JP2022077406A - Method of manufacturing nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2022077406A
JP2022077406A JP2020188258A JP2020188258A JP2022077406A JP 2022077406 A JP2022077406 A JP 2022077406A JP 2020188258 A JP2020188258 A JP 2020188258A JP 2020188258 A JP2020188258 A JP 2020188258A JP 2022077406 A JP2022077406 A JP 2022077406A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
region
semiconductor device
acceptor
protective film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020188258A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
亮 田中
Akira Tanaka
祐貴 大内
Yuki Ouchi
勝典 上野
Katsunori Ueno
信也 高島
Shinya Takashima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2020188258A priority Critical patent/JP2022077406A/en
Publication of JP2022077406A publication Critical patent/JP2022077406A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

To provide a method of manufacturing a nitride semiconductor device capable of having a P-type region with high density and small variance in density, and the nitride semiconductor device.SOLUTION: A method of manufacturing a nitride semiconductor device comprises the processes of: injecting ions of an acceptor element into a nitride semiconductor; forming a protective film on the nitride semiconductor after the ion injection of the acceptor element; and performing a heat treatment on the nitride semiconductor having the protective film formed to activate the acceptor elements, and thus forming a P-type region in the nitride semiconductor. The protective film is formed of an N-type semiconductor.SELECTED DRAWING: Figure 4D

Description

本発明は、窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor device and a nitride semiconductor device.

縦型のMOS(Metal Oxide Semiconductor)構造を有する窒化物半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、窒化物半導体装置では、マグネシウム(Mg)をドーパントとして用いることによりP型の伝導度制御が可能である(例えば、特許文献2参照)。 A nitride semiconductor device having a vertical MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure is known (see, for example, Patent Document 1). Further, in the nitride semiconductor device, P-type conductivity can be controlled by using magnesium (Mg) as a dopant (see, for example, Patent Document 2).

窒化物半導体装置において、良好なオーミック接触を実現するためには、高濃度のP型領域を窒化物半導体に選択的に形成する必要がある。P型領域を選択形成する手法としては、コスト、生産性、信頼性の観点でイオン注入が望ましい。しかし、窒化物半導体に対してMgを高濃度にイオン注入し、Mgを活性化させるために1300℃を超える高温度で熱処理を施すと、Mgがロッド状に高密度に偏析する。Mgがロッド状に高密度に偏析すると、偏析が生じている領域以外の領域でMg濃度は低下する(例えば、非特許文献1参照)。また、超高圧雰囲気下でさらに1400℃を超える高温度で熱処理を行うと、Mgが深く拡散し、濃度が低下する(例えば、非特許文献2参照)。このため、高濃度で、濃度のばらつきが小さいP型領域をイオン注入で形成することは難しかった。 In a nitride semiconductor device, in order to realize good ohmic contact, it is necessary to selectively form a high-concentration P-type region in the nitride semiconductor. As a method for selectively forming a P-type region, ion implantation is desirable from the viewpoint of cost, productivity, and reliability. However, when Mg is ion-implanted into a nitride semiconductor at a high concentration and heat treatment is performed at a high temperature exceeding 1300 ° C. to activate Mg, Mg is segregated in a rod shape at high density. When Mg segregates in a rod shape at a high density, the Mg concentration decreases in a region other than the region where segregation occurs (see, for example, Non-Patent Document 1). Further, when the heat treatment is further performed in an ultra-high pressure atmosphere at a high temperature exceeding 1400 ° C., Mg diffuses deeply and the concentration decreases (see, for example, Non-Patent Document 2). Therefore, it has been difficult to form a P-type region having a high concentration and a small variation in concentration by ion implantation.

特開2019-096744号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-096744 特開2014-086698号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-08698

Kumar et.al.,J.Appl.Phys.126(2019)235704.Kumar et. al. , J. Apple. Phys. 126 (2019) 235704. H.Sakurai et.al.,Appl.Phys.Lett. 115,142104(2019).H. Sakurai et. al. , Apple. Phys. Let. 115, 142104 (2019). G.Miceli,A.Pasquarello PRB(2016).G. Miceli, A. Pasqualello PRB (2016).

熱処理によりMgが活性化されてP型領域になると、P型領域のフェルミ準位が価電子帯に近づく。フェルミ準位が価電子帯に近づくと、Mgアクセプタの形成エネルギー(すなわち、GaNのGaサイトにMgを入れるために要するエネルギー)が増加し、Mgの活性化が不安定となる(例えば、非特許文献3参照)。上記したMgの高密度の偏析は、Mgの活性化が不安定となり、欠陥を介してMgが偏析しやすくなることで生じる、と考えられる。 When Mg is activated by the heat treatment and becomes a P-type region, the Fermi level in the P-type region approaches the valence band. As the Fermi level approaches the valence band, the energy for forming Mg acceptors (ie, the energy required to put Mg into the Ga site of GaN) increases and the activation of Mg becomes unstable (eg, non-patented). See Document 3). It is considered that the above-mentioned high-density segregation of Mg is caused by unstable activation of Mg and easy segregation of Mg through defects.

本発明は、このような考えに基づいて本発明者が鋭意検討してなされたものであって、高濃度で、濃度のばらつきが小さいP型領域を実現可能な窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised by the present inventor based on such an idea, and is a method for manufacturing a nitride semiconductor device capable of realizing a P-type region having a high concentration and a small variation in concentration. It is an object of the present invention to provide a nitride semiconductor device.

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る窒化物半導体装置製造方法は、窒化物半導体にアクセプタ元素をイオン注入する工程と、前記アクセプタ元素がイオン注入された前記窒化物半導体上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜が形成された前記窒化物半導体に熱処理を施して前記アクセプタ元素を活性化することによって、前記窒化物半導体にP型領域を形成する工程と、を備える。前記保護膜はN型半導体で構成されている。 In order to solve the above problems, the method for manufacturing a nitride semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a step of ion-injecting an acceptor element into a nitride semiconductor and an ion-injected nitride semiconductor onto the nitride semiconductor. It comprises a step of forming a protective film and a step of forming a P-type region in the nitride semiconductor by subjecting the nitride semiconductor on which the protective film is formed to heat treatment to activate the acceptor element. .. The protective film is made of an N-type semiconductor.

本発明の一態様に係る窒化物半導体装置は、窒化物半導体と、前記窒化物半導体に設けられたP型領域と、を備える。前記P型領域におけるアクセプタ元素の濃度は1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下である。前記P型領域の表層部におけるアクセプタ偏析の密度は、前記P型領域において前記表層部よりも深い部位における前記アクセプタ偏析の密度よりも低い。 The nitride semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a nitride semiconductor and a P-type region provided in the nitride semiconductor. The concentration of the acceptor element in the P-type region is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less. The density of acceptor segregation in the surface layer portion of the P-type region is lower than the density of the acceptor segregation in the portion deeper than the surface layer portion in the P-type region.

本発明によれば、高濃度で、濃度のばらつきが小さいP型領域を実現可能な窒化物半導体装置の製造方法及び窒化物半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor device and a nitride semiconductor device capable of realizing a P-type region having a high concentration and a small variation in concentration.

図1は、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置の構成例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a GaN semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施形態1に係る縦型MOSFETの構成例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of the vertical MOSFET according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施形態1に係る縦型MOSFETの構成例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the vertical MOSFET according to the first embodiment of the present invention. 図4Aは、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes. 図4Bは、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes. 図4Cは、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4C is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes. 図4Dは、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4D is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes. 図4Eは、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4E is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes. 図4Fは、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4F is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes. 図4Gは、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4G is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of processes. 図5は、GaNと保護膜(N型半導体)との接触部及びその近傍のバンド図であって、アクセプタ元素を活性化するための熱処理前と熱処理後の、価電子帯、伝導帯、フェルミ準位を示す図である。FIG. 5 is a band diagram of the contact portion between the GaN and the protective film (N-type semiconductor) and its vicinity, and shows the valence band, conduction band, and Fermi before and after the heat treatment for activating the acceptor element. It is a figure which shows the level. 図6は、保護膜が絶縁膜である場合のGaNのバンド図であって、アクセプタ元素を活性化するための熱処理前と熱処理後の、価電子帯、伝導帯、フェルミ準位を示す図である。FIG. 6 is a band diagram of GaN when the protective film is an insulating film, showing valence bands, conduction bands, and Fermi levels before and after heat treatment for activating acceptor elements. be. 図7は、GaNにおけるMgアクセプタの形成エネルギー等とGaNのフェルミ準位との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the formation energy of Mg acceptors in GaN and the Fermi level of GaN. 図8は、本発明の実施形態1の変形例に係るGaN半導体装置の構成例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of a GaN semiconductor device according to a modified example of the first embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置の構成例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of the GaN semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図10Aは、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of processes. 図10Bは、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 10B is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of processes. 図10Cは、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 10C is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of processes. 図10Dは、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 10D is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of processes. 図10Eは、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 10E is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of processes. 図11は、本発明の実施形態2の変形例に係るGaN半導体装置の構成例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a GaN semiconductor device according to a modified example of the second embodiment of the present invention.

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 An embodiment of the present invention will be described below. In the description of the drawings below, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimensions, the ratio of the thickness of each device and each member, etc. are different from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following explanation. In addition, it goes without saying that parts having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

また、以下の説明では、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、X軸方向及びY軸方向は、後述のGaN基板10の表面10aに平行な方向である。X軸方向及びY軸方向を水平方向ともいう。また、Z軸方向は、GaN基板10の表面10aと垂直に交わる方向である。X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに直交する。 Further, in the following description, the direction may be described by using the words in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. For example, the X-axis direction and the Y-axis direction are directions parallel to the surface 10a of the GaN substrate 10 described later. The X-axis direction and the Y-axis direction are also referred to as horizontal directions. The Z-axis direction is a direction perpendicularly intersecting the surface 10a of the GaN substrate 10. The X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are orthogonal to each other.

また、以下の説明では、Z軸の正方向を「上」と称し、Z軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、領域、層、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を180度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。 Further, in the following description, the positive direction of the Z axis may be referred to as "up" and the negative direction of the Z axis may be referred to as "down". "Top" and "bottom" do not necessarily mean vertical to the ground. That is, the "up" and "down" directions are not limited to the direction of gravity. "Upper" and "lower" are merely expedient expressions for specifying relative positional relationships in regions, layers, films, substrates, and the like, and do not limit the technical idea of the present invention. For example, if the paper surface is rotated 180 degrees, it goes without saying that "upper" becomes "lower" and "lower" becomes "upper".

また以下の説明において、導電型を示すPやNに付す+や-は、+及び-が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。ただし同じPとP(または、NとN)とが付された半導体領域であっても、それぞれの半導体領域の不純物濃度が厳密に同じであることを意味するものではない。 Further, in the following description, + and-attached to P and N indicating the conductive type are semiconductor regions having a relatively high or low impurity concentration as compared with the semiconductor regions not marked with + and-, respectively. Means. However, even if the semiconductor regions have the same P and P (or N and N), it does not mean that the impurity concentrations of the respective semiconductor regions are exactly the same.

<実施形態1>
(構成例)
図1は、本発明の実施形態1に係る窒化ガリウム半導体装置(本発明の「窒化物半導体装置」の一例;以下、GaN半導体装置)100の構成例を示す平面図である。図1は、X-Y平面図である。図1に示すように、GaN半導体装置100は、活性領域110とエッジ終端領域130とを有する。活性領域110は、ゲートパッド112及びソースパッド114を有する。ゲートパッド112及びソースパッド114は、後述のゲート電極23及びソース電極25にそれぞれ電気的に接続された電極パッドである。
<Embodiment 1>
(Configuration example)
FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a gallium nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (an example of the “nitride semiconductor device” of the present invention; hereinafter, a GaN semiconductor device) 100. FIG. 1 is a plan view of XY. As shown in FIG. 1, the GaN semiconductor device 100 has an active region 110 and an edge termination region 130. The active region 110 has a gate pad 112 and a source pad 114. The gate pad 112 and the source pad 114 are electrode pads electrically connected to the gate electrode 23 and the source electrode 25, which will be described later, respectively.

