(57)【要約】【課題】簡素な構成で高い電流増幅率を達成することが可能な炭化珪素半導体装置を提供する。【解決手段】炭化珪素層（１０）は、コレクタ領域（１１，１２）と、ベース領域（１３）と、エミッタ領域（１４）とを含む。炭化珪素層（１０）には、第１の主面（１０ａ）からエミッタ領域（１４）を貫通してベース領域（１３）に至る側壁面（ＳＷａ，ＳＷｂ）を有するトレンチ（ＴＲ）が設けられる。側壁面（ＳＷａ，ＳＷｂ）は、｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する領域（ＳＷ１）を含む。製造方法は、トレンチ（ＴＲ）を形成する工程を含む。トレンチ（ＴＲ）を形成する工程は、上記領域を形成するために、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）を化学的に処理する工程を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素半導体装置であって、
六方晶の単結晶構造を有する炭化珪素層を備え、
前記炭化珪素層は、
第１の主面と、
前記第１の主面とは反対側に位置する第２の主面と、
第１の導電型を有し、前記第２の主面を規定するコレクタ領域と、
前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有し、かつ前記第２の主面とは反対側の前記コレクタ領域の表面に配置されたベース領域と、
前記第１の導電型を有し、前記コレクタ領域から隔てられて前記ベース領域上に配置されて、前記第１の主面を規定するエミッタ領域とを含み、
前記炭化珪素層には、前記第１の主面から前記エミッタ領域を貫通して前記ベース領域に至る側壁面を有するトレンチが設けられ、
前記側壁面は、
｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する第１の領域を含む、炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
前記第１の領域は、面方位｛０−３３−８｝を有する面を含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記側壁面は、
互いに対向するとともに、前記炭化珪素層の前記第１の主面から前記第２の主面に向かうに従って互いに近づく２つの面を含む、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記第１の領域は、前記エミッタ領域と前記ベース領域とにまたがるように配置され、
前記側壁面は、
前記炭化珪素層の前記第１の主面から、前記エミッタ領域と前記ベース領域との接合面よりも浅い位置までの深さを有し、前記第１の領域とつながる第２の領域をさらに含み、
前記第１の主面に対して前記第２の領域のなす角度は、前記第１の主面に対して前記第１の領域がなす角度よりも大きい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記第１の領域は、前記ベース領域に配置され、
前記側壁面は、
前記炭化珪素層の前記第１の主面から、前記エミッタ領域を貫通して前記第１の領域へとつながる第２の領域をさらに含み、
前記第１の主面に対して前記第２の領域のなす角度は、前記第１の主面に対して前記第１の領域がなす角度よりも大きい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
前記第１の導電型は、ｎ型であり、
前記第２の導電型は、ｐ型である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項７】
炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
六方晶の単結晶構造を有し、かつ第１の主面と、前記第１の主面とは反対側に位置する第２の主面とを有する炭化珪素層を準備する工程を備え、
前記炭化珪素層を準備する工程は、
第１の導電型を有し、前記第２の主面を規定するコレクタ領域を形成する工程と、
前記第２の主面とは反対側の前記コレクタ領域の表面に、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するベース領域を形成する工程と、
前記ベース領域上に、前記第１の導電型を有し、かつ前記第１の主面を規定するエミッタ領域を形成する工程とを含み、
前記製造方法は、
前記エミッタ領域を貫通して前記ベース領域に至る側壁面を有するトレンチを形成する工程をさらに備え、
前記トレンチを形成する工程は、
｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する第１の領域を形成するために、前記炭化珪素層の前記第１の主面を化学的に処理する工程を含む、炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の領域は、面方位｛０−３３−８｝を有する面を含む、請求項７に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の主面を化学的に処理する工程は、前記炭化珪素層の前記第１の主面を化学的にエッチングする工程を含む、請求項７または請求項８に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の主面を化学的にエッチングする工程は、前記第１の主面を熱エッチングする工程を含む、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の主面を熱エッチングする工程は、少なくとも１種類以上のハロゲン原子を含む雰囲気中で前記炭化珪素層を加熱する工程を含む、請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素原子およびフッ素原子の少なくともいずれかを含む、請求項１１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記トレンチを形成する工程は、
前記炭化珪素層の前記第１の主面を化学的に処理する工程に先立って、前記第１の主面を、反応性イオンエッチングによりエッチングする工程を含む、請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の主面を、反応性イオンエッチングによりエッチングする工程において、前記炭化珪素層の前記第１の主面から、前記エミッタ領域と前記ベース領域との接合面よりも浅い位置まで前記エミッタ領域をエッチングして、前記側壁面の第２の領域を形成する、請求項１３に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の主面を、反応性イオンエッチングによりエッチングする工程において、前記炭化珪素層の前記第１の主面から前記エミッタ領域を貫通して前記ベース領域に至る、前記側壁面の第２の領域を形成する、請求項１３に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記ベース領域を形成する工程は、エピタキシャル成長によって、前記コレクタ領域の上に、前記第２の導電型を有する層を形成する工程を含む、請求項７から請求項１５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記エミッタ領域を形成する工程は、エピタキシャル成長によって、前記ベース領域の上に、前記第１の導電型を有する層を形成する工程を含む、請求項７から請求項１６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の導電型は、ｎ型であり、
前記第２の導電型は、ｐ型である、請求項７から請求項１７のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、特に、バイポーラトランジスタを有する炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体装置（パワー半導体）を構成する材料に炭化珪素（ＳｉＣ）を採用することが進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用さ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。
【０００３】
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。
【０００４】
