JP5141037B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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本発明は、III 族窒化物半導体からなる半導体装置の製造方法であって、トレンチ溝底部にn型またはp型領域を形成する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device made of a group III nitride semiconductor, and relates to a method of forming an n-type or p-type region at the bottom of a trench groove.
トレンチ溝の底部にn型またはp型領域を形成する方法が、特許文献1、2に示されている。特許文献1ではそのような構造をトレンチアイソレーションに用い、特許文献2では、トレンチ型半導体装置の耐圧を高めるために用いている。
特許文献1による形成方法は、シリコンからなる半導体層をエッチングしてトレンチ溝を形成後、常圧CVD法によりSiO2 からなるマスクを形成する。常圧CVD法により形成されたマスクは、トレンチ溝の開口部付近は膜厚が厚く、トレンチ溝底部に行くにつれて膜厚が薄くなり、トレンチ溝底部で最も薄くなる。次にボロンのイオン注入を行うと、トレンチ溝の開口部、側面はマスクによりドーピングが抑制される。一方で、トレンチ溝底面はマスクが薄いため、マスクを超えてイオン注入することができる。そのため、トレンチ溝の底部にのみp型領域を形成することができる。このように、特許文献1の方法は、常圧CVD法で形成したSiO2 からなるマスクの段差被覆性の悪さを利用するものである。
In the forming method according to
特許文献2による形成方法では、イオン注入後にトレンチ溝の側面をエッチングすることで、トレンチ溝の底部にのみp型領域を形成している。
しかし、特許文献1に示されたような、マスクの段差被覆性を制御することはきわめて困難である。実際には、常圧CVD法で形成したSiO2 からなるマスクは、トレンチ溝の開口部付近でオーバーハング形状となるため、このマスクを用いてイオン注入すると、トレンチ溝底部の中央付近にしか不純物が注入されない。
However, it is extremely difficult to control the step coverage of the mask as disclosed in
また、III 族窒化物半導体は物理的、化学的にきわめて安定しているため、エッチングが困難であり、特許文献2の方法をIII 族窒化物半導体からなる半導体装置の製造方法に適用するのは困難である。
In addition, since the group III nitride semiconductor is physically and chemically very stable, etching is difficult, and the method of
そこで本発明の目的は、III 族窒化物半導体からなる半導体装置の製造方法において、トレンチ溝の底部にのみn型またはp型領域を形成する方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of forming an n-type or p-type region only at the bottom of a trench groove in a method for manufacturing a semiconductor device made of a group III nitride semiconductor.
第1の発明は、Gaを必須とするIII 族窒化物半導体からなり、c面を主面とする半導体層表面の所定の位置にマスクを形成する工程と、マスクを用いて、半導体層をエッチングしてトレンチ溝を形成する工程と、n型またはp型の不純物を、半導体層表面に対して垂直にイオン注入する工程と、不純物を熱処理により活性化し、n型領域またはp型領域を形成する工程と、トレンチ溝の側面である前記半導体層を、アルカリ溶液によりウェットエッチングする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a step of forming a mask at a predetermined position on a surface of a semiconductor layer having a c-plane as a main surface, and comprising etching a semiconductor layer using the mask. Forming a trench groove, ion-implanting n-type or p-type impurities perpendicularly to the surface of the semiconductor layer, and activating the impurities by heat treatment to form n-type regions or p-type regions. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step; and a step of wet-etching the semiconductor layer that is a side surface of a trench groove with an alkaline solution.
半導体層は、伝導型を問わない。n型、p型、真性のいずれであってもよい。また、単層であっても、複数の層であってもよい。複数の層である場合は、互いに組成の異なる複数の層であってもよい。なお、Gaを必須とするのは、AlNは酸などによってウェットエッチング可能であり、本発明を用いる優位性がないからである。 The semiconductor layer may be of any conductivity type. Any of n-type, p-type and intrinsic may be used. Further, it may be a single layer or a plurality of layers. In the case of a plurality of layers, a plurality of layers having different compositions may be used. Note that Ga is essential because AlN can be wet-etched with an acid or the like and has no advantage in using the present invention.
n型の不純物はSiなど、p型の不純物はMgなどである。 The n-type impurity is Si or the like, and the p-type impurity is Mg or the like.