Z軸方向からの平面視で、エッジ終端領域130は、活性領域110の周囲を囲んでいる。エッジ終端領域130は、ガードリング構造、JTE(Junction Termination Extension)構造の一以上を有してよい。エッジ終端領域130は、活性領域110で発生した空乏層をエッジ終端領域130まで広げることにより、活性領域110での電界集中を防ぐ機能を有してよい。 In a plan view from the Z-axis direction, the edge termination region 130 surrounds the active region 110. The edge termination region 130 may have one or more of a guard ring structure and a JTE (Junction Termination Extension) structure. The edge termination region 130 may have a function of preventing electric field concentration in the active region 110 by expanding the depletion layer generated in the active region 110 to the edge termination region 130.

図2は、本発明の実施形態1に係る縦型MOSFET1の構成例を示す平面図である。図3は、本発明の実施形態1に係る縦型MOSFET1の構成例を示す断面図である。図2は、図1に示した活性領域110の一部を拡大して示すとともに、ゲート電極23及びソース電極25のZ軸方向からの平面視による形状を示すため、ゲートパッド112及びソースパッド114の図示は省略している。図3は、図2の平面図をX-X´線で切断した断面を示している。 FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of the vertical MOSFET 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the vertical MOSFET 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a part of the active region 110 shown in FIG. 1 in an enlarged manner, and shows the shapes of the gate electrode 23 and the source electrode 25 in a plan view from the Z-axis direction. Therefore, the gate pad 112 and the source pad 114 are shown. Is omitted. FIG. 3 shows a cross section of the plan view of FIG. 2 cut along the XX'line.

図2及び図3に示すGaN半導体装置100は、窒化ガリウム基板(本発明の「窒化物半導体」の一例;以下、GaN基板)10と、GaN基板10に設けられた複数の縦型MOSFET1(本発明の「電界効果トランジスタ」の一例)と、を備える。GaN半導体装置100では、縦型MOSFET1が一方向(例えば、X軸方向)に繰り返し設けられている。1つの縦型MOSFET1が繰り返しの単位構造であり、この単位構造が一方向(例えば、X軸方向)に並んで配置されている。 The GaN semiconductor device 100 shown in FIGS. 2 and 3 includes a gallium nitride substrate (an example of the “nitride semiconductor” of the present invention; hereinafter, a GaN substrate) 10 and a plurality of vertical MOSFETs 1 (present) provided on the GaN substrate 10. An example of the "electric field effect transistor" of the present invention). In the GaN semiconductor device 100, the vertical MOSFET 1 is repeatedly provided in one direction (for example, the X-axis direction). One vertical MOSFET 1 is a repeating unit structure, and the unit structures are arranged side by side in one direction (for example, the X-axis direction).

図2及び図3に示すように、縦型MOSFET1は、GaN基板10に設けられたN-型のドリフト領域12、P型のウェル領域14、P+型のコンタクト領域16(本発明の「P型領域」の一例)及びN+型のソース領域18と、GaN基板10の表面10a上に設けられたゲート絶縁膜21と、ゲート絶縁膜21上に設けられたゲート電極23と、GaN基板10の表面10a側に設けられてコンタクト領域16及びソース領域18と電気的に接続するソース電極25(本発明の「電極」の一例)と、GaN基板10の裏面10b側に設けられてドリフト領域12に電気的に接続するドレイン電極27と、を有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the vertical MOSFET 1 includes an N-type drift region 12, a P-type well region 14, and a P + -type contact region 16 provided on the GaN substrate 10 (“P-type” of the present invention. An example of a region ”), an N + type source region 18, a gate insulating film 21 provided on the surface 10a of the GaN substrate 10, a gate electrode 23 provided on the gate insulating film 21, and the surface of the GaN substrate 10. The source electrode 25 (an example of the "electrode" of the present invention) provided on the 10a side and electrically connected to the contact region 16 and the source region 18 and the drift region 12 provided on the back surface 10b side of the GaN substrate 10 are electrically connected. It has a drain electrode 27 and a drain electrode 27 which are connected to each other.

GaN基板10は、GaN単結晶基板である。GaN基板10は、例えばN-型の基板である。GaN基板10は、表面10aと、表面10aの反対側に位置する裏面10bとを有する。例えば、GaN基板10は、貫通転位密度が1×10cm-2未満である低転位自立GaN基板である。 The GaN substrate 10 is a GaN single crystal substrate. The GaN substrate 10 is, for example, an N− type substrate. The GaN substrate 10 has a front surface 10a and a back surface 10b located on the opposite side of the front surface 10a. For example, the GaN substrate 10 is a low dislocation self-supporting GaN substrate having a through-dislocation density of less than 1 × 10 7 cm -2 .

GaN基板10に含まれるドナー元素(N型不純物)は、Si(シリコン)、Ge(ゲルマニウム)、及びO(酸素)の一種類以上の元素であってよい。また、GaN基板10に含まれるアクセプタ元素(P型不純物)は、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Be(ベリリウム)及びZn(亜鉛)の一種類以上の元素であってよい。 The donor element (N-type impurity) contained in the GaN substrate 10 may be one or more of Si (silicon), Ge (germanium), and O (oxygen). Further, the acceptor element (P-type impurity) contained in the GaN substrate 10 may be one or more kinds of elements such as Mg (magnesium), Ca (calcium), Be (beryllium) and Zn (zinc).

GaN基板10が低転位自立GaN基板であることにより、GaN基板10に大面積のパワーデバイスが形成される場合でも、パワーデバイスにおけるリーク電流を少なくすることができる。これにより、パワーデバイスを高い良品率で製造することが可能となる。また、縦型MOSFET1の製造工程に含まれる熱処理において、イオン注入された不純物が転位に沿って深く拡散することを防止することができる。 Since the GaN substrate 10 is a low dislocation self-supporting GaN substrate, the leakage current in the power device can be reduced even when a power device having a large area is formed on the GaN substrate 10. This makes it possible to manufacture power devices at a high non-defective rate. Further, in the heat treatment included in the manufacturing process of the vertical MOSFET 1, it is possible to prevent the ion-implanted impurities from deeply diffusing along the dislocations.

なお、GaN基板10は、N-型ではなく、N型であってもよい。また、GaN基板10は、GaN単結晶基板と、GaN単結晶基板上にエピタキシャル成長された単結晶のGaN層とを含んでもよい。この場合、GaN単結晶基板はN+型又はN型であってもよく、GaN層はN型又はN-型であってもよい。また、GaN単結晶基板が低転位自立GaN基板であってもよい。 The GaN substrate 10 may be N-type instead of N-type. Further, the GaN substrate 10 may include a GaN single crystal substrate and a single crystal GaN layer epitaxially grown on the GaN single crystal substrate. In this case, the GaN single crystal substrate may be N + type or N type, and the GaN layer may be N type or N− type. Further, the GaN single crystal substrate may be a low dislocation self-supporting GaN substrate.

縦型MOSFET1において、GaN基板10は、アルミニウム(Al)及びインジウム(In)の一以上の元素を含んでもよい。GaN基板10は、GaNにAl及びInを微量に含んだ混晶半導体、即ちAlxInyGa1-x-yN(0≦x<1、0≦y<1)であってもよい。なお、GaNは、AlxInyGa1-x-yNにおいてx=y=0とした場合である。 In the vertical MOSFET 1, the GaN substrate 10 may contain one or more elements of aluminum (Al) and indium (In). The GaN substrate 10 may be a mixed crystal semiconductor containing a small amount of Al and In in GaN, that is, AlxInyGa1-x-yN (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1). Note that GaN is the case where x = y = 0 in AlxInyGa1-x−yN.

GaN基板10に、ドリフト領域12、ウェル領域14、コンタクト領域16及びソース領域18がそれぞれ設けられている。ウェル領域14、コンタクト領域16及びソース領域18は、それぞれ、GaN基板10の表面10aから所定の深さに不純物がイオン注入され、熱処理により不純物が活性化された領域である。 The GaN substrate 10 is provided with a drift region 12, a well region 14, a contact region 16, and a source region 18, respectively. The well region 14, the contact region 16, and the source region 18 are regions in which impurities are ion-implanted from the surface 10a of the GaN substrate 10 to a predetermined depth and the impurities are activated by heat treatment, respectively.

例えば、ウェル領域14の表面側にコンタクト領域16が設けられている。ウェル領域14はP型の領域であり、コンタクト領域16はP+型の領域である。ウェル領域14よりもコンタクト領域16の方が、P型の不純物濃度が高い。ウェル領域14及びコンタクト領域16は、アクセプタ元素として、Mg及びBeの少なくとも一方を含む。 For example, the contact region 16 is provided on the surface side of the well region 14. The well region 14 is a P-shaped region, and the contact region 16 is a P + -shaped region. The contact region 16 has a higher concentration of P-type impurities than the well region 14. The well region 14 and the contact region 16 contain at least one of Mg and Be as an acceptor element.

例えば、ウェル領域14及びコンタクト領域16は、アクセプタ元素として、Mgを含む。ウェル領域14におけるMgの濃度は、1×1016cm-3以上3×1018cm-3以下である。コンタクト領域16におけるMgの濃度は、1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下である。 For example, the well region 14 and the contact region 16 contain Mg as an acceptor element. The concentration of Mg in the well region 14 is 1 × 10 16 cm -3 or more and 3 × 10 18 cm -3 or less. The concentration of Mg in the contact region 16 is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less.

ドリフト領域12はN-型の領域であり、ソース領域18はN+型の領域である。ドリフト領域12よりもソース領域18の方が、N型の不純物濃度が高い。ドリフト領域12及びソース領域18は、N型の不純物として、例えばSiを含む。例えば、ドリフト領域12のN型の不純物濃度は、GaN基板10のN型の不純物濃度と同じである。この場合、ドリフト領域12には、N型の不純物がイオン注入されていなくてもよい。ドリフト領域12におけるSiの濃度は、1×1015cm-3以上1×1017cm-3以下である。 The drift region 12 is an N− type region, and the source region 18 is an N + type region. The source region 18 has a higher concentration of N-type impurities than the drift region 12. The drift region 12 and the source region 18 contain, for example, Si as N-type impurities. For example, the N-type impurity concentration in the drift region 12 is the same as the N-type impurity concentration in the GaN substrate 10. In this case, the drift region 12 may not be ion-implanted with N-type impurities. The concentration of Si in the drift region 12 is 1 × 10 15 cm -3 or more and 1 × 10 17 cm -3 or less.

ソース領域18はウェル領域14の表面側に設けられている。ソース領域18は、ウェル領域14の表面側にSiがイオン注入され、熱処理によりSiが活性化されることにより形成される。ソース領域18におけるSiの濃度は、1×1019cm-3以上1×1022cm-3以下である。 The source region 18 is provided on the surface side of the well region 14. The source region 18 is formed by ion-implanting Si into the surface side of the well region 14 and activating Si by heat treatment. The concentration of Si in the source region 18 is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 22 cm -3 or less.

ソース領域18の上部は、GaN基板10の表面10aに露出している。ソース領域18は、X軸方向における一方の側部と、X軸方向において一方の反対側に位置する他方の側部とを有する。ソース領域18の一方の側部と底部はウェル領域14に接し、ソース領域18の他方の側部がコンタクト領域16に接している。ソース領域18の一方の側部は、縦型MOSFET1のチャネルが形成される領域(以下、チャネル領域)141側に位置する。なお、縦型MOSFET1のチャネルは、ウェル領域14に形成される。 The upper portion of the source region 18 is exposed on the surface 10a of the GaN substrate 10. The source region 18 has one side portion in the X-axis direction and the other side portion located on the opposite side in the X-axis direction. One side and bottom of the source region 18 are in contact with the well region 14, and the other side of the source region 18 is in contact with the contact region 16. One side of the source region 18 is located on the 141 side of the region (hereinafter referred to as the channel region) in which the channel of the vertical MOSFET 1 is formed. The channel of the vertical MOSFET 1 is formed in the well region 14.

