JP2015095511A - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧特性がより向上した炭化珪素半導体装置を提供する。【解決手段】ＭＯＳＦＥＴ１は、一方の主面１１Ａ側に開口し、一方の主面１１Ａに対して鈍角を成す側壁面ＳＷを有するトレンチＴＲが形成される炭化珪素層１１と、トレンチＴＲの内部から一方の主面１１Ａ上にまで延びる絶縁膜２０とを備えている。側壁面ＳＷはチャネル領域ＣＨを含んでいる。トレンチＴＲの上端部ＵＴから絶縁膜２０の表面までの最短距離である絶縁膜２０の上端部厚みは、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みよりも大きくなっている。【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関し、より特定的には、耐圧特性がより向上した炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。

近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められている。炭化珪素は、従来より半導体装置を構成する材料として広く用いられている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。

炭化珪素を材料として用いた半導体装置には、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などがある。ＭＯＳＦＥＴは、所定の閾値電圧を境としてチャネル領域における反転層の形成の有無を制御し、電流の導通および遮断をする半導体装置である。たとえば特表２０００−５０９５５９号公報（以下、特許文献１という）では、炭化珪素からなるエピタキシャル層にゲートトレンチが形成され、当該ゲートトレンチの側壁および底部に接触するように絶縁体層が形成されたＭＯＳＦＥＴが提案されている。

特表２０００−５０９５５９号公報

上記特許文献１において提案されているＭＯＳＦＥＴでは、ゲートトレンチの上端部を覆う絶縁体層の厚みが小さくなり易く、その結果ＭＯＳＦＥＴの耐圧特性が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐圧特性がより向上した炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することである。

本発明に従った炭化珪素半導体装置は、一方の主面側に開口し、上記一方の主面に対して鈍角を成す壁面を有するトレンチが形成される炭化珪素層と、トレンチの内部から上記一方の主面上にまで延びる絶縁膜とを備えている。上記壁面はチャネル領域を含んでいる。トレンチの上端部から絶縁膜の表面までの最短距離である絶縁膜の上端部厚みは、チャネル領域上の絶縁膜の厚みよりも大きくなっている。

本発明に従った炭化珪素半導体装置の製造方法は、一方の主面を含む炭化珪素層を形成する工程と、上記一方の主面側に開口し、上記一方の主面に対して鈍角を成すとともにチャネル領域を含む壁面を有するトレンチを炭化珪素層に形成する工程と、トレンチの内部から上記一方の主面上にまで延びる絶縁膜を形成する工程とを備えている。絶縁膜を形成する工程では、トレンチの上端部から絶縁膜の表面までの最短距離である絶縁膜の上端部厚みが、チャネル領域上の絶縁膜の厚みよりも大きくなるように絶縁膜が形成される。

本発明に従った炭化珪素半導体装置およびその製造方法によれば、耐圧特性がより向上した炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することができる。

実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の構造を拡大して示す概略断面図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ３０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ４０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ５０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ５０）を説明するための他の概略図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ５０）を説明するためのさらに他の概略図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ６０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ７０）および（Ｓ８０）を説明するための概略図である。 実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ９０）を説明するための概略図である。 実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ１５０）を説明するための概略図である。 実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ１６０）を説明するための概略図である。 実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法における工程（Ｓ１６０）を説明するための他の概略図である。

[本願発明の実施形態の説明]
まず、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）本実施形態に係る炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ１）は、一方の主面（１１Ａ）側に開口し、上記一方の主面に対して鈍角を成す壁面（ＳＷ）を有するトレンチ（ＴＲ）が形成される炭化珪素層（１１）と、トレンチの内部から上記一方の主面上にまで延びる絶縁膜（２０）とを備えている。上記壁面はチャネル領域（ＣＨ）を含んでいる。トレンチの上端部（ＵＴ）から絶縁膜の表面までの最短距離である絶縁膜の上端部厚み（Ｔ２）は、チャネル領域上の絶縁膜の厚み（Ｔ１）よりも大きくなっている。

上記ＭＯＳＦＥＴ１では、トレンチＴＲの上端部ＵＴから絶縁膜２０の表面までの最短距離である絶縁膜２０の上端部厚みＴ２（トレンチＴＲの上端部ＵＴから主面１１Ａに沿った方向における絶縁膜２０の厚みＴ２）が、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みＴ１よりも大きくなっている。これにより、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みを維持しつつ、電界集中が起こり易いトレンチＴＲの上端部ＵＴを十分な厚みを有する絶縁膜２０により覆うことができる。したがって、上記ＭＯＳＦＥＴ１によれば、耐圧特性をより向上させることができる。

