する工程と、前記炭化珪素基板を酸化雰囲気中で熱処理することにより、少なくとも前記凹部の側面と前記損傷層が形成された前記底面とに、前記凹部の側面上では薄く前記底面上では厚い酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜上にゲート電極を形成する工程と、を含む。具体的には、損傷層を形成する工程において、基板表面に実質的に垂直な方向に、基板表面の上方から、基板表面にイオンが打ち込まれる。このイオン線の照射により、照射損傷層がトレンチ構造の底面および凹部近傍の基板表面に形成される。   For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2000-31003 (Patent Document 1) discloses a method for forming a trench in a silicon carbide semiconductor substrate. This method includes a step of etching a surface of a silicon carbide substrate that is a (111) Si surface of β-SiC or a (0001) Si surface of α-SiC to form a recess in the surface, and particles from above the surface. A step of forming a damaged layer on at least the bottom surface of the recess by irradiating a line; and a heat treatment of the silicon carbide substrate in an oxidizing atmosphere to form at least the side surface of the recess and the bottom surface on which the damaged layer is formed. And forming a thin oxide film on the side surface of the recess and forming a thick oxide film on the bottom surface, and forming a gate electrode on the oxide film. Specifically, in the step of forming the damaged layer, ions are implanted into the substrate surface from above the substrate surface in a direction substantially perpendicular to the substrate surface. By this ion beam irradiation, an irradiation damage layer is formed on the bottom surface of the trench structure and the substrate surface near the recess.

特開2000−312003号公報JP 2000-31003 A

ゲート電極に電圧が印加された場合、特に、トレンチ開口部上端の角部において、ゲート絶縁膜にリーク電流が流れる可能性がある。特開2000−312003号公報によれば、イオン注入によって、トレンチの底部および炭化珪素基板の主面に損傷層が形成される。トレンチの底部および炭化珪素基板の主面には厚い酸化膜を形成可能である。しかしトレンチの側壁部における酸化膜を十分に厚くすることができない。ゲートリークの可能性を低減するためには、トレンチゲートの開口部角を覆う絶縁膜(酸化膜)の厚みをできるだけ大きくすることが好ましい。   When a voltage is applied to the gate electrode, there is a possibility that a leak current flows through the gate insulating film, particularly at the corner at the upper end of the trench opening. According to JP 2000-31003 A, a damaged layer is formed on the bottom of the trench and the main surface of the silicon carbide substrate by ion implantation. A thick oxide film can be formed on the bottom of the trench and the main surface of the silicon carbide substrate. However, the oxide film on the side wall of the trench cannot be made sufficiently thick. In order to reduce the possibility of gate leakage, it is preferable to make the thickness of the insulating film (oxide film) covering the opening corner of the trench gate as large as possible.

本発明の目的は、トレンチゲートを有し、かつゲートリークが生じる可能性を低減可能な炭化珪素半導体装置を製造するための方法、および、トレンチゲートを有し、かつゲートリークが生じる可能性を低減可能な炭化珪素半導体装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a trench gate and capable of reducing the possibility of gate leakage, and a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a trench gate and the possibility of gate leakage. It is to provide a silicon carbide semiconductor device that can be reduced.

本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、第1の主面および第1の主面の反対側に位置する第2の主面を有する炭化珪素基板を準備する工程を備える。炭化珪素基板は、第1の導電型を有するドリフト層と、第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、かつドリフト層の内部に配置されるボディ領域と、第1の導電型を有し、ボディ領域の内部に形成されるとともに炭化珪素基板の第1の主面に接するソース領域とを含む。製造方法は、さらに、炭化珪素基板の第1の主面を覆う第1の二酸化珪素膜を形成する工程と、第1の二酸化珪素膜の一部を除去することにより、ソース領域を露出させる開口部を第1の二酸化珪素膜に形成する工程と、第1の二酸化珪素膜の開口部を介して炭化珪素基板に対して化学エッチングを施すことにより、第1の主面からソース領域およびボディ領域を貫通して、ドリフト層に達する側壁部を有するトレンチを形成する工程とを備える。トレンチは、第1の主面において、第1の二酸化珪素膜の開口部の幅よりも大きい幅を有する開口部を有する。製造方法は、さらに、トレンチの少なくとも側壁部に、第1の二酸化珪素膜とつながる第2の二酸化珪素膜を形成する工程と、不活性ガス雰囲気において炭化珪素基板に熱処理を施すことにより、第1の二酸化珪素膜が、トレンチの側壁部において第1の主面側に位置する角部を覆うように、第1の二酸化珪素膜を軟化させる工程と、炭化珪素基板に熱酸化処理を施すことにより、トレンチの側壁部に接するゲート絶縁膜を形成する工程とを備える。   A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a step of preparing a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface. A silicon carbide substrate includes a drift layer having a first conductivity type, a body region having a second conductivity type different from the first conductivity type and disposed inside the drift layer, and a first conductivity type And a source region formed inside the body region and in contact with the first main surface of the silicon carbide substrate. The manufacturing method further includes a step of forming a first silicon dioxide film covering the first main surface of the silicon carbide substrate, and an opening exposing the source region by removing a part of the first silicon dioxide film. Forming a portion on the first silicon dioxide film, and subjecting the silicon carbide substrate to chemical etching through the opening of the first silicon dioxide film, the source region and the body region from the first main surface. And forming a trench having a side wall portion that reaches the drift layer. The trench has an opening having a width larger than the width of the opening of the first silicon dioxide film on the first main surface. The manufacturing method further includes a step of forming a second silicon dioxide film connected to the first silicon dioxide film on at least a side wall portion of the trench, and heat-treating the silicon carbide substrate in an inert gas atmosphere. A step of softening the first silicon dioxide film so that the silicon dioxide film covers the corner portion located on the first main surface side in the side wall portion of the trench, and by subjecting the silicon carbide substrate to thermal oxidation treatment And forming a gate insulating film in contact with the sidewall of the trench.

本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、第1の主面および第1の主面の反対側に位置する第2の主面を有する炭化珪素基板を備える。炭化珪素基板は、第1の導電型を有するドリフト層と、第1の導電型と異なる第2導電型を有し、かつドリフト層の内部に配置されるボディ領域と、第1の導電型を有し、ボディ領域の内部に形成されるとともに炭化珪素基板の第1の主面に接するソース領域とを含む。第1の主面からソース領域およびボディ領域を貫通して、ドリフト層に達する側壁部を有するトレンチが、炭化珪素基板に形成される。炭化珪素半導体装置は、さらに、トレンチの側壁部において第1の主面側に位置する角部を覆う熱酸化膜を含む二酸化珪素膜と、トレンチの少なくとも側壁部を覆うとともに二酸化珪素膜につながる熱酸化膜を含むゲート絶縁膜とを備える。第1の主面に垂直かつ第1の主面から二酸化珪素膜へと向かう方向を第1の方向とし、第1の主面に平行かつトレンチに向かう方向を第2の方向とすると、上記の二酸化珪素膜は、第1の方向に沿った第1の厚みと、トレンチの角部から第2の方向に沿った第2の厚みとを有する。第1の厚みに対する第2の厚みの比率は、50%以上である。   A silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface. The silicon carbide substrate includes a drift layer having a first conductivity type, a body region having a second conductivity type different from the first conductivity type and disposed inside the drift layer, and a first conductivity type. And a source region formed inside the body region and in contact with the first main surface of the silicon carbide substrate. A trench having a side wall portion penetrating the source region and the body region from the first main surface and reaching the drift layer is formed in the silicon carbide substrate. The silicon carbide semiconductor device further includes a silicon dioxide film including a thermal oxide film that covers a corner portion located on the first main surface side in the sidewall portion of the trench, and heat that covers at least the sidewall portion of the trench and is connected to the silicon dioxide film. And a gate insulating film including an oxide film. When the direction perpendicular to the first main surface and from the first main surface toward the silicon dioxide film is the first direction, and the direction parallel to the first main surface and toward the trench is the second direction, The silicon dioxide film has a first thickness along the first direction and a second thickness along the second direction from the corner of the trench. The ratio of the second thickness to the first thickness is 50% or more.

上記によれば、トレンチゲートを有し、かつゲートリークが生じる可能性を低減可能な炭化珪素半導体装置を製造するための方法、および、トレンチゲートを有し、かつゲートリークが生じる可能性を低減可能な炭化珪素半導体装置を提供することができる。   According to the above, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that has a trench gate and can reduce the possibility of gate leakage, and a method that has a trench gate and reduces the possibility of gate leakage. A possible silicon carbide semiconductor device can be provided.

本発明の第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面図である。1 is a cross sectional view schematically showing a structure of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1中に示す破線四角により囲まれた領域の拡大図である。It is an enlarged view of the area | region enclosed by the broken-line square shown in FIG. 本発明の第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。3 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S10)および(S20)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process (S10) and (S20) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S30)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process (S30) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S40)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process (S40) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S50)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process (S50) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S60)を説明するための他の概略図である。FIG. 10 is another schematic diagram for illustrating the step (S60) in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S70)を説明するためのさらに他の概略図である。It is another schematic diagram for demonstrating the process (S70) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S80)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process (S80) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S90)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process (S90) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S100,S110)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process (S100, S110) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程(S120)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the process (S120) in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 本発明の第2の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法にに含まれるトレンチ形成工程を説明するための第1の図である。It is a 1st figure for demonstrating the trench formation process included in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法にに含まれるトレンチ形成工程を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating the trench formation process included in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法に含まれるエッチング工程(S65)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the etching process (S65) included in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。本明細書中においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示す。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。また、「酸化膜」とは二酸化珪素(SiO2)の膜を意味する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described. In this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number. The “oxide film” means a silicon dioxide (SiO 2 ) film.

(1)本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、第1の主面(11A)および第1の主面(11A)の反対側に位置する第2の主面(10B)を有する炭化珪素基板(5)を準備する工程(S1)を備える。炭化珪素基板(5)は、第1の導電型を有するドリフト層(11)と、第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、かつドリフト層(11)の内部に配置されるボディ領域(13)と、第1の導電型を有し、ボディ領域(13)の内部に形成されるとともに炭化珪素基板(5)の第1の主面(11A)に接するソース領域(15)とを含む。製造方法は、さらに、炭化珪素基板(5)の第1の主面(11A)を覆う第1の二酸化珪素膜(21)を形成する工程(S40)と、第1の二酸化珪素膜(21)の一部を除去することにより、ソース領域(14)を露出させる開口部(21a)を第1の二酸化珪素膜(21)に形成する工程(S50)と、第1の二酸化珪素膜(21)の開口部(21a)を介して炭化珪素基板(5)に対して化学エッチングを施すことにより、第1の主面(11A)からソース領域(14)およびボディ領域(13)を貫通して、ドリフト層(12)に達する側壁部(SW)を有するトレンチ(TR)を形成する工程(S60)とを備える。トレンチ(TR)は、第1の主面(11A)において、第1の二酸化珪素膜(21)の開口部(21a)の幅よりも大きい幅を有する開口部を有する。製造方法は、さらに、トレンチ(TR)の少なくとも側壁部(SW)に、第1の二酸化珪素膜(21)とつながる第2の二酸化珪素膜(22a)を形成する工程(S70)と、不活性ガス雰囲気において炭化珪素基板に熱処理を施すことにより、第1の二酸化珪素膜(21)が、トレンチ(TR)の側壁部(SW)において第1の主面側(11A)に位置する角部(UT)を覆うように、第1の二酸化珪素膜(21)を軟化させる工程(S80)と、炭化珪素基板(5)に熱酸化処理を施すことにより、トレンチ(TR)の側壁部(SW)に接するゲート絶縁膜(22)を形成する工程(S90)とを備える。   (1) The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 1 aspect of this invention WHEREIN: 2nd main surface (10B) located in the opposite side of 1st main surface (11A) and 1st main surface (11A). A step (S1) of preparing a silicon carbide substrate (5) having The silicon carbide substrate (5) has a drift layer (11) having a first conductivity type, a second conductivity type different from the first conductivity type, and is disposed inside the drift layer (11). A body region (13) and a source region (15) having a first conductivity type, formed inside the body region (13) and in contact with the first main surface (11A) of the silicon carbide substrate (5) Including. The manufacturing method further includes a step (S40) of forming a first silicon dioxide film (21) covering the first main surface (11A) of the silicon carbide substrate (5), and a first silicon dioxide film (21). A step (S50) of forming an opening (21a) exposing the source region (14) in the first silicon dioxide film (21) by removing a part of the first silicon dioxide film (21) By performing chemical etching on the silicon carbide substrate (5) through the opening (21a), the source region (14) and the body region (13) are penetrated from the first main surface (11A), Forming a trench (TR) having a sidewall (SW) reaching the drift layer (12) (S60). The trench (TR) has an opening having a width larger than the width of the opening (21a) of the first silicon dioxide film (21) on the first main surface (11A). The manufacturing method further includes a step (S70) of forming a second silicon dioxide film (22a) connected to the first silicon dioxide film (21) on at least the side wall (SW) of the trench (TR), and the inertness. By performing a heat treatment on the silicon carbide substrate in a gas atmosphere, the first silicon dioxide film (21) is positioned at the corner portion (11A) located on the first main surface side (11A) in the side wall (SW) of the trench (TR). A step (S80) of softening the first silicon dioxide film (21) so as to cover the UT), and a thermal oxidation treatment is performed on the silicon carbide substrate (5) to thereby form the sidewall portion (SW) of the trench (TR). Forming a gate insulating film (22) in contact with the substrate (S90).

