JP2015170691A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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潤弥 西井
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潤一郎 黒崎
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Abstract

【課題】トレンチを有する半導体装置の電気的特性を向上させる。【解決手段】半導体装置は、n型およびp型のうち一方の特性を有する第1の半導体層と;n型およびp型のうち他方の特性を有し、第1の半導体層に積層された第2の半導体層と;一方の特性を有し、第2の半導体層に積層された第3の半導体層と;第3の半導体層から第1の半導体層に向けて落ち込んだ溝部と;他方の特性を有し、第1の半導体層に積層され、溝部によって第2の半導体層から隔離された第4の半導体層とを備える。溝部は、第4の半導体層に形成され、第1の半導体層から第3の半導体層に向かう積層方向を向いた第1の面と;第1の面の外側に位置し、第1の半導体層に形成され、積層方向を向いた第2の面と;第2の面の外側に位置し、第1の半導体層における第2の面より第2の半導体層側に形成され、積層方向を向いた第3の面とを含む。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
半導体装置(半導体デバイス、半導体素子)の構造として、トレンチ(溝部)にゲート電極を形成したトレンチゲート構造が知られている。特許文献1,2には、トレンチゲート構造におけるトレンチの底部に発生する電界集中を緩和するために、イオン注入および熱拡散の少なくとも一方を用いて、トレンチの底部にp型半導体をフローティング領域として形成することが記載されている。特許文献1,2の半導体装置によれば、トレンチの底部に形成されたp型半導体によって耐電圧を向上させることができる。
特開平10−98188号公報 特開2009−267029号公報
特許文献1,2の半導体装置では、n型半導体層にp型半導体のドーパント(不純物)が拡散することによって、n型半導体層の電気的特性が劣化する(例えば、チャネル長およびオン抵抗の増加)という課題があった。特に、イオン注入によってp型半導体を形成することが困難である半導体(例えば、窒化ガリウム(GaN)に代表されるIII族窒化物半導体)に適用する場合、比較的に高温で長時間の加熱処理(例えば、900℃、60分)が必要になるため、n型半導体層における電気的特性の劣化が顕著であった。
そのため、トレンチを有する半導体装置の電気的特性を向上させることが可能な技術が望まれていた。そのほか、半導体装置においては、微細化、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上、耐久性の向上などが望まれていた。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本発明の一形態によれば、半導体装置が提供される。この半導体装置は、n型およびp型のうち一方の特性を有する第1の半導体層と;n型およびp型のうち前記一方の特性とは異なる他方の特性を有し、前記第1の半導体層に積層された第2の半導体層と;前記一方の特性を有し、前記第2の半導体層に積層された第3の半導体層と;前記第3の半導体層から前記第1の半導体層に向けて落ち込んだ溝部と;前記他方の特性を有し、前記第1の半導体層に積層され、前記溝部によって前記第2の半導体層から隔離された第4の半導体層とを備える。なお、第1の半導体層および第3の半導体層は、n型およびp型のいずれか一方の同じ型の半導体層であり、第2の半導体層および第4の半導体層は、n型およびp型のうち、第1の半導体層および第3の半導体層とは異なる型の半導体層である。この半導体装置において、前記溝部は、前記第4の半導体層に形成され、前記第1の半導体層から前記第3の半導体層に向かう積層方向を向いた第1の面と;前記第1の面の外側に位置し、前記第1の半導体層に形成され、前記積層方向を向いた第2の面と;前記第2の面の外側に位置し、前記第1の半導体層における前記第2の面より前記第2の半導体層側に形成され、前記積層方向を向いた第3の面とを含む。この形態によれば、イオン注入および熱拡散を用いることなく形成可能な第4の半導体層および第3の面によって、溝部における電界集中を緩和できる。その結果、半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
(2)上記形態の半導体装置は、更に、前記溝部とは異なる位置に形成され、前記第3の半導体層から前記第2の半導体層に至るまで落ち込んだ凹部と;前記凹部に形成された電極とを備え、前記凹部の深さは、前記第3の半導体層から前記第1の面に至る深さと同一であってもよい。この形態によれば、溝部の一部と凹部とを共通のエッチング工程で形成できるため、半導体装置の製造コストを抑制できる。
(3)上記形態の半導体装置は、更に、前記溝部とは異なる位置に形成され、前記第3の半導体層から前記第2の半導体層に至るまで落ち込んだ凹部と;前記凹部に形成された電極とを備え、前記凹部の深さは、前記第3の面から前記第2の面までの深さと同一であってもよい。この形態によれば、溝部の一部と凹部とを共通のエッチング工程で形成できるため、半導体装置の製造コストを抑制できる。