（２）上記炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ１）において、炭化珪素層（１１）は、一方の主面（１１Ａ）を含み、壁面（ＳＷ）の一部を構成するソース領域（１４）と、ソース領域に接触するとともに上記壁面の一部を構成し、チャネル領域（ＣＨ）を有するボディ領域（１３）とを含んでいる。絶縁膜（２０）は、トレンチ（ＴＲ）の底部（底面ＢＷ）から上記壁面に沿ってソース領域とボディ領域との境界部にまで延びた後、トレンチの上端部（ＵＴ）に達する前に厚みが大きくなるように形成されている。

これにより、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みを維持しつつ、トレンチＴＲの上端部ＵＴにおける絶縁膜２０の上端部厚みＴ２を大きくすることができる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１の特性を維持しつつ耐圧特性を向上させることができる。

（３）上記炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ１）において、絶縁膜（２０）は、ソース領域（１４）とボディ領域（１３）との境界部よりも一方の主面（１１Ａ）側において多層膜により形成されている。

これにより、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みを維持しつつ、トレンチＴＲの上端部における絶縁膜２０の厚みを大きくすることが容易になる。

（４）上記炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ１）において、上記多層膜は、炭化珪素層（１１）上に形成され、二酸化珪素からなる下層絶縁膜（ゲート酸化膜２２）と、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、二酸化珪素および窒化珪素からなる群より選択される一の材料から構成され、下層絶縁膜上に形成される上層絶縁膜（保護絶縁膜２１）とを含んでいる。

このように上記多層膜を構成する上層絶縁膜および下層絶縁膜は、絶縁性を有する種々の材料により構成することができる。

（５）上記炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ１）において、絶縁膜２０の上端部厚み（Ｔ２）はチャネル領域（ＣＨ）上の絶縁膜の厚み（Ｔ１）の１．５倍以上である。

これにより、トレンチＴＲの上端部ＵＴを絶縁膜２０によりさらに確実に覆うことができる。その結果、上記ＭＯＳＦＥＴ１の耐圧特性をさらに向上させることができる。

（６）上記炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ１）において、絶縁膜２０の上端部厚み（Ｔ２）は７５ｎｍ以上である。

これにより、トレンチＴＲの上端部ＵＴを絶縁膜２０により一層確実に覆うことができる。その結果、上記ＭＯＳＦＥＴ１の耐圧特性を一層向上させることができる。

（７）上記炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ１）において、一方の主面（１１Ａ）上の絶縁膜（２０）の厚み（Ｔ３）は、絶縁膜（２０）の上端部厚み（Ｔ２）よりも大きくなっている。

これにより、炭化珪素層１１の主面１１Ａ上を絶縁膜２０により確実に保護することができる。

（８）上記炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ１）において、トレンチ（ＴＲ）の壁面（ＳＷ）は、炭化珪素の｛０００１｝面に対して５０°以上７０°以下のオフ角を有している。

これにより、チャネル領域ＣＨにおける側壁面ＳＷに沿ったキャリアの移動度をより向上させることができる。

（９）本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、一方の主面（１１Ａ）を含む炭化珪素層（１１）を形成する工程と、上記一方の主面側に開口し、上記一方の主面に対して鈍角を成すとともにチャネル領域（ＣＨ）を含む壁面（ＳＷ）を有するトレンチ（ＴＲ）を炭化珪素層に形成する工程と、トレンチ（ＴＲ）の内部から上記一方の主面上にまで延びる絶縁膜（２０）を形成する工程とを備えている。絶縁膜を形成する工程では、トレンチの上端部（ＵＴ）から絶縁膜の表面までの最短距離である絶縁膜の上端部厚み（Ｔ２）が、チャネル領域上の絶縁膜の厚み（Ｔ１）よりも大きくなるように絶縁膜が形成される。

上記炭化珪素半導体装置の製造方法では、絶縁膜２０の上端部厚みＴ２（トレンチＴＲの上端部ＵＴから主面１１Ａに沿った方向における絶縁膜２０の厚みＴ２）が、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みＴ１よりも大きくなるように絶縁膜２０が形成される。これにより、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みを維持しつつ、電界集中が起こり易いトレンチＴＲの上端部ＵＴを十分な厚みを有する絶縁膜２０により覆うことができる。したがって上記炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、耐圧特性がより向上したＭＯＳＦＥＴ１を製造することができる。

