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WO2011048800A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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WO2011048800A1
WO2011048800A1 PCT/JP2010/006199 JP2010006199W WO2011048800A1 WO 2011048800 A1 WO2011048800 A1 WO 2011048800A1 JP 2010006199 W JP2010006199 W JP 2010006199W WO 2011048800 A1 WO2011048800 A1 WO 2011048800A1
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WO
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region
contact
silicon carbide
carbide layer
impurity
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/006199
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
千秋 工藤
山下　賢哉
庭山　雅彦
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2011537134A priority patent/JP5075280B2/ja
Priority to US13/503,172 priority patent/US8754422B2/en
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a silicon carbide power semiconductor device.
  • the power semiconductor device is a semiconductor element used for a high current and high current flow, and is desired to have a low loss. Recently, power semiconductor devices are used for high-speed inverters. In such applications, high-speed operation is also required.
  • the breakdown voltage of the silicon carbide material itself is an order of magnitude higher than that of silicon. For this reason, when a power semiconductor device is fabricated using silicon carbide, the reverse breakdown voltage can be maintained even if the depletion layer at the pn junction or the Schottky junction is thinned. Therefore, by reducing the thickness of the device and increasing the doping concentration of the silicon carbide layer, a power semiconductor device with low on-resistance, high breakdown voltage, and low loss can be realized. Moreover, the saturation electron velocity of silicon carbide is about twice that of silicon, and high-speed operation can be realized.
  • Patent Document 1 discloses a silicon carbide semiconductor device in which channel mobility is increased and on-resistance is reduced.
  • FIG. 37 is a cross sectional view for illustrating the silicon carbide semiconductor device disclosed in Patent Document 1. In FIG.
  • a silicon carbide semiconductor device 1000 shown in FIG. 37 is a vertical metal-insulator-semiconductor field-effect transistor (hereinafter referred to as “MISFET”), and has a planar structure.
  • the semiconductor device 1000 includes a semiconductor substrate 101 containing n + type SiC.
  • a first silicon carbide layer 120 made of silicon carbide is provided on the main surface of semiconductor substrate 101.
  • p type body region 104 having a predetermined depth is formed. Portions other than body region 104 of first silicon carbide layer 120 serve as n ⁇ type drift region 102.
  • an n + -type first impurity region (source region) 103 is formed.
  • a contact region 207 is provided in the body region 104.
  • a second silicon carbide layer 105 connecting first impurity region 103 and drift region 102 is arranged to cover the surface layer portion of body region 104.
  • Gate electrode 108 is formed on the surface of second silicon carbide layer 105 with gate oxide film 107 interposed.
  • An interlayer insulating film 109 is provided on the surface of the first silicon carbide layer 120 so as to cover the gate electrode 108.
  • the interlayer insulating film 109 is provided with a contact hole that exposes the first impurity region 103 and the contact region 207, a first ohmic electrode (source electrode) 122 is provided in the contact hole, and a wiring 110 is further provided. Yes.
  • a contact hole exposing the gate electrode 108 is provided in the interlayer insulating film 109, and a wiring 112 is provided in the contact hole.
  • a metal silicide layer 123 is formed between the wiring 112 and the gate electrode 108.
  • a second ohmic electrode (drain electrode) 111 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 101.
  • a storage channel 41 is formed in the second silicon carbide layer 105 by applying a voltage between the first ohmic electrode 122 and the gate electrode 108 and applying an electric field to the gate oxide film 107. Is induced, and carriers flow between the first ohmic electrode 122 and the second ohmic electrode 111.
  • the channel mobility is increased and the on-resistance is increased as compared with the case in which the semiconductor device 1000 is operated in the inversion mode in which the conductivity type is inverted to induce the channel. Can be reduced.
  • a method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1000 will be described with reference to FIGS.
  • a semiconductor substrate 101 containing n + type SiC is prepared, and a first silicon carbide layer 120 made of n ⁇ type SiC is formed on the main surface by an epitaxial growth method.
  • a first implantation mask 72 having an opening in a region to be the body region 104 is formed.
  • Ion implantation for forming the body region 104 is performed while heating the semiconductor substrate 101 at a temperature of 400 ° C. to 600 ° C.
  • an organic resist is not suitable for the first implantation mask 72 because of poor heat resistance. Therefore, an inorganic film such as a silicon oxide film, polysilicon, or silicon nitride film is formed on the main surface of the first silicon carbide layer 120, an organic resist mask is formed thereon, and this organic resist mask is used. Then, the inorganic film is etched to remove the organic resist. Thereby, the heat resistant first implantation mask 72 is obtained.
  • FIG. 38 shows a cross section after the organic resist is removed and the body region 104 is formed.
  • a mask for ion implantation is formed by the same method. Portions other than body region 104 of first silicon carbide layer 120 serve as drift region 102.
  • an organic resist mask having a pattern defining a region to be a contact region is used as the inorganic film. Formed on top (not shown).
  • the inorganic film is anisotropically etched by a dry etching method using an organic resist mask, whereby the first sidewall 71 located on the side wall of the first implantation mask 72 and the second implantation mask 78 covering the contact region. And form. Impurities are ion-implanted into the body region 104 using the first sidewall 71 and the second implantation mask 78 to form the first impurity region 103.
  • a third implantation mask 73 having an opening in a region to be a contact region is formed.
  • the contact region 207 is formed on the surface of the first silicon carbide layer 120 by, for example, implanting aluminum ions into the first silicon carbide layer 120.
  • annealing is performed at a temperature of 1000 ° C. or higher, for example, 1700 ° C., to activate the impurities implanted so far (not shown).
  • second silicon carbide layer 105 is deposited on the main surface of first silicon carbide layer 120.
  • a photoresist 76 defining the second silicon carbide layer 105 is formed, and the unnecessary second silicon carbide layer 105 is removed by dry etching.
  • a gate oxide film 107 is formed on the second silicon carbide layer 105, and a gate electrode 108 is formed thereon.
  • interlayer insulating film 109 is formed on the entire surface of first silicon carbide layer 120 so as to cover gate electrode 108.
  • a contact hole 109a exposing the gate electrode 108 and a contact hole 109b exposing the contact region 207 and the first impurity region 103 are formed in the interlayer insulating film 109.
  • the first ohmic electrode 122 and the wiring 110 are formed in the contact hole 109b, and the metal silicide layer 123 and the wiring 112 are formed in the contact hole 109a. Further, the second ohmic electrode 111 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 101. Thereby, the semiconductor device 1000 is completed.
  • the contact region 207 contacts the body region 104 at a part of the bottom surface and the side surface, but contacts the first ohmic electrode 122 only at the top surface. Therefore, in order to make the body region 104 have the same potential as the first ohmic electrode 122, there is sufficient conductivity between the upper surface of the contact region 207 in contact with the first ohmic electrode 122 and the bottom surface and side surfaces in contact with the body region 104. It is necessary to be secured. For this purpose, conventionally, the contact energy 207 is changed, and p-type impurity ions are implanted several times to form the contact region 207. However, in general, silicon carbide is difficult to diffuse impurities, so that the time required for ion implantation becomes long and there is a problem that the load on the ion implanter is large.
  • JFET junction field-effect transistor
  • the structure is equivalent to the presence of the parasitic transistor T1 having the body region 104 sandwiched between the first impurity region 103 and the JFET region 60 as a gate, and the time required for switching the transistor T1. Causes a delay in switching of the semiconductor device 1000.
  • the semiconductor device 1000 is turned on when a voltage (for example, 20 V) higher than the threshold (Vth) is applied between the first ohmic electrode 122 and the gate electrode 108 with the gate electrode 108 side being positive. Then, the storage channel 41 is formed in the second silicon carbide layer 105 through the gate oxide film 107, and electrons flow into the storage channel 41. At this time, since electrons accumulated in a depletion layer formed between the body region 104 and the drift region 102 are also used, the potential of the body region 104 (hereinafter referred to as a body potential) is a source potential. As the depletion layer shrinks, the current path of the JFET region 60 is formed and the device is turned on.
  • a voltage for example, 20 V
  • Vth threshold
  • the external resistance is selected so that the drain voltage becomes about 1V to 2V due to the voltage drop of the external resistance.
  • the source potential and the body potential are both 0V, and the drain voltage is approximately 0 to 2V.
  • the present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of high-speed operation by reducing the contact resistance value to the body region.
  • a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate having a main surface and a back surface, a first silicon carbide layer disposed on the main surface of the semiconductor substrate, and a first conductivity type disposed on the first silicon carbide layer.
  • a semiconductor substrate having a main surface and a back surface
  • a first silicon carbide layer disposed on the main surface of the semiconductor substrate
  • a first conductivity type disposed on the first silicon carbide layer.
  • a second conductivity type body region disposed adjacent to the first impurity region, and a position deeper than the first impurity region in the body region
  • a second conductivity type contact region containing a second conductivity type impurity at a higher concentration than the body region, and a region other than the body region and the first impurity region in the first silicon carbide layer.
  • a first conductivity type drift region disposed; and a first ohmic electrode in ohmic contact with the first impurity region and the contact region, wherein the first silicon carbide layer includes the first impurity region.
  • a contact trench is provided, and the contact trench has a bottom surface and a side wall, and the side wall of the contact trench has a lower side wall located deeper than a bottom surface of the first impurity region, and the first impurity region.
  • the first ohmic electrode is disposed in the contact trench, and the contact is formed on at least a part of the bottom of the side wall of the contact trench and the bottom surface of the contact trench. Touch the area.
  • a method of manufacturing a semiconductor device uses a semiconductor substrate having a main surface and a back surface, a second conductivity type body region, and a first conductivity type first impurity region disposed adjacent to the body region.
  • a first conductivity type drift region disposed in a region other than the body region and the first impurity region, wherein at least a part of the body region is located deeper than the first impurity region.
  • Another method for manufacturing a semiconductor device of the present invention uses a semiconductor substrate having a main surface and a back surface, a second conductivity type body region, and a first conductivity type first impurity disposed adjacent to the body region.
  • a first conductivity type drift region disposed in a region other than the body region and the first impurity region, and at least a part of the body region is located deeper than the first impurity region.
  • the contact area between the contact region and the first ohmic electrode can be expanded while ensuring the contact area between the first impurity region and the first ohmic electrode. Therefore, since the contact resistance to the body region of the first ohmic electrode can be reduced, the potential of the body region can be made to coincide with the potential of the first ohmic electrode at an extremely high speed, and the switching speed of the semiconductor device can be increased. . In addition, the contact resistance of the first ohmic electrode to the first impurity region can be kept low, and a low on-resistance can be realized.
  • the contact resistance between the first ohmic electrode and the body region can be reduced, it is possible to realize a semiconductor device capable of suppressing the delay of the switching operation and operating at high speed.
  • the number of contact region implantations can be reduced, and the time required for the ion implantation process can be shortened.
  • (A) is typical sectional drawing which shows 1st Embodiment of the semiconductor device by this invention
  • (b) is an expanded sectional view of the contact trench part shown to (a).
  • FIG. 1 is typical sectional drawing of the semiconductor device of 2nd Embodiment by this invention
  • (b) is an expanded sectional view of the contact trench part shown to (a).
  • (A) is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of 2nd Embodiment
  • (b) is an expanded sectional view for demonstrating the inclination
  • (A) is a cross-sectional schematic diagram which shows 3rd Embodiment of the semiconductor device by this invention
  • (b) is an expanded sectional view of the contact trench part shown to (a).
  • 6C is a plan view illustrating the arrangement relationship between the bottom surface of the contact trench and the contact region. It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method 1 of the semiconductor device of 3rd Embodiment. It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method 1 of the semiconductor device of 3rd Embodiment. It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method 1 of the semiconductor device of 3rd Embodiment. It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method 1 of the semiconductor device of 3rd Embodiment. It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method 1 of the semiconductor device of 3rd Embodiment. It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method 1 of the semiconductor device of 3rd Embodiment. It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method 1 of the semiconductor device of 3rd Embodiment. It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method 1 of the semiconductor device of 3rd Embodiment.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37.
  • FIG. 38 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor device shown in FIG. 37. It is typical sectional drawing for demonstrating the equivalent circuit produced when turning on the conventional semiconductor device. It is typical sectional drawing for demonstrating the equivalent circuit produced when the conventional semiconductor device is made into an OFF state.
  • the first conductivity type may be either n-type or p-type.
  • the second conductivity type is p-type or n-type.
  • FIG. 1A schematically shows a cross-sectional structure of a semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • Semiconductor device 100 has a main surface 101a and a back surface 101b, and includes a first conductivity type semiconductor substrate 101 containing silicon carbide.
  • a first conductivity type first silicon carbide layer is provided on main surface 101 a of semiconductor substrate 101.
  • the first silicon carbide layer is an epitaxial layer.
  • a second conductivity type body region 104 and a first conductivity type first impurity region 103 disposed adjacent to the body region 104 are formed.
  • the impurity concentration of the first conductivity type first impurity region 103 is higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate 101.
  • At least a part of the body region 104 is located deeper than the first impurity region 103.
  • a second conductivity type contact region 131 containing a second conductivity type impurity at a higher concentration than the body region 104 is disposed at a position deeper than the first impurity region 103.
  • Regions other than body region 104 and first impurity region 103 in first silicon carbide layer 120 serve as drift region 102.
  • the impurity concentration of the drift region 102 is lower than the impurity concentration of the semiconductor substrate 101.
  • body region 104 is formed in a region from upper surface 120a of first silicon carbide layer 120 to a predetermined depth, and first region is formed in the region from upper surface 120a to a predetermined depth in body region 104.
  • Impurity region 103 is formed.
  • the bottom surface of the first impurity region 103 is shallower than the position of the bottom surface of the body region 104, and the first impurity region 103 does not protrude from the body region 104.
  • Body region 104 and first impurity region 103 are exposed at upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120.
  • First impurity region 103 is surrounded by body region 104 on upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120.
  • the first silicon carbide layer 120 is provided with a contact trench 121 penetrating the first impurity region 103.
  • a first ohmic electrode 122 that makes ohmic contact with the first impurity region 103 and the contact region 131 is provided.
  • the first ohmic electrode 122 is in contact with the contact region 131 at a part of the side wall and the bottom surface of the contact trench 121.
  • FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of the body region 104 and the first impurity region 103.
  • the contact trench 121 has a bottom surface 121b and a side wall 121c.
  • the sidewall 121c includes a sidewall lower portion 121cL that is deeper than the bottom surface 103b of the first impurity region 103, and a sidewall upper portion 121cU that is located at the same depth as or shallower than the bottom surface 103b of the first impurity region 103.
  • the bottom surface 121 b of the contact trench 121 is deeper than the bottom surface 103 b of the first impurity region 103 and shallower than the bottom surface 104 b of the body region 104.
  • the contact region 131 is formed between the first ohmic electrode 122 and the body region 104 along the side wall lower portion 121 cL and the bottom surface 121 b of the contact trench 121. Accordingly, the first ohmic electrode 122 is in contact with at least a part of the side wall lower portion 121 cL and the bottom surface 121 b of the contact trench 121.
  • a second impurity region 132 is formed between the first impurity region 103 and the first ohmic electrode 122 along the side wall upper portion 121 cU of the contact trench 121.
  • the second impurity region 132 is a region formed by implanting a second conductivity type impurity into the first impurity region 103. Therefore, the second impurity region 132 includes both the same first conductivity type impurity as the impurity contained in the first impurity region 103 and the same second conductivity type impurity as the impurity contained in the contact region 131.
  • the first impurity region 103 contains the same first conductivity type impurity at substantially the same concentration as the first impurity region 103, and contains the second conductivity type impurity at a higher concentration than the first impurity region 103.
  • the conductivity type of the second impurity region 132 is not particularly limited. Depending on which conductivity type of impurity the second impurity region 132 contains, it may become the first conductivity type region or the second conductivity type region. Note that when the second impurity region 132 is a first conductivity type region, the second impurity region 132 functions as a source region integrally with the first impurity region 103. As a result, the first ohmic electrode 122 is connected to the source region over the entire sidewall upper portion 121cU of the contact trench 121, and therefore, the on-resistance can be reduced.
  • the first ohmic electrode 122 is disposed not only in the contact trench 121 but also on a part of the upper surface 120 a of the first silicon carbide layer 120.
  • the first ohmic electrode 122 is in contact with the first impurity region 103 at the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120 (a portion of the upper surface 120a located at the periphery of the contact trench 121).
  • the second impurity region 132 may not be provided along the side wall upper portion 121cU of the contact trench 121.
  • the first ohmic electrode 122 is in contact with the first impurity region 103 not only on the upper surface of the first silicon carbide layer 120 but also on the upper side wall 121 cU of the contact trench 121.
  • the first ohmic electrode 122 may not be disposed on the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120.
  • the first ohmic electrode is connected to the first impurity region 103 at the side wall upper portion 121 cU of the contact trench 121.
  • the area of the trench opening 121a is larger than the area of the bottom surface 121b of the contact trench 121, and the contact trench 121 has a tapered shape. Therefore, side wall 121c of contact trench 121 is non-perpendicular to upper surface 120a of first silicon carbide layer 120.
  • the side wall 121c faces the opening 121a.
  • non-perpendicular means that the side wall 121c of the contact trench 121 forms an angle of less than 85 degrees or greater than 95 degrees with respect to the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120.
  • the shape of the contact trench 121 is not limited to the tapered shape as shown in FIG. If the bottom surface 121b of the contact trench 121 is located deeper than the bottom surface 103b of the first impurity region 103, the trench may have another shape.
  • the first ohmic electrode 122 is provided not only on the bottom surface 121 b of the contact trench 121 but also on the side wall at a position deeper than the bottom surface 103 b of the first impurity region 103. Even part of 121 c is in contact with the contact region 131. For this reason, the contact area between the contact region 131 and the first ohmic electrode 122 is increased, and the contact resistance to the body region 104 can be reduced. Therefore, the potential of the body region 104 can be matched with the first ohmic electrode 122 at an extremely high speed.
  • the contact region 131 can be formed in the body region 104 by implanting the second conductivity type impurity in the vicinity of the surface of the body region 104 exposed in the contact trench 121. Therefore, unlike the conventional semiconductor device, it is not necessary to deeply implant the second conductivity type impurity in order to form the contact region to the body region 104, thereby reducing the time required for manufacturing the semiconductor device and reducing the manufacturing cost. Can be reduced.
  • the contact area between the contact region 131 and the first ohmic electrode 122 can be increased. Therefore, it is preferable. This is because the contact area between the contact region 131 and the first ohmic electrode 122 increases as the side surface lower portion 121cL is inclined from the direction perpendicular to the upper surface 120a. In this case, the sidewall lower portion 121cL is more preferably inclined so as to face the opening 121a of the contact trench 121.
  • the sidewall lower portion 121cL of the sidewall 121c of the contact trench 121 is inclined so as to face the opening 121a, that is, has an angle of less than 90 degrees with respect to a plane parallel to the main surface 101a of the semiconductor substrate 101. It is preferable. More preferably, it is less than 85 degrees. Thereby, in the process described later, it becomes easy to perform ion implantation from the sidewall lower portion 121 cL of the contact trench 121 to the first silicon carbide layer 120 to form the contact region 131.
  • a second conductivity type impurity is implanted perpendicularly to the first silicon carbide layer 120 using a mask for forming the contact trench 121, the bottom surface 121 b and the side wall of the contact trench 121 from the opening 121 a of the contact trench 121. It becomes possible to implant the second conductivity type impurity in the vicinity of the surface of the body region 104 exposed in 121c.
  • the drift region 102 sandwiched between adjacent body regions 104 is referred to as a JFET (Junction Field-Effect Transistor) region 60.
  • the semiconductor device 100 controls the current in a path from the first impurity region 103 provided in the body region 104 to the back surface 101b of the semiconductor substrate 101 through the JFET region 60. For this reason, the semiconductor device 100 includes at least the first impurity region 103 and the drift region 102 exposed on the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120, that is, the body located between the first impurity region 103 and the JFET region 60.
  • a gate insulating film 107 provided above a partial region 40 of the region 104 and a gate electrode provided on the gate insulating film 107 are provided, and the above-described current control is performed by a voltage applied to the gate electrode.
  • the potential of the partial region 40 of the body region 104 can be matched with the potential of the first ohmic electrode 122 at an extremely high speed. Therefore, the semiconductor device 100 can be operated without causing a delay with respect to switching due to the voltage applied to the gate electrode 108.
  • the semiconductor device 100 may include an accumulation channel or an inversion channel as long as current control by the voltage applied to the gate electrode 108 is possible.
  • the semiconductor device 100 includes a second silicon carbide layer provided between the partial region 40 of the body region 104 located between the first impurity region 103 and the JFET region 60 and the gate insulating film 107. 105, and the second silicon carbide layer 105 functions as a storage channel.
  • Second silicon carbide layer 105 is an epitaxial layer, and is electrically connected to first impurity region 103 and partial region 40 of body region 104, respectively.
  • the gate insulating film 107 is in direct contact with a partial region 40 of the body region 104 located between the first impurity region 103 and the JFET region 60.
  • An interlayer insulating film 109 is provided so as to cover the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120.
  • a contact hole 109a exposing the gate electrode 108 and a contact hole 109b exposing the first ohmic electrode 122 are provided. Is provided.
  • a wiring 112 is provided in the contact hole 109a, and the wiring 112 is in contact with and electrically connected to the gate electrode.
  • a metal silicide layer 123 is provided between the wiring 112 and the gate electrode 108.
  • a wiring 110 is provided in the contact hole 109b, and the wiring 110 is in contact with and electrically connected to the first ohmic electrode 122.
  • a second ohmic electrode 111 is provided on the back surface 101 b of the semiconductor substrate 101.
  • the well contact resistance value of the first ohmic electrode 122 can be reduced by providing the contact trench 121. Therefore, the potential of the body region 104 can be made to coincide with the potential of the first ohmic electrode 122 at an extremely high speed, the delay of fluctuation of the well potential can be suppressed, and the delay of the switching speed of the semiconductor device 100 can be suppressed. Become.
  • the semiconductor device 100 of the present embodiment is a power semiconductor device composed of a SiC semiconductor, and is preferably used for high withstand voltage, large current, and high speed operation.
  • the first conductivity type is n-type
  • the second conductivity type is p-type.
  • the first ohmic electrode 122 is a source electrode
  • the second ohmic electrode 111 is a drain electrode.
  • the first impurity region 103 is a source region.