コンタクト領域16は、GaN基板10の表面10aに露出している。コンタクト領域16は、X軸方向における両側部がソース領域18に接し、底部がウェル領域14に接している。ウェル領域14、コンタクト領域16及びソース領域18は、Y軸方向に延伸するストライプ形状を有する。 The contact region 16 is exposed on the surface 10a of the GaN substrate 10. Both sides of the contact region 16 in the X-axis direction are in contact with the source region 18, and the bottom portion is in contact with the well region 14. The well region 14, the contact region 16 and the source region 18 have a striped shape extending in the Y-axis direction.

ドリフト領域12の上部(以下、上部領域)121は、GaN基板10の表面10aに露出している。上部領域121は、表面10aにおいてゲート絶縁膜21と接している。上部領域121は、Y軸方向で向かい合う一対のウェル領域14間に位置する。上部領域121はJFET領域と呼んでもよい。上部領域121は、N-型ではなく、N型であってもよい。これにより、縦型MOSFET1のオン抵抗を低減することができる。 The upper portion (hereinafter, upper region) 121 of the drift region 12 is exposed on the surface 10a of the GaN substrate 10. The upper region 121 is in contact with the gate insulating film 21 on the surface 10a. The upper region 121 is located between a pair of well regions 14 facing each other in the Y-axis direction. The upper region 121 may be referred to as a JFET region. The upper region 121 may be N-shaped instead of N-shaped. As a result, the on-resistance of the vertical MOSFET 1 can be reduced.

ドリフト領域12の下部(以下、下部領域)122は、ウェル領域14の底部と接している。下部領域122は、上部領域121とドレイン電極27との間、及び、ウェル領域14とドレイン電極27との間にそれぞれ位置する。下部領域122は、X軸方向で繰り返される複数の縦型MOSFET1(すなわち、複数の単位構造)間で、X軸方向に連続して設けられている。 The lower portion (hereinafter, lower region) 122 of the drift region 12 is in contact with the bottom of the well region 14. The lower region 122 is located between the upper region 121 and the drain electrode 27, and between the well region 14 and the drain electrode 27, respectively. The lower region 122 is continuously provided in the X-axis direction among a plurality of vertical MOSFETs 1 (that is, a plurality of unit structures) that are repeated in the X-axis direction.

ドリフト領域12は、ドレイン電極27とチャネル領域141との間の電流経路として機能する。コンタクト領域16は、ウェル領域14と電極(例えば、ソース電極25)とのコンタクトを取るための領域である。コンタクト領域16は、ゲートオフ時の正孔引き抜き経路としても機能する。 The drift region 12 functions as a current path between the drain electrode 27 and the channel region 141. The contact region 16 is a region for making contact between the well region 14 and the electrode (for example, the source electrode 25). The contact region 16 also functions as a hole extraction path at the time of gate off.

ゲート絶縁膜21は、例えばシリコン酸化膜(SiO膜)である。ゲート絶縁膜21は、例えば平坦な表面10a上に設けられる。 The gate insulating film 21 is, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film). The gate insulating film 21 is provided on, for example, a flat surface 10a.

ゲート電極23は、ゲート絶縁膜21を介してチャネル領域141の上方に設けられている。例えば、ゲート電極23は、平坦なゲート絶縁膜21上に設けられたプレーナ型である。ゲート電極23は、ゲートパッド112と異なる材料で形成されている。ゲート電極23は不純物をドープしたポリシリコンで形成され、ゲートパッド112はAlまたはAl‐Siの合金で形成されている。 The gate electrode 23 is provided above the channel region 141 via the gate insulating film 21. For example, the gate electrode 23 is a planar type provided on a flat gate insulating film 21. The gate electrode 23 is made of a material different from that of the gate pad 112. The gate electrode 23 is formed of impurity-doped polysilicon, and the gate pad 112 is formed of an alloy of Al or Al—Si.

ソース電極25は、GaN基板10の表面10a上に設けられている。ソース電極25は、ソース領域18の一部とコンタクト領域16とに接している。ソース電極25は、図示しない層間絶縁膜を介してゲート電極23上にも設けられてもよい。層間絶縁膜は、ゲート電極23とソース電極25とが電気的に接続しないように、ゲート電極23の上部及び側部を覆ってもよい。 The source electrode 25 is provided on the surface 10a of the GaN substrate 10. The source electrode 25 is in contact with a part of the source region 18 and the contact region 16. The source electrode 25 may also be provided on the gate electrode 23 via an interlayer insulating film (not shown). The interlayer insulating film may cover the upper portion and the side portion of the gate electrode 23 so that the gate electrode 23 and the source electrode 25 are not electrically connected.

ソース電極25は、ソースパッド114と同一の材料で構成されている。例えば、AlまたはAl-Siの合金からなるソース電極25が、ソースパッド114を兼ねている。ソース電極25は、GaN基板10の表面10aとAl(または、Al-Si)との間にバリアメタル層を有してもよい。バリアメタル層の材料としてチタン(Ti)を使用してもよい。ドレイン電極27は、GaN基板10の裏面10b側に設けられており、裏面10bに接している。ドレイン電極27もソース電極25と同様の材料で構成されている。 The source electrode 25 is made of the same material as the source pad 114. For example, the source electrode 25 made of an alloy of Al or Al—Si also serves as the source pad 114. The source electrode 25 may have a barrier metal layer between the surface 10a of the GaN substrate 10 and Al (or Al—Si). Titanium (Ti) may be used as the material of the barrier metal layer. The drain electrode 27 is provided on the back surface 10b side of the GaN substrate 10 and is in contact with the back surface 10b. The drain electrode 27 is also made of the same material as the source electrode 25.

図3において、ゲート端子、ソース端子及びドレイン端子を、それぞれG、D及びSで示す。例えば、ゲート端子Gを介してゲート電極23に閾値電圧以上の電位が与えられると、チャネル領域141に反転層が形成される。チャネル領域141に反転層が形成されている状態で、ドレイン電極27に所定の高電位が与えられ、かつ、ソース電極25に低電位(例えば、接地電位)が与えられると、ドレイン端子Dからソース端子Sへ電流が流れる。また、ゲート電極23に閾値電圧よりも低い電位が与えられるとチャネル領域141に反転層は形成されず、電流は遮断される。これにより、縦型MOSFET1は、ソース端子S及びドレイン端子D間における電流をスイッチングすることができる。 In FIG. 3, the gate terminal, the source terminal, and the drain terminal are indicated by G, D, and S, respectively. For example, when a potential equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 23 via the gate terminal G, an inversion layer is formed in the channel region 141. When a predetermined high potential is applied to the drain electrode 27 and a low potential (for example, a ground potential) is applied to the source electrode 25 in a state where the inversion layer is formed in the channel region 141, the source is supplied from the drain terminal D. Current flows to the terminal S. Further, when a potential lower than the threshold voltage is applied to the gate electrode 23, the inversion layer is not formed in the channel region 141, and the current is cut off. As a result, the vertical MOSFET 1 can switch the current between the source terminal S and the drain terminal D.

図1から図3に示したGaN半導体装置100において、コンタクト領域16は、Mg偏析の少ない表層部を有する。表層部の表面10aからの深さは1nm以上30nm以下である。コンタクト領域16の表層部におけるMg偏析の密度は、コンタクト領域16において表層部よりも深い部位(以下、深部)におけるMg偏析の密度よりも低くなっている。 In the GaN semiconductor device 100 shown in FIGS. 1 to 3, the contact region 16 has a surface layer portion with less Mg segregation. The depth of the surface layer portion from the surface 10a is 1 nm or more and 30 nm or less. The density of Mg segregation in the surface layer portion of the contact region 16 is lower than the density of Mg segregation in the portion deeper than the surface layer portion (hereinafter referred to as the deep portion) in the contact region 16.

例えば、Mg偏析を、ロッド状Mg偏析と非ロッド状Mg偏析とに分類する。ロッド状Mg偏析は、一方向への長さが30nm以上で、Mg濃度が5×1020cm-3以上の偏析である。非ロッド状Mg偏析は、一方向への長さが30nm未満で、Mg濃度が5×1020cm-3以上の偏析である。コンタクト領域16の表層部において、ロッド状アクセプタ偏析の密度は1×1014cm-3以下であり、非ロッド状アクセプタ偏析の密度は1×1015cm-3未満となっている。コンタクト領域16の深部におけるロッド状アクセプタ偏析の密度及び非ロッド状アクセプタ偏析の密度は、コンタクト領域16の表層部における各密度よりも高い値となっている。 For example, Mg segregation is classified into rod-shaped Mg segregation and non-rod-shaped Mg segregation. The rod-shaped Mg segregation is a segregation having a length of 30 nm or more in one direction and a Mg concentration of 5 × 10 20 cm -3 or more. Non-rod-shaped Mg segregation is segregation in which the length in one direction is less than 30 nm and the Mg concentration is 5 × 10 20 cm -3 or more. In the surface layer portion of the contact region 16, the density of rod-shaped acceptor segregation is 1 × 10 14 cm -3 or less, and the density of non-rod-shaped acceptor segregation is less than 1 × 10 15 cm -3 . The density of rod-shaped acceptor segregation and the density of non-rod-shaped acceptor segregation in the deep part of the contact region 16 are higher than each density in the surface layer portion of the contact region 16.

これは、後述するように、コンタクト形成領域16´にイオン注入されたMgを熱処理で活性化する際に、予め、コンタクト形成領域16´の表面を保護膜(N型半導体)で覆うことで実現される。コンタクト形成領域16´に保護膜(N型半導体)を接触させることで、コンタクト形成領域16´の表層部に空乏層を生じさせ、空乏層におけるフェルミ準位が価電子帯に近づくことを抑制している(より好ましくは、伝導帯に近づけている)。これにより、コンタクト領域16の表層部のMg偏析を抑制している。 As will be described later, this is realized by covering the surface of the contact forming region 16'with a protective film (N-type semiconductor) in advance when the Mg ion-implanted into the contact forming region 16'is activated by heat treatment. Will be done. By bringing the protective film (N-type semiconductor) into contact with the contact forming region 16', a depletion layer is formed on the surface layer of the contact forming region 16', and the Fermi level in the depletion layer is suppressed from approaching the valence band. (More preferably, it is closer to the conduction band). As a result, Mg segregation of the surface layer portion of the contact region 16 is suppressed.

(製造方法)
次に、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置100の製造方法について説明する。図4Aから図4Gは、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置100の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図4Aから図4Gは、X軸方向に繰り返し配置される複数の縦型MOSFET1のうちの、1つの縦型MOSFET1について、その製造方法を工程順に示している。また、GaN半導体装置100は、成膜装置、露光装置、エッチング装置、イオン注入装置、熱処理装置など、各種の装置によって製造される。以下、これらの装置を、製造装置と総称する。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the GaN semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described. 4A to 4G are cross-sectional views showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention in the order of processes. Note that FIGS. 4A to 4G show the manufacturing method of one of the plurality of vertical MOSFETs 1 repeatedly arranged in the X-axis direction in the order of processes. Further, the GaN semiconductor device 100 is manufactured by various devices such as a film forming device, an exposure device, an etching device, an ion implantation device, and a heat treatment device. Hereinafter, these devices are collectively referred to as manufacturing devices.

図4Aに示すように、製造装置は、GaN基板10において、ウェル領域14(図3参照)が形成される領域(以下、ウェル形成領域)14´に、アクセプタ元素としてMgをイオン注入する。例えば、製造装置は、GaN基板10の表面10a上にマスクM1を形成する。マスクM1は、GaN基板10に対して選択的に除去可能なSiO膜又はフォトレジストである。マスクM1は、ウェル形成領域14´の上方を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。製造装置は、マスクM1が形成されたGaN基板10にMgをイオン注入する。イオン注入後、製造装置は、GaN基板10上からマスクM1を除去する。 As shown in FIG. 4A, the manufacturing apparatus ion-implants Mg as an acceptor element into the region (hereinafter, well-forming region) 14 ′ in which the well region 14 (see FIG. 3) is formed in the GaN substrate 10. For example, the manufacturing apparatus forms the mask M1 on the surface 10a of the GaN substrate 10. The mask M1 is a SiO 2 film or a photoresist that can be selectively removed from the GaN substrate 10. The mask M1 has a shape that opens above the well-forming region 14'and covers above the other regions. The manufacturing apparatus ion-implants Mg into the GaN substrate 10 on which the mask M1 is formed. After ion implantation, the manufacturing apparatus removes the mask M1 from the GaN substrate 10.