上記構成によれば、トレンチゲートの開口部上端の角部においてゲートリークが生じる可能性を低減可能な炭化珪素半導体装置を製造することができる。第1の二酸化珪素膜を軟化させる工程によって、炭化珪素の第1の主面に接触するトレンチの側壁部(角部)が第1の二酸化珪素膜によって覆われる。これにより、上記角部を覆う絶縁膜(二酸化珪素膜)の厚みを大きくすることができる。したがって、ゲートリークが生じる可能性が低減された炭化珪素半導体装置を製造することができる。   According to the above configuration, it is possible to manufacture a silicon carbide semiconductor device capable of reducing the possibility of gate leakage occurring at the corner at the upper end of the opening of the trench gate. By the step of softening the first silicon dioxide film, the side wall portion (corner portion) of the trench contacting the first main surface of silicon carbide is covered with the first silicon dioxide film. Thereby, the thickness of the insulating film (silicon dioxide film) covering the corners can be increased. Therefore, a silicon carbide semiconductor device with reduced possibility of gate leakage can be manufactured.

(2)好ましくは、第1の二酸化珪素膜(21)を形成する工程は、ドライ酸化によって、50nm以上かつ100nm以下の厚みを有する熱酸化膜を形成する工程を含む。   (2) Preferably, the step of forming the first silicon dioxide film (21) includes a step of forming a thermal oxide film having a thickness of 50 nm or more and 100 nm or less by dry oxidation.

上記構成によれば、第1の二酸化珪素膜を軟化させる工程において、トレンチの角部を、十分な厚みを有する二酸化珪素膜によって覆うことができる。さらに、この二酸化珪素膜は、熱酸化膜を含むことによって高い絶縁性を有する。これにより、ゲートリークが生じる可能性が低減された炭化珪素半導体装置を製造することができる。   According to the above configuration, in the step of softening the first silicon dioxide film, the corners of the trench can be covered with the silicon dioxide film having a sufficient thickness. Furthermore, this silicon dioxide film has high insulation by including a thermal oxide film. Thereby, a silicon carbide semiconductor device with reduced possibility of gate leakage can be manufactured.

(3)好ましくは、第1の二酸化珪素膜(21)を軟化させる工程は、1200℃以上かつ1400℃以下の温度で炭化珪素基板(5)に熱処理を施す工程を含む。   (3) Preferably, the step of softening the first silicon dioxide film (21) includes a step of heat-treating the silicon carbide substrate (5) at a temperature of 1200 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower.

上記構成によれば、第1の二酸化珪素膜をより確実に軟化させることができる。
(4)好ましくは、トレンチ(TR)を形成する工程は、第1の二酸化珪素膜(21)の開口部(21a)の縁が、トレンチ(TR)の角部(UT)に対して0.1μm以上かつ0.3μm以下の範囲(L)で突出するように、トレンチ(TR)を形成する工程を含む。
According to the said structure, a 1st silicon dioxide film can be softened more reliably.
(4) Preferably, in the step of forming the trench (TR), the edge of the opening (21a) of the first silicon dioxide film (21) is 0. 0 with respect to the corner (UT) of the trench (TR). A step of forming a trench (TR) so as to protrude in a range (L) of 1 μm or more and 0.3 μm or less.

上記構成によれば、第1の二酸化珪素膜を軟化させる工程において、角部を、第1の二酸化珪素膜によって覆うことができる。さらに、炭化珪素半導体装置のオン抵抗が大きくなる可能性を低減できる。   According to the above configuration, the corners can be covered with the first silicon dioxide film in the step of softening the first silicon dioxide film. Furthermore, the possibility that the on-resistance of the silicon carbide semiconductor device is increased can be reduced.

(5)好ましくは、製造方法は、トレンチ(TR)を形成する工程の後、かつ、第2の二酸化珪素膜(22a)を形成する工程の前に、緩衝フッ酸を用いて第1の二酸化珪素膜(21)の表層部をエッチングする工程をさらに備える。   (5) Preferably, in the manufacturing method, after the step of forming the trench (TR) and before the step of forming the second silicon dioxide film (22a), the first dioxide dioxide using buffered hydrofluoric acid is used. The method further includes a step of etching the surface layer portion of the silicon film (21).

上記構成によれば、第2の二酸化珪素膜を形成する工程の前に、第1の二酸化珪素膜の表面を清浄にすることができる。第2の二酸化珪素膜を形成する工程、あるいは第1の二酸化珪素膜を軟化させる工程において、第1の二酸化珪素膜に取り込まれる不純物の量を低減できる。これにより、ゲートリークが生じる可能性が低減された炭化珪素半導体装置を製造することができる。   According to the above configuration, the surface of the first silicon dioxide film can be cleaned before the step of forming the second silicon dioxide film. In the step of forming the second silicon dioxide film or the step of softening the first silicon dioxide film, the amount of impurities taken into the first silicon dioxide film can be reduced. Thereby, a silicon carbide semiconductor device with reduced possibility of gate leakage can be manufactured.

(6)好ましくは、第2の二酸化珪素膜(22a)を形成する工程は、ドライ酸化によって、1nm以上の厚みを有する熱酸化膜を形成する工程を含む。   (6) Preferably, the step of forming the second silicon dioxide film (22a) includes a step of forming a thermal oxide film having a thickness of 1 nm or more by dry oxidation.

上記構成によれば、第2の二酸化珪素膜を、第1の二酸化珪素膜に、より確実につなげることができる。第2の二酸化珪素膜を第1の二酸化珪素膜につなげることにより、第1の二酸化珪素膜を軟化させるための熱処理を、炭化珪素基板に対して施したときに、角部を第1の二酸化珪素膜によって覆うことができる。   According to the above configuration, the second silicon dioxide film can be more reliably connected to the first silicon dioxide film. By connecting the second silicon dioxide film to the first silicon dioxide film, when the heat treatment for softening the first silicon dioxide film is performed on the silicon carbide substrate, the corners are formed in the first dioxide film. It can be covered with a silicon film.

(7)好ましくは、第2の二酸化珪素膜(22a)を形成する工程は、1000℃以上かつ1200℃以下の温度で、熱酸化膜を形成する工程を含む。   (7) Preferably, the step of forming the second silicon dioxide film (22a) includes a step of forming a thermal oxide film at a temperature of 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.

上記構成によれば、第2の二酸化珪素膜を、第1の二酸化珪素膜に、より確実につなげることができる。   According to the above configuration, the second silicon dioxide film can be more reliably connected to the first silicon dioxide film.

(8)好ましくは、化学エッチングは、塩素ガスを用いた熱エッチングを含む。
上記構成によれば、ゲートリークの可能性が低減され、かつ低いオン抵抗を有する炭化珪素半導体装置を製造することが可能になる。
(8) Preferably, the chemical etching includes thermal etching using chlorine gas.
According to the above configuration, the possibility of gate leakage is reduced, and a silicon carbide semiconductor device having a low on-resistance can be manufactured.

(9)好ましくは、トレンチ(TR)を形成する工程は、化学エッチングに先立って、炭化珪素基板(5)に反応性イオンエッチングを施して、炭化珪素基板(5)の一部をエッチングする工程を含む。   (9) Preferably, the step of forming the trench (TR) is a step of etching a part of the silicon carbide substrate (5) by performing reactive ion etching on the silicon carbide substrate (5) prior to the chemical etching. including.

上記構成によれば、化学エッチングによるトレンチの形成を促進することができる。
(10)好ましくは、第1の主面(11A)は、C面である。
According to the said structure, formation of the trench by chemical etching can be accelerated | stimulated.
(10) Preferably, the first main surface (11A) is a C surface.

上記構成によれば、ゲートリークの可能性が低減され、かつ低いオン抵抗を有する炭化珪素半導体装置を製造することが可能になる。この明細書において、「C面」とは、(000−1)面、および、(000−1)面に対して所定の範囲内(たとえば±8°以内)のオフ角を有する面を包含することができる。   According to the above configuration, the possibility of gate leakage is reduced, and a silicon carbide semiconductor device having a low on-resistance can be manufactured. In this specification, the “C plane” includes a (000-1) plane and a plane having an off angle within a predetermined range (for example, within ± 8 °) with respect to the (000-1) plane. be able to.

(11)好ましくは、側壁部(SW)は、C面に対して50°以上かつ65°以下の角度で傾斜した面を含む。   (11) Preferably, the side wall (SW) includes a surface inclined at an angle of 50 ° or more and 65 ° or less with respect to the C-plane.

上記構成によれば、ゲートリークの可能性が低減され、かつ低いオン抵抗を有する炭化珪素半導体装置を製造することが可能になる。   According to the above configuration, the possibility of gate leakage is reduced, and a silicon carbide semiconductor device having a low on-resistance can be manufactured.

(12)好ましくは、側壁部(SW)は、面方位{0−33−8}を有する面を含む。
上記構成によれば、ゲートリークの可能性が低減され、かつ低いオン抵抗を有する炭化珪素半導体装置を製造することが可能になる。
(12) Preferably, the side wall (SW) includes a plane having a plane orientation {0-33-8}.
According to the above configuration, the possibility of gate leakage is reduced, and a silicon carbide semiconductor device having a low on-resistance can be manufactured.

(13)好ましくは、ゲート絶縁膜(22)を形成する工程は、第1の二酸化珪素膜(21)を軟化させる工程に続けて、雰囲気ガスを不活性ガスから酸素含有ガスに切換えて炭化珪素基板(5)に熱酸化処理を施す工程を含む。   (13) Preferably, in the step of forming the gate insulating film (22), following the step of softening the first silicon dioxide film (21), the atmosphere gas is switched from an inert gas to an oxygen-containing gas to form silicon carbide. Including a step of subjecting the substrate (5) to a thermal oxidation treatment.

上記構成によれば、炭化珪素半導体装置の製造に要する時間を短縮することができる。これにより炭化珪素半導体装置の生産性を高めることができる。   According to the above configuration, the time required for manufacturing the silicon carbide semiconductor device can be shortened. Thereby, the productivity of the silicon carbide semiconductor device can be increased.

(14)本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、第1の主面(11A)および第1の主面(11A)の反対側に位置する第2の主面(10B)を有する炭化珪素基板(5)を備える。炭化珪素基板(5)は、第1の導電型を有するドリフト層(12)と、第1の導電型と異なる第2導電型を有し、かつドリフト層の内部に配置されるボディ領域(13)と、第1の導電型を有し、ボディ領域の内部に形成されるとともに炭化珪素基板の第1の主面に接するソース領域(14)とを含む。第1の主面(11A)からソース領域(14)およびボディ領域(13)を貫通して、ドリフト層(12)に達する側壁部(SW)を有するトレンチ(TR)が、炭化珪素基板(5)に形成される。炭化珪素半導体装置は、さらに、トレンチ(TR)の側壁部(SW)において第1の主面(11A)側に位置する角部(UT)を覆う熱酸化膜を含む二酸化珪素膜(21)と、トレンチ(TR)の少なくとも側壁部(SW)を覆うとともに上記の二酸化珪素膜(21)につながる熱酸化膜を含むゲート絶縁膜(22)とを備える。第1の主面(11A)に垂直かつ第1の主面(11A)から二酸化珪素膜(21)へと向かう方向を第1の方向(D1)とし、第1の主面(11A)に平行かつトレンチ(TR)に向かう方向を第2の方向(D2)とすると、二酸化珪素膜(21)は、第1の方向(D1)に沿った第1の厚み(T1)と、トレンチ(TR)の角部(UT)から第2の方向(D2)に沿った第2の厚み(T2)とを有する。第1の厚み(T1)に対する第2の厚み(T2)の比率は、50%以上である。   (14) A silicon carbide semiconductor device according to one aspect of the present invention has a first main surface (11A) and a second main surface (10B) located on the opposite side of the first main surface (11A). A silicon substrate (5) is provided. The silicon carbide substrate (5) includes a drift layer (12) having a first conductivity type, and a body region (13 having a second conductivity type different from the first conductivity type) and disposed inside the drift layer. And a source region (14) having the first conductivity type, formed inside the body region and in contact with the first main surface of the silicon carbide substrate. A trench (TR) having a side wall (SW) extending from the first main surface (11A) through the source region (14) and the body region (13) to the drift layer (12) is formed on the silicon carbide substrate (5). ). The silicon carbide semiconductor device further includes a silicon dioxide film (21) including a thermal oxide film covering a corner (UT) located on the first main surface (11A) side in the sidewall (SW) of the trench (TR). And a gate insulating film (22) including a thermal oxide film that covers at least the sidewall (SW) of the trench (TR) and is connected to the silicon dioxide film (21). A direction perpendicular to the first main surface (11A) and going from the first main surface (11A) to the silicon dioxide film (21) is defined as a first direction (D1), and is parallel to the first main surface (11A). When the direction toward the trench (TR) is the second direction (D2), the silicon dioxide film (21) has the first thickness (T1) along the first direction (D1) and the trench (TR). And a second thickness (T2) along the second direction (D2) from the corner (UT). The ratio of the second thickness (T2) to the first thickness (T1) is 50% or more.

上記構成によれば、炭化珪素の第1の主面に接触するトレンチの側壁部(角部)が第1の二酸化珪素膜によって覆われる。これにより、上記角部を覆う絶縁膜(二酸化珪素膜)の厚みを大きくすることができる。したがって、ゲートリークが生じる可能性を低減可能な炭化珪素半導体装置を実現することができる。   According to the said structure, the side wall part (corner | corner part) of the trench which contacts the 1st main surface of silicon carbide is covered with a 1st silicon dioxide film. Thereby, the thickness of the insulating film (silicon dioxide film) covering the corners can be increased. Therefore, a silicon carbide semiconductor device capable of reducing the possibility of gate leakage can be realized.

