JP2009038200A - Semiconductor device - Google Patents

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勉 上杉
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将一 兼近
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To relax electric field concentration on a corner part of a body region. <P>SOLUTION: A vertical semiconductor device 100 has an n-type semiconductor region 5, a body region 8, a channel region 14, a first connection region 26, a second connection region 12, a gate electrode 18, and trench electrodes 22 and 24. The n-type semiconductor region 5 is electrically connected to one polarity of a supply voltage. The body region 8 is provided on the n-type semiconductor region 5 while leaving a gap L. The channel region 14 is provided on the body region. The first connection region 26 electrically connects the n-type semiconductor region 5 and channel region 14 to each other. The second connection region 12 electrically connects the channel region 14 and the other polarity of the supply voltage to each other. The gate electrode 18 is opposed to the body region 8 with the channel region 14 interposed therebetween. The trench electrodes 22 and 24 are provided in the gap L, and has an insulating film 24 and a conductor 22 covered with the insulating film. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、III族窒化物半導体を利用した縦型の半導体装置に関する。   The present invention relates to a vertical semiconductor device using a group III nitride semiconductor.

図20に、特許文献1に開示されている窒化ガリウムを利用した半導体装置500の断面図を示す。半導体装置500は、n型半導体領域505と、n型半導体領域505上に間隙Lを残して設けられているp型のボディ領域508と、ボディ領域508上に設けられているn型のチャネル領域514と、間隙L内に設けられているとともにn型半導体領域505とチャネル領域514を電気的に接続しているn型のアパーチャ領域526(第1接続領域の一例)と、チャネル領域514を介してアパーチャ領域526に対向しているn型のソース領域512(第2接続領域の一例)と、チャネル領域514を介してボディ領域508に対向しているゲート電極518を備えている。n型半導体領域505は、ドレイン領域504とドリフト領域506を有しており、ドレイン電極502に電気的に接続している。ソース領域512とボディ領域508は、ソース電極510に電気的に接続している。   FIG. 20 is a cross-sectional view of a semiconductor device 500 using gallium nitride disclosed in Patent Document 1. The semiconductor device 500 includes an n-type semiconductor region 505, a p-type body region 508 provided on the n-type semiconductor region 505 leaving a gap L, and an n-type channel region provided on the body region 508. 514, an n-type aperture region 526 (an example of a first connection region) provided in the gap L and electrically connecting the n-type semiconductor region 505 and the channel region 514, and the channel region 514 In addition, an n-type source region 512 (an example of a second connection region) facing the aperture region 526 and a gate electrode 518 facing the body region 508 with a channel region 514 interposed therebetween are provided. The n-type semiconductor region 505 has a drain region 504 and a drift region 506 and is electrically connected to the drain electrode 502. The source region 512 and the body region 508 are electrically connected to the source electrode 510.

半導体装置500では、ゲート電極518に正の電圧が印加されていないときは、ボディ領域508から伸びる空乏層がチャンネル領域514を超えてゲート絶縁膜516にまで達し、チャネル領域514が空乏化する。これにより、半導体装置500がオフする。ゲート電極518に正の電圧が印加されると、チャネル領域514に形成されていた空乏層が縮小し、チャネル領域514にチャネルが形成される。ソース領域512から供給された電子は、チャネル領域514、アパーチャ領域526、及びn型半導体領域505を経由してドレイン電極502まで流れる。これにより、半導体装置500がオンする。   In the semiconductor device 500, when a positive voltage is not applied to the gate electrode 518, the depletion layer extending from the body region 508 reaches the gate insulating film 516 beyond the channel region 514, and the channel region 514 is depleted. Thereby, the semiconductor device 500 is turned off. When a positive voltage is applied to the gate electrode 518, the depletion layer formed in the channel region 514 is reduced, and a channel is formed in the channel region 514. Electrons supplied from the source region 512 flow to the drain electrode 502 through the channel region 514, the aperture region 526, and the n-type semiconductor region 505. Thereby, the semiconductor device 500 is turned on.

特開2004−260140号公報JP 2004-260140 A

図21に、半導体装置500がオフしているときのボディ領域508近傍の等電位線分布のシミュレーション結果を示す。図21に示すように、半導体装置500がオフしていると、ボディ領域508のコーナー部508aに電界が集中していることが分かる。半導体装置500がオフしているときは、ボディ領域508とゲート電極518の電位が等しい。このため、図21に示すように、ボディ領域508のコーナー部508aにおいて等電位線が大きく屈曲し、コーナー部508aで電界が集中してしまう。
本発明は、ボディ領域のコーナー部における電界集中を緩和する技術を提供することを目的としている。
FIG. 21 shows a simulation result of equipotential line distribution near the body region 508 when the semiconductor device 500 is off. As shown in FIG. 21, it can be seen that when the semiconductor device 500 is off, the electric field is concentrated on the corner portion 508 a of the body region 508. When the semiconductor device 500 is off, the potentials of the body region 508 and the gate electrode 518 are equal. Therefore, as shown in FIG. 21, equipotential lines are greatly bent at the corner portion 508a of the body region 508, and the electric field is concentrated at the corner portion 508a.
An object of the present invention is to provide a technique for alleviating electric field concentration in a corner portion of a body region.

本明細書で開示される半導体装置は、隣接するボディ領域の間隙内にトレンチ電極が設けられていることを特徴としている。トレンチ電極は、絶縁膜とその絶縁膜で被覆された導電体を有している。トレンチ電極の導電体には、ボディ領域のコーナー部で等電位線が大きく屈曲しないように、所定の電圧が印加される。例えば、半導体装置がオフしているときに、トレンチ電極の導電体とボディ領域が略同電位となるような電圧がトレンチ電極の導電体に印加される。半導体装置がオフしているときに、トレンチ電極の導電体の電位をこのような電位に固定すると、ボディ領域のコーナー部において等電位線が大きく屈曲するのが抑えられ、この結果、ボディ領域のコーナー部における電界集中が緩和される。   The semiconductor device disclosed in this specification is characterized in that a trench electrode is provided in a gap between adjacent body regions. The trench electrode has an insulating film and a conductor covered with the insulating film. A predetermined voltage is applied to the conductor of the trench electrode so that the equipotential lines are not greatly bent at the corners of the body region. For example, when the semiconductor device is turned off, a voltage is applied to the conductor of the trench electrode such that the conductor of the trench electrode and the body region have substantially the same potential. When the potential of the conductor of the trench electrode is fixed to such a potential when the semiconductor device is turned off, the equipotential line is prevented from being greatly bent at the corner portion of the body region. Electric field concentration at the corner is alleviated.

すなわち、本明細書で開示される半導体装置は、縦型の半導体装置であって、電源電圧の一方の極性に電気的に接続するとともにn型の不純物を含んでいるIII族窒化物半導体のn型半導体領域と、n型半導体領域上に間隙を残して設けられており、p型の不純物を含んでいるIII族窒化物半導体のボディ領域と、ボディ領域上に設けられているチャネル領域と、前記間隙内に設けられており、n型半導体領域とチャネル領域を電気的に接続している第1接続領域と、チャネル領域を介して第1接続領域に対向しており、チャネル領域と電源電圧の他方の極性を電気的に接続する第2接続領域と、チャネル領域を介してボディ領域に対向しており、第1接続領域と第2接続領域の間に設けられているゲート電極と、前記間隙内に設けられており、絶縁膜とその絶縁膜で被覆された導電体を有するトレンチ電極と、を備えていることを特徴としている。
ここで、ゲート電極は、直接的にチャネル領域に接していても良く、ゲート絶縁膜を介して間接的にチャネル領域に接していても良い。
In other words, the semiconductor device disclosed in this specification is a vertical semiconductor device that is electrically connected to one polarity of a power supply voltage and includes an n-type impurity. A channel region provided on the body region, a body region of a group III nitride semiconductor provided with a gap on the n-type semiconductor region and containing a p-type impurity, a channel region provided on the body region, A first connection region provided in the gap and electrically connecting the n-type semiconductor region and the channel region, and facing the first connection region via the channel region, the channel region and the power supply voltage A second connection region for electrically connecting the other polarity of the gate electrode, a gate electrode facing the body region via the channel region, and provided between the first connection region and the second connection region, Provided in the gap, Enmaku and is characterized by comprising a trench electrode and a having the coated conductor with an insulating film.
Here, the gate electrode may be in direct contact with the channel region or indirectly in contact with the channel region through a gate insulating film.

