(57)【要約】  半導体装置の特性を向上させる。ｐ型カラム領域ＰＣとｎ型カラム領域ＮＣとが周期的に配置されたスーパージャンクション構造体を有する半導体装置を次のように構成する。この半導体装置は、活性領域ＡＣと、活性領域ＡＣの周囲を取り囲む終端領域ＴＲと、終端領域ＴＲの周囲を取り囲むチャネルストッパ領域ＣＳとを有する。そして、四辺形の半導体チップを画定するように設けられ、Ｙ方向に平行する複数の第１チップ端部（ＳＬ１部、ＳＬ２部）において、少なくともｐ型カラム領域ＰＣとｎ型カラム領域ＮＣの側面は、ｎ型カラム領域ＮＣよりも不純物濃度が高い、ｎ型のチャネルストッパ領域ＣＳで覆われている。このように、スーパージャンクション構造体の側面をチャネルストッパ領域ＣＳで覆うことにより、ｐ型カラム領域ＰＣの端部に生じるボイドを切り離すことができ、半導体装置の特性を向上させることができる。
2019160086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のＳｉＣ半導体基板と、
前記ＳｉＣ半導体基板の上に設けられ、前記ＳｉＣ半導体基板よりも不純物濃度が低い第１導電型のＳｉＣエピタキシャル層と、
前記ＳｉＣエピタキシャル層内の一部として設けられ、前記ＳｉＣ半導体基板の主面においてそれぞれ第１方向に沿って延在し、交互に周期的に配置された第１導電型の第１半導体ピラーおよび第２導電型の第２半導体ピラーを含む第１半導体層と、
前記ＳｉＣエピタキシャル層内で前記第１半導体層を除外した層であって、前記ＳｉＣ半導体基板と前記第１半導体層の間に位置する第１導電型の第２半導体層と、
前記第１半導体層の主面上に設けられたデバイス活性領域と、
前記第１半導体層の主面上に設けられ、前記デバイス活性領域の周囲を取り囲む終端領域と、
前記第１半導体層の主面上に設けられ、前記終端領域の周囲を取り囲み、前記ＳｉＣエピタキシャル層よりも高い不純物濃度を持ち、第１導電型のチャネルストッパ領域と、
四辺形の半導体チップを画定するように設けられ、前記１方向と交差する第２方向に平行する複数の第１チップ端部、および前記第１方向に平行する複数の第２チップ端部と、
を有し、
前記第１チップ端部は、前記第１半導体層から前記第２半導体層の途中までの断面の高さを持つ第１側面と、前記第２半導体層の途中から前記半導体基板の裏面に達する高さを持つ第２側面と、を有し、
前記第１チップ端部において、前記第１側面の表面は、前記第１半導体ピラーおよび前記ＳｉＣエピタキシャル層よりも不純物濃度が高い第１導電型の不純物領域で覆われ、前記チャネルストッパ領域と接続されている、半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記複数の第１チップ端部は、前記第１側面の下部と前記第２側面の上部を接続し前記第２半導体層内で水平面を持つ底面を、を有し
少なくとも前記第１側面および底面は、前記不純物領域で覆われている、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第１側面は、テーパ状である、半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記ＳｉＣエピタキシャル層は、上部層をなす第１エピタキシャル層と、下部層をなし、前記第１エピタキシャル層よりも不純物濃度が半分以下とされた第２エピタキシャル層とを備え、
前記第１半導体ピラーは、前記第１エピタキシャル層で実質的に形成される、半導体装置。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記第１側面の角度は水平面を基準として８０度以下である、半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記チャネルストッパ領域は、前記第１半導体ピラーおよび前記第２半導体ピラーと前記第１チップ端部において接している、半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記デバイス活性領域にＭＯＳＦＥＴが形成されている、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、例えば、スーパージャンクション構造を有する半導体装置に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
高耐圧を必要とし、大きな電流が流れる縦型パワーデバイスの大幅な低損失化を目的として、従来のシリコン（Ｓｉ）に代わる新しい半導体材料である炭化シリコン（ＳｉＣ）を半導体として用いる半導体装置が検討されている。ＳｉＣは、絶縁破壊電界強度がＳｉに比べ約１０倍大きいため、耐圧を維持するドリフト層を薄く、且つ高濃度にすることができ、導通損失を低減できる半導体材料である。【０００３】
また、縦型パワーデバイスにおいて、耐圧を維持しつつオン抵抗を低減するために、スーパージャンクション構造の採用が検討されている。【０００４】
例えば、特許文献１には、炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶からなる基板を用いた半導体装置が開示されている。そして、この半導体装置は、トレンチの内部に埋め込まれた半導体層からなるｐ型カラム領域と、隣り合うトレンチの間の基板の部分からなるｎ型カラム領域とによって構成されるスーパージャンクション構造を有している。【０００５】
また、特許文献２には、活性領域と、当該活性領域を囲んでいる終端領域と、当該活性領域および当該終端領域の各々にそれぞれが交互に配置された第１および第２導電型の複数のピラーと、を含む電力デバイスが開示されている。また、終端トレンチの周辺領域にメサギャップが配置されることが開示されている（図３１、図３２）。【０００６】
また、特許文献３には、半導体装置のチップ化の際に、超接合構造（スーパージャンクション構造又は略してＳＪ構造）の切断面が露出するストライプ状パターンを備える場合であっても、切断面に露出するＳＪ構造に起因する漏れ電流の発生を抑制する半導体ウエハおよび半導体装置が開示されている。より具体的は、ストライプ状パターンのＳＪ構造の場合に、ウエハから半導体チップを切り出すための切断領域１８にウェットエッチングにより、Ｖ字溝１７を形成し、その切断面が露出した側壁表面に高濃度ｎ型表面層１９を形成している（図４、図８、図９）。そして、切断領域１８に形成されるエッチング溝は、ＲＩＥによる異方性のドライエッチングにより基板表面に対して垂直な側壁を有するＵ字溝であってもよい旨が記載されている。【０００７】
また、特許文献４には、ボイドがなく、生産性が高いスーパージャンクション構造を備えた半導体チップ及びその製造方法について開示されている。より具体的には、ウエハ全面に一方向に延びるスーパージャンクション構造をトレンチ埋込により形成し、ダイシングラインＤＬに沿って複数のチップに切り分ける工程（図４）が記載されている。この時、半導体チップ１の終端部におけるｎ型シリコン層１２およびｐ型シリコンピラー１４の断面が露出するダイシング面ＤＳにおいて、ｎ型シリコン層１２及びｐ型シリコンピラー１４の上部を部分的に覆うように、ｎ型シリコン層１２よりも不純物濃度高いｎ＋型の拡散領域２０が形成されている（図１、図３）。【０００８】
また、特許文献５には、スーパージャンクション構造において、埋込トレンチの先端での不純物層の結晶欠陥を要因とする耐圧低下やリーク電流増加を抑制できる半導体装置について開示されている。より具体的には、ｎ型ドリフト層Ｊ１に形成したストライプ状のトレンチＪ４内をｐ型領域３で埋め込むときに、トレンチＪ４の先端部（図７中一点鎖線で囲んだ領域）に結晶欠陥が発生する（図３）ため、トレンチの先端部に欠陥除去トレンチ１３を形成して欠陥を除去する工程（図４）が、記載されている。この欠陥除去トレンチ１３の側壁面はイオン注入によりｎ型領域１４とされ、さらに１３の内部は絶縁部材１５で埋め込まれている（図１、図２、図５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第６１６４６７２号公報