ＳｉＣパワー半導体は、主に、接合型デバイスと、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型デバイスとに分類される。接合型デバイスの代表例は、バイポーラトランジスタ（バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）とも呼ばれる）である。
【０００５】
ＳｉＣにより形成されたＢＪＴが有する１つの課題は、電流増幅率の向上である。電流増幅率とは、ベース電流に対するコレクタ電流の比であると定義される。低い電流増幅率の原因は、ベース領域中の正孔と、エミッタ領域から注入される電子とが、ベース領域表面の界面準位を介して再結合することであると考えられている。電子および正孔の密度が高くなるほど、再結合電流が大きくなる。あるいは界面準位が多くなるほど、再結合電流が大きくなる。
【０００６】
たとえば特開２００６−３５１６２１号（特許文献１）は、電流増幅率の改善を目的としたバイポーラ型炭化珪素半導体装置を開示する。この半導体装置は、再結合抑制半導体層を有する。再結合抑制半導体層は、低濃度のｐ型不純物を含む層であり、ベースコンタクト領域とエミッタ領域の間の半導体結晶の表面付近に配置される。再結合抑制半導体層によって、多数の界面準位が存在する半導体の表面が、主に正孔電流あるいは電子電流が流れる部分から分離される。これにより正孔と電子の再結合が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３５１６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２００６−３５１６２１号公報に開示された発明では、電子と正孔との再結合を抑制するための特別な層が必要である。このために、炭化珪素半導体装置の構造が複雑化する。
【０００９】
本発明の目的は、簡素な構成で高い電流増幅率を達成することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある局面に係る炭化珪素半導体装置は、六方晶の単結晶構造を有する炭化珪素層を備える。炭化珪素層は、第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置する第２の主面と、第１の導電型を有し、第２の主面を規定するコレクタ領域と、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有し、かつ第２の主面とは反対側のコレクタ領域の表面に配置されたベース領域と、第１の導電型を有し、コレクタ領域から隔てられてベース領域上に配置されて、第１の主面を規定するエミッタ領域とを含む。炭化珪素層には、第１の主面からエミッタ領域を貫通してベース領域に至る側壁面を有するトレンチが設けられる。側壁面は、｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する領域を含む。
【００１１】
本発明の他の局面に従う、炭化珪素半導体装置の製造方法は、六方晶の単結晶構造を有し、かつ第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置する第２の主面とを有する炭化珪素層を準備する工程を備える。炭化珪素層を準備する工程は、第１の導電型を有し、第２の主面を規定するコレクタ領域を形成する工程と、第２の主面とは反対側のコレクタ領域の表面に、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するベース領域を形成する工程と、ベース領域上に、第１の導電型を有し、かつ第１の主面を規定するエミッタ領域を形成する工程とを含む。製造方法は、エミッタ領域を貫通してベース領域に至る側壁面を有するトレンチを形成する工程をさらに備える。トレンチを形成する工程は、｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する領域を形成するために、炭化珪素層の前記第１の主面を化学的に処理する工程を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡素な構成で高い電流増幅率を達成することが可能な炭化珪素半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の概略的な構成を示した平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１および図２に示した方向ａ１１および方向ａ２１を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第１工程を概略的に示す一部断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第２工程を概略的に示す一部断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第３工程を概略的に示す一部断面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第４工程を概略的に示す一部断面図である。
【図８】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第５工程を概略的に示す一部断面図である。
【図９】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第６工程を概略的に示す一部断面図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第７工程を概略的に示す一部断面図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第８工程を概略的に示す一部断面図である。
【図１２】ｎｐｎトランジスタの基本的な動作を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の比較例の構成を示した図である。
【図１４】第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の別の構成を示した断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の概略的な構成を示した平面図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ａの製造方法の第４工程（トレンチを形成する工程）で実行される第１の処理を概略的に示す一部断面図である。
【図１８】第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ａの製造方法の第４工程（トレンチを形成する工程）で実行される第２の処理を概略的に示す断面図である。
【図１９】第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ａの製造方法の第５および第６工程を概略的に示す断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の概略的な構成を示した平面図である。
【図２１】図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図である。
【図２２】第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ｂの製造方法の第４工程（トレンチを形成する工程）で実行される第１の処理を概略的に示す一部断面図である。
【図２３】第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ｂの製造方法の第４工程（トレンチを形成する工程）で実行される第２の処理を概略的に示す断面図である。
【図２４】第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ｂの製造方法の第５および第６工程を概略的に示す断面図である。
【図２５】ｐｎ接合の接合面から広がる空乏層を示した図である。
【図２６】ｐｎ接合の接合面から広がる空乏層を示した別の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。なお、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。また角度の記載には、全方位角を３６０度とする系を用いている。
【００１５】
