(57)【要約】【課題】  フローティング領域におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを最適化する。【解決手段】  フローティング領域は、ＳｉＣ基板の厚み方向に沿って、高濃度領域と低濃度領域とを有する。低濃度領域におけるｐ型不純物の濃度は、高濃度領域におけるｐ型不純物の濃度よりも低い。高濃度領域は、トレンチの底面と低濃度領域との間において、低濃度領域に接している。フローティング領域におけるｐ型不純物の濃度を、ＳｉＣ基板の厚み方向に沿ってグラフ化したときに、そのグラフには高濃度領域と低濃度領域との間の境界において屈曲点又は変曲点が現れる。また、低濃度領域に含まれるｐ型不純物の含有量は、ドリフト領域の対応する範囲に含まれるｎ型不純物の含有量以上である。【選択図】図４
2018142578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチを有するＳｉＣ基板と、
前記トレンチ内に設けられたゲート電極とを備え、
前記ＳｉＣ基板は、ｎ型のソース領域と、ｎ型のドリフト領域と、前記ソース領域と前記ドリフト領域との間に介在するｐ型のボディ領域と、前記ドリフト領域内において前記トレンチの底面に隣接するｐ型のフローティング領域と、前記ボディ領域と前記フローティング領域との間を延びるｐ型の接続領域とを有し、
前記フローティング領域は、前記ＳｉＣ基板の厚み方向に沿って、高濃度領域と、ｐ型不純物の濃度が前記高濃度領域よりも低い低濃度領域とを有し、
前記高濃度領域は、前記トレンチの前記底面と前記低濃度領域との間において、前記低濃度領域に接しており、
前記フローティング領域におけるｐ型不純物の濃度を、前記厚み方向に沿ってグラフ化したときに、当該グラフには前記高濃度領域と前記低濃度領域との間の境界において屈曲点又は変曲点が現れ、
前記低濃度領域に含まれるｐ型不純物の含有量は、前記低濃度領域に前記厚み方向から隣接する範囲の前記ドリフト領域に含まれるｎ型不純物の含有量以上である、
ＭＯＳＦＥＴ。
【請求項２】
前記高濃度領域におけるｐ型不純物の最大濃度をＮＡとし、前記低濃度領域におけるｐ型不純物の最大濃度をＮＢとしたときに、ＮＡ／ＮＢ≧２．５が満たされる、請求項１に記載のＭＯＳＦＥＴ。
【請求項３】
前記高濃度領域と前記低濃度領域との間の前記境界は、前記トレンチの前記底面から前記厚み方向において第１距離だけ離れており、
前記低濃度領域と前記ドリフト領域との間の境界は、前記トレンチの前記底面から前記厚み方向において第２距離だけ離れており、
前記第１距離をＸＡとし、前記第２距離をＸＢとしたときに、ＸＢ／ＸＡ≧２が満たされる、請求項１又は２に記載のＭＯＳＦＥＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、ＭＯＳＦＥＴに関する。
【背景技術】
【０００２】
トレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）において、ｎ型のドリフト領域内に、ｐ型のフローティング領域が設けられた構造が知られている。フローティング領域は、トレンチの底面に隣接して設けられており、例えばトレンチの端面に沿って延びるｐ型の接続領域を介して、ボディ領域に接続されている。このような構造によると、ドリフト領域の空乏化が促進されることによって、半導体装置の耐圧性を向上させることができる。一般に、フローティング領域は、トレンチの内面を通じたｐ型不純物のイオン注入よって形成される。特許文献１に、フローティング領域を有するＭＯＳＦＥＴ及びその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１６８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フローティング領域は、ドリフト領域に含まれるｎ型不純物に応じて、一定量のｐ型不純物を含む必要がある。フローティング領域に含まれるｐ型不純物の含有量が、ドリフト領域に含まれるｎ型不純物の含有量に対して不足していると、ドリフト層を十分に空乏化することができない。また、フローティング領域がボディ領域と低抵抗で接続されるためには、フローティング領域の少なくとも一部において、ｐ型不純物が比較的に高い濃度で含まれる必要がある。これらの要件が満たされるように、フローティング領域を形成するイオン注入では、ｐ型不純物の注入濃度が比較的に高い値に設定され得る。
