JP2020120086A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To form a contact hole and an electrode while suppressing damage from being generated on a surface of a nitride semiconductor substrate in the contact hole.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device includes the steps of: forming an insulating film having a contact hole on a surface of a dummy substrate; attaching the insulating film formed on the surface of the dummy substrate to the surface of a nitride semiconductor substrate; removing the dummy substrate; and forming an electrode in contact with the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

特許文献1には、窒化物半導体基板を有する半導体装置の製造方法が開示されている。この製造方法は、絶縁膜形成工程、コンタクトホール形成工程、及び、電極形成工程を有する。絶縁膜形成工程では、窒化物半導体基板の表面に絶縁膜を形成する。コンタクトホール形成工程では、絶縁膜を部分的にドライエッチングすることによってコンタクトホールを形成する。電極形成工程では、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面に接する電極を形成する。 Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a semiconductor device having a nitride semiconductor substrate. This manufacturing method includes an insulating film forming step, a contact hole forming step, and an electrode forming step. In the insulating film forming step, an insulating film is formed on the surface of the nitride semiconductor substrate. In the contact hole forming step, a contact hole is formed by partially dry etching the insulating film. In the electrode forming step, an electrode is formed in contact with the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole.

特開2009−99613号公報JP, 2009-99613, A

特許文献1の製造方法のコンタクトホール形成工程では、絶縁膜を部分的にドライエッチングすることによってコンタクトホールを形成する。コンタクトホール内に窒化物半導体基板の表面を確実に露出させるためにオーバーエッチングを行う必要がある。このため、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面もドライエッチングされる。したがって、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面にダメージが生じる。このようにダメージを受けた窒化物半導体基板の表面(すなわち、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面)に電極を形成すると、電極の窒化物半導体基板に対する接触抵抗が高くなり、また、当該接触抵抗のばらつきが大きくなるという問題が生じる。したがって、本明細書では、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面にダメージが生じることを抑制しながら、コンタクトホール及び電極を形成する技術を提案する。 In the contact hole forming step of the manufacturing method of Patent Document 1, the contact hole is formed by partially dry etching the insulating film. It is necessary to perform over-etching to surely expose the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole. Therefore, the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole is also dry-etched. Therefore, the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole is damaged. When the electrode is formed on the surface of the nitride semiconductor substrate thus damaged (that is, the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole), the contact resistance of the electrode with respect to the nitride semiconductor substrate increases, and the contact There is a problem that the variation in resistance becomes large. Therefore, the present specification proposes a technique for forming a contact hole and an electrode while suppressing damage on the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、絶縁膜形成工程と、絶縁膜貼り付け工程と、ダミー基板除去工程と、電極形成工程を有する。前記絶縁膜形成工程では、ダミー基板の表面に、コンタクトホールを有する絶縁膜を形成する。前記絶縁膜貼り付け工程では、窒化物半導体基板の表面に前記ダミー基板の前記表面に形成された前記絶縁膜を貼り付ける。前記ダミー基板除去工程では、前記ダミー基板を除去する。前記電極形成工程では、前記コンタクトホール内の前記窒化物半導体基板の前記表面に接する電極を形成する。 The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification includes an insulating film forming step, an insulating film attaching step, a dummy substrate removing step, and an electrode forming step. In the insulating film forming step, an insulating film having a contact hole is formed on the surface of the dummy substrate. In the insulating film attaching step, the insulating film formed on the surface of the dummy substrate is attached to the surface of the nitride semiconductor substrate. In the dummy substrate removing step, the dummy substrate is removed. In the electrode forming step, an electrode in contact with the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole is formed.

この製造方法では、ダミー基板の表面に、コンタクトホールを有する絶縁膜を形成する。そして、ダミー基板の表面に形成された絶縁膜を、窒化物半導体基板の表面に張り付ける。その後、ダミー基板が除去される。その結果、窒化物半導体基板の表面に、コンタクトホールを有する絶縁膜が残存する。絶縁膜のコンタクトホール内には、窒化物半導体基板の表面が露出する。この方法によれば、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面がドライエッチングされないので、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面にダメージがほとんど生じない。その後、コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面に電極が形成される。コンタクトホール内の窒化物半導体基板の表面が有するダメージが小さいので、窒化物半導体基板に対する接触抵抗が低い電極を安定して形成することができる。 In this manufacturing method, an insulating film having a contact hole is formed on the surface of the dummy substrate. Then, the insulating film formed on the surface of the dummy substrate is attached to the surface of the nitride semiconductor substrate. Then, the dummy substrate is removed. As a result, the insulating film having the contact holes remains on the surface of the nitride semiconductor substrate. The surface of the nitride semiconductor substrate is exposed in the contact hole of the insulating film. According to this method, since the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole is not dry-etched, the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole is hardly damaged. Then, an electrode is formed on the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole. Since the damage of the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole is small, it is possible to stably form an electrode having a low contact resistance with the nitride semiconductor substrate.