（１）本発明の実施形態に係る炭化珪素半導体装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、六方晶の単結晶構造を有する炭化珪素層（１０）を備える。炭化珪素層（１０）は、第１の主面（１０ａ）と、第１の主面（１０ａ）とは反対側に位置する第２の主面（１０ｂ）と、第１の導電型を有し、第２の主面（１０ｂ）を規定するコレクタ領域（１１，１２）と、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有し、かつ第２の主面（１０ｂ）とは反対側のコレクタ領域の表面に配置されたベース領域（１３）と、第１の導電型を有し、コレクタ領域（１１，１２）から隔てられてベース領域（１３）上に配置されて、第１の主面（１０ａ）を規定するエミッタ領域（１４）とを含む。炭化珪素層（１０）には、第１の主面（１０ａ）からエミッタ領域（１４）を貫通してベース領域（１３）に至る側壁面を有するトレンチ（ＴＲ）が設けられる。側壁面は、｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する第１の領域（ＳＷ１）を含む。
【００１６】
この構成によれば、炭化珪素層は、炭化珪素層の第１の主面からエミッタ領域を貫通してベース領域に至る側壁面を有する。側壁面は、｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する第１の領域を含む。この第１の領域は、低い界面準位密度を有する結晶面（以後、この明細書では「特殊面」と呼ぶこともある）である。「巨視的」とは、原子間隔程度の寸法を有する微細構造を無視することを意味する。このように巨視的なオフ角の測定としては、たとえば、一般的なＸ線回折を用いた方法を用い得る。
【００１７】
正孔と電子とが再結合することでベース電流が生じる。ベース電流が大きくなると、炭化珪素半導体装置（バイポーラトランジスタ）の電流増幅率が下がる。正孔と電子とが再結合する要因の１つは、炭化珪素層の界面準位である。側壁面の第１の領域は、低い界面準位密度を有する面として選ばれた面であるので、再結合電流を低減することができる。これにより、高い電流増幅率を有する炭化珪素半導体装置を実現することができる。
【００１８】
（２）好ましくは、第１の領域（ＳＷ１）は、面方位｛０−３３−８｝を有する面を含む。
【００１９】
この構成によれば、再結合電流を低減することができる。これにより、高い電流増幅率を有する炭化珪素半導体装置を実現することができる。
【００２０】
（３）好ましくは、側壁面は、互いに対向するとともに、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）から第２の主面（１０ｂ）に向かうに従って互いに近づく２つの面（ＳＷａ，ＳＷｂ）を含む。
【００２１】
この構成によれば、上記の第１の領域を露出させることが可能になる。したがって高い電流増幅率を有する炭化珪素半導体装置を実現することができる。
【００２２】
なお、トレンチは底面を有し、２つの面が、その底面につながってもよい。あるいは、トレンチの２つの面同士がつながっていてもよい。後者の場合には、第１の主面におけるトレンチの幅を小さくすることができる。これにより、バイポーラトランジスタセルのピッチを縮小することができる。
【００２３】
（４）好ましくは、第１の領域（ＳＷ１）は、エミッタ領域（１４）とベース領域（１３）とにまたがるように配置される。側壁面は、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）から、エミッタ領域（１４）とベース領域（１３）との接合面よりも浅い位置までの深さを有し、第１の領域（ＳＷ１）とつながる第２の領域（ＳＷ２）をさらに含む。第１の主面（１０ａ）に対して第２の領域（ＳＷ２）のなす角度（θ２）は、第１の主面（１０ａ）に対して第１の領域（ＳＷ１）がなす角度（θ１）よりも大きい。
【００２４】
この構成によれば、炭化珪素半導体装置の電流増幅率をよりいっそう高めることができる。第１の領域には低い界面準位密度を有する面が選ばれている。第１の領域は、エミッタ領域とベース領域との両方にまたがっている。したがって、正孔と電子との再結合が生じる確率をより小さくすることができる。これにより炭化珪素半導体装置の電流増幅率を高めることができる。
【００２５】
（５）好ましくは、第１の領域（ＳＷ１）は、ベース領域（１３）に配置される。側壁面は、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）から、エミッタ領域（１４）を貫通して第１の領域（ＳＷ１）へとつながる第２の領域（ＳＷ２）をさらに含む。第１の主面（１０ａ）に対して第２の領域（ＳＷ２）のなす角度（θ２）は、第１の主面（１０ａ）に対して第１の領域（ＳＷ１）がなす角度（θ１）よりも大きい。
【００２６】
この構成によれば、炭化珪素半導体装置の耐圧を確保することができる。エミッタ領域とベース領域との接合面は、第２の領域と交わっている。第１の主面に対して第２の領域のなす角度が小さくなるほど、第２の領域に近い接合面の端部では、空乏層が広がりにくくなる。炭化珪素層の第１の主面に対して第２の領域のなす角度が、その第１の主面に対して第１の領域がなす角度よりも大きい。したがって、第２の領域に近い接合面の端部において、空乏層を広げやすくなる。空乏層が広がることにより、炭化珪素半導体装置の耐圧を確保することができる。
【００２７】
（６）好ましくは、第１の導電型は、ｎ型であり、第２の導電型は、ｐ型である。
この構成によれば、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを実現することができる。さらに、炭化珪素半導体装置の製造しやすさを向上することができる。
【００２８】
（７）本発明の実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、六方晶の単結晶構造を有し、かつ第１の主面（１０ａ）と、第１の主面（１０ａ）とは反対側に位置する第２の主面（１０ｂ）とを有する炭化珪素層（１０）を準備する工程を備える。炭化珪素層（１０）を準備する工程は、第１の導電型を有し、第２の主面（１０ｂ）を規定するコレクタ領域（１１，１２）を形成する工程と、第２の主面（１０ａ）とは反対側のコレクタ領域（１１，１２）の表面に、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するベース領域（１３）を形成する工程と、ベース領域（１３）上に、第１の導電型を有し、かつ第１の主面（１０ａ）を規定するエミッタ領域（１４）を形成する工程とを含む。製造方法は、エミッタ領域（１４）を貫通してベース領域（１３）に至る側壁面を有するトレンチ（ＴＲ）を形成する工程をさらに備える。トレンチ（ＴＲ）を形成する工程は、｛０００−１｝面に対して、５０°以上７０°以下の角度を有する第１の領域（ＳＷ１）を形成するために、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）を化学的に処理する工程を含む。
【００２９】
この構成によれば、高い電流増幅率を有する炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【００３０】
（８）好ましくは、第１の領域（ＳＷ１）は、面方位｛０−３３−８｝を有する面を含む。
【００３１】
この構成によれば、高い電流増幅率を有する炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【００３２】
（９）好ましくは、第１の主面（１０ａ）を化学的に処理する工程は、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）を化学的にエッチングする工程を含む。
【００３３】
この構成によれば、上記の第１の領域をより確実に露出させることができる。
（１０）好ましくは、第１の主面（１０ａ）を化学的にエッチングする工程は、第１の主面（１０ａ）を熱エッチングする工程を含む。
【００３４】
この構成によれば、上記の第１の領域をより確実に露出させることができる。
（１１）好ましくは、第１の主面（１０ａ）を熱エッチングする工程は、少なくとも１種類以上のハロゲン原子を含む雰囲気中で炭化珪素層（１０）を加熱する工程を含む。
【００３５】
この構成によれば、上記の第１の領域をより確実に露出させることができる。
（１２）好ましくは、少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素原子およびフッ素原子の少なくともいずれかを含む。
【００３６】
この構成によれば、上記の第１の領域をより確実に露出させることができる。