(4)上記形態の半導体装置は、更に、前記溝部の表面に形成された絶縁膜と;前記絶縁膜を介して前記溝部に形成されたゲート電極とを備え、前記溝部における前記第2の面と前記第3の面とに間に位置する領域には、前記絶縁膜を介して前記ゲート電極が形成されていてもよい。この形態によれば、ゲート電極の深さを十分に確保できる。
(5)上記形態の半導体装置は、更に、前記溝部の表面に形成された絶縁膜と;前記絶縁膜を介して前記溝部に形成されたゲート電極とを備え、前記溝部における前記第2の面と前記第3の面とに間に位置する領域には、前記絶縁膜が満たされていてもよい。この形態によれば、溝部における第2の面と第3の面との間に位置する領域にゲート電極が形成されている場合と比較して、その領域にかかる電界が緩和されるため、半導体装置の耐電圧を向上させることができる。
(6)上記形態の半導体装置において、前記第4の半導体層のドーピング濃度は、前記第2の半導体層のドーピング濃度と同一であってもよい。この形態によれば、第2の半導体層と第4の半導体層とを共通の工程で形成できるため、半導体装置の製造コストを抑制できる。
(7)上記形態の半導体装置において、前記第1の半導体層、前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、および前記第4の半導体層は、窒化ガリウム(GaN)を含むIII族窒化物の少なくとも1つから主に成り、前記一方の特性はn型であり、前記他方の特性はp型であってもよい。この形態によれば、III族窒化物から主に成る半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
(8)本発明の一形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法は、n型およびp型のうち一方の特性を有する第1の半導体層を形成する工程と;n型およびp型のうち前記一方の特性とは異なる他方の特性を有する第2の半導体層を、前記第1の半導体層に積層する工程と;前記一方の特性を有する第3の半導体層を、前記第2の半導体層に積層する工程と;前記第3の半導体層から前記第1の半導体層に向けて落ち込んだ溝部を形成することで、前記溝部によって前記第2の半導体層から隔離された第4の半導体層を形成する工程とを備える。この半導体装置の製造方法において、前記溝部を形成する工程は、前記第1の半導体層から前記第3の半導体層に向かう積層方向を向いた前記溝部の一部である第1の面を、前記第4の半導体層にドライエッチングによって形成する工程と;前記第1の半導体層における前記第1の面の外側に、前記積層方向を向いた前記溝部の一部である第2の面をドライエッチングによって形成する工程と;前記第1の半導体層における前記第2の面の外側かつ前記第2の面より前記第2の半導体層側に、前記積層方向を向いた前記溝部の一部である第3の面をドライエッチングによって形成する工程とを含む。この形態によれば、イオン注入および熱拡散を用いることなく、溝部の電界集中を緩和する第4の半導体層および第3の面を形成できる。その結果、半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
(9)上記形態における半導体装置の製造方法において、前記第1の面を形成する工程は、前記溝部とは異なる位置において前記第3の半導体層から前記第2の半導体層に至るまで落ち込んだ凹部とともに、前記第1の面を前記第4の半導体層にドライエッチングによって形成する工程であってもよい。この形態によれば、第1の面と凹部とを共通の工程で形成できるため、半導体装置の製造コストを抑制できる。
(10)上記形態における半導体装置の製造方法において、前記第1の面を前記第2の面および前記第3の面に先立って形成し、前記第2の面とともに第3の面を形成してもよい。この形態によれば、第2の面と第3の面とを共通の工程で形成できるため、半導体装置の製造コストを抑制できる。
(11)上記形態における半導体装置の製造方法において、前記第3の面を前記第1の面および前記第2の面に先立って形成し、前記第1の面とともに第2の面を形成してもよい。この形態によれば、第1の面と第2の面とを共通の工程で形成できるため、半導体装置の製造コストを抑制できる。
本発明は、半導体装置およびその製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上記形態の半導体装置が組み込まれた電気機器、上記形態の半導体装置を製造する製造装置などの形態で実現することができる。
本願発明の半導体装置によれば、第4の半導体層および第3の面によって溝部における電界集中を緩和できる。その結果、半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
本願発明における半導体装置の製造方法によれば、イオン注入および熱拡散を用いることなく、溝部の電界集中を緩和する第4の半導体層および第3の面をドライエッチングを用いて形成できる。その結果、半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
