JP2017069363A - Manufacturing method for mps diode - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for reducing the number of steps when manufacturing a MPS diode.SOLUTION: A manufacturing method for MPS diode includes a semiconductor layer formation step of forming a semiconductor layer from a nitride semiconductor, a film formation step of forming a silicon-containing film having an opening and a thickness of 1-100 nm, on the N type semiconductor layer, and an ion injection step of injecting ions of a P type impurity into the N type semiconductor layer from above the silicon-containing film. In the ion injection step, a P type region is formed in a part of the N type semiconductor layer where ion injection was performed via the silicon-containing film, and an N type region is formed in a part of the N type semiconductor layer where ion injection was performed via the opening.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、MPSダイオードの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an MPS diode.

従来から、半導体材料として窒化ガリウム(GaN)を用いた半導体装置が知られている。また、半導体装置として、P型半導体とN型半導体とのPN接合構造を有するPN接合ダイオードとショットキーバリアダイオード(Schottky Barrier Diode:SBD)とを組み合わせたMPS(Merged PiN Schottky)構造を有するMPSダイオードが知られている(例えば、特許文献1、2)。   Conventionally, a semiconductor device using gallium nitride (GaN) as a semiconductor material is known. Also, as a semiconductor device, an MPS diode having an MPS (Merged PiN Schottky) structure in which a PN junction diode having a PN junction structure of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor and a Schottky Barrier Diode (SBD) are combined. Is known (for example, Patent Documents 1 and 2).

窒化ガリウム(GaN)を用いたMPSダイオードの製造方法として、特許文献1には、以下の製造方法が記載されている。つまり、特許文献1に記載の製造方法は、(i)N型窒化ガリウム層上にP型エピタキシャル層を形成する工程と、(ii)酸化ケイ素(SiO)等からなるマスクをパターニングしてP型エピタキシャル層上に形成する工程と、(iii)マスクをイオン注入マスクとして、P型エピタキシャル層にN型不純物をイオン注入する工程と、を備える。 As a method for manufacturing an MPS diode using gallium nitride (GaN), Patent Document 1 describes the following manufacturing method. That is, in the manufacturing method described in Patent Document 1, (i) a step of forming a P-type epitaxial layer on an N-type gallium nitride layer, and (ii) a mask made of silicon oxide (SiO 2 ) or the like is patterned to form P And (iii) ion-implanting N-type impurities into the P-type epitaxial layer using the mask as an ion implantation mask.

特開2014−110310号公報JP 2014-110310 A 特開2013−232564号公報JP2013-232564A

しかし、特許文献1に記載の製造方法は、煩雑である。このため、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らす技術が望まれていた。   However, the manufacturing method described in Patent Document 1 is complicated. For this reason, a technique for reducing the number of steps when manufacturing an MPS diode has been desired.

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。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、MPSダイオードの製造方法が提供される。このMPSダイオードの製造方法は、窒化物半導体からN型半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記N型半導体層上に、開口部を備え、厚さが1nm以上100nm以下であるケイ素含有膜を形成する膜形成工程と、前記ケイ素含有膜上から、前記N型半導体層にP型不純物をイオン注入するイオン注入工程と、を備え、前記イオン注入工程において、前記ケイ素含有膜を介して前記イオン注入が行われた前記N型半導体層の一部には、P型領域が形成され、前記開口部を介して前記イオン注入が行われた前記N型半導体層の一部には、N型領域が形成される。この形態のMPSダイオードの製造方法によれば、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らすことができる。 (1) According to one form of this invention, the manufacturing method of an MPS diode is provided. This MPS diode manufacturing method includes a semiconductor layer forming step of forming an N-type semiconductor layer from a nitride semiconductor, and a silicon-containing film having an opening on the N-type semiconductor layer and having a thickness of 1 nm to 100 nm. And an ion implantation step of ion-implanting P-type impurities into the N-type semiconductor layer from above the silicon-containing film, in the ion implantation step, the silicon-containing film through the silicon-containing film. A P-type region is formed in a part of the N-type semiconductor layer subjected to ion implantation, and an N-type semiconductor is formed in a part of the N-type semiconductor layer subjected to ion implantation through the opening. A region is formed. According to the MPS diode manufacturing method of this embodiment, the number of processes when manufacturing the MPS diode can be reduced.

(2)上述の製造方法において、前記P型不純物は、マグネシウムまたはベリリウムであってもよい。この形態のMPSダイオードの製造方法によれば、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らすことができる。 (2) In the above manufacturing method, the P-type impurity may be magnesium or beryllium. According to the MPS diode manufacturing method of this embodiment, the number of processes when manufacturing the MPS diode can be reduced.

(3)上述の製造方法において、前記ケイ素含有膜は、酸化ケイ素と窒化ケイ素との少なくとも一つを含んでもよい。この形態のMPSダイオードの製造方法によれば、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らすことができる。 (3) In the above manufacturing method, the silicon-containing film may include at least one of silicon oxide and silicon nitride. According to the MPS diode manufacturing method of this embodiment, the number of processes when manufacturing the MPS diode can be reduced.

(4)上述の製造方法において、前記イオン注入工程において、前記ケイ素含有膜を介して前記イオン注入が行われた前記N型半導体層の一部には、ケイ素と前記P型不純物とが注入されてもよい。この形態のMPSダイオードの製造方法によれば、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らすことができる。 (4) In the manufacturing method described above, silicon and the P-type impurity are implanted into a part of the N-type semiconductor layer that has undergone the ion implantation through the silicon-containing film in the ion implantation step. May be. According to the MPS diode manufacturing method of this embodiment, the number of processes when manufacturing the MPS diode can be reduced.

(5)上述の製造方法において、前記窒化物半導体は、窒化ガリウムとしてもよい。この形態のMPSダイオードの製造方法によれば、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らすことができる。 (5) In the above manufacturing method, the nitride semiconductor may be gallium nitride. According to the MPS diode manufacturing method of this embodiment, the number of processes when manufacturing the MPS diode can be reduced.

(6)上述の製造方法において、さらに、前記膜形成工程の後、前記イオン注入工程の前において、前記ケイ素含有膜の上に、前記ケイ素含有膜よりも膜厚の大きいイオン注入用マスクを形成する工程を備えてもよい。この形態のMPSダイオードの製造方法によれば、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らすことができる。 (6) In the manufacturing method described above, an ion implantation mask having a film thickness larger than that of the silicon-containing film is formed on the silicon-containing film after the film formation step and before the ion implantation step. You may provide the process to do. According to the MPS diode manufacturing method of this embodiment, the number of processes when manufacturing the MPS diode can be reduced.

(7)上述の製造方法において、さらに、前記イオン注入工程の後に、前記ケイ素含有膜を除去するケイ素含有膜除去工程と、前記ケイ素含有膜除去工程の後に、前記P型領域及び前記N型領域とに跨って接触するショットキー電極を形成するショットキー電極形成工程と、を備えてもよい。この形態のMPSダイオードの製造方法によれば、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らすことができる。 (7) In the above-described manufacturing method, the silicon-containing film removing step for removing the silicon-containing film after the ion implantation step, and the P-type region and the N-type region after the silicon-containing film removing step. And a Schottky electrode forming step of forming a Schottky electrode that is in contact with each other. According to the MPS diode manufacturing method of this embodiment, the number of processes when manufacturing the MPS diode can be reduced.

本発明は、MPSダイオード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、MPSダイオードや、上述の製造方法を用いてMPSダイオードを製造する装置などの形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms other than the manufacturing method of the MPS diode. For example, it can be realized in the form of an MPS diode or an apparatus for manufacturing an MPS diode using the above-described manufacturing method.

本願発明のMPSダイオードの製造方法によれば、MPSダイオードを製造する際の工程数を減らすことができる。   According to the MPS diode manufacturing method of the present invention, the number of steps when manufacturing an MPS diode can be reduced.

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。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 10 according to the first embodiment. 半導体装置10の製造方法を示す工程図。FIG. 5 is a process diagram illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 10. スルー膜130が形成された状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state in which the through film | membrane 130 was formed. フォトレジスト膜140が形成された状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state in which the photoresist film 140 was formed. スルー膜130の開口部135が形成された状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state in which the opening part 135 of the through film 130 was formed. イオン注入が行われている状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state in which ion implantation is performed. スルー膜130が除去された状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state from which the through film | membrane 130 was removed. メカニズムを裏付ける評価試験の結果を示す図。The figure which shows the result of the evaluation test which supports a mechanism. N型領域124を含む半導体層120の断面のキャリアに関する濃度を示す図。The figure which shows the density | concentration regarding the carrier of the cross section of the semiconductor layer 120 containing the N type area | region 124. FIG. P型領域122を含む半導体層120の断面のキャリアに関する濃度を示す図。The figure which shows the density | concentration regarding the carrier of the cross section of the semiconductor layer 120 containing the P type area | region 122. FIG. 順方向バイアス印加時の効果を説明する図。The figure explaining the effect at the time of forward bias application. 順方向バイアス印加時の効果を説明する模式図。The schematic diagram explaining the effect at the time of forward direction bias application. 逆方向バイアス印加時の効果を説明する模式図。The schematic diagram explaining the effect at the time of reverse direction bias application. 第2実施形態における半導体装置10Aの構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of 10 A of semiconductor devices in 2nd Embodiment. 第3実施形態における半導体装置10Bの構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device 10B in 3rd Embodiment typically.

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。図1には、相互に直交するXYZ軸が図示されている。
A. First embodiment A-1. Configuration of Semiconductor Device FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor device 10 in the first embodiment. FIG. 1 shows XYZ axes orthogonal to each other.