(15)好ましくは、上記の比率は、100%以下である。
上記構成によれば、炭化珪素半導体装置においてゲートリークが生じる可能性をより低減することができる。
(15) Preferably, the ratio is 100% or less.
According to the above configuration, the possibility of gate leakage occurring in the silicon carbide semiconductor device can be further reduced.

(16)好ましくは、第1の主面(11A)は、C面である。側壁部(SW)は、C面に対して50°以上かつ65°以下の角度で傾斜した面を含む。   (16) Preferably, the first main surface (11A) is a C surface. The side wall portion (SW) includes a surface inclined at an angle of 50 ° or more and 65 ° or less with respect to the C-plane.

上記構成によれば、ゲートリークの可能性が低減されるとともに、低いオン抵抗を有する炭化珪素半導体装置を実現できる。なお「C面」は、上記のように下定義されるので、「C面」に関する説明は繰り返さない。   According to the above configuration, the possibility of gate leakage is reduced, and a silicon carbide semiconductor device having a low on-resistance can be realized. Since “C-plane” is defined below as described above, the description regarding “C-plane” will not be repeated.

(17)好ましくは、側壁部は、面方位{0−33−8}を有する面を含む。
ゲートリークの可能性が低減されるとともに、低いオン抵抗を有する炭化珪素半導体装置を実現できる。
(17) Preferably, the side wall includes a surface having a plane orientation {0-33-8}.
A possibility of gate leakage is reduced, and a silicon carbide semiconductor device having a low on-resistance can be realized.

(18)好ましくは、第2の厚みは、50nm以上かつ100nm以下である。
上記構成によれば、トレンチゲートを有する炭化珪素半導体装置においてゲートリークが生じる可能性をより低減することができる。
(18) Preferably, the second thickness is not less than 50 nm and not more than 100 nm.
According to the above configuration, the possibility of gate leakage occurring in the silicon carbide semiconductor device having a trench gate can be further reduced.

(19)好ましくは、第1の方向(D1)と異なる方向を第3の方向(D3)と定義し、第3の方向(D3)が第2の方向(D2)に一致するときに、第1の方向(D1)に対して、第3の方向(D3)がなす角度を90°と定義すると、二酸化珪素膜(21)は、第1の主面(11A)の延長方向と、トレンチの側壁部(SW)の延長方向とが交差する位置を通り、かつ第3の方向(D3)に沿う、第3の厚み(T3)を有する。第1の方向(D1)に対する第3の方向(D3)のなす角度が少なくとも95°までは、第1の厚み(T1)に対する第3の厚み(T3)の比率は、50%以上である。   (19) Preferably, a direction different from the first direction (D1) is defined as a third direction (D3), and when the third direction (D3) matches the second direction (D2), When the angle formed by the third direction (D3) with respect to the first direction (D1) is defined as 90 °, the silicon dioxide film (21) has an extension direction of the first main surface (11A) and the trench direction. It has a third thickness (T3) passing through a position where the extending direction of the side wall (SW) intersects and along the third direction (D3). The ratio of the third thickness (T3) to the first thickness (T1) is 50% or more until the angle formed by the third direction (D3) with respect to the first direction (D1) is at least 95 °.

上記構成によれば、トレンチゲートを有する炭化珪素半導体装置においてゲートリークが生じる可能性をより低減することができる。なお、第1の主面の延長方向と、トレンチの側壁部の延長方向とが交差する位置は、第1の主面内の位置であってもよく、第1の主面とトレンチの側壁部との両方から離れた位置であってもよい。たとえばトレンチの角部が曲率を有する場合、第1の主面の延長方向と、トレンチの側壁部の延長方向とが交差する位置は、トレンチの開口部内の位置であり得る。   According to the above configuration, the possibility of gate leakage occurring in the silicon carbide semiconductor device having a trench gate can be further reduced. The position where the extending direction of the first main surface and the extending direction of the sidewall portion of the trench intersect may be a position within the first main surface, and the first main surface and the sidewall portion of the trench. It may be a position away from both. For example, when the corner portion of the trench has a curvature, the position where the extending direction of the first main surface and the extending direction of the side wall portion of the trench intersect may be a position in the opening of the trench.

[本発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施形態の具体例を図面を参照しつつ説明する。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。
[Details of the embodiment of the present invention]
Next, specific examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面図である。図1を参照して、MOSFET1は、本発明の第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置である。MOSFET1は、炭化珪素基板5を含む。炭化珪素基板5は、主面11A(第1の主面)と、主面10B(第2の主面)とを有する。主面10Bは、主面11Aの反対側に位置する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross sectional view schematically showing a structure of a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, MOSFET 1 is a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. MOSFET 1 includes a silicon carbide substrate 5. Silicon carbide substrate 5 has a main surface 11A (first main surface) and a main surface 10B (second main surface). Main surface 10B is located on the opposite side of main surface 11A.

炭化珪素基板5は、炭化珪素単結晶基板10と、ドリフト層11とを含む。炭化珪素単結晶基板10は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素単結晶からなる。炭化珪素単結晶基板10の厚みは、たとえば700μm以下であり、好ましくは500μm以下である。   Silicon carbide substrate 5 includes a silicon carbide single crystal substrate 10 and a drift layer 11. Silicon carbide single crystal substrate 10 is made of, for example, a polytype 4H hexagonal silicon carbide single crystal. Silicon carbide single crystal substrate 10 has a thickness of, for example, 700 μm or less, and preferably 500 μm or less.

炭化珪素単結晶基板10は、互いに反対側に位置する2つの主面10A,10Bを有する。主面10Bは、炭化珪素基板5の第2の主面に相当する。たとえば主面10A,10Bは、互いに平行な面であり得る。   Silicon carbide single crystal substrate 10 has two main surfaces 10A and 10B located on opposite sides. Main surface 10 </ b> B corresponds to a second main surface of silicon carbide substrate 5. For example, the main surfaces 10A and 10B can be parallel to each other.

主面10Aは、「C面」である。一般に、「C面」とは、最表面原子が炭素原子である炭化珪素基板の面と定義される。本明細書において、C面は、(000−1)面だけでなく、(000−1)面から8°以下オフした面を含み得る。言い換えるとC面は、(000−1)面に対するオフ角が−8°以上8°以下となる面である。   The main surface 10A is a “C surface”. In general, the “C plane” is defined as a plane of a silicon carbide substrate whose outermost surface atoms are carbon atoms. In the present specification, the C plane may include not only the (000-1) plane but also a plane off by 8 ° or less from the (000-1) plane. In other words, the C plane is a plane having an off angle of −8 ° or more and 8 ° or less with respect to the (000-1) plane.

主面10Bは、「Si面」である。この明細書では、「Si面」は、(0001)面だけでなく(0001)面から8°以下程度オフした面を含み得る。言い換えるとSi面は、(0001)面に対するオフ角が−8°以上8°以下となる面である。   The main surface 10B is a “Si surface”. In this specification, the “Si plane” may include not only the (0001) plane but also a plane off by about 8 ° or less from the (0001) plane. In other words, the Si surface is a surface having an off angle of −8 ° to 8 ° with respect to the (0001) plane.

炭化珪素単結晶基板10は、第1の導電型を有する。この実施の形態では、第1の導電型は、n型である。具体的には、炭化珪素単結晶基板10は、たとえば窒素(N)などのn型不純物(ドナー)を含む。   Silicon carbide single crystal substrate 10 has the first conductivity type. In this embodiment, the first conductivity type is n-type. Specifically, silicon carbide single crystal substrate 10 includes an n-type impurity (donor) such as nitrogen (N).

ドリフト層11は、炭化珪素単結晶基板10の主面10A上に配置される。ドリフト層11は、主面11Aを有する。主面11Aは、炭化珪素基板5の第1の主面に相当する。具体的には、主面11Aは、上記の定義に従うC面である。   Drift layer 11 is arranged on main surface 10 </ b> A of silicon carbide single crystal substrate 10. Drift layer 11 has a main surface 11A. Main surface 11 </ b> A corresponds to a first main surface of silicon carbide substrate 5. Specifically, the main surface 11A is a C surface that complies with the above definition.

ドリフト層11は、ドリフト領域12と、ボディ領域13と、ソース領域14と、コンタクト領域15とを含む。   Drift layer 11 includes a drift region 12, a body region 13, a source region 14, and a contact region 15.

ドリフト領域12は、第1の導電型(n型)を有する。ドリフト領域12のn型不純物の濃度は、炭化珪素単結晶基板10のn型不純物の濃度よりも低い。一実施形態では、ドリフト領域12のn型不純物の濃度は、5.0×1015cm-3程度である。 Drift region 12 has the first conductivity type (n-type). The concentration of n-type impurities in drift region 12 is lower than the concentration of n-type impurities in silicon carbide single crystal substrate 10. In one embodiment, the concentration of the n-type impurity in the drift region 12 is about 5.0 × 10 15 cm −3 .

ボディ領域13は、ドリフト層11の内部に配置されて、第2の導電型を有する。第2の導電型は、第1の導電型と異なる。言い換えると、第2の導電型は、第1の導電型とは逆である。この実施の形態では、第2の導電型は、p型である。ボディ領域13は、たとえばAl(アルミニウム)あるいはB(硼素)などのp型不純物(アクセプタ)を含む。ボディ領域13に含まれるp型不純物の濃度は、たとえば1×1017cm-3程度である。ドリフト層11における、ボディ領域13以外の領域がドリフト領域12に相当する。 Body region 13 is arranged inside drift layer 11 and has the second conductivity type. The second conductivity type is different from the first conductivity type. In other words, the second conductivity type is opposite to the first conductivity type. In this embodiment, the second conductivity type is p-type. Body region 13 includes a p-type impurity (acceptor) such as Al (aluminum) or B (boron). The concentration of the p-type impurity contained in body region 13 is, for example, about 1 × 10 17 cm −3 . A region other than body region 13 in drift layer 11 corresponds to drift region 12.

ソース領域14は、ボディ領域13の内部に配置されるとともに炭化珪素基板5の第1の主面(主面11A)に接する。ソース領域14は、ボディ領域13によって、ドリフト領域12から隔てられる。なお、ソース領域14は、コンタクト領域15に接触してもよい。   Source region 14 is arranged inside body region 13 and is in contact with the first main surface (main surface 11 </ b> A) of silicon carbide substrate 5. Source region 14 is separated from drift region 12 by body region 13. Note that the source region 14 may contact the contact region 15.

ソース領域14は、第1の導電型(n型)を有する。具体的には、ソース領域14は、P(リン)などのn型不純物を含む。ソース領域14のn型不純物濃度は、ドリフト領域12のn型不純物濃度よりも高い。一実施形態では、ソース領域14に含まれるn型不純物の濃度は、たとえば1×1019cm-3である。 Source region 14 has the first conductivity type (n-type). Specifically, the source region 14 includes an n-type impurity such as P (phosphorus). The n-type impurity concentration of the source region 14 is higher than the n-type impurity concentration of the drift region 12. In one embodiment, the concentration of the n-type impurity contained in the source region 14 is, for example, 1 × 10 19 cm −3 .

コンタクト領域15は、ボディ領域13の内部に配置されて、炭化珪素基板5の第1の主面(主面11A)に接する。上述のように、コンタクト領域15は、ソース領域14に接してもよい。コンタクト領域15は、第2の導電型(p型)を有する。具体的には、コンタクト領域15は、アルミニウムあるいは硼素などのp型不純物を含む。コンタクト領域15は、ボディ領域13のp型不純物濃度よりも高いp型不純物濃度を有する。   Contact region 15 is arranged inside body region 13 and is in contact with the first main surface (main surface 11 </ b> A) of silicon carbide substrate 5. As described above, the contact region 15 may be in contact with the source region 14. Contact region 15 has the second conductivity type (p-type). Specifically, contact region 15 includes a p-type impurity such as aluminum or boron. Contact region 15 has a p-type impurity concentration higher than that of body region 13.

この実施の形態では、炭化珪素基板5に、トレンチTRが形成される。トレンチTRは、炭化珪素基板5の主面11A側に開口する。トレンチTRは、側壁部SWおよび底部BWを有する。   In this embodiment, trench TR is formed in silicon carbide substrate 5. Trench TR opens to main surface 11 </ b> A side of silicon carbide substrate 5. Trench TR has side wall part SW and bottom part BW.

側壁部SWは、主面11Aから、ソース領域14およびボディ領域13を貫通してドリフト領域12に到達する。側壁部SWは、炭化珪素のC面に対して50°以上65°以下のオフ角を有する面を含むことができる。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。   Sidewall portion SW passes through source region 14 and body region 13 and reaches drift region 12 from main surface 11A. Sidewall portion SW can include a surface having an off angle of 50 ° or more and 65 ° or less with respect to the C surface of silicon carbide. As the measurement of the off angle, for example, a method using general X-ray diffraction can be used.

側壁部SWは、面方位{0−33−8}を有する第1の面を含むことができる。好ましくは、側壁部SWは、第1の面を微視的に含み、さらに、面方位{0−11−1}を有する第2の面を微視的に含むことができる。さらに好ましくは、第1の面および第2の面は、面方位{0−11−2}を有する複合面を含むことができる。「C面に対して50°以上65°以下のオフ角を有する面」が、上記の第1の面および第2の面を含んでもよい。上記の面を含む側壁部SWによって、チャネル領域CHにおける抵抗(チャネル抵抗)を低減することができる。したがって、オン抵抗の低減された炭化珪素半導体装置を実現することができる。   Sidewall part SW may include a first surface having a plane orientation {0-33-8}. Preferably, the side wall part SW includes the first surface microscopically, and may further include the second surface having the plane orientation {0-11-1} microscopically. More preferably, the first surface and the second surface can include a composite surface having a plane orientation {0-11-2}. The “surface having an off angle of 50 ° or more and 65 ° or less with respect to the C surface” may include the first surface and the second surface. The resistance (channel resistance) in the channel region CH can be reduced by the side wall portion SW including the above surface. Therefore, a silicon carbide semiconductor device with reduced on-resistance can be realized.