本明細書で開示される半導体装置では、ゲート電極とトレンチ電極の導電体が、電気的に接続されていることが好ましい。
ゲート電極とトレンチ電極の導電体が電気的に接続されていると、トレンチ電極の導電体には、ゲート電極と同周期で変動する電圧が印加される。ゲート電極にオフ電圧が印加される時はトレンチ電極の導電体にもオフ電圧が印加され、ゲート電極にオン電圧が印加される時はトレンチ電極の導電体にもオン電圧が印加される。
半導体装置がオフするタイミングでは、トレンチ電極の導電体にオフ電圧が印加される。オフ電圧が印加されたトレンチ電極の導電体は、ボディ領域の電位と略同電位に固定されるので、ボディ領域のコーナー部において等電位線が大きく屈曲するのが抑えられ、この結果、ボディ領域のコーナー部における電界集中が緩和される。
さらに、上記の半導体装置によると、半導体装置がオンするタイミングでは、トレンチ電極の導電体にオン電圧が印加される。トレンチ電極の導電体にオン電圧が印加されると、ボディ領域から第1接続領域内に伸びている空乏層を縮小させることができる。したがって、半導体装置がオンしているときに、第1接続領域の電流経路を広く確保することができ、第1接続領域の電気抵抗を低減することができる。これにより、半導体装置のオン抵抗を低減することができる。
In the semiconductor device disclosed in this specification, the conductors of the gate electrode and the trench electrode are preferably electrically connected.
When the conductors of the gate electrode and the trench electrode are electrically connected, a voltage that varies in the same cycle as the gate electrode is applied to the conductor of the trench electrode. When an off voltage is applied to the gate electrode, the off voltage is also applied to the conductor of the trench electrode, and when an on voltage is applied to the gate electrode, the on voltage is also applied to the conductor of the trench electrode.
At the timing when the semiconductor device is turned off, an off voltage is applied to the conductor of the trench electrode. Since the conductor of the trench electrode to which the off-voltage is applied is fixed at substantially the same potential as the potential of the body region, it is possible to prevent the equipotential lines from being greatly bent at the corners of the body region. The electric field concentration at the corners is reduced.
Furthermore, according to the semiconductor device described above, an on-voltage is applied to the conductor of the trench electrode at the timing when the semiconductor device is turned on. When an ON voltage is applied to the conductor of the trench electrode, the depletion layer extending from the body region into the first connection region can be reduced. Therefore, when the semiconductor device is on, a wide current path can be secured in the first connection region, and the electrical resistance of the first connection region can be reduced. Thereby, the on-resistance of the semiconductor device can be reduced.

本明細書で開示される半導体装置では、ゲート電極とトレンチ電極の導電体が、一体で構成されていることが好ましい。
上記の半導体装置によると、ゲート電極とトレンチ電極を別々に設ける場合に比べて、半導体装置の構造を簡単化することができる。
In the semiconductor device disclosed in this specification, the conductors of the gate electrode and the trench electrode are preferably configured integrally.
According to the above semiconductor device, the structure of the semiconductor device can be simplified as compared with the case where the gate electrode and the trench electrode are provided separately.

本明細書で開示される半導体装置では、トレンチ電極が、前記間隙を越えてn型半導体領域にまで達していることが好ましい。
上記の半導体装置では、トレンチ電極がボディ領域のコーナー部よりも深い位置にまで設けられている。このため、ボディ領域のコーナー部の電界集中を顕著に抑制することができる。
In the semiconductor device disclosed in this specification, the trench electrode preferably reaches the n-type semiconductor region beyond the gap.
In the semiconductor device described above, the trench electrode is provided at a position deeper than the corner portion of the body region. For this reason, the electric field concentration at the corner of the body region can be remarkably suppressed.

本明細書で開示される半導体装置では、トレンチ電極の底面の絶縁膜に対向しているとともに、p型の不純物を含んでいるIII族窒化物半導体のp型半導体領域をさらに備えていることが好ましい。
上記の半導体装置によると、半導体装置がオフしているときに、p型半導体領域から周囲に向けて空乏層を伸ばすことができる。このため、トレンチ電極の底面の絶縁膜における電界集中を緩和することができる。
The semiconductor device disclosed in the present specification further includes a p-type semiconductor region of a group III nitride semiconductor that faces the insulating film on the bottom surface of the trench electrode and contains p-type impurities. preferable.
According to the semiconductor device described above, the depletion layer can be extended from the p-type semiconductor region to the periphery when the semiconductor device is off. For this reason, the electric field concentration in the insulating film on the bottom surface of the trench electrode can be reduced.

本明細書で開示される半導体装置では、p型半導体領域が、トレンチ電極の底面の絶縁膜に接していることが好ましい。
上記の半導体装置によると、トレンチ電極の底面の絶縁膜における電界集中を顕著に緩和することができる。
In the semiconductor device disclosed in this specification, the p-type semiconductor region is preferably in contact with the insulating film on the bottom surface of the trench electrode.
According to the above semiconductor device, electric field concentration in the insulating film on the bottom surface of the trench electrode can be remarkably reduced.

本明細書で開示される半導体装置では、チャネル領域が、III族窒化物半導体のヘテロ接合を有していてもよい。そのヘテロ接合は、第1接続領域と第2接続領域を結ぶ方向に沿って延びていることを特徴としている。
また、本明細書で開示される半導体装置では、第1接続領域も、III族窒化物半導体のヘテロ接合を有していてもよい。そのヘテロ接合は、n型半導体領域とチャネル領域を結ぶ方向に沿って延びていることを特徴としている。
ヘテロ接合は2次元電子ガス層を誘起するので、オン抵抗の低減化に有効である。チャネル領域にヘテロ接合が設けられていると、チャネル抵抗を低減し、オン抵抗の小さい半導体装置を実現できる。第1接続領域にヘテロ接合が設けられていると、第1接続領域における抵抗を低減し、オン抵抗の小さい半導体装置を実現できる。
In the semiconductor device disclosed in this specification, the channel region may have a heterojunction of a group III nitride semiconductor. The heterojunction extends in a direction connecting the first connection region and the second connection region.
In the semiconductor device disclosed in this specification, the first connection region may also include a group III nitride semiconductor heterojunction. The heterojunction is characterized by extending along the direction connecting the n-type semiconductor region and the channel region.
Since the heterojunction induces a two-dimensional electron gas layer, it is effective in reducing the on-resistance. When a heterojunction is provided in the channel region, a channel resistance can be reduced and a semiconductor device with low on-resistance can be realized. When the heterojunction is provided in the first connection region, the resistance in the first connection region can be reduced and a semiconductor device with low on-resistance can be realized.

本明細書で開示される技術によると、半導体装置をオフしたときにボディ領域のコーナー部の電界集中を緩和することができる。そのため、本明細書で開示される技術を利用すると、耐圧の高い半導体装置を実現することができる。   According to the technique disclosed in this specification, the electric field concentration at the corner portion of the body region can be reduced when the semiconductor device is turned off. Therefore, when the technology disclosed in this specification is used, a semiconductor device with high breakdown voltage can be realized.

実施例の主要な特徴を列記する。
(特徴1) n型半導体領域は、n型の不純物が低濃度に含まれている領域とn型の不純物が高濃度に含まれている領域を有しており、n型の不純物が高濃度に含まれている領域が電源電圧の一方の極性に電気的に接続されている。
(特徴2) 半導体装置300では、ボディ領域とチャネル領域の間に、不純物拡散防止膜が形成されている。
(特徴3) 半導体装置300では、ボディ領域とソース電極の間に、ソース電極よりも低抵抗のコンタクト電極が形成されている。
The main features of the examples are listed.
(Feature 1) The n-type semiconductor region has a region where n-type impurities are contained at a low concentration and a region where n-type impurities are contained at a high concentration. Is electrically connected to one polarity of the power supply voltage.
(Feature 2) In the semiconductor device 300, an impurity diffusion preventing film is formed between the body region and the channel region.
(Feature 3) In the semiconductor device 300, a contact electrode having a resistance lower than that of the source electrode is formed between the body region and the source electrode.

(第1実施例)
図1に、縦型のIII族窒化物半導体装置100の縦断面図を模式的に示す。図1の断面図は半導体装置100の単位構造を示しており、この単位構造が紙面左右方向に繰り返し形成されている。なお、図面の明瞭化のため、各部の構成の縮尺を適宜変更している。
半導体装置100は、ドレイン電極2と、ドレイン電極2上に設けられているn型のドレイン領域4と、ドレイン領域4上に設けられているn型のドリフト領域6を備えている。ドレイン領域4とドリフト領域6は、窒化ガリウム(GaN)を主材料とする半導体で形成されている。ドレイン電極2は、ドレイン領域4に電気的に接続している。また、ドレイン電極2には、高電圧(電源電圧の一方の極性)側端子Dが接続している。本実施例の半導体装置100では、ドレイン領域4の不純物濃度がおよそ3×1018cm−3に調整されており、ドリフト領域6の不純物濃度がおよそ1×1016cm−3に調整されている。なお、本実施例では、ドレイン領域4とドリフト領域6をまとめて、n型半導体領域5と称することがある。
半導体装置100はさらに、ドリフト領域6の表面に間隙Lを残して設けられているp型のボディ領域8を備えている。ボディ領域8は、窒化ガリウムを主材料とする半導体で形成されている。間隙Lによって、ボディ領域8は複数個に分断されている。換言すると、複数個のボディ領域8がドリフト領域6の表面に形成されており、隣接するボディ領域8の間は、後述するアパーチャ領域26(第1接続領域の一例)によって隔てられている。半導体装置100を平面視したときに、各々のボディ領域8は紙面奥行き方向に伸びてストライプ状に形成されている。本実施例の半導体装置100では、ボディ領域8の不純物濃度がおよそ1×1019cm−3に調整されている。
(First embodiment)
FIG. 1 schematically shows a vertical sectional view of a vertical group III nitride semiconductor device 100. The cross-sectional view of FIG. 1 shows a unit structure of the semiconductor device 100, and this unit structure is repeatedly formed in the left-right direction on the paper. In addition, the scale of the structure of each part is changed suitably for clarification of drawing.
The semiconductor device 100 includes a drain electrode 2, an n + -type drain region 4 provided on the drain electrode 2, and an n-type drift region 6 provided on the drain region 4. The drain region 4 and the drift region 6 are formed of a semiconductor whose main material is gallium nitride (GaN). The drain electrode 2 is electrically connected to the drain region 4. The drain electrode 2 is connected to a high voltage (one polarity of power supply voltage) side terminal D. In the semiconductor device 100 of this embodiment, the impurity concentration of the drain region 4 is adjusted to about 3 × 10 18 cm −3 , and the impurity concentration of the drift region 6 is adjusted to about 1 × 10 16 cm −3 . . In this embodiment, the drain region 4 and the drift region 6 may be collectively referred to as an n-type semiconductor region 5.
The semiconductor device 100 further includes a p + type body region 8 provided with a gap L left on the surface of the drift region 6. The body region 8 is formed of a semiconductor whose main material is gallium nitride. The body region 8 is divided into a plurality by the gap L. In other words, a plurality of body regions 8 are formed on the surface of the drift region 6, and the adjacent body regions 8 are separated by an aperture region 26 (an example of a first connection region) described later. When the semiconductor device 100 is viewed in plan, each body region 8 extends in the depth direction of the drawing and is formed in a stripe shape. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the impurity concentration of the body region 8 is adjusted to approximately 1 × 10 19 cm −3 .