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り、+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り、+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り、+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。   Of the XYZ axes in FIG. 1, the X axis is an axis from the left side of FIG. 1 toward the right side of the page, the + X axis direction is a direction toward the right side of the page, and the −X axis direction is a direction toward the left side of the page. It is. Of the XYZ axes in FIG. 1, the Y axis is an axis from the front of the paper to the back of the paper in FIG. 1, the + Y axis direction is a direction toward the back of the paper, and the −Y axis direction is a direction toward the front of the paper. It is. Among the XYZ axes in FIG. 1, the Z axis is an axis that goes from the bottom of FIG. 1 to the top of the paper, the + Z axis direction is a direction that goes on the paper, and the −Z axis direction is a direction that goes down the paper. It is.

本実施形態では、半導体装置10は、MPS(Merged PiN Schottky)ダイオードであり、窒化物半導体である窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。半導体装置10は、基板110と、半導体層120と、裏面電極170と、ショットキー電極190とを備える。窒化物半導体としては、窒化ガリウム(GaN)の代わりに、例えば、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化インジウムアルミニウムガリウム(InAlGaN)を用いてもよい。   In the present embodiment, the semiconductor device 10 is an MPS (Merged PiN Schottky) diode, and is a GaN-based semiconductor device formed using gallium nitride (GaN) which is a nitride semiconductor. The semiconductor device 10 includes a substrate 110, a semiconductor layer 120, a back electrode 170, and a Schottky electrode 190. As the nitride semiconductor, for example, indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), or indium aluminum gallium nitride (InAlGaN) may be used instead of gallium nitride (GaN).

半導体装置10の基板110は、X軸およびY軸に沿って広がる半導体層である。基板110は、窒化物半導体により形成されている。本実施形態では、基板110は、窒化ガリウム(GaN)から主に形成され、ケイ素(Si)をドナーとして含有するN型半導体層である。本明細書において、「主に形成される」とは、モル分率において90%以上含有することを示す。   The substrate 110 of the semiconductor device 10 is a semiconductor layer extending along the X axis and the Y axis. The substrate 110 is formed of a nitride semiconductor. In the present embodiment, the substrate 110 is an N-type semiconductor layer that is mainly formed from gallium nitride (GaN) and contains silicon (Si) as a donor. In the present specification, “mainly formed” means containing 90% or more by mole fraction.

半導体装置10の半導体層120は、X軸およびY軸に沿って広がるN型半導体層である。本実施形態では、半導体層120は、窒化ガリウム(GaN)から主に形成され、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。半導体層120は、基板110の+Z軸方向側に積層されている。半導体層120は、主面121を有する。主面121は、半導体層120が広がるXY平面に沿うとともに+Z軸方向を向いた面である。本実施形態において、半導体層120のドナー濃度は1×1015cm−3から1×1017cm−3に設定されている。 The semiconductor layer 120 of the semiconductor device 10 is an N-type semiconductor layer extending along the X axis and the Y axis. In the present embodiment, the semiconductor layer 120 is mainly formed of gallium nitride (GaN) and contains silicon (Si) as a donor. The semiconductor layer 120 is stacked on the + Z axis direction side of the substrate 110. The semiconductor layer 120 has a main surface 121. The main surface 121 is a surface along the XY plane in which the semiconductor layer 120 extends and facing the + Z-axis direction. In the present embodiment, the donor concentration of the semiconductor layer 120 is set to 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 .

半導体層120の表層である主面121近傍には、P型領域122とN型領域124とが互いに接して形成されている。P型領域122は、アクセプタとしてマグネシウム(Mg)を含有する。P型領域122のアクセプタ濃度は、1×1018cm−3から2×1020cm−3に設定されている。一方、N型領域124は、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。N型領域のドナー濃度は、1×1014cm−3から5×1020cm−3に設定されている。 A P-type region 122 and an N-type region 124 are formed in contact with each other in the vicinity of the main surface 121 that is the surface layer of the semiconductor layer 120. P-type region 122 contains magnesium (Mg) as an acceptor. The acceptor concentration of the P-type region 122 is set to 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 20 cm −3 . On the other hand, the N-type region 124 contains silicon (Si) as a donor. The donor concentration in the N-type region is set to 1 × 10 14 cm −3 to 5 × 10 20 cm −3 .

本実施形態では、N型領域124におけるドナー濃度分布として、半導体層120の主面121側(+Z軸方向側)のほうが、裏面電極170側(−Z軸方向側)よりもドナー濃度が高く設定されている。より具体的には、N型領域124を主面121側(+Z軸方向側)と裏面電極170側(−Z軸方向側)に2分した場合、主面121側(+Z軸方向側)のN型領域124の平均ドナー濃度は、裏面電極170側(−Z軸方向側)のN型領域124の平均ドナー濃度よりも高くなるように設定されている。   In the present embodiment, the donor concentration distribution in the N-type region 124 is set to be higher on the main surface 121 side (+ Z-axis direction side) of the semiconductor layer 120 than on the back electrode 170 side (−Z-axis direction side). Has been. More specifically, when the N-type region 124 is divided into the main surface 121 side (+ Z axis direction side) and the back electrode 170 side (−Z axis direction side), the main surface 121 side (+ Z axis direction side) The average donor concentration in the N-type region 124 is set to be higher than the average donor concentration in the N-type region 124 on the back electrode 170 side (−Z-axis direction side).

半導体装置10のショットキー電極190は、導電性を有し、半導体層120の主面121と接触し、半導体層120のN型領域124に対してショットキー接合している電極である。ショットキー電極190は、P型領域122とN型領域124とに跨って形成されている。ショットキー電極190は、半導体層120と接する層から順に、ニッケル(Ni)層と、パラジウム(Pd)層と、モリブデン層(Mo)とを備える。本実施形態において、ニッケル層の厚みは100nmであり、パラジウム層の厚みは100nmであり、モリブデン層の厚みは10nmである。なお、ショットキー電極190は、上記電極材に限らず、半導体層120のN型領域124に対してショットキー接合が得られる電極であればよい。ショットキー電極190の材料としては、例えば、パラジウム(Pd)やニッケル(Ni)、タングステン(W)が挙げられる。また、ショットキー電極190の上に、別の金属により形成された金属層を備えてもよい。   The Schottky electrode 190 of the semiconductor device 10 is an electrode that has conductivity, is in contact with the main surface 121 of the semiconductor layer 120, and is in Schottky junction with the N-type region 124 of the semiconductor layer 120. The Schottky electrode 190 is formed across the P-type region 122 and the N-type region 124. The Schottky electrode 190 includes a nickel (Ni) layer, a palladium (Pd) layer, and a molybdenum layer (Mo) in order from the layer in contact with the semiconductor layer 120. In this embodiment, the thickness of the nickel layer is 100 nm, the thickness of the palladium layer is 100 nm, and the thickness of the molybdenum layer is 10 nm. Note that the Schottky electrode 190 is not limited to the above electrode material, and may be any electrode that can obtain a Schottky junction with the N-type region 124 of the semiconductor layer 120. Examples of the material of the Schottky electrode 190 include palladium (Pd), nickel (Ni), and tungsten (W). Further, a metal layer formed of another metal may be provided on the Schottky electrode 190.

半導体装置10の裏面電極170は、基板110の−Z軸方向側にオーミック接合された電極である。裏面電極170は、基板110と接する層から順に、(i)チタン(Ti)を含む第1のチタン層と、(ii)アルミニウム(Al)を含むアルミニウム層と、(iii)チタン(Ti)を含む第2のチタン層と、(iv)窒化チタン(TiN)を含む窒化チタン層と、(v)チタン(Ti)を含む第3のチタン層と、(vi)銀(Ag)を含む銀層と、を備える。本実施形態において、半導体層120と接する層から順に、第1のチタン層の厚みは30nmであり、アルミニウム層の厚みは300nmであり、第2のチタン層の厚みは20nmであり、窒化チタン層の厚みは200nmであり、第3のチタン層の厚みは20nmであり、銀層の厚みは100nmである。なお、裏面電極170は、基板110に対してN型のオーミック接合が得られる電極であればよい。裏面電極170としては、例えば、(i)基板110側から順に、チタン(Ti)層と、ニッケル(Ni)層と、金(Au)と、を備えてもよく、(ii)基板110側から順に、チタン(Ti)層と、アルミニウム(Al)層と、を備えてもよい。   The back electrode 170 of the semiconductor device 10 is an electrode that is ohmic-bonded to the −Z-axis direction side of the substrate 110. The back electrode 170 includes, in order from the layer in contact with the substrate 110, (i) a first titanium layer containing titanium (Ti), (ii) an aluminum layer containing aluminum (Al), and (iii) titanium (Ti). A second titanium layer containing, (iv) a titanium nitride layer containing titanium nitride (TiN), (v) a third titanium layer containing titanium (Ti), and (vi) a silver layer containing silver (Ag) And comprising. In the present embodiment, in order from the layer in contact with the semiconductor layer 120, the thickness of the first titanium layer is 30 nm, the thickness of the aluminum layer is 300 nm, the thickness of the second titanium layer is 20 nm, and the titanium nitride layer The thickness of the third titanium layer is 200 nm, the thickness of the third titanium layer is 20 nm, and the thickness of the silver layer is 100 nm. The back electrode 170 may be any electrode that can obtain an N-type ohmic junction with respect to the substrate 110. The back electrode 170 may include, for example, (i) a titanium (Ti) layer, a nickel (Ni) layer, and gold (Au) in order from the substrate 110 side, and (ii) from the substrate 110 side. In order, a titanium (Ti) layer and an aluminum (Al) layer may be provided.

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、まず、製造者は、工程P110において、基板110の上に、窒化物半導体層である、主に窒化ガリウム(GaN)から半導体層120を形成する。本実施形態では、製造者は、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を実現するMOCVD装置を用いたエピタキシャル成長によって、基板110上に半導体層120を形成する。工程P110は、半導体層形成工程とも呼ぶ。本実施形態では、半導体層120は、ドナー濃度が1×1015cm−3から1×1017cm−3であるN型半導体層である。半導体層120のドナー濃度は、ドナー濃度が1×1015cm−3から5×1016cm−3とすることが好ましい。
A-2. FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing the semiconductor device 10. When manufacturing the semiconductor device 10, first, the manufacturer forms the semiconductor layer 120 from the gallium nitride (GaN), which is a nitride semiconductor layer, on the substrate 110 in Step P <b> 110. In this embodiment, the manufacturer forms the semiconductor layer 120 on the substrate 110 by epitaxial growth using an MOCVD apparatus that realizes a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. Process P110 is also referred to as a semiconductor layer formation process. In the present embodiment, the semiconductor layer 120 is an N type semiconductor layer having a donor concentration of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 . The donor concentration of the semiconductor layer 120 is preferably 1 × 10 15 cm −3 to 5 × 10 16 cm −3 .