第1実施形態における半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 半導体装置の製造方法を示す工程図である。 製造途中にある半導体装置を示す説明図である。 製造途中にある半導体装置を示す説明図である。 製造途中にある半導体装置を示す説明図である。 製造途中にある半導体装置を示す説明図である。 第2実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。 第2実施形態における製造途中にある半導体装置を示す説明図である。 第2実施形態における製造途中にある半導体装置を示す説明図である。 第2実施形態における製造途中にある半導体装置を示す説明図である。 第3実施形態における半導体装置の構成を示す説明図である。 第4実施形態における半導体装置の構成を示す説明図である。 第5実施形態における半導体装置の構成を示す説明図である。 第6実施形態における半導体装置の構成を示す説明図である。 第7実施形態における半導体装置の構成を示す説明図である。
A.第1実施形態
A−1.半導体装置の構成
図1は、第1実施形態における半導体装置10の構成を模式的に示す断面図である。半導体装置10は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置10は、トレンチゲート型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。本実施形態では、半導体装置10は、電力制御に用いられ、パワーデバイスとも呼ばれる。
図1には、相互に直交するXYZ軸が図示されている。図1のXYZ軸のうち、X軸は、図1の紙面左から紙面右に向かう軸である。+X軸方向は、紙面右に向かう方向であり、−X軸方向は、紙面左に向かう方向である。図1のXYZ軸のうち、Y軸は、図1の紙面手前から紙面奥に向かう軸である。+Y軸方向は、紙面奥に向かう方向であり、−Y軸方向は、紙面手前に向かう方向である。図1のXYZ軸のうち、Z軸は、図1の紙面下から紙面上に向かう軸である。+Z軸方向は、紙面上に向かう方向であり、−Z軸方向は、紙面下に向かう方向である。
半導体装置10は、基板100と、半導体層110と、半導体層120と、半導体層130と、半導体層140とを備える。半導体装置10は、これらの半導体層による構造として、トレンチ210と、リセス240とを有する。半導体装置10は、更に、絶縁膜300と、ソース電極410と、ゲート電極420と、ドレイン電極430と、ボディ電極440とを備える。
半導体装置10の基板100は、X軸およびY軸に沿って広がる板状を成す。本実施形態では、基板100は、窒化ガリウム(GaN)から主に成る。本実施形態では、基板100は、n型の特性を有するn型半導体層である。本実施形態では、基板100は、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。
半導体装置10の半導体層110は、基板100の+Z軸方向側に積層され、X軸およびY軸に沿って広がる板状を成す第1の半導体層である。半導体層110は、窒化ガリウム(GaN)から主に成る。本実施形態では、半導体層110は、n型の特性を有するn型半導体層である。本実施形態では、半導体層110は、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。
半導体装置10の半導体層120は、半導体層110の+Z軸方向側に積層され、X軸およびY軸に沿って広がる板状を成す第2の半導体層である。半導体層120は、窒化ガリウム(GaN)から主に成る。本実施形態では、半導体層120は、p型の特性を有するp型半導体層である。本実施形態では、半導体層120は、マグネシウム(Mg)をアクセプタとして含有する。
半導体装置10の半導体層130は、半導体層120の+Z軸方向側に積層され、X軸およびY軸に沿って広がる板状を成す第3の半導体層である。半導体層130は、窒化ガリウム(GaN)から主に成る。本実施形態では、半導体層130は、n型の特性を有するn型半導体層である。本実施形態では、半導体層130は、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。
半導体装置10の半導体層140は、半導体層110の+Z軸方向側に積層され、トレンチ210によって半導体層120から隔離された第4の半導体層である。半導体層140は、窒化ガリウム(GaN)から主に成る。本実施形態では、半導体層140は、p型の特性を有するp型半導体層である。本実施形態では、半導体層140は、マグネシウム(Mg)をアクセプタとして含有する。本実施形態では、半導体層140のドーピング濃度は、半導体層120のドーピング濃度と同一である。
半導体装置10のトレンチ210は、半導体層130の+Z軸方向側から半導体層110に向けて落ち込んだ溝部である。本実施形態では、トレンチ210は、基板100に積層された半導体層110,120,130に対するドライエッチングによって形成される。
トレンチ210は、半導体層130に向かう積層方向(+Z軸方向)を向いた面として、面211と、面212と、面213とを有する。トレンチ210の面211は、半導体層140に形成された第1の面である。トレンチ210の面212は、面211の外側に位置し、半導体層110に形成された第2の面である。トレンチ210の面213は、面212の外側に位置し、半導体層110における面212より半導体層120側(+Z軸方向側)に形成された第3の面である。