（１３）好ましくは、トレンチを形成する工程は、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）を化学的に処理する工程に先立って、第１の主面（１０ａ）を反応性イオンエッチングによりエッチングする工程を含む。
【００３７】
この構成により、第１の主面内の、トレンチに対応する領域が反応性イオンエッチングにより、予めエッチングされる。次に、第１の主面を化学的に処理される。この際に、炭化珪素層のエッチングを円滑に進めることができる。したがって、上記の第１の領域をより確実に露出させることができる。
【００３８】
（１４）好ましくは、第１の主面を、反応性イオンエッチングによりエッチングする工程において、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）から、エミッタ領域（１４）とベース領域（１３）との接合面よりも浅い位置までエミッタ領域（１４）をエッチングして、側壁面の第２の領域（ＳＷ２）を形成する。
【００３９】
この構成によれば、エミッタ領域とベース領域との両方にまたがる第１の領域を形成することができる。したがって、正孔と電子との再結合が生じる確率をより小さくすることができる。これにより炭化珪素半導体装置の電流増幅率を高めることができる。
【００４０】
（１５）好ましくは、第１の主面を、反応性イオンエッチングによりエッチングする工程において、炭化珪素層（１０）の第１の主面（１０ａ）からエミッタ領域（１４）を貫通してベース領域（１３）に至る、側壁面の第２の領域（ＳＷ２）を形成する。
【００４１】
この構成によれば、第１の主面に対して第２の領域のなす角度は、第１の主面に対して第１の領域がなす角度よりも大きくすることができる。さらにエミッタ領域とベース領域との接合面が、第２の領域と交わる。これにより、第２の領域に近い接合面の端部において、空乏層を広げやすくなる。空乏層が広がることにより、炭化珪素半導体装置の耐圧を確保することができる。
【００４２】
（１６）好ましくは、ベース領域（１３）を形成する工程は、エピタキシャル成長によって、コレクタ領域（１１，１２）の上に、第２の導電型を有する層を形成する工程を含む。
【００４３】
この構成によれば、コレクタ領域へのイオン注入によりベース領域を形成する場合に比べて、結晶欠陥密度を低減することができる。これにより炭化珪素半導体装置の電流増幅度を高めることができる。
【００４４】
（１７）好ましくは、エミッタ領域（１４）を形成する工程は、エピタキシャル成長によって、ベース領域（１３）の上に、第１の導電型を有する層を形成する工程を含む。
【００４５】
この構成によれば、ベース領域へのイオン注入によりエミッタ領域を形成する場合に比べて、結晶欠陥密度を低減することができる。これにより炭化珪素半導体装置の電流増幅度を高めることができる。
【００４６】
（１８）好ましくは、第１の導電型は、ｎ型であり、第２の導電型は、ｐ型である。
この構成によれば、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを実現することができる。さらに、炭化珪素半導体装置の製造しやすさを向上することができる。
【００４７】
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。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、その説明は繰返さない。
【００４８】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の概略的な構成を示した平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００４９】
図１および図２を参照して、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１は、バイポーラトランジスタである。より具体的には、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタである。
【００５０】
炭化珪素半導体装置１は、炭化珪素層１０と、絶縁膜２１と、エミッタ電極２ａと、ベース電極３ａと、オーミック電極４と、コレクタ電極５とを備える。図１に示されるように、平面視において、エミッタ電極２ａと、ベース電極３ａとは、ａ１１の方向に沿って延在するとともに、ａ２１の方向に沿って交互に並べられる。方向ａ１１および方向ａ２１は、互いに直交する方向である。方向ａ１１および方向ａ２１については後に詳細に説明する。
【００５１】
炭化珪素層１０は、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａに対して反対側に位置する第２の主面１０ｂとを有する。一実施形態では、炭化珪素層１０は、六方晶の単結晶構造を有する。より好ましくは、炭化珪素層１０は、ポリタイプ４Ｈの六方晶の単結晶構造を有する。
【００５２】
炭化珪素層１０は、ｎ+基板１１と、ｎ型層１２と、ｐ型層１３と、ｎ+型層１４とを含む。
【００５３】
ｎ+基板１１およびｎ型層１２は、バイポーラトランジスタのコレクタ領域を実現する。ｎ+基板１１の一方の面が、炭化珪素層１０の第２の主面１０ｂを規定する。
【００５４】
ｎ+基板１１は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなる。ｎ+基板１１は、高濃度の不純物（ドナー）を含む。ｎ+基板１１に含まれる不純物の濃度は、たとえば１．０×１０18ｃｍ-3程度である。不純物の種類は、たとえばＮ（窒素）である。
【００５５】
ｎ型層１２は、ｎ+基板１１の他方の面（第２の主面１０ｂとは反対側の面）上に配置される。ｎ型層１２は、たとえばエピタキシャル成長によって形成された層である。ｎ型層１２は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなる。ｎ型層１２の厚みは、たとえば５μｍ程度以上２００μｍ程度以下である。ｎ型層１２に含まれる不純物の濃度は、たとえば、１×１０14ｃｍ-3程度以上、３×１０16ｃｍ-3程度以下である。ｎ型層１２に含まれる不純物は、たとえば窒素（Ｎ）である。
【００５６】
ｐ型層１３は、バイポーラトランジスタのベース領域を実現する。ｐ型層１３は、炭化珪素層１０の第２の主面１０ｂとは反対側のコレクタ領域（ｎ型層１２）の表面に配置される。
【００５７】
この実施の形態では、ｐ型層１３は、エピタキシャル成長によってコレクタ領域（ｎ型層１２）の上に形成された層である。ｐ型層１３は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなる。ｐ型層１３の厚みは、たとえば０．１μｍ程度以上０．８μｍ程度以下である。ｐ型層１３に含まれる不純物の濃度は、たとえば、７×１０16ｃｍ-3程度以上、５×１０18ｃｍ-3程度以下である。ｐ型層１３に含まれる不純物は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）またはホウ素（Ｂ）などである。
【００５８】
ｎ+型層１４は、バイポーラトランジスタのエミッタ領域を実現する。ｎ+型層１４は、コレクタ領域（ｎ+基板１１およびｎ型層１２）から隔てられてベース領域（ｐ型層１３）の上に配置される。ｎ+型層１４の表面は、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａを規定する。
【００５９】
この実施の形態では、ｎ+型層１４は、エピタキシャル成長によって形成された層である。ｎ+型層１４は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなる。ｎ+型層１４の厚みは、たとえば０．２μｍ程度以上１μｍ程度以下である。ｎ+型層１４に含まれる不純物の濃度は、たとえば、１×１０19ｃｍ-3程度以上、１×１０20ｃｍ-3程度以下である。ｎ+型層１４に含まれる不純物は、たとえばリン（Ｐ）である。
【００６０】
炭化珪素層１０には、トレンチＴＲが配置される。トレンチＴＲは、側壁面ＳＷａ，側壁面ＳＷｂと、底面ＢＴとを有する。
【００６１】
側壁面ＳＷａ，Ｓｗｂは、互いに対向する。側壁面ＳＷａ，ＳＷｂの各々は、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａから、ｎ+型層１４（エミッタ領域）を貫通してｐ型層１３（ベース領域）へと至る。
【００６２】