半導体装置100はさらに、間隙L内に設けられているn型のアパーチャ領域26(第1接続領域の一例)を備えている。アパーチャ領域26は、窒化ガリウムを主材料とする半導体で形成されている。アパーチャ領域26によって、後述するチャネル領域14とn型半導体領域5が電気的に接続されている。本実施例の半導体装置100では、アパーチャ領域の不純物濃度がおよそ1×1016cm−3に調整されている。 The semiconductor device 100 further includes an n-type aperture region 26 (an example of a first connection region) provided in the gap L. The aperture region 26 is formed of a semiconductor whose main material is gallium nitride. A channel region 14 and an n-type semiconductor region 5 described later are electrically connected by the aperture region 26. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the impurity concentration of the aperture region is adjusted to approximately 1 × 10 16 cm −3 .

半導体装置100はさらに、ボディ領域8上に設けられているn型のチャネル領域14と、n型のソース領域12(第2接続領域の一例)を備えている。本実施例では、ソース領域12がボディ領域8上に設けられている。チャネル領域14とソース領域12は、窒化ガリウムを主材料とする半導体で形成されている。ソース領域12は、チャネル領域14を介してアパーチャ領域26に対向する位置に形成されており、チャネル領域14の端部に接している。本実施例の半導体装置100では、チャネル領域14の不純物濃度がおよそ1×1016cm−3に調整されており、ソース領域12の不純物濃度がおよそ1×1020cm−3に調整されている。
ソース電極10は、ソース領域12に接続している。また、ソース電極10には、低電圧(電源電圧の他方の極性)側端子Sが接続している。ソース電極10は、ボディ領域8にも電気的に接続している。
上記したように、チャネル領域14とアパーチャ領域26とドリフト領域6は、窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体であり、それらの不純物が同一量に調整されている。すなわち、チャネル領域14とアパーチャ領域26とドリフト領域6は、連続した1つの領域と見なすこともできる。
The semiconductor device 100 further includes an n-type channel region 14 provided on the body region 8 and an n + -type source region 12 (an example of a second connection region). In the present embodiment, the source region 12 is provided on the body region 8. The channel region 14 and the source region 12 are formed of a semiconductor whose main material is gallium nitride. The source region 12 is formed at a position facing the aperture region 26 via the channel region 14 and is in contact with the end of the channel region 14. In the semiconductor device 100 of this embodiment, the impurity concentration of the channel region 14 is adjusted to approximately 1 × 10 16 cm −3 , and the impurity concentration of the source region 12 is adjusted to approximately 1 × 10 20 cm −3 . .
The source electrode 10 is connected to the source region 12. Further, a low voltage (the other polarity of the power supply voltage) side terminal S is connected to the source electrode 10. The source electrode 10 is also electrically connected to the body region 8.
As described above, the channel region 14, the aperture region 26, and the drift region 6 are n -type semiconductors mainly composed of gallium nitride, and their impurities are adjusted to the same amount. That is, the channel region 14, the aperture region 26, and the drift region 6 can be regarded as one continuous region.

半導体装置100はさらに、ニッケル(Ni)を主材料とするゲート電極18を備えている。ゲート電極18は、チャネル領域14を介してボディ領域8に対向している。より正確には、ゲート電極18は、ソース領域12の一部とチャネル領域14を介してボディ領域8に対向している。また、ゲート電極18は、チャネル領域14に直接接していない。ゲート電極18は、ゲート絶縁膜16を介してチャネル領域14に対向している。なお、本実施例の半導体装置100では、ゲート電極18がソース領域12の一部とチャネル領域14を介してボディ領域8に対向している。しかしながら、ゲート電極18は、アパーチャ領域26とソース領域12の間でボディ電極8に対向していればよい。また、ゲート電極18とソース電極10は、電気的に絶縁されている。
半導体装置100はさらに、多結晶シリコンを主材料とするトレンチ電極22(トレンチ電極の導電体の一例)を備えている。トレンチ電極22は間隙L内に設けられている。トレンチ電極22は絶縁膜24(トレンチ電極の絶縁膜の一例)を介してアパーチャ領域26に対向している。トレンチ電極22とゲート電極18は一体に構成されており、電気的に接続されている。また、絶縁膜24とゲート絶縁膜16は一体に構成されている。トレンチ電極22には、ゲート電極18と同じ周期で変動する電圧が印加される。すなわち、トレンチ電極22をゲート電極18の一部と見なすこともでき、絶縁膜24をゲート絶縁膜16の一部と見なすこともできる。本実施例の半導体装置100では、トレンチ電極22が間隙L内に設けられている。しかしながら、図2に示す半導体装置200のように、トレンチ電極22が間隙Lを越えてドリフト領域6にまで達していてもよい。
The semiconductor device 100 further includes a gate electrode 18 whose main material is nickel (Ni). The gate electrode 18 faces the body region 8 with the channel region 14 in between. More precisely, the gate electrode 18 faces the body region 8 through a part of the source region 12 and the channel region 14. Further, the gate electrode 18 is not in direct contact with the channel region 14. The gate electrode 18 faces the channel region 14 through the gate insulating film 16. In the semiconductor device 100 of this embodiment, the gate electrode 18 faces the body region 8 with a part of the source region 12 and the channel region 14 interposed therebetween. However, the gate electrode 18 only needs to face the body electrode 8 between the aperture region 26 and the source region 12. Further, the gate electrode 18 and the source electrode 10 are electrically insulated.
The semiconductor device 100 further includes a trench electrode 22 (an example of a conductor of the trench electrode) mainly made of polycrystalline silicon. The trench electrode 22 is provided in the gap L. The trench electrode 22 is opposed to the aperture region 26 through an insulating film 24 (an example of an insulating film of the trench electrode). The trench electrode 22 and the gate electrode 18 are integrally formed and are electrically connected. The insulating film 24 and the gate insulating film 16 are integrally formed. A voltage that varies in the same cycle as the gate electrode 18 is applied to the trench electrode 22. That is, the trench electrode 22 can be regarded as a part of the gate electrode 18, and the insulating film 24 can be regarded as a part of the gate insulating film 16. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the trench electrode 22 is provided in the gap L. However, the trench electrode 22 may reach the drift region 6 beyond the gap L as in the semiconductor device 200 shown in FIG.

半導体装置100の動作を説明する。
p型のボディ領域8の表面に、n型のチャネル領域14が形成されている。ゲート電極18に電圧を印加していない状態では、ボディ領域8から伸びる空乏層がチャネル領域14を超えてゲート絶縁膜16にまで達し、チャネル領域14が空乏化されている。チャネル領域14が空乏化されているので、電子はチャネル領域14内を走行することができない。すなわち、半導体装置100はオフしている。ゲート電極18に電圧を印加していない状態では、ソース電極10とドレイン電極2の間に電位差が生じ、半導体装置100内に電界が生じる。
The operation of the semiconductor device 100 will be described.
An n-type channel region 14 is formed on the surface of the p-type body region 8. When no voltage is applied to the gate electrode 18, the depletion layer extending from the body region 8 reaches the gate insulating film 16 beyond the channel region 14, and the channel region 14 is depleted. Since the channel region 14 is depleted, electrons cannot travel in the channel region 14. That is, the semiconductor device 100 is off. When no voltage is applied to the gate electrode 18, a potential difference is generated between the source electrode 10 and the drain electrode 2, and an electric field is generated in the semiconductor device 100.

図3に、半導体装置100がオフしているときのボディ領域8近傍の等電位線分布のシミュレーション結果を示す。
上記したように、半導体装置100では、間隙L内にトレンチ電極22が設けられている。そのため、半導体装置100をオフしても、図3に示すように、ボディ領域8のコーナー部8aにおいて、等電位線が大きく曲がっていない。半導体装置100がオフしているときに、コーナー部8aに電界が集中することが抑制されている。この現象は、従来の半導体装置500がオフしたときに、半導体装置500内に生じる電界の等電位分布(図21を参照)と比較すると顕著である。
半導体装置100では、半導体装置100をオフしたときに、電界が集中しやすい部位(ボディ領域8のコーナー部8a)に電界が集中することを抑制することができる。半導体装置100では、間隙L内にトレンチ電極22を設けることによって、耐圧の高い半導体装置を実現している。
FIG. 3 shows a simulation result of equipotential line distribution in the vicinity of the body region 8 when the semiconductor device 100 is off.
As described above, in the semiconductor device 100, the trench electrode 22 is provided in the gap L. Therefore, even if the semiconductor device 100 is turned off, the equipotential lines are not greatly bent at the corner portion 8a of the body region 8 as shown in FIG. When the semiconductor device 100 is off, the electric field is prevented from concentrating on the corner portion 8a. This phenomenon is remarkable when compared with the equipotential distribution (see FIG. 21) of the electric field generated in the semiconductor device 500 when the conventional semiconductor device 500 is turned off.
In the semiconductor device 100, when the semiconductor device 100 is turned off, it is possible to prevent the electric field from concentrating on a portion where the electric field tends to concentrate (the corner portion 8a of the body region 8). In the semiconductor device 100, by providing the trench electrode 22 in the gap L, a semiconductor device having a high breakdown voltage is realized.