（１０）上記炭化珪素半導体装置の製造方法において、絶縁膜（２０）を形成する工程は、トレンチ（ＴＲ）の上端部（ＵＴ）を覆う上層絶縁膜（保護絶縁膜２１）を気相堆積法により形成する工程と、上層絶縁膜が形成された後に、上層絶縁膜とともに絶縁膜を構成し、トレンチの上端部および壁面（ＳＷ)を覆う下層絶縁膜（ゲート酸化膜２２）を熱酸化により形成する工程とを含んでいる。

これにより、ゲート酸化膜２２の形成後に保護絶縁膜２１を形成する場合に比べて、ゲート酸化膜２２の厚みをより精密に制御することができる。また、保護絶縁膜２１およびゲート酸化膜２２の両方によってトレンチＴＲの上端部ＵＴを覆うことにより、絶縁膜２０によりトレンチＴＲの上端部ＵＴをより確実に保護することができる。

（１１）上記炭化珪素半導体装置の製造方法において、絶縁膜（２０）を形成する工程は、トレンチ（ＴＲ)の上端部（ＵＴ）および壁面（ＳＷ）を覆う下層絶縁膜（ゲート酸化膜２２）を熱酸化により形成する工程と、下層絶縁膜が形成された後に、下層絶縁膜とともに絶縁膜を構成し、トレンチの上端部（ＵＴ）を覆う上層絶縁膜（保護絶縁膜２１）を気相堆積法により形成する工程とを含んでいる。

これにより、保護絶縁膜２１を形成する際にトレンチＴＲの側壁面ＳＷとゲート酸化膜２２との界面が損傷を受けることを抑制することができる。また、保護絶縁膜２１およびゲート酸化膜２２の両方によってトレンチＴＲの上端部ＵＴを覆うことにより、絶縁膜２０によりトレンチＴＲの上端部ＵＴをより確実に保護することができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施形態の具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別方位を[]、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。

（実施形態１）
まず、本発明の一実施形態である実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の構造について説明する。図１を参照して、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置であるＭＯＳＦＥＴ１は、炭化珪素（ＳｉＣ）基板１０と、炭化珪素（ＳｉＣ）層１１と、絶縁膜２０と、ゲート電極３０と、ソース電極４０と、層間絶縁膜５０と、ソース配線６０と、ドレイン電極７０とを主に備えている。

ＳｉＣ層１１は、ドリフト領域１２と、ボディ領域１３と、ソース領域１４と、コンタクト領域１５とを含んでいる。ＳｉＣ層１１には、一方の主面１１Ａ側に開口するトレンチＴＲが形成されている。トレンチＴＲは、主面１１Ａに対して鈍角（９０°より大きく１８０°より小さい角）を成す側壁面ＳＷ、および当該側壁面ＳＷに接続され主面１１Ａに平行な底面ＢＷ（底部）を有している。側壁面ＳＷは、炭化珪素の｛０００１｝面に対して５０°以上７０°以下のオフ角を有しており、より具体的には｛０−３３−８｝面になっている。

トレンチＴＲは、ソース領域１４およびボディ領域１３を貫通してドリフト領域１２に到達するように形成されている。より具体的には、トレンチＴＲは、側壁面ＳＷがソース領域１４、ボディ領域１３およびドリフト領域１２により構成され、底面ＢＷがドリフト領域１２内に位置するように形成されている。側壁面ＳＷは、ＭＯＳＦＥＴ１の動作時にボディ領域１３において反転層が形成される領域であるチャネル領域ＣＨを含んでいる。

ＳｉＣ基板１０は、主面１０Ａおよび当該主面１０Ａとは反対側の主面１０Ｂを有しており、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型となっている。ドリフト領域１２は、トレンチＴＲの側壁面ＳＷおよび底面ＢＷを含み、ＳｉＣ基板１０の主面１０Ａ上に形成されている。ドリフト領域１２は、窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型になっている。ドリフト領域１２におけるｎ型不純物濃度はたとえば４×１０^１５ｃｍ^−３程度となっており、ＳｉＣ基板１０におけるｎ型不純物濃度よりも低くなっている。

