(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁および底壁が形成された格子状のゲートトレンチを有するワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、
前記ゲートトレンチの前記側壁および前記底壁上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に対向するように、前記ゲートトレンチに埋め込まれたゲート電極とを含み、
前記半導体層は、格子状の前記ゲートトレンチにより区画され、複数の角部を有する多角柱状の単位セルを複数含み、
当該各単位セルが、
前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側壁の一部を形成する第１導電型のソース領域と、
前記ソース領域に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側壁の一部を形成する第２導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域に対して前記半導体層の前記裏面側に前記ボディ領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記底壁を形成する第１導電型のドリフト領域とを有し、
前記ゲートトレンチにおいて、前記側壁と前記底壁とが交わる前記ゲートトレンチのエッジ部のうち前記単位セルの前記角部に形成された前記ゲートトレンチのコーナーエッジ部に選択的に形成された第２導電型の第１耐圧保持領域を含む、半導体装置。
【請求項２】
前記第１耐圧保持領域の不純物濃度は、前記ドリフト領域の不純物濃度よりも高い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１耐圧保持領域は、前記ボディ領域における前記コーナーエッジ部直上の部分に至るように形成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１耐圧保持領域は、格子状の前記ゲートトレンチの交差部に選択的に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体層は、格子状の前記ゲートトレンチの線状部の底壁に形成され、当該線状部の幅よりも狭い幅を有する第２導電型の第２耐圧保持領域をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２耐圧保持領域の不純物濃度は、前記第１耐圧保持領域の不純物濃度よりも高い、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２耐圧保持領域の厚さは、前記第１耐圧保持領域の厚さよりも小さい、請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体層は、前記表面から前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達し、側壁および底壁を有するソーストレンチと、
前記ソーストレンチの一部の領域において、前記側壁と前記底壁とが交わる前記ソーストレンチのエッジ部に選択的に形成された第２導電型の第３耐圧保持領域とをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ドリフト領域は、
前記ゲートトレンチの前記底壁を形成する、第１不純物濃度の第１領域と、
当該第１領域に対して前記半導体層の前記裏面側に前記第１領域に接するように形成され、前記第１不純物濃度よりも小さい第２不純物濃度の第２領域とを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１領域の厚さは、前記第１耐圧保持領域の厚さよりも大きい、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１領域の厚さは、前記第１耐圧保持領域の厚さ以下である、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１領域と前記第２領域との界面は、前記ゲートトレンチの形成により前記半導体層の前記表面の一部が低くなって生じた段差に合わせて起伏している、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第１領域と前記第２領域との界面は、前記半導体層の前記表面に対して一定の距離にある、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記ゲート絶縁膜における前記ゲートトレンチの前記底壁上の部分は、前記ゲート絶縁膜における前記ゲートトレンチの前記側壁上の部分よりも厚く、その頂部が前記ボディ領域の最深部以下である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記半導体層の前記表面はＣ面である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記ボディ領域は、イオン注入により形成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
ワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層であって、その表面側に露出するように形成された第１導電型のソース領域と、前記ソース領域に対して裏面側に前記ソース領域に接するように形成された第２導電型のボディ領域と、前記ボディ領域に対して前記裏面側に前記ボディ領域に接するように形成された第１導電型のドリフト領域とを含む、半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の前記表面から前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達し、側壁および底壁を有する格子状のゲートトレンチを形成することによって、複数の角部を有する多角柱状の単位セルを前記半導体層に区画する工程と、
前記ゲートトレンチにおいて、前記側壁と前記底壁とが交わる前記ゲートトレンチのエッジ部のうち前記単位セルの前記角部に形成された前記ゲートトレンチのコーナーエッジ部に第２導電型の不純物を選択的に注入する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記ゲートトレンチの形成後、前記半導体層の前記表面から第１導電型の不純物を注入することにより、前記ドリフト領域に、前記ゲートトレンチの前記底壁を形成する、第１不純物濃度の第１領域を形成し、同時に、前記ドリフト領域における前記第１領域以外の部分を、前記第１不純物濃度よりも小さい第２不純物濃度の第２領域として形成する工程をさらに含む、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記半導体層を形成する工程は、エピタキシャル成長により、前記ドリフト領域、前記ボディ領域および前記ソース領域をこの順に積層する工程を含み、
前記ドリフト領域を成長させる工程は、前記半導体層の前記裏面側から第２不純物濃度の第２領域を形成し、当該第２領域上に、前記第２不純物濃度よりも大きい第１不純物濃度の第１領域を形成する工程を含み、
前記ゲートトレンチを形成する工程は、前記ゲートトレンチの最深部が前記第１領域の厚さ方向途中部に達するように、前記ゲートトレンチを形成する工程を含む、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記ゲートトレンチを形成する工程と同時に実行され、前記半導体層の前記表面から前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達し、側壁および底壁を有するソーストレンチを形成する工程と、
前記ゲートトレンチの前記エッジ部に不純物を注入する工程と同時に実行され、前記ソーストレンチの一部の領域において、前記側壁と前記底壁とが交わる前記ソーストレンチのエッジ部に第２導電型の不純物を選択的に注入する工程とをさらに含む、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記半導体層を形成する工程は、前記半導体層をエピタキシャル成長により形成した後、前記ボディ領域を前記半導体層の前記表面からイオン注入することにより形成する工程を含む、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ制御システム、電力変換システムなど、各種パワーエレクトロニクス分野におけるシステムに主として使用される半導体パワーデバイスが注目されている。
この種の半導体パワーデバイスとして、たとえば、トレンチゲート構造を有するＳｉＣ半導体装置が提案されている。
たとえば、特許文献１の図１は、ＳｉＣ基板（１）と、ＳｉＣ基板（１）上に形成されたｎ型高抵抗層（２）と、ｎ型高抵抗層（２）上に形成されたｐウェル層（３）と、ｐウェル層（３）の表層部に形成されたｎ＋エミッタ領域（８）と、ｎ＋エミッタ領域（８）を貫通してｐウェル層（３）に達するｐ＋コンタクト領域（１２）と、ｎ＋エミッタ領域（８）の表面からｐウェル層（３）を貫通してｎ型高抵抗層（２）に達するトレンチ（５）と、トレンチ（５）の内面に形成されたゲート酸化膜（６）と、トレンチ（５）に埋め込まれたポリシリコンゲート電極（７）とを有するＭＯＳ半導体装置を開示している（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９４２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トレンチゲート型ＭＯＳＦＥＴのゲートトレンチの底部は、ターンオフ時に発生するゲート電極とドレイン電極との間の高電位差に起因して電界が集中しやすい。この電界集中が、ゲート絶縁膜の破壊の要因となり、ＭＯＳＦＥＴの耐圧の低下を招いている。