【０００５】
しかしながら、ｐ型不純物の注入濃度を高くしていくと、ある値を超える範囲において、無視できない量の結晶欠陥（格子欠陥）が発生する。半導体基板内の結晶欠陥は、リーク源としてリーク電流を誘発する要因となり、半導体装置の耐圧性を低下させるおそれがある。このように、フローティング領域におけるｐ型不純物の含有量及び濃度には、トレードオフの関係が存在しており、これを解決し得る技術が必要とされている。特に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の半導体基板（以下、ＳｉＣ基板と称する）を用いたトレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴでは、ワイドバンドギャップというＳｉＣの特性を活かして、ドリフト領域が比較的に薄く設けられることが多い。その結果、ドリフト領域に生じる電界強度が高くなりやすく、例えばシリコン基板では問題とならない程度の結晶欠陥でも、ＳｉＣ基板では無視できなくなっている。
【０００６】
上述の実情を鑑み、本明細書は、ＳｉＣ基板を用いたトレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴにおいて、フローティング領域におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを最適化し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する技術は、ＭＯＳＦＥＴに具現化される。このＭＯＳＦＥＴは、トレンチを有するＳｉＣ基板と、トレンチ内に設けられたゲート電極とを備える。ＳｉＣ基板は、ｎ型のソース領域と、ｎ型のドリフト領域と、ソース領域とドリフト領域との間に介在するｐ型のボディ領域と、ドリフト領域内においてトレンチの底面に隣接するｐ型のフローティング領域と、ボディ領域とフローティング領域との間を延びるｐ型の接続領域とを有する。
【０００８】
フローティング領域は、ＳｉＣ基板の厚み方向に沿って、高濃度領域と、ｐ型不純物の濃度が高濃度領域よりも低い低濃度領域とを有する。高濃度領域は、トレンチの底面と低濃度領域との間において低濃度領域に接している。フローティング領域におけるｐ型不純物の濃度を、ＳｉＣ基板の厚み方向に沿ってグラフ化すると、そのグラフには高濃度領域と低濃度領域との間の境界において屈曲点又は変曲点が現れる。言い換えると、当該グラフにおいて屈曲点又は変曲点の現れた位置が、高濃度領域と低濃度領域との間の境界の位置を示す。そして、低濃度領域に含まれるｐ型不純物の含有量は、その低濃度領域に厚み方向から隣接する範囲のドリフト領域に含まれるｎ型不純物の含有量以上である。
【０００９】
上記した構造によると、フローティング領域におけるｐ型不純物の濃度は、トレンチの底面に近い高濃度領域では高く、トレンチの底面から離れた低濃度領域では低くなる。前述したように、低濃度領域に含まれるｐ型不純物の含有量は、それに隣接するドリフト領域に含まれるｎ型不純物の含有量以上である。即ち、低濃度領域には、ドリフト領域を十分に空乏化し得るｐ型不純物が含まれている。従って、ドリフト領域とフローティング領域との間のｐｎ接合により、低濃度領域が空乏化されることはあっても、高濃度領域まで完全に空乏化されることが避けられる。これにより、高濃度領域では強い電界が生じることがなく、高濃度領域には比較的に多くの結晶欠陥が存在しても、半導体装置の耐圧性は維持される。従って、高濃度領域を形成するイオン注入では、フローティング領域がボディ領域へ低抵抗で接続されるように、ｐ型不純物の注入濃度を比較的に高くすることができる。その一方で、低濃度領域では、ドリフト領域とのｐｎ接合による空乏化によって、比較的に強い電界が生じ得る。しかしながら、低濃度領域では、そのイオン注入におけるｐ型不純物の注入濃度が低く、結晶欠陥の発生が抑制されている。従って、低濃度領域で比較的に強い電界が生じた場合でも、半導体装置の耐圧性は維持される。
【００１０】