ボディ領域１３はトレンチＴＲの側壁面ＳＷの一部を構成し、ドリフト領域１２から見てＳｉＣ基板１０とは反対側に形成されている。ボディ領域１３はドリフト領域１２、ソース領域１４およびコンタクト領域１５に接触するように形成されており、側壁面ＳＷ側にチャネル領域ＣＨを有している。ボディ領域１３は、たとえばＡｌ（アルミニウム）やＢ（硼素）などのｐ型不純物を含むことにより導電型がｐ型になっている。

ソース領域１４は、主面１１Ａを含み、トレンチＴＲの側壁面ＳＷの一部を構成するように形成されている。ソース領域１４は、ボディ領域１３およびコンタクト領域１５に接触するように形成されている。ソース領域１４は、たとえばＰ（リン）などのｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型になっている。ソース領域１４におけるｎ型不純物濃度は、ドリフト領域１２におけるｎ型不純物濃度よりも高くなっている。

コンタクト領域１５は、主面１１Ａを含み、ボディ領域１３およびソース領域１４に接触するように形成されている。コンタクト領域１５は、たとえばＡｌ（アルミニウム）やＢ（硼素）などのｐ型不純物を含むことにより導電型がｐ型となっている。コンタクト領域１５におけるｐ型不純物濃度は、ボディ領域１３におけるｐ型不純物濃度よりも高くなっている。

次に、絶縁膜２０の構造を図１および図２を参照しつつ説明する。図２は、図１中に示す破線四角により囲まれた領域の拡大図である。図１および図２を参照して、絶縁膜２０は、トレンチＴＲの内部から主面１１Ａ上にまで延びるように形成されている。より具体的には、絶縁膜２０は、トレンチＴＲの底面ＢＷから側壁面ＳＷに沿ってトレンチＴＲの上端部ＵＴにまで延びた後に主面１１Ａ上にまで達するように形成されており、側壁面ＳＷ上のソース領域１４とボディ領域１３との境界部にまで延びた後トレンチＴＲの上端部ＵＴに達する前に厚みが大きくなるように形成されている。

絶縁膜２０は、ゲート酸化膜２２（下層絶縁膜）と、保護絶縁膜２１（上層絶縁膜）とから構成されている。ゲート酸化膜２２は、ＳｉＣ層１１の主面１１Ａの一部およびトレンチＴＲの側壁面ＳＷおよび底面ＢＷ上に形成されている。ゲート酸化膜２２は、ＳｉＣ層１１の表層部を熱酸化することにより形成されており、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）から構成されている。保護絶縁膜２１は、ゲート酸化膜２２とともにトレンチＴＲの上端部ＵＴおよび主面１１Ａの一部を覆うように当該ゲート酸化膜２２の上に形成されている。保護絶縁膜２１は、たとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの気相堆積法により形成されており、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）および窒化珪素（ＳｉＮ）からなる群より選択される一の材料から構成されている。絶縁膜２０は、ソース領域１４とボディ領域１３との境界部よりも主面１１Ａ側においてゲート酸化膜２２および保護絶縁膜２１の多層膜から構成される領域を含み、当該境界部よりも底面ＢＷ側においてゲート酸化膜２２の単層膜から構成されている。上記構成により、絶縁膜２０はトレンチＴＲの底面ＢＷから側壁面ＳＷに沿ってソース領域１４とボディ領域１３との境界部にまで延びた後、上端部ＵＴに達する前に厚みが大きくなり、その後主面１１Ａ上にまで達するように形成されている。なお、絶縁膜２０は上述のように多層膜からなる領域を含むものに限定されず、全体が単層膜からなるものであってもよい。

図２を参照して、トレンチＴＲの上端部ＵＴから絶縁膜２０の表面までの最短距離である絶縁膜２０の上端部厚みＴ２（トレンチＴＲの上端部ＵＴから主面１１Ａに沿った方向における厚みＴ２）が、チャネル領域ＣＨ上の厚みＴ１よりも大きくなっている。絶縁膜２０の上端部厚みＴ２は７５ｎｍ以上であり、好ましくは８０ｎｍ以上である。絶縁膜２０の厚みＴ１はたとえば５０ｎｍである。絶縁膜２０の上端部厚みＴ２は厚みＴ１の１．５倍以上であり、好ましくは１．６倍以上である。主面１１Ａ上の絶縁膜２０の厚みＴ３は、上端部厚みＴ２よりも大きくなっている。