  • the impurity concentration increases as the number of plus “+” increases, and decreases in the order of ++, +, and ⁇ (++> +> ⁇ ).
  • the semiconductor substrate 101 is made of hexagonal silicon carbide.
  • the thickness of the semiconductor substrate 101 is, for example, 250 ⁇ m to 350 ⁇ m, and the impurity concentration of the semiconductor substrate 101 is, for example, 8 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 (n + ).
  • the impurity concentration is set low, a substrate made of cubic silicon carbide can be used for the semiconductor substrate 101.
  • First silicon carbide layer 120 is a SiC layer formed by epitaxial growth on main surface 101 a of semiconductor substrate 101.
  • the thickness of the first silicon carbide layer 120 is, for example, 4 ⁇ m to 15 ⁇ m, and the impurity concentration is, for example, 5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (n ⁇ ).
  • Another epitaxial layer (for example, a SiC layer having a concentration of 6 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 ) may be provided between the semiconductor substrate 101 and the first silicon carbide layer 120.
  • the thickness of the body region 104 (that is, the depth from the upper surface 120a) is, for example, 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m, and the impurity concentration of the body region 104 is, for example, 1.5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 ( p -) is.
  • the thickness of the first impurity region 103 (that is, the depth from the upper surface 120a) is, for example, 0.25 ⁇ m, and the impurity concentration of the first impurity region 103 is, for example, 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 ( n ++ ).
  • the thickness of the contact region 131 is, for example, 50 nm, and the impurity concentration of the contact region 131 is, for example, 1.0 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 ( p + ).
  • the thickness of the second impurity region 132 is, for example, 50 nm, and the impurity concentration of the second impurity region 132 is, for example, 1.0 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 (n + ).
  • the depth of the contact trench 121 is about 0.4 ⁇ m.
  • a contact region having a thickness of 0.05 ⁇ m is provided on the bottom surface 121b and the side wall 121c of the contact trench 121.
  • the concentration of the interface between the body region 104 and the first ohmic electrode 122 is, for example, 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 (p ⁇ ).
  • the length (width) of the JFET region 60 is, for example, 3 ⁇ m.
  • the second silicon carbide layer 105 is a SiC layer formed by epitaxial growth on the first silicon carbide layer 120, and the thickness of the second silicon carbide layer 105 is, for example, 30 nm to 150 nm.
  • the length (width) of the partial region 40 of the body region 104 is, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the gate insulating film 107 is made of SiO 2 (silicon oxide). The thickness is, for example, 70 nm.
  • the gate electrode 108 is made of poly-Si (polysilicon) and has a thickness of, for example, 500 nm.
  • the first ohmic electrode 122 is made of an alloy of Ni (nickel) and Si (silicon), and has a thickness of, for example, 50 nm.
  • the first ohmic electrode 122 may be made of an alloy of Ti (titanium) and Si (silicon).
  • the second ohmic electrode 111 is also composed of an alloy of Ti (titanium) and Si (silicon) or an alloy of Ni (nickel) and Si (silicon), and the thickness thereof is, for example, 100 nm. Ni and Ag or Ni and Au may be deposited on the second ohmic electrode 111 in order to facilitate soldering when the semiconductor device 100 is mounted on a plastic package.
  • FIGS. 2 to 13 are schematic views of process cross sections for explaining the manufacturing method of the present embodiment.
  • an n-type 4H—SiC (0001) substrate is prepared as the semiconductor substrate 101.
  • This substrate is, for example, 8 ° or 4 ° offcut in the ⁇ 11-20> direction, and the n-type impurity concentration is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • first silicon carbide layer 120 is formed on main surface 101 a of semiconductor substrate 101 by epitaxial growth.
  • silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as source gases
  • hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas
  • nitrogen (N 2 ) gas is used as a dopant gas
  • first carbonization is performed by thermal CVD.
  • the silicon layer 120 is epitaxially grown.
  • First silicon carbide layer 120 has a thickness of 10 ⁇ m or more, and an impurity concentration of 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 .
  • an implantation mask material is deposited (not shown) on upper surface 120a of first silicon carbide layer 120, and a photoresist (not shown) is formed on the implantation mask material.
  • the implantation mask material is, for example, SiO 2 (silicon oxide).
  • silane (SiH 4 ) and N 2 O gas are used as the implantation mask material made of silicon oxide, and is deposited by a plasma CVD method with a power of 200 W.
  • the thickness of the implantation mask material is, for example, 0.5 to 1.0 ⁇ m.
  • Photoresist (not shown) has a position and dimensions that define body region 104 and JFET region 60.
  • the photoresist is, for example, a photosensitive organic film, and is formed using a typical photolithography method.
  • the thickness of the photoresist is, for example, 1.5 to 2.0 ⁇ m.
  • the implantation mask material is anisotropically etched to form an implantation mask pattern (first implantation mask) 72, and then the photoresist is removed.
  • the implantation mask material is etched by, for example, an anisotropic dry etching method using CF 4 gas and CHF 3 gas.
  • the photoresist is removed by, for example, ashing using oxygen plasma.
  • an implantation mask for ion implantation is formed by the same method.
  • a predetermined amount is formed in the vicinity of the upper surface 120 a of the first silicon carbide layer 120.
  • a body region 104 having a depth is formed.
  • the ion implantation is performed in a plurality of times with different energies ranging from 30 keV to 350 keV while keeping the substrate temperature at 500 ° C.
  • the depth of the body region 104 is, for example, 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m.
  • the width of the JFET region 60 of this embodiment is 3 ⁇ m, for example.
  • the remaining region where the body region 104 is not formed becomes the drift region 102.
  • an implantation mask material is deposited on the upper surface 120 a of the first silicon carbide layer 120 so as to cover the first implantation mask 72.
  • the implantation mask material is, for example, poly-Si (polysilicon), and is formed by using SiH 4 as a source gas by a thermal CVD method.
  • the implantation mask material is anisotropically etched to form implantation mask patterns 71a and 71b.
  • the illustrated implantation mask pattern 71b is a pattern below the photoresist, and is provided so as not to introduce impurities into a region where the contact trench 121 is formed.
  • the implantation mask pattern 71a is a sidewall of the implantation mask pattern 72 and defines the channel width (length).
  • the gas used for anisotropic etching is, for example, a mixed gas such as Cl 2 , O 2 , and HBr. Since trench etching is performed in a later process, the implantation mask pattern 71b is not necessary.
  • first impurity region 103 is formed by implanting n-type impurity ions 82 into upper surface 120a of first silicon carbide layer 120 using first implantation mask 72 and implantation mask patterns 71a and 71b as a mask. To do. For example, N + (nitrogen ion) or P + (phosphorus ion) is used as the impurity ion 82.
  • First impurity region 103 is arranged to have a bottom surface at a position shallower than the bottom surface of body region 104. For this reason, at least a part of the body region 104 is disposed at a position deeper than the bottom surface of the first impurity region 103.
  • the ion implantation for forming the first impurity region 103 is performed, for example, in a plurality of times with different energies ranging from 30 keV to 90 keV while keeping the temperature of the substrate 101 at 500 ° C.
  • the depth of the first impurity region 103 is, for example, 0.25 ⁇ m.
  • a third implantation mask 73 is formed.
  • the implantation mask patterns 71a and 71b are made of, for example, an oxide film and are removed with an HF aqueous solution.
  • the first implantation mask 72 is made of polysilicon, and is removed with a mixed solution of HF, HNO 3 and H 2 O.
  • Contact trench 121 is formed by dry etching first silicon carbide layer 120 using third implantation mask 73. For this etching, for example, a mixed gas of CF 4 and O 2 is used.
  • the contact trench 121 is disposed so as to penetrate the first impurity region 103 and reach the body region 104. Accordingly, the first impurity region 103 is exposed at the upper side wall 121cU of the contact trench 121, and the body region 104 is exposed at the lower side wall 121cL and the bottom surface 121b of the contact trench 121.
  • taper etching it is preferable to perform so-called taper etching in which the area of the opening 121a of the contact trench 121 is larger than the area of the bottom surface 121b.
  • side wall 121c of contact trench 121 is not perpendicular to upper surface 120a of first silicon carbide layer 120, and the area of side wall 121c can be increased.
  • Cl 2 is introduced at a flow rate of 70 sccm
  • HBr is introduced at a flow rate of 50 sccm
  • O 2 is introduced at a flow rate of 2 sccm
  • an ICP bias of 600 W and a DC bias of 150 W are applied, and etching is performed at a pressure of 1.5 Pa.
  • the depth of the contact trench 121 is preferably deeper than the first impurity region 103, for example, 0.4 ⁇ m.
  • the first impurity region 103 and the body region 104 exposed in the contact trench 121 are transferred from the side wall 121 c and the bottom surface 121 b of the contact trench 121 to p.
  • Type impurity ions 84 are implanted.
  • the impurity ions 84 for example, Al + (aluminum ions) or B + (boron ions) are used.
  • the second impurity region 132 is formed along the sidewall upper portion 121 cU of the contact trench 121.
  • a contact region 131 is formed along the side wall lower portion 121cL and the bottom surface 121b.
  • the second impurity region 132 In the second impurity region 132, the first conductivity type impurity contained in the region before the implantation and the implanted second conductivity type impurity cancel each other. For this reason, the second impurity region 132 becomes a first conductivity type region having a lower concentration than before the implantation, or becomes a second conductivity type region.
  • the temperature of the substrate 101 is kept at 500 ° C., and implantation is performed with energy of 30 keV.
  • the depth of the contact region 131 is preferably determined so that the impurity concentration is highest at the interface in contact with the first ohmic electrode 122 to be formed later.
  • the first ohmic electrode 122 is formed by alloying a metal and silicon carbide. At this time, silicon carbide having a thickness similar to the thickness of the metal is alloyed. For this reason, if the metal thickness for forming the first ohmic electrode 122 is 100 nm, the depth of the contact region 131 is preferably about 100 nm or more (metal thickness or more). More preferably, it is 150 nm or more (1.5 times or more of the metal thickness). As a result, after the above alloying, a part of the contact region 131 can be left in a more unalloyed state.
  • the side wall 121c is inclined so as to face the opening 121a, the region exposed on the side wall 121c of the drift region 102 and the bottom surface 121b are obtained by performing ion implantation perpendicular to the upper surface 120a.
  • the contact region 131 can be formed at a time in both of the regions exposed to.
  • the semiconductor substrate 101 is rotated at a certain angle (for example, 30 °) with respect to the vertical direction of the upper surface 120a, or rotated by 90 ° to 4 Multiple injections may be performed.
  • activation annealing is performed on the semiconductor substrate 101 (more precisely, each region of the first silicon carbide layer 120) at a temperature of 1000 ° C. or higher, here 1800 ° C. (not shown). Thereby, impurity ions implanted into each region of first silicon carbide layer 120 are activated.
  • second silicon carbide layer 105 is formed in upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120 and in contact trench 121.
  • Second silicon carbide layer 105 in the present embodiment is made of SiC.
  • silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as source gases
  • hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas
  • nitrogen (N 2 ) gas is used as a dopant gas.
  • a silicon layer 105 is formed.
  • the impurity concentration of the second silicon carbide layer 105 is 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 , and the thickness is 30 nm to 150 nm.
  • nitrogen (N 2 ) gas may be introduced during the growth of the second silicon carbide layer 105 to make a part of the second silicon carbide layer 105 have a high concentration.
  • the second silicon carbide layer 105 is etched using the photoresist 79 as a mask. Etching of the second silicon carbide layer 105 is performed, for example, by dry etching using a mixed gas of CF 4 and O 2 .
  • a gate insulating film (SiO 2 ) 107 is formed on the second silicon carbide layer 105, and then a gate electrode is formed on the gate insulating film 107.
  • (Poly-Si) 108 is formed. Thereafter, a photoresist (not shown) is formed on the gate electrode 108, and the gate electrode 108 is etched to remove the photoresist.
  • interlayer insulating film 109 is formed on first silicon carbide layer 120 so as to cover gate electrode 108 and second silicon carbide layer 105.
  • the interlayer insulating film 109 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) and has a thickness of, for example, 1000 nm.
  • the interlayer insulating film 109 is etched using the photoresist 76 as a mask.
  • the interlayer insulating film 109 is etched by, for example, dry etching using a mixed gas of CHF 3 and O 2 .
  • a contact metal titanium (Ti) or nickel (Ni)
  • Ti titanium
  • Ni nickel
  • heat treatment is performed.
  • the contact metal is made of Ti
  • a heat treatment at 950 ° C. is performed after Ti is deposited.
  • the contact metal reacts with silicon carbide (silicidation), and metal silicide is formed at the interface between the contact metal and the silicon carbide layer 120.
  • the contact region 131, the second impurity region 132, and a part of the first impurity region 103 are alloyed with the contact metal.
  • the contact metal and polysilicon react to form metal silicide at the interface between them.
  • a portion (unreacted contact metal) remaining of the contact metal that is not silicided is removed.
  • the first ohmic electrode 122 containing metal silicide is formed in the contact hole 109b, and the metal silicide layer 123 is formed on the gate electrode 108 in the contact hole 109a.
  • the first ohmic electrode 122 is formed in the contact trench 121 and on the upper surface 120 a of the first silicon carbide layer 120.
  • the first ohmic electrode 122 is in contact with the contact region 131 at the bottom surface 121b and the sidewall lower portion 121cL of the contact trench 121, and is in contact with the second impurity region 132 at the sidewall upper portion 121cU.
  • upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120 is in contact with the upper surface of first impurity region 103.
  • all of the second impurity region 132 may be alloyed to form the first ohmic electrode 122.
  • the first ohmic electrode 122 and the first impurity region 103 can be brought into contact with each other even at the upper side wall 121cU of the contact trench 121, the contact area between them can be increased.
  • the second ohmic electrode 111 is formed by depositing metal on the back surface 101b of the semiconductor substrate 101 and performing heat treatment. For example, it is formed by performing a heat treatment at 950 ° C. after depositing Ti.
  • wirings 112 and 110 are formed in the contact holes 109a and 109b so as to be in contact with the first ohmic electrode 122 and the metal silicide layer 123, respectively. Thereby, the semiconductor device 100 is completed.
  • FIG. 14A is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 14B is an enlarged cross-sectional view showing a contact trench structure in the semiconductor device 200.
  • the lower side wall 121cL of the contact trench 121 is inclined more than the upper side wall 121cU. Further, the second impurity region 132 (FIG. 1) is not provided along the sidewall upper portion 121cU.
  • the first ohmic electrode 122 is in contact with the first impurity region 103 at the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120 and the sidewall upper portion 121cU of the contact trench 121.
  • Other configurations are the same as those shown in FIG.
  • the contact area between the contact region 131 and the first ohmic electrode 122 can be increased as in the above-described embodiment, so that the contact resistance between the first ohmic electrode 122 and the body region 104 can be reduced. Further, since the semiconductor device 200 does not have the second impurity region, the resistance between the first impurity region 103 and the first ohmic electrode 122 can be further reduced.
  • the first impurity region 103 and the body region 104 are formed in the first silicon carbide layer 120 by the same method as described above with reference to FIGS.
  • a third implantation mask 73 is formed on the first silicon carbide layer 120.
  • contact trench 121 is formed by dry etching first silicon carbide layer 120.
  • the etching conditions are adjusted so that the inclination angle ⁇ of the sidewall lower portion 121cL and the inclination angle ⁇ of the sidewall upper portion 121cU of the contact trench 121 are both smaller than 90 degrees and the inclination angle ⁇ is smaller than the inclination angle ⁇ . To do. As shown in FIG.
  • the “tilt angle ⁇ ” is an angle formed by the surface 1 parallel to the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120 and the side wall lower portion 121cL, and the “tilt angle ⁇ ” is , An angle formed by a surface m parallel to the upper surface 120a and the upper side wall 121cU.
  • upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120 is substantially parallel to the main surface of semiconductor substrate 101.
  • the inclination angle ⁇ of the sidewall upper part 121cU and the inclination angle ⁇ of the sidewall lower part 121cL can be made different from each other by adjusting the type and mixing ratio of the etching gas used for forming the contact trench 121.
  • Cl 2 is introduced at a flow rate of 10 sccm
  • HBr is introduced at a flow rate of 20 sccm
  • O 2 is introduced at a flow rate of 20 sccm
  • an ICP bias of 600 W and a DC bias of 150 W are applied, and a pressure of 1.5 Pa is applied.
  • Etching is performed under pressure.
  • etching the lower portion 121 cL of the sidewall Cl 2 is introduced at a flow rate of 10 sccm, HBr is introduced at a flow rate of 20 sccm, O 2 is introduced at a flow rate of 5 sccm, an ICP bias of 600 W and a DC bias of 150 W are applied, and etching is performed at a pressure of 1.5 Pa I do.
  • an etching gas containing a gas that easily forms a deposit for example, a mixed gas of Cl 2 , HBr, and O 2
  • the higher the oxygen ratio in the etching gas the more the lateral direction increases. Etching is suppressed and the trench sidewalls are close to vertical.
  • the inclination angle can be made different between the side wall upper part 121cU and the side wall lower part 121cL.
  • the contact trench 121 having an inclination angle ⁇ of 45 to 75 degrees and an inclination angle ⁇ of 80 to 85 degrees is obtained.
  • the first impurity region 103 and the body region 104 exposed in the contact trench 121 are formed from the direction perpendicular to the main surface 101 a of the semiconductor substrate 101 using the third implantation mask 73.
  • Impurity ions 84 are implanted.
  • the impurity ions 84 for example, Al + (aluminum ions) or B + (boron ions) are used.
  • the second impurity region 132 is formed along the sidewall upper portion 121 cU of the contact trench 121.
  • a contact region 131 is formed along the side wall lower portion 121cL and the bottom surface 121b.
  • a contact metal is deposited in the contact trench 121 and silicided.
  • the whole (or substantially the whole) second impurity region 132 can be alloyed, and a part of the contact region 131 can be left without being alloyed.
  • the entire second impurity region 132 becomes the first ohmic electrode, the first impurity region 103 and the first ohmic electrode can be brought into contact with each other at the upper side wall 121cU of the contact trench 121.
  • the contact region 131 can be formed while keeping the resistance between the first impurity region 103 and the first ohmic electrode 122 low without increasing the number of manufacturing steps.
  • the configuration of the semiconductor device of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIGS.
  • the semiconductor devices 100 and 200 have a MISFET structure, but may have an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) structure.
  • the first impurity region 103 is an emitter or a collector
  • the first ohmic electrode 122 is an emitter electrode or a collector electrode
  • the second ohmic electrode 111 is a collector electrode or an emitter electrode.
  • a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
  • a vertical silicon carbide MISFET will be described as an example.
  • the semiconductor device of the present invention only needs to include a silicon carbide layer and an ohmic electrode that forms an ohmic contact with the silicon carbide layer. It is not limited to the example to do.
  • the first conductivity type may be either n-type or p-type
  • the second conductivity type is a conductivity type (p-type or n-type) different from the first conductivity type.
  • FIG. 17A schematically shows a cross-sectional structure of the semiconductor device 300 of this embodiment.
  • the semiconductor device 300 is supported by a semiconductor substrate 101 having a main surface 101a and a back surface 101b.
  • a first conductivity type semiconductor substrate containing silicon carbide is used as the semiconductor substrate 101.
  • a first silicon carbide layer 120 is formed on main surface 101 a of semiconductor substrate 101.
  • first silicon carbide layer 120 is a silicon carbide epitaxial layer formed by epitaxially growing silicon carbide on main surface 101 a of semiconductor substrate 101.
  • a first conductivity type first impurity region 103 and a second conductivity type body region 104 disposed adjacent to the first impurity region 103 are formed in the surface region of the first silicon carbide layer 120. Yes.
  • first impurity region 103 is arranged to be surrounded by body region 104 on upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120.
  • the impurity concentration of the first impurity region 103 is higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate 101.
  • a first conductivity type drift region 102 is formed in a region other than body region 104 and first impurity region 103 in first silicon carbide layer 120.
  • the impurity concentration of the drift region 102 is lower than the impurity concentration of the semiconductor substrate 101.
  • a contact region 202 of the second conductivity type that is in contact with the body region 104 and has a higher impurity concentration than the body region 104 is formed. At least a part of the contact region 202 is disposed at a position deeper than the first impurity region 103.
  • the “depth” of each region formed in the first silicon carbide layer 120 means the depth from the upper surface 120 a of the first silicon carbide layer 120.
  • body region 104 is formed in a region from upper surface 120a of first silicon carbide layer 120 to a predetermined depth, and first region is formed in the region from upper surface 120a to a predetermined depth in body region 104.
  • Impurity region 103 is formed.
  • the bottom of the first impurity region 103 is shallower than the position of the bottom of the body region 104, and the first impurity region 103 does not protrude from the body region 104.
  • Body region 104 and first impurity region 103 are exposed at upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120.
  • the contact region 202 is provided in a position deeper than the bottom surface of the first impurity region 103 in the body region 104.
  • FIG. 17B is an enlarged cross-sectional view of the body region 104.
  • the first silicon carbide layer 120 is provided with a contact trench 301.
  • the contact trench 301 passes through the first impurity region 103 and reaches the contact region 202.
  • the bottom surface 301 ⁇ / b> B of the contact trench 301 is deeper than the bottom surface of the first impurity region 103 and the top surface of the contact region 202 and shallower than the bottom surface of the contact region 202.
  • the contact region 202 may be formed so as to be in contact with (partially overlap) the first impurity region 103 positioned thereon, but as shown in the drawing, the contact region 202 is deeper than the bottom surface of the first impurity region 103.
  • the first impurity region 103 is not in contact with the first impurity region 103.
  • contact region 202 is arranged at a position deeper than the bottom surface of first impurity region 103, not only the bottom surface of contact region 202 but also the entire side surface can be brought into contact with body region 104.
  • a first ohmic electrode 122 is provided in the contact trench 301.
  • the first ohmic electrode 122 is in contact with the contact region 202 at a part of the bottom surface 301B and the side wall 301S of the contact trench 301.
  • the ohmic electrode 122 forms an ohmic contact with the first impurity region 103 at a portion 301 S 1 that is the same as or shallower than the bottom surface of the first impurity region 103 (upper side wall) of the side wall 301 S of the contact trench 301. is doing.
  • the first ohmic electrode 122 is an ohmic contact with the contact region 202 at a portion (lower side wall) 301S 2 deeper than the bottom surface of the first impurity region 103 among the bottom surface 301B of the contact trench 301 and the side wall 301S of the contact trench 301. Forming contact.