半導体層形成工程(工程P110)の後、製造者は、工程P120において、開口部135を備えるスルー膜130を形成する。工程P120は、膜形成工程とも呼ぶ。工程P120は、スルー膜130を形成する工程(工程P122)と、スルー膜130に開口部135を形成する工程(工程P124)とを備える。   After the semiconductor layer formation process (process P110), the manufacturer forms the through film 130 including the opening 135 in the process P120. Process P120 is also referred to as a film formation process. The process P120 includes a process of forming the through film 130 (process P122) and a process of forming the opening 135 in the through film 130 (process P124).

まず、製造者は、工程P122において、スルー膜130を形成する。スルー膜130は、ケイ素(Si)を含む膜であり、ケイ素含有膜とも呼ぶ。スルー膜130は、酸化ケイ素(SiO)と窒化ケイ素(SiN)との少なくとも一つを含むことが好ましい。本実施形態において、スルー膜130の材料として、酸化ケイ素(SiO)を用いる。本実施形態において、スルー膜130は、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法により形成される。なお、スルー膜130の形成方法として、スパッタ法や原子層堆積(Atomic Layer Deposition:ALD)法を用いてもよい。 First, the manufacturer forms the through film 130 in the process P122. The through film 130 is a film containing silicon (Si) and is also referred to as a silicon-containing film. The through film 130 preferably includes at least one of silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiN). In the present embodiment, silicon oxide (SiO 2 ) is used as the material of the through film 130. In the present embodiment, the through film 130 is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. As a method for forming the through film 130, a sputtering method or an atomic layer deposition (ALD) method may be used.

図3は、スルー膜130が形成された状態を示す模式図である。スルー膜130は、後の工程で行うイオン注入において、スルー膜130中に含まれるN型不純物元素をノックオン効果により半導体層120に注入するために用いる。このため、スルー膜130の厚みは、1nm以上必要である。また、スルー膜130は、イオン注入を行なう際に、注入されるイオンが透過可能な厚みとする必要がある。このため、スルー膜130の厚みは、100nm以下とする。本実施形態において、スルー膜130の厚みは50nmである。ここで、スルー膜130は、半導体層へイオン注入がされることを防ぐために用いるイオン注入用マスクとは異なる。一般に用いられるイオン注入用マスクでは、イオン注入種がイオン注入マスク内に留まり、半導体層へイオン注入種が注入されることを防ぐ。一方、スルー膜130は、イオン注入種が半導体層120へ注入される程度の膜厚に設定されている。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the through film 130 is formed. The through film 130 is used for injecting an N-type impurity element contained in the through film 130 into the semiconductor layer 120 by a knock-on effect in ion implantation performed in a later step. For this reason, the thickness of the through film 130 is required to be 1 nm or more. Further, the through film 130 needs to have a thickness that allows the implanted ions to pass through when performing ion implantation. For this reason, the thickness of the through film 130 is 100 nm or less. In the present embodiment, the thickness of the through film 130 is 50 nm. Here, the through film 130 is different from an ion implantation mask used for preventing ion implantation into the semiconductor layer. In a commonly used ion implantation mask, the ion implantation species stays in the ion implantation mask and prevents the ion implantation species from being implanted into the semiconductor layer. On the other hand, the through film 130 is set to a thickness that allows ion implantation species to be implanted into the semiconductor layer 120.

次に、製造者は、工程P124において、スルー膜130に開口部135を形成する。具体的には、まず、製造者は、スルー膜130の上にフォトレジストを塗布した後、露光現像を行い、所定の形状にパターニングされたフォトレジスト膜140を形成する。   Next, the manufacturer forms the opening 135 in the through film 130 in the process P124. Specifically, first, the manufacturer applies a photoresist on the through film 130, and then performs exposure and development to form a photoresist film 140 patterned into a predetermined shape.

図4は、パターニングしたフォトレジスト膜140が形成された状態を示す模式図である。図4には、フォトレジスト膜140によって、スルー膜130を覆う部分とスルー膜130が露出する部分とが示されている。   FIG. 4 is a schematic view showing a state in which a patterned photoresist film 140 is formed. FIG. 4 shows a portion where the through film 130 is covered by the photoresist film 140 and a portion where the through film 130 is exposed.

その後、製造者は、フォトレジスト膜140の+Z軸方向の面およびスルー膜130が
露出している+Z軸方向の面に対してエッチングを行い、スルー膜130の開口部135を形成する。エッチングとして、RIE(Reactive Ion Etching)などによるドライエッチングを行ってもよく、また、BHF(Buffered Hydrogen Fluoride)やHF(Hydrofluoric acid)などによるウェットエッチングを行ってもよい。
Thereafter, the manufacturer performs etching on the surface in the + Z-axis direction of the photoresist film 140 and the surface in the + Z-axis direction where the through film 130 is exposed to form the opening 135 of the through film 130. As the etching, dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching) may be performed, or wet etching such as BHF (Buffered Hydrogen Fluoride) or HF (Hydrofluoric acid) may be performed.

図5は、スルー膜130の開口部135が形成された状態を示す模式図である。製造者が、フォトレジスト膜140を剥離液により剥離することにより、スルー膜130に開口部135を形成する工程(工程P124)が完了し、膜形成工程(工程P120)が完了する。   FIG. 5 is a schematic view showing a state in which the opening 135 of the through film 130 is formed. The manufacturer strips the photoresist film 140 with a stripping solution, thereby completing the process of forming the opening 135 in the through film 130 (process P124) and completing the film forming process (process P120).

なお、必要に応じて、素子分離領域などのイオン注入が不要な領域にイオン注入がされないようにするため、スルー膜130の上に、パターニングされたイオン注入用マスクを形成してもよい。イオン注入用マスクは、イオン注入種がイオン注入用マスクを透過できない程度の厚さで形成される。このため、イオン注入用マスクが形成されることにより、半導体層120に対してイオンが注入されない領域を形成することができる。イオン注入用マスクの膜厚は、スルー膜130の膜厚よりも大きい。一般に、イオン注入用マスクの膜厚は、イオン注入深さよりも大きく設定される。例えば、イオン注入深さが0.5μmの場合、イオン注入用マスクの膜厚は、イオン注入深さの2倍の1μmとすることができる。   If necessary, a patterned ion implantation mask may be formed on the through film 130 in order to prevent ion implantation from being performed in a region where ion implantation is unnecessary, such as an element isolation region. The ion implantation mask is formed with such a thickness that the ion implantation species cannot pass through the ion implantation mask. Therefore, by forming an ion implantation mask, a region where ions are not implanted into the semiconductor layer 120 can be formed. The film thickness of the ion implantation mask is larger than the film thickness of the through film 130. Generally, the film thickness of the ion implantation mask is set larger than the ion implantation depth. For example, when the ion implantation depth is 0.5 μm, the film thickness of the ion implantation mask can be 1 μm, which is twice the ion implantation depth.

膜形成工程(工程P120)の後、製造者は、工程P130において、スルー膜130上から、半導体層120にP型不純物をイオン注入する。工程P130は、イオン注入工程とも呼ぶ。   After the film formation process (process P120), the manufacturer ion-implants P-type impurities into the semiconductor layer 120 from above the through film 130 in process P130. Process P130 is also referred to as an ion implantation process.

図6は、イオン注入が行われている状態を示す模式図である。P型不純物としては、マグネシウム(Mg)またはベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)を用いることができる。本実施形態においては、P型不純物としてマグネシウム(Mg)を用いる。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which ion implantation is performed. As the P-type impurity, magnesium (Mg), beryllium (Be), or zinc (Zn) can be used. In this embodiment, magnesium (Mg) is used as the P-type impurity.

図6に示すように、スルー膜130の開口部135を介してイオン注入が行われている半導体層120の領域では、P型不純物であるマグネシウム(Mg)のみが半導体層120に注入される。一方、スルー膜130を介してイオン注入が行われている半導体層120の領域では、P型不純物であるマグネシウム(Mg)が半導体層120に注入されると共に、スルー膜130中のケイ素(Si)が半導体層120に注入される。スルー膜130中のケイ素(Si)が半導体層120に注入される理由としては、マグネシウム(Mg)がスルー膜130中のケイ素(Si)と衝突することにより、衝突されたケイ素(Si)がノックオン効果により半導体層120に注入されることが考えられる。ケイ素(Si)が半導体層120に注入される割合は、P型不純物であるマグネシウム(Mg)が半導体層120に注入される割合の10分の1から100分の1程度である。   As shown in FIG. 6, in the region of the semiconductor layer 120 where ion implantation is performed through the opening 135 of the through film 130, only magnesium (Mg) that is a P-type impurity is implanted into the semiconductor layer 120. On the other hand, in the region of the semiconductor layer 120 in which ions are implanted through the through film 130, magnesium (Mg), which is a P-type impurity, is implanted into the semiconductor layer 120 and silicon (Si) in the through film 130 is used. Is injected into the semiconductor layer 120. The reason why silicon (Si) in the through film 130 is injected into the semiconductor layer 120 is that magnesium (Mg) collides with silicon (Si) in the through film 130, so that the collided silicon (Si) is knocked on. It is conceivable that the semiconductor layer 120 is implanted due to the effect. The rate at which silicon (Si) is injected into the semiconductor layer 120 is about 1/10 to 1/100 of the rate at which magnesium (Mg), which is a P-type impurity, is injected into the semiconductor layer 120.