高濃度領域については、フローティング領域をボディ領域へ低抵抗で接続するという目的から、ｐ型不純物の含有量よりもｐ型不純物の最大濃度が重要である。そのことから、高濃度領域におけるｐ型不純物の濃度プロファイルは、比較的に急峻なピークを有するとよい。それに対して、低濃度領域については、ドリフト領域を十分に空乏化するという目的から、ｐ型不純物の最大濃度よりもｐ型不純物の含有量が重要である。そのことから、低濃度領域におけるｐ型不純物の濃度プロファイルは、結晶欠陥の発生が抑制される範囲内において、比較的に平坦な形状を有するとよい。これらの知見に基づくと、フローティング領域におけるｐ型不純物の濃度を、ＳｉＣ基板の厚み方向に沿ってグラフ化したときに、そのグラフには、高濃度領域と低濃度領域との間の境界において屈曲点又は変曲点が現れるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の半導体装置１０の構造を示す断面図であって、図２中のＩ−Ｉ線の位置おける断面を示す。
【図２】ＳｉＣ基板１２の上面１２ａにおけるトレンチの配列を示す図。
【図３】トレンチ１３の端面１３ｃ付近の構造を示す断面図であって、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線の位置おける断面を示す。
【図４】フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度を、ＳｉＣ基板１２の厚み方向に沿ってグラフ化したものであり、フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示す。
【図５】深さ比Ｘと濃度比Ｎの好適な数値範囲（ハッチングされた部分）を示すグラフ。
【図６】半導体装置１０の製造方法における一工程を説明する図であって、ドレイン領域３２、ドリフト領域３４及びボディ領域３６を有するＳｉＣ基板１２を示す図。
【図７】半導体装置１０の製造方法における一工程を説明する図であって、コンタクト領域３８、ソース領域４０及びトレンチ１３がさらに形成されたＳｉＣ基板１２を示す図。
【図８】半導体装置１０の製造方法における一工程を説明する図であって、ｐ型不純物のイオン注入により、フローティング領域４２がさらに形成されたＳｉＣ基板１２を示す図。
【図９】フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度プロファイルの三つの具体例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本技術の一実施形態では、高濃度領域におけるｐ型不純物の最大濃度をＮＡとし、低濃度領域におけるｐ型不純物の最大濃度をＮＢとしたときに、ＮＡ／ＮＢ≧２．５が満たされるとよい。即ち、低濃度領域におけるｐ型不純物の最大濃度ＮＢは、高濃度領域におけるｐ型不純物の最大濃度ＮＡの４０パーセント以下であるとよい。このような構成によると、高濃度領域と低濃度領域との間に十分な濃度差が与えられ、低濃度領域における結晶欠陥の発生が抑制されるとともに、高濃度領域における電気的な抵抗が十分に低減される。
【００１３】
本技術の一実施形態では、高濃度領域と低濃度領域との間の境界が、トレンチの底面から厚み方向において第１距離だけ離れ、低濃度領域とドリフト領域との間の境界が、トレンチの底面から厚み方向において第２距離だけ離れていてもよい。この場合、第１距離をＸＡとし、第２距離をＸＢとしたときに、ＸＢ／ＸＡ≧２が満たされるとよい。即ち、高濃度領域は、フローティング領域のトレンチ側に位置する半分の範囲内に位置するとよい。このような構成によると、低濃度領域が比較的に広く設けられることで、低濃度領域におけるｐ型不純物の最大濃度が低減され、結晶欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。
【実施例】
【００１４】
図面を参照して、実施例の半導体装置１０とその製造方法について説明する。本実施例の半導体装置１０は、電力用の回路に用いられるパワー半導体装置であって、特にＭＯＳＦＥＴの構造を有する。特に限定されないが、半導体装置１０は、例えばハイブリッド車、燃料電池車又は電気自動車といった電動型の自動車において、コンバータやインバータといった電力変換回路のスイッチング素子として用いることができる。以下では、先ず半導体装置１０の構造について説明し、次いで半導体装置１０の製造方法について説明する。但し、下記する半導体装置１０及びその製造方法は一例であり、本明細書で開示する複数の技術要素は、単独又はいくつかの組み合わせによって、他の様々な半導体装置及びその製造方法に適用することができる。
【００１５】