  • the first ohmic electrode 122 need not contact the contact area 202 in the entire lower side wall 301S 2.
  • the contact region 202 may be in contact with only a part of the side wall lower portion S 2 (portion located in the vicinity of the bottom surface 301B).
  • the bottom surface 301B of the contact trench 301 is preferably located inside the outline of the contact region 202 when viewed from the direction perpendicular to the main surface 101a of the semiconductor substrate 101. Thereby, the contact area between the first ohmic electrode 122 and the contact trench 301 can be more reliably ensured without increasing the chip area.
  • the first impurity region 103 overlaps the contact region 202 when viewed from the direction perpendicular to the main surface 101 a of the semiconductor substrate 101. More specifically, as viewed from a direction perpendicular to the main surface 101 a of the semiconductor substrate 101, a portion of the contact region 202 located around the bottom surface 301 ⁇ / b> B of the contact trench 301 overlaps the first impurity region 103.
  • the overlapping portion has an upper surface substantially parallel to the main surface 101 a of the semiconductor substrate 101 and is thicker than a portion located below the bottom surface 301 ⁇ / b> B of the contact trench 301.
  • First ohmic electrode 122 is configured to contact the first impurity region 103 in the upper portion 301S 1 of the side walls of the contact trenches 301, at a position deeper than the bottom surface of the first impurity regions 103, not only the bottom surface 301B of the contact trenches 301, The lower portion 301S 2 of the side wall is also in contact with the contact region 202. Therefore, the contact area between the contact region 202 and the first ohmic electrode 122 can be increased while ensuring the contact area between the first impurity region 103 and the first ohmic electrode 122.
  • a low on-resistance can be realized by reducing the contact resistance of the first ohmic electrode 122 to the first impurity region 103. Further, since the contact resistance of the first ohmic electrode 122 to the body region 104 can be reduced, the potential of the body region 104 can be matched with the potential of the first ohmic electrode 122 at a very high speed. Therefore, delay in potential fluctuation of the body region 104 can be suppressed, and the switching speed of the semiconductor device 300 can be increased.
  • the contact region 202 has to be formed from the surface of the first silicon carbide layer 120 in the thickness direction of the first impurity region 103.
  • the region 202 does not need to be disposed in the first impurity region 103 and may be formed only in the body region 104. For this reason, the number of ion implantations for forming the contact region 202 can be reduced as compared with the conventional case. Therefore, the time required for manufacturing the semiconductor device can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
  • the contact area between the contact region 202 and the first impurity region 103 and the first ohmic electrode 122 can be increased.
  • the side wall 301S of the contact trench 301 has an opening area of the contact trench 301 with respect to the normal line of the upper surface 120a. It is preferable to incline in a direction larger than the area.
  • the inclination angle of sidewall 301S of contact trench 301 with respect to upper surface 120a of first silicon carbide layer 120 is preferably not less than 45 degrees and not more than 85 degrees.
  • the end of the bottom surface of the contact trench 301 in the contact region 202 is desirable that the lengths (protruding amounts) W1 and W2 of the portion protruding in the lateral direction are smaller.
  • the protrusion amounts W1 and W2 are distances parallel to the main surface 101a of the semiconductor substrate 101 between both end portions of the bottom surface 301B of the contact trench 301 and the side surfaces of the contact region 202 adjacent to each other in the cross section. Point to.
  • the contact trench 301 is preferably formed in a self-aligned manner with respect to the contact region 202.
  • the protrusion amounts W1 and W2 become substantially equal.
  • the bottom surface 301 ⁇ / b> B of the contact trench 301 is disposed substantially at the center of the outline of the contact region 202 when viewed from the direction perpendicular to the main surface 101 a of the semiconductor substrate 101.
  • a region sandwiched between adjacent body regions 104 in the drift region 102 is referred to as a JFET (junction field-effect transistor) region 60.
  • the semiconductor device 300 controls a current in a path from the first impurity region 103 provided in the body region 104 to the back surface 101 b of the semiconductor substrate 101 through the JFET region 60. For this reason, the semiconductor device 300 is at least above a region 40 (hereinafter referred to as “partial region of the body region 104”) located between the first impurity region 103 and the JFET region 60 in the body region 104.
  • a gate insulating film 107 provided and a gate electrode 108 provided on the gate insulating film 107 are provided, and the above-described current control is performed by a voltage applied between the first ohmic electrode 122 and the gate electrode 108.
  • the potential of the partial region 40 of the body region 104 can be matched with the potential of the first ohmic electrode 122 at a very high speed. Therefore, the semiconductor device 300 can be operated without causing a delay with respect to switching due to the voltage applied between the first ohmic electrode 122 and the gate electrode 108.
  • the semiconductor device 300 may include an accumulation channel or an inversion channel as long as current control by a voltage applied to the gate electrode 108 is possible.
  • the semiconductor device 300 is in contact with the partial region 40 between the partial region 40 of the body region 104 between the first impurity region 103 and the JFET region 60 and the gate insulating film 107.
  • a second silicon carbide layer 105 is further provided.
  • the second silicon carbide layer 105 is, for example, an epitaxial layer and functions as a storage channel.
  • Second silicon carbide layer 105 is in contact with first impurity region 103 and drift region 102 across partial region 40 of body region 104 on upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120.
  • the gate insulating film 107 is disposed so as to be in direct contact with a partial region 40 of the body region 104.
  • An interlayer insulating film 109 is provided so as to cover the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120.
  • a contact hole 109a exposing the gate electrode 108 and a contact hole 109b exposing the first ohmic electrode 122 are provided. Is provided.
  • a wiring 112 is provided in the contact hole 109 a and the wiring 112 is electrically connected to the gate electrode 108.
  • a metal silicide layer 123 is provided between the wiring 112 and the gate electrode 108.
  • a wiring 110 is provided in the contact hole 109b, and the wiring 110 is in contact with and electrically connected to the first ohmic electrode 122.
  • a second ohmic electrode 111 is provided on the back surface 101 b of the semiconductor substrate 101.
  • the semiconductor device 300 of this embodiment is a power semiconductor device composed of a SiC semiconductor, and is preferably used for high withstand voltage, large current, and high speed operation.
  • a specific configuration of the present embodiment will be shown.
  • the first conductivity type is n-type
  • the second conductivity type is p-type
  • the first ohmic electrode 122 is a source electrode
  • the second ohmic electrode 111 is a drain electrode.
  • the first impurity region 103 is a source region.
  • the semiconductor substrate 101 is made of hexagonal silicon carbide.
  • the thickness of the semiconductor substrate 101 is, for example, 250 ⁇ m to 350 ⁇ m, and the impurity concentration of the semiconductor substrate 101 is, for example, 8 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 (n + ).
  • the impurity concentration is set to be low, a substrate made of cubic silicon carbide can be used as the semiconductor substrate 101.
  • First silicon carbide layer 120 is formed on main surface 101a of semiconductor substrate 101 by epitaxial growth.
  • the thickness of the first silicon carbide layer 120 is, for example, 4 ⁇ m to 15 ⁇ m, and the impurity concentration is, for example, 5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (n ⁇ ).
  • Another epitaxial layer for example, a SiC layer having a concentration of 6 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 ) may be provided between the semiconductor substrate 101 and the first silicon carbide layer 120.
  • the thickness of the body region 104 (that is, the depth from the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120 to the bottom surface of the body region 104) is, for example, 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m, and the impurity concentration of the body region 104 is For example, 1.5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 (p ⁇ ). Further, the thickness of the first impurity region 103 (that is, the depth from the upper surface 120a to the bottom surface of the first impurity region 103) is, for example, 0.4 ⁇ m, and the impurity concentration of the first impurity region 103 is, for example, 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 (n ++ ).
  • the upper surface of contact region 202 is located at a depth of 0.45 ⁇ m from upper surface 120a of first silicon carbide layer 120, and the bottom surface of contact region 202 is located at a depth of 0.45 to 0.9 ⁇ m from upper surface 120a. is doing.
  • the concentration of the contact region 202 is 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 (p + ), for example.
  • Bottom surface 301 B of contact trench 301 is located at a depth of about 0.44 to 0.85 ⁇ m from upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120 and is shallower than the bottom of body region 104.
  • the length Dj of the JFET region 60 on the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120 is, for example, 3 ⁇ m, and the length Dc of the partial region 40 of the body region 104 is, for example, 0.5 ⁇ m.
  • Second silicon carbide layer 105 is formed on first silicon carbide layer 120 by epitaxial growth.
  • the thickness of the second silicon carbide layer 105 is, for example, 30 nm to 150 nm.
  • the concentration of the second silicon carbide layer 105 is, for example, 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 (n ⁇ ).
  • the gate insulating film 107 may be an oxide film, an oxynitride film, or a stacked film of these films. Here, it is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide). The thickness of the gate insulating film 107 is, for example, 70 nm.
  • the gate electrode 108 is made of, for example, poly-Si (polysilicon), and the thickness thereof is, for example, 500 nm.
  • the first ohmic electrode 122 is made of an alloy of Ni (nickel) and Si (silicon), and has a thickness of 50 nm, for example.
  • the first ohmic electrode 122 may be made of an alloy of Ti (titanium) and Si (silicon).
  • the second ohmic electrode 111 is also composed of, for example, an alloy of Ti (titanium) and Si (silicon) or an alloy of Ni (nickel) and Si (silicon), and the thickness thereof is, for example, 100 nm.
  • Ni and Ag or Ni and Au may be deposited on the second ohmic electrode 111.
  • the semiconductor device 300 has the n-type conductivity as the first conductivity type and the p-type conductivity type as the second conductivity type has been described as an example, but the p-type conductivity as the first conductivity type and the n-type conductivity as the second conductivity type. It may have a conductive type.
  • the semiconductor device 300 shown in FIG. 17 is a planar MISFET, the semiconductor device of this embodiment may be a MISFET having a trench gate structure. Further, the semiconductor device is not limited to the MISFET, and may be another semiconductor device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
  • the IGBT may have a configuration similar to that of the semiconductor device 300 illustrated in FIG.
  • the first impurity region 103 is an emitter or collector region
  • the first ohmic electrode 122 is an emitter electrode or collector electrode
  • the second ohmic electrode 111 is a collector electrode or emitter electrode.
  • FIGS. 18 to 29 are schematic process cross-sectional views for explaining the manufacturing method of the present embodiment.
  • an n-type 4H—SiC (0001) substrate is prepared as the semiconductor substrate 101.
  • This substrate is, for example, 8 ° or 4 ° offcut in the ⁇ 11-20> direction, and the n-type impurity concentration is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • first silicon carbide layer 120 is formed on main surface 101 a of semiconductor substrate 101 by epitaxial growth.
  • silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as source gases
  • hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas
  • nitrogen (N 2 ) gas is used as a dopant gas
  • first carbonization is performed by thermal CVD.
  • the silicon layer 120 is epitaxially grown.
  • First silicon carbide layer 120 has a thickness of 10 ⁇ m or more, and an impurity concentration of 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 .
  • an implantation mask material is deposited (not shown) on upper surface 120a of first silicon carbide layer 120, and a photoresist (not shown) is formed on the implantation mask material.
  • the implantation mask material is, for example, SiO 2 (silicon oxide).
  • silane (SiH 4 ) and N 2 O gas are used as the implantation mask material made of silicon oxide, and is deposited by a plasma CVD method at a power of 200 W.
  • the thickness of the implantation mask material is, for example, 0.5 to 1.0 ⁇ m.
  • Photoresist (not shown) has a position and dimensions that define body region 104 and JFET region 60.
  • the photoresist is, for example, a photosensitive organic film, and is formed using a typical photolithography method.
  • the thickness of the photoresist is, for example, 1.5 to 2.0 ⁇ m.
  • the implantation mask material is etched to form the first implantation mask 72, and then the photoresist is removed.
  • the implantation mask material is etched by, for example, an anisotropic dry etching method using CF 4 gas and CHF 3 gas.
  • the photoresist is removed by, for example, ashing using oxygen plasma.
  • an implantation mask for ion implantation is formed by the same method.
  • a body region 104 having a predetermined depth is formed.
  • the ion implantation is performed in a plurality of times with different energies ranging from 30 keV to 350 keV while keeping the substrate temperature at 500 ° C.
  • the depth of the body region 104 is, for example, 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m.
  • the width Dj of the JFET region 60 of this embodiment is 3 ⁇ m, for example.
  • the remaining region where the body region 104 is not formed becomes the drift region 102.
  • an implantation mask material is deposited on the upper surface 120 a of the first silicon carbide layer 120 so as to cover the first implantation mask 72.
  • the implantation mask material is, for example, poly-Si (polysilicon), and is formed by a thermal CVD method.
  • SiH 4 is used as the source gas.
  • the first sidewall 71 is formed on the side wall of the first implantation mask 72 by etching the implantation mask material by anisotropic etching.
  • the first sidewall 71 defines a channel length (width) Dc.
  • the gas used for anisotropic etching is, for example, a mixed gas such as Cl 2 , O 2 , and HBr.
  • the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120 has, as the first conductivity type impurity 82, for example, N + (nitrogen ions) or P
  • the first conductivity type impurity 82 for example, N + (nitrogen ions) or P
  • the ion implantation is performed in a plurality of times with different energies ranging from 30 keV to 90 keV while keeping the temperature of the semiconductor substrate 101 at 500 ° C.
  • the depth of the first impurity region 103 is, for example, 0.25 ⁇ m.
  • the first implantation mask 72 and the first sidewall 71 are removed. Since the first implantation mask 72 is made of, for example, silicon oxide, the first implantation mask 72 is removed with an HF aqueous solution, and the first sidewall 71 is made of polysilicon, so that a mixed liquid of HF, HNO 3, and H 2 O is used. Remove with.
  • a third implantation mask 73 is formed on the upper surface 120 a of the first silicon carbide layer 120.
  • Al ions are implanted at 280 keV to form the contact region 202 below the first impurity region 103 and inside the body region 104.
  • annealing for activating the impurity ions implanted into the first silicon carbide layer 120 is performed.
  • the activation annealing is performed, for example, in an Ar atmosphere at a temperature of 1700 ° C. for 30 minutes.
  • a trench etching mask 74 is formed, and by using this as a mask, dry etching is performed on the first silicon carbide layer 120 to form a contact trench 301 for body contact.
  • dry etching for example, a mixed gas of Cl 2 , HBr, and O 2 is used.
  • Cl 2 is introduced at a flow rate of 70 sccm
  • HBr is introduced at a flow rate of 50 sccm
  • O 2 is introduced at a flow rate of 2 sccm
  • an ICP bias of 600 W and a DC bias of 150 W are applied, and etching is performed at a pressure of 1.5 Pa.
  • the bottom surface 301B of the contact trench 301 is preferably deeper than the bottom surface of the first impurity region 103 and the top surface of the contact region 202 and shallower than the bottom surface of the contact region 202.
  • the depth of the contact trench 301 (the depth from the upper surface 120a of the first silicon carbide layer 120 to the bottom surface 301B of the contact trench 301) is, for example, 0.4 ⁇ m.
  • the trench etching mask 74 is designed such that the opening thereof is positioned on the contact region 202 and the width of the opening is smaller than the width of the contact region 202. Accordingly, the width of the opening of the contact trench 301 and the bottom surface 301 ⁇ / b> B are both smaller than the width of the contact region 202.
  • second silicon carbide layer 105 is formed on upper surface 120 a of first silicon carbide layer 120 and in contact trench 301.
  • Second silicon carbide layer 105 in the present embodiment is made of SiC.
  • silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as source gases
  • hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas
  • nitrogen (N 2 ) gas is used as a dopant gas
  • second silicon carbide is formed by thermal CVD.
  • Layer 105 is formed.
  • the conductivity type of the second silicon carbide layer 105 is the first conductivity type, and the impurity concentration thereof is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the second silicon carbide layer 105 is 30 nm to 150 nm. Note that nitrogen (N 2 ) gas may be introduced during the growth of the second silicon carbide layer 105 to make a part of the second silicon carbide layer 105 have a high concentration.
  • second silicon carbide layer 105 is etched using photoresist 76 as a mask. Etching of the second silicon carbide layer 105 is performed, for example, by dry etching using a mixed gas of CF 4 and O 2 .
  • a gate insulating film (SiO 2 ) 107 is formed on the second silicon carbide layer 105, and then a gate electrode is formed on the gate insulating film 107.
  • (Poly-Si) 108 is formed.
  • a photoresist (not shown) is formed on the gate electrode 108, and the gate electrode 108 is etched to remove the photoresist.
  • the gate insulating film 107 and the gate electrode 108 may be simultaneously patterned using the same photoresist. In that case, when viewed from the direction perpendicular to the main surface 101a of the semiconductor substrate 101, the end of the gate insulating film 107 and the end of the gate electrode 108 are substantially aligned (not shown).
  • interlayer insulating film 109 is formed on first silicon carbide layer 120 so as to cover gate electrode 108 and second silicon carbide layer 105.
  • the interlayer insulating film 109 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) and has a thickness of, for example, 1000 nm.
  • the interlayer insulating film 109 is etched using the photoresist 77 as a mask.
  • the interlayer insulating film 109 is etched by, for example, dry etching using a mixed gas of CHF 3 and O 2 .
  • a contact metal titanium (Ti) or nickel (Ni)
  • Ti titanium
  • Ni nickel
  • the metal is reacted with silicon carbide or polysilicon (silicidation).
  • silicidation can be performed by performing a heat treatment at a temperature of, for example, 950 ° C. after Ti is deposited.
  • a first ohmic electrode 122 made of metal silicide and in contact with the first impurity region 103 and the contact region 202 is formed in the contact trench 301.
  • a metal silicide layer 123 is formed on the gate electrode 108 in the contact hole 109a.
  • the second ohmic electrode 111 is formed by depositing metal on the back surface 101b of the semiconductor substrate 101 and performing heat treatment. For example, it is formed by performing a heat treatment at 950 ° C. after depositing Ti.
  • wirings 112 and 110 are formed in the contact holes 109a and 109b so as to be in contact with the first ohmic electrode 122 and the metal silicide layer 123, respectively. In this way, the semiconductor device 300 is completed.
  • the contact region 202 having a desired thickness may be formed below the first impurity region 103, and the contact region 202 is formed in the first region as in the conventional semiconductor device 1000 (FIG. 37). There is no need to form the impurity region 103 in the thickness direction. For this reason, since the thickness of the contact region 202 can be made thinner than before, the number of ion implantations for forming the contact region 202 can be reduced. Accordingly, it is possible to shorten the time required for manufacturing and to reduce the manufacturing cost as compared with the conventional manufacturing method.
  • the first ohmic electrode 122 and the contact region 202 can be brought into contact with not only the bottom surface 301B of the contact trench 301 but also a part of the side wall 301S, the first ohmic electrode 122 can be prevented from increasing in chip area. A contact area with the contact region 202 can be secured. As a result, since the contact resistance between the first ohmic electrode 122 and the body region 104 can be reduced, switching delay can be suppressed.
  • the contact trench 301 is formed after all the impurity implantation steps for the first silicon carbide layer 120 are performed. For this reason, before the contact trench 301 is formed, activation annealing for activating the impurities implanted into the first silicon carbide layer 120 can be performed. As a result of studies by the present inventor, when activation annealing is performed after the contact trench 301 is formed, silicon carbide exposed by the contact trench 301 is sublimated during the activation annealing, and the silicon carbide layer surface disappears. As a result, for example, the contact region 202 may become thin.
  • the contact region 202 When the contact region 202 is thinned, the entire contact region 202 is reacted (silicided) with the contact metal in the first ohmic electrode formation step, and the contact resistance between the first ohmic electrode 122 and the body region 104 cannot be sufficiently reduced. There is a possibility. In order to avoid this, it is necessary to form the contact region 202 thick beforehand. On the other hand, if activation annealing is performed before the contact trench 301 is formed, the contact region 202 need not be formed thick in advance, for example, in consideration of silicon carbide sublimation. can do.
  • FIG. 30 is a schematic process cross-sectional view for explaining the manufacturing method 2 of the present embodiment.
  • an impurity implantation process for the first silicon carbide layer 120 is performed in the same process as in the manufacturing method 1 described above with reference to FIGS.
  • a silicon oxide film is formed by a mask material, for example, a CVD method so as to cover the third implantation mask 73 used to form the contact region 202 (not shown). Thereafter, anisotropic etching is performed. As a result, a second sidewall 75 made of a silicon oxide film is obtained on the side surface of the third implantation mask 73. Subsequently, a contact trench 301 is formed using the third implantation mask 73 and the second sidewall 75 as an etching mask.
  • the third implantation mask 73 and the second sidewall 75 are removed. Subsequently, activation annealing for activating impurity ions implanted into the first silicon carbide layer 120 is performed. Thus, in this method, activation annealing is performed after the contact trench 301 is formed.
  • the number of ion implantations for forming the contact region 202 can be reduced as compared with the conventional method.
  • the contact trench 301 can be formed in a self-aligned manner with respect to the contact region 202 by forming the second sidewall 75 and using this as an etching mask to form the contact trench 301. Therefore, it is not necessary to consider the lithography misalignment, and the opening region of the third implantation mask 73 can be reduced, so that the semiconductor device 300 can be further miniaturized.
  • FIG. 31 is a schematic process cross-sectional view for explaining the manufacturing method 3 of the present embodiment.
  • body region 104 and first impurity region 103 are formed in first silicon carbide layer 120 in the same process as in manufacturing method 1 described above with reference to FIGS.
  • the second conductive layer is formed in the body region 104 using the implantation mask (here, the first implantation mask 72 and the first sidewall 71) used for forming the first impurity region 103.
  • the implantation mask here, the first implantation mask 72 and the first sidewall 71
  • Implant type impurities As a result, the contact region 202 is formed below the first impurity region 103.
  • the contact region 202 having a contour that substantially matches the contour of the first impurity region 103 when viewed from the direction perpendicular to the main surface 101 a of the semiconductor substrate 101 is formed.
  • the first implantation mask 72 and the first sidewall 71 are removed. Subsequently, activation annealing for activating impurity ions implanted into the first silicon carbide layer 120 is performed.
  • the first impurity region 103 is formed first, but the contact region 202 is formed first in the first silicon carbide layer 120. Subsequently, the first impurity region 103 may be formed.