底部BWは、側壁部SWに接続される。底部BWは、炭化珪素基板5の主面11Aに平行な面を有していてもよい。なお、側壁部SWは、炭化珪素基板5の主面11Aに対して傾斜した面を含む。したがってトレンチTRの開口部の大きさによっては、底部BWが省略されていてもよい。   Bottom BW is connected to side wall SW. Bottom portion BW may have a surface parallel to main surface 11 </ b> A of silicon carbide substrate 5. Sidewall portion SW includes a surface inclined with respect to main surface 11 </ b> A of silicon carbide substrate 5. Accordingly, the bottom BW may be omitted depending on the size of the opening of the trench TR.

MOSFET1は、さらに、保護絶縁膜21と、ゲート絶縁膜22と、ゲート電極30と、ソース電極40と、層間絶縁膜50と、ソース配線60と、ドレイン電極70とを含む。   MOSFET 1 further includes a protective insulating film 21, a gate insulating film 22, a gate electrode 30, a source electrode 40, an interlayer insulating film 50, a source wiring 60, and a drain electrode 70.

図2は、図1中に示す破線四角により囲まれた領域の拡大図である。図1および図2を参照して、保護絶縁膜21は、炭化珪素基板5の主面11Aを覆うとともに、トレンチTRの角部UTを覆う。角部UTは、側壁部SWの上端側(主面11A側)に位置する。   FIG. 2 is an enlarged view of a region surrounded by a broken-line square shown in FIG. Referring to FIGS. 1 and 2, protective insulating film 21 covers main surface 11 </ b> A of silicon carbide substrate 5 and covers corner portion UT of trench TR. Corner portion UT is located on the upper end side (main surface 11A side) of side wall portion SW.

保護絶縁膜21は、二酸化珪素(SiO2)の膜である。より具体的には、保護絶縁膜21(第1の二酸化珪素膜)は、熱酸化膜である。保護絶縁膜21は、ドリフト層11(炭化珪素基板5)の主面11A側の表層部を熱酸化することにより形成される。 The protective insulating film 21 is a silicon dioxide (SiO 2 ) film. More specifically, the protective insulating film 21 (first silicon dioxide film) is a thermal oxide film. Protective insulating film 21 is formed by thermally oxidizing the surface layer portion on the main surface 11A side of drift layer 11 (silicon carbide substrate 5).

ゲート絶縁膜22は、トレンチTRの側壁部SWおよび底部BWに接するように形成される。ゲート絶縁膜22は、二酸化珪素の膜である。具体的には、ゲート絶縁膜22は、ドリフト層11(より特定的には、トレンチTRの側壁部SWおよび底部BW)の表層部を熱酸化することにより形成される。   Gate insulating film 22 is formed in contact with sidewall portion SW and bottom portion BW of trench TR. The gate insulating film 22 is a silicon dioxide film. Specifically, gate insulating film 22 is formed by thermally oxidizing the surface layer portion of drift layer 11 (more specifically, sidewall portion SW and bottom portion BW of trench TR).

方向D1は、主面11Aに垂直かつ、主面11Aから保護絶縁膜21と向かう方向である。厚みT1は、方向D1に沿った保護絶縁膜21の厚みを示す。一実施形態において、厚みT1は、50nm以上である。好ましくは、厚みT1は、50nm以上かつ100nm以下である。   The direction D1 is a direction perpendicular to the main surface 11A and from the main surface 11A toward the protective insulating film 21. The thickness T1 indicates the thickness of the protective insulating film 21 along the direction D1. In one embodiment, the thickness T1 is 50 nm or more. Preferably, the thickness T1 is 50 nm or more and 100 nm or less.

方向D2は、主面11Aに平行かつトレンチTRに向かう方向である。厚みT2は、トレンチTRの角部UTから方向D2に沿った保護絶縁膜21の厚みを示す。比率rを、厚みT1に対する厚みT2の比率と定義する。すなわちr=T2/T1である。この実施の形態では、比率r(=T2/T1)は、50%以上(r≧0.5)である。好ましくは、比率rは、50%以上かつ100%以下である。したがって、厚みT2は、上記の比率rの範囲を満たすように定められる。一実施形態では、厚みT2は、50nm以上100nm以下であり、好ましくは、60nm以上80nm以下である。   The direction D2 is a direction parallel to the main surface 11A and toward the trench TR. The thickness T2 indicates the thickness of the protective insulating film 21 along the direction D2 from the corner portion UT of the trench TR. The ratio r is defined as the ratio of the thickness T2 to the thickness T1. That is, r = T2 / T1. In this embodiment, the ratio r (= T2 / T1) is 50% or more (r ≧ 0.5). Preferably, the ratio r is 50% or more and 100% or less. Accordingly, the thickness T2 is determined so as to satisfy the range of the ratio r. In one embodiment, the thickness T2 is not less than 50 nm and not more than 100 nm, preferably not less than 60 nm and not more than 80 nm.

さらに、方向D3を方向D1とは異なる方向と定義する。方向D3を説明するために、方向D1に対して方向D3がなす角度を用いる。方向D3が方向D2に一致する場合、この角度を90°と表す。方向D1は0°の方向と言い換えることもできる。   Furthermore, the direction D3 is defined as a direction different from the direction D1. In order to describe the direction D3, an angle formed by the direction D3 with respect to the direction D1 is used. When the direction D3 coincides with the direction D2, this angle is expressed as 90 °. The direction D1 can be rephrased as a direction of 0 °.

厚みT3は、主面11Aの延長方向と、トレンチTRの側壁部SWの延長方向とが交差する位置を通り、方向D3に沿った厚みである。図2では、主面11Aの延長方向と、トレンチTRの側壁部SWの延長方向とが交差する位置は、トレンチTRの角部UTに相当する。この実施の形態では、方向D1に対する方向D3のなす角度が少なくとも95°までは、厚みT1に対する厚みT3の比率は、50%以上である。   Thickness T3 is a thickness along direction D3, passing through a position where the extending direction of main surface 11A intersects with the extending direction of sidewall portion SW of trench TR. In FIG. 2, the position where the extending direction of the main surface 11A intersects with the extending direction of the sidewall portion SW of the trench TR corresponds to the corner portion UT of the trench TR. In this embodiment, the ratio of the thickness T3 to the thickness T1 is 50% or more until the angle formed by the direction D3 with respect to the direction D1 is at least 95 °.

ゲート電極30は、ゲート絶縁膜22および保護絶縁膜21上に接するように配置される。ゲート電極30は、たとえば不純物が添加されたポリシリコン(p−Si)、あるいはモリブデン(Mo)などの導電体からなる。   The gate electrode 30 is disposed so as to contact the gate insulating film 22 and the protective insulating film 21. The gate electrode 30 is made of a conductor such as polysilicon (p-Si) doped with impurities or molybdenum (Mo).

層間絶縁膜50は、ゲート絶縁膜22および保護絶縁膜21を覆うとともに、ゲート電極30を、ソース電極40およびソース配線60に対して電気的に絶縁する。層間絶縁膜50は、たとえば二酸化珪素膜からなる。たとえば堆積酸化膜を層間絶縁膜50に適用することができる。   The interlayer insulating film 50 covers the gate insulating film 22 and the protective insulating film 21 and electrically insulates the gate electrode 30 from the source electrode 40 and the source wiring 60. Interlayer insulating film 50 is made of, for example, a silicon dioxide film. For example, a deposited oxide film can be applied to the interlayer insulating film 50.

ソース電極40は、ソース領域14およびコンタクト領域15に接するように、炭化珪素基板5の主面11A上に配置される。ソース電極40は、ソース領域14に対して電気的に接続される。ソース電極40は、ソース領域14に対してオーミック接触することができる材料からなることが好ましい。ソース電極40は、たとえばNixSiy(ニッケルシリサイド)、TixSiy(チタンシリサイド)、AlxSiy(アルミシリサイド)およびTixAlySiz(チタンアルミシリサイド)などからなる。 Source electrode 40 is arranged on main surface 11 </ b> A of silicon carbide substrate 5 so as to be in contact with source region 14 and contact region 15. Source electrode 40 is electrically connected to source region 14. The source electrode 40 is preferably made of a material that can make ohmic contact with the source region 14. The source electrode 40, for example Ni x Si y (nickel silicide), Ti x Si y (titanium silicide), and the like Al x Si y (aluminum silicide) and Ti x Al y Si z (titanium aluminum silicide).

ドレイン電極70は、炭化珪素基板5(炭化珪素単結晶基板10)の主面10B(第2の主面)に接するように配置される。ドレイン電極70は、炭化珪素単結晶基板10に対して電気的に接続される。ドレイン電極70は、炭化珪素単結晶基板10に対してオーミック接触することができる材料からなることが好ましい。たとえばドレイン電極70は、ソース電極40と同様の材料からなっていてもよい。   Drain electrode 70 is arranged in contact with main surface 10B (second main surface) of silicon carbide substrate 5 (silicon carbide single crystal substrate 10). Drain electrode 70 is electrically connected to silicon carbide single crystal substrate 10. Drain electrode 70 is preferably made of a material capable of making ohmic contact with silicon carbide single crystal substrate 10. For example, the drain electrode 70 may be made of the same material as the source electrode 40.

ソース配線60は、ソース電極40に接するように配置される。これにより、ソース配線60は、ソース電極40に電気的に接続される。さらにソース配線60は、ソース電極40を介してソース領域14と電気的に接続される。ソース配線60は、導電体(たとえば、アルミニウム)からなる。   The source wiring 60 is disposed so as to be in contact with the source electrode 40. Thereby, the source wiring 60 is electrically connected to the source electrode 40. Further, the source wiring 60 is electrically connected to the source region 14 through the source electrode 40. The source wiring 60 is made of a conductor (for example, aluminum).

図1および図2に示されるように、MOSFET1は、n型MOSFETである。ソース配線60およびソース電極40を通じて、ソース領域14、コンタクト領域15およびボディ領域13には、低い電圧(たとえば0V)が与えられる。MOSFET1をオンさせる場合、ゲート電極30には、ソース領域14の電圧よりも高い電圧が与えられる。   As shown in FIGS. 1 and 2, MOSFET 1 is an n-type MOSFET. A low voltage (for example, 0 V) is applied to the source region 14, the contact region 15, and the body region 13 through the source wiring 60 and the source electrode 40. When the MOSFET 1 is turned on, a voltage higher than the voltage of the source region 14 is applied to the gate electrode 30.

ゲート電極30に印加された電圧が閾値電圧未満(ゲート電圧は正である)の状態では、ソース電極40とドレイン電極70との間に電圧が印加されても、ボディ領域13にはチャネルが形成されない。このためMOSFET1はオフ状態(非導通状態)である。一方、ゲート電極30に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ボディ領域13では、ゲート絶縁膜22の近傍の領域にチャネルが形成される。図1および図2には、チャネルが形成される領域が、チャネル領域CHとして示される。   When the voltage applied to the gate electrode 30 is less than the threshold voltage (the gate voltage is positive), a channel is formed in the body region 13 even if a voltage is applied between the source electrode 40 and the drain electrode 70. Not. Therefore, MOSFET 1 is in an off state (non-conducting state). On the other hand, when a voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 30, a channel is formed in the body region 13 in a region near the gate insulating film 22. In FIGS. 1 and 2, a region where a channel is formed is shown as a channel region CH.

上記のとおり、炭化珪素基板5の主面11Aは、C面である。この面にトレンチTRを形成することにより、MOSFET1のオン抵抗を低減することができる。さらに、トレンチTRの側壁部SWは、C面に対して50°以上かつ65°以下の角度で傾斜した面を含む。より好ましくは、側壁部SWは、面方位{0−33−8}を有する面を含む。したがって、MOSFET1のオン抵抗をより低減することができる。   As described above, main surface 11A of silicon carbide substrate 5 is the C surface. By forming the trench TR on this surface, the on-resistance of the MOSFET 1 can be reduced. Further, sidewall portion SW of trench TR includes a surface inclined at an angle of 50 ° to 65 ° with respect to the C surface. More preferably, sidewall portion SW includes a surface having a plane orientation {0-33-8}. Therefore, the on-resistance of MOSFET 1 can be further reduced.

MOSFET1をオンさせる場合には、ゲート電極30とソース領域14(あるいはボディ領域13)との間に電圧差が発生する。ゲート電極30とソース領域14との間には、絶縁膜(保護絶縁膜21およびゲート絶縁膜22)が存在する。   When the MOSFET 1 is turned on, a voltage difference is generated between the gate electrode 30 and the source region 14 (or body region 13). An insulating film (the protective insulating film 21 and the gate insulating film 22) exists between the gate electrode 30 and the source region 14.