図4Aに示す工程では、GaN基板10の表面10aから注入ピーク位置までの深さが200nm以上1500nm以下であり、一例として500nmとなるように、注入エネルギー(加速電圧)が設定される。また、この工程では、イオン注入されるMgについて、注入ピーク位置におけるMg濃度が1×1016cm-3以上3×1018cm-3以下となるように、Mgのドーズ量が設定される。 In the step shown in FIG. 4A, the injection energy (acceleration voltage) is set so that the depth from the surface 10a of the GaN substrate 10 to the injection peak position is 200 nm or more and 1500 nm or less, and as an example, it is 500 nm. Further, in this step, the dose amount of Mg is set so that the Mg concentration at the implantation peak position of the ion-implanted Mg is 1 × 10 16 cm -3 or more and 3 × 10 18 cm -3 or less.

または、図4Aに示す工程では、注入ピーク位置だけでなく、ウェル形成領域14´全体におけるMg濃度が1×1016cm-3以上3×1018cm-3以下となるように、Mgの注入エネルギーとドーズ量とが設定されてもよい。図4Aに示す工程は、加速エネルギーが1条件である一段イオン注入で行ってもよいし、加速エネルギーが複数条件ある多段イオン注入で行ってもよい。 Alternatively, in the step shown in FIG. 4A, Mg is injected so that not only the injection peak position but also the Mg concentration in the entire well forming region 14'is 1 × 10 16 cm -3 or more and 3 × 10 18 cm -3 or less. Energy and dose amount may be set. The step shown in FIG. 4A may be performed by one-stage ion implantation in which the acceleration energy is one condition, or may be performed by multi-stage ion implantation in which the acceleration energy is a plurality of conditions.

次に、図4Bに示すように、製造装置は、GaN基板10において、コンタクト領域が形成される領域(以下、コンタクト形成領域)16´にアクセプタ元素としてMgをイオン注入する。例えば、製造装置は、GaN基板10上にマスクM2を形成する。マスクM2は、SiO膜又はフォトレジストである。マスクM2は、コンタクト形成領域16´の上方を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。製造装置は、マスクM2が形成されたGaN基板10にMgをイオン注入する。イオン注入後、製造装置は、GaN基板10上からマスクM2を除去する。 Next, as shown in FIG. 4B, the manufacturing apparatus ion-implants Mg as an acceptor element into the region where the contact region is formed (hereinafter referred to as the contact formation region) 16'in the GaN substrate 10. For example, the manufacturing apparatus forms the mask M2 on the GaN substrate 10. The mask M2 is a SiO 2 film or a photoresist. The mask M2 has a shape that opens above the contact forming region 16'and covers above the other regions. The manufacturing apparatus ion-implants Mg into the GaN substrate 10 on which the mask M2 is formed. After ion implantation, the manufacturing apparatus removes the mask M2 from the GaN substrate 10.

図4Bに示す工程では、GaN基板10の表面10aから注入ピーク位置までの深さが1nm以上200nm以下であり、一例として10nm以上100nm以下となるように、注入エネルギー(加速電圧)が設定される。また、この工程では、イオン注入されるMgについて、注入ピーク位置におけるMg濃度が1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下であり、一例として1×1020cm-3となるように、Mgのドーズ量が設定される。 In the step shown in FIG. 4B, the injection energy (acceleration voltage) is set so that the depth from the surface 10a of the GaN substrate 10 to the injection peak position is 1 nm or more and 200 nm or less, and as an example, it is 10 nm or more and 100 nm or less. .. Further, in this step, the Mg concentration at the injection peak position of the ion-injected Mg is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less, and is 1 × 10 20 cm -3 as an example. As described above, the dose amount of Mg is set.

または、図4Bに示す工程では、注入ピーク位置だけでなく、コンタクト形成領域16´全体におけるMg濃度が1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下であり、一例として1×1020cm-3となるようにMgの注入エネルギーとドーズ量とが設定されてもよい。図4Bに示す工程は、単一の加速エネルギーを用いた一段イオン注入で行ってもよいし、異なる加速エネルギーを用いた多段イオン注入で行ってもよい。 Alternatively, in the step shown in FIG. 4B, the Mg concentration not only at the injection peak position but also in the entire contact forming region 16'is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less, and 1 × 10 as an example. The injection energy of Mg and the dose amount may be set so as to be 20 cm -3 . The step shown in FIG. 4B may be performed by one-stage ion implantation using a single acceleration energy, or may be performed by multi-stage ion implantation using different acceleration energies.

次に、図4Cに示すように、製造装置は、GaN基板10の表面10a上に保護膜30を形成する。これにより、GaN基板10の表面10aにおいて、少なくともコンタクト形成領域16´は保護膜30と直に接触する。ウェル形成領域14´、上部領域121の各表面は、保護膜30と直に接触してよいし、図示しない絶縁膜で覆われていてもよい。 Next, as shown in FIG. 4C, the manufacturing apparatus forms the protective film 30 on the surface 10a of the GaN substrate 10. As a result, at least the contact forming region 16'on the surface 10a of the GaN substrate 10 comes into direct contact with the protective film 30. The surfaces of the well forming region 14'and the upper region 121 may be in direct contact with the protective film 30 or may be covered with an insulating film (not shown).

保護膜30は、N+型の半導体(本発明の「N型半導体」の一例)で構成されている。例えば、保護膜30は、N+型の窒化アルミニウム(AlN)又はN+型の窒化シリコン(SiN)で構成されている。AlN又はSiNは、耐熱性が高く、GaN基板10と良好な密着性を有し、保護膜30からGaN基板10側へ不純物が拡散せず、かつ、GaN基板10に対して選択的に除去可能であるため、保護膜30に好適である。 The protective film 30 is made of an N + type semiconductor (an example of the "N-type semiconductor" of the present invention). For example, the protective film 30 is made of N + type aluminum nitride (AlN) or N + type silicon nitride (SiN). AlN or SiN has high heat resistance, has good adhesion to the GaN substrate 10, impurities do not diffuse from the protective film 30 to the GaN substrate 10, and can be selectively removed from the GaN substrate 10. Therefore, it is suitable for the protective film 30.

保護膜30に含まれるドナー元素(一例として、Si)の濃度は、例えば1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下である。保護膜30に含まれるドナー元素の濃度は、コンタクト形成領域16´にイオン注入されるアクセプタ元素の濃度以上の値であってもよい。 The concentration of the donor element (for example, Si) contained in the protective film 30 is, for example, 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less. The concentration of the donor element contained in the protective film 30 may be a value equal to or higher than the concentration of the acceptor element ion-implanted into the contact forming region 16'.

保護膜30の成膜時の厚さは、コンタクト形成領域16´(または、コンタクト領域16(図3参照))の表層部の表面からの深さ以上の値である。例えば、保護膜30の厚さの下限値は、コンタクト形成領域16´(または、コンタクト領域16)の表層部の深さが1nmのときは1nmであり、表層部の深さが30nmのときは30nmである。保護膜30の厚さの上限値は特に制限はないが、保護膜30の成膜スループットの低下を抑制する観点と、GaN基板10における反り等の発生を抑制する観点とから、上限値は1μmであることが好ましく、500nmであることがより好ましい。以上から、一例を示すと、保護膜30の成膜時の厚さは1nm以上1μm以下であり、より好ましくは1nm以上500nm以下である。 The thickness of the protective film 30 at the time of film formation is a value equal to or greater than the depth from the surface of the surface layer portion of the contact forming region 16'(or the contact region 16 (see FIG. 3)). For example, the lower limit of the thickness of the protective film 30 is 1 nm when the depth of the surface layer portion of the contact forming region 16'(or the contact region 16) is 1 nm, and when the depth of the surface layer portion is 30 nm. It is 30 nm. The upper limit of the thickness of the protective film 30 is not particularly limited, but the upper limit is 1 μm from the viewpoint of suppressing a decrease in the film formation throughput of the protective film 30 and suppressing the occurrence of warpage or the like on the GaN substrate 10. It is preferably 500 nm, and more preferably 500 nm. From the above, as an example, the thickness of the protective film 30 at the time of film formation is 1 nm or more and 1 μm or less, and more preferably 1 nm or more and 500 nm or less.

次に、製造装置は、保護膜30で覆われたGaN基板10に、最大温度が1300℃以上2000℃以下の熱処理を施す。この熱処理は、例えば急速加熱処理である。この熱処理によりGaN基板10にイオン注入されたMgが活性化され、図4Dに示すように、GaN基板10に、P型のウェル領域14と、P+型のコンタクト領域16とが形成されるとともに、ドリフト領域12が画定される。また、この熱処理により、GaN基板10において、Mgのイオン注入により生じた欠陥をある程度回復することができる。熱処理後、製造装置は、GaN基板10の表面10a上から保護膜30を除去する。 Next, the manufacturing apparatus heat-treats the GaN substrate 10 covered with the protective film 30 at a maximum temperature of 1300 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. This heat treatment is, for example, a rapid heat treatment. This heat treatment activates the Mg ion-implanted into the GaN substrate 10, and as shown in FIG. 4D, the P-type well region 14 and the P + -type contact region 16 are formed on the GaN substrate 10, and the P + type contact region 16 is formed. The drift region 12 is defined. Further, by this heat treatment, the defects caused by the ion implantation of Mg in the GaN substrate 10 can be recovered to some extent. After the heat treatment, the manufacturing apparatus removes the protective film 30 from the surface 10a of the GaN substrate 10.

次に、図4Eに示すように、製造装置は、GaN基板10において、ソース領域18(図3参照)が形成される領域(以下、ソース形成領域)18´にドナー元素としてSiをイオン注入する。例えば、製造装置は、GaN基板10の表面10a上にマスクM3を形成する。マスクM3は、SiO膜又はフォトレジストである。マスクM3は、ソース形成領域18´の上方を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。製造装置は、マスクM3が形成されたGaN基板10にSiをイオン注入する。イオン注入後、製造装置は、GaN基板10上からマスクM3を除去する。 Next, as shown in FIG. 4E, the manufacturing apparatus ion-implants Si as a donor element into the region (hereinafter, source formation region) 18 ′ in which the source region 18 (see FIG. 3) is formed in the GaN substrate 10. .. For example, the manufacturing apparatus forms a mask M3 on the surface 10a of the GaN substrate 10. The mask M3 is a SiO 2 film or a photoresist. The mask M3 has a shape that opens above the source forming region 18'and covers above the other regions. The manufacturing apparatus ion-implants Si into the GaN substrate 10 on which the mask M3 is formed. After ion implantation, the manufacturing apparatus removes the mask M3 from the GaN substrate 10.

次に、製造装置は、GaN基板10に最大温度が1200℃以下の熱処理を施す。この熱処理は、例えば急速加熱処理である。この熱処理によりGaN基板10にイオン注入されたSi が活性化され、図4Fに示すように、GaN基板10にN+型のソース領域18が形成される。また、この熱処理により、GaN基板10において、Siのイオン注入により生じた欠陥をある程度回復することができる。 Next, the manufacturing apparatus heat-treats the GaN substrate 10 at a maximum temperature of 1200 ° C. or lower. This heat treatment is, for example, a rapid heat treatment. By this heat treatment, Si ion-implanted into the GaN substrate 10 is activated, and as shown in FIG. 4F, an N + type source region 18 is formed on the GaN substrate 10. Further, by this heat treatment, the defects caused by the ion implantation of Si in the GaN substrate 10 can be recovered to some extent.