ゲート電極18に正の電圧が印加されている状態では、チャネル領域14に形成されていた空乏層が縮小し、チャネル領域14内を電子が移動できるようになる。すなわち、半導体装置100がオンする。
ソース領域12からチャネル領域14内を横方向に走行してきた電子は、アパーチャ領域26を流れ、ドリフト領域6、ドレイン領域4を通過してドレイン電極2に流れる。ソース電極10とドレイン電極2の間が導通する。半導体装置100は、ノーマリーオフの動作をする縦型の半導体装置である。
In a state where a positive voltage is applied to the gate electrode 18, the depletion layer formed in the channel region 14 is reduced, and electrons can move in the channel region 14. That is, the semiconductor device 100 is turned on.
Electrons that have traveled laterally in the channel region 14 from the source region 12 flow through the aperture region 26, pass through the drift region 6 and the drain region 4, and flow to the drain electrode 2. The source electrode 10 and the drain electrode 2 are electrically connected. The semiconductor device 100 is a vertical semiconductor device that operates normally off.

上記したように、ゲート電極18に電圧を印加していない状態では、ボディ領域8から伸びる空乏層がチャネル領域14に形成されている。空乏層は、ボディ領域8からチャネル領域14に向けて伸びるだけではない。空乏層は、ボディ領域8からアパーチャ領域26とドリフト領域6に向けても伸びて形成される。本実施例の半導体装置100では、トレンチ電極22が間隙L内に設けられている。上記したように、トレンチ電極22とゲート電極18は電気的に接続されている。ゲート電極18に正の電圧が印加されていると、トレンチ電極22にも正の電圧が印加され、アパーチャ領域26に形成されていた空乏層が縮小する。そのため、半導体装置100をオンしたときに、アパーチャ領域26内において空乏層が形成されていない領域を広くすることができる。すなわち、アパーチャ領域26内において電子が通過できる領域を広くすることができる。その結果、アパーチャ領域26内の電子の移動抵抗を小さくすることができる。半導体装置100では、ゲート電極18とトレンチ電極22が電気的に接続していることによって、よりオン抵抗の小さい半導体装置を実現している。   As described above, a depletion layer extending from the body region 8 is formed in the channel region 14 when no voltage is applied to the gate electrode 18. The depletion layer does not only extend from the body region 8 toward the channel region 14. The depletion layer is formed to extend from the body region 8 toward the aperture region 26 and the drift region 6. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the trench electrode 22 is provided in the gap L. As described above, the trench electrode 22 and the gate electrode 18 are electrically connected. When a positive voltage is applied to the gate electrode 18, a positive voltage is also applied to the trench electrode 22, and the depletion layer formed in the aperture region 26 is reduced. Therefore, when the semiconductor device 100 is turned on, a region where the depletion layer is not formed in the aperture region 26 can be widened. That is, a region where electrons can pass in the aperture region 26 can be widened. As a result, the movement resistance of electrons in the aperture region 26 can be reduced. In the semiconductor device 100, the gate electrode 18 and the trench electrode 22 are electrically connected to realize a semiconductor device having a smaller on-resistance.

(半導体装置100の製造方法)
半導体装置100の製造方法について図4から図10を参照して説明する。
まず図4に示すように、窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体基板4を用意する。半導体基板4の厚みはおよそ200μmである。次に、図5に示すように、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を利用して、半導体基板4の表面に、窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体領域6をエピタキシャル成長させる。半導体領域6の厚みは、およそ10μmである。この段階で、n型半導体領域5が完成する。
次に図6に示すように、MOCVD法を利用して窒化ガリウムを主材料とするp型の半導体層8をエピタキシャル成長させる。ここでは半導体層8の不純物として、マグネシウム(Mg)が使用されている。半導体層8の厚みは、およそ0.5μmである。次に、半導体層8の表面に開口28aを有するマスク層28を形成する。その後、マスク層28の開口28aから半導体層8をドリフト領域6が露出するまでエッチングし、トレンチ21を形成する。この段階で、複数のボディ領域8が形成され、隣接するボディ領域8の間に間隙Lが形成される。なお、マスク層28として、酸化シリコン(SiO)等を利用することができる。また、半導体層8のエッチングは、ICP(Inductive Coupled Plasma)等のドライエッチングを利用することができる。
なお、図6ではドリフト領域6の表面が露出するまで半導体層8をエッチングしているが、半導体層8を貫通してドリフト領域6の内部までエッチングしてもよい。後述するトレンチ電極22を形成する工程において、トレンチ電極22をドリフト領域6にまで形成することができる。半導体装置200を製造することができる。また、半導体層8を貫通して所望する深さよりも深くまでドリフト領域6をエッチングし、その後、所望する深さまで窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体を選択成長させてもよい。隣接するボディ領域8を確実に分離することができる。また、トレンチ電極22の長さを精度よく形成することができる。
(Method for Manufacturing Semiconductor Device 100)
A method for manufacturing the semiconductor device 100 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4, an n + -type semiconductor substrate 4 containing gallium nitride as a main material is prepared. The thickness of the semiconductor substrate 4 is approximately 200 μm. Next, as shown in FIG. 5, an n-type semiconductor region 6 containing gallium nitride as a main material is epitaxially grown on the surface of the semiconductor substrate 4 using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). The thickness of the semiconductor region 6 is approximately 10 μm. At this stage, the n-type semiconductor region 5 is completed.
Next, as shown in FIG. 6, a p + type semiconductor layer 8 containing gallium nitride as a main material is epitaxially grown using MOCVD. Here, magnesium (Mg) is used as an impurity of the semiconductor layer 8. The thickness of the semiconductor layer 8 is approximately 0.5 μm. Next, a mask layer 28 having an opening 28 a is formed on the surface of the semiconductor layer 8. Thereafter, the semiconductor layer 8 is etched from the opening 28 a of the mask layer 28 until the drift region 6 is exposed, thereby forming the trench 21. At this stage, a plurality of body regions 8 are formed, and gaps L are formed between adjacent body regions 8. Note that silicon oxide (SiO 2 ) or the like can be used as the mask layer 28. The semiconductor layer 8 can be etched using dry etching such as ICP (Inductive Coupled Plasma).
In FIG. 6, the semiconductor layer 8 is etched until the surface of the drift region 6 is exposed. However, the semiconductor layer 8 may be etched through the semiconductor layer 8. In the step of forming the trench electrode 22 described later, the trench electrode 22 can be formed up to the drift region 6. The semiconductor device 200 can be manufactured. Alternatively, the drift region 6 may be etched deeper than a desired depth through the semiconductor layer 8, and then an n-type semiconductor mainly composed of gallium nitride may be selectively grown to a desired depth. Adjacent body regions 8 can be reliably separated. Further, the length of the trench electrode 22 can be formed with high accuracy.

次に図7に示すように、マスク層28を除去した後に、MOCVD法を利用して、窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体領域26、14を成長させる。半導体領域26、14の厚みは、およそ125nmである。ここでは、隣接するボディ領域8の間隙L内に形成されている半導体を半導体領域(アパーチャ領域)26と称し、ボディ領域8上に形成されている半導体を半導体領域14と称している。
次に図8に示すように、半導体領域26、14の表面に酸化シリコンのマスク層30を形成する。次に、半導体領域14上に形成されているマスク層30の一部を除去し、開口30aを形成する。その後、露出した半導体領域14の表面からシリコンをイオン注入する。n型の半導体領域12aが形成される。ここでは、シリコンをドーズ量1×1015cm−2、加速電圧65eVで注入する。図中の矢印は、シリコンがイオン注入される範囲を示している。その後、マスク層30をエッチングして除去し、半導体領域14、12aの表面に再度マスク層(図示省略)を形成し、不活性ガス(例えば、窒素ガス)雰囲気中で1100℃で20分間アニールする。不活性ガス雰囲気中でアニールすることによって、半導体領域12aの不純物(シリコン)を活性化させる。この段階で、チャネル領域14(図1を参照)が完成する。
なお、半導体領域14にシリコンをイオン注入するのに先立って、半導体層14に窒素をドーズ量1×1015cm−2、加速電圧35eVで注入してもよい。マスク層30の一部をエッチング除去するときに半導体領域14の結晶構造中から抜けた窒素を、半導体領域14に補償することができる。
Next, as shown in FIG. 7, after removing the mask layer 28, the n-type semiconductor regions 26 and 14 containing gallium nitride as a main material are grown using the MOCVD method. The thickness of the semiconductor regions 26 and 14 is approximately 125 nm. Here, a semiconductor formed in the gap L between adjacent body regions 8 is referred to as a semiconductor region (aperture region) 26, and a semiconductor formed on the body region 8 is referred to as a semiconductor region 14.
Next, as shown in FIG. 8, a silicon oxide mask layer 30 is formed on the surfaces of the semiconductor regions 26 and 14. Next, a part of the mask layer 30 formed on the semiconductor region 14 is removed, and an opening 30a is formed. Thereafter, silicon is ion-implanted from the exposed surface of the semiconductor region 14. An n + type semiconductor region 12a is formed. Here, silicon is implanted at a dose of 1 × 10 15 cm −2 and an acceleration voltage of 65 eV. The arrows in the figure indicate the range in which silicon is ion-implanted. Thereafter, the mask layer 30 is removed by etching, a mask layer (not shown) is formed again on the surfaces of the semiconductor regions 14 and 12a, and annealed at 1100 ° C. for 20 minutes in an inert gas (for example, nitrogen gas) atmosphere. . By annealing in an inert gas atmosphere, impurities (silicon) in the semiconductor region 12a are activated. At this stage, the channel region 14 (see FIG. 1) is completed.
In advance of the silicon semiconductor region 14 to the ion implantation, a dose of nitrogen in the semiconductor layer 14 1 × 10 15 cm -2, it may be implanted at an acceleration voltage 35 eV. Nitrogen released from the crystal structure of the semiconductor region 14 when part of the mask layer 30 is removed by etching can be compensated for in the semiconductor region 14.