本実施形態では、半導体層130に対するトレンチ210における面211の深さdp1は、トレンチ210における面213から面212までの深さdp2と同一である。本実施形態では、トレンチ210における面211の深さdp1は、リセス240の深さdp3と同一である。
半導体装置10のリセス240は、トレンチ210とは異なる位置に形成され、半導体層130の+Z軸方向側から半導体層120に至るまで落ち込んだ凹部である。本実施形態では、リセス240は、基板100に積層された半導体層110,120,130に対するドライエッチングによって形成される。
半導体装置10の絶縁膜300は、電気絶縁性を有し、トレンチ210および半導体層130の各表面を覆う。本実施形態では、絶縁膜300の材質は、二酸化ケイ素(SiO2)である。
半導体装置10のソース電極410は、導電性を有し、半導体層130の+Z軸方向側にオーミック接合された電極である。本実施形態では、ソース電極410は、チタン(Ti)から成る層にアルミニウム(Al)から成る層を積層した後に焼成によって合金化した電極である。
半導体装置10のゲート電極420は、導電性を有し、絶縁膜300を介してトレンチ210に形成された電極である。本実施形態では、ゲート電極420は、トレンチ210における面212と面213との間に位置する領域216に至る。本実施形態では、ゲート電極420は、アルミニウム(Al)から成る。
半導体装置10のドレイン電極430は、導電性を有し、基板100の−Z軸方向側にオーミック接合された電極である。本実施形態では、ドレイン電極430は、チタン(Ti)から成る層にアルミニウム(Al)から成る層を積層した後に焼成によって合金化した電極である。
半導体装置10のボディ電極440は、導電性を有し、リセス240に形成された電極である。本実施形態では、ボディ電極440は、ニッケル(Ni)から成る層に金(Au)から成る層を積層した後に焼成によって合金化した電極である。
A−2.半導体装置の製造方法
図2は、半導体装置10の製造方法を示す工程図である。半導体装置10を製造する際には、製造者は、エピタキシャル成長によって基板100の上に半導体層110,120,130を順に形成する(工程P110)。本実施形態では、製造者は、有機金属気相成長法(MOCVD)を用いて、基板100の上に半導体層110,120,130を順にエピタキシャル成長させる。
半導体層110,120,130を形成した後(工程P110)、製造者は、ドライエッチングによって、トレンチ210における第1の面である面211を、リセス240とともに形成する(工程P130)。本実施形態では、トレンチ210の面211をリセス240とともに形成する手法は、誘電結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)ドライエッチングである。
図3は、製造途中にある半導体装置10a1を示す説明図である。半導体装置10a1は、半導体層110,120,130を形成した後(工程P110)、第1のドライエッチング工程(工程P130)において、マスク610を形成することによって作製される。マスク610は、半導体層130の+Z軸方向側の表面に形成される。本実施形態では、マスク610の材質は、二酸化ケイ素(SiO2)である。マスク610は、開口612と、開口614とを有する。マスク610の開口612は、トレンチ210の面212に対応する大きさである。本実施形態では、開口612の幅da2は、0.8μm(マイクロメートル)である。他の実施形態では、開口612の幅da2は、0.8μm未満であってもよいし、0.8μm超過であってもよい。マスク610の開口614は、リセス240に対応する大きさである。
図4は、製造途中にある半導体装置10a2を示す説明図である。半導体装置10a2は、第1のドライエッチング工程(工程P130)において、半導体装置10a1に対してICPドライエッチングを実施した後、マスク610を除去することによって作製される。半導体装置10a2には、トレンチ210の面211がリセス240とともに形成されている。面211の深さdp1は、リセス240の深さdp3と同じになる。深さdp1,dp3は、第1のドライエッチング工程(工程P130)によるエッチング深さであり、半導体層130が完全に除去され、半導体層120が露出する深さである。
図2の説明に戻り、ドライエッチングによってトレンチ210の面211を形成した後(工程P130)、製造者は、ドライエッチングによって、トレンチ210における第2の面である面212と、トレンチ210における第3の面である面213とを形成する(工程P140)。本実施形態では、トレンチ210の面212,213を形成する手法は、ICPドライエッチングである。
図5は、製造途中にある半導体装置10a3を示す説明図である。半導体装置10a3は、第2のドライエッチング工程(工程P140)において、半導体装置10a2に対してマスク620を形成することによって作製される。マスク620は、半導体層130の+Z軸方向側の表面の一部、半導体層120の表面のうち面211として残す部分、および、リセス240の表面に対して形成される。本実施形態では、マスク620の材質は、二酸化ケイ素(SiO2)である。マスク620は、トレンチ210の面211,213に対応する大きさである開口622を有する。開口622の内側の幅da1は、後工程で最終的に形成されるトレンチ210の面211に対応し、マスク610の幅da2より小さい。開口622の外側の幅da3は、後工程で形成されるトレンチ210の面213に対応し、マスク610の幅da2より大きい。本実施形態では、開口622の内側の幅da1は、0.4μmであり、開口622の外側の幅da3は、1.2μmである。他の実施形態では、開口622の内側の幅da1は、0.4μm未満であってもよいし、0.4μm超過であってもよい。他の実施形態では、開口622の外側の幅da3は、1.2μm未満であってもよいし、1.2μm超過であってもよい。