次に、図4Gに示すように、製造装置は、GaN基板10上にゲート絶縁膜21を形成する。次に、製造装置は、ゲート電極23とソース電極25とを形成する。次に、製造装置は、ゲート電極23とソース電極25とが覆わるようにGaN基板10の表面10a上に層間絶縁膜(図示せず)を形成する。次に、製造装置は、ゲート電極23に電気的に接続するゲートパッド112(図1参照)と、ソース電極25に電気的に接続するソースパッド114(図1参照)とを形成する。その後、製造装置は、GaN基板10の裏面10bにドレイン電極27を形成する。このような工程を経て、縦型MOSFET1を備えるGaN半導体装置100が完成する。 Next, as shown in FIG. 4G, the manufacturing apparatus forms the gate insulating film 21 on the GaN substrate 10. Next, the manufacturing apparatus forms the gate electrode 23 and the source electrode 25. Next, the manufacturing apparatus forms an interlayer insulating film (not shown) on the surface 10a of the GaN substrate 10 so as to cover the gate electrode 23 and the source electrode 25. Next, the manufacturing apparatus forms a gate pad 112 (see FIG. 1) that is electrically connected to the gate electrode 23 and a source pad 114 (see FIG. 1) that is electrically connected to the source electrode 25. After that, the manufacturing apparatus forms the drain electrode 27 on the back surface 10b of the GaN substrate 10. Through such a process, the GaN semiconductor device 100 including the vertical MOSFET 1 is completed.

(GaNに生じる空乏層のフェルミ準位)
図5は、GaNと保護膜(N型半導体)との接触部及びその近傍のバンド図であって、アクセプタ元素を活性化するための熱処理前と熱処理後の、価電子帯Ev、伝導帯Ec、フェルミ準位Efを示す図である。なお、図5に示すGaNにはアクセプタ元素としてMgがイオン注入されている。
(Fermi level of depletion layer generated in GaN)
FIG. 5 is a band diagram of the contact portion between the GaN and the protective film (N-type semiconductor) and its vicinity, and shows the valence band Ev and the conduction band Ec before and after the heat treatment for activating the acceptor element. , Fermi level Ef. In addition, Mg is ion-implanted as an acceptor element in the GaN shown in FIG.

図5に示すように、GaNと保護膜との接触部には空乏層が生じる。空乏層でバンド構造は曲がり、GaNのフェルミ準位Efと保護膜(N型半導体)のフェルミ準位Efとが一致している。この状態で熱処理を施すと、GaNではMgが活性化されてフェルミ準位が価電子帯に近づくが、空乏層ではバンド構造が曲がっている。このため、GaNにおいて空乏層が生じている領域(すなわち、GaNの表層部)では、空乏層が生じていない領域と比べて、フェルミ準位Efの価電子帯への接近が抑制される。 As shown in FIG. 5, a depletion layer is formed at the contact portion between the GaN and the protective film. The band structure is bent in the depletion layer, and the Fermi level Ef of GaN and the Fermi level Ef of the protective film (N-type semiconductor) match. When heat treatment is performed in this state, Mg is activated in GaN and the Fermi level approaches the valence band, but the band structure is bent in the depletion layer. Therefore, in the region where the depletion layer is generated in GaN (that is, the surface layer portion of GaN), the approach of the Fermi level Ef to the valence band is suppressed as compared with the region where the depletion layer is not generated.

なお、GaNにおけるアクセプタ濃度が1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下で、保護膜におけるドナー濃度が1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下の場合、保護膜との接触によりGaNに形成される空乏層の幅(深さ)は、およそ1nm以上30nm以下となる。保護膜におけるドナー濃度が高濃度になるほど、GaNに形成される空乏層の幅は大きくなる。 When the acceptor concentration in GaN is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less, and the donor concentration in the protective film is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less. The width (depth) of the depletion layer formed in GaN by contact with the protective film is approximately 1 nm or more and 30 nm or less. The higher the donor concentration in the protective film, the wider the width of the depletion layer formed in GaN.

図6は、保護膜が絶縁膜である場合のGaNのバンド図であって、アクセプタ元素を活性化するための熱処理前と熱処理後の、価電子帯Ev、伝導帯Ec、フェルミ準位Efを示す図である。保護膜が絶縁膜の場合は図6に示すように空乏層は生じず、空乏層におけるバンド構造の曲がりも生じない。絶縁膜で覆われたGaNに熱処理を施すと、GaNに含まれるMgは活性化され、GaNのフェルミ準位は価電子帯に近づく。 FIG. 6 is a band diagram of GaN when the protective film is an insulating film, and shows the valence band Ev, the conduction band Ec, and the Fermi level Ef before and after the heat treatment for activating the acceptor element. It is a figure which shows. When the protective film is an insulating film, the depletion layer does not occur as shown in FIG. 6, and the band structure in the depletion layer does not bend. When the GaN covered with the insulating film is heat-treated, the Mg contained in the GaN is activated and the Fermi level of the GaN approaches the valence band.

(フェルミ準位の制御によるMg偏析の抑制)
図7は、GaNにおけるMgアクセプタの形成エネルギー等とGaNのフェルミ準位との関係を示すグラフである。このグラフは、第一原理計算で算出されたデータである。図7の横軸はフェルミ準位Ef(eV)を示し、図7の縦軸はエネルギー(eV)を示す。図7の実線(a)は、Mgアクセプタの形成エネルギー(すなわち、GaNのGaサイトにMgを入れるために要するエネルギー)と、GaNのフェルミ準位Efとの関係を示している。図7の破線(b)は、GaNの格子間にGaが入るのに要するエネルギーと、GaNのフェルミ準位Efとの関係を示す。
(Suppression of Mg segregation by controlling Fermi level)
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the formation energy of Mg acceptors in GaN and the Fermi level of GaN. This graph is the data calculated by the first principle calculation. The horizontal axis of FIG. 7 indicates the Fermi level Ef (eV), and the vertical axis of FIG. 7 indicates energy (eV). The solid line (a) in FIG. 7 shows the relationship between the formation energy of the Mg acceptor (that is, the energy required to insert Mg into the Ga site of GaN) and the Fermi level Ef of GaN. The broken line (b) in FIG. 7 shows the relationship between the energy required for Ga to enter between the lattices of GaN and the Fermi level Ef of GaN.

図7において、フェルミ準位Efが0(eV)に近づくほど(すなわち、フェルミ準位Efが価電子帯に近づき、GaNの導電型がP型に近づくほど)、Mgアクセプタの形成エネルギーは大きくなる。また、フェルミ準位が0(eV)に近づくほど、GaNの格子間にGaが入るのに要するエネルギーは小さくなる。 In FIG. 7, as the Fermi level Ef approaches 0 (eV) (that is, the Fermi level Ef approaches the valence band and the conductive type of GaN approaches the P type), the formation energy of the Mg acceptor increases. .. Further, as the Fermi level approaches 0 (eV), the energy required for Ga to enter between the lattices of GaN becomes smaller.

図7のグラフから、GaNのフェルミ準位が価電子帯に近づき、GaNの導電型がP型に近づくほど、Mgは活性化され難くなり、アクセプタとして機能し難くなることがわかる。換言すると、GaNのフェルミ準位が伝導帯に近づき、GaNの導電型がN型に近づくほど、Mgは活性化され易くなり、アクセプタとして機能し易くなることがわかる。 From the graph of FIG. 7, it can be seen that the closer the Fermi level of GaN is to the valence band and the more the conductive type of GaN is closer to the P type, the more difficult it is for Mg to be activated and the more difficult it is to function as an acceptor. In other words, it can be seen that the closer the Fermi level of GaN is to the conduction band and the more the conductive type of GaN is closer to the N type, the easier it is for Mg to be activated and the easier it is to function as an acceptor.

本発明の実施形態では、コンタクト形成領域16´の表層部はN型半導体である保護膜30との接触により空乏層が形成され、空乏層のフェルミ準位Efは価電子帯Evへの接近が抑制される。コンタクト形成領域16´の表層部のフェルミ準位Efは、価電子帯に接近しないように制御される。これにより、コンタクト領域16の表層部では、Mgは活性化され易く、アクセプタとして機能し易くなっている。 In the embodiment of the present invention, the surface layer portion of the contact forming region 16'is formed into a depletion layer by contact with the protective film 30 which is an N-type semiconductor, and the Fermi level Ef of the depletion layer approaches the valence band Ev. It is suppressed. The Fermi level Ef on the surface layer of the contact forming region 16'is controlled so as not to approach the valence band. As a result, in the surface layer portion of the contact region 16, Mg is easily activated and easily functions as an acceptor.

(実施形態1の効果)
以上説明したように、本発明の実施形態1に係るGaN半導体装置100の製造方法は、GaN基板10のコンタクト形成領域16´にMgをイオン注入する工程と、Mgがイオン注入されたGaN基板10のコンタクト形成領域16´上に保護膜30を形成する工程と、保護膜30が形成されたGaN基板10に熱処理を施してMgを活性化することによって、GaN基板10にコンタクト領域16を形成する工程と、を備える。保護膜30はN+型の半導体で構成されている。
(Effect of Embodiment 1)
As described above, the method for manufacturing the GaN semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention includes a step of ion-implanting Mg into the contact forming region 16'of the GaN substrate 10 and a GaN substrate 10 having Mg ion-implanted. The contact region 16 is formed on the GaN substrate 10 by the step of forming the protective film 30 on the contact forming region 16'and by heat-treating the GaN substrate 10 on which the protective film 30 is formed to activate Mg. It is equipped with a process. The protective film 30 is made of an N + type semiconductor.

これによれば、コンタクト形成領域16´と保護膜30とが接触することにより、コンタクト形成領域16´の表層部には空乏層が生じ、この表層部のフェルミ準位は保護膜30のフェルミ準位と一致する。保護膜30はN+型の半導体で構成されているため、表層部に生じた空乏層のフェルミ準位が価電子帯に接近することを抑制することができる。 According to this, when the contact forming region 16'and the protective film 30 come into contact with each other, a depletion layer is formed on the surface layer portion of the contact forming region 16', and the Fermi level of this surface layer portion is the Fermi level of the protective film 30. Matches the rank. Since the protective film 30 is made of an N + type semiconductor, it is possible to prevent the Fermi level of the depletion layer generated in the surface layer portion from approaching the valence band.

これにより、コンタクト形成領域16´の表層部では、Mgアクセプタの形成エネルギーを低い状態で維持することができ、Mgを活性化し易くすることができるので、熱処理によるMgの偏析を抑制し、Mg偏析によるMg濃度のばらつきを抑制することができる。これにより、高濃度で、濃度のばらつきが小さく、表層部でのMg偏析が少ないP+型のコンタクト領域16を実現することができる。また、このようなP+型のコンタクト領域16にソース電極25を接合することによって、オーミック性に優れたソースコンタクトを実現することができる。 As a result, in the surface layer portion of the contact forming region 16', the formation energy of the Mg acceptor can be maintained in a low state, and the Mg can be easily activated. It is possible to suppress the variation in Mg concentration due to the above. As a result, it is possible to realize a P + type contact region 16 having a high concentration, a small variation in concentration, and a small amount of Mg segregation on the surface layer portion. Further, by joining the source electrode 25 to such a P + type contact region 16, it is possible to realize a source contact having excellent ohmic properties.

また、上記の製造方法では、GaN基板10にイオン注入されるMgの濃度よりも、保護膜30に含まれるドナー元素の濃度の方が高濃度となるように、Mgのイオン注入条件を設定してもよい。これによれば、GaN基板10に形成される空乏層の幅(深さ)を大きくすることができるので、Mg偏析が少ない表層部の領域を深さ方向に広げることが容易となる。 Further, in the above manufacturing method, the ion implantation conditions of Mg are set so that the concentration of the donor element contained in the protective film 30 is higher than the concentration of Mg ion-implanted into the GaN substrate 10. May be. According to this, since the width (depth) of the depletion layer formed on the GaN substrate 10 can be increased, it becomes easy to expand the region of the surface layer portion where the Mg segregation is small in the depth direction.