次に、図9に示すように、開口32aを有するマスク層32を形成する。その後、露出した半導体領域12a(図8を参照)をICP法を利用して除去する。この段階でソース領域12(図1を参照)が完成する。
次に、図10に示すように、マスク層32(図9を参照)を除去した後、CVD法を利用して酸化シリコンの絶縁膜16、24を形成する。絶縁膜16、24の厚さは100nmである。また、絶縁膜16、24はHTO(High Temperature Oxide)膜である。次いで、絶縁膜24内に多結晶シリコンを充填し、その多結晶シリコンと絶縁膜16の表面にニッケルを形成する。図示は省略しているが、トレンチ電極22とゲート電極18が完成する。なお、絶縁膜16の表面にも多結晶シリコンが形成され、その多結晶シリコンの表面にニッケルを形成してもよい。その後、絶縁膜16の一部をエッチングして除去し、ソース領域12の一部とボディ領域8の一部を露出させる。ゲート絶縁膜16が完成する。その後、ソース領域12とボディ領域8の双方に接続するソース電極10を蒸着し、ドレイン領域4の裏面にドレイン電極2を蒸着する。ソース電極10は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)が積層されている。ドレイン電極22も、チタンとアルミニウムが積層されている。その後、不活性ガス雰囲気中で500℃で2分間アニールする。アニールすることによって、ソース電極10と、ソース領域12とボディ領域8の接触抵抗を低減することができる。ドレイン電極2と、ドレイン領域4の接触抵抗を低減することができる。これによって、図1に示す半導体装置100が完成する。
Next, as shown in FIG. 9, a mask layer 32 having openings 32a is formed. Thereafter, the exposed semiconductor region 12a (see FIG. 8) is removed using an ICP method. At this stage, the source region 12 (see FIG. 1) is completed.
Next, as shown in FIG. 10, after the mask layer 32 (see FIG. 9) is removed, insulating films 16 and 24 of silicon oxide are formed using a CVD method. The thickness of the insulating films 16 and 24 is 100 nm. The insulating films 16 and 24 are HTO (High Temperature Oxide) films. Next, the insulating film 24 is filled with polycrystalline silicon, and nickel is formed on the surface of the polycrystalline silicon and the insulating film 16. Although not shown, the trench electrode 22 and the gate electrode 18 are completed. Polycrystalline silicon may also be formed on the surface of the insulating film 16, and nickel may be formed on the surface of the polycrystalline silicon. Thereafter, a part of the insulating film 16 is removed by etching, and a part of the source region 12 and a part of the body region 8 are exposed. The gate insulating film 16 is completed. Thereafter, the source electrode 10 connected to both the source region 12 and the body region 8 is vapor-deposited, and the drain electrode 2 is vapor-deposited on the back surface of the drain region 4. The source electrode 10 is laminated with titanium (Ti) and aluminum (Al). The drain electrode 22 is also laminated with titanium and aluminum. Thereafter, annealing is performed at 500 ° C. for 2 minutes in an inert gas atmosphere. By annealing, the contact resistance of the source electrode 10, the source region 12, and the body region 8 can be reduced. The contact resistance between the drain electrode 2 and the drain region 4 can be reduced. Thereby, the semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is completed.

上記製造方法では、半導体領域14、26を形成する工程(図7を参照)において、選択成長法を利用していない。そのため、半導体装置100の製造工程を簡単化することができる。
なお、半導体装置100について、他の製造方法を提供することもできる。図6に示す工程の後、図7の工程に代えて、図11に示しているように、露出しているドリフト領域6からn型の窒化ガリウムを主材料とする半導体領域34を結晶成長させる。ここでは、半導体層34がボディ領域8の表面を覆うまで結晶成長を続ける。ボディ領域8上の半導体領域34の厚さは、図1に示しているチャネル領域14の厚さと同じ(125nm)に調整されている。
次に、図12に示すように、半導体領域34(図11を参照)の表面に、開口36aを有するマスク層36を形成する。露出した半導体領域34を表面からエッチングして、トレンチ38を形成する。ここでは、間隙L内に残存した半導体領域34を半導体領域26とし、ボディ領域8上の半導体領域34を半導体領域14としている。その後の工程は、図8以降の工程と同様のため説明を省略する。
In the above manufacturing method, the selective growth method is not used in the process of forming the semiconductor regions 14 and 26 (see FIG. 7). Therefore, the manufacturing process of the semiconductor device 100 can be simplified.
Note that another manufacturing method may be provided for the semiconductor device 100. After the step shown in FIG. 6, instead of the step of FIG. 7, as shown in FIG. 11, a semiconductor region 34 mainly composed of n-type gallium nitride is grown from the exposed drift region 6. . Here, crystal growth is continued until the semiconductor layer 34 covers the surface of the body region 8. The thickness of the semiconductor region 34 on the body region 8 is adjusted to be the same (125 nm) as the thickness of the channel region 14 shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 12, a mask layer 36 having an opening 36a is formed on the surface of the semiconductor region 34 (see FIG. 11). The exposed semiconductor region 34 is etched from the surface to form a trench 38. Here, the semiconductor region 34 remaining in the gap L is the semiconductor region 26, and the semiconductor region 34 on the body region 8 is the semiconductor region 14. Subsequent steps are the same as those shown in FIG.

半導体装置100について、さらに他の製造方法を提供することもできる。図4に示す工程の後、図13に示すように、n型の半導体基板4の表面に、窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体領域40をエピタキシャル成長させる。半導体領域40の厚みは、およそ10.5μmである。
次に、図14に示すように、半導体領域40の表面に、開口42aを有するマスク層42を形成する。その後、露出している半導体領域40の表面から、半導体層40をエッチングし、トレンチ44を形成する。
次に、図15に示しているように、トレンチ44内に、窒化ガリウムを主材料とするp型のボディ領域8を形成する。その後、半導体領域40の突出部40aの表面とボディ領域8の表面に、窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体層44を形成する。突出部40aと半導体層44の構成は、図11における半導体層34と等しい。また、半導体領域40の突出部40を除いた構成は、図11におけるドリフト領域6と等しい。その後の工程は、図12以降の工程と同様のため説明を省略する。
Still another manufacturing method can be provided for the semiconductor device 100. After the step shown in FIG. 4, as shown in FIG. 13, an n-type semiconductor region 40 containing gallium nitride as a main material is epitaxially grown on the surface of the n + -type semiconductor substrate 4. The thickness of the semiconductor region 40 is approximately 10.5 μm.
Next, as shown in FIG. 14, a mask layer 42 having an opening 42 a is formed on the surface of the semiconductor region 40. Thereafter, the semiconductor layer 40 is etched from the exposed surface of the semiconductor region 40 to form a trench 44.
Next, as shown in FIG. 15, a p-type body region 8 containing gallium nitride as a main material is formed in the trench 44. Thereafter, an n-type semiconductor layer 44 mainly composed of gallium nitride is formed on the surface of the protruding portion 40 a of the semiconductor region 40 and the surface of the body region 8. The structure of the protrusion 40a and the semiconductor layer 44 is the same as that of the semiconductor layer 34 in FIG. Moreover, the structure except the protrusion part 40 of the semiconductor region 40 is equal to the drift region 6 in FIG. Subsequent steps are the same as the steps after FIG.

(第2実施例)
図16に、III族窒化物半導体装置300の縦断面図を模式的に示す。半導体装置300は半導体装置100の変形例である。半導体装置100と実質的に同一の構成については、同じ参照番号又は下二桁に同じ参照番号を付すことによって説明を省略することがある。
半導体装置300では、ボディ領域8上に、不純物拡散防止膜46を介して、チャネル領域314とソース領域312が形成されている。不純物拡散防止膜46の主材料は窒化アルミニウム(AlN)であり、その厚みは10nmに調整されている。不純物拡散防止膜46によって、ボディ領域8に含まれている不純物(マグネシウム)が、チャネル領域314やソース領域312に拡散することが抑制されている。
(Second embodiment)
FIG. 16 schematically shows a longitudinal sectional view of the group III nitride semiconductor device 300. The semiconductor device 300 is a modification of the semiconductor device 100. The description of the substantially same configuration as that of the semiconductor device 100 may be omitted by giving the same reference number or the same reference number to the last two digits.
In the semiconductor device 300, a channel region 314 and a source region 312 are formed on the body region 8 via the impurity diffusion prevention film 46. The main material of the impurity diffusion preventing film 46 is aluminum nitride (AlN), and its thickness is adjusted to 10 nm. The impurity diffusion preventing film 46 suppresses diffusion of impurities (magnesium) contained in the body region 8 into the channel region 314 and the source region 312.