イオン注入工程(工程P130)において、スルー膜130を介してイオン注入が行われた半導体層120の一部には、P型領域122が形成される。一方、開口部135を介してイオン注入が行われた半導体層120の一部には、N型領域124が形成される。つまり、半導体層120の表層には、マグネシウム(Mg)とケイ素(Si)とがイオン注入されたN型領域124と、マグネシウム(Mg)のみがイオン注入されたP型領域122とが形成される。N型領域124は、スルー膜130からケイ素(Si)がイオン注入されているため、N型領域124の表層のケイ素(Si)濃度は、P型領域122の表層のケイ素(Si)濃度よりも高くなる。   In the ion implantation process (process P130), a P-type region 122 is formed in a part of the semiconductor layer 120 in which the ion implantation is performed through the through film 130. On the other hand, an N-type region 124 is formed in a part of the semiconductor layer 120 into which ions have been implanted through the opening 135. That is, in the surface layer of the semiconductor layer 120, an N-type region 124 into which magnesium (Mg) and silicon (Si) are ion-implanted and a P-type region 122 into which only magnesium (Mg) is ion-implanted are formed. . Since silicon (Si) is ion-implanted from the through film 130 in the N-type region 124, the silicon (Si) concentration in the surface layer of the N-type region 124 is higher than the silicon (Si) concentration in the surface layer of the P-type region 122. Get higher.

イオン注入工程(工程P130)の後、製造者は、工程P140において、スルー膜130を除去する。工程P140は、スルー膜除去工程とも呼ぶ。   After the ion implantation process (process P130), the manufacturer removes the through film 130 in process P140. Process P140 is also referred to as a through film removal process.

図7は、スルー膜130が除去された状態を示す模式図である。本実施形態において、ウェットエッチングによりスルー膜130が除去される。ウェットエッチングのエッチャントとしては、例えば、BHF(Buffered Hydrogen Fluoride)やHF(Hydrofluoric acid)を用いることができる。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which the through film 130 has been removed. In the present embodiment, the through film 130 is removed by wet etching. As an etchant for wet etching, for example, BHF (Buffered Hydrogen Fluoride) or HF (Hydrofluoric acid) can be used.

スルー膜除去工程(工程P140)の後、製造者は、工程P150において、N型領域124とP型領域122とを含む半導体層120を熱処理する。工程P150は、熱処理工程とも呼ぶ。この熱処理工程(工程P150)によって、イオン注入により半導体層120に注入された不純物を活性化することができる。つまり、熱処理工程により、注入された不純物を半導体層120内の適切な格子位置に移動させると同時に、イオン注入時に生じた半導体層120へのダメージを回復させることにより、ケイ素(Si)がドナーとなりマグネシウム(Mg)がアクセプタとなる。   After the through film removal step (step P140), the manufacturer heats the semiconductor layer 120 including the N-type region 124 and the P-type region 122 in step P150. Process P150 is also referred to as a heat treatment process. By this heat treatment process (process P150), impurities implanted into the semiconductor layer 120 by ion implantation can be activated. That is, by the heat treatment process, the implanted impurity is moved to an appropriate lattice position in the semiconductor layer 120, and at the same time, the damage to the semiconductor layer 120 generated at the time of ion implantation is recovered, so that silicon (Si) becomes a donor. Magnesium (Mg) is an acceptor.

熱処理温度は、不純物をより確実に活性化させる観点から、900℃以上とすることが好ましい。また、半導体層120から窒素(N)が抜けることを抑制する観点から、熱処理温度は1200℃以下が好ましく、熱処理はアンモニア(NH)を含む雰囲気下で行われることが好ましい。なお、熱処理工程(工程P150)の前に、予め、半導体層120の主面121に保護膜を形成することが好ましい。このようにすることにより、熱処理時において半導体層120の主面121が荒れることを抑制できる。保護膜の材料としては、例えば、窒化アルミニウム(AlN)を用いることができる。保護膜が形成されている場合、製造者は、熱処理後に保護膜を除去する。例えば、保護膜として窒化アルミニウム(AlN)が用いられる場合、製造者は、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)などを用いたウェットエッチングにより、保護膜を除去できる。 The heat treatment temperature is preferably 900 ° C. or higher from the viewpoint of activating impurities more reliably. In addition, from the viewpoint of suppressing nitrogen (N) from being released from the semiconductor layer 120, the heat treatment temperature is preferably 1200 ° C. or lower, and the heat treatment is preferably performed in an atmosphere containing ammonia (NH 3 ). Note that a protective film is preferably formed on the main surface 121 of the semiconductor layer 120 in advance before the heat treatment step (step P150). By doing in this way, it can suppress that the main surface 121 of the semiconductor layer 120 becomes rough at the time of heat processing. As a material for the protective film, for example, aluminum nitride (AlN) can be used. When the protective film is formed, the manufacturer removes the protective film after the heat treatment. For example, when aluminum nitride (AlN) is used as the protective film, the manufacturer can remove the protective film by wet etching using tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or the like.

熱処理工程(工程P150)の後、製造者は、工程P160において、半導体層120の主面121に、N型領域124とP型領域122とに跨って接触するN型ショットキー電極190を形成する。工程P160は、ショットキー電極形成工程とも呼ぶ。   After the heat treatment process (process P150), in step P160, the manufacturer forms the N-type Schottky electrode 190 that contacts the N-type region 124 and the P-type region 122 on the main surface 121 of the semiconductor layer 120. . Process P160 is also called a Schottky electrode formation process.

本実施形態では、製造者は、(i)半導体層120の上に、主にニッケル(Ni)によりニッケル層を形成し、(ii)ニッケル層の上に、主にパラジウム(Pd)によりパラジウム層を形成し、(iii)パラジウム層の上に、主にモリブデン(Mo)によりモリブデン層を形成する。本実施形態において、ショットキー電極190の形成には、蒸着法を用いるが、スパッタ法を用いてもよい。   In this embodiment, the manufacturer (i) forms a nickel layer mainly on nickel (Ni) on the semiconductor layer 120, and (ii) a palladium layer mainly on palladium (Pd) on the nickel layer. (Iii) A molybdenum layer is mainly formed of molybdenum (Mo) on the palladium layer. In this embodiment, the Schottky electrode 190 is formed by using a vapor deposition method, but a sputtering method may be used.

ショットキー電極形成工程(工程P160)の後、製造者は、工程P170において、基板110の−Z軸方向側の面に裏面電極170を形成する。工程P170は、裏面電極形成工程とも呼ぶ。   After the Schottky electrode formation process (process P160), the manufacturer forms the back electrode 170 on the surface on the −Z-axis direction side of the substrate 110 in process P170. Process P170 is also referred to as a back electrode forming process.

本実施形態では、製造者は、基板110の−Z軸方向側から順に、第1のチタン層と、アルミニウム層と、第2のチタン層と、窒化チタン層と、第3のチタン層と、銀層とを順次形成する。本実施形態において、裏面電極170の形成は、蒸着法を用いるが、スパッタ法を用いてもよい。   In this embodiment, the manufacturer, in order from the −Z-axis direction side of the substrate 110, the first titanium layer, the aluminum layer, the second titanium layer, the titanium nitride layer, the third titanium layer, A silver layer is sequentially formed. In the present embodiment, the back electrode 170 is formed using a vapor deposition method, but a sputtering method may be used.

これらの工程を経て、半導体装置10が完成する。   Through these steps, the semiconductor device 10 is completed.

本実施形態の半導体装置10の製造方法では、イオン注入工程(工程P130)により、半導体層120にP型領域122とN型領域124とを形成できる。以下、イオン注入工程(工程P130)により、半導体層120にP型領域122とN型領域124とを形成できるメカニズムについて詳述する。   In the method for manufacturing the semiconductor device 10 according to this embodiment, the P-type region 122 and the N-type region 124 can be formed in the semiconductor layer 120 by the ion implantation process (process P130). Hereinafter, the mechanism by which the P-type region 122 and the N-type region 124 can be formed in the semiconductor layer 120 by the ion implantation process (process P130) will be described in detail.

A−3.メカニズム
通常、ケイ素(Si)や炭化ケイ素(SiC)により形成された半導体層では、P型不純物の活性化率とN型不純物の活性化率とは同程度の割合となる。また、これらの活性化率はいずれも高い割合である。このため、スルー膜130の構成元素の一部がN型不純物であっても、このN型不純物が半導体層に注入される割合が、P型不純物が半導体層に注入される割合に対して、10分の1から100分の1程度であり低いので、スルー膜の構成元素がP型半導体領域形成にはほとんど影響を及ぼさない。
A-3. Mechanism Normally, in a semiconductor layer formed of silicon (Si) or silicon carbide (SiC), the activation rate of P-type impurities and the activation rate of N-type impurities are approximately the same. Moreover, all of these activation rates are a high ratio. For this reason, even if a part of the constituent elements of the through film 130 is an N-type impurity, the proportion of the N-type impurity implanted into the semiconductor layer is smaller than the proportion of the P-type impurity implanted into the semiconductor layer. Since it is about 1/10 to 1/100 and low, the constituent elements of the through film hardly affect the formation of the P-type semiconductor region.