【特許文献２】特表２０１０−５４１２１２号公報（ＷＯ２００９／０３９４４１）
【特許文献３】特開２０１０−２８０１８号公報
【特許文献４】特開２０１０−４５２０３号公報
【特許文献５】特開２０１２−１９０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者は、スーパージャンクション構造を採用し、かつ、ＳｉＣ基板を用いた、縦型パワーＭＯＳＦＥＴの研究開発に従事しており、その性能の向上について、鋭意検討している。【００１１】
そして、ＳｉＣ基板へのスーパージャンクション構造の適用に際し、追って詳細に説明するように、カラムを構成するトレンチを埋め込む際、ボイドが発生し、このボイドにより、半導体装置の特性劣化（リーク電流）が生じることが判明した。【００１２】
そこで、上記ボイドの影響を回避した半導体装置の構成や製造工程の検討が望まれる。【００１３】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。【００１５】
本願において開示される一実施の形態に示される半導体装置は、第１導電型のＳｉＣ半導体基板と、前記ＳｉＣ半導体基板の上に設けられ、前記ＳｉＣ半導体基板よりも不純物濃度が低い第１導電型のＳｉＣエピタキシャル層と、前記ＳｉＣエピタキシャル層内の一部として設けられ、前記ＳｉＣ半導体基板の主面においてそれぞれ第１方向に沿って延在し、交互に周期的に配置された第１導電型の第１半導体ピラーおよび第２導電型の第２半導体ピラーを含む第１半導体層と、前記ＳｉＣエピタキシャル層内で前記第１半導体層を除外した層であって、前記半導体基板と前記第１半導体層の間に位置する第１導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層の主面上に設けられたデバイス活性領域と、前記第１半導体層の主面上に設けられ、前記デバイス活性領域の周囲を取り囲む終端領域と、前記第１半導体層の主面上に設けられ、前記終端領域の周囲を取り囲み、前記ＳｉＣエピタキシャル層よりも高い不純物濃度を持ち、第１導電型のチャネルストッパ領域と、四辺形の半導体チップを画定するように設けられ、前記１方向と交差する第２方向に平行する複数の第１チップ端部、および前記第１方向に平行する複数の第２チップ端部と、を有し、前記第１チップ端部は、前記第１半導体層から前記第２半導体層の途中までの断面の高さを持つ第１側面と、前記第２半導体層の途中から前記半導体基板の裏面に達する高さを持つ第２側面と、を有し、前記第１チップ端部において、前記第１側面の表面は、前記第１半導体ピラーおよび前記ＳｉＣエピタキシャル層よりも不純物濃度が高い第１導電型の不純物領域で覆われ、前記チャネルストッパ領域と接続されている。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１の半導体装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態１の半導体装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図３】実施の形態１の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】実施の形態１の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】実施の形態１の半導体装置の露光単位領域の構成を模式的に示す平面図である。
【図６】実施の形態１の半導体装置の露光単位領域の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】実施の形態１の半導体装置の露光単位領域の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】半導体ウエハを示す平面図である。
【図９】ｐ型カラム領域のボイドを示す平面図である。
【図１０】ｐ型カラム領域のボイドを示す断面図である。
【図１１】ディープトレンチの端部に生じたボイドを示す写真である。
【図１２】ｐ型カラム領域のボイドとスクライブラインの位置関係を示す平面図である。
【図１３】ｐ型カラム領域のボイドとスクライブラインの位置関係を示す断面図である。
【図１４】ボイドの内側のスクライブラインに沿って切り出した半導体装置の斜視図である。
【図１５】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す図（フロー図）である。
【図１６】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１７】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１８】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図１９】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２０】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２１】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図２２】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２３】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図２４】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２５】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図２６】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２７】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図２８】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２９】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３０】実施の形態２の応用例１の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３１】実施の形態２の応用例１の半導体装置のリーク電流の測定結果を示す図である。
【図３２】実施の形態２の応用例２の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３３】実施の形態２の応用例３の半導体装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図３４】実施の形態２の応用例４の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３５】実施の形態２の応用例５の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３６】実施の形態２の応用例６の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３７】実施の形態２の応用例８の半導体装置の構成を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
【００２０】
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かり易くするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
【００２１】
（実施の形態１）
［構造説明］
図１は、本実施の形態の半導体装置の構成を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施の形態の半導体装置の構成を模式的に示す上面図であり、図３、図４は、本実施の形態の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。図３は、例えば、図２のＡ−Ａ断面部に対応し、図４は、例えば、図２のβ−β断面部に対応する。