図１を参照して、ゲート電極３０は、絶縁膜２０上（ゲート酸化膜２２および保護絶縁膜２１上）に接触するように形成されている。ゲート電極３０は、たとえば不純物が添加されたポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）やモリブデン（Ｍｏ)などの導電体からなり、トレンチＴＲ内に形成されている。

層間絶縁膜５０は、絶縁膜２０（ゲート酸化膜２２および保護絶縁膜２１）とともにゲート電極３０を取り囲むように形成されており、ゲート電極３０をソース電極４０およびソース配線６０に対して電気的に絶縁している。層間絶縁膜５０は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなっている。

ソース電極４０は、主面１１Ａ上（ソース領域１４およびコンタクト領域１５上）に接触するように形成されている。ソース電極４０は、ソース領域１４に対してオーミック接触することができる材料、たとえばＮｉ_ｘＳｉ_ｙ（ニッケルシリサイド）、Ｔｉ_ｘＳｉ_ｙ（チタンシリサイド）、Ａｌ_ｘＳｉ_ｙ（アルミシリサイド）およびＴｉ_ｘＡｌ_ｙＳｉ_ｚ（チタンアルミシリサイド）などからなり、ソース領域１４に対して電気的に接続されている（ｘ，ｙ，ｚ＞０）。

ドレイン電極７０は、ＳｉＣ基板１０の主面１０Ｂ上に形成されている。ドレイン電極７０は、ＳｉＣ基板１０とオーミック接触することができる材料、たとえばソース電極４０と同様の材料からなり、ＳｉＣ基板１０に対して電気的に接続されている。

ソース配線６０は、ソース電極４０に接触するように形成されている。ソース配線６０はアルミニウム（Ａｌ）などの導電体からなり、ソース電極４０を介してソース領域１４と電気的に接続されている。

次に、ＭＯＳＦＥＴ１の動作について説明する。図１を参照して、ゲート電極３０に印加された電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちオフ状態では、ソース電極４０とドレイン電極７０との間に電圧が印加されても、ボディ領域１３とドリフト領域１２との間に形成されるｐｎ接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極３０に閾値電圧以上の電圧が印加されると、チャネル領域ＣＨにおいてキャリアが蓄積して反転層が形成される。その結果、ソース領域１４とドリフト領域１２とが電気的に接続され、ソース電極４０とドレイン電極７０との間に電流が流れる。以上のようにして、ＭＯＳＦＥＴ１は動作する。

以上のように、本実施形態に係るＭＯＳＦＥＴ１では、絶縁膜２０の上端部厚みＴ２（トレンチＴＲの上端部ＵＴから主面１１Ａに沿った方向における絶縁膜２０の厚みＴ２）が、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みＴ１よりも大きくなっている。これにより、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みを維持しつつ、電界集中が起こり易いトレンチＴＲの上端部ＵＴを十分な厚みを有する絶縁膜２０により覆うことができる。したがって、上記ＭＯＳＦＥＴ１によれば、耐圧特性をより向上させることができる。

次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、上記本実施形態に係る炭化珪素半導体装置であるＭＯＳＦＥＴ１が製造される。図３を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として炭化珪素基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図４を参照して、たとえば４Ｈ−ＳｉＣからなるインゴット（図示しない）を切断し、研磨処理などを行うことによりＳｉＣ基板１０が準備される。

次に、工程（Ｓ２０）としてエピタキシャル成長工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図４を参照して、エピタキシャル成長によりＳｉＣ基板１０の主面１０Ａ上においてＳｉＣ層１１が形成される。ＳｉＣ層１１の厚みはたとえば１１μｍである。

次に、工程（Ｓ３０）としてイオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図５を参照して、たとえばアルミニウム（Ａｌ）イオンが主面１１Ａ側からＳｉＣ層１１内に注入されることにより、当該ＳｉＣ層１１内に導電型がｐ型であるボディ領域１３が形成される。ボディ領域１３の厚み（上記アルミニウムイオンの注入深さ）はたとえば０．７μｍ以上０．８μｍ以下である。次に、たとえばリン（Ｐ）イオンが上記アルミニウムイオンよりも浅い深さでボディ領域１３内に注入されることにより、当該ボディ領域１３内に導電型がｎ型であるソース領域１４が形成される。次に、たとえばアルミニウム（Ａｌ）イオンが上記リンイオンと同等の深さでソース領域１４内に注入されることにより、当該ソース領域１４内に導電型がｐ型であるコンタクト領域１５が形成される。そして、ＳｉＣ層１１においてボディ領域１３、ソース領域１４およびコンタクト領域１５のいずれも形成されない領域がドリフト領域１２になる。また、上記イオン注入が完了した後にＳｉＣ基板１０が加熱されることにより、導入された不純物が活性化する。