ウェットエッチングに用いるエッチング液は、III 族窒化物半導体に対して異方性エッチングするアルカリ溶液(たとえば、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム:(CH3 )4 NOH)、KOH、NaOHのいずれかを含む溶液)を用いる。これらの溶液は、III 族窒化物半導体のc面はエッチングできないが、a面、m面、r面などのc面以外の面はエッチングできる。特に、TMAH水溶液を用いるとよい。KOHやNaOHのようにアルカリ金属を含まないため洗浄が容易であること、比較的低温で用いることができることから、KOHやNaOHに比べて取り扱いが容易である。TMAH水溶液は、濃度1〜50%、温度50〜100℃の範囲で用いることが望ましい。濃度が1%未満では、エッチング速度が遅いため望ましくなく、濃度が50%を超えると、過飽和状態になる可能性があり、沈殿物を生じることがあるため望ましくない。温度が50℃未満では、エッチング速度が遅いため望ましくなく、温度が100℃を超えると、溶液中に気泡が発生し、結晶に付着するため望ましくなく、溶媒の蒸発により濃度が変化してしまう恐れがある点でも望ましくない。より望ましい範囲は、濃度6%〜25%、温度80〜100℃である。 The etching solution used for the wet etching includes an alkaline solution (for example, TMAH (tetramethylammonium hydroxide: (CH 3 ) 4 NOH), KOH, or NaOH) that performs anisotropic etching on the group III nitride semiconductor. Solution). These solutions cannot etch the c-plane of the group III nitride semiconductor, but can etch surfaces other than the c-plane, such as the a-plane, m-plane, and r-plane. In particular, a TMAH aqueous solution may be used. Since it does not contain an alkali metal like KOH or NaOH, it is easy to clean and can be used at a relatively low temperature, so it is easier to handle than KOH and NaOH. It is desirable to use the TMAH aqueous solution at a concentration of 1 to 50% and a temperature of 50 to 100 ° C. If the concentration is less than 1%, the etching rate is slow, which is not desirable. If the concentration exceeds 50%, it may become supersaturated and may cause precipitation, which is undesirable. If the temperature is less than 50 ° C., the etching rate is slow, which is not desirable. If the temperature exceeds 100 ° C., bubbles are generated in the solution and are not desirable because they adhere to the crystal, and the concentration may change due to evaporation of the solvent. There are also undesirable points. A more desirable range is a concentration of 6% to 25% and a temperature of 80 to 100 ° C.
第2の発明は、第1の発明において、アルカリ溶液は、TMAH、KOH、NaOHのいずれかを含む溶液であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。 According to a second invention, in the first invention, the alkaline solution is a solution containing any of TMAH, KOH, and NaOH.
第3の発明は、第2の発明において、アルカリ溶液は、TMAH水溶液であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。 A third invention is the method of manufacturing a semiconductor device according to the second invention, wherein the alkaline solution is a TMAH aqueous solution.
第4の発明は、第1の発明から第3の発明において、半導体装置は、トレンチゲート型であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。 A fourth invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to third inventions, wherein the semiconductor device is a trench gate type.
第1の発明によると、アルカリ溶液のIII 族窒化物半導体に対する異方性エッチングによって、トレンチ溝の側面のみをエッチングできるため、トレンチ溝に対して自己整合的に、トレンチ溝底部のみにn型またはp型領域を形成することができる。特に、第3の発明のように、TMAH水溶液を用いると、取り扱いが容易であり、精度よくエッチングを制御することができる。また、第4の発明のように、本発明をトレンチゲート型の半導体装置の製造方法に適用することで、半導体装置の耐圧を向上することができる。 According to the first invention, since only the side surface of the trench groove can be etched by anisotropic etching with respect to the group III nitride semiconductor in an alkaline solution, the n-type or only the bottom of the trench groove is formed in a self-aligned manner with respect to the trench groove. A p-type region can be formed. In particular, when a TMAH aqueous solution is used as in the third invention, handling is easy and etching can be controlled with high accuracy. In addition, as with the fourth invention, by applying the present invention to a method for manufacturing a trench gate type semiconductor device, the breakdown voltage of the semiconductor device can be improved.