トレンチTRの上端側(主面11A側)には角部UTが存在する。トレンチTRの上端側の角部UTにおいて電界集中が生じやすい。この実施の形態では、トレンチTRの上端側の角部UTを保護絶縁膜21で覆う。トレンチTRの上端側の角部UTにおける保護絶縁膜21の厚みに関して、角度が90°であるときの比率r(=T2/T1)は、50%以上である。より具体的には、厚みT2は、50nm以上かつ100nm以下である。さらに、方向D1に対する方向D3のなす角度が少なくとも+95°までは、厚みT1に対する厚みT3の比率は、50%以上である。これにより、トレンチTRの上端側の角部UTを覆う絶縁膜の厚みを大きくすることができる。したがってゲートリークの可能性を低減することができる。   A corner portion UT is present on the upper end side (main surface 11A side) of trench TR. Electric field concentration tends to occur at the corner portion UT on the upper end side of the trench TR. In this embodiment, the corner UT on the upper end side of the trench TR is covered with the protective insulating film 21. Regarding the thickness of the protective insulating film 21 at the corner UT on the upper end side of the trench TR, the ratio r (= T2 / T1) when the angle is 90 ° is 50% or more. More specifically, the thickness T2 is 50 nm or more and 100 nm or less. Furthermore, the ratio of the thickness T3 to the thickness T1 is 50% or more until the angle formed by the direction D3 with respect to the direction D1 is at least + 95 °. Thereby, the thickness of the insulating film covering the corner portion UT on the upper end side of the trench TR can be increased. Therefore, the possibility of gate leakage can be reduced.

さらに、この実施の形態によれば、トレンチTRの側壁部SWは、炭化珪素基板5の第1の主面(主面11A)に対して鈍角をなしている。側壁部SWが主面11Aに対して直角をなす場合に比べると、トレンチTRの角部UTにおける電界強度を弱めることができる。これにより、ゲートリークの可能性を低減することができる。さらに、保護絶縁膜21をトレンチTRの角部UTに覆いやすくすることができる。この点からもゲートリークの可能性を低減することができる。   Furthermore, according to this embodiment, sidewall portion SW of trench TR forms an obtuse angle with respect to the first main surface (main surface 11A) of silicon carbide substrate 5. Compared with the case where side wall part SW makes a right angle with respect to main surface 11A, the electric field strength in corner | angular part UT of trench TR can be weakened. This can reduce the possibility of gate leakage. Furthermore, the protective insulating film 21 can be easily covered with the corner portion UT of the trench TR. Also from this point, the possibility of gate leakage can be reduced.

一方、チャネル領域CH上のゲート絶縁膜22が厚いほど、MOSFET1の閾値電圧が高くなる。この実施の形態によれば、トレンチTRの側壁部SWにおいて、保護絶縁膜21に覆われる範囲が、ソース領域14に限定される。ボディ領域13が保護絶縁膜21によって覆われるのを避けることにより、チャネル領域CH上のゲート絶縁膜22をMOSFET1の動作にとって好適な厚みとすることができる。これによりMOSFET1のオン抵抗が高くなるのを避けることができる。   On the other hand, the thicker the gate insulating film 22 on the channel region CH, the higher the threshold voltage of the MOSFET 1. According to this embodiment, the range covered with the protective insulating film 21 is limited to the source region 14 in the sidewall portion SW of the trench TR. By preventing the body region 13 from being covered with the protective insulating film 21, the gate insulating film 22 on the channel region CH can have a thickness suitable for the operation of the MOSFET 1. As a result, it is possible to avoid an increase in the on-resistance of the MOSFET 1.

次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図3は、本発明の第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。   Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

図3および図4を参照して、まず、工程(S10)として炭化珪素基板準備工程が実施される。この工程(S10)では、たとえば4H−SiCからなるインゴット(図示しない)を切断し、研磨処理などを行なうことにより、n型の炭化珪素単結晶基板10が準備される。   Referring to FIGS. 3 and 4, first, a silicon carbide substrate preparation step is performed as a step (S10). In this step (S10), n-type silicon carbide single crystal substrate 10 is prepared by cutting an ingot (not shown) made of, for example, 4H—SiC and performing a polishing process or the like.

次に、工程(S20)としてエピタキシャル成長工程が実施される。この工程(S20)では、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いたエピタキシャル成長により、ドリフト層11が炭化珪素単結晶基板10の主面10A上に形成される。一実施形態では、炭化珪素単結晶基板10上に、水素(H2)を含むキャリアガスと、モノシラン(SiH4)、プロパン(C38)および窒素(N2)などを含む原料ガスとが供給され、炭化珪素単結晶基板10がたとえば1500℃以上1700℃以下程度に加熱される。ドリフト層11(エピタキシャル層)の厚みは特に限定されるものではないが、たとえば、10μm程度以上35μm程度以下の範囲内の適切な値(たとえば15μm程度)である。工程S10および工程S20を経て、炭化珪素基板5が準備される。炭化珪素基板5は、主面11Aと、主面10Bとを有する。主面11A(第1の主面)は、C面に対応する。 Next, an epitaxial growth step is performed as a step (S20). In this step (S20), drift layer 11 is formed on main surface 10A of silicon carbide single crystal substrate 10 by epitaxial growth using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In one embodiment, a carrier gas containing hydrogen (H 2 ) and a source gas containing monosilane (SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ), nitrogen (N 2 ), and the like on silicon carbide single crystal substrate 10 Is supplied, and silicon carbide single crystal substrate 10 is heated to, for example, about 1500 ° C. to 1700 ° C. The thickness of the drift layer 11 (epitaxial layer) is not particularly limited, but is an appropriate value (for example, about 15 μm) within a range of about 10 μm to about 35 μm, for example. Through steps S10 and S20, silicon carbide substrate 5 is prepared. Silicon carbide substrate 5 has a main surface 11A and a main surface 10B. The main surface 11A (first main surface) corresponds to the C surface.

図3および図5を参照して、次に、工程(S30)としてイオン注入工程が実施される。この工程(S30)では、たとえばアルミニウム(Al)イオンが、炭化珪素基板5の主面11Aからドリフト層11内に注入される。これにより、ドリフト層11内に、導電型としてp型を有するボディ領域13が形成される。ボディ領域13の厚み(上記アルミニウムイオンの注入深さ)は、たとえば0.7μm以上0.8μm以下である。   Referring to FIGS. 3 and 5, next, an ion implantation step is performed as a step (S30). In this step (S30), for example, aluminum (Al) ions are implanted into main layer 11A of silicon carbide substrate 5 into drift layer 11. As a result, body region 13 having a p-type conductivity is formed in drift layer 11. The thickness of body region 13 (the aluminum ion implantation depth) is, for example, not less than 0.7 μm and not more than 0.8 μm.

次に、たとえばリン(P)イオンが、ボディ領域13内に注入される。リンイオンは、ドリフト層11内に、アルミニウムイオンよりも浅く注入される。これにより、導電型としてn型を有するソース領域14が、ボディ領域13内に形成される。   Next, for example, phosphorus (P) ions are implanted into the body region 13. Phosphorus ions are implanted into the drift layer 11 shallower than aluminum ions. As a result, the source region 14 having n type conductivity is formed in the body region 13.

続いて、たとえばアルミニウム(Al)イオンが、上記リンイオンと同程度の注入深さでボディ領域13内に選択的に注入される。これにより、導電型としてp型を有するコンタクト領域15が、ボディ領域14内に形成される。ドリフト層11において、ボディ領域13、ソース領域14およびコンタクト領域15のいずれも形成されない領域が、ドリフト領域12になる。ソース領域14は、ボディ領域13によって、ドリフト領域12から隔てられる。   Subsequently, for example, aluminum (Al) ions are selectively implanted into the body region 13 at an implantation depth similar to that of the phosphorus ions. As a result, a contact region 15 having a p-type conductivity is formed in the body region 14. In the drift layer 11, a region where none of the body region 13, the source region 14, and the contact region 15 is formed becomes the drift region 12. Source region 14 is separated from drift region 12 by body region 13.

図5には示されないが、炭化珪素基板5への選択的なイオン注入のため、たとえば炭化珪素基板5の主面11A上に、マスクとして二酸化珪素膜が形成される。フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、コンタクト領域15を形成すべき領域を露出させる開口部が二酸化珪素膜に形成される。イオン注入が完了した後には、当該マスク(二酸化珪素膜)が除去される。その後、炭化珪素基板5が、不活性ガス雰囲気中で加熱される。この加熱工程(アニール)によって、炭化珪素基板5に導入された不純物イオンを活性化することができる。   Although not shown in FIG. 5, for selective ion implantation into silicon carbide substrate 5, for example, a silicon dioxide film is formed as a mask on main surface 11 </ b> A of silicon carbide substrate 5. By the photolithography technique and the etching technique, an opening for exposing a region where the contact region 15 is to be formed is formed in the silicon dioxide film. After the ion implantation is completed, the mask (silicon dioxide film) is removed. Thereafter, silicon carbide substrate 5 is heated in an inert gas atmosphere. By this heating step (annealing), impurity ions introduced into silicon carbide substrate 5 can be activated.

図3では、上記の工程S10,S20およびS30が、工程S1として総括的に示される。すなわち、工程(S1)は、n型を有するドリフト層11と、p型を有し、かつドリフト層11の内部に配置されるボディ領域13と、n型を有し、ボディ領域13の内部に形成されるとともに炭化珪素基板5の主面11Aに接するソース領域14とを含む炭化珪素基板5を準備する工程に相当する。   In FIG. 3, the above-described steps S10, S20, and S30 are collectively shown as a step S1. That is, in the step (S1), the drift layer 11 having n-type, the body region 13 having p-type and disposed inside the drift layer 11, and the n-type drift layer 11 are disposed inside the body region 13. This corresponds to the step of preparing silicon carbide substrate 5 formed and including source region 14 in contact with main surface 11 </ b> A of silicon carbide substrate 5.

図3および図6を参照して、工程(S40)として、マスク酸化膜形成工程が実施される。この工程(S40)では、炭化珪素基板5の主面11A上に、マスク酸化膜を形成する。一実施形態では、酸素含有ガス雰囲気において、ドライ酸化によって炭化珪素基板5の主面11A上に、熱酸化膜を形成する。この熱酸化膜が、後述するトレンチ形成工程(S60)においてマスク酸化膜として利用され、その後、MOSFET1(炭化珪素半導体装置)の保護絶縁膜21として利用される。したがって、図6および以後説明する図において、マスク酸化膜は、保護絶縁膜と同じ符号(21)によって示される。熱酸化膜を保護絶縁膜21に採用することによって、保護絶縁膜21の絶縁性を高めることができる。これにより、ゲートリークが生じる可能性が低減された炭化珪素半導体装置を製造することができる。   Referring to FIGS. 3 and 6, a mask oxide film forming step is performed as a step (S40). In this step (S40), a mask oxide film is formed on main surface 11A of silicon carbide substrate 5. In one embodiment, a thermal oxide film is formed on main surface 11A of silicon carbide substrate 5 by dry oxidation in an oxygen-containing gas atmosphere. This thermal oxide film is used as a mask oxide film in a trench formation step (S60) to be described later, and thereafter used as a protective insulating film 21 of MOSFET 1 (silicon carbide semiconductor device). Therefore, in FIG. 6 and the drawings described later, the mask oxide film is indicated by the same reference numeral (21) as the protective insulating film. By employing a thermal oxide film as the protective insulating film 21, the insulating property of the protective insulating film 21 can be improved. Thereby, a silicon carbide semiconductor device with reduced possibility of gate leakage can be manufactured.

一実施形態では、マスク酸化膜(および保護絶縁膜21)として形成される熱酸化膜は、50nm以上かつ100nm以下の厚みを有する。熱酸化膜の厚みが50nm未満であると、トレンチTRの角部UTを覆う酸化膜の部分が薄くなりやすい。このため、MOSFET1では、角部UTにおけるゲートリークが生じる可能性が高くなる。一方、熱酸化膜の厚みが100nmよりも大きい場合、その厚みを有する熱酸化膜を形成するために要する時間が長くなる。角部UTにおいて、ゲートリークの可能性を低減するためには、角部UTを覆う酸化膜はできるだけ緻密であることが好ましい。このためには、熱酸化膜の形成のためにドライ酸化を用いるのが好適である。角部UTを覆う絶縁膜(熱酸化膜)の厚み、および、その厚みを有する絶縁膜を形成するための時間の両方の観点から、マスク酸化膜(および保護絶縁膜21)として形成される熱酸化膜の厚みは、50nm以上かつ100nm以下とされる。   In one embodiment, the thermal oxide film formed as the mask oxide film (and the protective insulating film 21) has a thickness of 50 nm or more and 100 nm or less. If the thickness of the thermal oxide film is less than 50 nm, the portion of the oxide film that covers the corner portion UT of the trench TR tends to be thin. For this reason, in the MOSFET 1, there is a high possibility that a gate leak occurs in the corner portion UT. On the other hand, when the thickness of the thermal oxide film is larger than 100 nm, the time required for forming the thermal oxide film having the thickness becomes longer. In the corner portion UT, in order to reduce the possibility of gate leakage, the oxide film covering the corner portion UT is preferably as dense as possible. For this purpose, it is preferable to use dry oxidation for forming a thermal oxide film. From the viewpoint of both the thickness of the insulating film (thermal oxide film) covering the corner portion UT and the time for forming the insulating film having the thickness, the heat formed as the mask oxide film (and the protective insulating film 21). The thickness of the oxide film is 50 nm or more and 100 nm or less.

なお、マスク酸化膜は熱酸化膜に限定されるものではない。熱酸化膜に代えて、堆積酸化膜をマスク酸化膜(二酸化珪素膜)に適用することもできる。この場合、トレンチTRの角部UTにおいてゲートリークが生じる可能性を低減するために、堆積酸化膜は、不純物が添加されていない(ノンドープの)酸化膜であることが好ましい。   The mask oxide film is not limited to the thermal oxide film. Instead of the thermal oxide film, a deposited oxide film can be applied to the mask oxide film (silicon dioxide film). In this case, in order to reduce the possibility of gate leakage occurring in the corner portion UT of trench TR, the deposited oxide film is preferably an oxide film to which no impurity is added (non-doped).