図１は、本実施例の半導体装置１０の構造を示す断面図である。図１には、半導体装置１０の一部の断面のみが示されている。半導体装置１０には、図１に示される単位構造が繰り返し形成されている。図１に示すように、本実施例の半導体装置１０は、ＳｉＣ基板１２と、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに形成されたトレンチ１３内に位置するゲート電極１４とを備える。ゲート電極１４は、例えばポリシリコンといった導電性材料で形成されている。
【００１６】
図１、図２に示すように、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａには、複数のトレンチ１３が設けられている。複数のトレンチ１３は、互いに平行に伸びている。トレンチ１３は、一対の側面１３ａと、底面１３ｂと、一対の端面１３ｃとを有する。一対の側面１３ａは、トレンチ１３の幅方向において互いに対向する内面であり、一対の端面１３ｃは、トレンチ１３の長手方向において互いに対向する内面である。トレンチ１３の内部にはゲート絶縁膜１４ａが形成されており、ゲート電極１４は、ゲート絶縁膜１４ａを介してＳｉＣ基板１２に対向する。ゲート絶縁膜１４ａは、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）といった絶縁性材料で形成されている。なお、ゲート電極１４及びゲート絶縁膜１４ａを構成する具体的な材料については、特に限定されない。
【００１７】
半導体装置１０はさらに、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに設けられたソース電極１６と、ＳｉＣ基板１２の下面１２ｂに設けられたドレイン電極１８とを備える。ソース電極１６は、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａにオーミック接触しており、ドレイン電極１８は、ＳｉＣ基板１２の下面１２ｂにオーミック接触している。ソース電極１６とゲート電極１４との間には、層間絶縁膜１４ｂが設けられており、ソース電極１６はゲート電極１４から電気的に絶縁されている。ソース電極１６及びドレイン電極１８は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ａｕ（金）といった導電性材料を用いて形成されることができる。ソース電極１６及びドレイン電極１８を構成する具体的な材料については特に限定されない。
【００１８】
ここで、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａとは、ＳｉＣ基板１２の一つの表面を意味し、ＳｉＣ基板１２の下面１２ｂとは、ＳｉＣ基板１２の他の一つの表面であって、上面１２ａとは反対側に位置する表面を意味する。本明細書において、「上面」及び「下面」という表現は、互いに反対側に位置する二つの表面を便宜的に区別するものであり、例えばＳｉＣ基板１２の上面１２ａが常に鉛直上方に位置すること意味しない。ＳｉＣ基板１２の姿勢によっては、上面１２ａが鉛直下方に位置し、下面１２ｂが鉛直上方に位置することもある。
【００１９】
ＳｉＣ基板１２は、ドレイン領域３２、ドリフト領域３４、ボディ領域３６、コンタクト領域３８、ソース領域４０、及び、フローティング領域４２を備える。ドレイン領域３２は、ＳｉＣ基板１２の下面１２ｂに沿って位置しており、下面１２ｂに露出している。ドレイン領域３２は、ｎ型不純物を多く含むｎ型の領域である。ｎ型不純物は、例えばリンといったＶ族元素（第１５族元素）であってよい。前述したドレイン電極１８は、ドレイン領域３２にオーミック接触している。
【００２０】
ドリフト領域３４は、ドレイン領域３２上に位置しており、ドレイン領域３２と隣接している。ドリフト領域３４は、ｎ型の領域である。ドリフト領域３４におけるｎ型不純物の濃度は、ドレイン領域３２におけるｎ型不純物の濃度よりも低い。ｎ型不純物は、例えばリンといったＶ族元素（第１５族元素）であってよい。ボディ領域３６は、ドリフト領域３４上に位置しており、ドリフト領域３４と隣接している。ボディ領域３６は、少なくともドリフト領域３４によって、ドレイン領域３２から隔てられている。ボディ領域３６は、ｐ型不純物を多く含むｐ型の領域である。ｐ型不純物は、例えばＢ（ホウ素）又はＡｌ（アルミニウム）といったＩＩＩ族元素（第１３族元素）であってよい。
【００２１】