そこで本発明者らの研究によれば、この種の電界集中は、ゲートトレンチの底部にｐ型不純物を注入することにより緩和できるかもしれない。
【０００５】
しかしながら、チャネルが形成される領域がゲートトレンチの内面に露出しているため、ゲートトレンチの底部にｐ型不純物を注入する際には、チャネル領域へのｐ型不純物の注入を防ぐ必要がある。チャネル領域にｐ型不純物が注入されると、チャネル特性の制御が困難になるためである。
本発明の目的は、オフ時の絶縁破壊耐圧を向上させることができ、さらにチャネル特性を制御できる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、側壁および底壁が形成された格子状のゲートトレンチを有するワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、前記ゲートトレンチの前記側壁および前記底壁上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に対向するように、前記ゲートトレンチに埋め込まれたゲート電極とを含み、前記半導体層は、格子状の前記ゲートトレンチにより区画され、複数の角部を有する多角柱状の単位セルを複数含み、当該各単位セルが、前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側壁の一部を形成する第１導電型のソース領域と、前記ソース領域に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側壁の一部を形成する第２導電型のボディ領域と、前記ボディ領域に対して前記半導体層の前記裏面側に前記ボディ領域に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記底壁を形成する第１導電型のドリフト領域とを有し、前記ゲートトレンチにおいて、前記側壁と前記底壁とが交わる前記ゲートトレンチのエッジ部のうち前記単位セルの前記角部に形成された前記ゲートトレンチのコーナーエッジ部に選択的に形成された第２導電型の第１耐圧保持領域を含む、半導体装置である。
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するために、ターンオフ時におけるゲート絶縁膜の絶縁破壊のメカニズムについて、鋭意検討した。
具体的には、半導体装置がオフの状態（つまり、ゲート電圧が０Ｖの状態）において、ソース領域と、ドレインとして機能するドリフト領域との間（ソース−ドレイン間）にドリフト領域が（＋）側となる電圧が印加されると、ゲート電極とドリフト領域との間に介在するゲート絶縁膜に電界がかかる。この電界は、ゲート電極とドリフト領域との電位差に起因して生じるものである。そして、ゲートトレンチの底部においては、ゲート電極を基準（０Ｖ）として非常に高い電位の等電位面が分布し、しかも等電位面の間隔が小さいため、非常に大きな電界が生じる。そのため、デバイス耐圧ほどの電圧がソース−ドレイン間に印加され続けると、ゲート絶縁膜におけるゲートトレンチの底部上の箇所が、その大きさの電界集中に耐え切れず、絶縁破壊を起こすといったメカニズムである。
【０００８】
そこで、請求項１記載の半導体装置によれば、ワイドバンドギャップ半導体（たとえば、バンドギャップＥｇが２ｅＶ以上、好ましくは、２．５ｅＶ〜７ｅＶ）が採用された半導体装置において、ソース領域とドリフト領域とが、ボディ領域を挟んで縦方向に配置された縦型構造において、ゲートトレンチのエッジ部に第１耐圧保持領域が形成されている。これにより、第１耐圧保持領域とドリフト領域との接合（ｐｎ接合）により生じる空乏層を、ゲートトレンチのエッジ部付近に発生させることができる。そして、この空乏層の存在により、ゲート電極を基準とする高い電位の等電位面をゲート絶縁膜から遠ざけることができる。その結果、ゲート絶縁膜にかかる電界を小さくすることができるので、絶縁破壊を抑制することができる。
【０００９】
しかも請求項１記載の半導体装置では、ゲートトレンチの一部の領域において、当該第１耐圧保持領域がゲートトレンチのエッジ部に選択的に形成されている。したがって、当該一部の領域におけるエッジ部直上の部分のボディ領域には、余分な第２導電型不純物が注入されていない。そのため、ボディ領域の第２導電型不純物の濃度を設計どおりに維持することができる。その結果、チャネル特性を制御することができる。
また、ゲートトレンチが格子状に形成されており、当該格子状のゲートトレンチの窓部に多角柱状の単位セルが配列されている場合は、単位セルの角部に形成されたゲートトレンチのコーナーエッジ部付近において、ゲート絶縁膜の絶縁破壊が特に発生しやすい。したがって、請求項１記載の半導体装置のように、第１耐圧保持領域がコーナーエッジ部に形成されていれば、そのコーナーエッジ部付近におけるゲート絶縁膜の絶縁破壊を効果的に抑制することができる。
【００１０】
前記第１耐圧保持領域の不純物濃度は、請求項２記載のように、前記ドリフト領域の不純物濃度よりも高いことが好ましい。この構成により、第１耐圧保持領域とドリフト領域との接合（ｐｎ接合）により生じる空乏層が半導体層内に広がり過ぎることを防止することができる。
【００１２】
前記第１耐圧保持領域は、請求項３記載のように、ボディ領域におけるコーナーエッジ部直上の部分に至るように形成されていてもよい。
多角柱状の単位セルでは、ゲート電極に印加する電圧を制御することにより、ゲートトレンチの側壁の一部を形成する単位セルの側面に沿ってチャネルが形成される。すなわち、単位セルの角部には、チャネルが形成されないか、形成されても当該チャネルを流れる電流は微量である。したがって、ボディ領域におけるコーナーエッジ部直上の部分に至るように第１耐圧保持領域を形成することにより、デバイスの性能にほとんど影響を与えずに、ゲート絶縁膜の破壊防止効果を一層向上させることができる。
【００１３】
また、前記第１耐圧保持領域は、請求項４記載のように、格子状の前記ゲートトレンチの交差部に選択的に形成されていてもよい。
また、前記半導体層は、請求項５記載のように、格子状の前記ゲートトレンチの線状部の底壁に形成され、当該線状部の幅よりも狭い幅を有する第２導電型の第２耐圧保持領域をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
この構成により、ゲートトレンチの線状部に沿って生じる電界がゲート絶縁膜に作用しても、第２耐圧保持領域とドリフト領域との接合（ｐｎ接合）により生じる空乏層により、当該電界を緩和することができる。その結果、ゲート絶縁膜に生じる電界を、満遍なく緩和することができる。
しかも、第２耐圧保持領域がゲートトレンチの線状部の側壁（つまり、単位セルにおいてチャネルが形成される部分）に形成されていないので、デバイスの性能の低下を防止することもできる。
【００１５】
また、前記第２耐圧保持領域の不純物濃度は、請求項６記載のように、第１耐圧保持領域の不純物濃度よりも高いことが好ましい。また、前記第２耐圧保持領域の厚さは、請求項７記載のように、前記第１耐圧保持領域の厚さよりも小さいことが好ましい。
この構成により、チャネル抵抗の上昇を抑制することができる。なお、第１および第２耐圧保持領域の厚さとは、たとえば、前記半導体層の前記表面から前記裏面側に向かう方向に沿う厚さのことである。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、前記半導体層は、前記表面から前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達し、側壁および底壁を有するソーストレンチと、前記ソーストレンチの一部の領域において、前記側壁と前記底壁とが交わる前記ソーストレンチのエッジ部に選択的に形成された第２導電型の第３耐圧保持領域とをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置である。
【００１７】
この構成によれば、第３耐圧保持領域とドリフト領域との接合（ｐｎ接合）により生じる空乏層を、ソーストレンチのエッジ部付近に発生させることができる。これにより、ゲートトレンチのエッジ部とソーストレンチのエッジ部との間における等電位面の密集を防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜にかかる電界を小さくすることができるので、絶縁破壊を抑制することができる。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、前記ドリフト領域は、前記ゲートトレンチの前記底壁を形成する、第１不純物濃度の第１領域と、当該第１領域に対して前記半導体層の前記裏面側に前記第１領域に接するように形成され、前記第１不純物濃度よりも小さい第２不純物濃度の第２領域とを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置である。