  • the manufacturing method 3 like the manufacturing method 1, the number of ion implantations when forming the contact region 202 can be reduced as compared with the conventional method. In addition, it is possible to secure a contact area between the first ohmic electrode 122 and the contact region 202 while suppressing an increase in the chip area.
  • the manufacturing process can be simplified. Further, the contact region 202 can be formed in a self-aligned manner with respect to the body region 104. Furthermore, as described in the manufacturing method 1, since the activation annealing is performed before the formation of the contact trench 301, it is not necessary to consider the sublimation of silicon carbide during the activation annealing. realizable.
  • FIG. 32 is a schematic process cross-sectional view for explaining the manufacturing method 4 of the present embodiment.
  • a mask material for example, silicon by a CVD method, is used to cover the implantation mask (here, the first implantation mask 72 and the first sidewall 71) used to form the contact region 202.
  • An oxide film is formed (not shown).
  • anisotropic etching is performed.
  • a second sidewall 75 ′ composed of a silicon oxide film is obtained on the side surface of the first sidewall 71.
  • a contact trench 301 is formed using the first implantation mask 72, the first sidewall 71, and the second sidewall 75 'as an etching mask.
  • the manufacturing method 4 like the manufacturing method 1, the number of ion implantations when forming the contact region 202 can be reduced as compared with the conventional method. In addition, it is possible to secure a contact area between the first ohmic electrode 122 and the contact region 202 while suppressing an increase in the chip area.
  • the contact trench 301, the contact region 202, and the first impurity region 103 can all be formed in a self-aligned manner with respect to the body region 104. Therefore, there is no need to consider the lithography alignment shift, and the semiconductor device 300 can be further miniaturized more effectively.
  • the manufacturing method of the present embodiment is not limited to the above method, and various modifications can be made.
  • the implantation mask for forming the first impurity region 103 is used.
  • an implantation mask for forming the first impurity region 103 may be formed by photolithography separately from the first implantation mask 72.
  • the semiconductor devices of the first to third embodiments described above are MISFETs having a planar structure, but may be MISFETs having a gate trench structure.
  • FIGS. 33 and 34 are schematic cross-sectional views illustrating other semiconductor devices of the first to third embodiments, respectively.
  • Each of the semiconductor devices 400 and 500 shown in FIGS. 33 and 34 is an inversion channel type MISFET having a gate trench structure.
  • the same components as those in FIGS. 1 and 17 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • a semiconductor device 500 shown in FIG. 34 has a contact trench structure similar to that of the semiconductor device 300 shown in FIG.
  • the first impurity region 103 is disposed in the surface region of the first silicon carbide layer 120, and the body region 104 is in contact with the first impurity region 103 below the first impurity region 103. Is formed.
  • Contact region 202 is disposed in body region 104 and is electrically connected to body region 104.
  • the drift region 102 is disposed between the body region 104 and the semiconductor substrate 101.
  • a gate trench 303 that penetrates the first impurity region 103 and the body region 104 and reaches the drift region 102 is formed.
  • a gate insulating film 107 is formed in the gate trench 303 so as to be in contact with the drift region 102, the body region 104, and the first impurity region 103.
  • a gate electrode 108 is provided on the gate insulating film 107 in the gate trench 303.
  • Other configurations are the same as those shown in FIG. 1 or FIG.
  • the semiconductor devices 400 and 500 can be manufactured as follows, for example.
  • first silicon carbide layer 120 is formed on main surface 101 a of semiconductor substrate 101.
  • the first conductivity type first impurity region 103 and the second conductivity type body region 104 are formed by implanting impurities into the first silicon carbide layer 120.
  • an implantation mask is provided on the first silicon carbide layer 120, and a contact region 202 is formed by implanting a second conductivity type impurity into the body region 104 using the implantation mask.
  • a contact trench 301 and a gate trench 303 are formed in the first silicon carbide layer 120. Etching for forming these trenches 301 and 303 may be performed simultaneously or separately.
  • the contact region 202 is formed in the same manner as described above with reference to FIG.
  • An etching mask for forming the contact trench 301 may be formed by providing a sidewall on the mask used for the above.
  • the semiconductor devices 400 and 500 are inversion channel types, but may be storage channel types.
  • a second silicon carbide layer is formed between the sidewall of the gate trench 303 and the gate insulating film 107 so as to be in contact with the first impurity region 103, the body region 104, and the drift region 102. Is done.
  • the semiconductor devices of the first to third embodiments are planar MISFETs having a structure in which a second silicon carbide layer (channel layer) is disposed at a position different from that of the MISFETs shown in FIGS. There may be.
  • FIGS. 35 and 36 are schematic cross-sectional views illustrating other semiconductor devices of the first to third embodiments, respectively.
  • the semiconductor devices 600 and 700 shown in FIGS. 35 and 36 are storage channel type MISFETs having a planar structure.
  • the same components as those in FIGS. 1 and 17 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • a semiconductor device 600 shown in FIG. 35 has a contact trench structure similar to that of the semiconductor device 100 shown in FIG.
  • a semiconductor device 700 shown in FIG. 36 has a contact trench structure similar to that of the semiconductor device 300 shown in FIG.
  • the second silicon carbide layer 105 serving as a channel layer is disposed so as to be in contact with the upper surface of the first impurity region 103.
  • channel layer 705 is arranged in first silicon carbide layer 120 so as to be in contact with the side surface of first impurity region 103.
  • the channel layer 705 is formed by implanting impurity ions of the first conductivity type into the first silicon carbide layer 120, for example.
  • Other configurations of the semiconductor devices 600 and 700 are the same as those of the semiconductor devices 100 and 300 shown in FIGS.
  • the semiconductor devices 400 and 600 described above have the same advantages because they have contact trenches having the same structure as the semiconductor device 100 shown in FIG. Further, since the semiconductor devices 500 and 700 include the contact trench having the same structure as the semiconductor device 300 shown in FIG.
  • the present invention can be applied to various semiconductor devices using silicon carbide, and can be suitably used particularly for power semiconductor devices capable of high-speed operation.

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Abstract

　半導体装置１００は、半導体基板１０１の主面上に配置された第１炭化珪素層１２０と、第１炭化珪素層に配置された第１導電型の第１不純物領域１０３、第２導電型のボディ領域１０４、および、ボディ領域内において第１不純物領域１０３よりも深い位置に配置され、ボディ領域よりも高い濃度で第２導電型の不純物を含む第２導電型のコンタクト領域と１３１、第１導電型のドリフト領域１０２と、第１不純物領域１０３およびコンタクト領域１３１にオーミック接触する第１オーミック電極１２２と備え、第１炭化珪素層１２０には、第１不純物領域１０３を貫通するコンタクトトレンチ１２１が設けられており、第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ１２１内に配置され、コンタクトトレンチの側壁下部１２１ｃＬの少なくとも一部および底面１２１ｂでコンタクト領域１３１と接する。

Description

半導体装置およびその製造方法
　本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に炭化珪素パワー半導体デバイスに関する。
　パワー半導体デバイスは、高耐圧で大電流を流す用途に用いられる半導体素子であり、低損失であることが望まれる。また、最近では高速インバータにパワー半導体デバイスが用いられる。こうした用途では高速動作も求められる。
　パワー半導体デバイスは従来シリコン（Ｓｉ）基板を用いて作製されていた。しかし、近年、炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いたパワー半導体デバイスが注目され、開発が進められている（例えば、特許文献１～４など参照）。
　炭化珪素の材料自体の絶縁破壊電圧は、シリコンに比べて一桁高い。このため、炭化珪素を用いてパワー半導体デバイスを作製した場合、ｐｎ接合部やショットキー接合部における空乏層を薄くしても逆耐圧を維持することができる。したがって、デバイスの厚さを薄くし、炭化珪素層のドーピング濃度を高めることによって、オン抵抗が低く、高耐圧かつ低損失のパワー半導体デバイスを実現することができる。また、炭化珪素の飽和電子速度はシリコンの約２倍であり、高速動作を実現することができる。
　特許文献１は、チャネル移動度を高めオン抵抗を低減した炭化珪素半導体装置を開示している。図３７は、特許文献１に開示された炭化珪素半導体装置を説明するための断面図である。
　図３７に示す炭化珪素半導体装置１０００は、縦型の金属－絶縁体－半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＭＩＳＦＥＴ」）であり、プレーナ構造を有している。半導体装置１０００は、ｎ+型のＳｉＣを含む半導体基板１０１を備えている。半導体基板１０１の主表面上には、炭化珪素によって構成される第１炭化珪素層１２０が設けられている。第１炭化珪素層１２０の表層部の所定領域において、所定の深さを有するｐ型のボディ領域１０４が形成されている。第１炭化珪素層１２０のボディ領域１０４以外の部分はｎ-型のドリフト領域１０２となる。ボディ領域１０４の表面近傍には、ｎ+型の第１不純物領域（ソース領域）１０３が形成されている。また、ボディ領域１０４内にコンタクト領域２０７が設けられている。ボディ領域１０４の表層部分を覆うように、第１不純物領域１０３とドリフト領域１０２とを繋ぐ第２炭化珪素層１０５が配置されている。第２炭化珪素層１０５の表面には、ゲート酸化膜１０７を介してゲート電極１０８が形成されている。
　ゲート電極１０８を覆うように、第１炭化珪素層１２０の表面に層間絶縁膜１０９が設けられている。層間絶縁膜１０９には第１不純物領域１０３およびコンタクト領域２０７を露出するコンタクトホールが設けられており、コンタクトホール内に第１オーミック電極（ソース電極）１２２が設けられ、さらに配線１１０が設けられている。また、ゲート電極１０８を露出するコンタクトホールが層間絶縁膜１０９に設けられており、コンタクトホール内に配線１１２が設けられている。配線１１２とゲート電極１０８との間には金属シリサイド層１２３が形成されている。半導体基板１０１の裏面には第２オーミック電極（ドレイン電極）１１１が形成されている。
　図３７に示した半導体装置１０００では、第１オーミック電極１２２とゲート電極１０８との間に電圧を印加し、ゲート酸化膜１０７に電界を与えることにより、第２炭化珪素層１０５に蓄積型チャネル４１が誘起され、第１オーミック電極１２２と第２オーミック電極１１１との間にキャリアが流れる。
　このように、半導体装置１０００を、チャネルを誘起する蓄積モードで動作させることにより、導電型を反転させてチャネルを誘起する反転モードで動作させる場合に比べて、チャネル移動度を大きくし、オン抵抗を低減させることができる。
　次に、図３８から図４６を参照しながら炭化珪素半導体装置１０００の製造方法を説明する。まず、図３８に示すようにｎ+型のＳｉＣを含む半導体基板１０１を用意し、主表面上にｎ-型のＳｉＣによって構成された第１炭化珪素層１２０をエピタキシャル成長法により形成する。その後、ボディ領域１０４となる領域を開口した第１の注入マスク７２を形成する。
　ボディ領域１０４を形成するためのイオン注入は、４００℃から６００℃の温度で半導体基板１０１を加熱しながら行う。一般に有機レジストは耐熱性が乏しいため、第１の注入マスク７２には適さない。このため、シリコン酸化膜、ポリシリコン、シリコン窒化膜などの無機膜を第１炭化珪素層１２０の主表面上に形成し、その上に、有機レジストマスクを形成し、この有機レジストマスクを利用して無機膜をエッチングし、有機レジストを除去する。これにより、耐熱性の第１の注入マスク７２が得られる。図３８では有機レジストを除去し、ボディ領域１０４を形成した後の断面を示している。以下、イオン注入用のマスクは同様の方法によって形成される。第１炭化珪素層１２０のボディ領域１０４以外の部分はドリフト領域１０２となる。
　図３９に示すように、第１の注入マスク７２を覆うように無機膜を第１炭化珪素層１２０の表面に堆積した後、コンタクト領域となる領域を規定するパターンを有する有機レジストマスクを無機膜上に形成する（図示しない）。有機レジストマスクを用いて無機膜をドライエッチング法により異方性エッチングすることにより、第１の注入マスク７２の側壁に位置する第１のサイドウォール７１と、コンタクト領域を覆う第２の注入マスク７８とを形成する。第１のサイドウォール７１と第２の注入マスク７８とを用いてボディ領域１０４内に不純物をイオン注入し、第１不純物領域１０３を形成する。
　次に、図４０に示すように、第１の注入マスク７２、第１のサイドウォール７１および第２の注入マスク７８を除去した後、コンタクト領域となる領域を開口した第３の注入マスク７３を第１炭化珪素層１２０の表面に形成し、例えばアルミニウムイオンを第１炭化珪素層１２０に注入することによってコンタクト領域２０７を形成する。
　図４１に示すように、第３の注入マスク７３を除去した後、１０００℃以上の温度、例えば、１７００℃でアニールを行い、これまでに注入した不純物を活性化させる（図示しない）。その後、第１炭化珪素層１２０の主表面に第２炭化珪素層１０５を堆積する。図４２に示すように、第２炭化珪素層１０５を規定するフォトレジスト７６を形成し、ドライエッチングにより不要な第２炭化珪素層１０５を除去する。
　図４３に示すように、第２炭化珪素層１０５の上にゲート酸化膜１０７を形成し、その上にゲート電極１０８を形成する。さらに図４４に示すように、ゲート電極１０８を覆うように第１炭化珪素層１２０の表面全体に層間絶縁膜１０９を形成する。図４５に示すように、層間絶縁膜１０９に、ゲート電極１０８を露出するコンタクトホール１０９ａ並びにコンタクト領域２０７および第１不純物領域１０３を露出するコンタクトホール１０９ｂを形成する。
　図４６に示すように、コンタクトホール１０９ｂ内に第１オーミック電極１２２および配線１１０を形成し、コンタクトホール１０９ａ内に金属シリサイド層１２３および配線１１２を形成する。また、半導体基板１０１の裏面に第２オーミック電極１１１を形成する。これにより、半導体装置１０００が完成する。
特開平１０－３０８５１０号公報 特許３７７３４８９号公報 特許３７８４３９３号公報 特許３５２７４９６号公報
　半導体装置１０００において、コンタクト領域２０７は底面及び側面の一部でボディ領域１０４と接触するが、第１オーミック電極１２２とは上面のみで接触する。したがって、ボディ領域１０４を第１オーミック電極１２２と同電位にするためには、コンタクト領域２０７の第１オーミック電極１２２と接する上面と、ボディ領域１０４と接する底面及び側面との間で導電性が十分に確保されている必要がある。このために、従来、注入エネルギーを変化させ、数回にわたってｐ型不純物イオンを注入し、コンタクト領域２０７を形成していた。しかし、一般に炭化珪素では不純物が拡散しにくいため、イオン注入に要する時間が長くなり、イオン注入機への負荷が大きいという課題がある。
　また、通常、ｐ型炭化珪素へ良好なオーミックコンタクトを形成することは、ｎ型炭化珪素に比べて難しい。これは主なオーミック金属とｐ型炭化珪素との障壁が、ｎ型炭化珪素に比べて大きいからである。ｐ型炭化珪素へ良好なオーミックコンタクトを形成するためには、オーミック金属がｐ型炭化珪素へより高濃度で拡散する必要がある。しかし、炭化珪素への不純物の固溶には限界がある。また、オーミック金属の拡散を高めるためにアニール温度を高くするとウエハの反りが生じたり、ＳｉＣが蒸発し、消失するなどの新たな課題が生じる。
　半導体装置１０００において、上述した理由等により、第１オーミック電極１２２とボディ領域１０４とのコンタクト抵抗が低減できない場合の不具合を説明する。