【００２２】
本実施の形態の半導体装置は、ＳｉＣ基板を用いた縦型のパワーデバイスであり、後述するように、例えば、縦型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を有する（図２８参照）。なお、図１、図３、図４等においては、縦型のパワーデバイスの詳細な構成部（ソース電極、ドレイン電極を含む）を省略して表示している。
【００２３】
図１、図２に示すように、本実施の形態の半導体装置（半導体チップ）の上面からの平面視における形状は、矩形状である。そして、本実施の形態の半導体装置は、活性領域ＡＣと、終端領域ＴＲと、周辺領域ＰＥＲとを有している。活性領域（デバイス活性領域）ＡＣは、略矩形の半導体装置の中央部に配置され、終端領域ＴＲは、活性領域ＡＣの外側を囲むように配置され、周辺領域ＰＥＲは、終端領域ＴＲを囲むように配置されている。そして、周辺領域ＰＥＲの端部には、チャネルストッパ領域ＣＳが設けられている。別の言い方をすれば、周辺領域ＰＥＲの内部であって、その端部に沿って、矩形環状に、チャネルストッパ領域ＣＳが設けられている。矩形環状のチャネルストッパ領域ＣＳは、内壁と外壁を有する。外壁は、半導体チップの端部に位置する。なお、チャネルストッパ領域ＣＳの形成領域を“ＣＳＲ”で示す。
【００２４】
図１〜図４に示すように、活性領域ＡＣ、終端領域ＴＲおよび周辺領域ＰＥＲ（但し、チャネルストッパ形成領域ＣＳＲを除く）には、ライン状のｐ型カラム領域（ｐ型ピラー、半導体ピラー）ＰＣとライン状のｎ型カラム領域（ｎ型ピラー、半導体ピラー）ＮＣとが交互に周期的に配置された構造体が形成されている。即ち、ライン状のｐ型カラム領域ＰＣとライン状のｎ型カラム領域ＮＣとは、チャネルストッパ領域ＣＳの内壁（内端部）まで延在している。
【００２５】
ｐ型カラム領域ＰＣとｎ型カラム領域ＮＣとが交互に周期的に配置された構造を、スーパージャンクション（Superjunction）構造と言う。スーパージャンクション構造は、ＳＪ構造や超接合構造と呼ばれることもある。ｐ型カラム領域ＰＣとｎ型カラム領域ＮＣとが交互に周期的に配置された構造体の活性領域ＡＣに、パワーデバイス（縦型のＭＯＳＦＥＴ）が形成される（図２８参照）。このようなスーパージャンクション構造により、縦方向に延びるｐｎ接合から、横方向に空乏層が延びるため、耐圧を確保することができる。図３、図４に示すＳＪ構造は、エピタキシャル層ＮＥの一部として形成され、エピタキシャル層ＮＥは、ＳＪ構造が形成される第１半導体層Ｌ１と、第１半導体層Ｌ１を除外した残りとしての第２半導体層Ｌ２とによって構成されると定義できる。このようにエピタキシャル層ＮＥの途中の深さにｎ型およびｐ型ピラーが形成される構造を、セミスーパージャンクション構造と呼ぶこともできる。このようなｐカラム深さがドリフト層厚さよりも浅いセミＳＪ構造においては、ボディダイオードの逆回復時にドリフト層の完全空乏化が起こりにくく、逆回復電流がテールを引くソフトリカバリ波形になり易い。このため回路の寄生インダクタンスによる電圧跳ね上がりが抑制され、過電圧による素子破壊やリンギングが抑えられる効果がある。
【００２６】
ここで、本実施の形態においては、半導体装置（半導体チップ）の端部にチャネルストッパ形成領域ＣＳＲが設けられ、チャネルストッパ領域ＣＳの内壁まで延在するｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣをチャネルストッパ領域ＣＳで覆っている。別の言い方をすれば、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣの側面の露出断面がチャネルストッパ領域ＣＳで覆われている。チャネルストッパ領域ＣＳは、ｎ型の領域とされ、その不純物濃度（ドーピング濃度）は、ｎ型カラム領域ＮＣの不純物濃度より少なくとも１０倍以上高濃度とされる。
【００２７】
本実施の形態の半導体チップ（半導体装置）ＣＨ１１は、図５、図８を参照しながら後述する半導体ウエハＷから切り出した個片であり、四辺形のチップを画定するように設けられた４つのチップ端部を持つ。図２、３に示すようにＹ方向（第２方向と呼ぶこともできる）に平行な２つの第１チップ端部ＣＥＰ１は、Ｙ方向の２つのスクライブラインＳＬ１、ＳＬ２で形成される。図３に示すとおり、この第１チップ端部ＣＥＰ１は、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣの露出断面を含む側面（または第１側面）Ｓと、基板１Ｓおよびエピタキシャル層ＮＥの露出断面である第２側面ＳＳ２に大別される。本実施の形態では、後述するようにデバイス作成上の便宜により側面Ｓのみを選択的にチャネルストッパ領域ＣＳで覆うことが好ましいが、原理的には第１チップ端部ＣＥＰ１全体をチャネルストッパ領域ＣＳで覆っても良い。なお、図３の第１チップ端部ＣＥＰ１は、側面Ｓおよび第２側面ＳＳ２に加えて、段差部を形成する底面Ｂの構造も有している。この底面Ｂの構造はオプションであり、後の応用例で示すとおり省略することもできる。
【００２８】
一方、図２、４に示すようにＸ方向（第１方向と呼ぶこともできる）に平行な２つの第２チップ端部ＣＥＰ２は、Ｘ方向の２つのスクライブラインＳＬａ、ＳＬｂで形成される。第２チップ端部ＣＥＰ２では、基板１Ｓ、エピタキシャル層ＮＥ、およびｎ型カラム領域ＮＣのｎ型の領域の露出断面がある。この第２チップ端部ＣＥＰ２をチャネルストッパ領域ＣＳで覆うこともできるが、リーク電流の低減のためには必須ではない。また第２チップ端部ＣＥＰ２は、ｎ型カラム領域ＮＣの真上である必要は無くｐ型カラム領域ＰＣを平行に切断する領域で切っても良い。即ち、第２チップ端部ＣＥＰ２によっておこるリーク電流は顕著ではない。
【００２９】
本実施の形態においては、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣの露出断面をチャネルストッパ領域ＣＳで覆うことにより、リーク電流を低減することができる。より具体的には、スーパージャンクション構造体の側面をチャネルストッパ領域ＣＳで覆うことにより、後述するｐ型カラム領域ＰＣの端部に生じるボイドを切り離すことが可能となり、リーク電流を低減するなど、半導体装置の特性を向上させることができる。
【００３０】
図５は、本実施の形態の半導体装置の露光単位領域の構成を模式的に示す平面図であり、図６、図７は、本実施の形態の半導体装置の露光単位領域の構成を模式的に示す断面である。例えば、図６は、図５のＡ−Ａ断面部に対応し、図７は、例えば、図５のβ−β断面部に対応する。図５の平面図は、４つの半導体チップ（ＣＨ１１、ＣＨ１２、ＣＨ２１、ＣＨ２２）の形成領域を示し、この領域ＳＨは、例えば、半導体装置の製造工程におけるワンショットの露光領域（露光単位領域）に対応する。図８は、半導体ウエハＷを示す平面図である。上記領域（ワンショットの露光領域）ＳＨは、例えば、図８の１〜２４で示す矩形領域に対応する。
【００３１】
図５〜図７に示すように、上記領域（ワンショットの露光領域）ＳＨにおいては、図１〜図４を参照しながら説明した、本実施の形態の半導体装置（半導体チップ）がＸ方向に２個、Ｙ方向に２個（２×２）並べて配置され、合計４個分の半導体装置（半導体チップ）が形成されている。このような複数の半導体装置（半導体チップ）が形成された半導体ウエハ（Ｗ）を、Ｘ方向、Ｙ方向に切断することにより、半導体装置（半導体チップ）を切り出すことができる。Ｘ方向またはＹ方向に沿った切断線を“スクライブライン（ＳＬ１〜ＳＬ３、ＳＬａ〜ＳＬｃ）”と言う。
【００３２】
［検討事項］
次いで、上記構成の半導体装置を見出すに至った検討事項について以下に説明する。
【００３３】