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照にしながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these examples.
図1は、トレンチゲートの製造工程について示した図である。以下、図1を参照にしながら、詳しく説明する。 FIG. 1 is a view showing a manufacturing process of a trench gate. Hereinafter, it will be described in detail with reference to FIG.
まず、c面を主面とするn−GaN層1表面の、トレンチ溝を形成する位置以外の位置に、SiO2 からなるマスク2を形成する(図1a)。
First, a
次に、マスク2を用いてICPエッチングを行い、トレンチ溝3を形成する(図1b)。トレンチ溝3の底面1aには、n−GaN層1のc面が露出し、トレンチ溝3の側面1bには、n−GaN層1のc面以外の面が露出する。また、側面1bは、n−GaN層1表面に対して垂直、つまり、c面に対して垂直になるようにエッチングされている。
Next, ICP etching is performed using the
次に、Mgを加速電圧50〜60KeV、ドーズ量1013〜1014/cm2 でn−GaN層1表面に対して垂直にイオン注入する。ここで、マスク2は、イオン注入用のマスクとしても機能する。そのため、Mgはトレンチ溝3の底面1aと側面1bにドープされ、マスク2に覆われたn−GaN層1の表面1cにはドープされない。理想的には、側面1bはn−GaN層1表面に対して垂直であるためMgはドープされないが、実際には、厳密に垂直となるように側面1bを加工できなかったり、マスク2によるイオンの反射などによって、側面1bにもMgがドープされる。その後、窒素雰囲気中において1000℃で熱処理を行うことで、ドーピングされたMgイオンは活性化し、p型領域4が形成される(図1c)。
Next, Mg is ion-implanted perpendicularly to the surface of the n-
次に、温度80℃、濃度25%のTMAH水溶液によりトレンチ溝3をウェットエッチングする。ここで、TMAH水溶液によるエッチングは異方性を有しており、GaNのc面をエッチングすることはできないが、m面、a面、r面などc面以外の面についてはエッチングすることができる。そのため、p型領域4のうち、トレンチ溝3の底部に形成されたp型領域4aは除去されないが、トレンチ溝3の側部に形成されたp型領域4bは除去される(図1d)。このようにして、トレンチ溝底部にほぼ一致する領域にp型領域4bを形成することができる。
Next, the
ウェットエッチングに用いるTMAH水溶液は、温度50〜100℃、濃度1〜50%の範囲であることが望ましい。濃度が1%未満では、エッチング速度が遅いため望ましくなく、50%を超えると、過飽和状態になる可能性があり、沈殿物を生じることがあるため望ましくない。また、温度が50℃未満では、エッチング速度が遅いため望ましくなく、温度が100℃を超えると、溶液中に気泡が発生し、結晶に付着するため望ましくなく、溶媒の蒸発により濃度が変化してしまう恐れがある点でも望ましくない。より望ましいのは、濃度が6〜25%、温度が80〜100℃の範囲である。 It is desirable that the TMAH aqueous solution used for wet etching has a temperature of 50 to 100 ° C. and a concentration of 1 to 50%. If the concentration is less than 1%, the etching rate is slow, which is undesirable. If it exceeds 50%, it may become supersaturated and may cause precipitation, which is undesirable. Also, if the temperature is less than 50 ° C., the etching rate is slow, which is not desirable. If the temperature exceeds 100 ° C., bubbles are generated in the solution and adhere to the crystal, which is undesirable. The concentration changes due to evaporation of the solvent. It is also undesirable in that there is a risk of losing. More desirably, the concentration is in the range of 6 to 25% and the temperature is in the range of 80 to 100 ° C.