　図４７に示すように、第１オーミック電極１２２とゲート電極１０８との間に閾値（Ｖｔｈ）以下の電圧（例えば、０Ｖ）が印加される半導体装置１０００のオフ状態では、ボディ領域１０４とドリフト領域１０２との間に空乏層が形成される。このため、ドリフト領域１０２のうち隣接するボディ領域１０４に挟まれたＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）領域６０では、ボディ領域１０４の両側から延びる空乏層が繋がる。このオフ状態からオン状態へ高速で移行するためには、第１オーミック電極１２２とゲート電極１０８との間にゲート電極１０８側を正とする電圧がかかると瞬時にＪＦＥＴ領域６０の空乏層が縮小し、ＪＦＥＴ領域６０に電流パスが形成されることが必要である。
　しかし、ボディ領域１０４へのコンタクト抵抗が大きいと、ボディ領域１０４の端まで電位が伝わるのが遅く、空乏層の縮小が遅くなるため、半導体装置１０００が完全にオン状態になるまで時間がかかる。つまり、図４７に示すように、第１不純物領域１０３とＪＦＥＴ領域６０とに挟まれたボディ領域１０４をゲートとする寄生トランジスタＴ１が存在するのと等価な構造となり、トランジスタＴ１のスイッチングに要する時間が半導体装置１０００のスイッチングの遅延を引き起こす。
　一方、図４８に示すように、第１オーミック電極１２２とゲート電極１０８との間にゲート電極１０８側を正として閾値（Ｖｔｈ）より高い電圧（例えば２０Ｖ）が印加される半導体装置１０００のオン状態では、ゲート酸化膜１０７を介して第２炭化珪素層１０５に蓄積型チャネル４１が形成され、この蓄積型チャネル４１に電子が流れ込む。このとき、ボディ領域１０４とドリフト領域１０２との間で形成されている空乏層に蓄積されている電子も利用されるために、ボディ領域１０４の電位（以下、ボディ電位と記載する）がソース電位に近づき、空乏層が縮小することによってＪＦＥＴ領域６０の電流経路が形成され、オン状態となる。
　このとき、ドレイン電圧は外部抵抗の電圧降下により１Ｖないし２Ｖ程度となるように外部抵抗が選択される。ここでトランジスタをオフした場合はソース電位、ボディ電位共に０Ｖとなり、ドレイン電圧はほぼ０から２Ｖとなる。
　しかしながら、ボディ領域１０４へのコンタクト抵抗が大きいと、ボディ領域１０４の端まで電位が伝わるのが遅く、ボディ電位が約２．７Ｖ上昇し、ソース、ボディ、ドレインの間に形成される寄生バイポーラトランジスタＴ２がオンするために、ドレインからソースへ電流が流れることになる。したがって完全にオフ状態になるまで時間がかかる。
　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ボディ領域へのコンタクト抵抗値を下げることにより、高速動作が可能な半導体装置を提供することにある。
　本発明の半導体装置は、主面および裏面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記主面上に配置された第１炭化珪素層と、前記第１炭化珪素層に配置された第１導電型の第１不純物領域と、前記第１炭化珪素層において、前記第１不純物領域に隣接して配置された第２導電型のボディ領域と、前記ボディ領域内において前記第１不純物領域よりも深い位置に配置され、前記ボディ領域よりも高い濃度で第２導電型の不純物を含む第２導電型のコンタクト領域と、前記第１炭化珪素層のうち前記ボディ領域および前記第１不純物領域以外の領域に配置された第１導電型のドリフト領域と、前記第１不純物領域および前記コンタクト領域にオーミック接触する第１オーミック電極とを備え、前記第１炭化珪素層には、前記第１不純物領域を貫通するコンタクトトレンチが設けられており、前記コンタクトトレンチは底面および側壁を有し、前記コンタクトトレンチの側壁は、前記第１不純物領域の底面よりも深い位置にある側壁下部と、前記第１不純物領域の底面と同じまたはそれよりも浅い位置にある側壁上部とを含んでおり、前記第１オーミック電極は、前記コンタクトトレンチ内に配置され、前記コンタクトトレンチの側壁下部の少なくとも一部および底面で前記コンタクト領域と接する。
　本発明の半導体装置の製造方法は、主面および裏面を有する半導体基板を用い、第２導電型のボディ領域と、前記ボディ領域に隣接して配置された第１導電型の第１不純物領域と、前記ボディ領域および前記第１不純物領域以外の領域に配置された第１導電型のドリフト領域とを含み、前記ボディ領域の少なくとも一部は前記第１不純物領域よりも深い位置にある第１炭化珪素層を、前記半導体基板の前記主面上に形成する工程（ａ）と、前記第１炭化珪素層に、前記第１不純物領域を貫通し、前記ボディ領域に達するコンタクトトレンチを形成する工程（ｂ）と、前記コンタクトトレンチの底面および側壁から、前記ボディ領域に第２導電型の不純物を注入することによって、前記第１不純物領域よりも深い位置に第２導電型のコンタクト領域を形成する工程（ｃ）と、少なくとも前記コンタクトトレンチ内に、前記第１不純物領域と接し、かつ、前記コンタクトトレンチの側壁の一部および底面で前記コンタクト領域と接する第１オーミック電極を形成する工程（ｄ）とを包含する。
　本発明の半導体装置の他の製造方法は、主面および裏面を有する半導体基板を用い、第２導電型のボディ領域と、前記ボディ領域に隣接して配置された第１導電型の第１不純物領域と、前記ボディ領域および前記第１不純物領域以外の領域に配置された第１導電型のドリフト領域とを含み、前記ボディ領域の少なくとも一部は前記第１不純物領域よりも深い位置にある第１炭化珪素層を、前記半導体基板の前記主面上に形成する工程（Ａ）と、前記ボディ領域内であって、前記第１不純物領域よりも深い位置に、前記ボディ領域よりも高い濃度で第２導電型の不純物を含む第２導電型のコンタクト領域を形成する工程（Ｂ）と、前記第１炭化珪素層に、前記第１不純物領域を貫通し、前記コンタクト領域に達するコンタクトトレンチを形成する工程（Ｃ）と、前記コンタクトトレンチ内に、前記第１不純物領域と接し、かつ前記コンタクトトレンチの側壁の一部および底面で前記コンタクト領域と接する第１オーミック電極を形成する工程（Ｄ）とを包含する。
　本発明によると、第１不純物領域と第１オーミック電極との接触面積を確保しつつ、コンタクト領域と第１オーミック電極との接触面積を拡大できる。したがって、第１オーミック電極のボディ領域へのコンタクト抵抗を低減できるので、ボディ領域の電位を第１オーミック電極の電位と極めて高い速度で一致させることができ、半導体装置のスイッチング速度を高めることができる。また、第１オーミック電極の第１不純物領域へのコンタクト抵抗を低く抑えることができ、低オン抵抗を実現できる。
　本発明によれば、第１オーミック電極とボディ領域とのコンタクト抵抗を低減できるので、スイッチング動作の遅延を抑制し、高速で動作することが可能な半導体装置を実現することができる。
　また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、コンタクト領域の注入回数を減らすことができ、イオン注入工程に要する時間が短縮される。
（ａ）は、本発明による半導体装置の第１の実施形態を示す模式的な断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すコンタクトトレンチ部分の拡大断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 （ａ）は、本発明による第２の実施形態の半導体装置の模式的な断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すコンタクトトレンチ部分の拡大断面図である。 （ａ）は、第２の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図であり、（ｂ）は、コンタクトトレンチの側壁の傾斜角を説明するための拡大断面図である。 第２の実施形態の半導体装置の他の製造方法を説明するための工程断面図である。 （ａ）は、本発明による半導体装置の第３の実施形態を示す断面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すコンタクトトレンチ部分の拡大断面図である。（ｃ）は、コンタクトトレンチの底面とコンタクト領域との配置関係を例示する平面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法１を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法２を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法３を説明するための工程断面図である。 第３の実施形態の半導体装置の製造方法４を説明するための工程断面図である。 本発明による第１の実施形態の他の半導体装置の模式的な断面図である。 本発明による第３の実施形態の他の半導体装置の模式的な断面図である。 本発明による第１の実施形態のさらに他の半導体装置の模式的な断面図である。 本発明による第３の実施形態のさらに他の半導体装置の模式的な断面図である。 従来の半導体装置示す断面模式図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図３７に示す従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 従来の半導体装置をオン状態にする際に生じる等価回路を説明するための模式的な断面図である。 従来の半導体装置をオフ状態にする際に生じる等価回路を説明するための模式的な断面図である。
　（第１の実施形態）
　以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。以下の図面において、従来の半導体装置の構成要素と実質的に同一の機能を有する構成要素には同一の参照符号を付している。本発明は以下の実施形態に限定されない。また、第１導電型はｎ型およびｐ型のいずれであってもよく、この場合、第２導電型はｐ型またはｎ型である。
　図１（ａ）は、本発明による第１の実施形態である半導体装置１００の断面構造を模式的に示している。半導体装置１００は、主面１０１ａおよび裏面１０１ｂを有し、炭化珪素を含む第１導電型の半導体基板１０１を含む。半導体基板１０１の主面１０１ａ上には、第１導電型の第１炭化珪素層が設けられている。第１炭化珪素層はエピタキシャル層である。第１炭化珪素層１２０には、第２導電型のボディ領域１０４と、ボディ領域１０４に隣接するように配置された第１導電型の第１不純物領域１０３とが形成されている。第１導電型の第１不純物領域１０３の不純物濃度は、半導体基板１０１の不純物濃度よりも高い。ボディ領域１０４の少なくとも一部は第１不純物領域１０３よりも深い位置にある。ボディ領域１０４内において、第１不純物領域１０３よりも深い位置に、ボディ領域１０４よりも高い濃度で第２導電型の不純物を含む第２導電型のコンタクト領域１３１が配置されている。第１炭化珪素層１２０のうち、ボディ領域１０４および第１不純物領域１０３以外の領域は、ドリフト領域１０２となる。ドリフト領域１０２の不純物濃度は半導体基板１０１の不純物濃度よりも低い。
　より具体的には、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａから所定の深さまでの領域にボディ領域１０４が形成されており、ボディ領域１０４内において、上面１２０ａから所定の深さまでの領域に第１不純物領域１０３が形成されている。第１不純物領域１０３の底面はボディ領域１０４の底面の位置よりも浅く、第１不純物領域１０３はボディ領域１０４から突き出してはいない。ボディ領域１０４および第１不純物領域１０３は第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａにおいて露出している。また、第１不純物領域１０３は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａにおいて、ボディ領域１０４に包囲されている。
　第１炭化珪素層１２０には、第１不純物領域１０３を貫通するコンタクトトレンチ１２１が設けられている。コンタクトトレンチ１２１内には、第１不純物領域１０３およびコンタクト領域１３１にオーミック接触する第１オーミック電極１２２が設けられている。第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ１２１の側壁の一部および底面でコンタクト領域１３１に接している。
　図１（ｂ）はボディ領域１０４および第１不純物領域１０３の拡大断面図である。図示するように、コンタクトトレンチ１２１は、底面１２１ｂおよび側壁１２１ｃを有している。側壁１２１ｃは、第１不純物領域１０３の底面１０３ｂよりも深い位置にある側壁下部１２１ｃＬと、第１不純物領域１０３の底面１０３ｂと同じまたはそれよりも浅い位置にある側壁上部１２１ｃＵとを含んでいる。コンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂは、第１不純物領域１０３の底面１０３ｂよりも深く、かつ、ボディ領域１０４の底面１０４ｂよりも浅い位置にある。
　コンタクト領域１３１は、第１オーミック電極１２２とボディ領域１０４との間に、コンタクトトレンチ１２１の側壁下部１２１ｃＬおよび底面１２１ｂに沿って形成されている。従って、コンタクトトレンチ１２１の側壁下部１２１ｃＬの少なくとも一部および底面１２１ｂで、第１オーミック電極１２２と接している。
　また、図示する例では、第１不純物領域１０３と第１オーミック電極１２２との間に、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵに沿って第２不純物領域１３２が形成されている。第２不純物領域１３２は、第１不純物領域１０３に第２導電型の不純物を注入することによって形成された領域である。従って、第２不純物領域１３２は、第１不純物領域１０３に含まれる不純物と同じ第１導電型の不純物と、コンタクト領域１３１に含まれる不純物と同じ第２導電型の不純物とを両方含んでいる。また、第１不純物領域１０３と略同じ濃度で同じ第１導電型の不純物を含み、かつ、第１不純物領域１０３よりも高い濃度で第２導電型の不純物を含んでいる。
　第２不純物領域１３２の導電型は特に限定されない。第２不純物領域１３２が何れの導電型の不純物を多く含むかによって、第１導電型領域となることもあるし、第２導電型領域となることもある。なお、第２不純物領域１３２を第１導電型領域とする場合、第２不純物領域１３２は第１不純物領域１０３と一体的にソース領域として機能する。これにより、第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵ全体でソース領域と接続されるため、オン抵抗の低減を実現できる。
　本実施形態では、第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ１２１内のみでなく第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａの一部上にも配置されている。第１オーミック電極１２２は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａ（上面１２０ａのうちコンタクトトレンチ１２１の周縁に位置する部分）で第１不純物領域１０３と接している。
　後述するが、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵに沿って第２不純物領域１３２を有していなくてもよい。その場合には、第１オーミック電極１２２は、第１炭化珪素層１２０の上面のみでなく、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵでも第１不純物領域１０３と接する。なお、第２不純物領域１３２を有しない場合には、第１オーミック電極１２２は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに配置されなくてもよい。例えば、第１オーミック電極１２２がコンタクトトレンチ１２１内のみに配置されている場合、第１オーミック電極は、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵで、第１不純物領域１０３と接続される。
　また、本実施形態では、コンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂの面積よりもトレンチの開口１２１ａの面積が大きく、コンタクトトレンチ１２１はテーパー形状を有している。このため、コンタクトトレンチ１２１の側壁１２１ｃは第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに対して非垂直である。また、側壁１２１ｃは開口１２１ａに面している。ここで非垂直とは、コンタクトトレンチ１２１の側壁１２１ｃが、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに対し８５度未満あるいは９５度よりも大きな角度をなしていることを言う。
　コンタクトトレンチ１２１の形状は図１（ｂ）に示すようなテーパー状に限られない。コンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂが第１不純物領域１０３の底面１０３ｂよりも深くに位置していれば、トレンチは他の形状を有していてもよい。
　このような構造のコンタクトトレンチ１２１が半導体装置１００に設けられているため、第１不純物領域１０３の底面１０３ｂより深い位置において、第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂのみでなく、側壁１２１ｃの一部でも、コンタクト領域１３１と接触する。このため、コンタクト領域１３１と第１オーミック電極１２２との接触面積が拡大し、ボディ領域１０４へのコンタクト抵抗を低減することができる。したがって、ボディ領域１０４の電位を第１オーミック電極１２２と極めて高い速度で一致させることができる。
　また、コンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂおよび側壁１２１ｃの一部は第１不純物領域１０３の底面１０３ｂよりも深い位置にあるため、コンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂおよび側壁１２１ｃにおいてボディ領域１０４が露出している。このため、コンタクトトレンチ１２１内に露出したボディ領域１０４の表面近傍に第２導電型の不純物を注入することにより、ボディ領域１０４内にコンタクト領域１３１を形成できる。したがって、従来の半導体装置のように、ボディ領域１０４へのコンタクト領域を形成するために第２導電型の不純物を深く注入する必要がなく、半導体装置の製造に要する時間を短縮し、製造コストを低減させることができる。
　また、コンタクトトレンチ１２１の側壁１２１ｃのうち少なくとも側壁下部１２１ｃＬが、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに対して非垂直であれば、コンタクト領域１３１と第１オーミック電極１２２との接触面積を拡大できるので好ましい。側面下部１２１ｃＬが上面１２０ａに対して垂直な方向から傾くにつれて、コンタクト領域１３１と第１オーミック電極１２２との接触面積が拡大するからである。また、この場合、側壁下部１２１ｃＬは、コンタクトトレンチ１２１の開口１２１ａに面するように傾いていることがさらに好ましい。特に、コンタクトトレンチ１２１の側壁１２１ｃのうち少なくとも側壁下部１２１ｃＬは、開口１２１ａに面するように傾いている、すなわち、半導体基板１０１の主面１０１ａに平行な面に対して９０度未満の角度を有していることが好ましい。より好ましくは８５度未満である。これにより、後述するプロセスにおいて、コンタクトトレンチ１２１の側壁下部１２１ｃＬから第１炭化珪素層１２０にイオン注入を行い、コンタクト領域１３１を形成することが容易になる。例えば、コンタクトトレンチ１２１を形成するマスクを用いて、第１炭化珪素層１２０に対して垂直に第２導電型の不純物を注入すれば、コンタクトトレンチ１２１の開口１２１ａからコンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂおよび側壁１２１ｃにおいて露出するボディ領域１０４の表面近傍に第２導電型の不純物を注入することが可能になる。
　第１炭化珪素層１２０のうち、隣接するボディ領域１０４に挟まれたドリフト領域１０２はＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）領域６０と呼ばれる。半導体装置１００は、ボディ領域１０４に設けられた第１不純物領域１０３からＪＦＥＴ領域６０を経て半導体基板１０１の裏面１０１ｂへと至るパスにおける電流の制御を行う。このために、半導体装置１００は、少なくとも第１不純物領域１０３と第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに露出したドリフト領域１０２、つまり、第１不純物領域１０３とＪＦＥＴ領域６０との間に位置するボディ領域１０４の一部領域４０の上方に設けられたゲート絶縁膜１０７およびゲート絶縁膜１０７上に設けられたゲート電極１０８とを備え、ゲート電極１０８に印加する電圧によって、上述の電流制御を行う。この際、上述したようにボディ領域１０４の一部領域４０の電位を第１オーミック電極１２２の電位と極めて速度で一致させることができる。したがって、ゲート電極１０８に印加する電圧による、スイッチングに対して、遅延を生じることなく半導体装置１００を動作させることが可能となる。
　このような理由から、ゲート電極１０８に印加する電圧による電流制御が可能である限り、半導体装置１００は蓄積型チャネルを備えていてもよいし、反転型チャネルを備えていてよい。本実施形態では、半導体装置１００は、第１不純物領域１０３およびＪＦＥＴ領域６０の間に位置するボディ領域１０４の一部領域４０とゲート絶縁膜１０７との間に設けられた、第２炭化珪素層１０５をさらに備えており、第２炭化珪素層１０５が蓄積型チャネルとして機能する。第２炭化珪素層１０５は、エピタキシャル層であり、第１不純物領域１０３およびボディ領域１０４の一部領域４０とそれぞれ電気的に接続されている。反転型チャネルを有する半導体装置の場合、ゲート絶縁膜１０７は、第１不純物領域１０３およびＪＦＥＴ領域６０の間に位置するボディ領域１０４の一部領域４０と直接接触している。
　第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａを覆うように層間絶縁膜１０９が設けられており、層間絶縁膜１０９にはゲート電極１０８を露出するコンタクトホール１０９ａおよび第１オーミック電極１２２を露出するコンタクトホール１０９ｂが設けられている。コンタクトホール１０９ａ内には配線１１２が設けられており、配線１１２はゲート電極１０８と接触し、電気的に接続している。本実施形態では、配線１１２とゲート電極１０８との間に金属シリサイド層１２３が設けられている。また、コンタクトホール１０９ｂ内には配線１１０が設けられており、配線１１０は第１オーミック電極１２２と接触し、電気的に接続している。半導体基板１０１の裏面１０１ｂには第２オーミック電極１１１が設けられている。
　本実施形態の半導体装置１００によれば、コンタクトトレンチ１２１を設けることによって、第１オーミック電極１２２のウエルコンタクト抵抗値を小さくすることができる。したがって、ボディ領域１０４の電位を第１オーミック電極１２２の電位と極めて高い速度で一致させることができ、ウエル電位変動の遅延を抑制し、半導体装置１００のスイッチングスピードの遅延を抑制することが可能となる。
　本実施形態の半導体装置１００は、ＳｉＣ半導体から構成されるパワー半導体デバイスであり、高耐圧、大電流、高速動作用に好適に使用される。以下、本実施形態の具体的な構成例の一例を次に示す。本実施形態の一例において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。この場合、第１オーミック電極１２２はソース電極であり、第２オーミック電極１１１はドレイン電極である。また、第１不純物領域１０３はソース領域である。以下の例において、不純物の濃度はプラス「＋」の数が多いほど高く、＋＋、＋、－の順に低くなる（＋＋＞＋＞－）。
　半導体基板１０１は、六方晶系炭化珪素からなる。半導体基板１０１の厚さは、例えば、２５０μｍ～３５０μｍであり、半導体基板１０１の不純物濃度は、例えば、８×１０18ｃｍ-3（ｎ+）ある。不純物濃度を低く設定する場合には、立方晶系炭化珪素からなる基板を半導体基板１０１に用いることもできる。
　第１炭化珪素層１２０は、半導体基板１０１の主面１０１ａ上にエピタキシャル成長によって形成されたＳｉＣ層である。第１炭化珪素層１２０の厚さは、例えば、４μｍ～１５μｍであり、不純物濃度は、例えば、５×１０15ｃｍ-3（ｎ-）である。半導体基板１０１と第１炭化珪素層１２０との間に、別のエピタキシャル層（例えば、６×１０16ｃｍ-3の濃度を有するＳｉＣ層）を設けてもよい。
　ボディ領域１０４の厚さ（即ち、上面１２０ａからの深さ）は、例えば、０．５μｍ～１．０μｍであり、ボディ領域１０４の不純物濃度は、例えば、１．５×１０18ｃｍ-3（ｐ-）である。また、第１不純物領域１０３の厚さ（即ち、上面１２０ａからの深さ）は、例えば、０．２５μｍであり、第１不純物領域１０３の不純物濃度は、例えば、５×１０19ｃｍ-3（ｎ++）である。コンタクト領域１３１の厚さ（半導体基板１０１の主面１０１ａに垂直な方向の厚さ）は、例えば、５０ｎｍであり、コンタクト領域１３１の不純物濃度は、例えば、１．0×１０19ｃｍ-3（ｐ+）である。第２不純物領域１３２の厚さは、例えば、５０ｎｍであり、第２不純物領域１３２の不純物濃度は、例えば、１．0×１０19ｃｍ-3（n+）である。
　コンタクトトレンチ１２１の深さは約０．４μｍである。コンタクトトレンチ１２１の形成後、コンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂおよび側壁１２１ｃに厚さ０．０５μｍのコンタクト領域を設ける。これによりボディ領域１０４の第１オーミック電極１２２との界面の濃度は、例えば、２×１０20ｃｍ-3（ｐ-）である。ＪＦＥＴ領域６０の長さ（幅）は、例えば、３μｍである。
　第２炭化珪素層１０５は、第１炭化珪素層１２０上にエピタキシャル成長によって形成されたＳｉＣ層であり、第２炭化珪素層１０５の厚さは、例えば、３０ｎｍ～１５０ｎｍである。ボディ領域１０４の一部領域４０の長さ（幅）は、例えば、０．５μｍである。