次に、工程（Ｓ４０）としてトレンチ形成工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図６を参照して、まずＳｉＣ層１１の主面１１Ａ上に開口部を有する二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなるマスク（図示しない）が形成される。そして、当該マスクを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチング、または塩素（Ｃｌ_２）などのハロゲン系ガスを用いた熱エッチング、あるいはそれらを組み合わせたエッチングが実施される。これにより、主面１１Ａ側に開口し、当該主面１１Ａに対して鈍角を成すとともにチャネル領域ＣＨを含む側壁面ＳＷおよび底面ＢＷを有するトレンチＴＲがＳｉＣ層１１に形成される。チャネル領域ＣＨの側壁面ＳＷに沿った厚み（チャネル長）は、たとえば０．５μｍ以上０．６μｍ以下になる。またトレンチＴＲの深さ（ＳｉＣ層１１の厚み方向における主面１１Ａと底面ＢＷとの間の距離）は、たとえば１．０μｍ以上１．８μｍ以下である。

次に、工程（Ｓ５０）として保護絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図７を参照して、まずＣＶＤ法などの気相堆積法によりＳｉＣ層１１上（主面１１Ａならびに側壁面ＳＷおよび底面ＢＷ上）に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる保護絶縁膜２１（上層絶縁膜）が形成される。

次に、図８を参照して、保護絶縁膜２１上においてフォトリソグラフィ法によりパターン化されたレジスト膜８０が形成される。次に、保護絶縁膜２１の主にトレンチＴＲ内に位置する領域がエッチングされる。これにより、トレンチＴＲの上端部ＵＴを覆う領域を残存させつつ保護絶縁膜２１の一部が除去される。その後レジスト膜８０が除去される（図９）。このようにして、トレンチＴＲの側壁面ＳＷから主面１１Ａにまで延びて当該トレンチＴＲの上端部ＵＴを覆う保護絶縁膜２１が形成される。

次に、工程（Ｓ６０）としてゲート酸化膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図１０を参照して、たとえば酸素（Ｏ_２）を含む雰囲気中において保護絶縁膜２１が形成されたＳｉＣ基板１０が加熱される。これにより、ＳｉＣ層１１の表層部が熱酸化され、ＳｉＣ層１１の主面１１ＡならびにトレンチＴＲの側壁面ＳＷおよび底面ＢＷ上にゲート酸化膜２２（下層絶縁膜）が形成される。ゲート酸化膜２２は保護絶縁膜２１の下側に位置するように形成され、当該保護絶縁膜２１とともに絶縁膜２０を構成する。

上記工程（Ｓ５０）および工程（Ｓ６０）が実施されることにより、保護絶縁膜２１およびゲート酸化膜２２から構成され、トレンチＴＲの内部から主面１１Ａにまで延びる絶縁膜２０が形成される。絶縁膜２０は、トレンチＴＲの上端部ＵＴから絶縁膜２０の表面までの最短距離である上端部厚みＴ２（トレンチＴＲの上端部ＵＴから主面１１Ａに沿った方向における厚みＴ２）が、チャネル領域ＣＨ上の厚みＴ１よりも大きくなるように形成されている（図２）。

次に、工程（Ｓ７０）としてゲート電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、図１１を参照して、たとえばＬＰ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）−ＣＶＤ法により絶縁膜２０（保護絶縁膜２１およびゲート酸化膜２２）上に接触するようにゲート電極３０が形成される。

次に、工程（Ｓ８０）として層間絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、図１１を参照して、たとえばＰ（Ｐｌａｓｍａ）−ＣＶＤ法により二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる層間絶縁膜５０がゲート電極３０および絶縁膜２０を覆うように形成される。

次に、工程（Ｓ９０）としてオーミック電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、図１２を参照して、まずソース電極４０を形成すべき領域において層間絶縁膜５０および絶縁膜２０（保護絶縁膜２１およびゲート酸化膜２２）が除去され、ソース領域１４およびコンタクト領域１５が露出した領域が形成される。そして、当該領域においてたとえばニッケル（Ｎｉ）からなる金属膜が形成される。一方、ＳｉＣ基板１０の主面１０Ｂ上においてたとえばＮｉからなる金属膜が形成される。そして、ＳｉＣ基板１０を加熱して当該金属膜の少なくとも一部がシリサイド化されることにより、ソース電極４０およびドレイン電極７０がそれぞれ形成される。