コンタクト領域３８は、ボディ領域３６上に位置するとともに、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに露出している。コンタクト領域３８は、ｐ型の領域である。コンタクト領域３８におけるｐ型不純物の濃度は、ボディ領域３６におけるｐ型不純物の濃度よりも高い。ｐ型不純物は、例えばＢ（ホウ素）又はＡｌ（アルミニウム）といったＩＩＩ族元素（第１３族元素）であってよい。ソース領域４０は、ボディ領域３６上に位置するとともに、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに露出している。ソース領域４０は、少なくともボディ領域３６を介して、ドリフト領域３４から隔てられている。ソース領域４０は、ｎ型の領域である。ソース領域４０におけるｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域３４におけるｎ型不純物の濃度よりも高い。ｎ型不純物は、例えばリンといったＶ族元素（第１５族元素）であってよい。前述したソース電極１６は、コンタクト領域３８及びソース領域４０にオーミック接触している。また、トレンチ１３は、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａから、ソース領域４０及びボディ領域３６を通過して、ドリフト領域３４まで伸びている。
【００２２】
フローティング領域４２は、ドリフト領域３４内であって、トレンチ１３の底面１３ｂに隣接して位置している。フローティング領域４２は、ｐ型の領域である。フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度は、例えばボディ領域３６におけるｐ型不純物の濃度と同程度であって、コンタクト領域３８におけるｐ型不純物の濃度よりも低い。ｐ型不純物は、例えばＢ（ホウ素）又はＡｌ（アルミニウム）といったＩＩＩ族元素（第１３族元素）であってよい。詳しくは後述するが、フローティング領域４２は、ドリフト領域３４と同じｎ型の領域に、ｐ型不純物をイオン注入することによって形成される。ｎ型のドリフト領域３４内に、ｐ型のフローティング領域４２が設けられていると、ｎ型のドリフト領域３４の空乏化が促進されることから、半導体装置１０の耐圧を向上させることができる。
【００２３】
図３に示すように、ＳｉＣ基板１２は、ｐ型の接続領域４６をさらに有する。ｐ型の接続領域４６は、トレンチ１３の端面１３ｃに沿って、ボディ領域３６とフローティング領域４２との間を延びている。フローティング領域４２は、接続領域４６を介してボディ領域３６に接続されており、ボディ領域３６と同じ電位に維持される。
【００２４】
図１、図３に示すように、フローティング領域４２は、ＳｉＣ基板１２の厚み方向に沿って、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとを有する。ここでいうＳｉＣ基板１２の厚み方向とは、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂに対して垂直な方向を意味する。ＳｉＣ基板１２の厚み方向は、トレンチ１３の深さ方向と一致する。低濃度領域４２ｂにおけるｐ型不純物の濃度は、高濃度領域４２ａにおけるｐ型不純物の濃度よりも低い。高濃度領域４２ａは、トレンチ１３の底面１３ｂと低濃度領域４２ｂとの間に位置している。即ち、高濃度領域４２ａは、トレンチ１３の底面１３ｂの近くに位置しており、低濃度領域４２ｂは、トレンチ１３の底面１３ｂから離れて位置している。
【００２５】
図４を参照して、フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度プロファイルについて説明する。図４に示すように、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとの間の境界４２ｃは、ＳｉＣ基板１２の厚み方向において、トレンチ１３の底面１３ｂから第１距離ＸＡだけ離れている。また、低濃度領域４２ｂとドリフト領域３４との間の境界４２ｄは、同じくＳｉＣ基板１２の厚み方向において、トレンチ１３の底面１３ｂから第２距離ＸＢだけ離れている。この境界４２ｄは、フローティング領域４２の境界でもあり、ｐ型不純物の濃度がドリフト領域３４におけるｎ型不純物の濃度と等しくなる位置である。即ち、フローティング領域４２の境界４２ｄにおいて、ｐ型不純物の濃度は厳密にはゼロではない。第２距離ＸＢは、第１距離ＸＡよりも大きい。ここで、図４中の点Ｃは、トレンチ１３の底面１３ｂに位置する点であり、点Ｃ’は、低濃度領域４２ｂとドリフト領域３４との間の境界４２ｄに位置する点である。点Ｃ及びＣ’を通る直線は、ＳｉＣ基板１２の厚み方向に平行であって、トレンチ１３の幅方向の中央に位置する。図４に示す濃度プロファイルにおいて、高濃度領域４２ａに含まれるｐ型不純物の含有量は面積ＳＡで表現され、低濃度領域４２ｂにおけるｐ型不純物の含有量は面積ＳＢで表現される。