(変形例)
上記の実施形態1では、P+型のコンタクト領域16を形成した後で、N+型のソース領域18を形成することを説明した。しかしながら、本発明の実施形態において、ソース領域18の形成は、コンタクト領域16の形成前に行ってよい。例えば、図4Eに示したソース形成領域18´にSiをイオン注入する工程と、図4Fに示したSiを活性化するための熱処理の工程は、図4Bに示したコンタクト領域16´にMgをイオン注入する工程の前に行ってもよい。このような方法であっても、製造装置は、縦型MOSFET1を製造することができる。また、この方法では、Siを活性化するための熱処理を行う際に、コンタクト形成領域16´におけるMg偏析は考慮する必要がない。このため、Siを活性化するための熱処理の最大温度を1300℃以上にしてもよく、ソース領域18におけるSiの活性化率を高めることが容易となる。
(Modification example)
In the first embodiment described above, it has been described that the N + type source region 18 is formed after the P + type contact region 16 is formed. However, in the embodiment of the present invention, the formation of the source region 18 may be performed before the formation of the contact region 16. For example, in the step of ion-implanting Si into the source forming region 18'shown in FIG. 4E and the heat treatment step for activating Si shown in FIG. 4F, Mg is added to the contact region 16'shown in FIG. 4B. It may be performed before the step of ion implantation. Even with such a method, the manufacturing apparatus can manufacture the vertical MOSFET 1. Further, in this method, it is not necessary to consider Mg segregation in the contact forming region 16'when performing the heat treatment for activating Si. Therefore, the maximum temperature of the heat treatment for activating Si may be set to 1300 ° C. or higher, and it becomes easy to increase the activation rate of Si in the source region 18.

また、上記の実施形態1では、熱処理によりコンタクト領域16を形成した後で、GaN基板10の表面10a上から保護膜30を除去することを説明した。しかしながら、本発明の実施形態では、コンタクト領域16上に保護膜30の少なくとも一部を残してもよい。 Further, in the first embodiment, it has been described that the protective film 30 is removed from the surface 10a of the GaN substrate 10 after the contact region 16 is formed by the heat treatment. However, in the embodiment of the present invention, at least a part of the protective film 30 may be left on the contact region 16.

図8は、本発明の実施形態1の変形例に係るGaN半導体装置100Aの構成例を示す断面図である。図8に示すように、GaN半導体装置100Aは、GaN基板10と、GaN基板10に設けられ、一方向(例えば、X軸方向)に繰り返し設けられた複数の縦型MOSFET1Aを備える。図8に示す縦型MOSFET1Aにおいて、図3に示した縦型MOSFET1との相違点は、コンタクト領域16とソース電極25との間、及び、ソース領域18とソース電極25との間に保護膜30が残されている(介在している)点である。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of the GaN semiconductor device 100A according to the modified example of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the GaN semiconductor device 100A includes a GaN substrate 10 and a plurality of vertical MOSFETs 1A provided on the GaN substrate 10 and repeatedly provided in one direction (for example, the X-axis direction). In the vertical MOSFET 1A shown in FIG. 8, the difference from the vertical MOSFET 1 shown in FIG. 3 is that the protective film 30 is between the contact region 16 and the source electrode 25, and between the source region 18 and the source electrode 25. Is the point that is left (intervened).

縦型MOSFET1Aにおいて、コンタクト領域16とソース電極25との間、及び、ソース領域18とソース電極25との間に残された保護膜30の厚さは、例えば、1nm以上1μm以下であり、より好ましくは1nm以上500nm以下である。保護膜30はトンネル膜として機能する。保護膜30の厚さは成膜時の厚さのままであってもよいが、エッチングにより薄膜化されていてもよい。保護膜30を薄膜化することによって、保護膜30におけるトンネル効果を高めることができる。 In the vertical MOSFET 1A, the thickness of the protective film 30 left between the contact region 16 and the source electrode 25 and between the source region 18 and the source electrode 25 is, for example, 1 nm or more and 1 μm or less, and more. It is preferably 1 nm or more and 500 nm or less. The protective film 30 functions as a tunnel film. The thickness of the protective film 30 may be the same as that at the time of film formation, but it may be thinned by etching. By thinning the protective film 30, the tunnel effect of the protective film 30 can be enhanced.

このような構成であっても、コンタクト領域16とソース電極25との間、及び、ソース領域18とソース電極25との間は電気的に接続される。このため、図8に示す縦型MOSFET1Aは、図3等に示した縦型MOSFET1と同様に動作する。 Even with such a configuration, the contact region 16 and the source electrode 25 and the source region 18 and the source electrode 25 are electrically connected. Therefore, the vertical MOSFET 1A shown in FIG. 8 operates in the same manner as the vertical MOSFET 1 shown in FIG. 3 and the like.

また、図8に示す変形例では、縦型MOSFET1Aの完成後も、コンタクト領域16上に保護膜30が残される。このため、コンタクト領域16を形成した後でソース領域18を形成する際に、ソース領域18のSiを活性化するための熱処理の最大温度を1300℃以上に設定しても、コンタクト領域16におけるMg偏析を抑制することができる。これにより、ソース領域18のSiを活性化するための熱処理温度を高くすることができるので、ソース領域18におけるSiの活性化率を高めることが容易となる。 Further, in the modified example shown in FIG. 8, the protective film 30 is left on the contact region 16 even after the vertical MOSFET 1A is completed. Therefore, when the source region 18 is formed after the contact region 16 is formed, even if the maximum temperature of the heat treatment for activating Si in the source region 18 is set to 1300 ° C. or higher, Mg in the contact region 16 is formed. Segregation can be suppressed. As a result, the heat treatment temperature for activating Si in the source region 18 can be increased, so that it becomes easy to increase the activation rate of Si in the source region 18.

<実施形態2>
(構成)
図9は、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置200の構成例を示す断面図である。図9に示すように、実施形態2に係るGaN半導体装置200は、GaN基板10と、GaN基板10に設けられたPNダイオード2(本発明の「ダイオード」の一例)と、GaN基板10に設けられてPNダイオード2を囲むガードリング構造17と、を備える。
<Embodiment 2>
(Constitution)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of the GaN semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the GaN semiconductor device 200 according to the second embodiment is provided on the GaN substrate 10, the PN diode 2 provided on the GaN substrate 10 (an example of the “diode” of the present invention), and the GaN substrate 10. It is provided with a guard ring structure 17 that surrounds the PN diode 2.

PNダイオード2は、GaN基板10に設けられたN-型領域13と、GaN基板10に設けられたP型領域15と、GaN基板10に設けられたP+型のコンタクト領域16と、GaN基板10の表面10a上に設けられた絶縁膜19と、GaN基板10の表面10a側に設けられてコンタクト領域16上に設けられてコンタクト領域16に電気的に接続するアノード電極35(本発明の「電極」の一例)と、GaN基板10の裏面10b側に設けられてN-型領域13に電気的に接続するカソード電極37と、を有する。PNダイオード2において、N-型領域13はカソード領域であり、P型領域15はアノード領域である。 The PN diode 2 includes an N-type region 13 provided on the GaN substrate 10, a P-type region 15 provided on the GaN substrate 10, a P + type contact region 16 provided on the GaN substrate 10, and a GaN substrate 10. The insulating film 19 provided on the surface 10a of the GaN substrate 10 and the anode electrode 35 provided on the surface 10a side of the GaN substrate 10 and electrically connected to the contact region 16 (“electrode” of the present invention. (Example), and a cathode electrode 37 provided on the back surface 10b side of the GaN substrate 10 and electrically connected to the N-type region 13. In the PN diode 2, the N-type region 13 is the cathode region and the P-type region 15 is the anode region.

P型領域15は、N型のGaN基板10にアクセプタ元素がイオン注入され、熱処理されることにより形成される。アクセプタ元素は、例えばMgである。 The P-type region 15 is formed by ion-implanting an acceptor element into an N-type GaN substrate 10 and heat-treating it. The acceptor element is, for example, Mg.

絶縁膜19は、例えば酸化シリコン(SiO)膜である。絶縁膜19には、コンタクト領域16を底面とする開口部H19が設けられている。アノード電極35は、開口部H19を通してコンタクト領域16に接続している。 The insulating film 19 is, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film. The insulating film 19 is provided with an opening H19 having a contact region 16 as a bottom surface. The anode electrode 35 is connected to the contact region 16 through the opening H19.

アノード電極35及びカソード電極37は、例えば、AlまたはAl-Siの合金で構成されている。アノード電極35及びカソード電極37は、GaN基板10との間にバリアメタル層を有してもよい。バリアメタル層の材料としてTiを使用してもよい。 The anode electrode 35 and the cathode electrode 37 are made of, for example, an alloy of Al or Al—Si. The anode electrode 35 and the cathode electrode 37 may have a barrier metal layer between the anode electrode 35 and the cathode electrode 10. Ti may be used as the material of the barrier metal layer.

ガードリング構造17は、例えば、PNダイオード2の周りを複数のP型領域でリング状に囲む構造を有する。ガードリング構造17は、PNダイオード2に逆バイアスが印加されたときに、GaN基板10の外周側へ空乏層を広がり易くすることができ、PNダイオード2への電界集中を抑制することができる。これにより、ガードリング構造17は、PNダイオード2の耐圧を向上させることができる。 The guard ring structure 17 has, for example, a structure in which the PN diode 2 is surrounded by a plurality of P-shaped regions in a ring shape. The guard ring structure 17 can easily spread the depletion layer toward the outer peripheral side of the GaN substrate 10 when a reverse bias is applied to the PN diode 2, and can suppress electric field concentration on the PN diode 2. As a result, the guard ring structure 17 can improve the withstand voltage of the PN diode 2.

(製造方法)
次に、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置200の製造方法について説明する。図10Aから図10Eは、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置200の製造方法を工程順に示す断面図である。図10A及び図10Bに示すように、製造装置は、GaN基板10において、P型領域15(図9参照)が形成される領域(以下、P型形成領域)15´とコンタクト形成領域16´とにアクセプタ元素としてMgをイオン注入する。このイオン注入は、P型形成領域15´よりもコンタクト形成領域16´の方が、アクセプタ元素の注入深さが浅く、かつ、アクセプタ元素の注入濃度が高くなるように、イオン注入条件を設定する。また、このイオン注入は、同じマスクを用いた多段イオン注入で行ってもよい。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the GaN semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention will be described. 10A to 10E are cross-sectional views showing the manufacturing method of the GaN semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention in the order of processes. As shown in FIGS. 10A and 10B, in the GaN substrate 10, the manufacturing apparatus includes a region (hereinafter, P-type forming region) 15 ′ in which the P-type region 15 (see FIG. 9) is formed and a contact forming region 16 ′. Mg is ion-implanted as an acceptor element. For this ion implantation, the ion implantation conditions are set so that the implantation depth of the acceptor element is shallower and the implantation concentration of the acceptor element is higher in the contact formation region 16'than in the P-type formation region 15'. .. Further, this ion implantation may be performed by multi-stage ion implantation using the same mask.

例えば、製造装置は、GaN基板10の表面10a上にマスクM11を形成する。マスクM11は、GaN基板10に対して選択的に除去可能なSiO膜又はフォトレジストである。マスクM11は、P型形成領域15´の上方(図10Bに示すように、コンタクト形成領域16´の上方でもある)を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。製造装置は、マスクM11が形成されたGaN基板10にMgをイオン注入して、P型形成領域15´にMgを導入する。このときのイオン注入条件は、例えば、図4Aに示した工程におけるイオン注入条件と同じである。 For example, the manufacturing apparatus forms the mask M11 on the surface 10a of the GaN substrate 10. The mask M11 is a SiO 2 film or a photoresist that can be selectively removed from the GaN substrate 10. The mask M11 has a shape that opens above the P-shaped forming region 15'(also above the contact forming region 16', as shown in FIG. 10B) and covers above the other regions. The manufacturing apparatus ion-implants Mg into the GaN substrate 10 on which the mask M11 is formed, and introduces Mg into the P-type forming region 15'. The ion implantation conditions at this time are, for example, the same as the ion implantation conditions in the step shown in FIG. 4A.

次に、図10Bに示すように、製造装置は、マスクM11が形成されたGaN基板10にMgをイオン注入して、コンタクト形成領域16´にMgを導入する。このときのイオン注入条件は、例えば、図4Bに示した工程におけるイオン注入条件と同じである。P型形成領域15´及びコンタクト形成領域16´へのイオン注入後、製造装置は、GaN基板10上からマスクM11を除去する。 Next, as shown in FIG. 10B, the manufacturing apparatus ion-implants Mg into the GaN substrate 10 on which the mask M11 is formed, and introduces Mg into the contact forming region 16'. The ion implantation conditions at this time are, for example, the same as the ion implantation conditions in the step shown in FIG. 4B. After ion implantation into the P-shaped forming region 15'and the contact forming region 16', the manufacturing apparatus removes the mask M11 from the GaN substrate 10.