次に、工程（Ｓ１００）としてソース配線形成工程が実施される。この工程（Ｓ１００）では、図１を参照して、たとえば蒸着法によりアルミニウム（Ａｌ）などの導電体からなるソース配線６０が、ソース電極４０上に接触するように形成される。上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ１００）が実施されることにより上記ＭＯＳＦＥＴ１が製造され、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法が完了する。

以上のように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、トレンチＴＲの上端部ＵＴから絶縁膜２０の表面までの最短距離である絶縁膜２０の上端部厚みＴ２が、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みＴ１よりも大きくなるように絶縁膜２０が形成される。これにより、チャネル領域ＣＨ上の絶縁膜２０の厚みを維持しつつ、電界集中が起こり易いトレンチＴＲの上端部ＵＴを十分な厚みを有する絶縁膜２０により覆うことができる。したがって、上記炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、耐圧特性がより向上した上記ＭＯＳＦＥＴ１を製造することができる。

また上記炭化珪素半導体装置の製造方法では、工程（Ｓ５０）においてトレンチＴＲの上端部ＵＴを覆う保護絶縁膜２１が気相堆積法により形成された後、工程（Ｓ６０）において当該保護絶縁膜２１とともに絶縁膜２０を構成するゲート酸化膜２２が熱酸化により形成される。これにより、ゲート酸化膜２２の形成後に保護絶縁膜２１を形成する場合に比べてゲート酸化膜２２の厚みをより精密に制御することができる。

（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態である実施形態２について説明する。本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、基本的には上記実施形態１の場合と同様に実施され、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、絶縁膜を形成する工程において上記実施形態１の場合とは異なっている。

図１３を参照して、まず上記実施形態１の場合の工程（Ｓ１０）〜（Ｓ４０)（図３）と同様にして工程（Ｓ１１０）〜（Ｓ１４０）が実施される。これにより、図６に示すように主面１０Ａ上にＳｉＣ層１１が形成され、当該ＳｉＣ層１１にトレンチＴＲが形成されたＳｉＣ基板１０が得られる。

次に、工程（Ｓ１５０）としてゲート酸化膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ１５０）では、図１４を参照して、たとえば酸素（Ｏ_２）を含む雰囲気中においてＳｉＣ基板１０が加熱される。これにより、図１４に示すようにＳｉＣ層１１の主面１１ＡならびにトレンチＴＲの側壁面ＳＷおよび底面ＢＷを覆うように二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなるゲート酸化膜２２が形成される。

次に、工程（Ｓ１６０）として保護絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ１６０）では、図１５を参照して、まずＣＶＤ法などの気相堆積法によりゲート酸化膜２２上に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる保護絶縁膜２１が形成される。次に、図１６を参照して、保護絶縁膜２１上にフォトリソグラフィ法によりパターン化されたレジスト膜（図示しない）が形成され、その後保護絶縁膜２１が部分的にエッチングされる。これにより、上記実施形態１の工程（Ｓ５０）の場合と同様に保護絶縁膜２１のトレンチＴＲの上端部ＵＴを覆う部分を残存させつつ、主にトレンチＴＲ内に位置する部分が除去される。そして、保護絶縁膜２１のエッチングが完了した後に当該レジスト膜が除去される。このようにして保護絶縁膜２１とゲート酸化膜２２とからなる絶縁膜２０が形成される。

次に、上記実施形態１の場合の工程（Ｓ７０）〜（Ｓ１００）（図３）と同様にして工程（Ｓ１７０）〜（Ｓ２００）が実施される。これにより図１に示すＭＯＳＦＥＴ１が製造され、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法が完了する。

以上のように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、工程（Ｓ１５０）においてトレンチＴＲの側壁面ＳＷを覆うゲート酸化膜２２が熱酸化により形成された後、トレンチＴＲの上端部ＵＴを覆う保護絶縁膜２１が気相堆積法により形成される。これにより、保護絶縁膜２１をエッチングする際にトレンチＴＲの側壁面ＳＷとゲート酸化膜２２との界面が損傷を受けることを抑制することができる。