一方、窒化ガリウム(GaN)により形成された半導体層におけるN型不純物の活性化率は、ケイ素(Si)や炭化ケイ素(SiC)により形成された半導体層における活性化率と同程度の割合(活性化率)であり、この割合は高い。しかし、特許文献1(特開2014−110310号公報)にも記載されているとおり、窒化ガリウム(GaN)により形成された半導体層におけるP型不純物の活性化率は、極めて低い。具体的には、イオン注入を用いる場合において、P型不純物の活性化率は、N型不純物の活性化率に対して100分の1から200分の1程度である。つまり、イオン注入を用いた場合、窒化ガリウム(GaN)により形成された半導体層にN型不純物が及ぼす影響は、極めて大きい。つまり、スルー膜130の構成元素にN型不純物が含まれていた場合、P型不純物をイオン注入していても、スルー膜130からノックオン効果により半導体層120に注入されたN型不純物の影響により意図せずN型領域が形成されてしまうことが起きる。   On the other hand, the activation rate of N-type impurities in the semiconductor layer formed of gallium nitride (GaN) is approximately the same as the activation rate of the semiconductor layer formed of silicon (Si) or silicon carbide (SiC) (activity This ratio is high. However, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2014-110310), the activation rate of P-type impurities in a semiconductor layer formed of gallium nitride (GaN) is extremely low. Specifically, when ion implantation is used, the activation rate of the P-type impurity is about 1/100 to 1/200 of the activation rate of the N-type impurity. That is, when ion implantation is used, the influence of N-type impurities on a semiconductor layer formed of gallium nitride (GaN) is extremely large. That is, when an N-type impurity is included in the constituent element of the through film 130, even if the P-type impurity is ion-implanted, the N-type impurity is injected from the through film 130 into the semiconductor layer 120 by the knock-on effect. An N-type region may be formed unintentionally.

A−4.試験結果
図8は、メカニズムを裏付ける評価試験の結果を示す図である。評価試験には、以下の試料を用いた。具体的には、試験者は、まず、基板110に厚さ3μmとした半導体層120をエピタキシャル成長により形成した。半導体層120のドナー濃度は5×1015cm−3以下である。次に、試験者は、半導体層120の表面に、スルー膜130として酸化ケイ素(SiO)膜を30nmの厚みで形成した。そして、試験者は、半導体層120へスルー膜130を介してイオン注入を行った。イオン注入の条件を以下に示す。
A-4. Test Results FIG. 8 is a diagram showing the results of an evaluation test that supports the mechanism. The following samples were used for the evaluation test. Specifically, the tester first formed a semiconductor layer 120 with a thickness of 3 μm on the substrate 110 by epitaxial growth. The donor concentration of the semiconductor layer 120 is 5 × 10 15 cm −3 or less. Next, the tester formed a silicon oxide (SiO 2 ) film with a thickness of 30 nm as the through film 130 on the surface of the semiconductor layer 120. Then, the tester performed ion implantation into the semiconductor layer 120 through the through film 130. The conditions for ion implantation are shown below.

イオン注入のイオン種としては、24Mgを用いた。イオンを注入する角度は、半導体層120の表面である(0001)面に対して垂直から7°傾けた角度とした。イオン注入は、以下の条件で3回実施した。3回行った理由は、半導体層120とスルー膜130との界面から深さ0.2μmまでの領域において、マグネシウム(Mg)の濃度を5.0×1019cm−3程度で均一となるように調整したためである。
・イオン注入1回目
注入エネルギー:200keV、ドーズ量:1.4×1015cm−2
・イオン注入2回目
注入エネルギー:80keV、ドーズ量:4.5×1014cm−2
・イオン注入3回目
注入エネルギー:20keV、ドーズ量:1.5×1015cm−2
24 Mg + was used as an ion species for ion implantation. The angle at which ions were implanted was an angle inclined by 7 ° from the perpendicular to the (0001) plane that is the surface of the semiconductor layer 120. Ion implantation was performed three times under the following conditions. The reason for performing it three times is that the concentration of magnesium (Mg) is uniform at about 5.0 × 10 19 cm −3 in the region from the interface between the semiconductor layer 120 and the through film 130 to a depth of 0.2 μm. This is because of the adjustment.
Ion implantation first implantation energy: 200 keV, dose: 1.4 × 10 15 cm −2
Ion implantation second implantation energy: 80 keV, dose: 4.5 × 10 14 cm −2
Ion implantation third implantation energy: 20 keV, dose: 1.5 × 10 15 cm −2

図8は、この試料の半導体層120における不純物濃度を二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry:SIMS)により測定した結果を示す。図8において、横軸は半導体層120の−Z軸方向の深さ(μm)を示し、縦軸はケイ素(Si)およびマグネシウム(Mg)の濃度(cm−3)を示す。深さ0μmは、半導体層120とスルー膜130との界面である。 FIG. 8 shows the result of measuring the impurity concentration in the semiconductor layer 120 of this sample by secondary ion mass spectrometry (SIMS). In FIG. 8, the horizontal axis indicates the depth (μm) of the semiconductor layer 120 in the −Z-axis direction, and the vertical axis indicates the concentration (cm −3 ) of silicon (Si) and magnesium (Mg). The depth of 0 μm is the interface between the semiconductor layer 120 and the through film 130.

図8に示すように、N型不純物であるケイ素(Si)の濃度は、深さ0μm(半導体層120の主面121)では約1×1020cm−3であり、深さ0.2μmでは約1.5×1017cm−3である。一方、P型不純物であるマグネシウム(Mg)の濃度は、深さが0μm(半導体層120の主面121)では約4×1019cm−3であり、深さが0.2μmでは約3.0×1019cm−3である。 As shown in FIG. 8, the concentration of silicon (Si), which is an N-type impurity, is about 1 × 10 20 cm −3 at a depth of 0 μm (the main surface 121 of the semiconductor layer 120), and at a depth of 0.2 μm. About 1.5 × 10 17 cm −3 . On the other hand, the concentration of magnesium (Mg), which is a P-type impurity, is about 4 × 10 19 cm −3 at a depth of 0 μm (the main surface 121 of the semiconductor layer 120) and about 3.times. At a depth of 0.2 μm. It is 0 * 10 < 19 > cm <-3> .

図8の結果から、以下のことが分かる。つまり、マグネシウム(Mg)のイオン注入時の活性化率(0.5%)を考慮すると、ホール濃度は、深さ0μmでは2×1017cm−3、深さ0.2μmでは1.5×1017cm−3となる。一方、ケイ素(Si)の活性化率は90%以上であることから、電子濃度は、深さ0μmで約1×1020cm−3、深さ0.2μmで約1.5×1017cm−3となる。以上から、深さ0μmから約0.2μmまでは電子濃度がホール濃度以上となっており、N型領域が形成されているのがわかる。つまり、スルー膜130を介してマグネシウム(Mg)のイオン注入を行うと、深さ0.2μmまでの表層にはP型領域ではなくN型領域が形成される。 The following can be understood from the result of FIG. That is, considering the activation rate (0.5%) during ion implantation of magnesium (Mg), the hole concentration is 2 × 10 17 cm −3 at a depth of 0 μm and 1.5 × at a depth of 0.2 μm. 10 17 cm −3 . On the other hand, since the activation rate of silicon (Si) is 90% or more, the electron concentration is about 1 × 10 20 cm −3 at a depth of 0 μm and about 1.5 × 10 17 cm at a depth of 0.2 μm. -3 . From the above, it can be seen that from the depth of 0 μm to about 0.2 μm, the electron concentration is higher than the hole concentration, and an N-type region is formed. That is, when magnesium (Mg) ions are implanted through the through film 130, an N-type region is formed in the surface layer up to a depth of 0.2 μm, not a P-type region.

本実施形態の半導体装置10の製造方法では、イオン注入工程(工程P130)において、開口部135を備えるスルー膜130上から、半導体層120にイオン注入を行う。このため、スルー膜130の開口部135の直下の半導体層120の領域にはマグネシウム(Mg)によるP型領域122が形成され、また、スルー膜130の直下の半導体層120の領域にはケイ素(Si)によるN型領域124が形成されることが分かる。   In the method for manufacturing the semiconductor device 10 according to this embodiment, in the ion implantation process (process P130), ions are implanted into the semiconductor layer 120 from the through film 130 including the opening 135. Therefore, a P-type region 122 made of magnesium (Mg) is formed in the region of the semiconductor layer 120 immediately below the opening 135 of the through film 130, and silicon (Mg) is formed in the region of the semiconductor layer 120 directly below the through film 130. It can be seen that an N-type region 124 of Si) is formed.

本製法を用いて作製した図1に示すMPSダイオードにおけるA−A断面及びB−B断面における濃度分布を図9及び図10に示す。   FIG. 9 and FIG. 10 show the concentration distribution in the AA cross section and the BB cross section in the MPS diode shown in FIG. 1 manufactured by using this manufacturing method.

図9は、図1のA−A断面のうち、N型領域124を含む半導体層120の断面のキャリアに関する濃度を示す図である。図9の横軸は、半導体層120の−Z軸方向の深さ(μm)を示す。深さ0μmは、半導体層120とショットキー電極190との界面である。図9(A)の縦軸は対数表示であり、不純物濃度を示し、図9(B)の縦軸は、電子濃度及びホール濃度を示し、図9(C)の縦軸は、キャリア濃度を示す。   FIG. 9 is a diagram showing the carrier concentration in the cross section of the semiconductor layer 120 including the N-type region 124 in the AA cross section of FIG. The horizontal axis in FIG. 9 indicates the depth (μm) of the semiconductor layer 120 in the −Z-axis direction. The depth of 0 μm is the interface between the semiconductor layer 120 and the Schottky electrode 190. The vertical axis in FIG. 9A is a logarithmic display and indicates impurity concentration, the vertical axis in FIG. 9B indicates electron concentration and hole concentration, and the vertical axis in FIG. 9C indicates carrier concentration. Show.

図9(A)では、マグネシウム(Mg)の濃度を破線で示し、ケイ素(Si)の濃度を実線で示す。図9(A)に示すように、半導体層120内のケイ素(Si)の濃度は、ショットキー電極190との界面(深さ0付近)では高く、深さが深くなるに従い低くなり、その後、略一定となる。換言すると、半導体層120内のケイ素(Si)の濃度は、ショットキー電極側(+Z軸方向側)から裏面電極側(−Z軸方向側)に向かって、次第に低くなり、その後、略一定となる。ここで、「濃度が略一定」とは、濃度が±10倍以内であることを示す。   In FIG. 9A, the concentration of magnesium (Mg) is indicated by a broken line, and the concentration of silicon (Si) is indicated by a solid line. As shown in FIG. 9A, the concentration of silicon (Si) in the semiconductor layer 120 is high at the interface with the Schottky electrode 190 (near depth 0), and decreases as the depth increases. It becomes almost constant. In other words, the concentration of silicon (Si) in the semiconductor layer 120 gradually decreases from the Schottky electrode side (+ Z-axis direction side) toward the back electrode side (−Z-axis direction side), and then becomes substantially constant. Become. Here, “concentration is substantially constant” indicates that the concentration is within ± 10 times.