前述したスーパージャンクション構造体を構成するｐ型カラム領域ＰＣは、ＳｉＣ基板に設けられたディープトレンチ（溝）ＤＴ内に、エピタキシャル成長法を用いてｐ型の半導体領域を埋め込むことにより形成する（いわゆる、トレンチフィル法）。このｐ型の半導体領域の埋め込みの際、平面視においてＸ方向に延在するディープトレンチＤＴの端部において、埋め込み不良が生じ、ボイドＶＤが形成されることが判明した。図９、図１０は、ｐ型カラム領域のボイドを示す平面図および断面図である。図１１は、ディープトレンチの端部に生じたボイドを示す写真である。図９、図１０等において、ボイドＶＤの形成領域を“ＶＤＲ”で示す。
【００３４】
図１１において、灰色で示されるｐ型カラム領域の端部近傍に、黒色で示されるボイドを確認することができる。図９〜図１１に示すようなボイドＶＤは、ディープトレンチＤＴの場所により、エピタキシャル成長性が異なることにより生じるものと考えられる。即ち、平面視においてＸ方向に延在するディープトレンチＤＴの中央部においては、対向する側面と底面とからｐ型の半導体領域がエピタキシャル成長する。これに対し、平面視においてＸ方向に延在するディープトレンチＤＴの端部においては、対向する側面と底面とに加え、Ｙ方向に延在する側面からもｐ型の半導体領域がエピタキシャル成長する。このため、エピタキシャル成長速度の不均一が生じ、ボイドＶＤが生じるものと考えられる。特に、常圧に近い雰囲気で行われるＳｉＣのエピタキシャル成長においては、減圧雰囲気で行われるＳｉのエピタキシャル成長と異なり、上記のようなボイドＶＤが発生しやすい。
【００３５】
このようなボイドＶＤを含めて半導体装置（半導体チップ）を切り出した場合（図１０参照）、即ち、Ｘ方向に延在するディープトレンチＤＴの端部のさらに外側にスクライブライン（ＳＬ１、ＳＬ３）を設け、これに沿って半導体装置（半導体チップ）を切り出した場合、半導体装置（半導体チップ）内にボイドＶＤが取り込まれてしまう。この場合、ボイドＶＤに沿ったリーク電流が生じ、半導体装置の性能が劣化してしまう。
【００３６】
このようなボイドＶＤの影響を回避するため、図１２、図１３に示すように、ボイドＶＤの内側にスクライブライン（ＳＬ１、ＳＬ３）を設け、これに沿って半導体装置（半導体チップ）を切り出すことが考えられる。図１２、図１３は、ｐ型カラム領域のボイドとスクライブライン（ＳＬ１、ＳＬ３）の位置関係を示す平面図および断面図である。
【００３７】
しかしながら、この場合、図１４に示すように、半導体チップの端部において、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣが露出してしまう。図１４は、ボイドの内側のスクライブラインに沿って切り出した半導体装置（半導体チップ）の斜視図である。このように、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣが露出すると、ｐｎ接合から横方向に延びる空乏層、即ち、高電界が印加されている空乏層が露出することとなる。このような構成では、半導体チップの端部においてリーク電流が生じ、デバイス動作に不都合が生じる。
【００３８】
そこで、本実施の形態の半導体装置においては、前述したとおり、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣの端部（図１４のｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣの露出表面）をチャネルストッパ領域ＣＳで覆うことにより、上記不都合を回避することができる。
【００３９】
さらに、ＳｉＣ層においては、半導体チップの端部における、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣの深さより深いイオン注入が困難であるため、前述したように、スクライブ領域において、スクライブ用トレンチを形成し、半導体チップの端部（側壁）にテーパ（Ｓ）を設けた後、イオン注入によりチャネルストッパ領域ＣＳを形成することにより、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣをチャネルストッパ領域ＣＳで覆うことができる。
【００４０】
このように、本実施の形態の半導体装置によれば、ボイドＶＤの影響を回避し、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣが露出することによる不都合を回避することができる。
【００４１】
［製法説明］
次いで、図１５〜図２７を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、本実施の形態の半導体装置の構成をより明確にする。図１５は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す図（フロー図）である。図１６〜図２９は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図または平面図である。
【００４２】
まず、図１５のステップＳ１に示すように、エピウエハを準備する。エピウエハとは、図１６に示す、主面（表面、上面）上にｎ型半導体層からなるエピタキシャル層ＮＥが形成されたＳｉＣ基板１Ｓである。ＳｉＣ基板１Ｓは、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）などのｎ型不純物が導入されたＳｉＣよりなる。ＳｉＣ基板１Ｓとしては、オフ角を有する基板を用いてもよい。オフ角としては、例えば、（０００１）面が＜１１−２０＞方向に４°傾いた主面を有するＳｉＣ基板を用いることできる。また、ＳｉＣ基板１Ｓとしては、六方晶系の基板として、４Ｈポリタイプの基板（４Ｈ−ＳｉＣ）または６Ｈポリタイプの基板（６Ｈ−ＳｉＣ）を用いることができる。
【００４３】
また、エピタキシャル層ＮＥは、ＳｉＣ層よりなり、例えば、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を導入しながらＳｉＣ層をエピタキシャル成長させることにより形成する。エピタキシャル層ＮＥにおいて、その厚み（ｔＮＥ）は例えば３３μｍ程度であり、不純物濃度は３．０×１０１６ｃｍ−３程度である。なお、エピタキシャル層ＮＥの厚み（ｔＮＥ）は、必要となるデバイス耐圧と、スーパージャンクションを形成するディープトレンチの深さとから設計するが、典型的には５〜１００μｍ程度である。また、エピタキシャル層ＮＥの不純物濃度は、カラム幅に依存し、典型的には１×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３程度とすることが好ましい。
【００４４】
次いで、図１５のステップＳ２に示すように、ディープトレンチを形成する。例えば、図１７に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、エピタキシャル層ＮＥのｐ型カラム領域ＰＣの形成領域に開口を有するハードマスク(図示せず）を形成する。次いで、図１７に示すように、上記ハードマスクをマスクとしてエピタキシャル層ＮＥをエッチングする。これにより、ｐ型カラム領域ＰＣの形成領域のエピタキシャル層ＮＥが除去され、ディープトレンチＤＴが形成される。ディープトレンチＤＴは、Ｘ方向に延在するライン状である（図１８）。ディープトレンチＤＴのＸ方向の長さは、例えば、９ｍｍ程度であり、幅は、２〜３μｍ程度である。ディープトレンチＤＴの繰り返し周期（ピッチ）は４〜６μｍ程度である。具体的には、幅２．５μｍ、ピッチ５μｍとすることができる。ディープトレンチＤＴの深さ（ｔＤＴ）は、２８μｍ程度である。なお、隣り合うディープトレンチＤＴの間のエピタキシャル層ＮＥの部分がｎ型カラム領域ＮＣとなる。次いで、上記ハードマスク(図示せず）を除去する。
【００４５】
次いで、図１５のステップＳ３に示すように、埋戻しエピ成膜（埋め込みｐ型エピタキシャル層の成膜）を行う。例えば、図１９に示すように、エピタキシャル成長法により、ディープトレンチＤＴの内部およびエピタキシャル層ＮＥ上に、埋め込みｐ型エピタキシャル層ＰＥを形成する。例えば、アルミニウム（Ａｌ）またはホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物を導入しながらＳｉＣよりなるエピタキシャル層を成長させる。この際、図９、図１０等を参照しながら説明したボイドが生じ得る。