図6は、製造途中にある半導体装置10a4を示す説明図である。半導体装置10a4は、第2のドライエッチング工程(工程P140)において、半導体装置10a3に対してICPドライエッチングを実施した後、マスク620を除去することによって作製される。半導体装置10a4には、トレンチ210の面212,213が形成されている。これによって、トレンチ210が完了する。第2のドライエッチング工程(工程P140)によるエッチング深さは、半導体層120,130が完全に除去され、半導体層110が露出する深さである。トレンチ210における面213から面212までの深さdp2は、第1のドライエッチング工程(工程P130)によるエッチング深さと同じになる。すなわち、深さdp2は、面211の深さdp1およびリセス240の深さdp3と同じになる。
図2の説明に戻り、トレンチ210の面212,213を形成した後(工程P140)、製造者は、絶縁膜300を形成する(工程P170)。本実施形態では、絶縁膜300を形成する手法は、原子層体積法(ALD:Atomic Layer Deposition)である。
絶縁膜300を形成した後(工程P170)、製造者は、ソース電極410、ゲート電極420、ドレイン電極430およびボディ電極440を形成する(工程P180)。これらの工程を経て、半導体装置10が完成する。
A−3.効果
以上説明した第1実施形態によれば、イオン注入および熱拡散を用いることなく形成可能な半導体層140および面212によって、トレンチ210における電界集中を緩和できる。その結果、窒化ガリウム(GaN)から主に成る半導体装置10の電気的特性を向上させることができる。また、トレンチ210の深さdp1,dp2がリセス240の深さdp3と同一であり、トレンチ210の一部とリセス240とを共通のエッチング工程で形成できるため、半導体装置10の製造コストを抑制できる。また、ゲート電極420がトレンチ210の領域216に至るため、ゲート電極420のZ軸方向の深さを十分に確保できる。また、半導体層120のドーピング濃度が半導体層140のドーピング濃度と同一であり、半導体層120と半導体層140とを共通の工程で形成できるため、半導体装置10の製造コストを抑制できる。
B.第2実施形態
図7は、第2実施形態における半導体装置10の製造方法を示す工程図である。第2実施形態における半導体装置10の構成は、第1実施形態と同様である。半導体装置10を製造する際には、製造者は、第1実施形態と同様に、エピタキシャル成長によって基板100の上に半導体層110,120,130を順に形成する(工程P110)。
半導体層110,120,130を形成した後(工程P110)、製造者は、ドライエッチングによって、トレンチ210における第3の面である面213を形成する(工程P150)。本実施形態では、トレンチ210の面213を形成する手法は、ICPドライエッチングである。
図8は、第2実施形態における製造途中にある半導体装置10b1を示す説明図である。半導体装置10b1は、半導体層110,120,130を形成した後(工程P110)、第1のドライエッチング工程(工程P150)において、マスク660を形成することによって作製される。マスク660は、半導体層130の+Z軸方向側の表面に形成される。本実施形態では、マスク660の材質は、二酸化ケイ素(SiO2)である。マスク660は、トレンチ210の面211,213に対応する大きさである開口662を有する。開口662の内側の幅da1は、後工程で形成されるトレンチ210の面211に対応する。開口662の外側の幅da3は、後工程で形成されるトレンチ210の面213に対応する。本実施形態では、開口662の内側の幅da1は、0.4μmであり、開口662の外側の幅da3は、1.2μmである。他の実施形態では、開口662の内側の幅da1は、0.4μm未満であってもよいし、0.4μm超過であってもよい。他の実施形態では、開口662の外側の幅da3は、1.2μm未満であってもよいし、1.2μm超過であってもよい。
図9は、第2実施形態における製造途中にある半導体装置10b2を示す説明図である。半導体装置10b2は、第1のドライエッチング工程(工程P150)において、半導体装置10b1に対してICPドライエッチングを実施した後、マスク660を除去することによって作製される。半導体装置10b2には、トレンチ210の面213が形成されている。第1のドライエッチング工程(工程P150)によるエッチング深さは、半導体層120,130が完全に除去され、半導体層110が露出する深さである。
図7の説明に戻り、トレンチ210の面213を形成した後(工程P150)、製造者は、ドライエッチングによって、トレンチ210における第1の面である面211と、トレンチ210における第2の面である面212とを形成する(工程P160)。本実施形態では、トレンチ210の面211,212を形成する手法は、ICPドライエッチングである。