この構成によれば、ゲートトレンチの底壁に第１領域を形成することにより、ドリフト領域における第１耐圧保持領域と接する部分の一部または全部を、ドリフト領域の他の領域（第２領域）に比べて相対的に高濃度な第１不純物濃度を有する領域にすることができる。これにより、ドリフト領域と第１耐圧保持領域とのｐｎ接合から発生する空乏層の広がりを抑制することができる。その結果、チャネル（ボディ領域におけるゲート絶縁膜との界面付近）を流れる電子の経路が空乏層により阻害されず、十分な大きさの経路を確保することができるので、オン抵抗の増大を防止することができる。
【００１９】
しかも、ドリフト領域全体を高濃度な第１領域とするのではなく、第１領域に対して半導体層の裏面側に相対的に低濃度な第２領域を形成しているので、第１領域の形成による耐圧の低下を抑制することができる。
また、前記第１領域の厚さは、請求項１０記載のように、前記第１耐圧保持領域の厚さよりも大きくてもよく、請求項１１記載のように、当該第１耐圧保持領域の厚さ以下であってもよい。
【００２０】
請求項１０記載のように第１領域の厚さ＞第１耐圧保持領域の厚さであれば、ドリフト領域と第１耐圧保持領域との接合を全て第１領域が担うことになるので、ドリフト領域（第１領域）と第１耐圧保持領域とのｐｎ接合から発生する空乏層の広がりを一層抑制することができる。
一方、請求項１１記載のように第１領域の厚さ≦第１耐圧保持領域の厚さであれば、たとえば、第１領域を半導体層の表面からのイオン注入により形成する場合、不純物の注入深さが浅くて済むので、小さな注入エネルギで第１領域を簡単に形成することができる。
【００２１】
なお、第１領域の厚さとは、たとえば、前記半導体層の前記表面から前記裏面側に向かう方向に沿う厚さのことである。
また、前記第１領域と前記第２領域との界面は、請求項１２記載のように、前記ゲートトレンチの形成により前記半導体層の前記表面の一部が低くなって生じた段差に合わせて起伏していてもよいし、請求項１３記載のように、前記半導体層の前記表面に対して一定の距離にあってよい。
【００２２】
また、前記ゲート絶縁膜における前記ゲートトレンチの前記底壁上の部分は、前記ゲート絶縁膜における前記ゲートトレンチの前記側壁上の部分よりも厚く、その頂部が前記ボディ領域の最深部以下であることが好ましい。
また、前記半導体層の前記表面はＣ面であることが好ましい。
また、前記ボディ領域は、イオン注入により形成されることが好ましい。
【００２３】
また、請求項１７記載の発明は、ワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層であって、その表面側に露出するように形成された第１導電型のソース領域と、前記ソース領域に対して裏面側に前記ソース領域に接するように形成された第２導電型のボディ領域と、前記ボディ領域に対して前記裏面側に前記ボディ領域に接するように形成された第１導電型のドリフト領域とを含む、半導体層を形成する工程と、前記半導体層の前記表面から前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達し、側壁および底壁を有する格子状のゲートトレンチを形成することによって、複数の角部を有する多角柱状の単位セルを前記半導体層に区画する工程と、前記ゲートトレンチにおいて、前記側壁と前記底壁とが交わる前記ゲートトレンチのエッジ部のうち前記単位セルの前記角部に形成された前記ゲートトレンチのコーナーエッジ部に第２導電型の不純物を選択的に注入する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
【００２４】
この方法により、請求項１に記載の半導体装置を製造することができる。
また、請求項１８記載の発明は、前記ゲートトレンチの形成後、前記半導体層の前記表面から第１導電型の不純物を注入することにより、前記ドリフト領域に、前記ゲートトレンチの前記底壁を形成する、第１不純物濃度の第１領域を形成し、同時に、前記ドリフト領域における前記第１領域以外の部分を、前記第１不純物濃度よりも小さい第２不純物濃度の第２領域として形成する工程をさらに含む、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法である。
【００２５】
また、請求項１９記載の発明は、前記半導体層を形成する工程は、エピタキシャル成長により、前記ドリフト領域、前記ボディ領域および前記ソース領域をこの順に積層する工程を含み、前記ドリフト領域を成長させる工程は、前記半導体層の前記裏面側から第２不純物濃度の第２領域を形成し、当該第２領域上に、前記第２不純物濃度よりも大きい第１不純物濃度の第１領域を形成する工程を含み、前記ゲートトレンチを形成する工程は、前記ゲートトレンチの最深部が前記第１領域の厚さ方向途中部に達するように、前記ゲートトレンチを形成する工程を含む、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法である。
【００２６】
請求項１８および１９記載の発明により、請求項９記載の発明を製造することができる。
また、請求項２０記載の発明は、前記ゲートトレンチを形成する工程と同時に実行され、前記半導体層の前記表面から前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に達し、側壁および底壁を有するソーストレンチを形成する工程と、前記ゲートトレンチの前記エッジ部に不純物を注入する工程と同時に実行され、前記ソーストレンチの一部の領域において、前記側壁と前記底壁とが交わる前記ソーストレンチのエッジ部に第２導電型の不純物を選択的に注入する工程とをさらに含む、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
【００２７】
この方法によれば、ゲートトレンチのエッジ部およびソーストレンチのエッジ部に対して、それぞれ第２導電型の不純物領域を、上記した第１耐圧保持領域および第３耐圧保持領域として、同時に形成することができる。その結果、ゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止するための構造を簡単に作製することができる。
なお、前記ソーストレンチのエッジ部は、前記ソーストレンチの全部の領域において、前記側壁と前記底壁とが交わる部分であってもよい。
【００２８】
また、請求項２１記載のように、前記半導体層を形成する工程は、前記半導体層をエピタキシャル成長により形成した後、前記ボディ領域を前記半導体層の前記表面からイオン注入することにより形成する工程を含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの模式的な平面図であって、図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は内部拡大図をそれぞれ示す。
【図２】図２は、図１（ａ）（ｂ）に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの断面図であって、図１（ｂ）の切断線Ａ−ＡおよびＢ−Ｂでの切断面をそれぞれ示す。
【図３Ａ】図３Ａは、図２に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの製造工程の一部を示す模式的な断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの次の工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ｃの次の工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｄの次の工程を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、図３Ｅの次の工程を示す図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、図３Ｆの次の工程を示す図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、図３Ｇの次の工程を示す図である。
【図４】図４は、図２に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの第１変形例を示す模式的な断面図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、図２に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの第２変形例を示す模式的な平面図であって、図５（ａ）は全体図、図５（ｂ）は内部拡大図をそれぞれ示す。
【図６】図６は、図５（ａ）（ｂ）に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの断面図であって、図５（ｂ）の切断線Ｃ−Ｃでの切断面を示す。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係るトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、図７に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの製造工程の一部を示す模式的な断面図であって、図７と同じ位置での切断面を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの次の工程を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂの次の工程を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、図８Ｃの次の工程を示す図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、図８Ｄの次の工程を示す図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、図８Ｅの次の工程を示す図である。