次に、図10Cに示すように、製造装置は、GaN基板10において、ガードリング構造17(図9参照)が形成される領域(以下、ガードリング形成領域)17´にアクセプタ元素としてMgをイオン注入する。例えば、製造装置は、GaN基板10の表面10a上にマスクM12を形成する。マスクM12は、ガードリング形成領域17´の上方を開口し、他の領域の上方を覆う形状を有する。マスクM12は、GaN基板10に対して選択的に除去可能なSiO膜又はフォトレジストである。製造装置は、マスクM12が形成されたGaN基板10にMgをイオン注入して、ガードリング形成領域17´にMgを導入する。このときのイオン注入条件は、例えば、図4Aに示した工程におけるイオン注入条件と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ガードリング形成領域17´へのイオン注入後、製造装置は、GaN基板10上からマスクM12を除去する。 Next, as shown in FIG. 10C, the manufacturing apparatus ionizes Mg as an acceptor element in the region (hereinafter, guard ring forming region) 17 ′ in which the guard ring structure 17 (see FIG. 9) is formed in the GaN substrate 10. inject. For example, the manufacturing apparatus forms the mask M12 on the surface 10a of the GaN substrate 10. The mask M12 has a shape that opens above the guard ring forming region 17'and covers above the other regions. The mask M12 is a SiO 2 film or a photoresist that can be selectively removed from the GaN substrate 10. The manufacturing apparatus ion-implants Mg into the GaN substrate 10 on which the mask M12 is formed, and introduces Mg into the guard ring forming region 17'. The ion implantation conditions at this time may be, for example, the same as or different from the ion implantation conditions in the step shown in FIG. 4A. After ion implantation into the guard ring forming region 17', the manufacturing apparatus removes the mask M12 from the GaN substrate 10.

次に、図10Dに示すように、製造装置は、GaN基板10の表面10a上に保護膜30を形成する。これにより、GaN基板10の表面10aにおいて、少なくともコンタクト形成領域16´は保護膜30と直に接触する。また、GaN基板10の表面10a全体が保護膜30と直に接触してよい。 Next, as shown in FIG. 10D, the manufacturing apparatus forms the protective film 30 on the surface 10a of the GaN substrate 10. As a result, at least the contact forming region 16'on the surface 10a of the GaN substrate 10 comes into direct contact with the protective film 30. Further, the entire surface 10a of the GaN substrate 10 may be in direct contact with the protective film 30.

次に、製造装置は、保護膜30で覆われたGaN基板10に、最大温度が1300℃以上2000℃以下の熱処理を施す。この熱処理は、例えば急速加熱処理である。この熱処理によりGaN基板10に導入されたMgが活性化され、図10Eに示すように、GaN基板10に、P型領域15と、P+型のコンタクト領域16と、P型のガードリング構造17とが形成されるとともに、N-型領域13が画定される。また、この熱処理により、GaN基板10において、Mgのイオン注入により生じた欠陥をある程度回復することができる。熱処理後、製造装置は、GaN基板10の表面10a上から保護膜30を除去する。 Next, the manufacturing apparatus heat-treats the GaN substrate 10 covered with the protective film 30 at a maximum temperature of 1300 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. This heat treatment is, for example, a rapid heat treatment. This heat treatment activates Mg introduced into the GaN substrate 10, and as shown in FIG. 10E, the GaN substrate 10 has a P-type region 15, a P + -type contact region 16, and a P-type guard ring structure 17. Is formed, and the N-type region 13 is defined. Further, by this heat treatment, the defects caused by the ion implantation of Mg in the GaN substrate 10 can be recovered to some extent. After the heat treatment, the manufacturing apparatus removes the protective film 30 from the surface 10a of the GaN substrate 10.

なお、図10Eでは、P型領域15がコンタクト形成領域16よりも横方向へ広く拡散している態様を示しているが、これはあくまで一例である。本発明の実施形態2では、P型領域15及びコンタクト形成領域16の横方向への拡散が同じであり、P型領域15の表面側の全てがコンタクト形成領域16で覆われるような構造であってもよい。 Note that FIG. 10E shows an embodiment in which the P-shaped region 15 is more widely diffused in the lateral direction than the contact forming region 16, but this is only an example. In the second embodiment of the present invention, the P-shaped region 15 and the contact forming region 16 have the same lateral diffusion, and the entire surface side of the P-shaped region 15 is covered with the contact forming region 16. You may.

次に、製造装置は、GaN基板10の表面10a上に絶縁膜19(図9参照)を形成し、絶縁膜19に開口部H19(図9参照)を形成する。次に、製造装置は、アノード電極35、カソード電極37を形成する。このような工程を経て、図9に示したPNダイオード2を備えるGaN半導体装置200が完成する。 Next, the manufacturing apparatus forms an insulating film 19 (see FIG. 9) on the surface 10a of the GaN substrate 10, and forms an opening H19 (see FIG. 9) in the insulating film 19. Next, the manufacturing apparatus forms the anode electrode 35 and the cathode electrode 37. Through such a process, the GaN semiconductor device 200 including the PN diode 2 shown in FIG. 9 is completed.

(実施形態2の効果)
以上説明したように、本発明の実施形態2に係るGaN半導体装置200の製造方法は、GaN基板10のコンタクト形成領域16´にMgをイオン注入する工程と、Mgがイオン注入されたGaN基板10のコンタクト形成領域16´上に保護膜30を形成する工程と、保護膜30が形成されたGaN基板10に熱処理を施してMgを活性化することによって、GaN基板10にコンタクト領域16を形成する工程と、を備える。保護膜30はN+型の半導体で構成されている。
(Effect of Embodiment 2)
As described above, the method for manufacturing the GaN semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention includes a step of ion-implanting Mg into the contact forming region 16'of the GaN substrate 10 and a GaN substrate 10 in which Mg is ion-implanted. The contact region 16 is formed on the GaN substrate 10 by the step of forming the protective film 30 on the contact forming region 16'and by heat-treating the GaN substrate 10 on which the protective film 30 is formed to activate Mg. It is equipped with a process. The protective film 30 is made of an N + type semiconductor.

これによれば、実施形態1に係るGaN半導体装置100と同様に、高濃度で、濃度のばらつきが小さく、表層部でのMg偏析が少ないP+型のコンタクト領域16を実現することができる。また、このようなP+型のコンタクト領域16にアノード電極35を接合することによって、オーミック性に優れたアノードコンタクトを実現することができる。 According to this, it is possible to realize a P + type contact region 16 having a high concentration, a small variation in concentration, and a small amount of Mg segregation on the surface layer portion, similarly to the GaN semiconductor device 100 according to the first embodiment. Further, by joining the anode electrode 35 to such a P + type contact region 16, it is possible to realize an anode contact having excellent ohmic contact.

(変形例)
実施形態1と同様に、実施形態2においても、コンタクト領域16上に保護膜30の少なくとも一部を残してよい。図11は、本発明の実施形態2の変形例に係るGaN半導体装置200Aの構成例を示す断面図である。図11に示すように、GaN半導体装置200Aは、GaN基板10と、GaN基板10に設けられたPNダイオード2Aを備える。図11に示すPNダイオード2Aにおいて、図9に示したPNダイオード2との相違点は、コンタクト領域16とアノード電極35との間に保護膜30が残されている(介在している)点である。
(Modification example)
Similar to the first embodiment, in the second embodiment, at least a part of the protective film 30 may be left on the contact region 16. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of the GaN semiconductor device 200A according to the modified example of the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the GaN semiconductor device 200A includes a GaN substrate 10 and a PN diode 2A provided on the GaN substrate 10. The difference between the PN diode 2A shown in FIG. 11 and the PN diode 2 shown in FIG. 9 is that the protective film 30 is left (intervened) between the contact region 16 and the anode electrode 35. be.

PNダイオード2Aにおいて、コンタクト領域16とアノード電極35との間に残された保護膜30の厚さは、例えば、1nm以上1μm以下であり、より好ましくは1nm以上500nm以下である。保護膜30は、トンネル膜として機能する。このような構成であって、コンタクト領域16とアノード電極35との間は電気的に接続されるため、上記のPNダイオード2と同様に動作する。 In the PN diode 2A, the thickness of the protective film 30 left between the contact region 16 and the anode electrode 35 is, for example, 1 nm or more and 1 μm or less, and more preferably 1 nm or more and 500 nm or less. The protective film 30 functions as a tunnel film. With such a configuration, since the contact region 16 and the anode electrode 35 are electrically connected, the operation is the same as that of the PN diode 2 described above.

また、図10Aから図10Eに示した製造方法では、マスクM11を用いて、P型形成領域15´とコンタクト形成領域16´とにアクセプタ元素としてMgを多段イオン注入することを説明した。しかしながら、本発明の実施形態2において、P型形成領域15´へのイオン注入と、コンタクト形成領域16´へのイオン注入は、それぞれ異なるマスクを用いておこなってもよい。このような方法であっても、図9に示したGaN半導体装置200と同様の構造を有する半導体装置を製造することが可能である。この方法では、製造工程数は増えてしまうが、例えば、コンタクト領域16の平面視による形状を、P型領域15とは異なる形状に形成することが可能である。 Further, in the production method shown in FIGS. 10A to 10E, it has been described that Mg is implanted as an acceptor element into the P-type forming region 15'and the contact forming region 16' by using the mask M11 in multiple stages. However, in the second embodiment of the present invention, the ion implantation into the P-type forming region 15'and the ion implantation into the contact forming region 16' may be performed using different masks. Even with such a method, it is possible to manufacture a semiconductor device having the same structure as the GaN semiconductor device 200 shown in FIG. In this method, the number of manufacturing steps increases, but for example, it is possible to form the shape of the contact region 16 in a plan view different from that of the P-shaped region 15.

また、図10Aから図10Eに示した製造方法では、マスクM12を用いて、ガードリング形成領域17´にアクセプタ元素としてMgをイオン注入することを説明した。しかしながら、本発明の実施形態2において、ガードリング形成領域17´へのイオン注入は、マスクM11を用いて行ってもよい。このような方法であっても、図9に示したGaN半導体装置200と同様の構造を有する半導体装置を製造することが可能である。この方法では、ガードリング構造17は、P型領域15上にP+型領域16が配置された構造に形成される。 Further, in the production method shown in FIGS. 10A to 10E, it has been described that Mg is ion-implanted as an acceptor element into the guard ring forming region 17'using the mask M12. However, in the second embodiment of the present invention, the ion implantation into the guard ring forming region 17'may be performed using the mask M11. Even with such a method, it is possible to manufacture a semiconductor device having the same structure as the GaN semiconductor device 200 shown in FIG. In this method, the guard ring structure 17 is formed in a structure in which the P + type region 16 is arranged on the P type region 15.

(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態1、2及び変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、変形例が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, the invention has been described by embodiments 1 and 2 and modifications, but the statements and drawings that form part of this disclosure should not be understood as limiting the invention. Various alternative embodiments and modifications will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.

例えば、ゲート絶縁膜21は、SiO膜に限定されるものではなく、他の絶縁膜であってもよい。ゲート絶縁膜21には、シリコン酸窒化(SiON)膜、ストロンチウム酸化物(SrO)膜、シリコン窒化物(Si)膜、アルミニウム酸化物(Al)膜も使用可能である。また、ゲート絶縁膜21には、単層の絶縁膜をいくつか積層した複合膜等も使用可能である。ゲート絶縁膜21としてSiO膜以外の絶縁膜を用いた縦型MOSFETは、縦型MISFETと呼んでもよい。MISFETは、MOSFETを含む、より包括的な絶縁ゲート型トランジスタを意味する。 For example, the gate insulating film 21 is not limited to the SiO 2 film, and may be another insulating film. As the gate insulating film 21, a silicon oxynitride (SiON) film, a strontium oxide (SrO) film, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, and an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film can also be used. Further, as the gate insulating film 21, a composite film or the like in which several single-layer insulating films are laminated can also be used. A vertical MOSFET in which an insulating film other than the SiO 2 film is used as the gate insulating film 21 may be referred to as a vertical MISFET. MISFET means a more comprehensive isolated gate transistor including MOSFET.