図10は、第2実施形態における製造途中にある半導体装置10b3を示す説明図である。半導体装置10b3は、第2のドライエッチング工程(工程P160)において、半導体装置10b2に対してマスク670を形成することによって作製される。マスク670は、半導体層130の+Z軸方向側の表面の一部、および、半導体層110の表面のうち面213として残す部分に対して形成される。本実施形態では、マスク670の材質は、二酸化ケイ素(SiO2)である。マスク670は、開口672と、開口674とを有する。マスク670の開口672は、トレンチ210の面212に対応する大きさである。開口672の幅da2は、0.8μmである。他の実施形態では、開口672の幅da2は、0.8μm未満であってもよいし、0.8μm超過であってもよい。マスク670の開口674は、リセス240に対応する大きさである。
第2のドライエッチング工程(工程P160)において、半導体装置10b3に対してICPドライエッチングを実施した後、マスク670を除去することによって、第1実施形態と同様に、図6に示す半導体装置10a4が作製される。半導体装置10a4には、トレンチ210の面211,212が形成されている。これによって、トレンチ210が完成する。第2のドライエッチング工程(工程P160)によるエッチング深さは、半導体層130が完全に除去され、半導体層120が露出する深さである。第1実施形態と同様に、面211の深さdp1は、面213から面212までの深さdp2と同じになるとともに、リセス240の深さdp3とも同じになる。
図7の説明に戻り、トレンチ210の面211,212を形成した後(工程P160)、製造者は、第1実施形態と同様に、絶縁膜300を形成し(工程P170)、各種電極を形成する(工程P180)。これらの工程を経て、半導体装置10が完成する。
以上説明した第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、窒化ガリウム(GaN)から主に成る半導体装置10の電気的特性を向上させることができる。また、第1実施形態と同様に、半導体装置10の製造コストを抑制できる。
C.第3実施形態
図11は、第3実施形態における半導体装置10Cの構成を示す説明図である。第3実施形態の半導体装置10Cは、トレンチ210における面212と面213との間に位置する領域216に絶縁膜300が満たされている点を除き、第1実施形態の半導体装置10と同様である。第3実施形態では、ゲート電極420は、トレンチ210の面213より+Z軸方向側に位置する。第3実施形態における半導体装置10Cの製造方法は、領域216を絶縁膜300で満たす点を除き、第1実施形態の製造方法と同様である。第3実施形態における半導体装置10Cの製造方法に、第2実施形態の製造方法を適用してもよい。
第3実施形態によれば、第1実施形態と同様に、窒化ガリウム(GaN)から主に成る半導体装置10Cの電気的特性を向上させることができる。また、第1実施形態と同様に、半導体装置10Cの製造コストを抑制できる。また、ゲート電極420が領域216に形成されている第1実施形態の半導体装置10と比較して、領域216にかかる電界が緩和されるため、半導体装置10Cの耐電圧を向上させることができる。
D.第4実施形態
図12は、第4実施形態における半導体装置10Dの構成を示す説明図である。第4実施形態の半導体装置10Dは、トレンチ210に代えてトレンチ210Dを有する点を除き、第1実施形態の半導体装置10と同様である。第4実施形態のトレンチ210Dは、トレンチ210の面213に相当する部分に面213Dを有する点を除き、第1実施形態のトレンチ210と同様である。第4実施形態におけるトレンチ210Dの面213Dは、面212より+Z軸方向側に位置し、面212から離れるに従って+Z軸方向へと多段状に形成され、+Z軸方向を向く複数の面を含む。第4実施形態における半導体装置10Dの製造方法に、第1実施形態の製造方法を適用してもよいし、第2実施形態の製造方法を適用してもよい。
第4実施形態によれば、第1実施形態と同様に、窒化ガリウム(GaN)から主に成る半導体装置10Dの電気的特性を向上させることができる。また、第1実施形態と同様に、半導体装置10Dの製造コストを抑制できる。また、トレンチ210に発生する電界が面213Dによって分散するため、トレンチ210の電界集中をいっそう緩和できる。
E.第5実施形態
図13は、第5実施形態における半導体装置10Eの構成を示す説明図である。第5実施形態の半導体装置10Eは、トレンチ210に代えてトレンチ210Eを有する点を除き、第1実施形態の半導体装置10と同様である。第5実施形態のトレンチ210Eは、トレンチ210の面213に相当する部分に面213Eを有する点を除き、第1実施形態のトレンチ210と同様である。第5実施形態におけるトレンチ210Eの面213Eは、面212より+Z軸方向側に位置し、面212から離れるに従って+Z軸方向へと向かう平面(傾斜面)である。第5実施形態における半導体装置10Eの製造方法に、第1実施形態の製造方法を適用してもよいし、第2実施形態の製造方法を適用してもよい。
第5実施形態によれば、第1実施形態と同様に、窒化ガリウム(GaN)から主に成る半導体装置10Dの電気的特性を向上させることができる。また、第1実施形態と同様に、半導体装置10Dの製造コストを抑制できる。
F.第6実施形態