　ゲート絶縁膜１０７は、ＳｉＯ2（酸化シリコン）からなる。厚さは、例えば、７０ｎｍである。ゲート電極１０８は、ｐｏｌｙ－Ｓｉ（ポリシリコン）からなり、その厚さは、例えば、５００ｎｍである。第１オーミック電極１２２はＮｉ（ニッケル）とＳｉ（シリコン）との合金からなり、その厚さは、例えば、５０ｎｍである。第１オーミック電極１２２は、Ｔｉ（チタン）およびＳｉ（シリコン）の合金によって構成されていてもよい。また、第２オーミック電極１１１もＴｉ（チタン）およびＳｉ（シリコン）の合金もしくはＮｉ（ニッケル）およびＳｉ（シリコン）の合金によって構成され、その厚さは、例えば、１００ｎｍである。第２オーミック電極１１１には、半導体装置１００をプラスチックパッケージに実装する際のはんだ付けを容易にするために、ＮｉとＡｇやＮｉとＡｕとを堆積してもよい。
　（第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法）
　次に、図２から図１３を参照しながら、本実施形態の半導体装置１００の製造方法を説明する。図２から図１３は、本実施形態の製造方法を説明するための工程断面の模式図である。
　まず、半導体基板１０１として、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ（０００１）基板を用意する。この基板は、例えば、＜１１－２０＞方向に８°または４°オフカットされており、ｎ型不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3～５×１０19ｃｍ-3である。
　次いで、図２に示すように、半導体基板１０１の主面１０１ａ上に、エピタキシャル成長によって第１炭化珪素層１２０を形成する。例えば原料ガスとして、シラン（ＳｉＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を用い、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を、ドーパントガスとして窒素（Ｎ2）ガスを用い、熱ＣＶＤ法によって第１炭化珪素層１２０をエピタキシャル成長させる。第１炭化珪素層１２０の厚さは１０μｍ以上であり、不純物濃度は、１×１０15ｃｍ-3～１×１０16ｃｍ-3である。
　次に、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａ上に、注入マスク材料を堆積し（図示しない）、その注入マスク材料の上にフォトレジスト（図示しない）を形成する。注入マスク材料は、例えば、ＳｉＯ2（酸化シリコン）である。酸化シリコンからなる注入マスク材料は、例えば、シラン（ＳｉＨ4）およびＮ2Ｏガスを用い、２００ＷのパワーでプラズマＣＶＤ法によって堆積する。注入マスク材料の厚さは、例えば、０．５～１．０μｍである。フォトレジスト（図示しない）は、ボディ領域１０４およびＪＦＥＴ領域６０を規定する位置および寸法を有している。フォトレジストは、例えば、感光性有機膜であり、典型的なフォトリソグラフィー法を用いて形成される。フォトレジストの厚さは、例えば、１．５～２．０μｍである。フォトレジストをマスクとして、注入マスク材料を異方性エッチングして、注入マスクパターン（第１の注入マスク）７２を形成し、その後、フォトレジストを除去する。注入マスク材料のエッチングは、例えば、ＣＦ4ガスとＣＨＦ3ガスを用いた異方性ドライエッチング法によって行う。フォトレジストは、例えば、酸素プラズマによるアッシングによって除去する。以下、特に説明しない限り、イオン注入のための注入マスクは同様の方法によって形成される。
　次いで、第１の注入マスク７２を用いて、ｐ型の不純物イオン（例えばＡｌ+）８０を第１炭化珪素層１２０に注入することによって、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａ近傍に、所定の深さを有するボディ領域１０４を形成する。イオン注入は、例えば、基板の温度を５００℃に保ち、３０ｋｅＶから３５０ｋｅＶの範囲の異なるエネルギーで複数回に分けて行う。ボディ領域１０４の深さは、例えば、０．５μｍ～１．０μｍである。ボディ領域１０４に挟まれて規定される、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａ近傍領域がＪＦＥＴ領域６０となる。本実施形態のＪＦＥＴ領域６０の幅は、例えば、３μｍである。また、第１炭化珪素層１２０のうち、ボディ領域１０４が形成されなかった残りの領域がドリフト領域１０２となる。
　次に、図３に示すように、第１の注入マスク７２を覆うように、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに注入マスク材料を堆積する。注入マスク材料は、例えば、ｐｏｌｙ－Ｓｉ（ポリシリコン）であり、熱ＣＶＤ法により、ＳｉＨ4を原料ガスとして用いることによって形成される。注入マスク材料の上に所定のパターンを有するフォトレジストを形成後、注入マスク材料を異方性エッチングすることによって、注入マスクパターン７１ａおよび７１ｂを形成する。図示した注入マスクパターン７１ｂは、フォトレジストの下方にあるパターンであり、コンタクトトレンチ１２１を形成する領域に不純物を導入しないために設けられる。注入マスクパターン７１ａは、注入マスクパターン７２のサイドウォールであり、チャネルの幅（長さ）を規定する。異方性エッチングに用いるガスは、例えば、Ｃｌ2、Ｏ2、ＨＢｒなどの混合ガスである。後の工程でトレンチエッチングを行うため、注入マスクパターン７１ｂはなくてもよい。
　次に、第１の注入マスク７２、注入マスクパターン７１ａ及び７１ｂをマスクとして、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに、ｎ型の不純物イオン８２を注入することによって、第１不純物領域１０３を形成する。不純物イオン８２としては、例えばＮ+（窒素イオン）またはＰ+（リンイオン）を用いる。第１不純物領域１０３は、ボディ領域１０４の底面よりも浅い位置に底面を有するように配置される。このため、ボディ領域１０４の少なくとも一部は、第１不純物領域１０３の底面よりも深い位置に配置される。
　第１不純物領域１０３を形成する際のイオン注入は、例えば、基板１０１の温度を５００℃に保ち、３０ｋｅＶから９０ｋｅＶの範囲の異なるエネルギーで複数回に分けて行う。第１不純物領域１０３の深さは、例えば、０．２５μｍである。
　次に、図４に示すように、注入マスクパターン７１ａ、７１ｂおよび第１の注入マスク７２を除去した後、第３の注入マスク７３を形成する。注入マスクパターン７１ａおよび７１ｂは、例えば、酸化膜からなるためＨＦ水溶液で除去し、第１の注入マスク７２はポリシリコンからなるため、ＨＦとＨＮＯ3およびＨ2Ｏ混合液で除去する。
　第３の注入マスク７３を用いて第１炭化珪素層１２０をドライエッチングすることによりコンタクトトレンチ１２１を形成する。このエッチングには、例えば、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いる。コンタクトトレンチ１２１は、第１不純物領域１０３を貫通し、ボディ領域１０４に達するように配置される。従って、第１不純物領域１０３はコンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵにおいて露出し、ボディ領域１０４はコンタクトトレンチ１２１の側壁下部１２１ｃＬおよび底面１２１ｂにおいて露出する。
　好ましくは、コンタクトトレンチ１２１の開口１２１ａの面積が底面１２１ｂの面積より大きくなる、いわゆるテーパーエッチを行うことが望ましい。これにより、コンタクトトレンチ１２１の側壁１２１ｃは第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに対して非垂直となり、側壁１２１ｃの面積を大きくすることができる。テーパーエッチを行うためには、例えば、Ｃｌ2を７０ｓｃｃｍ、ＨＢｒを５０ｓｃｃｍ、Ｏ2を２ｓｃｃｍの流量で導入し、６００ＷのＩＣＰバイアスおよび１５０ＷのＤＣバイアスを印加し、１．５Ｐａの圧力でエッチングを行う。コンタクトトレンチ１２１の深さは、第１不純物領域１０３より深いことが好ましく、例えば０．４μｍである。
　次に、図５に示すように、第３の注入マスク７３をマスクとし、コンタクトトレンチ１２１の側壁１２１ｃおよび底面１２１ｂから、コンタクトトレンチ１２１内に露出した第１不純物領域１０３およびボディ領域１０４に、ｐ型の不純物イオン８４を注入する。不純物イオン８４として、例えばＡｌ+（アルミニウムイオン）またはＢ+（ボロンイオン）を用いる。これにより、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵに沿って第２不純物領域１３２が形成される。また、側壁下部１２１ｃＬおよび底面１２１ｂに沿ってコンタクト領域１３１が形成される。第２不純物領域１３２では、注入前に当該領域に含まれていた第１導電型の不純物と、注入された第２導電型の不純物とが打ち消しあう。このため、第２不純物領域１３２は、注入前よりも低濃度の第１導電型領域となるか、あるいは、第２導電型領域となる。
　本実施形態では、例えば、基板１０１の温度を５００℃に保ち、３０ｋｅＶのエネルギーで注入を行う。コンタクト領域１３１の深さは、後に形成する第１オーミック電極１２２と接する界面において、不純物濃度が最も高くなるように決定されることが好ましい。第１オーミック電極１２２は、金属と炭化珪素が合金化することによって形成され、この際、金属の厚さと同程度の厚さの炭化珪素が合金化される。このため、第１オーミック電極１２２を形成するための金属の厚さが１００ｎｍであれば、コンタクト領域１３１の深さも１００ｎｍ程度以上（金属の厚さ以上）であることが好ましい。より好ましくは、１５０ｎｍ以上（金属の厚さの１．５倍以上）である。これにより、上記の合金化を行った後に、コンタクト領域１３１の一部を、より確実に、合金化されない状態で残すことができる。
　本実施形態では、側壁１２１ｃが開口１２１ａに面するように傾斜しているため、上面１２０ａに対して垂直にイオン注入を行うことによって、ドリフト領域１０２の側壁１２１ｃに露出している領域および底面１２１ｂに露出している領域の両方に、一度でコンタクト領域１３１を形成することができる。しかし、側壁１２１ｃが上面１２０ａに対して垂直である場合には、上面１２０ａの鉛直方向に対して一定の角度（例えば３０°）を付けて半導体基板１０１を回転させたり、９０°ずつ回して４回の注入を行っても良い。
　第３の注入マスク７３を除去した後、半導体基板１０１（より正確には、第１炭化珪素層１２０の各領域）を１０００℃以上、ここでは１８００℃の温度で活性化アニールを行う（図示しない）。これにより、第１炭化珪素層１２０の各領域に注入された不純物イオンを活性化させる。
　次に、図６に示すように、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａおよびコンタクトトレンチ１２１内に、第２炭化珪素層１０５を形成する。本実施形態における第２炭化珪素層１０５はＳｉＣから構成される。例えば、原料ガスとして、シラン（ＳｉＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を、ドーパントガスとして窒素（Ｎ2）ガスを用い、熱ＣＶＤ法によって第２炭化珪素層１０５を形成する。第２炭化珪素層１０５の不純物濃度は、１×１０15ｃｍ-3～５×１０15ｃｍ-3であり、厚さは、３０ｎｍ～１５０ｎｍである。なお、第２炭化珪素層１０５の成長の途中で窒素（Ｎ2）ガスを導入して、第２炭化珪素層１０５の一部を高濃度にしてもよい。
　次に、図７に示すように、第２炭化珪素層１０５上に、フォトレジスト７９を形成した後、フォトレジスト７９をマスクとして、第２炭化珪素層１０５をエッチングする。第２炭化珪素層１０５のエッチングは、例えば、ＣＦ4およびＯ2の混合ガスを用いたドライエッチングによって行われる。
　次に、図８に示すように、フォトレジスト７９を除去した後、第２炭化珪素層１０５の上にゲート絶縁膜（ＳｉＯ2）１０７を形成し、次いで、ゲート絶縁膜１０７の上にゲート電極（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）１０８を形成する。その後、そのゲート電極１０８の上に、フォトレジスト（不図示）を形成し、ゲート電極１０８をエッチングして、フォトレジストを除去する。
　次に、図９に示すように、ゲート電極１０８および第２炭化珪素層１０５を覆うように第１炭化珪素層１２０の上に層間絶縁膜１０９を形成する。層間絶縁膜１０９は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなり、その厚さは例えば１０００ｎｍである。
　次に、図１０に示すように、フォトレジスト７６をマスクとして、層間絶縁膜１０９をエッチングする。層間絶縁膜１０９のエッチングは、例えば、ＣＨＦ3とＯ2の混合ガスを用いたドライエッチングによって行われる。ただし、ドライエッチングのみではウエルコンタクトのために形成したトレンチの内部まではエッチングすることが困難である。
　そこで図１１に示すように、コンタクトトレンチ１２１内の層間絶縁膜１０９を除去するために、例えばＢＨＦ等を用いたウエットエッチング、もしくはＣＦ4ガス等を用いた等方性エッチングも行う。これにより、ゲート電極１０８を露出するコンタクトホール１０９ａおよびコンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂおよび側壁１２１ｃを露出するコンタクトホール１０９ｂが形成される。
　次に、図１２に示すように、フォトレジスト７６を除去した後に、コンタクトホール１０９ａおよびコンタクトホール１０９ｂ内にコンタクト金属（チタン（Ｔｉ）またはニッケル（Ｎｉ））を堆積し、熱処理を行う。例えば、コンタクト金属がＴｉからなる場合、Ｔｉを堆積した後に９５０℃の熱処理が実行される。これにより、コンタクトホール１０９ｂ内において、コンタクト金属は炭化珪素と反応し（シリサイド化）、コンタクト金属と炭化珪素層１２０との界面に金属シリサイドが形成される。ここでは、コンタクト領域１３１、第２不純物領域１３２および第１不純物領域１０３の一部が、コンタクト金属と合金化する。また、コンタクトホール１０９ａ内においては、コンタクト金属とポリシリコンとが反応し、これらの界面に金属シリサイドが形成される。次いで、コンタクト金属のうちシリサイド化されずに残った部分（未反応コンタクト金属）を除去する。このようにして、コンタクトホール１０９ｂ内に、金属シリサイドを含む第１オーミック電極１２２を形成し、コンタクトホール１０９ａ内のゲート電極１０８上に金属シリサイド層１２３を形成する。
　本実施形態では、コンタクトトレンチ１２１内および第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａ上に第１オーミック電極１２２が形成される。第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ１２１の底面１２１ｂおよび側壁下部１２１ｃＬでコンタクト領域１３１と接し、側壁上部１２１ｃＵで第２不純物領域１３２と接触している。また、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａで第１不純物領域１０３の上面と接触している。
　なお、本工程において、第２不純物領域１３２のすべてが合金化されて第１オーミック電極１２２となってもよい。この場合、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵでも、第１オーミック電極１２２と第１不純物領域１０３とを接触させることができるので、これらの接触面積を大きくできる。
　また、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに金属を堆積し、熱処理を行うことによって第２オーミック電極１１１が形成される。例えば、Ｔｉを堆積した後に９５０℃で熱処理を行うことによって形成される。
　最後に図１３に示すように、第１オーミック電極１２２および金属シリサイド層１２３と接触するようにコンタクトホール１０９ａおよび１０９ｂ内に配線１１２、１１０をそれぞれ形成する。これによって半導体装置１００が完成する。
　（第２の実施形態）
　以下、図面を参照しながら、本発明の第２の実施形態を説明する。
　図１４（ａ）は、本発明による第２の実施形態の半導体装置２００の模式的な断面図であり、図１４（ｂ）は、半導体装置２００におけるコンタクトトレンチ構造を示す拡大断面図である。
　半導体装置２００では、コンタクトトレンチ１２１の側壁下部１２１ｃＬは、側壁上部１２１ｃＵよりも大きく傾斜している。また、側壁上部１２１ｃＵに沿って第２不純物領域１３２（図１）が設けられていない。第１オーミック電極１２２は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａおよびコンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵで、第１不純物領域１０３と接触している。この他の構成は、図１に示す構成と同様である。
　本実施形態によると、前述の実施形態と同様に、コンタクト領域１３１と第１オーミック電極１２２との接触面積を拡大できるので、第１オーミック電極１２２とボディ領域１０４とのコンタクト抵抗を低減できる。また、半導体装置２００は第２不純物領域を有していないので、第１不純物領域１０３と第１オーミック電極１２２との抵抗をより低く抑えることができる。
　（第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法）
　以下、図１５を参照しながら、本実施形態の半導体装置２００の製造方法の一例を説明する。
　まず、図２～図４を参照しながら前述した方法と同様の方法で、第１炭化珪素層１２０に第１不純物領域１０３、ボディ領域１０４を形成する。
　次いで、図１５（ａ）に示すように、第１炭化珪素層１２０上に第３の注入マスク７３を形成する。この第３の注入マスク７３を用い、第１炭化珪素層１２０をドライエッチングすることによりコンタクトトレンチ１２１を形成する。このとき、コンタクトトレンチ１２１の側壁下部１２１ｃＬの傾斜角αおよび側壁上部１２１ｃＵの傾斜角βが何れも９０度より小さく、かつ、傾斜角αが傾斜角βよりも小さくなるように、エッチング条件を調整する。なお、図１５（ｂ）に示すように、「傾斜角α」は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに平行な面ｌと側壁下部１２１ｃＬとのなす角度であり、「傾斜角β」は、上面１２０ａに平行な面ｍと側壁上部１２１ｃＵとのなす角度である。なお、ここでは、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａは半導体基板１０１の主面と略平行である。
　例えばコンタクトトレンチ１２１の形成に使用するエッチングガスの種類および混合比を調整することによって、側壁上部１２１ｃＵの傾斜角βと側壁下部１２１ｃＬの傾斜角αとを互いに異ならせることができる。ここでは、例えば、側壁上部１２１ｃＵをエッチングする際にはＣｌ2を１０ｓｃｃｍ、ＨＢｒを２０ｓｃｃｍ、Ｏ2を２０ｓｃｃｍの流量で導入し、６００ＷのＩＣＰバイアスおよび１５０ＷのＤＣバイアスを印加し、１．５Ｐａの圧力でエッチングを行う。また、側壁下部１２１ｃＬをエッチングする際にはＣｌ2を１０ｓｃｃｍ、ＨＢｒを２０ｓｃｃｍ、Ｏ2を５ｓｃｃｍの流量で導入し、６００ＷのＩＣＰバイアスおよび１５０ＷのＤＣバイアスを印加し、１．５Ｐａの圧力でエッチングを行う。このように、堆積物を形成しやすい性質のガスを含むエッチングガス（例えば、Ｃｌ2、ＨＢｒ、Ｏ2の混合ガス）を用いる場合には、エッチングガスにおける酸素比率を高くするほど、横方向のエッチングが抑えられ、トレンチの側壁は垂直に近くなる。従って、酸素比率を異ならせることによって、側壁上部１２１ｃＵと側壁下部１２１ｃＬとの間で傾斜角を異ならせることが可能になる。これにより、例えば、傾斜角αが４５～７５度、傾斜角βが８０～８５度のコンタクトトレンチ１２１が得られる。
　続いて、図１６に示すように、第３の注入マスク７３を用いて、半導体基板１０１の主面１０１ａに垂直な方向から、コンタクトトレンチ１２１内に露出した第１不純物領域１０３およびボディ領域１０４に不純物イオン８４を注入する。不純物イオン８４として、例えばＡｌ+（アルミニウムイオン）またはＢ+（ボロンイオン）を用いる。これにより、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵに沿って第２不純物領域１３２が形成される。また、側壁下部１２１ｃＬおよび底面１２１ｂに沿ってコンタクト領域１３１が形成される。
　このイオン注入工程では、側壁上部１２１ｃＵの傾斜角βが大きいので、半導体基板１０１の主面１０１ａに垂直な方向から入射する不純物イオン８４は、側壁上部１２１ｃＵを通って第１不純物領域１０３に注入されにくい。このため、第２不純物領域１３２の厚さは、コンタクト領域１３１の厚さよりも小さくなる。
　この後、コンタクトトレンチ１２１内にコンタクト金属を堆積し、シリサイド化を行う。このとき、コンタクト金属の厚さを調整することにより、第２不純物領域１３２の全体（または略全体）を合金化し、かつ、コンタクト領域１３１の一部を合金化せずに残すことができる。この結果、第２不純物領域１３２の全体が第１オーミック電極となるので、第１不純物領域１０３と第１オーミック電極とを、コンタクトトレンチ１２１の側壁上部１２１ｃＵで接触させることが可能になる。
　上記方法を用いると、製造工程数を増加させることなく、第１不純物領域１０３と第１オーミック電極１２２との間の抵抗を低く抑えつつ、コンタクト領域１３１を形成することが可能になる。
　本実施形態の半導体装置の構成は、図１および図１４に示す構成に限定されない。上記の半導体装置１００、２００は、ＭＩＳＦＥＴ構造を備えているが、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）構造を備えていてもよい。この場合、第１不純物領域１０３はエミッタまたはコレクターであり、第１オーミック電極１２２はエミッタ電極またはコレクター電極であり、第２オーミック電極１１１はコレクター電極またはエミッタ電極である。
　（第３の実施形態）
　以下、図面を参照しながら、本発明による半導体装置の第３の実施形態を説明する。ここでは、縦型の炭化珪素ＭＩＳＦＥＴを例に説明するが、本発明の半導体装置は、炭化珪素層と、炭化珪素層に対してオーミック接触を形成するオーミック電極とを備えていればよく、図示する例に限定されない。
　以下の図面において、従来の半導体装置（図３７）の構成要素と実質的に同一の機能を有する構成要素には同一の参照符号を付している。また、第１導電型はｎ型およびｐ型のいずれであってもよく、第２導電型は第１導電型と異なる導電型（ｐ型またはｎ型）である。
　図１７（ａ）は、本実施形態の半導体装置３００の断面構造を模式的に示している。半導体装置３００は、主面１０１ａおよび裏面１０１ｂを有する半導体基板１０１に支持されている。本実施形態では、半導体基板１０１として、炭化珪素を含む第１導電型の半導体基板を用いる。半導体基板１０１の主面１０１ａ上には、第１炭化珪素層１２０が形成されている。本実施形態では、第１炭化珪素層１２０は、半導体基板１０１の主面１０１ａ上に炭化珪素をエピタキシャル成長させることによって形成された炭化珪素エピタキシャル層である。第１炭化珪素層１２０の表面領域には、第１導電型の第１不純物領域１０３と、第１不純物領域１０３と隣接するように配置された第２導電型のボディ領域１０４とが形成されている。ここでは、第１不純物領域１０３は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａにおいて、ボディ領域１０４に包囲されるように配置されている。第１不純物領域１０３の不純物濃度は、半導体基板１０１の不純物濃度よりも高い。第１炭化珪素層１２０のうち、ボディ領域１０４および第１不純物領域１０３以外の領域には、第１導電型のドリフト領域１０２が形成されている。ドリフト領域１０２の不純物濃度は半導体基板１０１の不純物濃度よりも低い。
　ボディ領域１０４内には、ボディ領域１０４と接し、かつ、ボディ領域１０４よりも不純物濃度の高い第２導電型のコンタクト領域２０２が形成されている。コンタクト領域２０２の少なくとも一部は、第１不純物領域１０３よりも深い位置に配置されている。なお、本明細書において、第１炭化珪素層１２０に形成された各領域の「深さ」は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａからの深さを意味する。
　より具体的には、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａから所定の深さまでの領域にボディ領域１０４が形成されており、ボディ領域１０４内において、上面１２０ａから所定の深さまでの領域に第１不純物領域１０３が形成されている。第１不純物領域１０３の底部はボディ領域１０４の底部の位置よりも浅く、第１不純物領域１０３はボディ領域１０４から突き出してはいない。ボディ領域１０４および第１不純物領域１０３は第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａにおいて露出している。また、コンタクト領域２０２は、ボディ領域１０４内において、第１不純物領域１０３の底面よりも深い位置に設けられている。
　図１７（ｂ）はボディ領域１０４の拡大断面図である。図１７（ｂ）に示すように、第１炭化珪素層１２０には、コンタクトトレンチ３０１が設けられている。コンタクトトレンチ３０１は、第１不純物領域１０３を貫通し、コンタクト領域２０２に達している。コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂは、第１不純物領域１０３の底面およびコンタクト領域２０２の上面よりも深く、コンタクト領域２０２の底面より浅い。コンタクト領域２０２は、その上に位置する第１不純物領域１０３と接する（部分的に重なる）ように形成されていてもよいが、図示するように、第１不純物領域１０３の底面よりも深い位置に配置され、第１不純物領域１０３と接していないことが好ましい。コンタクト領域２０２が第１不純物領域１０３の底面よりも深い位置に配置されていると、コンタクト領域２０２の底面のみでなく側面全体をボディ領域１０４と接触させることができる。