【００４６】
次いで、図１５のステップＳ４に示すように、平坦化を行う。例えば、図２０に示すように、ディープトレンチＤＴの上部の埋め込みｐ型エピタキシャル層ＰＥを、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法やエッチバック法などを用いて除去する。これにより、埋め込みｐ型エピタキシャル層（ＰＥ）よりなるｐ型カラム領域ＰＣが形成される。また、別の言い方をすれば、複数のｐ型カラム領域ＰＣと、複数のｎ型カラム領域ＮＣとから成るエピタキシャル層（スーパージャンクション構造体）が形成される。ｎ型カラム領域ＮＣは、エピタキシャル層ＮＥの残存部分であるためエピタキシャル層ＮＥと同じ不純物濃度を持つ。ｐ型カラム領域ＰＣの不純物濃度は、ＳＪ構造設計に依存し１×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３とされる。ｐ型カラム領域ＰＣの不純物濃度は、ｎ型カラム領域ＮＣの面積および不純物濃度、エピタキシャル層ＮＥでディープトレンチＤＴが形成されない部分（第２半導体層Ｌ２）の面積および不純物濃度、およびｐ型カラム領域の面積から、それらがチャージバランスするよう決定される。
【００４７】
以上の工程により、活性領域ＡＣと、終端領域ＴＲと、周辺領域ＰＥＲとにおいて、Ｘ方向に延在するライン状のｐ型カラム領域ＰＣとＸ方向に延在するライン状のｎ型カラム領域ＮＣとがＹ方向に交互に周期的に配置されたスーパージャンクション構造体が形成される（図２１）。
【００４８】
次いで、図１５のステップＳ５に示すように、スクライブ用トレンチを形成する。例えば、図２２、図２３に示すように、Ｙ方向に延在するスクライブラインＳＬ１〜ＳＬ３部に、スクライブ用トレンチＴＳを形成する。例えば、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、スーパージャンクション構造体（ｐ型カラム領域ＰＣとｎ型カラム領域ＮＣ）上であって、スクライブラインＳＬ１〜ＳＬ３上に開口を有するハードマスク(図示せず）を形成する。次いで、上記ハードマスクをマスクとしてスーパージャンクション構造体をエッチングする。これにより、スクライブラインＳＬ１〜ＳＬ３部のスーパージャンクション構造体が除去され、スクライブ用トレンチＴＳが形成される。スクライブ用トレンチＴＳは、Ｙ方向に延在するライン状である（図２３）。スクライブ用トレンチＴＳの深さは、スーパージャンクション構造体（ｐ型カラム領域ＰＣとｎ型カラム領域ＮＣ）の厚さ（深さ）以上である。また、このスクライブ用トレンチＴＳの垂直深さ（ｔＴＳ＝約３０μｍ）は、ディープトレンチＤＴの深さ（ｔＤＴ＝約２８μｍ）以上であり、エピタキシャル層ＮＥの厚さ（ｔＮＥ＝約３３μｍ）よりは小さく、基板１Ｓに達するまで深く掘り込む必要はない。炭化珪素結晶（ＳｉＣ結晶）は非常に硬い結晶であるためエッチングが困難であり、深い溝のエッチングを行う場合には時間がかかるため、このように基板１Ｓの手前でＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を完了できる素子構造は、プロセススループット上の利点となる。また、スクライブ用トレンチＴＳは、側面Ｓと底面Ｂとを有し、側面Ｓはテーパ状である。このように側面Ｓがテーパ状で底面Ｂが水平となるような形状のスクライブ用トレンチＴＳを、ＳｉＣ結晶層に対して形成するためには６フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスを用いたＲＩＥ技術を用いる。ＳｉＣ結晶は難加工性のため、テーパ付の深いトレンチを形成するためには、ハードマスクの選択比を向上させつつ、マスクの後退エッチングを制御する必要がある。ＲＩＥ装置は、上部電極とそれに対向する下部電極とを備え、この下部電極を内蔵する静電チャック上に被加工物であるＳｉＣウエハを設置して処理を行う。この時、選択比を向上させるためには、ウエハを設置する静電チャック（下部電極）を５０℃から１００℃に温度制御することが効果的である。さらに、下部電極の投入パワーとの兼ね合いにより（高めに設定：３００Ｗ以上）、ハードマスクの後退を制御し、テーパ角度を変化させることができる。
【００４９】
例えば、図２２におけるスクライブ前の底面Ｂの幅（Ｘ方向の長さ）は、１００μｍ程度である。また、側面Ｓの幅（Ｘ方向の長さ）は、１７μｍ〜３０μｍ程度である。例えば、側面Ｓのテーパ角（傾斜角）が、４５°の場合、側面Ｓの幅（Ｘ方向の長さ）は、３０μｍ程度となり、底面Ｂまでの垂直深さは３０μｍ程度となる。側面Ｓのテーパ角（傾斜角）が、６０°の場合、側面Ｓの幅（Ｘ方向の長さ）は、１７μｍ程度となり、底面Ｂまでの垂直深さは３０μｍ程度となる。次いで、スクライブ用トレンチＴＳ形成用の上記ハードマスク(図示せず）を除去する。
【００５０】
次いで、図１５のステップＳ６に示すように、選択的なイオン注入法により、チャネルストッパ領域を形成する。例えば、図２４、図２５に示すように、Ｙ方向に延在するスクライブラインＳＬ１〜ＳＬ３部およびＸ方向に延在するスクライブラインＳＬａ〜ＳＬｃ部に、チャネルストッパ領域ＣＳを、イオン注入により形成する。例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、スクライブラインＳＬ１〜ＳＬ３部およびスクライブラインＳＬａ〜ＳＬｃ部上に開口部を有するハードマスク(図示せず）を形成する。次いで、このハードマスク(図示せず）をマスクとして、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を注入することにより、チャネルストッパ領域ＣＳを形成する。なお、ハードマスクに代えて、フォトレジスト膜をマスクとして、ｎ型不純物を注入してもよい。
【００５１】
ここで、スクライブ用トレンチＴＳの側面Ｓがテーパ状であるため、スーパージャンクション構造体（ｐ型カラム領域ＰＣとｎ型カラム領域ＮＣ）の側面（露出表面）を覆うようにチャネルストッパ領域ＣＳを形成することができる。このチャネルストッパ領域ＣＳのｎ型不純物の濃度は、エピタキシャル層ＮＥ、即ち、ｎ型カラム領域ＮＣのｎ型不純物の濃度より高い。チャネルストッパ領域ＣＳのｎ型不純物の濃度は例えば１×１０１８ｃｍ−３程度である。不純物の注入深さは、水平面において、表面から約１μｍである。このような条件で不純物を注入した場合において、側面Ｓのテーパ角が４５°の場合には、側面Ｓの表面から垂直方向の深さが約０．７μｍ程度まで不純物が注入される。また、側面Ｓのテーパ角が６０°の場合には、側面Ｓの表面から垂直方向の深さが約０．５μｍ程度まで不純物が注入される。
【００５２】
一般に、側面Ｓにおける表面から垂直方向の不純物の注入深さ（ｄ２）は、以下の（式１）で表せる。
ｄ２＝ｄ１・ｓｉｎ（９０−θ）…（式１）
ここで、ｄ１は水平面における不順物の注入深さであり、θは側面Ｓのテーパ角である。なお、θは水平面を基準（θ＝０°）としており、スクライブ用トレンチＴＳの側面が垂直の場合にはθ＝９０°となる。
【００５３】
側面Ｓにおける電荷量Ｑ１は、以下の（式２）で表せる。
Ｑ１＝ｎ１・ｄ２＝ｎ１・ｄ１・ｓｉｎ（９０−θ）…（式２）
ここで、ｎ１は側面Ｓに注入したｎ型不純物の濃度である。
【００５４】
一方、電荷量（Ｑ２）は、以下の（式３）で表せる。
Ｑ２＝（［ＳｉＣの誘電率]・Ｅｃ）／（電気素量ｅ）…（式３）
ＳｉＣ基板の絶縁破壊電界強度（Ｅｃ）が３ＭＶ／ｃｍの場合、電荷量（Ｑ２）は、１．６１×１０１３ｃｍ−２となる。なお［ＳｉＣの誘電率]＝８．５９×１０−１３Ｆｃｍ−１、電気素量ｅ＝１．６×１０−１９Ｃとした。
【００５５】
Ｑ１がＱ２よりも大きいことは、空乏層がチップ表面に露出しないことを意味するため、側面Ｓの電荷量をＱ１＞Ｑ２となるようにスクライブ用トレンチＴＳの側面を設計すればよい。Ｑ１＞Ｑ２の関係より以下の（式４）を得ることができる。
ｎ１・ｄ１・ｓｉｎ（９０−θ）＞１．６１×１０１３ｃｍ−２…（式４）