図14は、第6実施形態における半導体装置10Fの構成を示す説明図である。第6実施形態の半導体装置10Fは、トレンチ210に代えてトレンチ210Fを有する点を除き、第1実施形態の半導体装置10と同様である。第6実施形態のトレンチ210Fは、トレンチ210の面213に相当する部分に面213Fを有する点を除き、第1実施形態のトレンチ210と同様である。第6実施形態におけるトレンチ210Fの面213Fは、面212より+Z軸方向側に位置し、面212から離れるに従って+Z軸方向へと向かう外側に凸状の曲面である。第6実施形態における半導体装置10Fの製造方法に、第1実施形態の製造方法を適用してもよいし、第2実施形態の製造方法を適用してもよい。
第6実施形態によれば、第1実施形態と同様に、窒化ガリウム(GaN)から主に成る半導体装置10Fの電気的特性を向上させることができる。また、第1実施形態と同様に、半導体装置10Fの製造コストを抑制できる。
G.第7実施形態
図15は、第7実施形態における半導体装置10Gの構成を示す説明図である。第7実施形態の半導体装置10Gは、トレンチ210に代えてトレンチ210Gを有する点を除き、第1実施形態の半導体装置10と同様である。第7実施形態のトレンチ210Gは、トレンチ210の面213に相当する部分に面213Gを有する点を除き、第1実施形態のトレンチ210と同様である。第7実施形態におけるトレンチ210Gの面213Gは、面212より+Z軸方向側に位置し、面212から離れるに従って+Z軸方向へと向かう内側に凸状の曲面である。第7実施形態における半導体装置10Gの製造方法に、第1実施形態の製造方法を適用してもよいし、第2実施形態の製造方法を適用してもよい。
第7実施形態によれば、第1実施形態と同様に、窒化ガリウム(GaN)から主に成る半導体装置10Gの電気的特性を向上させることができる。また、第1実施形態と同様に、半導体装置10Gの製造コストを抑制できる。
H.他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
上述の実施形態において、基板100およびの材質は、窒化ガリウム(GaN)に限らず、ケイ素(Si)、サファイア(Al23)、炭化ケイ素(SiC)などであってもよい。
上述の実施形態において、半導体層110,120,130,140の材質は、窒化ガリウム(GaN)に限らず、他のIII族窒化物(例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN))のほか、ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、ヒ化ガリウム(GaAs)、酸化亜鉛(ZnO)などであってもよい。半導体層110,130の特性は、p型であってもよいし、半導体層120,140の特性は、n型であってもよい。
上述の実施形態において、絶縁膜300の材質は、電気絶縁性を有する材質であればよく、二酸化ケイ素(SiO2)の他、窒化ケイ素(SiNx)、酸化アルミニウム(Al23)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸窒化ケイ素(SiON)、酸窒化アルミニウム(AlON)、酸窒化ジルコニウム(ZrON)、酸窒化ハフニウム(HfON)などの少なくとも1つであってもよい。絶縁膜300は、単層であってもよいし、2層以上であってもよい。絶縁膜300を形成する手法は、ALDに限らず、ECRスパッタであってもよいし、ECR−CVDであってもよい。
上述の実施形態において、トレンチ210およびリセス240を形成する手法は、ICPドライエッチングに限らず、電子サイクロトロン共鳴−反応性イオンエッチング(ECR−RIE:Electron Cyclotron Resonance - Reactive Ion Etching)など他のドライエッチングであってもよい。上述の実施形態において、製造者は、ドライエッチングによって形成されたトレンチ210およびリセス240に対して、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH:Tetramethylammonium hydroxide)を用いたウェットエッチングによって表面処理を行ってもよい。
10,10C,10D,10E,10F,10G…半導体装置
10a1,10a2,10a3,10a4…半導体装置
10b1,10b2,10b3…半導体装置
100…基板
110…半導体層(第1の半導体層)
120…半導体層(第2の半導体層)
130…半導体層(第3の半導体層)
140…半導体層(第4の半導体層)
210,210D,210E,210F,210G…トレンチ
211…面(第1の面)
212…面(第2の面)
213,213D,213E,213F,213G…面(第3の面)
216…領域
240…リセス
300…絶縁膜
410…ソース電極
420…ゲート電極
430…ドレイン電極
440…ボディ電極
610…マスク
612,614…開口
620…マスク
622…開口
660…マスク
662…開口
670…マスク
672,674…開口

Claims (11)

  1. 半導体装置であって、
    n型およびp型のうち一方の特性を有する第1の半導体層と、
    n型およびp型のうち前記一方の特性とは異なる他方の特性を有し、前記第1の半導体層に積層された第2の半導体層と、
    前記一方の特性を有し、前記第2の半導体層に積層された第3の半導体層と、