【００２６】
図４に示すように、フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度を、ＳｉＣ基板１２の厚み方向に沿ってグラフ化すると、そのグラフには高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとの間の境界４２ｃにおいて、屈曲点又は変曲点が現れる。言い換えると、図４のグラフにおいて屈曲点又は変曲点の現れた位置が、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとの間の境界４２ｃの位置を示す。そして、低濃度領域４２ｂに含まれるｐ型不純物の含有量ＳＡは、低濃度領域４２ｂに厚み方向から隣接する範囲のドリフト領域３４（言い換えると、低濃度領域４２ｂとドレイン領域３２との間の範囲に位置するドリフト領域３４）に含まれるｎ型不純物の含有量以上である。即ち、低濃度領域４２ｂには、ドリフト領域３４を十分に空乏化し得るｐ型不純物が含まれている。厳密に言えば、低濃度領域４２ｂ内に存在するｎ型不純物も考慮する必要があるが、低濃度領域４２ｂのサイズはドリフト領域３４と比較して十分に小さいので、低濃度領域４２ｂ内に存在するｎ型不純物は無視することができる。
【００２７】
上記した構造によると、フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度は、トレンチ１３の底面１３ｂに近い高濃度領域４２ａでは高く、トレンチ１３の底面１３ｂから離れた低濃度領域４２ｂでは低くなる。前述したように、低濃度領域４２ｂには、ドリフト領域３４を十分に空乏化し得るｐ型不純物が含まれている。従って、ドリフト領域３４とフローティング領域４２との間のｐｎ接合により、低濃度領域４２ｂが空乏化されることはあっても、高濃度領域４２ａまで完全に空乏化されることが避けられる。これにより、高濃度領域４２ａでは強い電界が生じることがないので、高濃度領域４２ａに比較的に多くの結晶欠陥が存在しても、半導体装置１０の耐圧性は維持される。従って、高濃度領域４２ａを形成するイオン注入では、フローティング領域４２がボディ領域３６へ低抵抗で接続されるように、ｐ型不純物の注入濃度を比較的に高くすることができる。
【００２８】
その一方で、低濃度領域４２ｂでは、ドリフト領域３４とのｐｎ接合による空乏化によって、比較的に強い電界が生じ得る。しかしながら、低濃度領域４２ｂでは、そのイオン注入におけるｐ型不純物の注入濃度が低く、結晶欠陥の発生が抑制されている。換言すると、低濃度領域４２ｂのイオン注入では、結晶欠陥の発生が抑制される範囲内で、ｐ型不純物の注入濃度が決定されている。従って、低濃度領域４２ｂで比較的に強い電界が生じた場合でも、半導体装置１０の耐圧性は維持される。このように、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとを組み合わせることで、リーク電流の発生を誘発することなく、フローティング領域４２をボディ領域３６へ低抵抗で接続することができる。これにより、半導体装置１０の耐圧性は有意に向上する。
【００２９】
高濃度領域４２ａについては、フローティング領域４２をボディ領域３６へ低抵抗で接続するという目的から、ｐ型不純物の含有量ＳＡ（図４参照）よりも、ｐ型不純物の最大濃度ＮＡが重要である。そのことから、高濃度領域４２ａにおけるｐ型不純物の濃度プロファイルは、比較的に急峻なピークを有するとよい。それに対して、低濃度領域４２ｂについては、ドリフト領域３４を十分に空乏化するという目的から、ｐ型不純物の最大濃度ＮＢよりも、ｐ型不純物の含有量ＳＢ（図４参照）が重要である。そのことから、低濃度領域４２ｂにおけるｐ型不純物の濃度プロファイルは、結晶欠陥の発生が抑制される範囲内において、比較的に平坦な形状を有するとよい。即ち、低濃度領域４２ｂでは、ＳｉＣ基板１２の厚み方向において、ｐ型不純物の濃度が比較的に一定であるとよい。一例として、低濃度領域４２ｂの厚み方向における５０パーセント以上の範囲において、ｐ型不純物の濃度の変動幅がその平均値に対して±３０パーセント以下であるとよい。これらの知見に基づくと、図４に示すように、フローティング領域４２のおけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示すグラフでは、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとの間の境界４２ｃにおいて、屈曲点又は変曲点が現れるとよい。