本実施形態では、図9(A)に示すように、ケイ素(Si)の濃度は、深さが深くなるに従い次第に低くなる。しかし、これに代えて、深さが深くなるにつれて段階的にケイ素(Si)の濃度を低くしてもよい。なお、本実施形態では、図9(A)に示すように、深さが深くなるにつれてドナーであるケイ素(Si)の濃度が高くなる領域はない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 9A, the concentration of silicon (Si) gradually decreases as the depth increases. However, instead of this, the concentration of silicon (Si) may be lowered step by step as the depth increases. In this embodiment, as shown in FIG. 9A, there is no region where the concentration of silicon (Si) as a donor increases as the depth increases.

図9(A)に示すように、本実施形態におけるN型領域124のケイ素(Si)の濃度分布として、N型領域124を主面121側(+Z軸方向側)と裏面電極170側(−Z軸方向側)に2分した場合、界面側の平均ドナー濃度は、裏面電極170側の平均ドナー濃度よりも高い。このような濃度分布とすることにより、裏面電極170側のN型領域124において空乏層が広がりやすくなり、この結果として、半導体層120とショットキー電極190とのショットキー接合が保護されることとなる。   As shown in FIG. 9A, as the silicon (Si) concentration distribution in the N-type region 124 in this embodiment, the N-type region 124 is divided into the main surface 121 side (+ Z-axis direction side) and the back electrode 170 side (− When it is divided into two (Z-axis direction side), the average donor concentration on the interface side is higher than the average donor concentration on the back electrode 170 side. With such a concentration distribution, the depletion layer easily spreads in the N-type region 124 on the back electrode 170 side, and as a result, the Schottky junction between the semiconductor layer 120 and the Schottky electrode 190 is protected. Become.

なお、図9(C)では、裏面電極170側のN型領域124におけるN型キャリア濃度と、N型領域124に対し裏面電極170方向の半導体層120の領域(以下、N型領域下の半導体領域と呼ぶ)におけるN型キャリア濃度とが略同一である場合を示している。しかし、裏面電極170側近傍のN型領域124における電子濃度が、N型領域124内のホール濃度に近づく場合、裏面電極170側近傍のN型領域124では、N型領域下の半導体領域におけるN型キャリア濃度よりも低い領域が部分的に形成される。この場合、空乏層は、裏面電極170側のN型領域124からN型領域下の半導体領域に向かって半導体層120内に広がるよりも、裏面電極170近傍のN型領域124内で選択的に広がることとなる。このため、半導体層120とショットキー電極190とのショットキー接合がより保護されることとなり、好ましい。   9C, the N-type carrier concentration in the N-type region 124 on the back electrode 170 side and the region of the semiconductor layer 120 in the direction of the back electrode 170 with respect to the N-type region 124 (hereinafter referred to as a semiconductor under the N-type region). This shows a case where the N-type carrier concentration in the region is substantially the same. However, when the electron concentration in the N-type region 124 in the vicinity of the back electrode 170 side approaches the hole concentration in the N-type region 124, the N-type region 124 in the vicinity of the back electrode 170 side has N in the semiconductor region under the N-type region. A region lower than the mold carrier concentration is partially formed. In this case, the depletion layer is selectively within the N-type region 124 in the vicinity of the back electrode 170, rather than spreading into the semiconductor layer 120 from the N-type region 124 on the back electrode 170 side toward the semiconductor region below the N-type region. Will spread. For this reason, the Schottky junction between the semiconductor layer 120 and the Schottky electrode 190 is further protected, which is preferable.

図9(A)には、マグネシウム(Mg)の濃度分布についても示している。N型領域124において、マグネシウム(Mg)のほうがケイ素(Si)よりも高い濃度で存在している。しかし、マグネシウム(Mg)の活性化率は0.5%程度であるが、ケイ素(Si)の活性化率は90%以上である。このため、図9(B)に示すように、N型領域124において、実線で図示する電子濃度のほうが、破線で図示するホール濃度よりも高くなる。なお、図9(C)に、電子とホールとの電荷補償の結果得られたキャリア濃度の分布を示す。図9(C)に示すように、N型領域124と、N型領域下の半導体領域とは、N型のキャリア領域となる。   FIG. 9A also shows the concentration distribution of magnesium (Mg). In the N-type region 124, magnesium (Mg) is present at a higher concentration than silicon (Si). However, the activation rate of magnesium (Mg) is about 0.5%, but the activation rate of silicon (Si) is 90% or more. For this reason, as shown in FIG. 9B, in the N-type region 124, the electron concentration shown by the solid line is higher than the hole concentration shown by the broken line. FIG. 9C shows a carrier concentration distribution obtained as a result of charge compensation between electrons and holes. As shown in FIG. 9C, the N-type region 124 and the semiconductor region under the N-type region are N-type carrier regions.

図10は、図1のB−B断面のうち、P型領域122を含む半導体層120の断面のキャリアに関する濃度を示す図である。図10の横軸は、半導体層120の−Z軸方向の深さ(μm)を示す。深さ0μmは、半導体層120とショットキー電極190との界面である。図10の縦軸は対数表示であり、図10(A)の縦軸は不純物濃度を示し、図10(B)の縦軸は電子濃度及びホール濃度を示す。   FIG. 10 is a diagram showing the carrier concentration in the cross section of the semiconductor layer 120 including the P-type region 122 in the BB cross section of FIG. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the depth (μm) of the semiconductor layer 120 in the −Z-axis direction. The depth of 0 μm is the interface between the semiconductor layer 120 and the Schottky electrode 190. The vertical axis in FIG. 10 is logarithmic display, the vertical axis in FIG. 10A indicates the impurity concentration, and the vertical axis in FIG. 10B indicates the electron concentration and the hole concentration.

上述の通り、N型領域124は、スルー膜130を介してイオン注入が行われるため、N型領域124には、マグネシウム(Mg)とケイ素(Si)とが注入されている。一方、P型領域122は開口部135を介してイオン注入が行われるため、P型領域122にはマグネシウム(Mg)のみが注入される。このため、図10(A)に示すように、P型領域122では、破線で図示するマグネシウム(Mg)濃度分布となり、ケイ素(Si)は実線で図示するようにほとんど存在しない。活性化率を考慮して電子濃度及びホール濃度を計算すると、図10(B)のようになる。図10(B)からわかるように、P型領域122にはホールが電子よりも多く存在しており、P型キャリアの領域が形成される。   As described above, since the N-type region 124 is ion-implanted through the through film 130, magnesium (Mg) and silicon (Si) are implanted into the N-type region 124. On the other hand, since ions are implanted into the P-type region 122 through the opening 135, only magnesium (Mg) is implanted into the P-type region 122. For this reason, as shown in FIG. 10A, in the P-type region 122, the magnesium (Mg) concentration distribution illustrated by a broken line is present, and silicon (Si) hardly exists as illustrated by a solid line. When the electron concentration and hole concentration are calculated in consideration of the activation rate, FIG. 10B is obtained. As can be seen from FIG. 10B, the P-type region 122 has more holes than electrons, and a P-type carrier region is formed.

A−5.本実施形態における効果
従来の製造方法である特許文献1(特開2014−110310号公報)に記載の製造方法は、(i)n型窒化ガリウム層上にp型エピタキシャル層を形成する工程と、(ii)酸化ケイ素(SiO2)等からなるマスクをパターニングしてp型エピタキシャル層上に形成する工程と、(iii)マスクをイオン注入マスクとして、p型エピタキシャル層にn型不純物をイオン注入する工程と、を備える。
A-5. Effects in the present embodiment A manufacturing method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2014-110310), which is a conventional manufacturing method, includes (i) a step of forming a p-type epitaxial layer on an n-type gallium nitride layer, (Ii) a step of patterning a mask made of silicon oxide (SiO 2) or the like to form on the p-type epitaxial layer; and (iii) a step of ion-implanting n-type impurities into the p-type epitaxial layer using the mask as an ion implantation mask. And comprising.

しかし、本実施形態の半導体装置10の製造方法では、イオン注入工程(工程P130)により、半導体層120にP型領域122とN型領域124とを同時に形成できる。このため、本実施形態の半導体装置10の製造方法では、特許文献1(特開2014−110310号公報)に記載の製造方法と比較して、上記工程(i)を経ずに、MPSダイオードを製造することができる。このため、本実施形態の半導体装置10の製造方法によれば、従来の製造方法よりも工程を減らすことができる。   However, in the method for manufacturing the semiconductor device 10 of the present embodiment, the P-type region 122 and the N-type region 124 can be simultaneously formed in the semiconductor layer 120 by the ion implantation process (process P130). For this reason, in the manufacturing method of the semiconductor device 10 of this embodiment, compared with the manufacturing method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-110310), the MPS diode is not used without the step (i). Can be manufactured. For this reason, according to the manufacturing method of the semiconductor device 10 of this embodiment, a process can be reduced rather than the conventional manufacturing method.

また、本実施形態におけるN型領域124のケイ素(Si)の濃度分布として、N型領域124を主面121側(+Z軸方向側)と裏面電極170側(−Z軸方向側)に2分した場合、界面側の平均ドナー濃度は、裏面電極170側の平均ドナー濃度よりも高い。このような濃度分布とすることにより、順方向バイアス印加時においては、立ち上がり電圧を低減できるため、電力変換装置としての効率を向上させることができる。一方、逆方向バイアス印加時においては、耐圧を向上させることができる。以下、このメカニズムを説明する。   Further, as the silicon (Si) concentration distribution in the N-type region 124 in this embodiment, the N-type region 124 is divided into two parts on the main surface 121 side (+ Z axis direction side) and the back electrode 170 side (−Z axis direction side). In this case, the average donor concentration on the interface side is higher than the average donor concentration on the back electrode 170 side. By using such a concentration distribution, the rising voltage can be reduced when a forward bias is applied, so that the efficiency of the power converter can be improved. On the other hand, the withstand voltage can be improved during reverse bias application. Hereinafter, this mechanism will be described.