また、上記の実施形態1では、コンタクト領域16が縦型MISFETに含まれることを説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されない。コンタクト領域16は、GaN基板の垂直方向に電流が流れる縦型MISFETではなく、GaN基板の水平方向に電流が流れる横型MISFETに含まれていてもよい。 Further, in the first embodiment, it has been explained that the contact region 16 is included in the vertical MISFET. However, embodiments of the present invention are not limited to this. The contact region 16 may be included in the horizontal MISFET in which the current flows in the horizontal direction of the GaN substrate, instead of the vertical MISFET in which the current flows in the vertical direction of the GaN substrate.

また、上記の実施形態1では、コンタクト領域16と接触する電極がソース電極25であることを説明した。上記の実施形態2では、コンタクト領域16と接触する電極がアノード電極35であることを説明した。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されない。コンタクト領域16は、ソース電極、アノード電極以外の他の電極と接触してもよい。また、コンタクト領域16に例示されるP型領域は、MOSFET、PNダイオード以外の他の素子に含まれていてもよく、例えば、バイポーラトランジスタ、容量素子又は抵抗素子等に含まれていてもよい。 Further, in the first embodiment, it has been described that the electrode in contact with the contact region 16 is the source electrode 25. In the second embodiment described above, it has been described that the electrode in contact with the contact region 16 is the anode electrode 35. However, embodiments of the present invention are not limited to this. The contact region 16 may be in contact with an electrode other than the source electrode and the anode electrode. Further, the P-type region exemplified in the contact region 16 may be included in an element other than the MOSFET and the PN diode, and may be included in, for example, a bipolar transistor, a capacitive element, a resistance element, or the like.

このように、本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態及び変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。 As described above, it goes without saying that the present technique includes various embodiments not described here. At least one of the various omissions, substitutions and modifications of the components may be made without departing from the gist of the embodiments and modifications described above. Further, the effects described in the present specification are merely exemplary and not limited, and other effects may be obtained.

1、1A 縦型MOSFET
2、2A PNダイオード
10 GaN基板
10a 表面
10b 裏面
12 ドリフト領域
13 N-型領域
14 ウェル領域
14´ ウェル形成領域
15 P型領域
15´ P型形成領域
16 コンタクト領域
16´ コンタクト形成領域
17 ガードリング構造
17´ ガードリング形成領域
18 ソース領域
18´ ソース形成領域
19 絶縁膜
21 ゲート絶縁膜
23 ゲート電極
25 ソース電極
27 ドレイン電極
30 保護膜
35 アノード電極
37 カソード電極
100、100A、200、200A GaN半導体装置
110 活性領域
112 ゲートパッド
114 ソースパッド
121 上部領域
122 下部領域
130 エッジ終端領域
141 チャネル領域
D ドレイン端子
Ec 伝導帯
Ef フェルミ準位
Ev 価電子帯
G ゲート端子
H19 開口部
M1、M2、M3、M11、M12 マスク
S ソース端子
1,1A vertical MOSFET
2, 2A PN diode 10 GaN substrate 10a Front surface 10b Back surface 12 Drift region 13 N-type region 14 Well region 14'Well formation region 15 P-type region 15'P-type formation region 16 Contact region 16'Contact formation region 17 Guard ring structure 17'Guard ring formation region 18 Source region 18'Source formation region 19 Insulation film 21 Gate insulation film 23 Gate electrode 25 Source electrode 27 Drain electrode 30 Protective film 35 Anode electrode 37 Cathode electrode 100, 100A, 200, 200A GaN semiconductor device 110 Active Region 112 Gate Pad 114 Source Pad 121 Upper Region 122 Lower Region 130 Edge Termination Region 141 Channel Region D Drain Terminal Ec Conduction Band Ef Fermi Level Ev Diode Electrode Band G Gate Terminal H19 Openings M1, M2, M3, M11, M12 Mask S source terminal

Claims (16)

窒化物半導体にアクセプタ元素をイオン注入する工程と、
前記アクセプタ元素がイオン注入された前記窒化物半導体上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が形成された前記窒化物半導体に熱処理を施して前記アクセプタ元素を活性化することによって、前記窒化物半導体にP型領域を形成する工程と、を備え、
前記保護膜はN型半導体で構成されている、窒化物半導体装置の製造方法。
The process of ion-implanting acceptor elements into nitride semiconductors,
A step of forming a protective film on the nitride semiconductor into which the acceptor element is ion-implanted, and
A step of forming a P-type region in the nitride semiconductor by heat-treating the nitride semiconductor on which the protective film is formed to activate the acceptor element is provided.
A method for manufacturing a nitride semiconductor device, wherein the protective film is composed of an N-type semiconductor.
前記窒化物半導体にイオン注入される前記アクセプタ元素の濃度よりも、前記保護膜に含まれるドナー元素の濃度の方が高濃度となるように、前記アクセプタ元素のイオン注入条件を設定する、請求項1に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 Claimed to set the ion implantation conditions of the acceptor element so that the concentration of the donor element contained in the protective film is higher than the concentration of the acceptor element ion-implanted into the nitride semiconductor. The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to 1. 前記窒化物半導体にイオン注入される前記アクセプタ元素の濃度が1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下となるように、前記アクセプタ元素のイオン注入条件を設定する、請求項1又は2に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 The ion implantation condition of the acceptor element is set so that the concentration of the acceptor element ion-implanted into the nitride semiconductor is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less. Or the method for manufacturing a nitride semiconductor device according to 2. 前記熱処理の最大温度は1300℃以上2000℃以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the maximum temperature of the heat treatment is 1300 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower. 前記窒化物半導体は窒化ガリウムである、請求項1から4のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the nitride semiconductor is gallium nitride. 前記アクセプタ元素はマグネシウム及びベリリウムの少なくとも一方を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the acceptor element contains at least one of magnesium and beryllium. 前記保護膜は、窒化アルミニウム又は窒化シリコンである、請求項1から6のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the protective film is aluminum nitride or silicon nitride. 窒化物半導体と、
前記窒化物半導体に設けられたP型領域と、を備え、
前記P型領域におけるアクセプタ元素の濃度は1×1019cm-3以上1×1021cm-3以下であり、
前記P型領域の表層部におけるアクセプタ偏析の密度は、前記P型領域において前記表層部よりも深い部位における前記アクセプタ偏析の密度よりも低い、窒化物半導体装置。
Nitride semiconductor and
A P-type region provided in the nitride semiconductor is provided.
The concentration of the acceptor element in the P-type region is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 21 cm -3 or less.
A nitride semiconductor device in which the density of acceptor segregation in the surface layer portion of the P-type region is lower than the density of the acceptor segregation in a portion deeper than the surface layer portion in the P-type region.
前記アクセプタ偏析を、
一方向への長さが30nm以上で、前記アクセプタ元素の濃度が5×1020cm-3以上であるロッド状アクセプタ偏析と、
一方向への長さが30nm未満で、前記アクセプタ元素の濃度が5×1020cm-3以上である非ロッド状アクセプタ偏析と、に分類すると、
前記表層部において、前記ロッド状アクセプタ偏析の密度は1×1014cm-3以下であり、前記非ロッド状アクセプタ偏析の密度は1×1015cm-3未満である、請求項8に記載の窒化物半導体装置。
The acceptor segregation
Rod-shaped acceptor segregation with a length of 30 nm or more in one direction and a concentration of the acceptor element of 5 × 10 20 cm -3 or more.
Classified as non-rod-like acceptor segregation, the length in one direction is less than 30 nm and the concentration of the acceptor element is 5 × 10 20 cm -3 or more.
The eighth aspect of the invention, wherein in the surface layer portion, the density of the rod-shaped acceptor segregation is 1 × 10 14 cm -3 or less, and the density of the non-rod-shaped acceptor segregation is less than 1 × 10 15 cm -3 . Nitride semiconductor device.
前記表層部の表面からの深さは1nm以上30nm以下である、請求項8又は9に記載の窒化物半導体装置。 The nitride semiconductor device according to claim 8 or 9, wherein the depth from the surface of the surface layer portion is 1 nm or more and 30 nm or less. 前記表層部上に設けられた電極、をさらに備える請求項8から10のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置。 The nitride semiconductor device according to any one of claims 8 to 10, further comprising an electrode provided on the surface layer portion. 前記表層部と前記電極との間に介在する、N型半導体で構成された保護膜、をさらに備える、請求項11に記載の窒化物半導体装置。 The nitride semiconductor device according to claim 11, further comprising a protective film made of an N-type semiconductor interposed between the surface layer portion and the electrode. 前記保護膜におけるドーパント元素の濃度は、前記表層部における前記アクセプタ元素の濃度よりも高濃度である、請求項12に記載の窒化物半導体装置。 The nitride semiconductor device according to claim 12, wherein the concentration of the dopant element in the protective film is higher than the concentration of the acceptor element in the surface layer portion. 前記保護膜の厚さは、前記表層部の表面からの深さ以上の値、かつ、1μm以下の値である、請求項12又は13に記載の窒化物半導体装置。 The nitride semiconductor device according to claim 12, wherein the thickness of the protective film is a value equal to or greater than the depth from the surface of the surface layer portion and a value of 1 μm or less. 前記窒化物半導体に設けられたP型のウェル領域と、
前記窒化物半導体に設けられ、前記ウェル領域にチャネルが形成される電界効果トランジスタと、を備え、
前記P型領域は、前記ウェル領域よりも前記アクセプタ元素の濃度が高く、かつ前記ウェル領域に電気的に接続する、請求項8から14のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置。
The P-type well region provided in the nitride semiconductor and
A field effect transistor provided in the nitride semiconductor and having a channel formed in the well region is provided.
The nitride semiconductor device according to any one of claims 8 to 14, wherein the P-type region has a higher concentration of the acceptor element than the well region and is electrically connected to the well region.
前記窒化物半導体に設けられたダイオードを備え、
前記P型領域は前記ダイオードのアノード領域である、請求項8から14のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置。
A diode provided in the nitride semiconductor is provided.
The nitride semiconductor device according to any one of claims 8 to 14, wherein the P-shaped region is an anode region of the diode.
JP2020188258A 2020-11-11 2020-11-11 Method of manufacturing nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device Pending JP2022077406A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020188258A JP2022077406A (en) 2020-11-11 2020-11-11 Method of manufacturing nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020188258A JP2022077406A (en) 2020-11-11 2020-11-11 Method of manufacturing nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022077406A true JP2022077406A (en) 2022-05-23

Family

ID=81654102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020188258A Pending JP2022077406A (en) 2020-11-11 2020-11-11 Method of manufacturing nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022077406A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11094810B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US8658503B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
US10886365B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US20180366549A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device
JP2019050240A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US10388725B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2013008716A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
WO2015072052A1 (en) Semiconductor device
US20220285503A1 (en) Method for manufacturing nitride semiconductor device and nitride semiconductor device
US11769828B2 (en) Gate trench power semiconductor devices having improved deep shield connection patterns
JP6966010B1 (en) Nitride semiconductor device manufacturing method and nitride semiconductor device
JP2023154314A (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of silicon carbide semiconductor device
JP4676708B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2022077406A (en) Method of manufacturing nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device
JP7404703B2 (en) Nitride semiconductor device manufacturing method and nitride semiconductor device
JP2023529342A (en) Semiconductor power device with graded lateral doping and method of forming such device
US10749003B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device
JP7436950B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device
US9728599B1 (en) Semiconductor device
JP7447415B2 (en) Gallium nitride semiconductor device
JP7238303B2 (en) Gallium nitride semiconductor device and method for manufacturing gallium nitride semiconductor device
US20220285504A1 (en) Method for manufacturing nitride semiconductor device and nitride semiconductor device
JP7405291B1 (en) Nitride semiconductor device and its manufacturing method
JP2022136959A (en) Method for manufacturing nitride semiconductor device and nitride semiconductor device
JP2022092828A (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231016

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240628

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240702