【００３０】
本実施例におけるフローティング領域４２では、第１距離ＸＡに対する第２距離ＸＢの比が、２以上となるように設計されている。即ち、ＸＢ／ＸＡ≧２の式が満たされる。このことは、フローティング領域４２のトレンチ１３側に位置する半分の範囲内に、高濃度領域４２ａが設けられていることを意味する。以下、ＸＢ／ＸＡの値を深さ比Ｘと称することがある。
【００３１】
また、本実施例におけるフローティング領域４２では、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとの間で、ｐ型不純物の濃度に十分な濃度差が与えられている。具体的には、高濃度領域４２ａにおけるｐ型不純物の最大濃度ＮＡと、低濃度領域４２ｂにおけるｐ型不純物の最大濃度ＮＢとの間には、ＮＡ／ＮＢ≧２．５の式が満たされる。即ち、低濃度領域４２ｂにおけるｐ型不純物の最大濃度ＮＢは、高濃度領域４２ａにおけるｐ型不純物の最大濃度ＮＡの４０パーセント以下である。以下、ＮＡ／ＮＢの値を濃度比Ｎと称することがある。
【００３２】
第１距離ＸＡ、第２距離ＸＢ、高濃度領域４２ａの最大濃度ＮＡ、及び、低濃度領域４２ｂの最大濃度ＮＢの各値は、具体的な数値に限定されない。図５に示すように、深さ比Ｘ＝ＸＢ／ＸＡ≧２、かつ、Ｎ＝ＮＡ／ＮＢ≧２．５が満たされる範囲（ハッチングの範囲）内で、各指標ＸＡ、ＸＢ、ＮＡ、ＮＢは、半導体装置１０の他の設計指標に応じて適宜に設計するとよい。一例ではあるが、ｐ型不純物としてアルミニウムを用いる場合、アルミニウムイオンの注入濃度が４×１０１７／ｃｍ３未満であると、ＳｉＣ基板１２内に結晶欠陥が実質的に発生しないことが判明している。そのことから、ｐ型不純物としてアルミニウムを用いる場合は、低濃度領域４２ｂの最大濃度ＮＢを４×１０１７／ｃｍ３未満とすることが考えられる。また、他の種類のｐ型不純物を使用する場合でも、ｐ型不純物の注入濃度については、ＳｉＣ基板１２内に結晶欠陥を実質的に発生させない上限が存在すると推認される。そのことから、低濃度領域４２ｂの最大濃度ＮＢは、ｐ型不純物の種類にかかわらず、ＳｉＣ基板１２内に結晶欠陥を実質的に発生させない範囲内の値とするとよい。
【００３３】
一例ではあるが、フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度プロファイルは、次の手順で決定することができる。先ず、ドリフト領域３４の厚みや、イオン注入に用いる装置の能力等を考慮して、第２距離ＸＢを決定する。また、ｐ型不純物のイオン注入に関して、ＳｉＣ基板１２に結晶欠陥が実質的に発生しない注入濃度の上限値を、予め定めておく。この上限値は、実験又はシミュレーションによって、求めることができる。次に、低濃度領域４２ｂにおけるｐ型不純物の含有量ＳＢが、ドリフト領域３４の対応する部分に含まれるｎ型不純物の含有量以上となるように、低濃度領域４２ｂにおけるｐ型不純物の含有量ＳＢを決定する。ドリフト領域３４の対応する部分に含まれるｎ型不純物の含有量は、例えば、ドリフト領域３４のｎ型不純物の濃度に、ドリフト領域３４の対応する部分の厚さ（即ち、低濃度領域４２ｂとドレイン領域３２との間の距離）を乗じて求めることができる。次に、低濃度領域４２ｂにおけるｐ型不純物の最大濃度ＮＢを、前述した注入濃度の上限値以下に制限しながら、決定した含有量ＳＢが満たされるように、低濃度領域４２ｂに必要とされる厚さ（＝ＸＢ−ＸＡ）を決定する。これにより、第１距離ＸＡが決定される。最後に、フローティング領域４２がボディ領域３６へ低抵抗で接続されるように、高濃度領域４２ａに必要とされる最大濃度ＮＡを決定する。あるいは、高濃度領域４２ａに必要とされるｐ型不純物の含有量ＳＡを決定し、さらに第１距離ＸＡを用いて、高濃度領域４２ａにおける最大濃度ＮＡを決定してもよい。
【００３４】