図11及び図12は、順方向バイアス印加時の効果を説明する図である。一般に、順方向バイアス印加時のMPSダイオードでは、PN接合と比較してショットキー接合の立ち上がり電圧のほうが低い。このため、順方向バイアス印加時の効果については、ショットキー接合に着目して以下に説明する。   FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams for explaining the effect at the time of forward bias application. Generally, in the MPS diode when forward bias is applied, the rising voltage of the Schottky junction is lower than that of the PN junction. For this reason, the effect of applying a forward bias will be described below with a focus on the Schottky junction.

図11は、図1のA−A断面のうち、N型領域124を含む半導体層120とショットキー電極190とにおけるEc(伝導帯下端のエネルギー)のプロファイルを示す。N型領域124が一様なドナー濃度分布である場合、Ecは破線のようになる。一方、本実施形態では、N型領域124を主面121側(+Z軸方向側)と裏面電極170側(−Z軸方向側)に2分した場合、主面121側の平均ドナー濃度は、裏面電極170側の平均ドナー濃度よりも高い。このため、本実施形態の場合、Ecは一点鎖線のようになる。つまり、破線の場合と比較して、ショットキーバリア幅が減少し、特に、ショットキーバリアの上部においてショットキーバリア幅が顕著に減少する。このため、本実施形態によれば、実効上におけるショットキーバリア高さφを減少させることができる。この結果として、順方向バイアス印加時における立ち上がり電圧を低減できる。なお、N型領域124を一様に高いドナー濃度分布にすると、実線のような伝導帯(Ec)となり、この場合についてもショットキーバリア幅が減少する。しかし、この場合は、後述するように、逆方向バイアス時に空乏層が広がらず、耐圧が低下してしまうという課題が生じる。 FIG. 11 shows a profile of Ec (energy at the bottom of the conduction band) in the semiconductor layer 120 including the N-type region 124 and the Schottky electrode 190 in the AA cross section of FIG. When the N-type region 124 has a uniform donor concentration distribution, Ec becomes a broken line. On the other hand, in this embodiment, when the N-type region 124 is divided into the main surface 121 side (+ Z axis direction side) and the back electrode 170 side (−Z axis direction side), the average donor concentration on the main surface 121 side is It is higher than the average donor concentration on the back electrode 170 side. For this reason, in the case of this embodiment, Ec becomes like a dashed-dotted line. That is, the Schottky barrier width is reduced as compared with the case of the broken line, and in particular, the Schottky barrier width is significantly reduced above the Schottky barrier. Therefore, according to this embodiment, it is possible to reduce the Schottky barrier height phi B on effective. As a result, the rising voltage during forward bias application can be reduced. If the N-type region 124 has a uniformly high donor concentration distribution, a conduction band (Ec) as shown by a solid line is formed, and the Schottky barrier width also decreases in this case. However, in this case, as will be described later, there arises a problem that the depletion layer does not spread at the time of reverse bias and the breakdown voltage is lowered.

図12は、電流電圧特性を示す図である。横軸は電圧Vを示し、縦軸は電流Iを示す。なお、横軸の+側が順方向バイアスを示す。破線は、P型領域122が一様なドナー濃度分布(図11における破線)である場合を示し、実線は、本実施形態(図11における一点鎖線)の場合を示す。図12から、P型領域122が一様なドナー濃度分布である場合と比較し、本実施形態の場合のほうが順方向バイアス印加時の立ち上がり電圧が低いことが分かる。つまり、インバーターに本実施形態のダイオードを用いた場合、電力損失をより減少させることができる。   FIG. 12 is a diagram showing current-voltage characteristics. The horizontal axis indicates the voltage V, and the vertical axis indicates the current I. The + side of the horizontal axis indicates the forward bias. A broken line indicates a case where the P-type region 122 has a uniform donor concentration distribution (broken line in FIG. 11), and a solid line indicates a case of the present embodiment (dashed line in FIG. 11). From FIG. 12, it can be seen that the rising voltage at the time of forward bias application is lower in this embodiment than in the case where the P-type region 122 has a uniform donor concentration distribution. That is, when the diode of this embodiment is used for an inverter, power loss can be further reduced.

図13は、逆方向バイアス印加時の効果を説明する模式図である。図13(A)は、本実施形態の半導体装置10の模式図であり、図13(B)及び(C)は、図13(A)に示す領域Tにおける空乏層の広がりを示す。図中の実線LがP型半導体からN型半導体に向かって広がる空乏層の広がりを示している。図13(C)は、N型領域124が一様なドナー濃度分布である場合を示し、図13(B)は、本実施形態の場合を示す。本実施形態の場合は、N型領域124を主面121側(+Z軸方向側)と裏面電極170側(−Z軸方向側)に2分した場合、主面121側の平均ドナー濃度は、裏面電極170側の平均ドナー濃度よりも高い。このため、裏面電極170側のN型領域124では、ドナー濃度が低く、空乏層がより低い電圧で広がる。その結果、図13(B)に示すように、N型領域124とショットキー電極190との間に形成されるショットキー接合を空乏層で覆う形となり、ショットキー接合が効果的に空乏層により保護される。   FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the effect when a reverse bias is applied. FIG. 13A is a schematic diagram of the semiconductor device 10 of this embodiment, and FIGS. 13B and 13C show the spread of the depletion layer in the region T shown in FIG. A solid line L in the figure indicates the spread of the depletion layer extending from the P-type semiconductor toward the N-type semiconductor. FIG. 13C shows the case where the N-type region 124 has a uniform donor concentration distribution, and FIG. 13B shows the case of this embodiment. In the case of this embodiment, when the N-type region 124 is divided into the main surface 121 side (+ Z-axis direction side) and the back electrode 170 side (−Z-axis direction side), the average donor concentration on the main surface 121 side is It is higher than the average donor concentration on the back electrode 170 side. For this reason, in the N-type region 124 on the back electrode 170 side, the donor concentration is low and the depletion layer spreads at a lower voltage. As a result, as shown in FIG. 13B, the Schottky junction formed between the N-type region 124 and the Schottky electrode 190 is covered with a depletion layer, and the Schottky junction is effectively formed by the depletion layer. Protected.

特に、本実施形態では、N型領域124において、−Z軸方向側に進むに従ってドナーであるケイ素(Si)の濃度が増加する領域はないため、バイアス印加時に空乏層が円滑かつ均一に広がることができる。そして、ショットキー接合が効果的に空乏層により保護されることとなる。この結果、ショットキー接合がより効果的に空乏層により保護される。このため、逆方向バイアス印加時においては、耐圧を向上させることができる。なお、半導体層120のドナー濃度と比較して、N型領域124のドナー濃度を一律に高濃度とした場合、逆方向バイアス印加時に、空乏層が広がりにくくなり、ショットキー接合を空乏層で保護できなくなり、耐圧が低下してしまう。このため、本実施形態のように、N型領域124を主面121側(+Z軸方向側)と裏面電極170側(−Z軸方向側)に2分した場合、主面121側の平均ドナー濃度を、裏面電極170側の平均ドナー濃度よりも高くすることが好ましい。   In particular, in the present embodiment, in the N-type region 124, there is no region in which the concentration of silicon (Si) as a donor increases as it progresses toward the −Z axis direction side, so that the depletion layer spreads smoothly and uniformly when a bias is applied. Can do. The Schottky junction is effectively protected by the depletion layer. As a result, the Schottky junction is more effectively protected by the depletion layer. For this reason, the withstand voltage can be improved when the reverse bias is applied. In addition, when the donor concentration of the N-type region 124 is uniformly high compared to the donor concentration of the semiconductor layer 120, the depletion layer is difficult to spread when a reverse bias is applied, and the Schottky junction is protected by the depletion layer. It becomes impossible and a pressure | voltage resistance will fall. For this reason, when the N-type region 124 is divided into the main surface 121 side (+ Z-axis direction side) and the back electrode 170 side (−Z-axis direction side) as in the present embodiment, the average donor on the main surface 121 side. The concentration is preferably higher than the average donor concentration on the back electrode 170 side.

一方、図13(C)に示すように、N型領域124が一様なドナー濃度分布である場合、空乏層は全体的に一定な幅で広がることとなる。この結果として、ショットキー接合が空乏層により保護されるまでには、大きな逆方向バイアスを印加する必要がある。このため、P型領域122が一様なドナー濃度分布である場合と比較して、本実施形態のほうが、ショットキー接合が空乏層により保護され、耐圧を向上させることができる。なお、P型領域122が一様なドナー濃度分布である場合の電流電圧特性は、図12の破線のようになる。P型領域122が一様なドナー濃度分布である場合と比較して、本実施形態のほうが、耐圧を向上させることができることが、図12からも分かる。   On the other hand, as shown in FIG. 13C, when the N-type region 124 has a uniform donor concentration distribution, the depletion layer spreads with a constant width as a whole. As a result, a large reverse bias must be applied before the Schottky junction is protected by the depletion layer. Therefore, compared to the case where the P-type region 122 has a uniform donor concentration distribution, the Schottky junction is protected by the depletion layer in this embodiment, and the breakdown voltage can be improved. The current-voltage characteristic when the P-type region 122 has a uniform donor concentration distribution is as shown by the broken line in FIG. It can also be seen from FIG. 12 that the breakdown voltage can be improved in this embodiment compared to the case where the P-type region 122 has a uniform donor concentration distribution.