図3および図7を参照して、工程(S50)として、開口部形成工程が実施される。この工程(S50)では、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程(いずれも図示せず)により、開口部21aが、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)に形成される。開口部21aは、主面11Aのうち、トレンチを形成すべき領域を露出させる。   Referring to FIGS. 3 and 7, an opening forming step is performed as a step (S50). In this step (S50), an opening 21a is formed in the mask oxide film (protective insulating film 21) by a photolithography process and an etching process (both not shown). The opening 21a exposes a region in the main surface 11A where a trench is to be formed.

図3および図8を参照して、工程(S60)として、トレンチ形成工程が実施される。この工程(S60)では、炭化珪素基板5に対して化学エッチングを施す。一実施形態では、化学エッチングは、ハロゲン系ガス(一例として塩素(Cl2)ガス)を用いた熱エッチングである。トレンチ形成工程により、主面11A側に開口部を有するトレンチTRが、ドリフト層11に形成される。 With reference to FIG. 3 and FIG. 8, a trench formation process is implemented as process (S60). In this step (S60), chemical etching is performed on silicon carbide substrate 5. In one embodiment, the chemical etching is thermal etching using a halogen-based gas (for example, chlorine (Cl 2 ) gas). Trench TR having an opening on the main surface 11A side is formed in drift layer 11 by the trench formation step.

トレンチTRは、側壁部SWおよび底部BWを有する。側壁部SWは、主面11Aからソース領域14およびボディ領域13を貫通して、ドリフト領域12に達する。さらに、側壁部SWは、主面11Aに対して鈍角をなす。すなわち、底部BWから主面11Aへ向かうにつれて、トレンチTRの開口径が大きくなる。熱エッチングによって、側壁部SWを形成することにより、側壁部SWは、炭化珪素のC面に対して50°以上65°以下のオフ角を有する面(1つの具体例として面方位{0−33−8}を有する面)を含むことができる。このような面を含む側壁部SWが形成されることにより、チャネル領域CHにおける抵抗(チャネル抵抗)を低減することができる。   Trench TR has side wall part SW and bottom part BW. Sidewall portion SW penetrates source region 14 and body region 13 from main surface 11 </ b> A and reaches drift region 12. Further, the side wall portion SW forms an obtuse angle with respect to the main surface 11A. In other words, the opening diameter of trench TR increases as it goes from bottom BW to main surface 11A. By forming sidewall portion SW by thermal etching, sidewall portion SW has a surface having an off angle of 50 ° or more and 65 ° or less with respect to the C-plane of silicon carbide (surface orientation {0-33 as one specific example). Surface having −8}. By forming the sidewall portion SW including such a surface, the resistance (channel resistance) in the channel region CH can be reduced.

主面11Aでは、マスク酸化膜の開口部21aの縁が、トレンチTRの開口部の縁(角部UTに相当する)よりも、トレンチTRの開口部の内部に向けて突出する。言い換えると、主面11Aにおいて、トレンチTRの開口部の幅がマスク酸化膜の開口部21aの幅よりも大きい。   On main surface 11A, the edge of opening 21a of the mask oxide film protrudes toward the inside of the opening of trench TR rather than the edge of the opening of trench TR (corresponding to corner UT). In other words, in the main surface 11A, the width of the opening of the trench TR is larger than the width of the opening 21a of the mask oxide film.

長さLは、トレンチTRの開口部の縁(角部UT)からマスク酸化膜の開口部21aの縁までの長さを示す。一実施形態において、長さLは、0.1μm以上0.3μm以下である。   The length L indicates the length from the edge (corner portion UT) of the opening of the trench TR to the edge of the opening 21a of the mask oxide film. In one embodiment, the length L is not less than 0.1 μm and not more than 0.3 μm.

図3および図9を参照して、工程(S70)として、バッファ酸化膜形成工程が実施される。この工程(S70)では、まず、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)が形成された炭化珪素基板5に対して洗浄(一例では、RCA洗浄)を施す。これにより、トレンチTRの表面あるいはマスク酸化膜(保護絶縁膜21)の表面に付着したパーティクル、金属イオン等が除去される。   Referring to FIGS. 3 and 9, a buffer oxide film forming step is performed as a step (S70). In this step (S70), first, cleaning (in one example, RCA cleaning) is performed on silicon carbide substrate 5 on which the mask oxide film (protective insulating film 21) is formed. Thereby, particles, metal ions, and the like attached to the surface of trench TR or the surface of mask oxide film (protective insulating film 21) are removed.

次に、トレンチTRの側壁部SWおよび底部BWを覆うバッファ酸化膜22aを形成する。一実施形態では、1000℃以上かつ1200℃以下の温度で、酸素含有ガス雰囲気中において、ドライ酸化によって、1nm以上の厚みを有するバッファ酸化膜22aを形成する。   Next, buffer oxide film 22a is formed to cover side wall portion SW and bottom portion BW of trench TR. In one embodiment, the buffer oxide film 22a having a thickness of 1 nm or more is formed by dry oxidation in an oxygen-containing gas atmosphere at a temperature of 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less.

トレンチTRの側壁部SWおよび底部BWと同じく、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)の下部に位置する炭化珪素基板5の表層部において、珪素と酸素とが結合することによって酸化膜が形成される。したがって、バッファ酸化膜22aをマスク酸化膜(保護絶縁膜21)につなげることができる。言い換えると、工程(S70)において、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)と一体化されたバッファ酸化膜22aが形成される。   Similar to the side wall portion SW and the bottom portion BW of the trench TR, an oxide film is formed by combining silicon and oxygen in the surface layer portion of the silicon carbide substrate 5 located below the mask oxide film (protective insulating film 21). . Therefore, the buffer oxide film 22a can be connected to the mask oxide film (protective insulating film 21). In other words, in the step (S70), the buffer oxide film 22a integrated with the mask oxide film (protective insulating film 21) is formed.

図3および図10を参照して、工程(S80)として、マスク酸化膜軟化工程が実施される。この工程では、たとえばアルゴン(Ar)などの不活性ガス雰囲気中において、たとえば1200℃程度以上1300℃程度以下の温度で、炭化珪素基板5が熱処理される。これにより、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)が軟化する。トレンチTRの上端の角部UTから突出するマスク酸化膜の部分は、その角部UTからトレンチTRの側壁部SWへと垂れ下がり、その結果、側壁部SWに接触する。この結果、トレンチTRの上端の角部UTを覆う保護絶縁膜21が形成される。   Referring to FIGS. 3 and 10, a mask oxide film softening step is performed as a step (S80). In this step, silicon carbide substrate 5 is heat-treated at a temperature of about 1200 ° C. or higher and about 1300 ° C. or lower, for example, in an inert gas atmosphere such as argon (Ar). Thereby, the mask oxide film (protective insulating film 21) is softened. The portion of the mask oxide film protruding from the upper corner portion UT of the trench TR hangs down from the corner portion UT to the sidewall portion SW of the trench TR, and as a result, comes into contact with the sidewall portion SW. As a result, the protective insulating film 21 covering the upper corner portion UT of the trench TR is formed.

バッファ酸化膜22aがなければ、不活性ガス雰囲気中において炭化珪素基板5に熱処理を施したときに、トレンチTRの上端の角部UTから突出したマスク酸化膜の部分が収縮し、さらに、炭化珪素基板5の主面11A(マスク酸化膜と炭化珪素基板5との界面)からマスク酸化膜が外れる可能性がある。したがって、トレンチTRの角部UTを保護絶縁膜21で覆うことが難しい可能性がある。一方、この実施の形態では、工程(S70)において、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)につながるように、バッファ酸化膜22aが形成される。これにより、工程(S80)において、マスク酸化膜の収縮を抑えつつ、マスク酸化膜を軟化させることができる。したがって、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)によってトレンチTRの角部UTを覆うことが可能になる。   Without the buffer oxide film 22a, when the silicon carbide substrate 5 is heat-treated in an inert gas atmosphere, the portion of the mask oxide film that protrudes from the corner UT at the upper end of the trench TR contracts. There is a possibility that the mask oxide film is detached from main surface 11A of substrate 5 (interface between mask oxide film and silicon carbide substrate 5). Therefore, it may be difficult to cover the corner portion UT of the trench TR with the protective insulating film 21. On the other hand, in this embodiment, in step (S70), the buffer oxide film 22a is formed so as to be connected to the mask oxide film (protective insulating film 21). Thereby, in the step (S80), the mask oxide film can be softened while suppressing the shrinkage of the mask oxide film. Therefore, the corner portion UT of the trench TR can be covered with the mask oxide film (protective insulating film 21).

図8に示した長さLが0.1μmよりも小さい場合、トレンチTRの上端の角部UTをマスク酸化膜によって覆うことが難しくなりやすい。一方、長さLが0.3μmを上回る場合、トレンチTRの上端の角部UTの全体をマスク酸化膜(保護絶縁膜21)によって覆うことは可能になる。しかしながら、軟化したマスク酸化膜がチャネル領域CHに被さる可能性がある。この結果、ゲート絶縁膜22の厚みが大きくなることが考えられる。チャネル領域CH上におけるゲート絶縁膜22の厚みが大きいほど、MOSFET1の閾値電圧が高くなる。   When the length L shown in FIG. 8 is smaller than 0.1 μm, it is difficult to cover the upper corner portion UT of the trench TR with a mask oxide film. On the other hand, when the length L exceeds 0.3 μm, the entire upper corner portion UT of the trench TR can be covered with the mask oxide film (protective insulating film 21). However, the softened mask oxide film may cover the channel region CH. As a result, the thickness of the gate insulating film 22 may be increased. As the thickness of the gate insulating film 22 on the channel region CH is larger, the threshold voltage of the MOSFET 1 is higher.

側壁部SWにおいて、ソース領域14とボディ領域13との境界は、主面11Aから0.3μm程度以上離れた位置にある。したがって、図8に示した長さLが0.3μm以下であれば、軟化したマスク酸化膜を、トレンチTRの角部UTを覆いつつ、ソース領域14に被さらないようにすることができる。これにより、MOSFET1のオン抵抗が増大することを抑えることができる。以上の観点から、図8に示した長さLは、0.1μm以上かつ0.3μm以下であることが好ましい。   In the side wall portion SW, the boundary between the source region 14 and the body region 13 is at a position separated from the main surface 11A by about 0.3 μm or more. Therefore, if the length L shown in FIG. 8 is 0.3 μm or less, it is possible to prevent the softened mask oxide film from covering the source region 14 while covering the corner portion UT of the trench TR. Thereby, it can suppress that ON resistance of MOSFET1 increases. From the above viewpoint, the length L shown in FIG. 8 is preferably 0.1 μm or more and 0.3 μm or less.

さらに、工程(S80)において、1200℃程度以上1400℃程度以下の温度、かつ、不活性ガス雰囲気において、マスク酸化膜を軟化させる。温度が1200℃より低い場合には、マスク酸化膜を軟化させることが難しくなる。その一方、雰囲気温度が1400℃を超える場合には、たとえば、炭化珪素基板5を加熱する加熱炉の性能を低下させる、あるいはその加熱炉の寿命を短縮させる可能性がある。したがって、1200℃程度以上1400℃程度以下の温度で、マスク酸化膜を軟化させることが好ましい。   Further, in the step (S80), the mask oxide film is softened at a temperature of about 1200 ° C. to about 1400 ° C. and in an inert gas atmosphere. When the temperature is lower than 1200 ° C., it is difficult to soften the mask oxide film. On the other hand, when the ambient temperature exceeds 1400 ° C., for example, there is a possibility that the performance of the heating furnace that heats silicon carbide substrate 5 may be reduced or the life of the heating furnace may be shortened. Therefore, it is preferable to soften the mask oxide film at a temperature of about 1200 ° C. or more and about 1400 ° C. or less.

図3および図11を参照して、工程(S90)として、ゲート絶縁膜形成工程が実施される。この工程では、酸素含有ガス雰囲気中で、たとえばドライ酸化によって、炭化珪素基板5の表層部を酸化する。具体的には、酸素含有ガス雰囲気中において、たとえば1100℃程度以上かつ1400℃以下の温度(一例では、1300℃)に、保護絶縁膜21およびバッファ酸化膜22aが形成された炭化珪素基板5が保持される。   Referring to FIG. 3 and FIG. 11, a gate insulating film forming step is performed as a step (S90). In this step, the surface layer portion of silicon carbide substrate 5 is oxidized by dry oxidation, for example, in an oxygen-containing gas atmosphere. Specifically, silicon carbide substrate 5 on which protective insulating film 21 and buffer oxide film 22a are formed at a temperature of about 1100 ° C. to 1400 ° C. (for example, 1300 ° C.) in an oxygen-containing gas atmosphere. Retained.

トレンチTRにおいては、バッファ酸化膜22aの下部に位置する炭化珪素基板5の表層部が酸化される。バッファ酸化膜22aが成長することによりゲート絶縁膜22が形成される。したがってバッファ酸化膜22aは、ゲート絶縁膜22の一部となり得る。ゲート絶縁膜22は、トレンチTRの側壁部SWにおいて、ドリフト領域12と、ボディ領域13と、ソース領域14とに接する。ゲート絶縁膜22の厚みは、たとえば50nm程度である。   In trench TR, the surface layer portion of silicon carbide substrate 5 located below buffer oxide film 22a is oxidized. The gate insulating film 22 is formed by the growth of the buffer oxide film 22a. Therefore, the buffer oxide film 22 a can be a part of the gate insulating film 22. Gate insulating film 22 is in contact with drift region 12, body region 13, and source region 14 in sidewall portion SW of trench TR. The thickness of the gate insulating film 22 is, for example, about 50 nm.