上記の手順ではさらに、深さ比Ｘ（＝ＸＢ／ＸＡ）がＸ≧２の式を満たし、及び／又は、濃度比Ｎ（＝ＮＡ／ＮＢ）がＮ≧２．５の式を満たすように、各指標ＮＡ、ＸＡ、ＸＢを決定するとよい。
【００３５】
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。なお、ここで説明する製造方法は一例であり、半導体装置１０の製造方法を限定するものではない。図６に示すように、ドレイン領域３２となるｎ型のＳｉＣウエハを用意し、ドレイン領域３２上にｎ型のドリフト領域３４をＳｉＣのエピタキシャル成長によって形成する。次いで、ドリフト領域３４上にｐ型のボディ領域３６をＳｉＣのエピタキシャル成長によって形成する。これにより、ドレイン領域３２、ドリフト領域３４及びボディ領域３６を有する三層構造のＳｉＣ基板１２が製造される。
【００３６】
次に、図７に示すように、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａからイオン注入を行って、ｐ型のコンタクト領域３８とｎ型のソース領域４０とをそれぞれ形成する。その後、ＳｉＣ基板１２の上面１２ａに、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）によるマスク５０を形成し、ドライエッチングによってＳｉＣ基板１２の上面１２ａにトレンチ１３を形成する。次に、図８に示すように、マスク５０をそのまま使用し、トレンチ１３内へｐ型不純物のイオン注入を行うことにより、フローティング領域４２を形成する。図８中の矢印群Ｐは、ｐ型不純物のイオン注入を模式的に示す。このとき、イオンの注入時間や注入強度（例えば、イオンに与える加速エネルギー）を調整することで、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとをそれぞれ形成することができる。ＳｉＣ基板１２に注入されたｎ型不純物及びｐ型不純物は、アニール処理によって活性化される。
【００３７】
その後、ゲート絶縁膜１４ａ、ゲート電極１４、層間絶縁膜１４ｂ、ソース電極１６及びドレイン電極１８をそれぞれ形成し、ダイシングといった他の必要な工程を経て、半導体装置１０は完成する。
【００３８】
図９は、フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度プロファイルについて、三つの具体例（Ａ）〜（Ｃ）を示している。いずれの具体例においても、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとの間の境界４２ｃおいて（即ち、第１距離ＸＡの位置において）、屈曲点又は変曲点が現れている。また、いずれの具体例も、ＸＢ／ＸＡ≧２、かつ、ＮＡ／ＮＢ≧２．５を満たすものである。なお、図９中の各グラフの縦軸は、ｐ型不純物の濃度を対数表示しているので、グラフ上の寸法では必ずしもＸＢ／ＸＡ≧２とはならない。図９に示すように、フローティング領域４２におけるｐ型不純物の濃度プロファイルは、高濃度領域４２ａと低濃度領域４２ｂとの間の境界４２ｃにおいて屈曲点又は変曲点が現れるとともに、低濃度領域４２ｂに含まれるｐ型不純物の含有量がドリフト領域３４に含まれるｎ型不純物の含有量以上である限りにおいて、様々に変更することができる。
【００３９】
以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書又は図面に記載された技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示された技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０：半導体装置
１２：ＳｉＣ基板
１２ａ：上面
１２ｂ：下面
１３：トレンチ
１３ａ：側面
１３ｂ：底面
１３ｃ：端面
１４：ゲート電極
１４ａ：ゲート絶縁膜
１４ｂ：層間絶縁膜
１６：ソース電極
１８：ドレイン電極
３２：ドレイン領域
３４：ドリフト領域
３６：ボディ領域
３８：コンタクト領域
４０：ソース領域
４２：フローティング領域
４２ａ：高濃度領域
４２ｂ：低濃度領域
４２ｃ：高濃度領域と低濃度領域との間の境界
４６：接続領域
５０：マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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