また本実施形態では保護絶縁膜２１がゲート酸化膜２２と同様に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる場合について説明したが、これに限定されない。保護絶縁膜２１は、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）および窒化珪素（ＳｉＮ）などからなっていてもよい。このように保護絶縁膜２１がゲート酸化膜２２と異なる材料から構成される場合には、保護絶縁膜２１をエッチングする際にゲート酸化膜２２をエッチングストップのために機能させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の炭化珪素半導体装置およびその製造方法は、耐圧特性の向上が要求される炭化珪素半導体装置およびその製造方法において、特に有利に適用され得る。

１ ＭＯＳＦＥＴ
１０ 炭化珪素（ＳｉＣ）基板
１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ 主面
１１ 炭化珪素（ＳｉＣ）層
１２ ドリフト領域
１３ ボディ領域
１４ ソース領域
１５ コンタクト領域
２０ 絶縁膜
２１ 保護絶縁膜
２２ ゲート酸化膜
３０ ゲート電極
４０ ソース電極
５０ 層間絶縁膜
６０ ソース配線
７０ ドレイン電極
８０ レジスト膜
ＴＲ トレンチ
ＵＴ 上端部
ＣＨ チャネル領域
ＳＷ 側壁面
ＢＷ 底面
Ｔ１，Ｔ３ 厚み
Ｔ２ 上端部厚み

Claims (11)

1. 一方の主面側に開口し、前記一方の主面に対して鈍角を成す壁面を有するトレンチが形成される炭化珪素層と、
   前記トレンチの内部から前記一方の主面上にまで延びる絶縁膜とを備え、
   前記壁面はチャネル領域を含み、
   前記トレンチの上端部から前記絶縁膜の表面までの最短距離である前記絶縁膜の上端部厚みは、前記チャネル領域上の前記絶縁膜の厚みよりも大きい、炭化珪素半導体装置。
2. 前記炭化珪素層は、
   前記一方の主面を含み、前記壁面の一部を構成するソース領域と、
   前記ソース領域に接触するとともに前記壁面の一部を構成し、前記チャネル領域を有するボディ領域とを含み、
   前記絶縁膜は、前記トレンチの底部から前記壁面に沿って前記ソース領域と前記ボディ領域との境界部にまで延びた後、前記上端部に達する前に厚みが大きくなるように形成されている、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
3. 前記絶縁膜は、前記境界部よりも前記一方の主面側において多層膜により形成されている、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
4. 前記多層膜は、
   前記炭化珪素層上に形成され、二酸化珪素からなる下層絶縁膜と、
   窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、二酸化珪素および窒化珪素からなる群より選択される一の材料から構成され、前記下層絶縁膜上に形成される上層絶縁膜とを含む、請求項３に記載の炭化珪素半導体装置。
5. 前記絶縁膜の上端部厚みは、前記チャネル領域上の前記絶縁膜の厚みの１．５倍以上である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
6. 前記絶縁膜の上端部厚みは、７５ｎｍ以上である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
7. 前記一方の主面上の前記絶縁膜の厚みは、前記絶縁膜の上端部厚みよりも大きい、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
8. 前記壁面は、炭化珪素の｛０００１｝面に対して５０°以上７０°以下のオフ角を有する、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
9. 一方の主面を含む炭化珪素層を形成する工程と、
   前記一方の主面側に開口し、前記一方の主面に対して鈍角を成すとともにチャネル領域を含む壁面を有するトレンチを前記炭化珪素層に形成する工程と、
   前記トレンチの内部から前記一方の主面上にまで延びる絶縁膜を形成する工程とを備え、
   前記絶縁膜を形成する工程では、前記トレンチの上端部から前記絶縁膜の表面までの最短距離である前記絶縁膜の上端部厚みが、前記チャネル領域上の前記絶縁膜の厚みよりも大きくなるように前記絶縁膜が形成される、炭化珪素半導体装置の製造方法。
10. 前記絶縁膜を形成する工程は、
    前記上端部を覆う上層絶縁膜を気相堆積法により形成する工程と、
    前記上層絶縁膜が形成された後に、前記上層絶縁膜とともに前記絶縁膜を構成し、前記上端部および前記壁面を覆う下層絶縁膜を熱酸化により形成する工程とを含む、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
11. 前記絶縁膜を形成する工程は、
    前記上端部および前記壁面を覆う下層絶縁膜を熱酸化により形成する工程と、
    前記下層絶縁膜が形成された後に、前記下層絶縁膜とともに前記絶縁膜を構成し、前記上端部を覆う上層絶縁膜を気相堆積法により形成する工程とを含む、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

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