側壁面ＳＷａ，ＳＷｂは、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａから第２の主面１０ｂへと向かうに従って互いに近づくように、第１の主面１０ａに対して傾斜した面である。すなわち、方向ａ２１に沿ったトレンチＴＲの幅は、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａから第２の主面１０ｂへと向かうに従って小さくなる。
【００６３】
底面ＢＴは、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂとつながる面である。底面ＢＴは、ｐ型層１３に位置する。第１の主面１０ａから底面ＢＴまでの距離（第１の主面１０ａからのトレンチＴＲの底面ＢＴの深さ）は、たとえば０．３μｍ程度以上、１．５μｍ程度以下とされる。
【００６４】
この実施の形態では、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂは、第１の領域ＳＷ１を含む。第１の領域ＳＷ１は、所定の結晶面（特殊面とも称する）を含む。具体的には、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂは、｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する領域（第１の領域）を含む。より好ましくは、この領域は、面方位｛０−３３−８｝を有する面を含んでいてもよい。この実施の形態では、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂの各々の全体が上記の第１の領域である。ただし、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂの各々は、第１の領域ＳＷ１を含んでいればよい。特殊面を含む側壁面ＳＷａ，ＳＷｂを露出させることにより、後述するように、炭化珪素半導体装置の電流増幅率を高めることができる。
【００６５】
ｐ+型領域１５は、ｐ型層１３において、トレンチＴＲの底面ＢＴに形成される。ｐ型層１３の表面からのｐ+型領域１５の深さは、その部分におけるｐ型層１３の厚みよりも小さい。ｐ型層１３の表面からのｐ+型領域１５の深さは、たとえば０．１μｍ程度以上１μｍ程度以下である。ｐ+型領域１５に含まれる不純物の濃度は、ｐ型層１３に含まれる不純物の濃度よりも高い。たとえばｐ+型領域１５の不純物濃度は、１×１０19ｃｍ-3程度以上、１×１０20ｃｍ-3程度以下である。ｐ+型領域１５に含まれる不純物は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）またはホウ素（Ｂ）などである。
【００６６】
絶縁膜２１は、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａおよびトレンチＴＲの内周面（側壁面ＳＷａ，ＳＷｂおよび底面ＢＴ）を覆う。一実施形態では、絶縁膜２１は、酸化膜であり、より具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる膜である。絶縁膜２１には、ｎ+型層１４およびｐ+型領域１５を露出させるためのコンタクトホールが形成される。
【００６７】
オーミック電極４は、絶縁膜２１に形成されたコンタクトホールに配置されて、ｎ+型層１４あるいはｐ+型領域１５とオーミック接合する。オーミック電極４は、好ましくは、ニッケルおよびシリコンを有する材料からなる。オーミック電極４は、チタン、アルミニウムおよびシリコンを有する材料からなっていてもよい。
【００６８】
コレクタ電極５は、炭化珪素層１０の第２の主面１０ｂに接触して形成されている。コレクタ電極５は、ｎ+基板１１とオーミック接合可能な材料によって形成されてもよい。コレクタ電極５は、たとえば、オーミック電極４と同様の構成を有していてもよいし、ニッケルなど、ｎ+基板１１とオーミック接合可能な他の材料からなっていてもよい。
【００６９】
ベース電極３ａは、ｐ+型領域１５上に配置されたオーミック電極４と接触する。これによりベース電極３ａは、ｐ+型領域１５およびｐ型層１３に電気的に接続される。
【００７０】
エミッタ電極２ａは、ｎ+型層１４上に配置されたオーミック電極４と接触する。これによりエミッタ電極２ａは、ｎ+型層１４に電気的に接続される。
【００７１】
図３は、図１および図２に示した方向ａ１１および方向ａ２１を説明するための図である。図３を参照して、方向ａ１１は、＜１１−２０＞方向であり、方向ａ２１は、＜１−１００＞方向である。炭化珪素層１０の主面１０ａは、たとえば｛０００１｝面（破線で示す）からオフ角θだけ、方向ａ１にオフした（傾斜した）面である。
【００７２】
オフ角θは、好ましくは８°以下の角度であり、たとえば４°または８°である。具体的には、主面１０ｃの法線ベクトルｚが＜１１−２０＞および＜１−１００＞の少なくとも一方の成分を有するように、ｎ型層１２の主面１０ｃは、｛０００１｝面からオフした面である。好ましくは、主面１０ｃの法線ベクトルｚが＜１１−２０＞の成分を有するように、主面１０ｃは｛０００１｝面からオフした面である。図４において、方向ｃは［０００１］方向（つまり六方晶炭化珪素のｃ軸）であり、方向ａ１はたとえば＜１１−２０＞方向である。オフ方向とは、主面１０ｃの法線ベクトルｚが［０００１］方向から傾斜している方向である。図３の場合において、オフ方向はａ１方向（つまり＜１１−２０＞方向）である。図３において主面１０ｃは、（０００１）面がａ１方向にオフした面である。面内オフ方向とは、オフ方向（ａ１方向）を主面１０ｃに投影した方向である。この実施の形態において、面内オフ方向は、ａ１１方向である。
【００７３】
図４は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第１工程を概略的に示す一部断面図である。第１工程は、ｎ型を有し、かつ第２の主面１０ｂを規定するコレクタ領域を形成する工程に対応する。図４を参照して、まず、単結晶のｎ+基板１１が準備される。次に、炭化珪素のエピタキシャル成長によって、単結晶のｎ+基板１１上にｎ型層１２が形成される。
【００７４】
エピタキシャル成長は、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法により行なわれ得る。この際、キャリアガスとして水素ガスを用い得る。原料ガスとしては、たとえば、シラン（ＳｉＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）との混合ガスを用い得る。この際、炭化珪素にｎ型を付与するための不純物として、たとえば窒素（Ｎ）あるいはリン（Ｐ）を導入することが好ましい。
【００７５】
図５は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第２工程を概略的に示す一部断面図である。第２工程は、第２の主面１０ｂとは反対側のコレクタ領域の表面に、ｎ型とは異なるｐ型を有するベース領域を形成する工程に対応する。図５を参照して、炭化珪素のエピタキシャル成長によって、ｎ型層１２上にｐ型層１３が形成される。
【００７６】
図６は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第３工程を概略的に示す一部断面図である。第３工程は、ベース領域上に、ｎ型を有し、かつ第１の主面１０ａを規定するエミッタ領域を形成する工程に対応する。図６を参照して、炭化珪素のエピタキシャル成長によって、ｎ+型層１４がｐ型層１３上に形成される。
【００７７】
別の方法として、ｎ型層１２に、ｐ型不純物イオンを注入してｐ型層１３を形成してもよい。さらにｐ型層１３にｎ型不純物イオンを注入してｎ+型層１４を形成してもよい。あるいはｎ型層１２の上にｐ型層１３を形成して、そのｐ型層１３にｎ型不純物イオンを注入してｎ+型層１４を形成してもよい。ただしエピタキシャル成長によってｐ型層１３およびｎ+型層１４が形成されることにより、ｐ型層１３およびｎ+型層１４に含まれる結晶欠陥の密度を低減することができる。
【００７８】
図７は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第４工程を概略的に示す一部断面図である。第４工程は、エミッタ領域を貫通してベース領域に至る側壁面ＳＷａ，ＳＷｂを有するトレンチＴＲを形成する工程に対応する。図７を参照して、まず、たとえばＰ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａのうちトレンチＴＲを形成すべき領域に開口を有し、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ2）からなるマスク層９０が形成される。次に、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａが化学的に処理される。一実施形態では、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａが化学的にエッチングされる。より好ましくは、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａに対して熱エッチングが行なわれる。