絶縁膜形成工程の説明図。Explanatory drawing of an insulating film formation process. 絶縁膜形成工程の説明図。Explanatory drawing of an insulating film formation process. 絶縁膜形成工程の説明図。Explanatory drawing of an insulating film formation process. 素子構造形成工程の説明図。Explanatory drawing of an element structure formation process. 素子構造形成工程の説明図。Explanatory drawing of an element structure formation process. 素子構造形成工程の説明図。Explanatory drawing of an element structure formation process. 素子構造形成工程の説明図。Explanatory drawing of an element structure formation process. 素子構造形成工程の説明図。Explanatory drawing of an element structure formation process. 絶縁膜貼り付け工程の説明図。Explanatory drawing of an insulating film pasting process. ダミー基板除去工程の説明図。Explanatory drawing of a dummy substrate removal process. ダミー基板除去工程の説明図。Explanatory drawing of a dummy substrate removal process. 電極形成工程の説明図。Explanatory drawing of an electrode formation process.

実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。実施形態の製造方法は、絶縁膜形成工程、素子構造形成工程、絶縁膜貼り付け工程、ダミー基板除去工程、及び、電極形成工程を有する。絶縁膜形成工程では、ダミー基板の表面に絶縁膜を形成する。素子構造形成工程では、窒化物半導体基板内に半導体素子構造を形成する。絶縁膜貼り付け工程では、ダミー基板の表面に形成された絶縁膜を、窒化物半導体基板の表面に張り付ける。ダミー基板除去工程では、窒化物半導体基板に張り付けられたダミー基板を除去する。電極形成工程では、窒化物半導体基板の表面に電極を形成する。以下に、各工程について説明する。 A method of manufacturing the semiconductor device of the embodiment will be described. The manufacturing method of the embodiment includes an insulating film forming step, an element structure forming step, an insulating film attaching step, a dummy substrate removing step, and an electrode forming step. In the insulating film forming step, an insulating film is formed on the surface of the dummy substrate. In the device structure forming step, a semiconductor device structure is formed in the nitride semiconductor substrate. In the insulating film attaching step, the insulating film formed on the surface of the dummy substrate is attached to the surface of the nitride semiconductor substrate. In the dummy substrate removing step, the dummy substrate attached to the nitride semiconductor substrate is removed. In the electrode forming step, an electrode is formed on the surface of the nitride semiconductor substrate. Each step will be described below.

(絶縁膜形成工程)
図1〜3は、絶縁膜形成工程を示している。ここでは、ダミー基板12として、シリコンにより構成された半導体基板を用意する。最初に、図1に示すように、ダミー基板12の表面に絶縁膜14を形成する。ここでは、熱酸化法によってダミー基板12の表面を酸化させることによって、絶縁膜14(すなわち、酸化シリコン膜)を形成する。次に、図2に示すように、絶縁膜14とダミー基板12を部分的にドライエッチングすることによって、アライメントマーク16を形成する。次に、図3に示すように、絶縁膜14を部分的にドライエッチングすることによって、絶縁膜14に複数のコンタクトホール18を形成する。各コンタクトホール18は、絶縁膜14を貫通するように形成される。したがって、各コンタクトホール18内に、ダミー基板12の表面が露出する。各コンタクトホール18を形成するときに、コンタクトホール18内のダミー基板12の表面がドライエッチングによってダメージを受ける。
(Insulating film forming process)
1 to 3 show an insulating film forming step. Here, a semiconductor substrate made of silicon is prepared as the dummy substrate 12. First, as shown in FIG. 1, the insulating film 14 is formed on the surface of the dummy substrate 12. Here, the insulating film 14 (that is, a silicon oxide film) is formed by oxidizing the surface of the dummy substrate 12 by a thermal oxidation method. Next, as shown in FIG. 2, the insulating film 14 and the dummy substrate 12 are partially dry-etched to form the alignment mark 16. Next, as shown in FIG. 3, the insulating film 14 is partially dry-etched to form a plurality of contact holes 18 in the insulating film 14. Each contact hole 18 is formed so as to penetrate the insulating film 14. Therefore, the surface of the dummy substrate 12 is exposed in each contact hole 18. When forming each contact hole 18, the surface of the dummy substrate 12 in the contact hole 18 is damaged by dry etching.