チャネル領域314は、窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体領域45と、窒化ガリウム・アルミニウム(Al0.3Ga0.7N)を主材料とするn型の半導体領域47を備えている。半導体領域47のバンドギャップは、半導体領域45のバンドギャップよりも大きい。すなわち、半導体領域45と半導体領域47によってヘテロ接合が構成されている。半導体領域45と半導体領域47の双方の不純物濃度がおよそ1×1016cm−3に調整されている。半導体領域45の厚さは100nmであり、半導体領域47の厚さは25nmである。 The channel region 314 includes an n-type semiconductor region 45 of the gallium nitride as the main material, the n-type semiconductor region 47 of gallium aluminum nitride (Al 0.3 Ga 0.7 N) as the main material . The band gap of the semiconductor region 47 is larger than the band gap of the semiconductor region 45. That is, the semiconductor region 45 and the semiconductor region 47 form a heterojunction. The impurity concentration of both the semiconductor region 45 and the semiconductor region 47 is adjusted to approximately 1 × 10 16 cm −3 . The thickness of the semiconductor region 45 is 100 nm, and the thickness of the semiconductor region 47 is 25 nm.

半導体装置300では、アパーチャ領域326は、窒化ガリウムを主材料とするn型の半導体領域49と、窒化ガリウム・アルミニウムを主材料とするn型の半導体領域48を備えている。半導体領域48のバンドギャップは、半導体領域49のバンドギャップよりも大きい。半導体領域49と半導体領域48によってヘテロ接合が構成されている。半導体領域49と半導体領域48の双方の不純物濃度がおよそ1×1016cm−3に調整されている。半導体領域49の厚さは100nmであり、半導体領域48の厚さは25nmである。半導体領域45と半導体領域49と半導体領域(ドリフト領域)6は、連続した1つの領域と見なすこともできる。また、半導体領域47と半導体領域48は、連続した1つの領域と見なすこともできる In the semiconductor device 300, the aperture region 326 includes an n-type semiconductor region 49 whose main material is gallium nitride and an n-type semiconductor region 48 whose main material is gallium nitride / aluminum. The band gap of the semiconductor region 48 is larger than the band gap of the semiconductor region 49. The semiconductor region 49 and the semiconductor region 48 form a heterojunction. The impurity concentration of both the semiconductor region 49 and the semiconductor region 48 is adjusted to approximately 1 × 10 16 cm −3 . The thickness of the semiconductor region 49 is 100 nm, and the thickness of the semiconductor region 48 is 25 nm. The semiconductor region 45, the semiconductor region 49, and the semiconductor region (drift region) 6 can also be regarded as one continuous region. In addition, the semiconductor region 47 and the semiconductor region 48 can be regarded as one continuous region.

半導体装置300では、ボディ領域8とソース電極310の間に、ニッケルを主材料とするコンタクト電極41が形成されている。コンタクト電極41の抵抗は、ソース電極(チタンとアルミニウムの積層体)310の抵抗よりも小さい。コンタクト電極41によって、ソース電極310とボディ領域8の間の接触抵抗を小さくすることができる。ボディ領域8の電位をより安定化させることができる。ボディ領域8からチャネル領域314とアパーチャ領域326に向けて伸びる空乏層の厚みをより安定化させることができる。   In the semiconductor device 300, a contact electrode 41 mainly made of nickel is formed between the body region 8 and the source electrode 310. The resistance of the contact electrode 41 is smaller than the resistance of the source electrode (laminated body of titanium and aluminum) 310. The contact electrode 41 can reduce the contact resistance between the source electrode 310 and the body region 8. The potential of the body region 8 can be further stabilized. The thickness of the depletion layer extending from the body region 8 toward the channel region 314 and the aperture region 326 can be further stabilized.

半導体装置300の動作について説明する。
ゲート電極18に電圧を印加していない状態では、ボディ領域8からチャネル領域314とアパーチャ領域326に向けて空乏層が形成される。その空乏層は、半導体領域45と半導体領域47のヘテロ接合面と、半導体領域49と半導体領域48のヘテロ接合面にまで伸びている。ヘテロ接合面の伝導帯のエネルギー準位は、フェルミ準位よりも上側に存在することになり、2次元電子ガス層がヘテロ接合面に存在することができない。そのため、ゲート電極18に電圧が印加されていない状態では電子の走行が停止され、半導体装置300はオフしている。
ゲート電極18に正の電圧が印加されている状態では、ボディ領域8からチャネル領域314に向けて伸びていた空乏層が縮小する。ゲート電極18とトレンチ電極22が電気的に接続しているため、ゲート電極18に正の電圧が印加されている状態では、ボディ領域8からアパーチャ領域326に向けて伸びていた空乏層も縮小する。半導体領域45と半導体領域47のヘテロ接合面と、半導体領域49と半導体領域48のヘテロ接合面に2次元電子ガス層が形成される。2次元電子ガス層の伝導帯のエネルギー準位がフェルミ準位よりも下側に存在することになり、ヘテロ接合面のポテンシャル井戸内に2次元電子ガス層が存在する状態が作りだされる。この結果、2次元電子ガス層内を電子が走行し、半導体装置300はオンしている。
An operation of the semiconductor device 300 will be described.
In a state where no voltage is applied to the gate electrode 18, a depletion layer is formed from the body region 8 toward the channel region 314 and the aperture region 326. The depletion layer extends to the heterojunction surface of the semiconductor region 45 and the semiconductor region 47 and the heterojunction surface of the semiconductor region 49 and the semiconductor region 48. The energy level of the conduction band of the heterojunction surface exists above the Fermi level, and the two-dimensional electron gas layer cannot exist on the heterojunction surface. For this reason, in a state where no voltage is applied to the gate electrode 18, the traveling of electrons is stopped, and the semiconductor device 300 is turned off.
In a state where a positive voltage is applied to the gate electrode 18, the depletion layer extending from the body region 8 toward the channel region 314 is reduced. Since the gate electrode 18 and the trench electrode 22 are electrically connected, the depletion layer extending from the body region 8 toward the aperture region 326 is reduced when a positive voltage is applied to the gate electrode 18. . A two-dimensional electron gas layer is formed on the heterojunction surface of the semiconductor region 45 and the semiconductor region 47 and on the heterojunction surface of the semiconductor region 49 and the semiconductor region 48. The energy level of the conduction band of the two-dimensional electron gas layer exists below the Fermi level, and a state is created in which the two-dimensional electron gas layer exists in the potential well of the heterojunction surface. As a result, electrons run in the two-dimensional electron gas layer, and the semiconductor device 300 is turned on.

上記したように、半導体装置300では、ヘテロ接合面に形成された2次元電子ガス層内を電子が移動する。2次元電子ガス層内における電子の移動度は、およそ1000〜1500cm/Vsである。また、半導体装置100のチャネル領域14内における電子の移動度は、およそ200〜500cm/Vsである。すなわち、半導体装置300は上記特徴を有しているため、半導体装置100よりもチャネル抵抗が小さい(およそ1/3〜1/5程度)半導体装置を実現することができる。 As described above, in the semiconductor device 300, electrons move in the two-dimensional electron gas layer formed on the heterojunction surface. The mobility of electrons in the two-dimensional electron gas layer is approximately 1000 to 1500 cm 2 / Vs. The mobility of electrons in the channel region 14 of the semiconductor device 100 is approximately 200 to 500 cm 2 / Vs. That is, since the semiconductor device 300 has the above characteristics, a semiconductor device having a channel resistance smaller than that of the semiconductor device 100 (about 1/3 to 1/5) can be realized.

半導体装置300の製造方法について説明する。なお、ここでは、半導体装置100と異なる構成についてのみ説明する。
図5に示す工程の後に、MOCVD法を利用して窒化ガリウムを主材料とするp型の半導体層8をエピタキシャル成長させる。その後、MOCVD法を利用して半導体層8の表面に窒化アルミニウムを主体とする層を成長させることによって、不純物拡散防止膜46を形成することができる。
図6に示す工程の後に、マスク層28を除去し、MOCVD法を利用してドリフト領域6の露出した表面とボディ領域8の側壁とボディ領域8の表面に窒化ガリウムを成長させることによって、半導体領域49と半導体領域45を形成することができる。その後、MOCVD法を利用して半導体領域49、45の表面に窒化ガリウム・アルミニウムを成長させることによって、半導体領域48と半導体領域47を形成することができる。
図9に示す工程の後に、リフトオフ法を利用してボディ領域8の一部にニッケルを成膜することによって、コンタクト電極41を形成することができる。
A method for manufacturing the semiconductor device 300 will be described. Here, only a configuration different from that of the semiconductor device 100 will be described.
After the step shown in FIG. 5, the p + type semiconductor layer 8 containing gallium nitride as a main material is epitaxially grown using MOCVD. Thereafter, an impurity diffusion preventing film 46 can be formed by growing a layer mainly composed of aluminum nitride on the surface of the semiconductor layer 8 using MOCVD.
After the step shown in FIG. 6, the mask layer 28 is removed, and gallium nitride is grown on the exposed surface of the drift region 6, the side wall of the body region 8, and the surface of the body region 8 using the MOCVD method. Region 49 and semiconductor region 45 can be formed. Thereafter, the semiconductor region 48 and the semiconductor region 47 can be formed by growing gallium aluminum nitride on the surfaces of the semiconductor regions 49 and 45 using the MOCVD method.
After the step shown in FIG. 9, the contact electrode 41 can be formed by forming a nickel film on a part of the body region 8 using a lift-off method.