【００７９】
熱エッチングは、たとえば、少なくとも１種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行ない得る。少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素（Ｃｌ）原子およびフッ素（Ｆ）原子の少なくともいずれかを含む。この雰囲気は、たとえば、Ｃｌ2、ＢＣＬ3、ＳＦ6、またはＣＦ4である。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば７００℃以上１０００℃以下として、熱エッチングが行われる。
【００８０】
なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素（Ｎ2）ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。そして、上述のように熱処理温度を７００℃以上１０００℃以下とした場合、炭化珪素のエッチング速度はたとえば約７０μｍ／時になる。
【００８１】
熱エッチングを行なう工程は、｛０００−１｝面に対して、巨視的に５０°以上７０°以下の角度を有する第１の領域を形成するために、炭化珪素層の第１の主面を化学的に処理する工程である。より好ましくは、熱エッチングを行なう工程は、面方位｛０−３３−８｝を有する面を含む第１の領域を形成する工程である。このような処理によって、特殊面を露出させることが可能になる。熱エッチングが完了するとマスク層９０が除去される。
【００８２】
図８は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第５工程を概略的に示す一部断面図である。図８を参照して、ｐ+型領域１５がｐ型層１３に形成される。
【００８３】
たとえば、ｐ型層１３の表面に熱酸化膜が形成される。次に、リソグラフィにより、ｐ+型領域１５に対応する開口が形成されたフォトレジスト膜が熱酸化膜上に形成される。熱酸化膜のエッチングおよびフォトレジスト膜の除去により、熱酸化膜に開口パターンが転写される。ｐ型不純物のイオン注入および、活性化熱処理が行なわれる。これによりｐ+型領域１５が形成される。
【００８４】
図９は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第６工程を概略的に示す一部断面図である。図９を参照して、第１の主面１０ａ、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂおよび底面ＢＴを覆う絶縁膜２１が形成される。この実施の形態では、絶縁膜２１は、たとえば炭化珪素層１０の表面を酸化することにより形成される。具体的には、絶縁膜２１は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる。
【００８５】
図１０は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第７工程を概略的に示す一部断面図である。図１０を参照して、絶縁膜２１には、ｎ+型層１４およびｐ+型領域１５を露出させるためのコンタクトホール１６が形成される。次に、オーミック電極４は、絶縁膜２１に形成されたコンタクトホール１６に配置される。
【００８６】
図１１は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法の第８工程を概略的に示す一部断面図である。図１１を参照して、アルミニウムなどの電極材料がスパッタリングにより炭化珪素層１０の第１の主面１０ａ側に堆積される。これにより導電膜が形成される。次にリソグラフィ工程により、エミッタ電極２ａおよびベース電極３ａに対応する領域にフォトレジストの膜が形成される。エッチングにより、エミッタ電極２ａおよびベース電極３ａのパターンが残るように電極材料が除去される。その後、フォトレジスト膜が除去される。これによりエミッタ電極２ａおよびベース電極３ａが形成される。
【００８７】
なお、コレクタ電極５は、エミッタ電極２ａおよびベース電極３ａと同時に形成されてもよく、別の工程で形成されてもよい。
【００８８】
図１２は、ｎｐｎトランジスタの基本的な動作を説明するための図である。図１２を参照して、エミッタ（Ｅ）とベース（Ｂ）との間に順バイアス電圧が印加され、コレクタ（Ｃ）とベースの間には逆バイアス電圧が印加される。
【００８９】
電子（ｅ−）が、エミッタ（Ｅ）には注入される。これによりエミッタ電流ＩＥが生じる。また、ベース（Ｂ）には正孔（ｈ＋）が注入される。ベースでは正孔と電子とが結合することによりベース電流ＩＢが生じる。ベース層を薄くすることにより、ベース（Ｂ）に流入した電子のうちのほとんどの電子が、ベースとコレクタとの接合部に到達する。そして、ベースとコレクタとの間の電位差により、電子はコレクタに拡散する。これによりコレクタ電流ＩＣが生じる。
【００９０】
バイポーラトランジスタの電流増幅率（ｈFE）は、ベース電流ＩＢに対するコレクタ電流ＩＣの比と定義される。上述のように、コレクタ電流ＩＣは、エミッタに注入された電子がコレクタに到達することで生じる。したがって、電流増幅率を高めるためには、ベースにおいて正孔と電子とが結合する確率をできるだけ小さくしなければならない。すなわち、電流増幅率を高めるためには、ベース電流ＩＢを小さくしなければならない。
【００９１】
ベース電流を小さくするための有効な手法として、以下の３つの手法を挙げることができる。第１の手法は、ベースのドープ濃度を低くすることである。第２の手法は、ベースの幅を小さくすることである。第３の手法は、ベースの結晶欠陥密度あるいは界面準位密度を下げることである。なお、ベース電流を小さくするためにエミッタのドープ濃度を低くすることも考えられる。しかし、電流増幅率を高めるためには、エミッタからベースを貫通してコレクタに到達する電子の数を多くすることが好ましい。このために、エミッタのドープ濃度が高いほうが望ましい。
【００９２】
この実施の形態では、ベース領域の結晶欠陥密度を下げるために、ベース領域はエピタキシャル成長によって形成される。これにより、ベース領域において電子と正孔とが再結合する確率を低減することができる。さらに、エミッタ領域の結晶欠陥密度を下げるために、エミッタ領域はエピタキシャル成長によって形成される。エミッタ領域の結晶欠陥密度を下げることによって、電子がエミッタ領域で捕捉（トラップ）される確率を下げることができる。したがって、電流増幅率を高めることができる。
【００９３】
エミッタ領域をベース領域上にエピタキシャル成長により形成するために、ベース領域がエミッタ領域で覆われる。ベース領域（ｐ型層１３）とベース電極３ａとの電気的な接続を確保するために、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａからトレンチＴＲが形成される。トレンチＴＲによって、第１の主面１０ａ側にベース領域を露出させることができる。したがって、ベース領域とベース電極との電気的な接続を確保することができる。
【００９４】
図１３は、トレンチの内周面に特殊面が含まれていない炭化珪素半導体装置の構成を示した図である。図１３を参照して、炭化珪素半導体装置１０１には、トレンチＴＲ１が配置される。トレンチＴＲ１は、たとえば反応性イオンエッチング（Reactive  Ion  Etching:RIE）によって、第１の主面１０ａから、ｎ+型層１４（エミッタ領域）を貫通してｐ型層１３（ベース領域）が露出する。トレンチＴＲ１の表面は絶縁膜２１により覆われる。
【００９５】
なお、トレンチの側壁面（すなわち主面に対して交差する面）を絶縁膜で覆う場合、一般的には、絶縁膜は、下地の半導体層を酸化することによって形成される。ＣＶＤによる蒸着では、トレンチの側壁面を、均一かつ十分な厚みを有する酸化膜で覆うことが難しいためである。
【００９６】