(素子構造形成工程)
図4〜8は、素子構造形成工程を示している。素子形成工程では、まず、図4に示すように、n型のGaN(窒化ガリウム)により構成されたGaN基板22上にn型のドリフト層24をエピタキシャル成長させる。さらに、ドリフト層24上に、p型のボディ層26をエピタキシャル成長させる。ドリフト層24とボディ層26は、GaNにより構成されている。ドリフト層24のn型不純物濃度は、GaN基板22のn型不純物濃度よりも低い。以下では、GaN基板22、ドリフト層24、及び、ボディ層26の全体を、窒化物半導体基板20という。
(Element structure forming process)
4 to 8 show the element structure forming process. In the element forming step, first, as shown in FIG. 4, an n-type drift layer 24 is epitaxially grown on a GaN substrate 22 made of n-type GaN (gallium nitride). Further, the p-type body layer 26 is epitaxially grown on the drift layer 24. The drift layer 24 and the body layer 26 are made of GaN. The n-type impurity concentration of the drift layer 24 is lower than the n-type impurity concentration of the GaN substrate 22. Hereinafter, the GaN substrate 22, the drift layer 24, and the body layer 26 are collectively referred to as the nitride semiconductor substrate 20.

次に、図5に示すように、GaN基板22の下面を部分的にドライエッチングすることによって、アライメントマーク20aを形成する。 Next, as shown in FIG. 5, the lower surface of the GaN substrate 22 is partially dry-etched to form the alignment mark 20a.

次に、図6に示すように、ボディ層26の上面の一部をドライエッチングすることによって、ボディ層26の上面に溝26aを形成する。ここでは、溝26aの底面にドリフト層24が露出するように、溝26aを形成する。次に、溝26aの内面とボディ層26の上面に、n型のGaN層28をエピタキシャル成長させる。GaN層28のn型不純物濃度は、ドリフト層24のn型不純物濃度と略等しい。 Next, as shown in FIG. 6, a part of the upper surface of the body layer 26 is dry-etched to form a groove 26 a in the upper surface of the body layer 26. Here, the groove 26a is formed so that the drift layer 24 is exposed on the bottom surface of the groove 26a. Next, an n-type GaN layer 28 is epitaxially grown on the inner surface of the groove 26a and the upper surface of the body layer 26. The n-type impurity concentration of the GaN layer 28 is substantially equal to the n-type impurity concentration of the drift layer 24.

次に、図7に示すように、CMP(chemical mechanical polishing)によってGaN層28を研磨することによって、ボディ層26の上面よりも上側のGaN層28を除去する。 Next, as shown in FIG. 7, the GaN layer 28 is polished by CMP (chemical mechanical polishing) to remove the GaN layer 28 above the upper surface of the body layer 26.

次に、図8に示すように、イオン注入によってボディ層26の一部にn型のソース層30を形成する。より詳細には、まず、ボディ層26の一部にシリコンイオンを注入する。次に、窒化物半導体基板20をアニールして、注入したシリコンイオンを活性化させる。これによって、ソース層30を形成する。 Next, as shown in FIG. 8, an n-type source layer 30 is formed on a part of the body layer 26 by ion implantation. More specifically, first, silicon ions are implanted into a part of the body layer 26. Next, the nitride semiconductor substrate 20 is annealed to activate the implanted silicon ions. Thereby, the source layer 30 is formed.

(絶縁膜貼り付け工程)
絶縁膜形成工程と素子構造形成工程が完了したら、図9に示すように、ダミー基板12の表面に設けられた絶縁膜14の表面が窒化物半導体基板20の上面に接触するように、絶縁膜14を窒化物半導体基板20に張り付ける。このとき、窒化物半導体基板20の下面側からアライメントマーク16とアライメントマーク20aを撮影して、絶縁膜14と窒化物半導体基板20の相対位置を調節する。これによって、コンタクトホール18を窒化物半導体基板20に対して正確に位置決めする。
(Insulation film pasting process)
After the insulating film forming step and the device structure forming step are completed, as shown in FIG. 9, the insulating film 14 is provided on the surface of the dummy substrate 12 so that the surface of the insulating film 14 contacts the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20. 14 is attached to the nitride semiconductor substrate 20. At this time, the alignment mark 16 and the alignment mark 20a are photographed from the lower surface side of the nitride semiconductor substrate 20 to adjust the relative positions of the insulating film 14 and the nitride semiconductor substrate 20. As a result, the contact hole 18 is accurately positioned with respect to the nitride semiconductor substrate 20.