さらに、ｎ１＝１×１０１８ｃｍ−３、ｄ１＝１μｍとして、この（式４）をθについて解くと、以下の（式５）を得ることができる。
θ＜９０−ａｓｉｎ（０．１６１）≒８０…（式５）
即ち、上記条件では、テーパ角が約８０°以下であればスクライブ用トレンチＴＳの端部の電界上昇によるリーク電流の抑制が可能となる。
【００５６】
以上のようにして斜め方向からのイオン注入（斜めインプラ）を必要とせず、基板の最表面に対して垂直方向から１回のイオン注入で、基板の最表面、側面Ｓ、底面Ｂに対して適切なイオン注入が行える。次いで、イオン注入用の上記ハードマスク(図示せず）を除去する。
【００５７】
次いで、図１５のステップＳ７に示すように、トランジスタ構造体等を形成する。例えば、図２６、図２７に示すように、チャネルストッパ領域ＣＳで区画された略矩形の領域の中央部に配置された活性領域ＡＣにパワーデバイス（素子）を形成する。また、活性領域ＡＣを囲む終端領域ＴＲに終端構造体（半導体領域）を形成する。
【００５８】
パワーデバイスの構成に制限はないが、例えば、図２８に示す縦型のＭＯＳＦＥＴを形成する。また、終端領域ＴＲに形成される終端構造体の構成に制限はないが、例えば、図２９に示すｐ型半導体領域ＪＴＥを形成する。縦型のＭＯＳＦＥＴおよびｐ型半導体領域ＪＴＥの形成工程の一例を図２８、図２９を参照しながら説明する。
【００５９】
活性領域ＡＣにおいて、選択的なイオン注入法により、アルミニウム（Ａｌ）またはホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物を導入することによりチャネル領域ＣＨを形成する。選択的なイオン注入法とは、不純物の注入領域に開口を有するマスク膜をマスクとして、選択的に不純物を導入する方法である。この際、終端領域ＴＲにおいても、ｐ型不純物を導入することによりｐ型半導体領域ＪＴＥを形成する。ｐ型半導体領域ＪＴＥは、活性領域ＡＣを囲むように設けられている。ＪＴＥは、“Junction Termination Extension”の略であり、終端構造体の一種である。
【００６０】
次いで、活性領域ＡＣにおいて、選択的なイオン注入法により、ｎ型不純物を導入することによりソース領域ＳＲを形成する。ソース領域ＳＲは、チャネル領域ＣＨ内に形成される。
【００６１】
次いで、スーパージャンクション構造体（ｐ型カラム領域ＰＣとｎ型カラム領域ＮＣ）上にゲート絶縁膜ＧＩを形成し、このゲート絶縁膜ＧＩ上に導体膜を形成する。ゲート絶縁膜ＧＩは、例えば、酸化シリコンからなり、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。また、熱酸化法により形成してもよい。ゲート絶縁膜ＧＩは酸化シリコン膜に限らず、例えば、酸化ハフニウム膜などの高誘電率膜であってもよい。導体膜は、例えば、多結晶シリコンからなり、例えば、ＣＶＤ法により形成される。
【００６２】
次いで、導体膜をパターニングすることにより、ゲート電極ＧＥを形成する。次いで、ゲート電極ＧＥ上に層間絶縁膜ＩＬを形成する。層間絶縁膜ＩＬは、例えば、酸化シリコンからなり、例えば、ＣＶＤ法により形成される。
【００６３】
次いで、底部がソース領域ＳＲおよびチャネル領域ＣＨ上の層間絶縁膜ＩＬをエッチングにより除去することによりコンタクトホールを形成する。
【００６４】
次いで、コンタクトホール内および層間絶縁膜ＩＬ上に金属膜を形成し、パターニングすることにより、ソース電極ＳＥを形成する。例えば、Ａｌ膜などの金属膜をスパッタリング法などを用いて形成し、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、所望の形状に加工し、ソース電極ＳＥを形成する。
【００６５】
次いで、ソース電極ＳＥを覆うように表面保護膜（図示せず）を形成し、表面保護膜をパターニングして、ソース電極ＳＥ等の一部を露出させることにより、外部接続領域（パッド領域）を形成する。
【００６６】
次いで、ＳｉＣ基板１Ｓの裏面を研削して、ＳｉＣ基板１Ｓを薄膜化した後、ＳｉＣ基板１Ｓの裏面に、ドレイン電極ＤＥとなる金属膜をスパッタリング法などにより形成する。例えば、Ａｌ膜などの金属膜をスパッタリング法などを用いて形成する。このようにして、縦型のＭＯＳＦＥＴおよびｐ型半導体領域ＪＴＥを形成することができる。
【００６７】
次いで、ウエハ状の半導体装置（半導体ウエハＷ）のスクライブライン（ＳＬ１〜ＳＬ３、ＳＬａ〜ＳＬｃ）をダイサーなどにより切断することで、半導体チップ領域毎に個片化し、複数の半導体チップを得ることができる。
【００６８】
以上のようにして、本実施の形態の半導体装置を形成することができる。図２９においては、終端構造体として、ｐ型半導体領域ＪＴＥを用いたが、終端構造体として、活性領域ＡＣを環状に囲むｐ型半導体領域を複数本有するＦＬＲ（Field Limiting Ring）構造体を用いてもよい。
【００６９】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、実施の形態１の応用例について説明する。実施の形態１と同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００７０】
（応用例１）
図３０は、本実施の形態の応用例１の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。本応用例においては、実施の形態１から以下の点を変更した。実施の形態１（例えば図４）においては、エピタキシャル層ＮＥを一層（単一の不純物層）で形成したが、本応用例では、エピタキシャル層を、第１エピタキシャル層ＮＥ１（ＳＪ構造用エピ層）と、この層と不純物濃度が異なる第２エピタキシャル層ＮＥ２（バッファ層）との２層構造とした。第１エピタキシャル層ＮＥ１（ＳＪ構造用エピ層）について、例えば、その厚さは２４μｍ程度、その不純物濃度は１．５×１０１６ｃｍ−３程度である。また、第２エピタキシャル層ＮＥ２（バッファ層）について、例えば、その厚さは４０μｍ程度、その不純物濃度は２×１０１５ｃｍ−３程度である。このように、第２エピタキシャル層ＮＥ２の不純物濃度を、第１エピタキシャル層ＮＥ１の不純物濃度より小さくすることが好ましく、第２エピタキシャル層ＮＥ２の不純物濃度を、第１エピタキシャル層ＮＥ１の不純物濃度の半分以下とすることがより好ましい。かかる構成により、逆回復時にバッファ層内に蓄積される過剰キャリア量を増やし、逆回復時のテール電流をより大きくでき、これにより、よりソフトリカバリすることができる。
【００７１】
本応用例においては、第１エピタキシャル層ＮＥ１の厚さと第１半導体層Ｌ１の厚さが一致し、第２エピタキシャル層ＮＥ２の厚さと第２半導体層Ｌ２の厚さは一致する。しかしながら、第１半導体層Ｌ１の厚さはディープトレンチＤＴの深さにより決定されるため、製造ばらつきにより、ばらつく。ディープトレンチＤＴの深さは第１エタキシャル層ＮＥ１の厚みに対して±２μｍ程度のばらつきが許容される。このため第１エピタキシャル層ＮＥ１の厚さと第１半導体層Ｌ１の厚さは完全には一致しないが、第１半導体層Ｌ１のｎ型カラム領域ＮＣは、第１エピタキシャル層ＮＥ１で実質的に形成される。
【００７２】
図３１は、本応用例の半導体装置において、ｐｎ接合部（ダイオードＴＥＧ）に逆バイアスを印加した場合の電流―電圧特性を示すグラフである。（ａ）は、本応用例の半導体装置、即ち、“トレンチ端部処理有”のデバイスの場合を示し、（ｂ）は、比較例、即ち、スクライブ用トレンチ形成およびイオン注入工程（Ｓ５、Ｓ６）を行わずにそのままスクライブした“トレンチ端部処理無”のデバイスの場合を示す。
【００７３】
（ａ）および（ｂ）のデバイスにおいて、エピタキシャル層ＮＥの厚さ（ｔＮＥ）は６４μｍ、ディープトレンチＤＴの深さ（ｔＤＴ）は２４μｍ、スクライブ用トレンチの垂直方向深さ（ｔＴＳ）は３０μｍ、側面Ｓのテーパ角は６０°とした。本応用例であるグラフ（ａ）の実線の場合においては、比較例であるグラフ（ｂ）の破線の場合より、０〜約１２００Ｖの耐圧の範囲において、電流が約１／１００に減少している。比較例（ｂ）の場合には、露出したスーパージャンクション構造体に起因するリーク電流が発生しているのに対して、本応用例（ａ）の場合にはリーク電流が抑制されていることが分かる。このように、トレンチの端部処理を行うことにより、リーク電流を低減することができる。