一実施形態では、マスク酸化膜軟化工程(S80)およびゲート絶縁膜形成工程(S90)が、連続的に実行される。具体的には、炭化珪素基板5が加熱炉内に配置されて、マスク酸化膜軟化工程(S80)が実施される。炭化珪素基板5を、その加熱炉の内部に保持したまま、雰囲気ガスが不活性ガスから酸素含有ガスに切り換えられる。続けて、ゲート絶縁膜形成工程(S90)が実施される。これにより、MOSFET1(炭化珪素半導体装置)を製造するために要する時間を短縮することができる。したがってMOSFET1(炭化珪素半導体装置)の生産性を高めることができる。   In one embodiment, the mask oxide film softening step (S80) and the gate insulating film formation step (S90) are performed continuously. Specifically, silicon carbide substrate 5 is placed in a heating furnace, and a mask oxide film softening step (S80) is performed. The atmosphere gas is switched from an inert gas to an oxygen-containing gas while the silicon carbide substrate 5 is held inside the heating furnace. Subsequently, a gate insulating film forming step (S90) is performed. Thereby, the time required for manufacturing MOSFET 1 (silicon carbide semiconductor device) can be shortened. Therefore, the productivity of MOSFET 1 (silicon carbide semiconductor device) can be increased.

図3および図12を参照して、工程(S100)としてゲート電極形成工程が実施される。この工程(S100)では、たとえばLP(Low Pressure)−CVD法により、保護絶縁膜21およびゲート絶縁膜22に接触するようにゲート電極30が形成される。   Referring to FIGS. 3 and 12, a gate electrode forming step is performed as a step (S100). In this step (S100), the gate electrode 30 is formed so as to be in contact with the protective insulating film 21 and the gate insulating film 22, for example, by LP (Low Pressure) -CVD.

次に、工程(S110)として層間絶縁膜形成工程が実施される。この工程(S110)では、たとえばP(Plasma)−CVD法により、二酸化珪素からなる層間絶縁膜50が、ゲート電極30、保護絶縁膜21およびゲート絶縁膜22を覆うように形成される。   Next, an interlayer insulation film formation process is implemented as process (S110). In this step (S110), an interlayer insulating film 50 made of silicon dioxide is formed so as to cover gate electrode 30, protective insulating film 21, and gate insulating film 22, for example, by P (Plasma) -CVD.

図3および図13を参照して、工程(S120)として、オーミック電極形成工程が実施される。この工程(S120)では、まずソース電極40を形成すべき領域において層間絶縁膜50、保護絶縁膜21およびゲート絶縁膜22が除去される。これにより、ソース領域14およびコンタクト領域15が露出した領域が形成される。当該領域上に、たとえばニッケル(Ni)からなる金属膜が形成される。一方、炭化珪素基板5(炭化珪素単結晶基板10)の主面10B(第2の主面)上において、たとえばニッケルからなる金属膜が形成される。   With reference to FIG. 3 and FIG. 13, an ohmic electrode formation process is implemented as process (S120). In this step (S120), first, the interlayer insulating film 50, the protective insulating film 21, and the gate insulating film 22 are removed in a region where the source electrode 40 is to be formed. Thereby, a region where the source region 14 and the contact region 15 are exposed is formed. A metal film made of, for example, nickel (Ni) is formed on the region. On the other hand, a metal film made of nickel, for example, is formed on main surface 10B (second main surface) of silicon carbide substrate 5 (silicon carbide single crystal substrate 10).

炭化珪素基板5を加熱して、当該金属膜の少なくとも一部をシリサイド化する。これにより、ソース電極40およびドレイン電極70が形成される。   The silicon carbide substrate 5 is heated to silicide at least part of the metal film. Thereby, the source electrode 40 and the drain electrode 70 are formed.

図1および図3を参照して、工程(S130)として、配線形成工程が実施される。この工程(S130)では、たとえば蒸着法により、アルミニウム(Al)などの導電体からなるソース配線60が、ソース電極40上に接触するように形成される。上記の工程S10〜S130が実施されることにより、第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置(MOSFET1)を製造することができる。   With reference to FIG. 1 and FIG. 3, a wiring formation process is implemented as process (S130). In this step (S130), the source wiring 60 made of a conductor such as aluminum (Al) is formed on the source electrode 40 by, for example, vapor deposition. By performing steps S10 to S130 described above, the silicon carbide semiconductor device (MOSFET 1) according to the first embodiment can be manufactured.

以上のように、第1の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、マスク酸化膜軟化工程により、トレンチTRの上端の角部UTを覆うように、保護絶縁膜21が形成される。電界集中が起こり易いトレンチTRの角部UTを、十分な厚みを有する保護絶縁膜21によって覆うことができる。したがって、ゲートリークが生じる可能性を低減することができる。一方、チャネル領域CH上のゲート絶縁膜22の厚みを、MOSFET1の動作にとって必要な厚み(所望の閾値電圧を得るための厚み)に維持することができる。これにより、オン抵抗の増大を抑えることができる。   As described above, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, protective insulating film 21 is formed so as to cover corner UT at the upper end of trench TR by the mask oxide film softening process. The corner portion UT of the trench TR where electric field concentration is likely to occur can be covered with the protective insulating film 21 having a sufficient thickness. Therefore, the possibility of gate leakage can be reduced. On the other hand, the thickness of the gate insulating film 22 on the channel region CH can be maintained at a thickness necessary for the operation of the MOSFET 1 (a thickness for obtaining a desired threshold voltage). Thereby, an increase in on-resistance can be suppressed.

<第2の実施の形態>
第2の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、基本的には第1の実施の形態に係る製造方法と同じである。第2の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、トレンチTRを形成する工程において、第1の実施形態とは異なる。具体的には、トレンチTRを形成する工程(図3に示す工程S60)は、炭化珪素基板5に反応性イオンエッチング(RIE)を施して、炭化珪素基板5の一部をエッチングする工程と、その工程に続けて、炭化珪素基板5に化学エッチングを施す工程とを含む。
<Second Embodiment>
The method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is basically the same as the manufacturing method according to the first embodiment. The method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment differs from that of the first embodiment in the step of forming trench TR. Specifically, the step of forming trench TR (step S60 shown in FIG. 3) includes a step of etching part of silicon carbide substrate 5 by performing reactive ion etching (RIE) on silicon carbide substrate 5; Subsequent to the step, a step of chemically etching silicon carbide substrate 5 is included.

なお、第2の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成は、第1の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成と同じである。したがって第2の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成は図1等に示されているので、詳細な説明は繰り返さない。   The configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is the same as the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. Therefore, since the structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment is shown by FIG. 1 etc., detailed description is not repeated.

図14は、本発明の第2の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法にに含まれるトレンチ形成工程を説明するための第1の図である。図14を参照して、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)をハードマスクとして、マスク酸化膜の開口部に露出する炭化珪素基板5の部分を、反応性イオンエッチング(RIE)により除去する。反応性イオンエッチングには、誘導結合プラズマ(ICP)RIEを採用することができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてSFまたはSFとOとの混合ガスを用いたICP−RIEにより、炭化珪素基板5をエッチングすることができる。このようなエッチングにより、側壁が炭化珪素基板5の主面11Aに対してほぼ垂直となる溝を形成することができる。 FIG. 14 is a first diagram for illustrating a trench formation step included in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14, using mask oxide film (protective insulating film 21) as a hard mask, the portion of silicon carbide substrate 5 exposed in the opening of the mask oxide film is removed by reactive ion etching (RIE). For reactive ion etching, inductively coupled plasma (ICP) RIE can be employed. Specifically, for example, silicon carbide substrate 5 can be etched by ICP-RIE using SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 as a reaction gas. By such etching, a groove whose side wall is substantially perpendicular to main surface 11A of silicon carbide substrate 5 can be formed.

主面11Aからのエッチング深さdは、後の工程(化学エッチング)において形成されたトレンチTRの開口部の寸法を所望の寸法とするための深さである。上記「所望の寸法」とは、図8および図15に示す長さLが、0.1μm〜0.3μmの範囲となる値である。   The etching depth d from the main surface 11A is a depth for making the dimension of the opening of the trench TR formed in the subsequent process (chemical etching) a desired dimension. The “desired dimension” is a value at which the length L shown in FIGS. 8 and 15 is in the range of 0.1 μm to 0.3 μm.

図15は、本発明の第2の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法にに含まれるトレンチ形成工程を説明するための第2の図である。図15を参照して、炭化珪素基板5に対して化学エッチングを施す。この工程は、第1の実施の形態に係る工程と同一であるので、以後の詳細な説明は繰り返さない。   FIG. 15 is a second diagram for illustrating a trench formation step included in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, chemical etching is performed on silicon carbide substrate 5. Since this process is the same as the process according to the first embodiment, detailed description thereof will not be repeated.

第2の実施の形態によれば、トレンチを形成する工程において、化学エッチングに先立って反応性イオンエッチングが炭化珪素基板に施される。これによりトレンチTRの形成を促進することができる。したがって、本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置(MOSFET1)を安定的に製造することができる。   According to the second embodiment, in the step of forming the trench, reactive ion etching is performed on the silicon carbide substrate prior to chemical etching. Thereby, formation of trench TR can be promoted. Therefore, the silicon carbide semiconductor device (MOSFET 1) according to the embodiment of the present invention can be stably manufactured.

<第3の実施の形態>
図16は、本発明の第3の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図3および図16を参照して、第3の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、エッチング工程(S65)が、トレンチ形成工程(S60)とバッファ酸化膜工程(S70)との間に追加される。より具体的には、第3の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、トレンチTRを形成する工程(S60)の後、かつ、バッファ酸化膜22aを形成する工程(S70)の前に、緩衝フッ酸(BHF)を用いてマスク酸化膜の表面をエッチングする工程を備える。この点において、第3の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態に係る製造方法と異なる。
<Third Embodiment>
FIG. 16 is a flowchart showing a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 3 and 16, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment, the etching step (S65) is performed between the trench formation step (S60) and the buffer oxide film step (S70). To be added. More specifically, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment, after the step of forming trench TR (S60) and before the step of forming buffer oxide film 22a (S70). And a step of etching the surface of the mask oxide film using buffered hydrofluoric acid (BHF). In this respect, the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment is different from the manufacturing method according to the first embodiment.

なお、第3の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構成は、第1の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構成と同じである。したがって第3の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構成は図1等に示されているので、詳細な説明は繰り返さない。   The configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment is the same as the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. Therefore, since the structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment is shown by FIG. 1 etc., detailed description is not repeated.

図17は、第3の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法に含まれるエッチング工程(S65)を説明するための図である。図16および図17を参照して、マスク酸化膜(保護絶縁膜21)の表層部(破線で示す)が緩衝フッ酸によってエッチングされる。   FIG. 17 is a diagram for illustrating an etching step (S65) included in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment. Referring to FIGS. 16 and 17, the surface layer portion (shown by a broken line) of the mask oxide film (protective insulating film 21) is etched by buffered hydrofluoric acid.

緩衝フッ酸は、たとえばフッ化水素酸(HF)とフッ化アンモニウム(NH4F)との混合液を用いることができる。HFおよびNH4Fの各々の重量%(wt%)および容積比(フッ化水素酸の容積に対する、フッ化アンモニウムの比率)は特に限定されるものではない。エッチング後のマスク酸化膜(保護絶縁膜21)の厚みが、50nm程度以上100nm程度以下となるように、エッチングの時間が決定される。 As the buffered hydrofluoric acid, for example, a mixed liquid of hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F) can be used. The weight percent (wt%) and volume ratio (ratio of ammonium fluoride to hydrofluoric acid volume) of HF and NH 4 F are not particularly limited. The etching time is determined so that the thickness of the mask oxide film (protective insulating film 21) after etching is about 50 nm to about 100 nm.

たとえば金属イオンがマスク酸化膜の表面に付着したままま、バッファ酸化膜形成工程(S70)、マスク酸化膜軟化工程(S80)およびゲート絶縁膜形成工程(S90)を実施した場合、保護絶縁膜21に金属イオンが取り込まれやすい。保護絶縁膜21に取り込まれた金属イオンの量が多くなるほど、ゲートリークが生じる可能性が高くなる。第3の実施の形態によれば、緩衝フッ酸(BHF)を用いてマスク酸化膜の表面がエッチングされる。これによりマスク酸化膜の表面の汚れを洗浄することが可能になるので、保護絶縁膜21に金属イオンが取り込まれる可能性を低減できる。したがって、第3の実施の形態によれば、炭化珪素半導体装置において、ゲートリークが生じる可能性をより低減することができる。   For example, when the buffer oxide film forming step (S70), the mask oxide film softening step (S80), and the gate insulating film forming step (S90) are performed while the metal ions remain attached to the surface of the mask oxide film, the protective insulating film 21 Metal ions are easily taken in. As the amount of metal ions taken into the protective insulating film 21 increases, the possibility of gate leakage increases. According to the third embodiment, the surface of the mask oxide film is etched using buffered hydrofluoric acid (BHF). This makes it possible to clean the surface of the mask oxide film, so that the possibility that metal ions are taken into the protective insulating film 21 can be reduced. Therefore, according to the third embodiment, the possibility of gate leakage occurring in the silicon carbide semiconductor device can be further reduced.