    前記第3の半導体層から前記第1の半導体層に向けて落ち込んだ溝部と、
    前記他方の特性を有し、前記第1の半導体層に積層され、前記溝部によって前記第2の半導体層から隔離された第4の半導体層と
    を備え、
    前記溝部は、
    前記第4の半導体層に形成され、前記第1の半導体層から前記第3の半導体層に向かう積層方向を向いた第1の面と、
    前記第1の面の外側に位置し、前記第1の半導体層に形成され、前記積層方向を向いた第2の面と、
    前記第2の面の外側に位置し、前記第1の半導体層における前記第2の面より前記第2の半導体層側に形成され、前記積層方向を向いた第3の面と
    を含む、半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置であって、更に、
    前記溝部とは異なる位置に形成され、前記第3の半導体層から前記第2の半導体層に至るまで落ち込んだ凹部と、
    前記凹部に形成された電極と
    を備え、
    前記凹部の深さは、前記第3の半導体層から前記第1の面に至る深さと同一である、半導体装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の半導体装置であって、更に、
    前記溝部とは異なる位置に形成され、前記第3の半導体層から前記第2の半導体層に至るまで落ち込んだ凹部と、
    前記凹部に形成された電極と
    を備え、
    前記凹部の深さは、前記第3の面から前記第2の面までの深さと同一である、半導体装置。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、更に、
    前記溝部の表面に形成された絶縁膜と、
    前記絶縁膜を介して前記溝部に形成されたゲート電極と
    を備え、
    前記溝部における前記第2の面と前記第3の面とに間に位置する領域には、前記絶縁膜を介して前記ゲート電極が形成されている、半導体装置。
  5. 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、更に、
    前記溝部の表面に形成された絶縁膜と、
    前記絶縁膜を介して前記溝部に形成されたゲート電極と
    を備え、
    前記溝部における前記第2の面と前記第3の面とに間に位置する領域には、前記絶縁膜が満たされている、半導体装置。
  6. 前記第4の半導体層のドーピング濃度は、前記第2の半導体層のドーピング濃度と同一である、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
    前記第1の半導体層、前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、および前記第4の半導体層は、窒化ガリウム(GaN)を含むIII族窒化物の少なくとも1つから主に成り、
    前記一方の特性はn型であり、前記他方の特性はp型である、半導体装置。
  8. 半導体装置の製造方法であって、
    n型およびp型のうち一方の特性を有する第1の半導体層を形成する工程と、
    n型およびp型のうち前記一方の特性とは異なる他方の特性を有する第2の半導体層を、前記第1の半導体層に積層する工程と、
    前記一方の特性を有する第3の半導体層を、前記第2の半導体層に積層する工程と、
    前記第3の半導体層から前記第1の半導体層に向けて落ち込んだ溝部を形成することで、前記溝部によって前記第2の半導体層から隔離された第4の半導体層を形成する工程と
    を備え、
    前記溝部を形成する工程は、
    前記第1の半導体層から前記第3の半導体層に向かう積層方向を向いた前記溝部の一部である第1の面を、前記第4の半導体層にドライエッチングによって形成する工程と、
    前記第1の半導体層における前記第1の面の外側に、前記積層方向を向いた前記溝部の一部である第2の面をドライエッチングによって形成する工程と、
    前記第1の半導体層における前記第2の面の外側かつ前記第2の面より前記第2の半導体層側に、前記積層方向を向いた前記溝部の一部である第3の面をドライエッチングによって形成する工程と
    を含む、半導体装置の製造方法。
  9. 前記第1の面を形成する工程は、前記溝部とは異なる位置において前記第3の半導体層から前記第2の半導体層に至るまで落ち込んだ凹部とともに、前記第1の面を前記第4の半導体層にドライエッチングによって形成する工程である、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 請求項8または請求項9に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記第1の面を前記第2の面および前記第3の面に先立って形成し、
    前記第2の面とともに第3の面を形成する、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項8または請求項9に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記第3の面を前記第1の面および前記第2の面に先立って形成し、
    前記第1の面とともに第2の面を形成する、半導体装置の製造方法。
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