上記の理由により、酸化膜（ＳｉＯ２）が絶縁膜２１に適用される。すなわちトレンチの側壁面は、酸化膜と炭化珪素層との界面に相当する。この界面に存在する界面準位によって、電子と正孔とが再結合する。領域３０ａは、ｎ+型層１４とｐ型層１３との接合の位置における界面である。たとえば領域３０ａにおいて正孔と電子とが結合しやすい。
【００９７】
特に炭化珪素は、珪素に比べて、界面準位の密度が大きくなりやすい傾向にある。このために、ｐ型層１３の界面において、正孔と電子とが再結合する確率が高くなる。すなわちベース電流が増大する。このような理由により、電流増幅率を向上することが求められる。
【００９８】
図２に戻り、この実施の形態では、トレンチＴＲの側壁面ＳＷａ，ＳＷｂは、特殊面を含む。特殊面は、界面準位密度の少ない面として予め選ばれた面である。したがって、領域３０において正孔と電子とが結合する確率を小さくすることができる。これにより、ベース電流を低減することができるので、炭化珪素半導体装置１は、高い電流増幅率を得ることができる。
【００９９】
なお、トレンチＴＲの側壁面ＳＷａ，ＳＷｂは、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａに対して傾斜した面である。さらに、トレンチＴＲの方向ａ２１に沿った幅は、第１の主面１０ａに近いほど大きい。一方、図１３に示された炭化珪素半導体装置１０１では、トレンチＴＲ１の側壁面は、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａに対してほぼ垂直である。このために、図１３に示された構成に比べて、図２では、方向ａ２１に沿ったトランジスタセルの間隔が大きくなる可能性がある。つまり、セルの密度が低下する可能性がある。しかし、トランジスタセル同士を比較すると、炭化珪素半導体装置１は炭化珪素半導体装置１０１に比べて電流増幅度を高めることができる。したがって、炭化珪素半導体装置１の全体の電流増幅度を、炭化珪素半導体装置１０１の全体の電流増幅度よりも高くすることができる。
【０１００】
トレンチＴＲの断面形状は、図２に示されるように限定されるものではない。側壁面ＳＷａ，ＳＷｂが特殊面を含んでいればよい。
【０１０１】
図１４は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の別の構成を示した断面図である。図１４を参照して、トレンチＴＲからは底面ＢＴが省略される。これにより、トレンチＴＲの断面形状は、いわゆるＶ字形状を有する。すなわち、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂは、ｐ型層１３において、互いにつながっている。
【０１０２】
この構成によれば、方向ａ２１に沿ったトランジスタセルの間隔を小さくすることができる。したがって、図２に示す構成に比べてトランジスタセルの密度を高めることができる。
【０１０３】
＜第２の実施の形態＞
図１５は、本発明の第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の概略的な構成を示した平面図である。図１６は、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。
【０１０４】
図１５および図１６を参照して、第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ａは、トレンチＴＲの断面形状の点において第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１と異なる。
【０１０５】
側壁面ＳＷａ，ＳＷｂの各々は、第１の領域ＳＷ１と第２の領域ＳＷ２とを含む。第１の領域ＳＷ１は、特殊面を含む領域である。第２の領域ＳＷ２は、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａから、ｎ+型層１４（エミッタ領域）とｐ型層１３（ベース領域）との接合面よりも浅い位置までの深さを有する領域である。さらに、第２の領域ＳＷ２は、第１の領域ＳＷ１とつながっている。
【０１０６】
角度θ１は、第１の主面１０ａに対して第１の領域ＳＷ１がなす角度である。角度θ２は、第１の主面１０ａに対して第２の領域ＳＷ２がなす角度である。たとえば角度θ２は略９０°である。角度θ２は、角度θ１よりも大きい。
【０１０７】
次に、第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と比べて、トレンチＴＲを形成する工程が相違する。したがって、以下では炭化珪素層１０にトレンチＴＲを形成する工程（第４の工程）、ｐ+型領域１５をｐ型層１３に形成する工程（第５の工程）、およびトレンチＴＲの表面を絶縁膜で覆う工程（第６の工程）を詳細に説明し、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法と同一の工程（第１〜第３、第７および第８の工程）については以後の詳細な説明を繰り返さない。
【０１０８】
図１７は、第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ａの製造方法の第４工程（トレンチを形成する工程）で実行される第１の処理を概略的に示す一部断面図である。図１７を参照して、第１の主面１０ａには、開口部を有するマスク層９０が形成される。マスク層９０の開口部において、ｎ+型層の表面付近の部分がエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、特に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ＲＩＥを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてＳＦ6またはＳＦ6とＯ2との混合ガスを用いたＩＣＰ−ＲＩＥを用いることができる。このようなエッチングにより、トレンチＴＲが形成されるべき領域に、第１の主面１０ａに対してほぼ垂直な側壁面である第２の領域ＳＷ２が形成される。この処理では、ｎ+型層１４（エミッタ領域）が、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａから、ｎ+型層１４とｐ型層１３（ベース領域）との接合面よりも浅い位置までエッチングされる。
【０１０９】
図１８は、第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ａの製造方法の第４工程（トレンチを形成する工程）で実行される第２の処理を概略的に示す断面図である。図１８を参照して、第１の実施の形態と同様に熱エッチングが行なわれる。これにより、第２の領域ＳＷ２につながる第１の領域ＳＷ１が形成される。なお、上述のように、角度θ２は、角度θ１よりも大きい。
【０１１０】
図１９は、第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ａの製造方法の第５および第６工程を概略的に示す断面図である。図１９を参照して、第５工程においてｐ+型領域１５がｐ型層１３に形成される。次に、第６工程において、第１の主面１０ａ、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂおよび底面ＢＴを覆う絶縁膜２１が形成される。
【０１１１】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、炭化珪素半導体装置の電流増幅度を高めることができる。特に、第２の実施の形態によれば、特殊面の形成（熱エッチング）に先立って、反応性イオンエッチングにより、第１の主面１０ａ内のトレンチＴＲに対応する領域が予めエッチングされる。これにより、続く熱エッチングにおいて、炭化珪素層のエッチングを円滑に進めることができる。したがって、特殊面をより確実に露出させることができる。特殊面が露出したトレンチを形成することにより、ベース領域では、正孔と電子との再結合の確率を下げることができる。したがって、炭化珪素半導体装置の電流増幅度を高めることができる。
【０１１２】
＜第３の実施の形態＞
図２０は、本発明の第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の概略的な構成を示した平面図である。図２１は、図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図である。
【０１１３】
図２０および図２１を参照して、第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ｂは、トレンチＴＲの断面形状の点において第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１および第２の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ａと異なる。