なお、エッチング工程(S65)を、第2の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法に追加することもできる。   In addition, an etching process (S65) can also be added to the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment.

また、本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてMOSFETが例示される。しかしながら、本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、トレンチゲートを有するトランジスタであればよい。したがって、本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、IGBTであってもよい。   MOSFET is illustrated as a silicon carbide semiconductor device concerning an embodiment of the invention. However, the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment of the present invention may be a transistor having a trench gate. Therefore, the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment of the present invention may be an IGBT.

さらに上記の各実施の形態では、第1の導電型はn型であり、第2の導電型はp型である。p型の領域をn型の炭化珪素層に形成することによって、炭化珪素半導体装置の製造しやすさを向上することができる。しかしながら第1の導電型がp型であり、かつ第2の導電型がn型であってもよい。   Further, in each of the above embodiments, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type. By forming the p-type region in the n-type silicon carbide layer, the ease of manufacturing the silicon carbide semiconductor device can be improved. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.

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実施の形態ではなく特許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。   The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

1 MOSFET(炭化珪素半導体装置)
5 炭化珪素基板
10 炭化珪素単結晶基板
10A,10B,11A 主面
11 ドリフト層
12 ドリフト領域
13 ボディ領域
14 ソース領域
15 コンタクト領域
21 保護絶縁膜
21a 開口部
22 ゲート絶縁膜
22a バッファ酸化膜
30 ゲート電極
40 ソース電極
50 層間絶縁膜
60 ソース配線
70 ドレイン電極
BW 底部
CH チャネル領域
D1,D2,D3 方向
L 長さ
S1,S10〜S130 工程
SW 側壁部
T1,T2,T3 厚み
TR トレンチ
UT 角部
d エッチング深さ
1 MOSFET (silicon carbide semiconductor device)
5 Silicon carbide substrate 10 Silicon carbide single crystal substrate 10A, 10B, 11A Main surface 11 Drift layer 12 Drift region 13 Body region 14 Source region 15 Contact region 21 Protective insulating film 21a Opening 22 Gate insulating film 22a Buffer oxide film 30 Gate electrode 40 Source electrode 50 Interlayer insulating film 60 Source wiring 70 Drain electrode BW Bottom CH Channel region D1, D2, D3 direction L Length S1, S10 to S130 Process SW Side wall T1, T2, T3 Thickness TR Trench UT Corner d Etching depth The

Claims (19)

第1の主面および前記第1の主面の反対側に位置する第2の主面を有する炭化珪素基板を準備する工程を備え、
前記炭化珪素基板は、第1の導電型を有するドリフト層と、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、かつ前記ドリフト層の内部に配置されるボディ領域と、前記第1の導電型を有し、前記ボディ領域の内部に形成されるとともに前記炭化珪素基板の前記第1の主面に接するソース領域とを含み、さらに、
前記炭化珪素基板の前記第1の主面を覆う第1の二酸化珪素膜を形成する工程と、
前記第1の二酸化珪素膜の一部を除去することにより、前記ソース領域を露出させる開口部を前記第1の二酸化珪素膜に形成する工程と、
前記第1の二酸化珪素膜の前記開口部を介して前記炭化珪素基板に対して化学エッチングを施すことにより、前記第1の主面から前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して、前記ドリフト層に達する側壁部を有する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の主面において、前記第1の二酸化珪素膜の前記開口部の幅よりも大きい幅を有する開口部を有し、さらに、
前記トレンチの少なくとも前記側壁部に、前記第1の二酸化珪素膜とつながる第2の二酸化珪素膜を形成する工程と、
不活性ガス雰囲気において前記炭化珪素基板に熱処理を施すことにより、前記第1の二酸化珪素膜が、前記トレンチの前記側壁部において前記第1の主面側に位置する角部を覆うように、前記第1の二酸化珪素膜を軟化させる工程と、
前記炭化珪素基板に熱酸化処理を施すことにより、前記トレンチの前記側壁部に接するゲート絶縁膜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。
Providing a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface;
The silicon carbide substrate includes a drift layer having a first conductivity type, a body region having a second conductivity type different from the first conductivity type, and disposed inside the drift layer; And a source region formed inside the body region and in contact with the first main surface of the silicon carbide substrate, and
Forming a first silicon dioxide film covering the first main surface of the silicon carbide substrate;
Removing a part of the first silicon dioxide film to form an opening in the first silicon dioxide film to expose the source region;
The drift layer penetrates the source region and the body region from the first main surface by performing chemical etching on the silicon carbide substrate through the opening of the first silicon dioxide film. Forming a trench having a side wall portion reaching the first and second trenches, the trench having an opening having a width larger than the width of the opening of the first silicon dioxide film on the first main surface. And then
Forming a second silicon dioxide film connected to the first silicon dioxide film on at least the side wall of the trench;
By performing heat treatment on the silicon carbide substrate in an inert gas atmosphere, the first silicon dioxide film covers the corner portion located on the first main surface side in the side wall portion of the trench. Softening the first silicon dioxide film;
Forming a gate insulating film in contact with the side wall portion of the trench by subjecting the silicon carbide substrate to a thermal oxidation treatment.
前記第1の二酸化珪素膜を形成する工程は、
ドライ酸化によって、50nm以上かつ100nm以下の厚みを有する熱酸化膜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。
The step of forming the first silicon dioxide film includes
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, comprising a step of forming a thermal oxide film having a thickness of 50 nm or more and 100 nm or less by dry oxidation.
前記第1の二酸化珪素膜を軟化させる工程は、
1200℃以上かつ1400℃以下の温度で前記炭化珪素基板に前記熱処理を施す工程を含む、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step of softening the first silicon dioxide film includes:
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of performing the heat treatment on the silicon carbide substrate at a temperature of 1200 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower.
前記トレンチを形成する工程は、
前記第1の二酸化珪素膜の前記開口部の縁が、前記トレンチの前記角部に対して0.1μm以上かつ0.3μm以下の範囲で突出するように、前記トレンチを形成する工程を含む、請求項1〜請求項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。
The step of forming the trench includes:
Forming the trench so that an edge of the opening of the first silicon dioxide film protrudes in a range of 0.1 μm to 0.3 μm with respect to the corner of the trench; The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 1-3.
前記トレンチを形成する工程の後、かつ、前記第2の二酸化珪素膜を形成する工程の前に、緩衝フッ酸を用いて前記第1の二酸化珪素膜の表層部をエッチングする工程をさらに備える、請求項1〜請求項4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。   After the step of forming the trench and before the step of forming the second silicon dioxide film, the method further comprises the step of etching the surface layer portion of the first silicon dioxide film using buffered hydrofluoric acid. The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 1-4. 前記第2の二酸化珪素膜を形成する工程は、
ドライ酸化によって、1nm以上の厚みを有する熱酸化膜を形成する工程を含む、請求項1〜請求項5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。
The step of forming the second silicon dioxide film includes
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, comprising a step of forming a thermal oxide film having a thickness of 1 nm or more by dry oxidation.
前記第2の二酸化珪素膜を形成する工程は、
1000℃以上かつ1200℃以下の温度で、前記熱酸化膜を形成する工程を含む、請求項6に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step of forming the second silicon dioxide film includes
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 6, comprising a step of forming the thermal oxide film at a temperature of 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.
前記化学エッチングは、
塩素ガスを用いた熱エッチングを含む、請求項1〜請求項7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。
The chemical etching is
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 1-7 including the thermal etching using chlorine gas.
前記トレンチを形成する工程は、
前記化学エッチングに先立って、前記炭化珪素基板に反応性イオンエッチングを施して、前記炭化珪素基板の一部をエッチングする工程を含む、請求項1〜請求項8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。
The step of forming the trench includes:
The carbonization according to any one of claims 1 to 8, comprising a step of performing a reactive ion etching on the silicon carbide substrate and etching a part of the silicon carbide substrate prior to the chemical etching. A method for manufacturing a silicon semiconductor device.
前記第1の主面は、C面である、請求項1〜請求項9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。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the first main surface is a C-plane. 前記側壁部は、前記C面に対して50°以上かつ65°以下の角度で傾斜した面を含む、請求項10に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   11. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 10, wherein said side wall includes a surface inclined at an angle of 50 ° or more and 65 ° or less with respect to said C-plane. 前記側壁部は、面方位{0−33−8}を有する面を含む、請求項1〜請求項11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。   The said side wall part is a manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 1-11 containing the surface which has a surface orientation {0-33-8}. 前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、
前記第1の二酸化珪素膜を軟化させる工程に続けて、雰囲気ガスを前記不活性ガスから酸素含有ガスに切換えて前記炭化珪素基板に前記熱酸化処理を施す工程を含む、請求項1〜請求項12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。
The step of forming the gate insulating film includes:
The process of performing the thermal oxidation treatment on the silicon carbide substrate by switching the atmosphere gas from the inert gas to the oxygen-containing gas following the step of softening the first silicon dioxide film. 13. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of 12 above.
第1の主面および前記第1の主面の反対側に位置する第2の主面を有する炭化珪素基板を備え、
前記炭化珪素基板は、
第1の導電型を有するドリフト層と、
前記第1の導電型と異なる第2導電型を有し、かつ前記ドリフト層の内部に配置されるボディ領域と、
前記第1の導電型を有し、前記ボディ領域の内部に形成されるとともに前記炭化珪素基板の前記第1の主面に接するソース領域とを含み、
前記第1の主面から前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して、前記ドリフト層に達する側壁部を有するトレンチが、前記炭化珪素基板に形成され、前記側壁部は、前記第1の主面に対して傾斜しており、
さらに、
前記トレンチの前記側壁部において前記第1の主面側に位置する角部を覆う熱酸化膜を含む二酸化珪素膜と、
前記トレンチの少なくとも前記側壁部を覆うとともに前記二酸化珪素膜につながる熱酸化膜を含むゲート絶縁膜とを備え、
前記第1の主面に垂直かつ前記第1の主面から前記二酸化珪素膜へと向かう方向を第1の方向とし、
前記第1の主面に平行かつ前記トレンチに向かう方向を第2の方向とすると、
前記二酸化珪素膜は、
前記トレンチの前記角部から前記側壁部へと垂れ下がる形状を有し、
前記第1の方向に沿った第1の厚みと、
前記トレンチの前記角部から前記第2の方向に沿った第2の厚みとを有し、
前記第1の厚みに対する前記第2の厚みの比率は、50%以上である、炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface;
The silicon carbide substrate is
A drift layer having a first conductivity type;
A body region having a second conductivity type different from the first conductivity type and disposed inside the drift layer;
A source region having the first conductivity type, formed in the body region and in contact with the first main surface of the silicon carbide substrate;
A trench having a side wall portion that penetrates the source region and the body region from the first main surface and reaches the drift layer is formed in the silicon carbide substrate, and the side wall portion is formed on the first main surface. Is inclined with respect to
further,
A silicon dioxide film including a thermal oxide film covering a corner portion located on the first main surface side in the side wall portion of the trench;
A gate insulating film that includes at least the sidewall portion of the trench and includes a thermal oxide film connected to the silicon dioxide film;
A direction perpendicular to the first main surface and from the first main surface to the silicon dioxide film is a first direction,
When the direction parallel to the first main surface and toward the trench is the second direction,
The silicon dioxide film is
Having a shape that hangs down from the corner of the trench to the side wall,
A first thickness along the first direction;
A second thickness along the second direction from the corner of the trench;
The silicon carbide semiconductor device, wherein a ratio of the second thickness to the first thickness is 50% or more.
前記比率は、100%以下である、請求項14に記載の炭化珪素半導体装置。   The silicon carbide semiconductor device according to claim 14, wherein the ratio is 100% or less. 前記第1の主面は、C面であり、
前記側壁部は、前記C面に対して50°以上かつ65°以下の角度で傾斜した面を含む、請求項14または請求項15に記載の炭化珪素半導体装置。
The first principal surface is a C-plane;
16. The silicon carbide semiconductor device according to claim 14, wherein said side wall includes a surface inclined at an angle of 50 ° to 65 ° with respect to said C surface.
前記側壁部は、面方位{0−33−8}を有する面を含む、請求項14〜請求項16のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。   17. The silicon carbide semiconductor device according to claim 14, wherein said sidewall portion includes a surface having a plane orientation {0-33-8}. 前記第2の厚みは、50nm以上かつ100nm以下である、請求項14〜請求項17のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。   The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 14 to 17, wherein the second thickness is not less than 50 nm and not more than 100 nm. 前記第1の方向と異なる方向を第3の方向と定義し、
前記第3の方向が前記第2の方向に一致するときに、前記第1の方向に対して、前記第3の方向がなす角度を90°と定義すると、
前記二酸化珪素膜は、前記第1の主面の延長方向と、前記トレンチの前記側壁部の延長方向とが交差する位置を通り、かつ前記第3の方向に沿う、第3の厚みを有し、
前記第1の方向に対する前記第3の方向のなす角度が少なくとも95°までは、前記第1の厚みに対する前記第3の厚みの比率は、50%以上である、請求項14〜請求項18のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
A direction different from the first direction is defined as a third direction,
When the angle formed by the third direction with respect to the first direction when the third direction matches the second direction is defined as 90 °,
The silicon dioxide film has a third thickness passing through a position where the extending direction of the first main surface and the extending direction of the side wall portion of the trench intersect and along the third direction. ,
The ratio of the third thickness to the first thickness is 50% or more until the angle formed by the third direction with respect to the first direction is at least 95 °. The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims.
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