【図８Ｇ】図８Ｇは、図８Ｆの次の工程を示す図である。
【図８Ｈ】図８Ｈは、図８Ｇの次の工程を示す図である。
【図８Ｉ】図８Ｉは、図８Ｈの次の工程を示す図である。
【図９】図９は、図７に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの変形例を示す模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態に係るトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１０に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの製造工程の一部を示す模式的な断面図であって、図１０と同じ位置での切断面を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａの次の工程を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ｂの次の工程を示す図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、図１１Ｃの次の工程を示す図である。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、図１１Ｄの次の工程を示す図である。
【図１１Ｆ】図１１Ｆは、図１１Ｅの次の工程を示す図である。
【図１１Ｇ】図１１Ｇは、図１１Ｆの次の工程を示す図である。
【図１１Ｈ】図１１Ｈは、図１１Ｇの次の工程を示す図である。
【図１２】図１２は、図１０に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの変形例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの模式的な平面図であって、図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は内部拡大図をそれぞれ示す。図２は、図１（ａ）（ｂ）に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの断面図であって、図１（ｂ）の切断線Ａ−ＡおよびＢ−Ｂでの切断面をそれぞれ示す。
【００３１】
ＭＩＳトランジスタ１は、ＳｉＣが採用されたトレンチゲート型ＤＭＩＳＦＥＴ（Double diffused Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）であり、たとえば、図１（ａ）に示すように、平面視正方形のチップ状である。チップ状のＭＩＳトランジスタ１は、図１（ａ）の紙面における上下左右方向の長さがそれぞれ数ｍｍ程度である。
【００３２】
ＭＩＳトランジスタ１の表面には、ソースパッド２が形成されている。ソースパッド２は、四隅が外方へ湾曲した平面視略正方形状であり、ＭＩＳトランジスタ１の表面のほぼ全域を覆うように形成されている。このソースパッド２には、その一辺の中央付近に除去領域３が形成されている。この除去領域３は、ソースパッド２が形成されていない領域である。
【００３３】
除去領域３には、ゲートパッド４が配置されている。ゲートパッド４とソースパッド２との間には間隔が設けられており、これらは互いに絶縁されている。
次に、ＭＩＳトランジスタ１の内部構造について説明する。
ＭＩＳトランジスタ１は、ｎ＋型（たとえば、濃度が１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３）のＳｉＣ基板５を備えている。ＳｉＣ基板５は、この実施形態では、ＭＩＳトランジスタ１のドレインとして機能し、その表面６（上面）がＳｉ面であり、その裏面７（下面）がＣ面である。
【００３４】
ＳｉＣ基板５の表面６には、ＳｉＣ基板５よりも低濃度のｎ−型（たとえば、濃度が１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３）のＳｉＣエピタキシャル層８が積層されている。半導体層としてのＳｉＣエピタキシャル層８の厚さは、たとえば、１μｍ〜１００μｍである。ＳｉＣエピタキシャル層８は、ＳｉＣ基板５上に、いわゆるエピタキシャル成長によって形成されている。Ｓｉ面である表面６上に形成されるＳｉＣエピタキシャル層８は、Ｓｉ面を成長主面として成長させられる。したがって、成長により形成されるＳｉＣエピタキシャル層８の表面９は、ＳｉＣ基板５の表面６と同様、Ｓｉ面である。なお、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９は、Ｃ面であってもよい。表面９がＣ面であれば、この表面９に平行なゲートトレンチ１５の底壁１９（後述）をＣ面として形成することができる。その結果、ゲートトレンチ１５の側壁１８に対する底壁１９の酸化レートを大きくすることができるので、ゲート絶縁膜２２における底壁１９上の部分を分厚くすることができる。よって、ゲートトレンチ１５底部のゲート絶縁膜２２にかかる電界を緩和することができるので、ゲートトレンチ１５底部での絶縁破壊を防止することができる。
【００３５】
ＭＩＳトランジスタ１には、図１（ａ）に示すように、平面視でＳｉＣエピタキシャル層８の中央部に配置され、ＭＩＳトランジスタ１として機能する活性領域１０と、この活性領域１０を取り囲むトランジスタ周辺領域１１が形成されている。
活性領域１０において、ＳｉＣエピタキシャル層８の表層部には、ｐ型（たとえば、濃度が１．０×１０１６ｃｍ−３〜１．０×１０１９ｃｍ−３）のボディ領域１２が、行方向および列方向に一定のピッチで行列状（マトリクス状）に配列されて多数形成されている。各ボディ領域１２は、平面視正方形状であり、たとえば、図１（ｂ）の紙面における上下左右方向の長さがそれぞれ７．２μｍ程度である。ボディ領域１２は、後述する図３Ａの工程のようにイオン注入により形成することもできるし、エピタキシャル成長により形成することもできる。イオン注入により形成する場合には、チャネル長やボディ領域１２の濃度を面内均一性よく制御できるので、特性の安定化、歩留まりの向上を図ることができる。
【００３６】
一方、ＳｉＣエピタキシャル層８における、ボディ領域１２に対してＳｉＣ基板５側の領域は、エピタキシャル成長後のままの状態が維持された、ｎ−型のドリフト領域１３となっている。
各ボディ領域１２には、その表面９側のほぼ全域にｎ＋型（たとえば、濃度が１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３）のソース領域１４が形成されている。
【００３７】
そして、各ボディ領域１２を取り囲むように、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９から各ソース領域１４およびボディ領域１２を貫通してドリフト領域１３に達するゲートトレンチ１５が格子状に形成されている。
具体的には、ゲートトレンチ１５は、隣り合うボディ領域１２の各間を、各ボディ領域１２の４つの側面に沿って行方向および列方向のそれぞれに直線状に延びる線状部１６と、行方向に延びる線状部１６と列方向に延びる線状部１６とが交差する交差部１７とを含んでいる。交差部１７は、平面視で２行２列に配列されたボディ領域１２に着目したとき、配列された４つのボディ領域１２の内側の角に取り囲まれ、ボディ領域１２の四辺の延長線により区画される平面視正方形状の部分である。また、ゲートトレンチ１５は、互いに対向する側壁１８と底壁１９とが湾曲面を介して連続する断面Ｕ字状である。
【００３８】
これにより、ＳｉＣエピタキシャル層８には、格子状のゲートトレンチ１５で取り囲まれる各窓部分に、４つの角部２０を有する直方体形状（平面視正方形状）の単位セル２１が多数形成されている。単位セル２１では、ゲートトレンチ１５の深さ方向がゲート長方向であり、そのゲート長方向に直交する各単位セル２１の周方向がゲート幅方向である。  ゲートトレンチ１５の内面には、その全域を覆うように、ＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜２２が形成されている。
【００３９】
ゲート絶縁膜２２は、図２では厳密に表れていないが、ゲート絶縁膜２２における底壁１９上の部分が、ゲート絶縁膜２２における側壁１８上の部分よりも厚く、その頂面がボディ領域１２の最深部以下（ボディ領域１２とドリフト領域１３との界面）である。具体的には、側壁１８上の部分の厚さが１０００Å程度であるのに対し、底壁１９上の部分の厚さは１５００〜３０００Åである。これにより、ゲートトレンチ１５底部のゲート絶縁膜２２にかかる電界を緩和することができるので、ゲートトレンチ１５底部での絶縁破壊を防止することができる。
【００４０】
そして、ゲート絶縁膜２２の内側をｎ型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコン材料で埋め尽くすことにより、ゲートトレンチ１５内にゲート電極２３が埋設されている。こうして、ソース領域１４とドリフト領域１３とが、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９に垂直な縦方向にボディ領域１２を介して離間して配置された、縦型ＭＩＳトランジスタ構造が構成されている。
【００４１】