(第3実施例)
図17に、III族窒化物半導体装置400の縦断面図を模式的に示す。半導体装置400は半導体装置100の変形例である。半導体装置100と実質的に同一の構成については、同じ参照番号を付すことによって説明を省略することがある。
半導体装置400では、トレンチ電極22の底面の絶縁膜24に対向しているp型半導体領域50が形成されている。p型半導体領域50は、絶縁膜24に接している。p型半導体領域50は、窒化ガリウムを主体とするp型の半導体領域である。
なお、本実施例の半導体装置400では、p型半導体領域50が間隙L内に形成されている。しかしながら、p型半導体領域50は、ドリフト領域6内に形成されていてもよい。また、p型半導体領域50は、絶縁膜24に接していなくてもよい。その場合、p型半導体領域50は、アパーチャ領域26の一部を介してトレンチ電極22の底面の絶縁膜24に対向している。
(Third embodiment)
FIG. 17 schematically shows a longitudinal sectional view of the group III nitride semiconductor device 400. The semiconductor device 400 is a modification of the semiconductor device 100. About the structure substantially the same as the semiconductor device 100, description may be abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same reference number.
In the semiconductor device 400, a p-type semiconductor region 50 facing the insulating film 24 on the bottom surface of the trench electrode 22 is formed. The p-type semiconductor region 50 is in contact with the insulating film 24. The p-type semiconductor region 50 is a p + -type semiconductor region mainly composed of gallium nitride.
In the semiconductor device 400 of this example, the p-type semiconductor region 50 is formed in the gap L. However, the p-type semiconductor region 50 may be formed in the drift region 6. Further, the p-type semiconductor region 50 may not be in contact with the insulating film 24. In that case, the p-type semiconductor region 50 faces the insulating film 24 on the bottom surface of the trench electrode 22 through a part of the aperture region 26.

半導体装置400によって解決される課題について説明する。
図1に示している半導体装置100では、ゲート電極18に電圧を印加していないときに、ボディ領域8からアパーチャ領域26に向けて空乏層が形成される。このとき、半導体装置100はオフしており、絶縁膜24にも電圧が印加される。絶縁膜24に高い電圧が印加されると、絶縁膜24が破壊に至ることがある。間隙Lの幅を小さくすると、隣接するボディ領域8,8からアパーチャ領域26に向けて伸びる空乏層がつながりやすい。しかしながら、間隙Lの幅を小さくすると、アパーチャ領域26内の電流経路が狭くなり、半導体装置100のオン抵抗が大きくなってしまう。間隙Lの幅に係わらず、絶縁膜24に高い電圧が印加されにくい構造の半導体装置が必要とされる。
A problem solved by the semiconductor device 400 will be described.
In the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, a depletion layer is formed from the body region 8 toward the aperture region 26 when no voltage is applied to the gate electrode 18. At this time, the semiconductor device 100 is off, and a voltage is also applied to the insulating film 24. When a high voltage is applied to the insulating film 24, the insulating film 24 may be broken. When the width of the gap L is reduced, a depletion layer extending from the adjacent body regions 8 and 8 toward the aperture region 26 is easily connected. However, when the width of the gap L is reduced, the current path in the aperture region 26 is narrowed, and the on-resistance of the semiconductor device 100 is increased. A semiconductor device having a structure in which a high voltage is hardly applied to the insulating film 24 regardless of the width of the gap L is required.

ここで、半導体装置100における間隙Lの幅と絶縁膜24の底部にかかる電圧の関係について説明する。図18に、半導体装置100をオフしたときにソース電極10とドレイン電極2の間にかかる電圧(以下、ソース・ドレイン間電圧と称する)と、絶縁膜24の底部にかかる電圧の関係を示す。グラフの横軸はソース・ドレイン間電圧(単位:V)を示しており、グラフの縦軸は絶縁膜24の底部にかかる電圧(単位:V)を示している。カーブ52は間隙Lの幅が1μmのときの電圧を示しており、カーブ54は間隙Lの幅が2μmのときの電圧を示しており、カーブ56は間隙Lの幅が4μmのときの電圧を示しており、カーブ58は間隙Lの幅が20μmのときの電圧を示している。
図18から明らかなように、間隙Lの幅を小さくすると、絶縁膜24にかかる電圧が小さくなる。反対に、間隙Lの幅を大きくすると、絶縁膜24にかかる電圧が大きくなる。
カーブ58に示すように、間隙Lの幅が20μmの場合、ソース・ドレイン間電圧が2000Vに達すると、絶縁膜24の底部におよそ100Vの電圧が印加される。絶縁膜24の底部にかかる電界強度はおよそ10MV/cmに達し、絶縁膜24が破壊される虞がある。また、カーブ52に示すように、間隙Lの幅が1μmの場合、ソース・ドレイン間電圧が2000Vに達すると、絶縁膜24の底部におよそ60Vの電圧が印加される。絶縁膜24の底部にかかる電界強度はおよそ6MV/cmに達する。この場合も絶縁膜24が破壊される虞がある。
Here, the relationship between the width of the gap L in the semiconductor device 100 and the voltage applied to the bottom of the insulating film 24 will be described. FIG. 18 shows the relationship between the voltage applied between the source electrode 10 and the drain electrode 2 (hereinafter referred to as source-drain voltage) and the voltage applied to the bottom of the insulating film 24 when the semiconductor device 100 is turned off. The horizontal axis of the graph represents the source-drain voltage (unit: V), and the vertical axis of the graph represents the voltage applied to the bottom of the insulating film 24 (unit: V). A curve 52 indicates a voltage when the width of the gap L is 1 μm, a curve 54 indicates a voltage when the width of the gap L is 2 μm, and a curve 56 indicates a voltage when the width of the gap L is 4 μm. The curve 58 shows the voltage when the width of the gap L is 20 μm.
As is apparent from FIG. 18, when the width of the gap L is reduced, the voltage applied to the insulating film 24 is reduced. Conversely, when the width of the gap L is increased, the voltage applied to the insulating film 24 increases.
As shown by the curve 58, when the width of the gap L is 20 μm, when the source-drain voltage reaches 2000 V, a voltage of about 100 V is applied to the bottom of the insulating film 24. The electric field strength applied to the bottom of the insulating film 24 reaches approximately 10 MV / cm, and the insulating film 24 may be destroyed. As indicated by the curve 52, when the width of the gap L is 1 μm, when the source-drain voltage reaches 2000 V, a voltage of about 60 V is applied to the bottom of the insulating film 24. The electric field strength applied to the bottom of the insulating film 24 reaches approximately 6 MV / cm. Also in this case, the insulating film 24 may be destroyed.

半導体装置300では、トレンチ電極22の底部に、p型半導体領域50が形成されている。半導体装置300がオフすると、ボディ領域8から周囲のn型の半導体領域(チャネル領域14、アパーチャ領域26、ドリフト領域6)に向けて空乏層が形成されるのみならず、p型半導体領域50からも周囲のn型の半導体領域に向けて空乏層が形成される。間隙Lの幅が大きくなっても、ゲート絶縁膜24に高い電圧が印加されることを防止できる。   In the semiconductor device 300, the p-type semiconductor region 50 is formed at the bottom of the trench electrode 22. When the semiconductor device 300 is turned off, not only a depletion layer is formed from the body region 8 toward the surrounding n-type semiconductor regions (channel region 14, aperture region 26, drift region 6), but also from the p-type semiconductor region 50. Also, a depletion layer is formed toward the surrounding n-type semiconductor region. Even if the width of the gap L is increased, it is possible to prevent a high voltage from being applied to the gate insulating film 24.