　コンタクトトレンチ３０１内には、第１オーミック電極１２２が設けられている。第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂおよび側壁３０１Ｓの一部でコンタクト領域２０２と接している。図示する例では、オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ３０１の側壁３０１Ｓのうち第１不純物領域１０３の底面と同じまたはそれよりも浅い部分（側壁上部）３０１Ｓ1で第１不純物領域１０３とオーミック接触を形成している。また、第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂ、および、コンタクトトレンチ３０１の側壁３０１Ｓのうち第１不純物領域１０３の底面よりも深い部分（側壁下部）３０１Ｓ2で、コンタクト領域２０２とオーミック接触を形成している。なお、第１オーミック電極１２２は、側壁下部３０１Ｓ2の全体でコンタクト領域２０２と接する必要はない。例えば、側壁下部Ｓ2の一部（底面３０１Ｂの近傍に位置する部分）でのみコンタクト領域２０２と接していてもよい。
　半導体基板１０１の主面１０１ａに垂直な方向から見て、コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂは、コンタクト領域２０２の輪郭の内部に位置していることが好ましい。これにより、チップ面積を増大させることなく、第１オーミック電極１２２とコンタクトトレンチ３０１との接触面積をより確実に確保できる。
　本実施形態では、半導体基板１０１の主面１０１ａの垂直方向から見て、第１不純物領域１０３の少なくとも一部はコンタクト領域２０２と重なっている。より具体的には、半導体基板１０１の主面１０１ａに垂直な方向から見て、コンタクト領域２０２のうちコンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂの周囲に位置する部分は、第１不純物領域１０３と重なっている。また、重なっている部分は、半導体基板１０１の主面１０１ａに略平行な上面を有し、コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂの下方に位置する部分よりも厚い。
　半導体装置３００は、上記構造のコンタクトトレンチ３０１を備えるため、次のような利点を有する。第１オーミック電極１２２は、コンタクトトレンチ３０１の側壁の上部３０１Ｓ1で第１不純物領域１０３と接触するとともに、第１不純物領域１０３の底面より深い位置において、コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂにおいてだけでなく、側壁の下部３０１Ｓ2においても、コンタクト領域２０２と接触する。このため、第１不純物領域１０３と第１オーミック電極１２２との接触面積を確保しつつ、コンタクト領域２０２と第１オーミック電極１２２との接触面積を拡大できる。したがって、第１オーミック電極１２２の第１不純物領域１０３へのコンタクト抵抗を下げることにより低オン抵抗を実現できる。また、第１オーミック電極１２２のボディ領域１０４へのコンタクト抵抗を低減することができるので、ボディ領域１０４の電位を第１オーミック電極１２２の電位と極めて高い速度で一致させることができる。よって、ボディ領域１０４の電位変動の遅延を抑制でき、半導体装置３００のスイッチング速度を高めることができる。
　従来の半導体装置（図３７）では、コンタクト領域２０２を第１炭化珪素層１２０の表面から第１不純物領域１０３の厚さ方向に亘って形成する必要があったが、本実施形態によると、コンタクト領域２０２を第１不純物領域１０３内に配置する必要が無く、ボディ領域１０４内にのみ形成すればよい。このため、コンタクト領域２０２を形成するためのイオン注入回数を従来よりも少なくできる。したがって、半導体装置の製造に要する時間を短縮し、製造コストを低減させることができる。
　コンタクトトレンチ３０１の側壁３０１Ｓの少なくとも一部は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに対して非垂直であることがより好ましい。これにより、コンタクトトレンチ３０１の側壁３０１Ｓが上面１２０ａに垂直である場合と比べて、コンタクト領域２０２および第１不純物領域１０３と第１オーミック電極１２２との接触面積を拡大できる。
　第１オーミック電極１２２と第１不純物領域１０３とをより確実に接触させるためには、コンタクトトレンチ３０１の側壁３０１Ｓは、上面１２０ａの法線に対して、コンタクトトレンチ３０１の開口の面積が底面３０１Ｂの面積より大きくなる方向に傾斜することが好ましい。コンタクトトレンチ３０１の側壁３０１Ｓの、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに対する傾斜角は、４５度以上８５度以下であることが好ましい。これにより、チップ面積の増大を抑えつつ、コンタクト領域２０２および第１不純物領域１０３と第１オーミック電極１２２との接触面積をより効果的に拡大できる。
　また、チップ面積を縮小するためには、図１７（ｂ）に示す断面（半導体基板１０１の主面１０１ａに垂直な任意の断面）において、コンタクト領域２０２のうち、コンタクトトレンチ３０１の底面の端部から横方向にはみ出す部分の長さ（はみ出し量）Ｗ１、Ｗ２は小さいほうが望ましい。はみ出し量Ｗ１、Ｗ２は、それぞれ、上記断面において、コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂの両端部と、それぞれに近接するコンタクト領域２０２の側面との間の、半導体基板１０１の主面１０１ａと平行な距離を指す。ただし、コンタクトトレンチ３０１をマスク合わせで形成する場合には、合わせズレを考慮して設計する必要があるために、はみ出し量Ｗ１、Ｗ２の縮小に限度がある。このため、後述するように、コンタクトトレンチ３０１はコンタクト領域２０２に対して自己整合的に形成されていることが好ましい。このような自己整合プロセスを利用すると、はみ出し量Ｗ１、Ｗ２は略等しくなる。言い換えると、例えば図１７（ｃ）に例示するように、半導体基板１０１の主面１０１ａの垂直方向から見て、コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂはコンタクト領域２０２の輪郭の略中央に配置される。
　ドリフト領域１０２のうち隣接するボディ領域１０４に挟まれた領域はＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）領域６０と呼ばれる。半導体装置３００は、ボディ領域１０４に設けられた第１不純物領域１０３からＪＦＥＴ領域６０を経て半導体基板１０１の裏面１０１ｂへと至るパスにおける電流の制御を行う。このために、半導体装置３００は、少なくともボディ領域１０４のうち第１不純物領域１０３とＪＦＥＴ領域６０との間に位置する領域（以下、「ボディ領域１０４の一部領域」と呼ぶ）４０の上方に設けられたゲート絶縁膜１０７と、ゲート絶縁膜１０７上に設けられたゲート電極１０８とを備え、第１オーミック電極１２２とゲート電極１０８との間に印加する電圧によって、上述の電流制御を行う。この際、上述したようにボディ領域１０４の一部領域４０の電位を第１オーミック電極１２２の電位と極めて高い速度で一致させることができる。したがって、第１オーミック電極１２２とゲート電極１０８との間に印加する電圧による、スイッチングに対して、遅延を生じることなく半導体装置３００を動作させることが可能となる。
　このような理由から、ゲート電極１０８に印加する電圧による電流制御が可能である限り、半導体装置３００は蓄積型チャネルを備えていてもよいし、反転型チャネルを備えていてよい。本実施形態では、半導体装置３００は、ボディ領域１０４のうち第１不純物領域１０３およびＪＦＥＴ領域６０の間に位置する一部領域４０とゲート絶縁膜１０７との間に、一部領域４０と接して配置された第２炭化珪素層１０５をさらに備えている。第２炭化珪素層１０５は、例えばエピタキシャル層であり、蓄積型チャネルとして機能する。第２炭化珪素層１０５は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａにおいて、ボディ領域１０４の一部領域４０を跨いで、第１不純物領域１０３およびドリフト領域１０２と接している。反転型チャネルを有する半導体装置の場合、ゲート絶縁膜１０７は、ボディ領域１０４の一部領域４０と直接接触するように配置される。
　第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａを覆うように層間絶縁膜１０９が設けられており、層間絶縁膜１０９にはゲート電極１０８を露出するコンタクトホール１０９ａおよび第１オーミック電極１２２を露出するコンタクトホール１０９ｂが設けられている。
　コンタクトホール１０９ａ内には配線１１２が設けられており、配線１１２はゲート電極１０８と電気的に接続している。本実施形態では、配線１１２とゲート電極１０８との間に金属シリサイド層１２３が設けられている。また、コンタクトホール１０９ｂ内には配線１１０が設けられており、配線１１０は第１オーミック電極１２２と接触し、電気的に接続している。半導体基板１０１の裏面１０１ｂには第２オーミック電極１１１が設けられている。
　本実施形態の半導体装置３００は、ＳｉＣ半導体から構成されるパワー半導体デバイスであり、高耐圧、大電流、高速動作用に好適に使用される。以下、本実施形態の具体的な構成の一例を示す。
　本実施形態の一例において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。また、第１オーミック電極１２２はソース電極であり、第２オーミック電極１１１はドレイン電極である。第１不純物領域１０３はソース領域である。
　半導体基板１０１は、六方晶系炭化珪素から構成されている。半導体基板１０１の厚さは、例えば、２５０μｍ～３５０μｍであり、半導体基板１０１の不純物濃度は、例えば、８×１０18ｃｍ-3（ｎ+）である。不純物濃度を低く設定する場合には、立方晶系炭化珪素から構成された基板を半導体基板１０１に用いることもできる。
　第１炭化珪素層１２０は、半導体基板１０１の主面１０１ａ上にエピタキシャル成長によって形成されている。第１炭化珪素層１２０の厚さは、例えば、４μｍ～１５μｍであり、不純物濃度は、例えば、５×１０15ｃｍ-3（ｎ-）である。半導体基板１０１と第１炭化珪素層１２０との間に、別のエピタキシャル層（例えば、６×１０16ｃｍ-3の濃度を有するＳｉＣ層）を設けてもよい。
　ボディ領域１０４の厚さ（即ち、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａからボディ領域１０４の底面までの深さ）は、例えば、０．５μｍ～１．０μｍであり、ボディ領域１０４の不純物濃度は、例えば、１．５×１０18ｃｍ-3（ｐ-）である。また、第１不純物領域１０３の厚さ（即ち、上面１２０ａから第１不純物領域１０３の底面までの深さ）は、例えば、０．４μｍであり、第１不純物領域１０３の不純物濃度は、例えば、５×１０19ｃｍ-3（ｎ++）である。
　コンタクト領域２０２の上面は、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａから０．４５μｍの深さに位置しており、コンタクト領域２０２の底面は上面１２０ａから０．４５～０．９μｍの深さに位置している。コンタクト領域２０２の濃度は、例えば、２×１０20ｃｍ-3（ｐ+）である。コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂは、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａから約０．４４～０．８５μｍの深さに位置しており、ボディ領域１０４の底部より浅い。第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａにおけるＪＦＥＴ領域６０の長さＤｊは、例えば３μｍであり、ボディ領域１０４の一部領域４０の長さＤｃは、例えば０．５μｍである。
　第２炭化珪素層１０５は、第１炭化珪素層１２０上にエピタキシャル成長によって形成されている。第２炭化珪素層１０５の厚さは、例えば、３０ｎｍ～１５０ｎｍである。また、第２炭化珪素層１０５の濃度は、例えば２×１０18ｃｍ-3（ｎ-）である。
　ゲート絶縁膜１０７は、酸化膜、酸窒化膜、またはこれらの膜の積層膜であってもよい。ここでは、例えばＳｉＯ2（酸化シリコン）から構成されている。ゲート絶縁膜１０７の厚さは、例えば、７０ｎｍである。ゲート電極１０８は、例えば、ｐｏｌｙ－Ｓｉ（ポリシリコン）によって構成されており、その厚さは、例えば、５００ｎｍである。
　第１オーミック電極１２２は、Ｎｉ（ニッケル）とＳｉ（シリコン）との合金によって構成され、その厚さは、例えば、５０ｎｍである。第１オーミック電極１２２は、Ｔｉ（チタン）およびＳｉ（シリコン）の合金によって構成されていてもよい。また、第２オーミック電極１１１も、例えば、Ｔｉ（チタン）およびＳｉ（シリコン）の合金もしくはＮｉ（ニッケル）およびＳｉ（シリコン）の合金によって構成され、その厚さは、例えば、１００ｎｍである。半導体装置３００をプラスチックパッケージに実装する際のはんだ付けを容易にするために、第２オーミック電極１１１上に、ＮｉとＡｇ、あるいはＮｉとＡｕとを堆積してもよい。
　上記では、半導体装置３００が、第１導電型としてｎ型、第２導電型としてｐ型の導電型を有する場合を例に説明したが、第１導電型としてｐ型、第２導電型としてｎ型の導電型を有してもよい。また、図１７に示す半導体装置３００はプレーナ型のＭＩＳＦＥＴであるが、本実施形態の半導体装置はトレンチゲート構造のＭＩＳＦＥＴであってもよい。さらに、ＭＩＳＦＥＴに限定されず、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）などの他の半導体装置であってもよい。ＩＧＢＴは、図１７に示す半導体装置３００と同様の構成を有してもよい。ただし、半導体基板１０１として第２導電型の基板を用いる。また、第１不純物領域１０３はエミッタまたはコレクター領域、第１オーミック電極１２２はエミッタ電極またはコレクター電極、第２オーミック電極１１１はコレクター電極またはエミッタ電極となる。
　（第３の実施形態の半導体装置の製造方法１）
　次に、図１８から図２９を参照しながら、本実施形態の半導体装置の製造方法１を説明する。図１８から図２９は、本実施形態の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である。
　まず、半導体基板１０１として、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ（０００１）基板を用意する。この基板は、例えば、＜１１－２０＞方向に８°または４°オフカットされており、ｎ型不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3～５×１０19ｃｍ-3である。
　次いで、図１８に示すように、半導体基板１０１の主面１０１ａ上に、エピタキシャル成長によって第１炭化珪素層１２０を形成する。例えば原料ガスとして、シラン（ＳｉＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を用い、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を、ドーパントガスとして窒素（Ｎ2）ガスを用い、熱ＣＶＤ法によって第１炭化珪素層１２０をエピタキシャル成長させる。第１炭化珪素層１２０の厚さは１０μｍ以上であり、不純物濃度は、１×１０15ｃｍ-3～１×１０16ｃｍ-3である。
　次に、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａ上に、注入マスク材料を堆積し（図示しない）、その注入マスク材料の上にフォトレジスト（図示しない）を形成する。注入マスク材料は、例えば、ＳｉＯ2（酸化シリコン）である。酸化シリコンによって構成された注入マスク材料は、例えば、シラン（ＳｉＨ4）およびＮ2Ｏガスを用い、２００ＷのパワーでプラズマＣＶＤ法によって堆積する。注入マスク材料の厚さは、例えば、０．５～１．０μｍである。フォトレジスト（図示しない）は、ボディ領域１０４およびＪＦＥＴ領域６０を規定する位置および寸法を有している。フォトレジストは、例えば、感光性有機膜であり、典型的なフォトリソグラフィー法を用いて形成される。フォトレジストの厚さは、例えば、１．５～２．０μｍである。フォトレジストをマスクとして、注入マスク材料をエッチングして、第１の注入マスク７２を形成し、その後、フォトレジストを除去する。注入マスク材料のエッチングは、例えば、ＣＦ4ガスとＣＨＦ3ガスを用いた異方性ドライエッチング法によって行う。フォトレジストは、例えば、酸素プラズマによるアッシングによって除去する。以下、特に説明しない限り、イオン注入のための注入マスクは同様の方法によって形成される。
　次いで、第１の注入マスク７２をマスクとして用い、第２導電型の不純物８０として、例えばＡｌ+を第１炭化珪素層１２０に注入することによって、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａ近傍に、所定の深さを有するボディ領域１０４を形成する。イオン注入は、例えば、基板の温度を５００℃に保ち、３０ｋｅＶから３５０ｋｅＶの範囲の異なるエネルギーで複数回に分けて行う。ボディ領域１０４の深さは、例えば、０．５μｍ～１．０μｍである。ボディ領域１０４に挟まれて規定される、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａ近傍領域がＪＦＥＴ領域６０となる。本実施形態のＪＦＥＴ領域６０の幅Ｄｊは、例えば、３μｍである。また、第１炭化珪素層１２０のうち、ボディ領域１０４が形成されなかった残りの領域がドリフト領域１０２となる。
　次に、図１９に示すように、第１の注入マスク７２を覆うように、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに注入マスク材料を堆積する。注入マスク材料は、例えば、ｐｏｌｙ－Ｓｉ（ポリシリコン）であり、熱ＣＶＤ法により形成される。原料ガスとして例えばＳｉＨ4を用いる。注入マスク材料を異方性エッチングによりエッチングすることによって、第１の注入マスク７２の側壁に第１のサイドウォール７１を形成する。第１のサイドウォール７１は、チャネルの長さ（幅）Ｄｃを規定する。異方性エッチングに用いるガスは、例えば、Ｃｌ2、Ｏ2、ＨＢｒなどの混合ガスである。
　次に、第１の注入マスク７２および第１のサイドウォール７１をマスクとして、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに、第１導電型の不純物８２として、例えば、Ｎ+（窒素イオン）またはＰ+（リンイオン）を注入することによって、第１不純物領域１０３を形成する。イオン注入は、例えば、半導体基板１０１の温度を５００℃に保ち、３０ｋｅＶから９０ｋｅＶの範囲の異なるエネルギーで複数回に分けて行う。第１不純物領域１０３の深さは、例えば、０．２５μｍである。
　続いて、第１の注入マスク７２および第１のサイドウォール７１を除去する。第１の注入マスク７２は、例えば、酸化シリコンによって構成されているためＨＦ水溶液で除去し、第１のサイドウォール７１はポリシリコンによって構成されているため、ＨＦとＨＮＯ3およびＨ2Ｏ混合液で除去する。
　この後、図２０に示すように、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａの上に、第３の注入マスク７３を形成する。第３の注入マスク７３を用いて、例えばＡｌイオンを２８０ｋｅＶで注入することにより、第１不純物領域１０３の下方であり、かつボディ領域１０４の内部に、コンタクト領域２０２を形成する。
　第３の注入マスク７３を除去した後に、図示しないが、第１炭化珪素層１２０に注入した不純物イオンを活性化させるためのアニール（活性化アニール）を行なう。活性化アニールは、例えばＡｒ雰囲気中、１７００℃の温度で３０分間行う。
　次に、図２１に示すように、トレンチエッチング用マスク７４を形成し、これをマスクとして第１炭化珪素層１２０に対してドライエッチングを行うことにより、ボディコンタクトのためのコンタクトトレンチ３０１を形成する。このエッチングには、例えば、Ｃｌ2とＨＢｒとＯ2との混合ガスを用いる。
　コンタクトトレンチ３０１の開口の面積が底面の面積より大きくなる、いわゆるテーパーエッチを行うことが望ましい。これにより、コンタクトトレンチ３０１の側壁３０１Ｓは第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａに対して非垂直となり、側壁３０１Ｓの面積を大きくすることができる。従って、後でコンタクトトレンチ３０１内に形成される第１オーミック電極と、第１不純物領域１０３およびコンタクト領域２０２との接触面積を増大できるので、これらの間の接触抵抗を低減できる。
　テーパーエッチを行うためには、例えば、Ｃｌ2を７０ｓｃｃｍ、ＨＢｒを５０ｓｃｃｍ、Ｏ2を２ｓｃｃｍの流量で導入し、６００ＷのＩＣＰバイアスおよび１５０ＷのＤＣバイアスを印加し、１．５Ｐａの圧力でエッチングを行う。
　コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂは、第１不純物領域１０３の底面およびコンタクト領域２０２の上面よりも深く、かつ、コンタクト領域２０２の底面よりも浅いことが好ましい。コンタクトトレンチ３０１の深さ（第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａからコンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂまでの深さ）は例えば０．４μｍである。
　なお、この例では、トレンチエッチング用マスク７４は、その開口部がコンタクト領域２０２上に位置し、かつ、開口部の幅がコンタクト領域２０２の幅よりも小さくなるように設計される。従って、コンタクトトレンチ３０１の開口および底面３０１Ｂの幅は、何れも、コンタクト領域２０２の幅よりも小さくなる。
　次に、図２２に示すように、第１炭化珪素層１２０の上面１２０ａの上およびコンタクトトレンチ３０１内に、第２炭化珪素層１０５を形成する。本実施形態における第２炭化珪素層１０５はＳｉＣから構成される。例えば、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を、ドーパントガスとして窒素（Ｎ2）ガスを用い、熱ＣＶＤ法によって第２炭化珪素層１０５を形成する。第２炭化珪素層１０５の導電型は第１導電型であり、その不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3～５×１０18ｃｍ-3である。また、第２炭化珪素層１０５の厚さは、３０ｎｍ～１５０ｎｍである。なお、第２炭化珪素層１０５の成長の途中で窒素（Ｎ2）ガスを導入して、第２炭化珪素層１０５の一部を高濃度にしてもよい。
　次に、図２３に示すように、第２炭化珪素層１０５上に、フォトレジスト７６を形成した後、フォトレジスト７６をマスクとして、第２炭化珪素層１０５をエッチングする。第２炭化珪素層１０５のエッチングは、例えば、ＣＦ4およびＯ2の混合ガスを用いたドライエッチングによって行われる。
　次に、図２４に示すように、フォトレジスト７６を除去した後、第２炭化珪素層１０５の上にゲート絶縁膜（ＳｉＯ2）１０７を形成し、次いで、ゲート絶縁膜１０７の上にゲート電極（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）１０８を形成する。その後、そのゲート電極１０８の上に、フォトレジスト（不図示）を形成し、ゲート電極１０８をエッチングして、フォトレジストを除去する。なお、ゲート絶縁膜１０７とゲート電極１０８とを、同じフォトレジストを用いて同時にパターニングしてもよい。その場合は、半導体基板１０１の主面１０１ａの垂直方向から見て、ゲート絶縁膜１０７の端部とゲート電極１０８の端部とが略整合する（図示せず）。
　次に、図２５に示すように、ゲート電極１０８および第２炭化珪素層１０５を覆うように第１炭化珪素層１２０の上に層間絶縁膜１０９を形成する。層間絶縁膜１０９は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）によって構成され、その厚さは例えば１０００ｎｍである。
　次に、図２６に示すように、フォトレジスト７７をマスクとして、層間絶縁膜１０９をエッチングする。層間絶縁膜１０９のエッチングは、例えば、ＣＨＦ3とＯ2の混合ガスを用いたドライエッチングによって行われる。ただし、ＣＨＦ3とＯ2の混合ガスを用いたドライエッチングのみでは、層間絶縁膜１０９のうちコンタクトトレンチ３０１内に位置する部分ｒまでエッチングすることは困難である。
　そこで、図２７に示すように、コンタクトトレンチ３０１内に位置する部分ｒを除去するために、例えばＢＨＦ等を用いたウエットエッチング、もしくはＣＦ4ガス等を用いた等方性エッチングも行う。これにより、ゲート電極１０８を露出するコンタクトホール１０９ａおよびコンタクトトレンチ３０１の底面および側面を露出するコンタクトホール１０９ｂが形成される。
　次に、図２８に示すように、フォトレジスト７７を除去した後に、コンタクトホール１０９ａおよびコンタクトホール１０９ｂ内にコンタクト金属（チタン（Ｔｉ）またはニッケル（Ｎｉ））を堆積し、熱処理を行って、コンタクト金属を炭化珪素またはポリシリコンと反応させる（シリサイド化）。コンタクト金属としてＴｉを堆積する場合、Ｔｉを堆積した後に例えば９５０℃の温度で熱処理を行うことによって、シリサイド化を実行できる。
　次いで、コンタクト金属のうちシリサイド化されなかった部分（未反応部分）を除去する。これによって、コンタクトトレンチ３０１内に、金属シリサイドから構成され、かつ、第１不純物領域１０３およびコンタクト領域２０２と接する第１オーミック電極１２２が形成される。また、コンタクトホール１０９ａ内においてゲート電極１０８上に金属シリサイド層１２３が形成される。このように、本実施形態では、コンタクトトレンチ３０１内において、コンタクト領域２０２および第１不純物領域１０３の一部がコンタクト金属と合金化し、第１オーミック電極１２２となる。
　また、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに金属を堆積し、熱処理を行うことによって第２オーミック電極１１１が形成される。例えば、Ｔｉを堆積した後に９５０℃で熱処理を行うことによって形成される。
　最後に図２９に示すように、第１オーミック電極１２２および金属シリサイド層１２３と接触するように、コンタクトホール１０９ａおよび１０９ｂ内に配線１１２、１１０をそれぞれ形成する。このようにして、半導体装置３００が完成する。