また、各単位セル２１の中央部には、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９から各ソース領域１４およびボディ領域１２を貫通してドリフト領域１３に達する、平面視正方形状のソーストレンチ２４が形成されている。ソーストレンチ２４の深さは、この実施形態では、ゲートトレンチ１５と同じである。また、ソーストレンチ２４も、ゲートトレンチ１５同様、互いに対向する側壁２５と底壁２６とが湾曲面を介して連続する断面Ｕ字状である。
【００４２】
また、ＳｉＣエピタキシャル層８には、ＳｉＣエピタキシャル層８にｐ型不純物をインプランテーションすることにより形成された、ｐ型のゲート耐圧保持領域２７および第３耐圧保持領域としてのソース耐圧保持領域２８が形成されている。
ゲート耐圧保持領域２７は、格子状のゲートトレンチ１５に沿って形成されており、ゲートトレンチ１５の交差部１７に形成された第１耐圧保持領域としての第１領域２９と、ゲートトレンチ１５の線状部１６に形成された第２耐圧保持領域としての第２領域３０とを一体的に含んでいる。
【００４３】
第１領域２９は、交差部１７におけるゲートトレンチ１５の底壁１９および当該底壁１９から交差部１７に臨む４つの単位セル２１の各角部２０の下部に形成されたゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１を経て、コーナーエッジ部３１直上のボディ領域１２に至るように形成されている。すなわち、第１領域２９は、平面視では、ゲートトレンチ１５の交差部１７よりもやや大きい正方形状に形成されていて、その各角が、当該交差部１７に臨む４つの単位セル２１の各角部２０にそれぞれ入り込んでいる。また、第１領域２９の濃度は、ボディ領域１２の濃度よりも高く、ドリフト領域１３の濃度よりも高く、たとえば、１×１０１７〜９×１０１９ｃｍ−３である。また、第１領域２９におけるゲートトレンチ１５の底面からＳｉＣ基板５へ向かう方向に沿う厚さＴ１は、たとえば、０．８μｍ程度である。
【００４４】
第２領域３０は、平面視で隣り合う交差部１７の各辺中央同士を繋ぐ一定幅の直線状に形成されていて、線状部１６の幅（互いに向き合うゲートトレンチ１５の側面間の距離（たとえば、１μｍ）よりも狭い幅（たとえば、１．８μｍ）を有している。また、第２領域３０の濃度は、ボディ領域１２の濃度よりも高く、第１領域２９よりも高く、たとえば、２×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３である。また、第２領域３０におけるゲートトレンチ１５の底面からＳｉＣ基板５へ向かう方向に沿う厚さＴ２は、第１領域２９の厚さＴ１よりも小さく（すなわち、Ｔ１＞Ｔ２）、たとえば、０．７μｍ程度である。
【００４５】
ソース耐圧保持領域２８は、ソーストレンチ２４の底壁２６および当該底壁２６と側壁２５とが交わるソーストレンチ２４のエッジ部３２を経て、ソーストレンチ２４の側壁２５の一部を形成するボディ領域１２に至るように形成されている。また、ソース耐圧保持領域２８の濃度は、ゲート耐圧保持領域２７の第１領域２９と同じである（たとえば、１×１０１７〜９×１０１９ｃｍ−３。また、ソース耐圧保持領域２８におけるソーストレンチ２４の底面からＳｉＣ基板５へ向かう方向に沿う厚さＴ３は、ゲート耐圧保持領域２７の第１領域２９の厚さＴ１と同じである（たとえば、０．８μｍ程度）。
【００４６】
また、各ソーストレンチ２４の底壁２６の中央部には、ソース耐圧保持領域２８の表層部に、ｐ＋型のボディコンタクト領域３３（たとえば、不純物濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３〜２．０×１０２１ｃｍ−３）が形成されている。
また、トランジスタ周辺領域１１において、ＳｉＣエピタキシャル層８の表層部には、マトリクス状に配列された単位セル２１（活性領域１０）を取り囲むように、活性領域１０から間隔を開けてｐ型のガードリング３４が複数本（この実施形態では、４本）形成されている。これらのガードリング３４は、ｐ型のボディ領域１２を形成する工程と同一のイオン注入工程で形成することができる。
【００４７】
各ガードリング３４は、平面視において、ＭＩＳトランジスタ１の外周に沿う平面視四角環状に形成されている。
ＳｉＣエピタキシャル層８上には、ゲート電極２３を被覆するように、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜３５が積層されている。
層間絶縁膜３５およびゲート絶縁膜２２には、ソーストレンチ２４よりも大径のコンタクトホール３６が形成されている。これにより、コンタクトホール３６内には、各単位セル２１のソーストレンチ２４の全体（すなわち、ソーストレンチ２４の側壁２５および底壁２６）およびＳｉＣエピタキシャル層８の表面９におけるソーストレンチ２４の周縁部が露出していて、表面９と底壁２６との高低差に応じた段差が形成されている。
【００４８】
層間絶縁膜３５上には、ソース電極３７が形成されている。ソース電極３７は、各コンタクトホール３６を介して、すべての単位セル２１のソーストレンチ２４に一括して入り込んでいて、各単位セル２１において、ソーストレンチ２４の底側から順にボディコンタクト領域３３、ソース耐圧保持領域２８、ボディ領域１２およびソース領域１４に接触している。すなわち、ソース電極３７は、すべての単位セル２１に対して共通の配線となっている。
【００４９】
そして、このソース電極３７上には層間絶縁膜（図示せず）が形成されており、その層間絶縁膜（図示せず）を介して、ソース電極３７がソースパッド２（図１（ａ）参照）に電気的に接続されている。一方、ゲートパッド４（図１（ａ）参照）は、当該層間絶縁膜（図示せず）上に引き回されたゲート配線（図示せず）を介して、ゲート電極２３に電気的に接続されている。
【００５０】
また、ソース電極３７は、たとえば、ＳｉＣエピタキシャル層８との接触側から順にＴｉ／ＴｉＮ層と、Ａｌ層とが積層された構造を有している。
ＳｉＣ基板５の裏面７には、その全域を覆うようにドレイン電極３８が形成されている。このドレイン電極３８は、すべての単位セル２１に対して共通の電極となっている。ドレイン電極３８としては、たとえば、ＳｉＣ基板５側から順にＴｉ、Ｎｉ、ＡｕおよびＡｇが積層された積層構造（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇ）を適用することができる。
【００５１】
図３Ａ〜図３Ｈは、図２に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの製造工程の一部を示す模式的な断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。
ＭＩＳトランジスタ１を製造するには、図３Ａに示すように、ＣＶＤ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法などのエピタキシャル成長法により、ＳｉＣ基板５の表面６（Ｓｉ面）上に、ｎ型不純物（たとえば、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ひ素）等）をドーピングしながらＳｉＣ結晶が成長させられる。これにより、ＳｉＣ基板５上に、ｎ−型のＳｉＣエピタキシャル層８が形成される。
【００５２】
続いて、ｐ型不純物（たとえば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｂ（ホウ素）等）が、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９からＳｉＣエピタキシャル層８の内部にインプランテーション（注入）される。
続いて、ｎ型不純物が、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９からＳｉＣエピタキシャル層８の内部にインプランテーション（注入）される。
【００５３】
続いて、たとえば、１４００℃〜２０００℃でＳｉＣエピタキシャル層８が熱処理される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層８の表層部に注入されたｐ型不純物およびｎ型不純物のイオンが活性化され、注入された箇所に応じて、ボディ領域１２、ソース領域１４およびガードリング３４が同時に形成される。また、ＳｉＣエピタキシャル層８の基層部には、エピタキシャル成長後のままの状態を維持するドリフト領域１３が形成される。
【００５４】
次に、図３Ｂに示すように、ＳｉＣエピタキシャル層８が、ゲートトレンチ１５およびソーストレンチ２４を形成すべき領域に開口を有するマスクを用いてエッチングされる。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層８が表面９（Ｓｉ面）からドライエッチングされて、ゲートトレンチ１５およびソーストレンチ２４が同時に形成される。それとともに、ＳｉＣエピタキシャル層８に多数の単位セル２１が形成される。なお、エッチングガスとしては、たとえば、ＳＦ６（六フッ化硫黄）およびＯ２（酸素）を含む混合ガス（ＳＦ６／Ｏ２ガス）、ＳＦ６、Ｏ２およびＨＢｒ（臭化水素）を含む混合ガス（ＳＦ６／Ｏ２／ＨＢｒガス）を用いることができる。
【００５５】
次に、図３Ｃに示すように、ゲートトレンチ１５の交差部１７およびソーストレンチ２４を露出させる開口を有する第１レジスト３９が、ＳｉＣエピタキシャル層８上に形成される。