(ダミー基板除去工程)
次に、図10に示すように、CMPによってダミー基板12の表面を研磨することによって、ダミー基板12を薄板化する。さらに、図11に示すように、ダミー基板12をウェットエッチングすることによって、ダミー基板12を除去する。その結果、図11に示すように、窒化物半導体基板20の上面に、絶縁膜14が残存する。なお、ダミー基板12をウェットエッチングするときに、窒化物半導体基板20がエッチング液に曝される。しかしながら、窒化物半導体基板20がエッチング液に曝されても、窒化物半導体基板20にダメージはほとんど生じない。したがって、コンタクトホール18内に露出する窒化物半導体基板20の上面にダメージが生じることを抑制することができる。ダミー基板12を除去したら、窒化物半導体基板20をアニールして、絶縁膜14と窒化物半導体基板20の界面における界面準位密度を低減する。
(Dummy substrate removal process)
Next, as shown in FIG. 10, the dummy substrate 12 is thinned by polishing the surface of the dummy substrate 12 by CMP. Further, as shown in FIG. 11, the dummy substrate 12 is removed by wet etching the dummy substrate 12. As a result, as shown in FIG. 11, the insulating film 14 remains on the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20. When the dummy substrate 12 is wet-etched, the nitride semiconductor substrate 20 is exposed to the etching solution. However, even if the nitride semiconductor substrate 20 is exposed to the etching solution, the nitride semiconductor substrate 20 is hardly damaged. Therefore, it is possible to prevent the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20 exposed in the contact hole 18 from being damaged. After removing the dummy substrate 12, the nitride semiconductor substrate 20 is annealed to reduce the interface state density at the interface between the insulating film 14 and the nitride semiconductor substrate 20.

(電極形成工程)
次に、図12に示すように、蒸着またはスパッタリングによって、ソース電極40、ボディ電極42、ゲート電極44、及び、ドレイン電極46を形成する。ソース電極40は、コンタクトホール18内で窒化物半導体基板20の上面に接するように形成される。ソース電極40は、ソース層30に接続される。コンタクトホール18内の窒化物半導体基板20の上面にダメージがほとんど生じていないので、ソース電極40はソース層30に対して低い接触抵抗でオーミック接触する。この製造方法によれば、ソース層30に対する接触抵抗が低いソース電極40を安定して形成することができる。ボディ電極42は、コンタクトホール18内で窒化物半導体基板20の上面に接するように形成される。ボディ電極42は、ボディ層26に接続される。コンタクトホール18内の窒化物半導体基板20の上面にダメージがほとんど生じていないので、ボディ電極42はボディ層26に対して低い接触抵抗でオーミック接触する。この製造方法によれば、ボディ層26に対する接触抵抗が低いボディ電極42を安定して形成することができる。ゲート電極44は、絶縁膜14上に形成される。ドレイン電極46は、窒化物半導体基板20の下面に形成される。以上の工程によって、nチャネル型のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)の構造が完成する。ゲート電極44の下部の絶縁膜14は、ゲート絶縁膜として機能する。その後、窒化物半導体基板20をダイシングすることで、半導体装置が完成する。ダイシング時に、アライメントマーク20aが除去される。
(Electrode forming process)
Next, as shown in FIG. 12, the source electrode 40, the body electrode 42, the gate electrode 44, and the drain electrode 46 are formed by vapor deposition or sputtering. The source electrode 40 is formed in the contact hole 18 so as to contact the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20. The source electrode 40 is connected to the source layer 30. Since the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20 in the contact hole 18 is hardly damaged, the source electrode 40 makes ohmic contact with the source layer 30 with low contact resistance. According to this manufacturing method, the source electrode 40 having a low contact resistance with the source layer 30 can be stably formed. The body electrode 42 is formed in the contact hole 18 so as to contact the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20. The body electrode 42 is connected to the body layer 26. Since the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20 in the contact hole 18 is hardly damaged, the body electrode 42 makes ohmic contact with the body layer 26 with low contact resistance. According to this manufacturing method, the body electrode 42 having a low contact resistance with the body layer 26 can be stably formed. The gate electrode 44 is formed on the insulating film 14. The drain electrode 46 is formed on the lower surface of the nitride semiconductor substrate 20. Through the above steps, the structure of an n-channel MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) is completed. The insulating film 14 below the gate electrode 44 functions as a gate insulating film. After that, the semiconductor device is completed by dicing the nitride semiconductor substrate 20. The alignment mark 20a is removed during dicing.