図19に、半導体装置300をオフしたときのソース・ドレイン間電圧と、絶縁膜24の底部にかかる電圧の関係を示す。グラフの横軸はソース・ドレイン間電圧(単位:V)を示しており、グラフの縦軸は絶縁膜24にかかる電圧(単位:V)を示している。カーブ60は間隙Lの幅が1μmのときの電圧を示しており、カーブ62は間隙Lの幅が2μmのときの電圧を示しており、カーブ64は間隙Lの幅が4μmのときの電圧を示しており、カーブ66は間隙Lの幅が20μmのときの電圧を示している。
図19から明らかなように、半導体装置300では、間隙Lの幅の長さに係わらず、絶縁膜24にかかる電圧がほぼ等しい。また、カーブ66に示すように、間隙Lの幅が20μmの場合、ソース・ドレイン間電圧が2000Vに達すると、絶縁膜24の底部におよそ30Vの電圧が印加される。半導体装置100の間隙Lの幅が1μmの場合と比較しても、絶縁膜24にかかる電圧がおよそ2分の1に抑制される。このとき、絶縁膜24の底部にかかる電界強度はおよそ3MV/cmであり、絶縁膜24が破壊されることを防止することができる。
半導体装置300はp型半導体領域50を有することによって、半導体装置300をオフしたときに、絶縁膜24が破壊されることを防止することができる。すなわち、p型半導体領域50を有することによって、オン抵抗を小さくすることなく耐圧の高い半導体装置300を実現している。
FIG. 19 shows the relationship between the source-drain voltage when the semiconductor device 300 is turned off and the voltage applied to the bottom of the insulating film 24. The horizontal axis of the graph represents the source-drain voltage (unit: V), and the vertical axis of the graph represents the voltage applied to the insulating film 24 (unit: V). A curve 60 indicates a voltage when the width of the gap L is 1 μm, a curve 62 indicates a voltage when the width of the gap L is 2 μm, and a curve 64 indicates a voltage when the width of the gap L is 4 μm. The curve 66 shows the voltage when the width of the gap L is 20 μm.
As apparent from FIG. 19, in the semiconductor device 300, the voltage applied to the insulating film 24 is substantially equal regardless of the width of the gap L. As indicated by curve 66, when the width of the gap L is 20 μm, when the source-drain voltage reaches 2000 V, a voltage of about 30 V is applied to the bottom of the insulating film 24. Even if the width of the gap L of the semiconductor device 100 is 1 μm, the voltage applied to the insulating film 24 is suppressed to about one half. At this time, the electric field strength applied to the bottom of the insulating film 24 is approximately 3 MV / cm, and the insulating film 24 can be prevented from being broken.
Since the semiconductor device 300 includes the p-type semiconductor region 50, the insulating film 24 can be prevented from being destroyed when the semiconductor device 300 is turned off. That is, by having the p-type semiconductor region 50, the semiconductor device 300 having a high breakdown voltage is realized without reducing the on-resistance.

半導体装置300の製造方法について説明する。上記したように、半導体装置300は、半導体装置100の構造に、p型半導体領域50が追加されたものである。ここではp型半導体領域50の形成方法についてのみ説明する。まず図7の工程の後に、p型半導体領域50を形成する部位の半導体領域26をエッチングして除去する。その後、エッチング除去された部位に、窒化ガリウムを主材料とするp型の半導体層を形成する。その後の工程は、図8以降の工程と同様のため説明を省略する。トレンチ電極22の底部に絶縁膜24を介して対向するp型半導体領域50を形成することができる。   A method for manufacturing the semiconductor device 300 will be described. As described above, the semiconductor device 300 is obtained by adding the p-type semiconductor region 50 to the structure of the semiconductor device 100. Here, only a method for forming the p-type semiconductor region 50 will be described. First, after the step of FIG. 7, the semiconductor region 26 where the p-type semiconductor region 50 is to be formed is removed by etching. Thereafter, a p-type semiconductor layer containing gallium nitride as a main material is formed in the etched portion. Subsequent steps are the same as those shown in FIG. A p-type semiconductor region 50 opposed to the bottom of the trench electrode 22 through the insulating film 24 can be formed.

以上、本発明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。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記第2実施例の半導体装置が有する4つの特徴、すなわち、チャネル領域がヘテロ接合を構成していること、アパーチャ領域がヘテロ接合を構成していること、ボディ領域とチャネル領域の間に不純物拡散防止膜が形成されていること、ボディ領域とソース電極の間にコンタクト電極が形成されていることは、各々独立して採用することができる。第1実施例の半導体装置に、上記特徴のいずれかの特徴を独立して付加することもできる。
なお、第2実施例の半導体装置が有する上記4つの特徴のいずれか又は全てを、第3実施例の半導体装置に付加してもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、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の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示し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。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, there are four characteristics of the semiconductor device of the second embodiment, that is, that the channel region forms a heterojunction, the aperture region forms a heterojunction, and between the body region and the channel region. The formation of the impurity diffusion preventing film and the formation of the contact electrode between the body region and the source electrode can be independently employed. Any of the above features can be independently added to the semiconductor device of the first embodiment.
Any or all of the four features of the semiconductor device of the second embodiment may be added to the semiconductor device of the third embodiment.
In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

第1実施例の半導体装置の断面図を示す。Sectional drawing of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の変形例の断面図を示す。Sectional drawing of the modification of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置に生じる等電位部分を示す。The equipotential part which arises in the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の製造工程を示す。The manufacturing process of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の製造工程を示す。The manufacturing process of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の製造工程を示す。The manufacturing process of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の製造工程を示す。The manufacturing process of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の製造工程を示す。The manufacturing process of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の製造工程を示す。The manufacturing process of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の製造工程を示す。The manufacturing process of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の他の製造方法の製造工程を示す。The manufacturing process of the other manufacturing method of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の他の製造方法の製造工程を示す。The manufacturing process of the other manufacturing method of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の他の製造方法の製造工程を示す。The manufacturing process of the other manufacturing method of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の他の製造方法の製造工程を示す。The manufacturing process of the other manufacturing method of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第1実施例の半導体装置の他の製造方法の製造工程を示す。The manufacturing process of the other manufacturing method of the semiconductor device of 1st Example is shown. 第2実施例の半導体装置の断面図を示す。Sectional drawing of the semiconductor device of 2nd Example is shown. 第3実施例の半導体装置の断面図を示す。Sectional drawing of the semiconductor device of 3rd Example is shown. 第1実施例の半導体装置のソース・ドレイン間電圧と絶縁膜にかかる電圧の関係を示す。The relationship between the source-drain voltage of the semiconductor device of 1st Example and the voltage concerning an insulating film is shown. 第3実施例の半導体装置のソース・ドレイン間電圧と絶縁膜にかかる電圧の関係を示す。The relationship between the source-drain voltage of the semiconductor device of 3rd Example and the voltage concerning an insulating film is shown. 従来の半導体装置の断面図を示す。Sectional drawing of the conventional semiconductor device is shown. 従来の半導体装置に生じる等電位部分を示す。2 shows an equipotential portion generated in a conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

2、502:ドレイン電極
4、504:ドレイン領域
6、506:ドリフト領域
8、508:ボディ領域
10、310、510:ソース電極
12、312、512:ソース領域
14、314、514:チャネル領域
18、518:ゲート電極
22:トレンチ電極
26、326、526:アパーチャ領域
50:p型半導体領域
100、200、300、400、500:半導体装置
2, 502: drain electrode 4, 504: drain region 6, 506: drift region 8, 508: body region 10, 310, 510: source electrode 12, 312, 512: source region 14, 314, 514: channel region 18, 518: gate electrode 22: trench electrode 26, 326, 526: aperture region 50: p-type semiconductor region 100, 200, 300, 400, 500: semiconductor device

Claims (8)

縦型の半導体装置であって、
電源電圧の一方の極性に電気的に接続するとともに、n型の不純物を含んでいるIII族窒化物半導体のn型半導体領域と、
n型半導体領域上に間隙を残して設けられており、p型の不純物を含んでいるIII族窒化物半導体のボディ領域と、
ボディ領域上に設けられているチャネル領域と、
前記間隙内に設けられており、n型半導体領域とチャネル領域を電気的に接続している第1接続領域と、
チャネル領域を介して前記第1接続領域に対向しており、チャネル領域と電源電圧の他方の極性を電気的に接続する第2接続領域と、
チャネル領域を介してボディ領域に対向しており、第1接続領域と第2接続領域の間に設けられているゲート電極と、
前記間隙内に設けられており、絶縁膜とその絶縁膜で被覆された導電体とを有するトレンチ電極と、を備えている半導体装置。
A vertical semiconductor device,
An n-type semiconductor region of a group III nitride semiconductor electrically connected to one polarity of the power supply voltage and containing an n-type impurity;
a body region of a group III nitride semiconductor provided with a gap on the n-type semiconductor region and containing a p-type impurity;
A channel region provided on the body region;
A first connection region provided in the gap and electrically connecting the n-type semiconductor region and the channel region;
A second connection region facing the first connection region via the channel region and electrically connecting the other polarity of the channel region and the power supply voltage;
A gate electrode facing the body region via the channel region and provided between the first connection region and the second connection region;
A semiconductor device comprising: a trench electrode provided in the gap and having an insulating film and a conductor covered with the insulating film.
ゲート電極とトレンチ電極の導電体が、電気的に接続していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductors of the gate electrode and the trench electrode are electrically connected. ゲート電極とトレンチ電極の導電体が、一体で構成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the conductors of the gate electrode and the trench electrode are integrally formed. トレンチ電極が、前記間隙を越えてn型半導体領域にまで達していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the trench electrode reaches the n-type semiconductor region beyond the gap. トレンチ電極の底面の絶縁膜に対向しているとともに、p型の不純物を含んでいるIII族窒化物半導体のp型半導体領域をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a p-type semiconductor region of a group III nitride semiconductor facing the insulating film on the bottom surface of the trench electrode and containing a p-type impurity. 2. A semiconductor device according to item 1. 前記p型半導体領域は、トレンチ電極の底面の絶縁膜に接していることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 5, wherein the p-type semiconductor region is in contact with an insulating film on a bottom surface of the trench electrode. チャネル領域が、III族窒化物半導体のヘテロ接合を有しており、
そのヘテロ接合は、第1接続領域と第2接続領域を結ぶ方向に沿って延びていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。
The channel region has a heterojunction of a group III nitride semiconductor;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the heterojunction extends along a direction connecting the first connection region and the second connection region.
前記第1接続領域が、III族窒化物半導体のヘテロ接合を有しており、
そのヘテロ接合は、n型半導体領域とチャネル領域を結ぶ方向に沿って延びていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
The first connection region has a heterojunction of a group III nitride semiconductor;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the heterojunction extends along a direction connecting the n-type semiconductor region and the channel region.
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