B.第2実施形態
図14は、第2実施形態における半導体装置10Aの構成を模式的に示す断面図である。第1実施形態における半導体装置10では、X軸方向の端部にN型領域124を配しているが、第2実施形態における半導体装置10Aでは、X軸方向の端部にP型領域122を配している点が異なるが、それ以外は同じである。
B. Second Embodiment FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device 10A in a second embodiment. In the semiconductor device 10 according to the first embodiment, the N-type region 124 is arranged at the end in the X-axis direction. However, in the semiconductor device 10A according to the second embodiment, the P-type region 122 is provided at the end in the X-axis direction. The points are different, but the rest is the same.

また、本実施形態において、半導体装置10Aは、P型領域122を4個、N型領域124を3個配しているが、これらの個数は、いくつでもよい。   In the present embodiment, the semiconductor device 10A has four P-type regions 122 and three N-type regions 124, but any number of these may be used.

本実施形態によれば、X軸方向の端部にP型領域122を配しているため、半導体装置10AのX軸方向の端部に近いN型領域124においても、空乏層で保護されることとなる。このため、半導体装置10AのX軸方向の端部においても耐圧を向上させることができる。   According to the present embodiment, since the P-type region 122 is arranged at the end portion in the X-axis direction, the N-type region 124 close to the end portion in the X-axis direction of the semiconductor device 10A is protected by the depletion layer. It will be. For this reason, it is possible to improve the breakdown voltage at the end of the semiconductor device 10A in the X-axis direction.

C.第3実施形態
図15は、第3実施形態における半導体装置10Bの構成を模式的に示す断面図である。第3実施形態における半導体装置10Bは、第2実施形態における半導体装置10Aでと比較して、フィールドプレート構造を採用している点が異なる。具体的には、半導体装置10BのX軸方向の端部におけるP型領域122と半導体層120とのPN接合界面の端部が絶縁膜150を介して、フィールドプレート電極160が形成されている。本実施形態において、絶縁膜150は酸化ケイ素(SiO)により形成されており、フィールドプレート電極160はアルミニウム(Al)により形成されている。
C. Third Embodiment FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device 10B in a third embodiment. The semiconductor device 10B in the third embodiment is different from the semiconductor device 10A in the second embodiment in that a field plate structure is adopted. Specifically, a field plate electrode 160 is formed at the end of the PN junction interface between the P-type region 122 and the semiconductor layer 120 at the end in the X-axis direction of the semiconductor device 10B via the insulating film 150. In the present embodiment, the insulating film 150 is made of silicon oxide (SiO 2 ), and the field plate electrode 160 is made of aluminum (Al).

本実施形態によれば、PN接合界面の端部における電界集中を抑制できるため、半導体装置10AのX軸方向の端部においても耐圧を向上させることができる。なお、絶縁膜150の材料としては、例えば、窒化珪素(SiN)や酸化アルミニウム(Al)を用いてもよく、フィールドプレート電極160の材料としては、例えば、アルミニウムケイ素(AlSi)やアルミニウムケイ素銅(AlSiCu)、銅(Cu)を用いてもよい。 According to the present embodiment, since electric field concentration at the end of the PN junction interface can be suppressed, the breakdown voltage can also be improved at the end in the X-axis direction of the semiconductor device 10A. For example, silicon nitride (SiN) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) may be used as the material of the insulating film 150, and examples of the material of the field plate electrode 160 include aluminum silicon (AlSi) or aluminum. Silicon copper (AlSiCu) or copper (Cu) may be used.

D.その他の実施形態
本発明は、上述の実施形態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。
D. Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

上述の実施形態において、ショットキー電極190は、半導体層120と接する層から順に、ニッケル(Ni)層と、パラジウム(Pd)層と、モリブデン層(Mo)とを備える。しかし、本発明はこれに限られない。ショットキー電極190は、例えば、半導体層120と接する層から順に、(i)パラジウム(Pd)層と、金(Au)層とを備えていてもよく、(ii)ニッケル(Ni)層と、金(Au)層とを備えていてもよい。また、ショットキー電極190は、パラジウム(Pd)層のみとしてもよく、ニッケル(Ni)層のみとしてもよく、タングステン(W)層のみとしてもよい。   In the above-described embodiment, the Schottky electrode 190 includes a nickel (Ni) layer, a palladium (Pd) layer, and a molybdenum layer (Mo) in order from the layer in contact with the semiconductor layer 120. However, the present invention is not limited to this. The Schottky electrode 190 may include, for example, (i) a palladium (Pd) layer and a gold (Au) layer in order from a layer in contact with the semiconductor layer 120, (ii) a nickel (Ni) layer, A gold (Au) layer may be provided. Further, the Schottky electrode 190 may be only a palladium (Pd) layer, only a nickel (Ni) layer, or only a tungsten (W) layer.

上述の実施形態において、半導体装置10は、半導体層120と裏面電極170との間に、基板110を備えている。しかし、本発明はこれに限られない。半導体装置10は、基板110を備えず、半導体層120の−Z軸方向側の面には裏面電極170が形成されていてもよい。   In the embodiment described above, the semiconductor device 10 includes the substrate 110 between the semiconductor layer 120 and the back electrode 170. However, the present invention is not limited to this. The semiconductor device 10 may not include the substrate 110, and the back electrode 170 may be formed on the surface of the semiconductor layer 120 on the −Z axis direction side.

上述の実施形態において、裏面電極170の材質は、他の材料を用いてもよい。他の材料としては、例えば、バナジウム(V)、ハフニウム(Hf)などの他の金属であってもよい。   In the above embodiment, the back electrode 170 may be made of other materials. As other materials, other metals such as vanadium (V) and hafnium (Hf) may be used.

10…半導体装置
10A…半導体装置
10B…半導体装置
110…基板
120…半導体層
121…主面
122…P型領域
124…N型領域
130…スルー膜
135…開口部
140…フォトレジスト膜
150…絶縁膜
160…フィールドプレート電極
170…裏面電極
190…ショットキー電極
T…領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor device 10A ... Semiconductor device 10B ... Semiconductor device 110 ... Substrate 120 ... Semiconductor layer 121 ... Main surface 122 ... P-type area | region 124 ... N-type area | region 130 ... Through film 135 ... Opening part 140 ... Photoresist film 150 ... Insulating film 160 ... Field plate electrode 170 ... Back electrode 190 ... Schottky electrode T ... Region

Claims (7)

窒化物半導体からN型半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記N型半導体層上に、開口部を備え、厚さが1nm以上100nm以下であるケイ素含有膜を形成する膜形成工程と、
前記ケイ素含有膜上から、前記N型半導体層にP型不純物をイオン注入するイオン注入工程と、を備え、
前記イオン注入工程において、
前記ケイ素含有膜を介して前記イオン注入が行われた前記N型半導体層の一部には、P型領域が形成され、
前記開口部を介して前記イオン注入が行われた前記N型半導体層の一部には、N型領域が形成される、MPSダイオードの製造方法。
A semiconductor layer forming step of forming an N-type semiconductor layer from a nitride semiconductor;
Forming a silicon-containing film having an opening and a thickness of 1 nm to 100 nm on the N-type semiconductor layer; and
An ion implantation step of ion-implanting P-type impurities into the N-type semiconductor layer from above the silicon-containing film,
In the ion implantation step,
A P-type region is formed in a part of the N-type semiconductor layer subjected to the ion implantation through the silicon-containing film,
A method for manufacturing an MPS diode, wherein an N-type region is formed in a part of the N-type semiconductor layer into which the ion implantation has been performed through the opening.
請求項1に記載のMPSダイオードの製造方法であって、
前記P型不純物は、マグネシウムまたはベリリウムである、MPSダイオードの製造方法。
It is a manufacturing method of the MPS diode according to claim 1,
The method for manufacturing an MPS diode, wherein the P-type impurity is magnesium or beryllium.
請求項1または請求項2に記載のMPSダイオードの製造方法であって、
前記ケイ素含有膜は、酸化ケイ素と窒化ケイ素との少なくとも一つを含む、MPSダイオードの製造方法。
A method of manufacturing an MPS diode according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing an MPS diode, wherein the silicon-containing film includes at least one of silicon oxide and silicon nitride.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のMPSダイオードの製造方法であって、
前記イオン注入工程において、
前記ケイ素含有膜を介して前記イオン注入が行われた前記N型半導体層の一部には、ケイ素と前記P型不純物とが注入される、MPSダイオードの製造方法。
It is a manufacturing method of the MPS diode according to any one of claims 1 to 3,
In the ion implantation step,
A method of manufacturing an MPS diode, wherein silicon and the P-type impurity are implanted into a part of the N-type semiconductor layer that has undergone the ion implantation through the silicon-containing film.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のMPSダイオードの製造方法であって、
前記窒化物半導体は、窒化ガリウムである、MPSダイオードの製造方法。
A method for manufacturing an MPS diode according to any one of claims 1 to 4,
The method for manufacturing an MPS diode, wherein the nitride semiconductor is gallium nitride.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のMPSダイオードの製造方法であって、さらに、
前記膜形成工程の後、前記イオン注入工程の前において、
前記ケイ素含有膜の上に、前記ケイ素含有膜よりも膜厚の大きいイオン注入用マスクを形成する工程を備える、MPSダイオードの製造方法。
A method for producing an MPS diode according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
After the film formation step and before the ion implantation step,
An MPS diode manufacturing method comprising a step of forming an ion implantation mask having a film thickness larger than that of the silicon-containing film on the silicon-containing film.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のMPSダイオードの製造方法であって、さらに、
前記イオン注入工程の後に、前記ケイ素含有膜を除去するケイ素含有膜除去工程と、
前記ケイ素含有膜除去工程の後に、前記P型領域及び前記N型領域とに跨って接触するショットキー電極を形成するショットキー電極形成工程と、を備える、MPSダイオードの製造方法。
The method of manufacturing an MPS diode according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
After the ion implantation step, a silicon-containing film removal step of removing the silicon-containing film,
A method of manufacturing an MPS diode, comprising: a Schottky electrode forming step of forming a Schottky electrode in contact with the P-type region and the N-type region after the silicon-containing film removing step.
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