　上述した製造方法１によると、第１不純物領域１０３の下方に、所望の厚さのコンタクト領域２０２を形成すればよく、従来の半導体装置１０００（図３７）のように、コンタクト領域２０２を第１不純物領域１０３の厚さ方向に亘って形成する必要がない。このため、コンタクト領域２０２の厚さを従来よりも薄くできるので、コンタクト領域２０２を形成するためのイオン注入の回数を低減できる。従って、従来の製造方法よりも、製造に要する時間を短縮でき、かつ、製造コストを低減できる。また、コンタクトトレンチ３０１の底面３０１Ｂのみでなく側壁３０１Ｓの一部でも、第１オーミック電極１２２とコンタクト領域２０２とを接触させることができるので、チップ面積の増大を抑えつつ、第１オーミック電極１２２とコンタクト領域２０２との接触面積を確保できる。この結果、第１オーミック電極１２２とボディ領域１０４とのコンタクト抵抗を低減できるので、スイッチング遅延を抑制できる。
　また、上記方法によると、第１炭化珪素層１２０に対する不純物の注入工程を全て行った後にコンタクトトレンチ３０１を形成する。このため、コンタクトトレンチ３０１の形成前に、第１炭化珪素層１２０に注入された不純物を活性化させるための活性化アニールを行うことができる。本発明者が検討したところ、コンタクトトレンチ３０１の形成後に活性化アニールを行うと、活性化アニール時に、コンタクトトレンチ３０１によって露出された炭化珪素が昇華し、炭化珪素層表面が消失する。この結果、例えばコンタクト領域２０２が薄くなるおそれがある。コンタクト領域２０２が薄くなると、第１オーミック電極形成工程において、コンタクト領域２０２全体がコンタクト金属と反応（シリサイド化）されてしまい、第１オーミック電極１２２とボディ領域１０４とのコンタクト抵抗を十分に低減できない可能性もある。これを回避するためには、コンタクト領域２０２を予め厚く形成しておく必要がある。これに対し、コンタクトトレンチ３０１の形成前に活性化アニールを行うと、炭化珪素の昇華を考慮して、例えばコンタクト領域２０２を予め厚く形成しておく必要がないので、半導体装置３００をより微細化することができる。
　（第３の実施形態の半導体装置の製造方法２）
　次に、本実施形態の半導体装置の製造方法２を説明する。図３０は、本実施形態の製造方法２を説明するための模式的な工程断面図である。
　まず、図１８～図２０を参照しながら前述した製造方法１と同様の工程で、第１炭化珪素層１２０に対する不純物の注入工程を行う。
　次いで、図３０に示すように、コンタクト領域２０２の形成に用いた第３の注入マスク７３を覆うように、マスク材料、例えばＣＶＤ方法によりシリコン酸化膜を形成する（不図示）。この後、異方性エッチングを行う。これにより、第３の注入マスク７３の側面上に、シリコン酸化膜で構成される第２のサイドウォール７５を得る。続いて、第３の注入マスク７３および第２のサイドウォール７５をエッチングマスクとしてコンタクトトレンチ３０１を形成する。
　コンタクトトレンチ３０１を形成した後、第３の注入マスク７３および第２のサイドウォール７５を除去する。続いて、第１炭化珪素層１２０に注入された不純物イオンを活性化させる活性化アニールを行う。このように、この方法では、活性化アニールはコンタクトトレンチ３０１を形成した後に行われる。
　この後の工程は、図２２から図２９を参照しながら前述した製造方法１の工程と同様であるため説明を省略する。
　製造方法２でも、製造方法１と同様に、コンタクト領域２０２を形成する際のイオン注入回数を従来よりも低減できる。また、チップ面積の増大を抑えつつ、第１オーミック電極１２２とコンタクト領域２０２との接触面積を確保できる。
　さらに、製造方法２によると、第２のサイドウォール７５を形成し、これをエッチングマスクとしてコンタクトトレンチ３０１を形成することにより、コンタクトトレンチ３０１をコンタクト領域２０２に対して自己整合的に形成できる。したがって、リソグラフィーの重ねあわせズレを考慮する必要が無くなり、第３の注入マスク７３の開口領域を小さくすることができるので、半導体装置３００をより微細化することが可能となる。
　（第３の実施形態の半導体装置の製造方法３）
　次に、本実施形態の半導体装置の製造方法３を説明する。図３１は、本実施形態の製造方法３を説明するための模式的な工程断面図である。
　まず、図１８および図１９を参照しながら前述した製造方法１と同様の工程で、第１炭化珪素層１２０にボディ領域１０４および第１不純物領域１０３を形成する。
　次いで、図３１に示すように、第１不純物領域１０３の形成に使用した注入マスク（ここでは第１の注入マスク７２および第１のサイドウォール７１）を用いて、ボディ領域１０４内に第２導電型の不純物を注入する。これにより、第１不純物領域１０３の下方にコンタクト領域２０２を形成する。この方法では、半導体基板１０１の主面１０１ａの垂直方向から見て、第１不純物領域１０３の輪郭と略整合する輪郭を有するコンタクト領域２０２が形成される。
　コンタクト領域２０２を形成した後、第１の注入マスク７２および第１のサイドウォール７１を除去する。続いて、第１炭化珪素層１２０に注入された不純物イオンを活性化させる活性化アニールを行う。
　この後の工程は、図２１から図２９を参照しながら前述した製造方法１の工程と同様であるため説明を省略する。
　なお、ここでは、第１の注入マスク７２および第１のサイドウォール７１を形成した後、第１不純物領域１０３を先に形成したが、第１炭化珪素層１２０にコンタクト領域２０２を先に形成し、続いて、第１不純物領域１０３を形成してもよい。
　製造方法３でも、製造方法１と同様に、コンタクト領域２０２を形成する際のイオン注入回数を従来よりも低減できる。また、チップ面積の増大を抑えつつ、第１オーミック電極１２２とコンタクト領域２０２との接触面積を確保できる。
　さらに、製造方法３によると、コンタクト領域２０２を形成するための注入マスクをフォトリソグラフィーによって形成する必要がないので、製造工程をより簡便にできる。また、コンタクト領域２０２をボディ領域１０４に対して自己整合的に形成できる。さらに、製造方法１で説明したように、コンタクトトレンチ３０１の形成前に活性化アニールを行うことにより、活性化アニール時の炭化珪素の昇華を考慮する必要がないので、より効果的に微細化を実現できる。
　（第３の実施形態の半導体装置の製造方法４）
　次に、本実施形態の半導体装置の製造方法４を説明する。図３２は、本実施形態の製造方法４を説明するための模式的な工程断面図である。
　図３１を参照しながら前述した製造方法３と同様の方法で、第１不純物領域１０３の形成に使用した注入マスクを用いて、第１炭化珪素層１２０にコンタクト領域２０２を形成するための不純物の注入工程を行う。
　次いで、図３２に示すように、コンタクト領域２０２の形成に使用した注入マスク（ここでは、第１の注入マスク７２および第１のサイドウォール７１）を覆うように、マスク材料、例えばＣＶＤ方法によるシリコン酸化膜を形成する（不図示）。この後、異方性エッチングを行う。これにより、第１のサイドウォール７１の側面上に、シリコン酸化膜で構成される第２のサイドウォール７５’が得られる。続いて、第１の注入マスク７２、第１のサイドウォール７１および第２のサイドウォール７５’をエッチングマスクとして、コンタクトトレンチ３０１を形成する。
　コンタクトトレンチ３０１を形成した後、第１の注入マスク７２、第１のサイドウォール７１および第２のサイドウォール７５’を除去する。続いて、第１炭化珪素層１２０に注入された不純物イオンを活性化させる活性化アニールを行う。このように、この方法では、活性化アニールはコンタクトトレンチ３０１を形成した後に行われる。
　この後の工程は、図２２から図２９を参照しながら前述した製造方法１の工程と同様であるため説明を省略する。
　製造方法４でも、製造方法１と同様に、コンタクト領域２０２を形成する際のイオン注入回数を従来よりも低減できる。また、チップ面積の増大を抑えつつ、第１オーミック電極１２２とコンタクト領域２０２との接触面積を確保できる。
　さらに、製造方法４によると、コンタクトトレンチ３０１、コンタクト領域２０２および第１不純物領域１０３を、何れも、ボディ領域１０４に対して自己整合的に形成できる。したがって、リソグラフィーの重ねあわせズレを考慮する必要が無くなり、半導体装置３００をさらに効果的に微細化することが可能となる。
　本実施形態の製造方法は上記方法に限定されず、種々の改変が可能である。例えば、第１～製造方法４では、ボディ領域１０４を形成するための第１の注入マスク７２に第１のサイドウォール７１を形成することによって、第１不純物領域１０３を形成する際の注入マスクを設けているが、第１不純物領域１０３を形成する際の注入マスクを、第１の注入マスク７２とは別個にフォトリソグラフィーによって形成してもよい。
　上述した第１～第３の実施形態の半導体装置は、プレーナ構造を有するＭＩＳＦＥＴであるが、ゲートトレンチ構造を有するＭＩＳＦＥＴであってもよい。
　図３３および図３４は、それぞれ、第１～第３の実施形態の他の半導体装置を例示する模式的な断面図である。図３３および図３４に示す半導体装置４００、５００は、いずれも、ゲートトレンチ構造を有する反転チャネル型のＭＩＳＦＥＴである。簡単のため、図１および図１７と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
　図３３に示す半導体装置４００は、図１に示す半導体装置１００と同様のコンタクトトレンチ構造を有している。また、図３４に示す半導体装置５００は、図１７に示す半導体装置３００と同様のコンタクトトレンチ構造を有している。
　これらの半導体装置４００、５００では、第１不純物領域１０３は第１炭化珪素層１２０の表面領域に配置されており、ボディ領域１０４は第１不純物領域１０３の下方に、第１不純物領域１０３に接して形成されている。コンタクト領域２０２は、ボディ領域１０４内に配置され、ボディ領域１０４と電気的に接続されている。ドリフト領域１０２は、ボディ領域１０４と半導体基板１０１との間に配置されている。
　第１炭化珪素層１２０には、第１不純物領域１０３およびボディ領域１０４を貫通し、ドリフト領域１０２に達するゲートトレンチ３０３が形成されている。ゲートトレンチ３０３内には、ドリフト領域１０２、ボディ領域１０４および第１不純物領域１０３と接するようにゲート絶縁膜１０７が形成されている。ゲートトレンチ３０３内において、ゲート絶縁膜１０７上にはゲート電極１０８が設けられている。その他の構成は、図１または図１７に示す構成と同様である。
　半導体装置４００、５００は、例えば次のようにして製造され得る。
　まず、半導体基板１０１の主面１０１ａ上に第１炭化珪素層１２０を形成する。次いで、第１炭化珪素層１２０に不純物を注入することにより、第１導電型の第１不純物領域１０３および第２導電型のボディ領域１０４を形成する。この後、第１炭化珪素層１２０上に注入マスクを設け、これを用いてボディ領域１０４に第２導電型の不純物を注入することによりコンタクト領域２０２を形成する。続いて、第１炭化珪素層１２０にコンタクトトレンチ３０１およびゲートトレンチ３０３を形成する。これらのトレンチ３０１、３０３を形成するためのエッチングは同時に行ってもよいし、別個に行うこともできる。
　なお、半導体装置５００を製造する際に、コンタクトトレンチ３０１およびゲートトレンチ３０３を形成するためのエッチングを別個に行う場合、図３０を参照しながら前述した方法と同様に、コンタクト領域２０２を形成する際に用いたマスクにサイドウォールを設けることによって、コンタクトトレンチ３０１を形成するためのエッチングマスクを形成してもよい。
　なお、半導体装置４００、５００は反転チャネル型であるが、蓄積チャネル型であっても良い。蓄積チャネル型ＭＩＳＦＥＴを形成する場合には、ゲートトレンチ３０３の側壁とゲート絶縁膜１０７との間に、第１不純物領域１０３、ボディ領域１０４およびドリフト領域１０２と接するように第２炭化珪素層が形成される。
　第１～第３の実施形態の半導体装置は、プレーナ構造を有し、図１、図１７に示すＭＩＳＦＥＴとは異なる位置に第２炭化珪素層（チャネル層）が配置された構造を有するＭＩＳＦＥＴであってもよい。
　図３５および図３６は、それぞれ、第１～第３の実施形態の他の半導体装置を例示する模式的な断面図である。図３５および図３６に示す半導体装置６００、７００は、プレーナ構造を有する蓄積チャネル型のＭＩＳＦＥＴである。簡単のため、図１、図１７と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
　図３５に示す半導体装置６００は、図１に示す半導体装置１００と同様のコンタクトトレンチ構造を有している。また、図３６に示す半導体装置７００は、図１７に示す半導体装置３００と同様のコンタクトトレンチ構造を有している。
　半導体装置１００、３００では、チャネル層となる第２炭化珪素層１０５が第１不純物領域１０３の上面と接するように配置されている。これに対し、図３５および図３６に示す半導体装置６００、７００では、第１炭化珪素層１２０に、第１不純物領域１０３の側面と接するようにチャネル層７０５が配置されている。チャネル層７０５は、例えば第１炭化珪素層１２０に第１導電型の不純物イオンを注入することによって形成される。半導体装置６００、７００のその他の構成は、図１および図１７に示す半導体装置１００、３００と同じである。
　上述した半導体装置４００、６００は図１に示す半導体装置１００と同じ構造のコンタクトトレンチを備えるため、同様の利点を有する。また、半導体装置５００、７００は、図１７に示す半導体装置３００と同じ構造のコンタクトトレンチを備えるため、同様の利点を有する。
　本発明は、炭化珪素を用いた種々の半導体装置に適用可能であり、特に、高速動作が可能なパワー半導体デバイスに好適に用いることができる。
　６０　ＪＦＥＴ領域
　７１　第１のサイドウォール
　７２　第１の注入マスク
　７３　第３の注入マスク
　７４　エッチング用マスク
　７５、７５’　第２のサイドウォール
　７６、７７、７９　フォトレジスト
　７８　第２の注入マスク
　８０、８４　第２導電型の不純物
　８２　第１導電型の不純物
　１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、１０００　半導体装置
　１０１　半導体基板
　１０２　ドリフト領域
　１０３　第１不純物領域
　１０４　ボディ領域
　１０５　第２炭化珪素層
　１０７　ゲート絶縁膜（ゲート酸化膜）
　１０８　ゲート電極
　１０９　層間絶縁膜
　１０９ａ、１０９ｂ　コンタクトホール
　１１０　配線
　１１１　第２オーミック電極
　１１２　配線
　１２０　第１炭化珪素層
　１２１、３０１　コンタクトトレンチ
　１２２　第１オーミック電極
　１２３　金属シリサイド層
　１３１、２０２、２０７　コンタクト領域
　１３２　第２不純物領域
　３０３　ゲートトレンチ
　７０５　チャネル層
　Ｗ１、Ｗ２　コンタクト領域のトレンチコンタクト側壁からの幅

Claims (26)

  1. 　主面および裏面を有する半導体基板と、
    　前記半導体基板の前記主面上に配置された第１炭化珪素層と、
    　前記第１炭化珪素層に配置された第１導電型の第１不純物領域と、
    　前記第１炭化珪素層において、前記第１不純物領域に隣接して配置された第２導電型のボディ領域と、
    　前記ボディ領域内において前記第１不純物領域よりも深い位置に配置され、前記ボディ領域よりも高い濃度で第２導電型の不純物を含む第２導電型のコンタクト領域と、
    　前記第１炭化珪素層のうち前記ボディ領域および前記第１不純物領域以外の領域に配置された第１導電型のドリフト領域と、
    　前記第１不純物領域および前記コンタクト領域にオーミック接触する第１オーミック電極と
    を備え、
    　前記第１炭化珪素層には、前記第１不純物領域を貫通するコンタクトトレンチが設けられており、前記コンタクトトレンチは底面および側壁を有し、前記コンタクトトレンチの側壁は、前記第１不純物領域の底面よりも深い位置にある側壁下部と、前記第１不純物領域の底面と同じまたはそれよりも浅い位置にある側壁上部とを含んでおり、
    　前記第１オーミック電極は、前記コンタクトトレンチ内に配置され、前記コンタクトトレンチの側壁下部の少なくとも一部および底面で前記コンタクト領域と接する半導体装置。
  2. 　前記コンタクトトレンチの側壁下部の、前記第１炭化珪素層の上面に対する傾斜角αは９０度未満である請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記コンタクトトレンチの側壁上部と、前記第１炭化珪素層の上面に対する傾斜角βは９０度未満であり、前記傾斜角βは、前記傾斜角αよりも大きい請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記コンタクトトレンチは、前記底面の面積よりも大きい開口を有する請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 　前記半導体基板の前記主面に垂直な方向から見て、前記コンタクトトレンチの底面は、前記コンタクト領域の輪郭の内部に位置している請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 　前記第１オーミック電極は、前記コンタクトトレンチ内および前記第１炭化珪素層の上面上に配置され、前記第１炭化珪素層の上面において前記第１不純物領域と接する請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 　前記第１オーミック電極は、前記コンタクトトレンチの側壁上部の少なくとも一部で前記第１不純物領域と接する請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 　前記第１炭化珪素層は、前記第１不純物領域と略同じ濃度で同じ第１導電型の不純物を含み、かつ、前記第１不純物領域よりも高い濃度で第２導電型の不純物を含む第２不純物領域をさらに有し、
    　前記第２不純物領域は、前記第１オーミック電極と前記第１不純物領域との間に、前記コンタクトトレンチの前記側壁上部に沿って配置されている請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置。
  9. 　前記半導体基板の前記主面に垂直な方向から見て、前記コンタクト領域のうち前記コンタクトトレンチの底面の周囲に位置する部分は、前記第１不純物領域と重なっている請求項１から８のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 　前記コンタクト領域のうち、前記半導体基板の前記主面に垂直な方向から見て前記第１不純物領域と重なっている部分は、前記コンタクトトレンチの底面の下方に位置する部分よりも厚い請求項９に記載の半導体装置。
  11. 　主面および裏面を有する半導体基板を用い、第２導電型のボディ領域と、前記ボディ領域に隣接して配置された第１導電型の第１不純物領域と、前記ボディ領域および前記第１不純物領域以外の領域に配置された第１導電型のドリフト領域とを含み、前記ボディ領域の少なくとも一部は前記第１不純物領域よりも深い位置にある第１炭化珪素層を、前記半導体基板の前記主面上に形成する工程（ａ）と、
    　前記第１炭化珪素層に、前記第１不純物領域を貫通し、前記ボディ領域に達するコンタクトトレンチを形成する工程（ｂ）と、
    　前記コンタクトトレンチの底面および側壁から、前記ボディ領域に第２導電型の不純物を注入することによって、前記第１不純物領域よりも深い位置に第２導電型のコンタクト領域を形成する工程（ｃ）と、
    　少なくとも前記コンタクトトレンチ内に、前記第１不純物領域と接し、かつ、前記コンタクトトレンチの側壁の一部および底面で前記コンタクト領域と接する第１オーミック電極を形成する工程（ｄ）と
    を包含する半導体装置の製造方法。
  12. 　前記工程（ｄ）において、前記コンタクトトレンチ内および前記第１炭化珪素層の上面上に、前記第１炭化珪素層の上面で前記第１不純物領域と接する前記第１オーミック電極を形成する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 　前記第１オーミック電極は、前記コンタクトトレンチの側壁のうち前記不純物領域の底面と同じかそれよりも浅い部分で前記第１不純物領域と接する請求項１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 　前記工程（ｃ）において、第２導電型の不純物は、前記コンタクトトレンチの側壁から前記第１不純物領域にも注入され、これによって、前記第１不純物領域に第２不純物領域が形成される請求項１１から１３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  15. 　前記工程（ｂ）において、前記コンタクトトレンチの側壁のうち前記不純物領域の底面よりも深い部分の、前記第１炭化珪素層の上面に対する傾斜角αが９０度未満となるように、前記コンタクトトレンチを形成する請求項１１から１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  16. 　前記工程（ｂ）において、前記コンタクトトレンチの側壁のうち前記不純物領域の底面と同じかそれよりも浅い部分の、前記第１炭化珪素層の上面に対する傾斜角βが９０度未満となり、前記傾斜角βが前記傾斜角αよりも大きくなるように、前記コンタクトトレンチを形成する請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
  17. 　主面および裏面を有する半導体基板を用い、第２導電型のボディ領域と、前記ボディ領域に隣接して配置された第１導電型の第１不純物領域と、前記ボディ領域および前記第１不純物領域以外の領域に配置された第１導電型のドリフト領域とを含み、前記ボディ領域の少なくとも一部は前記第１不純物領域よりも深い位置にある第１炭化珪素層を、前記半導体基板の前記主面上に形成する工程（Ａ）と、
    　前記ボディ領域内であって、前記第１不純物領域よりも深い位置に、前記ボディ領域よりも高い濃度で第２導電型の不純物を含む第２導電型のコンタクト領域を形成する工程（Ｂ）と、
    　前記第１炭化珪素層に、前記第１不純物領域を貫通し、前記コンタクト領域に達するコンタクトトレンチを形成する工程（Ｃ）と、
    　前記コンタクトトレンチ内に、前記第１不純物領域と接し、かつ前記コンタクトトレンチの側壁の一部および底面で前記コンタクト領域と接する第１オーミック電極を形成する工程（Ｄ）と
    を包含する半導体装置の製造方法。
  18. 　前記工程（Ｃ）において、前記コンタクトトレンチを、その底面が前記コンタクト領域の底面よりも浅い位置に配置されるように形成する請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
  19. 　前記工程（Ａ）は、
    　　前記半導体基板の前記主面上に、第１導電型の第１炭化珪素層を形成する工程と、
    　　前記第１炭化珪素層上に第１のマスクを形成する工程と、
    　　前記第１のマスクの上方から前記第１炭化珪素層に第２導電型の不純物を注入することにより、前記第１炭化珪素層にボディ領域を形成する工程と、
    　　前記第１のマスクの側壁に第１のサイドウォールを形成することにより、前記第１のマスクおよび前記第１のサイドウォールにより構成される第２のマスクを得る工程と、
    　　前記第２のマスクの上方から前記第１炭化珪素層に第１導電型の不純物を注入することにより、前記第１炭化珪素層に第１不純物領域を形成する工程と
    を含む請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。
  20. 　前記工程（Ｂ）は、
    　　前記第１炭化珪素層上に第３のマスクを形成する工程と、
    　　前記第３のマスクの上方から前記第１炭化珪素層に第２導電型の不純物を注入することにより、前記第１炭化珪素層にコンタクト領域を形成する工程と
    を含み、
    　前記工程（Ｃ）は、
    　　前記第３のマスクの側壁に第２のサイドウォールを形成し、前記第３のマスクと前記第２のサイドウォールにより構成されるトレンチ形成用マスクを得る工程と、
    　　前記トレンチ形成用マスクをエッチングマスクとして、前記第１炭化珪素層にコンタクトトレンチを形成する工程と
    を含む請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
  21. 　前記工程（Ａ）は、
    　　前記第１炭化珪素層上に第２のマスクを形成する工程と、
    　　前記第２のマスクの上方から前記第１炭化珪素層に第１導電型の不純物を注入することにより、前記第１炭化珪素層に第１不純物領域を形成する工程と
    を含み、
    　前記工程（Ｂ）は、前記第２マスクの上方から前記第１炭化珪素層に第２導電型の不純物を注入することにより、前記第１不純物領域よりも深い位置にコンタクト領域を形成する工程を含む請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。
  22. 　前記工程（Ｃ）は、
    　　前記第２のマスクの側壁に第２のサイドウォールを形成し、前記２のマスクと前記第２のサイドウォールにより構成されるトレンチ形成用マスクを得る工程と、
    　　前記トレンチ形成用マスクをエッチングマスクとして、前記第１炭化珪素層にコンタクトトレンチを形成する工程と
    を含む請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
  23. 　前記工程（Ｂ）の後であって、前記工程（Ｃ）の前に、前記第１炭化珪素層に注入された不純物を活性化させる活性化アニールを行う請求項１９または２１に記載の半導体装置の製造方法。
  24. 　前記工程（Ｃ）は、前記半導体基板の前記主面に垂直な方向から見て、前記コンタクトトレンチの底面が前記コンタクト領域の輪郭の内部に位置するように、前記コンタクトトレンチを形成する請求項１７から２３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  25. 　前記コンタクトトレンチは、前記コンタクトトレンチの底面の面積よりも大きい開口を有する請求項１１から２４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  26. 　前記第１オーミック電極を形成する工程は、
    　　前記コンタクトトレンチ内および前記第１炭化珪素層の上面の一部に金属を堆積させる工程と、
    　　熱処理により前記金属と前記第１炭化珪素層とを反応させて、金属シリサイド層を含む第１オーミック電極を形成する工程と
    を含む請求項１１から２５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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