次に、図３Ｄに示すように、第１レジスト３９の開口から露出するゲートトレンチ１５の交差部１７およびソーストレンチ２４へ向けて、ｐ型不純物がインプランテーション（注入）される。この際、ゲートトレンチ１５（交差部１７）の側壁１８およびソーストレンチ２１の側壁２５はいずれも第１レジスト３９で覆われていないので、ｐ型不純物は、側壁１８，２５にも注入されることとなる。その後、たとえば、１４００℃〜２０００℃でＳｉＣエピタキシャル層８が熱処理される。これにより、ドリフト領域１３に注入されたｐ型不純物のイオンが活性化され、ゲート耐圧保持領域２７の第１領域２９およびソース耐圧保持領域２８が同時に形成される。
【００５６】
次に、図３Ｅに示すように、ゲート耐圧保持領域２７の第２領域３０およびボディコンタクト領域３３を形成すべき領域に開口を有する第２レジスト４０が、ＳｉＣエピタキシャル層８上に形成される。これにより、ゲートトレンチ１５の交差部１７の側壁１８および底壁１９、ならびにソーストレンチ２４の側壁２５および底壁２６の周縁部は、第２レジスト４０で覆われることとなる。
【００５７】
次に、図３Ｆに示すように、第２レジスト４０の開口から露出するゲートトレンチ１５の線状部１６およびソーストレンチ２４の底壁２６の中央部へ向けて、ｐ型不純物がインプランテーション（注入）される。この際、側壁１８および底壁１９、ならびに側壁２５および底壁２６の周縁部は第２レジスト４０で保護されるので、これらの部分へのｐ型不純物の注入を防止することができる。その後、たとえば、１４００℃〜２０００℃でＳｉＣエピタキシャル層８が熱処理される。これにより、ドリフト領域１３に注入されたｐ型不純物のイオンが活性化され、ゲート耐圧保持領域２７の第２領域３０およびボディコンタクト領域３３が同時に形成される。
【００５８】
次に、図３Ｇに示すように、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２材料がＳｉＣエピタキシャル層８の上方から堆積される。これにより、ゲート絶縁膜２２が形成される。
続いて、ＣＶＤ法により、ドーピングされたポリシリコン材料がＳｉＣエピタキシャル層８の上方から堆積される。ポリシリコン材料の堆積は、少なくともゲートトレンチ１５およびソーストレンチ２４が埋め尽くされるまで続けられる。その後、堆積したポリシリコン材料が、エッチバック面がＳｉＣエピタキシャル層８の表面９に対して面一になるまでエッチバックされる。続いて、ソーストレンチ２４内に残存するポリシリコン材料のみがドライエッチングにより除去される。これにより、ゲートトレンチ１５内に残存するポリシリコン材料からなるゲート電極２３が形成される。
【００５９】
次に、図３Ｈに示すように、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２材料がＳｉＣエピタキシャル層８の上方から堆積される。これにより、層間絶縁膜３５が形成される。続いて、公知のパターニング技術により、層間絶縁膜３５およびゲート絶縁膜２２が連続してパターニングされる。これにより、層間絶縁膜３５およびゲート絶縁膜２２にコンタクトホール３６が形成される。
【００６０】
この後、ソース電極３７、ドレイン電極３８などが形成されることにより、図２に示すＭＩＳトランジスタ１が得られる。
このＭＩＳトランジスタ１では、ソースパッド２を接地した状態（つまり、ソース電極３７が０Ｖ）で、ソースパッド２（ソース電極３７）とドレイン電極３８との間（ソース−ドレイン間）にドレイン電圧が印加される。この状態において、ゲートパッド４（ゲート電極２３）にゲート閾値電圧以上の電圧が印加されると、各単位セル２１の側壁を形成するボディ領域１２に沿ってチャネルが形成される。これにより、ドレイン電極３８からソース電極３７へ電流が流れ、各単位セル２１がオン状態となる。
【００６１】
一方、各単位セル２１がオフ状態（つまり、ゲート電圧が０Ｖの状態）にされ、ソース−ドレイン間に電圧が印加されたままであると、ゲート電極２３とＳｉＣエピタキシャル層８との間に介在するゲート絶縁膜２２に電界がかかる。
この電界は、ゲート電極２３とＳｉＣエピタキシャル層８との電位差に起因して生じるものである。そして、ゲートトレンチ１５の底壁１９においては、ゲート電極２３を基準（０Ｖ）として非常に高い電位の等電位面が分布し、しかも等電位面の間隔が小さいため、非常に大きな電界が生じる。たとえば、ドレイン電圧が９００Ｖであれば、ドレイン電極３８に接するＳｉＣ基板５の裏面７付近では９００Ｖの等電位面が分布しており、ＳｉＣ基板５の裏面７からＳｉＣエピタキシャル層８の表面９側へ向かうにつれて電圧降下を生じるが、ゲートトレンチ１５の底壁１９付近では、数十Ｖ程度の等電位面が分布する。そのため、ゲートトレンチ１５の底壁１９では、ゲート電極２３側へ向かう非常に大きな電界が生じる。とりわけ、この実施形態のように、ゲートトレンチ１５が格子状に形成されており、格子状のゲートトレンチ１５の窓部に四角柱状の単位セル２１が配列されている場合は、単位セル２１の各角部２０に形成されたゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１付近において、ゲート絶縁膜２２の絶縁破壊が特に発生しやすい。
【００６２】
具体的には、ゲートトレンチ１５の交差部１７の対角線上で互いに隣り合うソーストレンチ２４の距離Ｄ１（図２のＡ−Ａ断面参照）は、ゲートトレンチ１５の線状部１６を挟んで互いに隣り合うソーストレンチ２４の距離Ｄ２（図２のＢ−Ｂ断面参照）に比べて大きくなる（たとえば、この実施形態では、Ｄ１はＤ２の１．４倍）。そのため、相対的に広いスペースがあるゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１の直下に等電位面が入り込み、等電位面の密集を生じる。その結果、ゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１付近において、ゲート絶縁膜２２の絶縁破壊が特に発生しやすい。
【００６３】
そこで、この実施形態のＭＩＳトランジスタ１では、ゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１にゲート耐圧保持領域２７（第１領域２９）が形成されている。これにより、第１領域２９とドリフト領域１３との接合（ｐｎ接合）により生じる空乏層を、ゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１付近に発生させることができる。さらにこのＭＩＳトランジスタ１では、各単位セル２１の中央部に形成されたソーストレンチ２４のエッジ部３２に、ソース耐圧保持領域２８が形成されている。そのため、このソース耐圧保持領域２８とドリフト領域１３との接合（ｐｎ接合）により生じる空乏層を、ソーストレンチ２４を取り囲むゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１へ向かって広げることができる。
【００６４】
これらの空乏層の存在により、ゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１とソーストレンチ２４のエッジ部３２との間に等電位面が入り込むことを防止でき、ゲート絶縁膜２２から遠ざけることができる。その結果、ゲートトレンチ１５のコーナーエッジ部３１付近における等電位面の密集を防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜２２にかかる電界を小さくすることができるので、絶縁破壊を抑制することができる。また、第１領域２９の濃度がドリフト領域１３の濃度よりも高いので、第１領域２９とドリフト領域１３との接合（ｐｎ接合）により生じる空乏層がＳｉＣエピタキシャル層８内に広がり過ぎることを防止することができる。
【００６５】
また、ＭＩＳトランジスタ１では、第１領域２９がコーナーエッジ部３１を経て、コーナーエッジ部３１直上のボディ領域１２に至るように形成されているが、単位セル２１の角部２０には、チャネルが形成されないか、形成されても当該チャネルを流れる電流は微量である。したがって、ボディ領域１２におけるコーナーエッジ部３１直上の部分に至るようにゲート耐圧保持領域２７（第１領域２９）を形成することにより、デバイスの性能にほとんど影響を与えずに、ゲート絶縁膜２２の破壊防止効果を一層向上させることができる。
【００６６】
一方、ゲートトレンチ１５の線状部１６には、線状部１６の幅よりも狭い幅のゲート耐圧保持領域２７（第２領域３０）が形成されている。これにより、第２領域３０とドリフト領域１３との接合（ｐｎ接合）により生じる空乏層を、ゲートトレンチ１５の線状部１６に沿って発生させることができる。そのため、ゲートトレンチ１５の線状部１６の直下に生じる電界を、当該空乏層により緩和することができる。その結果、ゲート絶縁膜２２に生じる電界を、全体にわたって満遍なく緩和することができる。
【００６７】
しかも、ゲート耐圧保持領域２７（第２領域３０）がゲートトレンチ１５の線状部１６の側壁１８（つまり、単位セル２１においてチャネルが形成される部分）に形成されていない。よって、チャネル特性の制御を精度よく行うこともできる。
また、第２領域３０の濃度が第１領域２９の濃度よりも高く、さらに、第２領域３０の厚さＴ２が第１領域２９の厚さＴ１よりも小さい（Ｔ１＞Ｔ２）ので、チャネル抵抗の上昇を防止することもできる。
【００６８】
また、上記の製造方法によれば、ゲート耐圧保持領域２７およびソース耐圧保持領域２８を同時に形成することができる。その結果、ゲート絶縁膜２２の絶縁破壊を防止するためのＭＩＳトランジスタ１の構造を簡単に作製することができる。