以上に説明したように、本実施形態の製造方法では、ダミー基板12の表面にコンタクトホール18を有する絶縁膜14を形成し、絶縁膜14を窒化物半導体基板20の上面に貼り付ける。そして、ダミー基板12を除去し、窒化物半導体基板20の上面に絶縁膜14を残存させる。この方法によれば、コンタクトホール18内の窒化物半導体基板20の上面にダメージが生じ難い。したがって、その後にコンタクトホール18内にソース電極40及びボディ電極42を形成するときに、ソース電極40及びボディ電極42が窒化物半導体基板20に対して低い接触抵抗で接触することができる。このように、この製造方法によれば、コンタクトホール18内に、接触抵抗が低い電極を安定して形成することができる。 As described above, in the manufacturing method of this embodiment, the insulating film 14 having the contact holes 18 is formed on the surface of the dummy substrate 12, and the insulating film 14 is attached to the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20. Then, the dummy substrate 12 is removed, and the insulating film 14 is left on the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20. According to this method, the upper surface of the nitride semiconductor substrate 20 in the contact hole 18 is unlikely to be damaged. Therefore, when the source electrode 40 and the body electrode 42 are subsequently formed in the contact hole 18, the source electrode 40 and the body electrode 42 can contact the nitride semiconductor substrate 20 with low contact resistance. As described above, according to this manufacturing method, an electrode having a low contact resistance can be stably formed in the contact hole 18.

また、本実施形態の製造方法では、ダミー基板12がシリコンにより構成されており、ダミー基板12を酸化させることで絶縁膜14を形成する。この方法によれば、高品質の絶縁膜14を形成することができる。このようにして形成された絶縁膜14がゲート絶縁膜として利用されるので、本実施形態の製造方法により製造される半導体装置は、優れた特性を有する。 In the manufacturing method of this embodiment, the dummy substrate 12 is made of silicon, and the insulating film 14 is formed by oxidizing the dummy substrate 12. According to this method, a high quality insulating film 14 can be formed. Since the insulating film 14 thus formed is used as a gate insulating film, the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of this embodiment has excellent characteristics.

本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。 The technical elements disclosed in this specification are listed below. The following technical elements are useful independently of each other.

上述した実施形態の製造方法では、ダミー基板がシリコンにより構成されていてもよい。この場合、絶縁膜が、ダミー基板を酸化することによって形成されてもよい。 In the manufacturing method of the above-described embodiment, the dummy substrate may be made of silicon. In this case, the insulating film may be formed by oxidizing the dummy substrate.

この構成によれば、高品質の絶縁膜を形成することができる。 According to this structure, a high quality insulating film can be formed.

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, 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. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of purposes at the same time, and achieving the one purpose among them has technical utility.

12 :ダミー基板
14 :絶縁膜
16 :アライメントマーク
18 :コンタクトホール
20 :窒化物半導体基板
20a :アライメントマーク
22 :GaN基板
24 :ドリフト層
26 :ボディ層
28 :GaN層
30 :ソース層
40 :ソース電極
42 :ボディ電極
44 :ゲート電極
46 :ドレイン電極
12: dummy substrate 14: insulating film 16: alignment mark 18: contact hole 20: nitride semiconductor substrate 20a: alignment mark 22: GaN substrate 24: drift layer 26: body layer 28: GaN layer 30: source layer 40: source electrode 42: body electrode 44: gate electrode 46: drain electrode

Claims (1)

半導体装置の製造方法であって、
ダミー基板の表面に、コンタクトホールを有する絶縁膜を形成する工程と、
窒化物半導体基板の表面に前記ダミー基板の前記表面に形成された前記絶縁膜を貼り付ける工程と、
前記ダミー基板を除去する工程と、
前記コンタクトホール内の前記窒化物半導体基板の前記表面に接する電極を形成する工程、
を有する製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
A step of forming an insulating film having a contact hole on the surface of the dummy substrate,
Bonding the insulating film formed on the surface of the dummy substrate to the surface of the nitride semiconductor substrate,
Removing the dummy substrate,
Forming an electrode in contact with the surface of the nitride semiconductor substrate in the contact hole,
And a manufacturing method.
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