その後、バッファードフッ酸によりマスク2を除去し、トレンチ溝3の内面にCVD法によりSiO2 からなるゲート絶縁膜5を形成し、トレンチ溝3の内部を埋めるように、ポリシリコンからなるゲート電極6を形成する(図1e)。
Thereafter, the
以上の工程によって、形成したトレンチ溝3に対して自己整合的に、トレンチ溝3の底部にのみp型領域4aを有したトレンチゲート構造を形成することができる。
Through the above steps, a trench gate structure having the p-
本発明は、実施例1のようなトレンチゲート構造だけでなく、トレンチアイソレーションなどにも適用することができる。 The present invention can be applied not only to the trench gate structure as in the first embodiment but also to trench isolation.
実施例1では、ウェットエッチングにTMAH水溶液を用いているが、TMAH水溶液以外には、KOHやNaOHなどのアルカリ溶液を用いてもよい。TMAH水溶液と同様の異方性エッチングが可能である。ただし、TMAH水溶液は洗浄が容易であり、低温でエッチングが可能であるため、KOHやNaOHなどよりも取り扱いが容易である点で優位である。 In Example 1, a TMAH aqueous solution is used for wet etching, but an alkaline solution such as KOH or NaOH may be used in addition to the TMAH aqueous solution. Anisotropic etching similar to that of a TMAH aqueous solution is possible. However, the TMAH aqueous solution is easy to clean and can be etched at a low temperature, which is advantageous in that it is easier to handle than KOH or NaOH.
また、実施例1では、トレンチ溝3の底部にp型領域4aを形成しているが、本発明は、そのトレンチ溝底部にn型領域を形成する場合にも適用できる。また、n−GaN層1は組成の異なる複数の層であってもよい。たとえば、下層をn−GaN層、上層をn- −AlGaN層とし、n- −AlGaN層の表面からn−GaN層に達するようなトレンチ溝を形成し、そのn−GaN層であるトレンチ溝の底部にMgがドープされたp型領域を形成するような場合にも、本発明は適用することができる。逆に、n−GaN層1に替えて、p−GaN層としてトレンチ溝を形成し、そのp−GaN層であるトレンチ溝底部にSiがドープされたn型領域を形成する場合にも、本発明は適用できる。さらには、下層をp−GaN層、上層をp- −AlGaN層とし、p- −AlGaN層の表面からp−GaN層に達するようなトレンチ溝を形成し、そのp−GaN層であるトレンチ溝の底部にSiがドープされたn型領域を形成するような場合にも、本発明は適用することができる。
In Example 1, the p-
本発明の製造方法は、III 族窒化物半導体からなるトレンチ型の半導体装置に適用することができる。 The manufacturing method of the present invention can be applied to a trench type semiconductor device made of a group III nitride semiconductor.
1:n−GaN層
2:マスク
3:トレンチ溝
4:p型領域
5:ゲート絶縁膜
6:ゲート電極
1: n-GaN layer 2: mask 3: trench groove 4: p-type region 5: gate insulating film 6: gate electrode
Claims (4)
前記マスクを用いて、半導体層をエッチングしてトレンチ溝を形成する工程と、
n型またはp型の不純物を、前記半導体層表面に対して垂直にイオン注入する工程と、
前記不純物を熱処理により活性化し、n型領域またはp型領域を形成する工程と、
前記トレンチ溝の側面である前記半導体層を、アルカリ溶液によりウェットエッチングする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of forming a mask at a predetermined position on the surface of the semiconductor layer comprising a group III nitride semiconductor essentially containing Ga and having a c-plane as a main surface;
Etching the semiconductor layer to form a trench groove using the mask;
implanting n-type or p-type impurities perpendicularly to the surface of the semiconductor layer;
Activating the impurity by heat treatment to form an n-type region or a p-type region;
A step of wet etching the semiconductor layer, which is a side surface of the trench groove, with an alkaline solution;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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