図７は、本発明の第２実施形態に係るトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。図７において、図２に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
【００６９】
前述の第１実施形態では、ドリフト領域１３は、低濃度のｎ−型（たとえば、濃度が１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３）の領域のみで形成されていたが、この第２実施形態に係るＭＩＳトランジスタ７１のドリフト領域７２は、ＳｉＣエピタキシャル層８の厚さ方向に沿って不純物濃度が異なる２層が積層された構造を有しており、ＳｉＣ基板５の表面６に接する下層側の第２領域の一例としてのｎ−型低濃度領域７３と、当該低濃度領域７３上に形成された上層側の第１領域の一例としてのｎ型高濃度領域７４とを含む。低濃度領域７３の濃度は、たとえば、１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３であり、高濃度領域７４の濃度は、たとえば、２×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３である。
【００７０】
低濃度領域７３と高濃度領域７４との界面７５（低濃度領域７３の上端）は、ゲートトレンチ１５およびソーストレンチ２４の形成によりＳｉＣエピタキシャル層８の表面の一部が低くなって生じた段差に合わせて起伏している。これにより、表面９側の高濃度領域７４は、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９、ゲートトレンチ１５の側壁１８および底壁１９、ならびにソーストレンチ２４の側壁２５および底壁２６を形成するように形成されている。一方、低濃度領域７３は各単位セル２１において、たとえば、ゲートトレンチ１５の底壁１９およびソーストレンチ２４の底壁２６と対向する部分に低段部７６を有し、単位セル２１の頂部（表面９）と対向する部分に高段部７７とを有している。
【００７１】
また、界面７５が起伏していることにより、高濃度領域７４における、単位セル２１の頂部（表面９）、ゲートトレンチ１５の底面およびソーストレンチ２４の底面それぞれからＳｉＣ基板５へ向かう方向に沿う厚さＴ４，Ｔ５，Ｔ６は一様となっている。これら厚さＴ４，Ｔ５，Ｔ６は、ゲート耐圧保持領域２７の厚さＴ１およびＴ２、ならびにソース耐圧保持領域２８の厚さＴ３よりも大きくなっている。これにより、ゲート耐圧保持領域２７（第１領域２９および第２領域３０）およびソース耐圧保持領域２８は、高濃度領域７４により覆われている。
【００７２】
図８Ａ〜図８Ｉは、図７に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの製造工程の一部を工程順に示す模式的な断面図であって、図７と同じ位置での切断面を示す。
ＭＩＳトランジスタ７１を製造するには、図８Ａ〜図８Ｂに示すように、図３Ａ〜図３Ｂと同様の工程が行なわれることにより、ＳｉＣ基板５上にｎ−型のＳｉＣエピタキシャル層８が形成され、当該ＳｉＣエピタキシャル層８に、ボディ領域１２、ソース領域１４、ガードリング３４およびドリフト領域７２が同時に形成される。その後、ＳｉＣエピタキシャル層８が表面９（Ｓｉ面）からドライエッチングされて、ゲートトレンチ１５およびソーストレンチ２４が同時に形成される。
【００７３】
次に、図８Ｃに示すように、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９上にマスクを形成せずに、その表面全域（ゲートトレンチ１５およびソーストレンチ２４の各底面を含む）に、ｎ型不純物がＳｉＣエピタキシャル層８の内部にインプランテーション（注入）される。次に、たとえば、１４００℃〜２０００℃でＳｉＣエピタキシャル層８が熱処理される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層８に注入されたｎ型不純物のイオンが活性化され、ドリフト領域７２の上側に高濃度領域７４が形成される。また、ドリフト領域７２の下側には、ドリフト領域７２の不純物濃度を維持する低濃度領域７３が形成される。
【００７４】
その後は、図８Ｄ〜図８Ｉに示すように、図３Ｃ〜図３Ｈと同様の工程が行われることにより、図７に示すＭＩＳトランジスタ７１が得られる。
以上のように、このＭＩＳトランジスタ７１によっても、前述のＭＩＳトランジスタ１と同様の作用効果を発現することができる。
さらにＭＩＳトランジスタ７１では、ｐ型のゲート耐圧保持領域２７が形成されたゲートトレンチ１５の底壁１９、およびｐ型のソース耐圧保持領域２８が形成されたにソーストレンチ２４の底壁２６を形成するように、高濃度領域７４が形成されており、この高濃度領域７４は、ゲート耐圧保持領域２７およびソース耐圧保持領域２８を覆っている。
【００７５】
これにより、ドリフト領域７２における、ゲート耐圧保持領域２７およびソース耐圧保持領域２８とのｐｎ接合を、高濃度領域７４に担わせることができる。そのため、当該ｐｎ接合から発生する空乏層の広がりを抑制することができる。その結果、チャネルを流れる電子の経路が空乏層により阻害されず、十分な大きさの経路を確保することができるので、オン抵抗の増大を防止することができる。
【００７６】
なお、高濃度領域７４の厚さＴ４，Ｔ５，Ｔ６は、たとえば、図９のＭＩＳトランジスタ７８のように、ゲート耐圧保持領域２７の厚さＴ１およびＴ２、ならびにソース耐圧保持領域２８の厚さＴ３以下であってもよい。この場合、ゲート耐圧保持領域２７およびソース耐圧保持領域２８の各底部は、界面７５に対して低濃度領域７３側にはみ出し、低濃度領域７３に覆われる。このような構成は、高濃度領域７４を形成する際のイオン注入を、ＭＩＳトランジスタ７１の場合よりも低エネルギで行うことにより形成できる。そのため、低エネルギで高濃度領域７４を簡単に形成することができる。
【００７７】
図１０は、本発明の第３実施形態に係るトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの断面図であって、図２と同じ位置での切断面を示す。図１０において、図２に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
前述の第１実施形態では、ドリフト領域１３は、低濃度のｎ−型（たとえば、濃度が１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３）の領域のみで形成されていたが、この第３実施形態に係るＭＩＳトランジスタ８１のドリフト領域８２は、第２実施形態と同様に、ＳｉＣエピタキシャル層８の厚さ方向に沿って不純物濃度が異なる２層が積層された構造を有しており、ＳｉＣ基板５の表面６に接する下層側の第２領域の一例としてのｎ−型低濃度領域８３と、当該低濃度領域８３上に形成された上層側の第１領域の一例としてのｎ型高濃度領域８４とを含む。低濃度領域８３の濃度は、たとえば、１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３であり、高濃度領域８４の濃度は、たとえば、２×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３である。
【００７８】
高濃度領域８４は、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９、ゲートトレンチ１５の側壁１８および底壁１９、ならびにソーストレンチ２４の側壁２５および底壁２６を形成するように形成されている。
また、低濃度領域８３と高濃度領域８４との界面８５（低濃度領域８３の上端）は、ゲートトレンチ１５およびソーストレンチ２４の形成によりＳｉＣエピタキシャル層８の表面の一部が低くなって生じた段差によらず、単位セル２１の頂部（表面９）に沿って一定の高さである。
【００７９】
界面７５が一定の高さであることにより、高濃度領域８４における、単位セル２１の頂部（表面９）、ゲートトレンチ１５の底面およびソーストレンチ２４の底面それぞれからＳｉＣ基板５へ向かう方向に沿う厚さＴ７，Ｔ８，Ｔ９は、Ｔ７がＴ８およびＴ９よりも大きくなっている（Ｔ７＞Ｔ８＝Ｔ９）。これは、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面の一部が低くなって生じた段差に起因するものである。
【００８０】
また、高濃度領域８４の厚さＴ８，Ｔ９は、ゲート耐圧保持領域２７の厚さＴ１およびＴ２、ならびにソース耐圧保持領域２８の厚さＴ３よりも大きくなっている。これにより、ゲート耐圧保持領域２７（第１領域２９および第２領域３０）およびソース耐圧保持領域２８は、高濃度領域７４により覆われている。
図１１Ａ〜図１１Ｈは、図１０に示すトレンチゲート型ＭＩＳトランジスタの製造工程の一部を示す模式的な断面図であって、図１０と同じ位置での切断面を示す。
【００８１】
ＭＩＳトランジスタ８１を製造するには、図１１Ａに示すように、ＣＶＤ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法などのエピタキシャル成長法により、ＳｉＣ基板５の表面６（Ｓｉ面）上に、ｎ型不純物をドーピングしながらＳｉＣ結晶が成長させられる（たとえば、濃度が１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３）。これにより、ＳｉＣ基板５上に、ｎ−型の低濃度領域８３が形成される。次に、ドーズ量を大きくして（たとえば、２×１０１５〜１×１０１９ｃｍ−３）、ｎ型不純物をドーピングしながらさらにＳｉＣ結晶が成長させられる。これにより、高濃度領域８４が形成されてＳｉＣエピタキシャル層８が形成される。