【０１１４】
より詳しく説明すると、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂの各々は、第１の領域ＳＷ１と第２の領域ＳＷ２とを含む。第１の領域ＳＷ１は、特殊面を含む領域である。第２の領域ＳＷ２は、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａから、ｎ+型層１４（エミッタ領域）を貫通して第１の領域ＳＷ１へとつながる領域である。
【０１１５】
第２の実施の形態と同様に、角度θ１は、第１の主面１０ａに対して第１の領域ＳＷ１がなす角度である。角度θ２は、第１の主面１０ａに対して第２の領域ＳＷ２がなす角度である。たとえば角度θ２は略９０°である。なお、角度θ２は、角度θ１よりも大きい。
【０１１６】
第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。第２の実施の形態の説明と同様に、炭化珪素層１０にトレンチＴＲを形成する工程（第４の工程）、ｐ+型領域１５をｐ型層１３に形成する工程（第５の工程）、およびトレンチＴＲの表面を絶縁膜で覆う工程（第６の工程）を詳細に説明し、第１の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法と同一の工程（第１〜第３、第７および第８の工程）については以後の詳細な説明を繰り返さない。
【０１１７】
図２２は、第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ｂの製造方法の第４工程（トレンチを形成する工程）で実行される第１の処理を概略的に示す一部断面図である。図２２を参照して、第１の主面１０ａには、開口部を有するマスク層９０が形成される。マスク層９０の開口部において、ｎ+型層１４の表面付近の部分が反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、特に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ＲＩＥにより除去される。この処理によって、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａからｎ+型層１４（エミッタ領域）を貫通してｐ型層１３（ベース領域）に至るように第２の領域ＳＷ２が形成される。
【０１１８】
図２３は、第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ｂの製造方法の第４工程（トレンチを形成する工程）で実行される第２の処理を概略的に示す断面図である。図２３を参照して、第１および第２の実施の形態と同様に熱エッチングが行なわれる。これにより、第２の領域ＳＷ２につながる第１の領域ＳＷ１が形成される。角度θ２は、角度θ１よりも大きい。
【０１１９】
図２４は、第３の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１Ｂの製造方法の第５および第６工程を概略的に示す断面図である。図２４を参照して、第５工程においてｐ+型領域１５がｐ型層１３に形成される。次に、第６工程において、第１の主面１０ａ、側壁面ＳＷａ，ＳＷｂおよび底面ＢＴを覆う絶縁膜２１が形成される。
【０１２０】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、炭化珪素半導体装置の電流増幅度を高めることができる。また、第３の実施の形態によれば、第２の実施形態と同様に、特殊面の形成（熱エッチング）に先立って、反応性イオンエッチングにより、第１の主面１０ａ内のトレンチＴＲに対応する領域が予めエッチングされる。これにより、続く熱エッチングにおいて、炭化珪素層のエッチングを円滑に進めることができる。
【０１２１】
さらに実施の形態３によれば、ｐｎ接合の接合面が第２の領域ＳＷ２と交わる。第２の領域ＳＷ２は、炭化珪素層１０の第１の主面１０ａに垂直である。したがって、ｐｎ接合の接合面と、ｐｎ接合の界面（第２の領域ＳＷ２）とが垂直に交わる。これにより炭化珪素半導体装置の耐圧を確保することができる。言い換えると炭化珪素半導体装置の耐圧が低下することを回避できる。
【０１２２】
図２５は、ｐｎ接合の接合面から広がる空乏層を示した図である。図２５を参照して、電源１１０は、ｎ＋型層１１２とｐ型層１１３との間に逆バイアス電圧を印加する。ｎ＋型層１１２とｐ型層１１３との接合面１１１から、空乏層１１４がｎ＋型層１１２とｐ型層１１３との両方の側に広がる。ｎ＋型層１１２は、エミッタ領域に対応し、ｐ型層１１３はベース領域に対応する。ｐ型層１１３（ベース領域）の不純物濃度が比較的低い一方で、ｎ＋型層１１２（エミッタ領域）の不純物濃度が比較的高い。このために空乏層１１４は、ｎ＋型層１１２の側よりもｐ型層１１３の側により大きく広がる。
【０１２３】
ｎ＋型層１１２とｐ型層１１３とからなる半導体装置の表面１１５は、接合面１１１に対して傾いている。接合面１１１の端部では、ｎ＋型層１１２の体積が小さくなる。このために、接合面１１１の端部における、ｐ型層１１３側の空乏層１１４の幅は、接合面１１１の中央部に比べて小さくなる。一方、ｎ＋型層１１２側の空乏層１１４の幅は、接合面１１１の中央部に比べて接合面１１１の端部において、わずかに広がる。しかし、接合面１１１の中央部における空乏層１１４の幅をｗ１とし、接合面１１１の端部における空乏層１１４の幅をｗ２とすると、ｗ１＞ｗ２となる。接合面１１１の中央部に比べて、接合面１１１の端部では空乏層の幅が小さいため、接合面１１１の端部では電界の強度が高くなりやすい。電界の強度が他よりも高い部分が発生することで、半導体装置の耐圧が低下しやすい。
【０１２４】
図２６は、ｐｎ接合の接合面から広がる空乏層を示した別の図である。図２６を参照して、電源１１０は、ｎ＋型層１１２とｐ型層１１３との間に逆バイアス電圧を印加する。接合面１１１に対して、ｎ＋型層１１２とｐ型層１１３とからなる半導体装置の表面１１５は、接合面１１１に垂直である。したがって空乏層１１４は、ｎ＋型層１１２とｐ型層１１３との両方において、一様に広がる。空乏層１１４の幅はたとえば上記のｗ１である。
【０１２５】
上記のように、第３の実施の形態では、ｎ+型層１４（エミッタ領域）とｐ型層１３（ベース領域）との接合面と、第２の領域ＳＷ２とが垂直に交わる。したがって、図２５に示されるように、空乏層は、ｎ+型層１４（エミッタ領域）とｐ型層１３（ベース領域）との両方において一様に広がる。したがって炭化珪素半導体装置の耐圧を確保することができる。
【０１２６】
なお、上記実施の形態では、第１の導電型はｎ型であり、第１の導電型と異なる第２の導電型はｐ型である。すなわち、各実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを実現する。これにより炭化珪素半導体装置の製造しやすさを向上することができる。しかしながら第１導電型がｐ型であり、かつ第２導電型がｎ型であってもよい。すなわち、各実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタを実現してもよい。
【０１２７】
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。
【符号の説明】
【０１２８】
１，１Ａ，１Ｂ，１０１  炭化珪素半導体装置、２ａ  エミッタ電極、３ａ  ベース電極、４  オーミック電極、５  コレクタ電極、１０  炭化珪素層、１０ａ  第１の主面、１０ｂ  第２の主面、１１  ｎ+基板、１２，１１２  ｎ型層、１３，１１３  ｐ型層、１４，１１２  ｎ+型層、１５  ｐ+型領域、１６  コンタクトホール、２１  絶縁膜、３０，３０ａ  領域、９０  マスク層、１１０  電源、１１１  接合面、１１２  １１４  空乏層、１１５  表面、ＢＴ  底面、ＩＢ  ベース電流、ＩＣ  コレクタ電流、ＩＥ  エミッタ電流、ＳＷ１  第１の領域、ＳＷ２  第２の領域、ＳＷａ，Ｓｗｂ  側壁面、ＴＲ，ＴＲ１  トレンチ、ａ１，ａ１１，ａ２１，ｃ  方向、ｗ１，ｗ２  幅（空乏層）、ｚ  法線ベクトル、θ  オフ角、θ１，θ２  角度。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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