【００７４】
（応用例２）
図３２は、本実施の形態の応用例２の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。実施の形態１（図６）においては、側面Ｓがテーパとなるようにスクライブ用トレンチＴＳを形成したが、図３２に示すように、スクライブ用トレンチＴＳの側面をほぼ垂直としてもよい。スクライブ用トレンチＴＳの断面形状は、エッチング条件を調整することにより制御することができる。
【００７５】
このように、スクライブ用トレンチＴＳの側面Ｓがほぼ垂直となる場合には、斜めイオン注入により、チャネルストッパ領域ＣＳを形成する。なお、スクライブ用トレンチＴＳの側面がテーパの場合にも斜めイオン注入を用いてもよい。
【００７６】
（応用例３）
図３３は、本実施の形態の応用例３の半導体装置の構成を模式的に示す平面図である。実施の形態１（図２、図５）においては、Ｙ方向に延在するスクライブラインＳＬ１〜ＳＬ３部およびＸ方向に延在するスクライブラインＳＬａ〜ＳＬｃ部に、チャネルストッパ領域ＣＳを、イオン注入により形成したが、Ｙ方向に延在するスクライブラインＳＬ１〜ＳＬ３部と、Ｘ方向に延在するスクライブラインＳＬａ〜ＳＬｃ部とのイオン注入を個別に行ってもよい。
【００７７】
例えば、Ｙ方向に延在するスクライブラインＳＬ１〜ＳＬ３部に、イオン注入によりチャネルストッパ領域ＣＳａを形成した後、Ｘ方向に延在するスクライブラインＳＬａ〜ＳＬｃ部に、イオン注入によりチャネルストッパ領域ＣＳｂを形成してもよい。この際、終端領域ＴＲを囲むように、チャネルストッパ領域ＣＳｂを形成してもよい（図３３）。
【００７８】
（応用例４）
図３４は、本実施の形態の応用例４の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。実施の形態１（図３）においては、スクライブ用トレンチＴＳの側面Ｓのみならず、底面Ｂも残存するように、切断されているが、図３４に示すように、底面Ｂが残存しないように、切断してもよい。
【００７９】
例えば、半導体ウエハに形成された半導体装置（図５、図８参照）のチップ化は、テープマウントされた半導体ウエハを、高速回転しているダイヤモンドブレードにて、個片状態に切り分けることで実行される。この際、ダイヤモンドブレードの幅に相当する半導体ウエハは、スクライブライン上で削り取られる。
【００８０】
したがって、前述の図６において、底面Ｂの全体幅を狭めて、底面Ｂの幅をダイヤモンドブレードによる削り幅と同等以下に設計した場合には、図３に示す底面Ｂは残存せず、図３４に示す形状となる。なお、後述する応用例６（図３６）は底面Ｂを実質的に０としたものであり、チップ化された半導体装置は図３４と同様の構成となる。
【００８１】
（応用例５）
図３５は、本実施の形態の応用例５の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。実施の形態１（図６）においては、チャネルストッパ領域ＣＳを、イオン注入により形成したが、スクライブ用トレンチＴＳに、ｎ型のエピタキシャル層を埋め込むことにより、チャネルストッパ領域ＣＳを形成してもよい（図３５）。例えば、エピタキシャル成長法により、スクライブ用トレンチＴＳの内部およびエピタキシャル層ＮＥ上に、埋め込みｎ型エピタキシャル層を形成する。例えば、ｎ型不純物を導入しながらＳｉＣよりなるエピタキシャル層を成長させる。次いで、ＣＭＰ法やエッチバック法などを用いてエピタキシャル層（スーパージャンクション構造体）ＮＥが露出するまで埋め込みｎ型エピタキシャル層を除去する。
【００８２】
（応用例６）
図３６は、本実施の形態の応用例６の半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。実施の形態１（図６）においては、スクライブ用トレンチＴＳの形成後にチャネルストッパ領域ＣＳを形成したが、スクライブ用トレンチＴＳの形成後、スクライブ用トレンチＴＳ内を含むエピタキシャル層（スーパージャンクション構造体）ＮＥ上に、キャップ層ＣＡＰとして、ｎ型エピタキシャル層を形成した後、イオン注入によりチャネルストッパ領域ＣＳを形成してもよい。なお、この場合、活性領域ＡＣおよび終端領域ＴＲにも、キャップ層（ｎ型エピタキシャル層）ＣＡＰが形成される。例えば、縦型のＭＯＳＦＥＴおよびｐ型半導体領域ＪＴＥを構成する半導体領域（ＳＲ、ＣＨ、ＪＴＥ）は、キャップ層（ｎ型エピタキシャル層）ＣＡＰ中に形成してもよい。
【００８３】
（応用例７）
実施の形態１（図５）においては、Ｘ方向に２個、Ｙ方向に２個（２×２）の４個分の半導体装置（半導体チップ）の形成領域をワンショットの露光領域ＳＨとしたが、例えば、９個（３×３）、１６個（４×４）の半導体装置（半導体チップ）の形成領域をワンショットの露光領域としてもよい。ワンショットの露光領域を大きく（平面視（例えば図２１）におけるｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領域ＮＣのＸ方向の長さを長く）することで、切り落とされる（切り飛ばされる）ボイド領域（無効領域、図１１参照）の半導体ウエハ面積に対する割合が小さくなる。これにより、半導体装置（半導体チップ）の面積効率が向上する。
【００８４】
（応用例８）
図３７は、本実施の形態の応用例８の半導体装置の構成を模式的に示す平面図である。図３７に示すように、ディープトレンチＤＴを半導体ウエハＷの端から端まで延在させてもよい。なお、図３７においては、図を分かり易くするため、ディープトレンチＤＴの数を少なく表示している。
【００８５】
本応用例においては、エピタキシャル成長の均一性が高まる。即ち、ディープトレンチＤＴのいずれの箇所においても、対向する側面と底面とからｐ型の半導体領域がエピタキシャル成長する。これにより、ボイドＶＤの発生を抑制することができる。
【００８６】
本応用例の場合も、Ｘ方向に延在するｐ型カラム領域ＰＣを横切るように半導体装置（半導体チップ）を切断する必要があり、実施の形態１で説明したスーパージャンクション構造体の側面をチャネルストッパ領域ＣＳで覆うことにより、半導体装置の特性を向上させることができる。
【００８７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８８】
なお、上記実施の形態１、２を説明する図面で描かれたｎ型カラム領領域ＮＣやｐ型カラム領域ＰＣの数は、図面の記載の便宜上簡略化して記載したものであり、現実の縮尺とは一致しない。例えば、図４においてチャネルストッパ形成領域ＣＳＲの幅には、１本のｐ型カラム領域ＰＣが描かれているが、これは模式的なイメージを表すに過ぎない。実際のデバイスでのチャネルストッパ形成領域ＣＳＲの幅は、例えば１００〜２００μｍ程度とされる。これに対して、ｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領領域ＮＣの幅として例えばそれぞれ２μｍ程度の幅を採用した場合には、１周期の幅は４μｍとなる。したがって、実際のデバイスのチャネルストッパ形成領域ＣＳＲ内には２５〜５０周期程度のｐ型カラム領域ＰＣおよびｎ型カラム領領域ＮＣが存在する。
【００８９】
また、図１５に示すプロセス（ステップ）の順序を入れ替えて、スクライブ用トレンチ形成およびイオン注入（Ｓ５、Ｓ６）を、トランジスタ構造形成工程（Ｓ７）の途中で行ってもよい。即ち、Ｓ１〜Ｓ４の工程の終了後に、第１のトランジスタ形成工程として、トランジスタ構造におけるイオン注入後の活性化アニール工程の直前までを行う。その後、スクライブ用トレンチ形成およびイオン注入（Ｓ５、Ｓ６）を行い、トランジスタ構造およびスクライブ用トレンチに注入した不純物の活性化アニール工程を行う。このようにすることでトランジスタ構造形成工程におけるイオン注入工程を、スクライブ用トレンチが未だ形成されていない平坦な状態の半導体ウエハを用いて行うことができ、フォトリソグラフィなどのプロセスを有利に行うことができる。