【００８２】
次に、ｐ型不純物が、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９からＳｉＣエピタキシャル層８の内部にインプランテーション（注入）され、その後、ｎ型不純物が、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９からＳｉＣエピタキシャル層８の内部にインプランテーション（注入）される。次に、たとえば、１４００℃〜２０００℃でＳｉＣエピタキシャル層８が熱処理される。これにより、ＳｉＣエピタキシャル層８の表層部に注入されたｐ型不純物およびｎ型不純物のイオンが活性化され、注入された箇所に応じて、ボディ領域１２、ソース領域１４およびガードリング３４が同時に形成される。
【００８３】
次に、図１１Ｂに示すように、図３Ｂと同様の工程が行われることにより、最深部がそれぞれ高濃度領域８４の厚さ方向途中部に達する、ゲートトレンチ１５およびソーストレンチ２４が同時に形成される。
次に、図１１Ｃに示すように、図３Ｃと同様の工程が行われることにより、ゲートトレンチ１５の交差部１７およびソーストレンチ２４を露出させる開口を有する第１レジスト３９が、ＳｉＣエピタキシャル層８上に形成される。
【００８４】
次に、図１１Ｄ〜図１１Ｆに示すように、図３Ｄ〜図３Ｆと同様の工程が行われることにより、最深部がそれぞれ高濃度領域８４の厚さ方向途中に達する、ゲート耐圧保持領域２７の第１領域２９、ソース耐圧保持領域２８、ゲート耐圧保持領域２７の第２領域３０およびボディコンタクト領域３３が形成される。
その後は、図１１Ｇ〜図１１Ｈに示すように、図３Ｇ〜図３Ｈと同様の工程が行われることにより、図１０に示すＭＩＳトランジスタ８１が得られる。
【００８５】
以上のように、このＭＩＳトランジスタ８１によっても、前述のＭＩＳトランジスタ１と同様の作用効果を発現することができる。
さらにＭＩＳトランジスタ８１では、ｐ型のゲート耐圧保持領域２７が形成されたゲートトレンチ１５の底壁１９、およびｐ型のソース耐圧保持領域２８が形成されたにソーストレンチ２４の底壁２６を形成するように、高濃度領域８４が形成されており、この高濃度領域８４は、ゲート耐圧保持領域２７およびソース耐圧保持領域２８を覆っている。
【００８６】
これにより、ドリフト領域８２における、ゲート耐圧保持領域２７およびソース耐圧保持領域２８とのｐｎ接合を、高濃度領域８４に担わせることができる。そのため、当該ｐｎ接合から発生する空乏層の広がりを抑制することができる。その結果、チャネルを流れる電子の経路が空乏層により阻害されず、十分な大きさの経路を確保することができるので、オン抵抗の増大を防止することができる。
【００８７】
なお、高濃度領域８４の厚さＴ８，Ｔ９は、たとえば、図１２のＭＩＳトランジスタ８６のように、ゲート耐圧保持領域２７の厚さＴ１およびＴ２、ならびにソース耐圧保持領域２８の厚さＴ３以下であってもよい。この場合、ゲート耐圧保持領域２７およびソース耐圧保持領域２８の各底部は、界面８５に対して低濃度領域８３側にはみ出し、低濃度領域８３に覆われる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、ＭＩＳトランジスタ１，４１，５１，７１，７８，８１，８６の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、ＭＩＳトランジスタ１において、ｐ型の部分がｎ型であり、ｎ型の部分がｐ型であってもよい。
また、ＭＩＳトランジスタ１，４１，５１，７１，７８，８１，８６において、半導体層を構成する層は、ＳｉＣからなるエピタキシャル層に限らず、ＳｉＣ以外のワイドバンドギャップ半導体、たとえば、ＧａＮ（バンドギャップＥｇGaN＝約３．４ｅＶ）、ダイヤモンド（バンドギャップＥｇdia＝約５．５ｅＶ）からなる層などであってもよい。
【００８９】
また、図４に示すＭＩＳトランジスタ４１のように、ソーストレンチ２４は省略されていてもよい。その場合、ボディコンタクト領域３３は、ＳｉＣエピタキシャル層８の表面９からソース領域１４およびボディ領域１２を貫通し、ドリフト領域１３に達するように形成することができる。
また、ボディ領域１２の配置形態は、図１（ｂ）に示すようなマトリクス状に限らず、たとえば、図５（ａ）（ｂ）および図６に示すＭＩＳトランジスタ５１のように、ストライプ状であってもよい。その場合、ボディコンタクト領域３３は、ソーストレンチ２４の長手方向に沿って互いに間隔を空けて複数個形成してもよい。
【００９０】
また、図５（ａ）（ｂ）および図６に示すＭＩＳトランジスタ５１では、ゲート耐圧保持領域２７は、ストライプ状のボディ領域１２の各間を延びる直線状のゲートトレンチ１５に沿って形成されている。ゲート耐圧保持領域２７の第１領域２９は、ゲートトレンチ１５の端部５２に形成されている。一方、ゲート耐圧保持領域２７の第２領域３０は、ゲートトレンチ１５の線状部５３に形成されている。
【００９１】
また、各単位セル２１は、直方体形状（四角柱状）に限らず、たとえば、三角柱状、五角柱状、六角柱状等の他の多角柱状であってもよい。
本発明の半導体パワーデバイスは、たとえば、電気自動車（ハイブリッド車を含む）、電車、産業用ロボットなどの動力源として利用される電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられるパワーモジュールに組み込むことができる。また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置（とくに自家発電装置）が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路に用いられるパワーモジュールにも組み込むことができる。
【００９２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１    ＭＩＳトランジスタ
８    ＳｉＣエピタキシャル層
９    （ＳｉＣエピタキシャル層の）表面
１２  ボディ領域
１３  ドリフト領域
１４  ソース領域
１５  ゲートトレンチ
１６  （ゲートトレンチの）線状部
１７  （ゲートトレンチの）交差部
１８  （ゲートトレンチの）側壁
１９  （ゲートトレンチの）底壁
２０  （単位セルの）角部
２１  単位セル
２２  ゲート絶縁膜
２３  ゲート電極
２４  ソーストレンチ
２５  （ソーストレンチの）側壁
２６  （ソーストレンチの）底壁
２７  ゲート耐圧保持領域
２８  ソース耐圧保持領域
２９  第１領域
３０  第２領域
３１  （ゲートトレンチの）コーナーエッジ部
３２  （ソーストレンチの）エッジ部
３７  ソース電極
３８  ドレイン電極
４１  ＭＩＳトランジスタ
５１  ＭＩＳトランジスタ
５２  （ゲートトレンチの）端部
５３  （ゲートトレンチの）線状部
７１  ＭＩＳトランジスタ
７２  ドリフト領域
７３  低濃度領域
７４  高濃度領域
７５  界面
７８  ＭＩＳトランジスタ
８１  ＭＩＳトランジスタ
８２  ドリフト領域
８３  低濃度領域
８４  高濃度領域
８５  界面
８６  ＭＩＳトランジスタ
【図１】
0005498431.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
0005498431.tif 000006
【図３Ｄ】
0005498431.tif 000007
【図３Ｅ】
0005498431.tif 000008
【図３Ｆ】
0005498431.tif 000009
【図３Ｇ】
0005498431.tif 000010
【図３Ｈ】
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【図４】
0005498431.tif 000012
【図５】
0005498431.tif 000013
【図６】
0005498431.tif 000014
【図７】
0005498431.tif 000015
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
0005498431.tif 000017
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
0005498431.tif 000019
【図８Ｅ】
0005498431.tif 000020
【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
0005498431.tif 000022
【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図９】
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【図１０】
0005498431.tif 000026
【図１１Ａ】
0005498431.tif 000027
【図１１Ｂ】
0005498431.tif 000028
【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
0005498431.tif 000031
【図１１Ｆ】
0005498431.tif 000032
【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１２】
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