【００９０】
さらに、上記実施の形態１、２においては、ＳｉＣ半導体基板１Ｓ上に直接、接するように、いわゆるドリフト層となるＳｉＣエピタキシャル層（ＮＥ、ＮＥ１およびＮＥ２）が設けられているが、ＳｉＣ半導体基板１ＳとＳｉＣエピタキシャル層との間に、ＳｉＣの単層又は複数層からなる中間層を設けてもよい。中間層としては、積層欠陥の防止を目的としたバッファ層や、ＩＧＢＴにおけるコレクタ層、フィールドストップ層などが知られている。よって、ＳｉＣ半導体基板上にＳｉＣエピタキシャル層を有する構成には、直接ＳｉＣエピタキシャル層が形成された構成だけではなく、前述のような中間層を有する構成も含まれる。
（付記１）
基板層上の第１エピタキシャル層中に形成された、第１導電型の複数の第１半導体ピラーおよび前記第１導電型と逆導電型の第２導電型の複数の第２半導体ピラーを有するスーパージャンクション構造を持つ半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記基板層および前記基板層上の前記第１エピタキシャル層を有する半導体基板を準備する工程、
（ｂ）前記第１エピタキシャル層中に、前記エピタキシャル層の厚さよりも小さな深さを持つ複数の第１溝を形成することで前記複数の第１半導体ピラーを形成する工程、
（ｃ）前記第１溝中に、前記第２導電型の埋め込み半導体膜を形成することにより、前記第２半導体ピラーを形成する工程、
（ｄ）前記第１および第２半導体ピラーを横切るスクライブ領域に、前記エピタキシャル層の厚さよりも小さく前記第１溝の深さよりも深い第２溝を形成する工程、
（ｅ）第２溝部に前記第１導電型のチャネルストッパ領域を形成する工程、
（ｆ）前記スーパージャンクション構造の上に素子を形成する工程、
（ｇ）前記スクライブ領域を切断することにより、前記半導体基板を個片化する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【００９１】
（付記２）
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｇ）工程において、前記スクライブ領域の外側の前記第１溝中のボイドが切り落とされる、半導体装置の製造方法。
【００９２】
（付記３）
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程は、前記第２溝の側面および底面に前記第１導電型の不純物をイオン注入する工程である、半導体装置の製造方法。
【００９３】
（付記４）
付記１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程において、ＲＩＥによりテーパ状の側面と、平坦な底面を持つ前記第２溝を形成する半導体装置の製造方法。
【００９４】
（付記５）
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｅ）工程は、前記第２溝の内部に、前記第１導電型の半導体領域を埋め込む工程である、半導体装置の製造方法。
【００９５】
（付記６）
付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程と、前記（ｅ）工程との間に、前記第２溝内を含む前記第１エピタキシャル層上に、第２エピタキシャル層を形成する工程を有する、半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００９６】
１Ｓ  基板
ＡＣ  活性領域
Ｂ  底面
ＣＡＰ  キャップ層
ＣＥＰ１  第１チップ端部
ＣＥＰ２  第２チップ端部
ＣＨ  チャネル領域
ＣＨ１１  半導体チップ
ＣＨ１２  半導体チップ
ＣＨ２１  半導体チップ
ＣＨ２２  半導体チップ
ＣＳ  チャネルストッパ領域
ＣＳａ  チャネルストッパ領域
ＣＳｂ  チャネルストッパ領域
ＣＳＲ  チャネルストッパ形成領域
ＤＥ  ドレイン電極
ＤＴ  ディープトレンチ
ＧＥ  ゲート電極
ＧＩ  ゲート絶縁膜
ＩＬ  層間絶縁膜
ＪＴＥ  ｐ型半導体領域
ＮＣ  ｎ型カラム領域
ＮＥ  エピタキシャル層
ＰＣ  ｐ型カラム領域
ＰＥ  埋め込みｐ型エピタキシャル層
ＰＥＲ  周辺領域
Ｓ  側面（第１側面）
ＳＳ２  第２側面
Ｓ１〜Ｓ７  ステップ
ＳＥ  ソース電極
ＳＨ  領域（ワンショットの露光領域）
ＳＬ１〜ＳＬ３  スクライブライン
ＳＬａ〜ＳＬｃ  スクライブライン
ＳＲ  ソース領域
ＴＲ  終端領域
ＴＳ  スクライブ用トレンチ
ＶＤ  ボイド
Ｗ  半導体ウエハ
Ｌ１  第１半導体層
Ｌ２  第２半導体層
ＮＥ１  第１エピタキシャル層（ＳＪ構造用エピ層）
ＮＥ２  第２エピタキシャル層（バッファ層）
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年10月1日(2020.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のＳｉＣ半導体基板と、
前記ＳｉＣ半導体基板の上に設けられ、前記ＳｉＣ半導体基板よりも不純物濃度が低い第１導電型のＳｉＣエピタキシャル層と、
前記ＳｉＣエピタキシャル層内の一部として設けられ、前記ＳｉＣ半導体基板の主面においてそれぞれ第１方向に沿って延在し、交互に周期的に配置された第１導電型の第１半導体ピラーおよび第２導電型の第２半導体ピラーを含む第１半導体層と、
前記ＳｉＣエピタキシャル層内で前記第１半導体層を除外した層であって、前記ＳｉＣ半導体基板と前記第１半導体層の間に位置する第１導電型の第２半導体層と、
前記第１半導体層の主面上に設けられたデバイス活性領域と、
前記第１半導体層の主面上に設けられ、前記デバイス活性領域の周囲を取り囲む終端領域と、
前記第１半導体層の主面上に設けられ、前記終端領域の周囲を取り囲み、前記ＳｉＣエピタキシャル層よりも高い不純物濃度を持ち、第１導電型のチャネルストッパ領域と、
四辺形の半導体チップを画定するように設けられ、前記第１方向と交差する第２方向に平行する複数の第１チップ端部、および前記第１方向に平行する複数の第２チップ端部と、
を有し、
前記第１チップ端部は、前記第１半導体層から前記第２半導体層の途中までの断面の高さを持つ第１側面と、前記第２半導体層の途中から前記ＳｉＣ半導体基板の裏面に達する高さを持つ第２側面と、を有し、
前記第１チップ端部において、前記第１側面の表面は、前記第１半導体ピラーおよび前記ＳｉＣエピタキシャル層よりも不純物濃度が高い第１導電型の不純物領域で覆われ、前記チャネルストッパ領域と接続されており、
前記複数の第１チップ端部は、前記第１側面の下部と前記第２側面の上部を接続し前記第２半導体層内で水平面を持つ底面を有し、
少なくとも前記第１側面および底面は、前記不純物領域で覆われている、半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１側面は、テーパ状である、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記ＳｉＣエピタキシャル層は、上部層をなす第１エピタキシャル層と、下部層をなし、前記第１エピタキシャル層よりも不純物濃度が半分以下とされた第２エピタキシャル層とを備え、
前記第１半導体ピラーは、前記第１エピタキシャル層で実質的に形成される、半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第１側面の角度は水平面を基準として８０度以下である、半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記チャネルストッパ領域は、前記第１半導体ピラーおよび前記第２半導体ピラーと前記第１チップ端部において接している、半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記デバイス活性領域にＭＯＳＦＥＴが形成されている、半導体装置。
【国際調査報告】
2019160086.tif 000040
2019160086.tif 000041
2019160086.tif 000042